Ультразвукова ванільна екстракція – Нетермічний метод
- Ванільний екстракт - це смаковий розчин, що витягується з стручків ванілі в розчині етанолу і води.
- Щоб отримати високоякісний ванілін як компонент аромату, смаку та аромату, потрібна ефективна, але м'яка техніка екстракції, яка запобігає розкладанню.
- Ультразвукова екстракція - це м'який механічний метод екстракції, який дає високі виходи ваніліну за дуже короткий час екстракції.
Високоефективні ультразвуки для високоякісних екстрактів ваніліну
Будучи другою за вартістю спецією після шафрану, виробництво ванілі вимагає ефективного методу екстракції, який запобігає розкладанню цінних ефірних олій. Ультразвукова екстракція добре відома і зарекомендувала себе як м'який, нетермічний, але високоефективний метод вивільнення біологічно активних сполук з рослинного матеріалу. В основі ультразвукової екстракції лежить явище акустичної кавітації, що представляє собою чисто механічну обробку. Це робить ультразвук кращим методом для виділення чутливих біологічно активних сполук, таких як ароматизатори та ефірні олії, наприклад, ванілін, поліфеноли або антиоксиданти з рослинних компонентів.
Переваги ультразвукової ванільної екстракції
- Неперевершена врожайність
- Високошвидкісна екстракція – За лічені хвилини
- Високоякісні екстракти – М'який, не термічний
- Зелені розчинники (наприклад, вода/етанол)
- Рентабельним
- Проста та безпечна експлуатація
- Низькі інвестиційні та експлуатаційні витрати
- Робота 24/7 у важких умовах
- Зелений, екологічно чистий метод
Ультразвукова ванільна екстракція – в режимі пакетного або безперервного потоку
Пакетний: Процеси ультразвукової екстракції можуть працювати як прості періодичні процеси або як внутрішня обробка, коли середовище безперервно подається через ультразвуковий проточний реактор.
Пакетна обробка – це проста процедура, де видобуток виконується партія за партією. Hielscher Ultrasonics пропонує ультразвукові процесори для малих і великих партій, тобто від 1 л до 120 л.
Для обробки партій об'ємом від 5 до 10 л ми рекомендуємо UP400St (400 Вт, відео нижче) з сонотроде S24d22L2D.
Для обробки партій об'ємом приблизно 120 л ми рекомендуємо UIP2000HDT (2 кВт, рис. права колонка вгорі) з сонотродом RS4d40L4.
Звуковий апарат UIP2000hdT для ботанічного екстракції партією 120 л
Ультразвукова екстракція рослинних компонентів за допомогою ультразвукового апарату UP400St
Для об'єму приблизно 8 л/хв ми рекомендуємо UIP4000HDT (4 кВт, рис. праворуч) з сонотродом RS4d40L3 і проточною камерою під тиском FC130L4-3G0
Приклад ультразвукової ванільної екстракції
Jadhav et al. (2009) порівняли екстракцію за допомогою ультразвуку (ОАЕ) та екстракцію Сокслета. Дослідження підтвердило, що ультразвукова екстракція значно інтенсифікує вивільнення ваніліну в порівнянні з екстракцією Сокслета. Обробка Сокслетом вимагала робочої температури 95 °C, співвідношення розчинник і розчинена речовина 66,67 мл/г і часу екстракції 8 годин, що призвело до вивільнення приблизно 180 ppm ваніліну. Ультразвукова екстракція (ОАЕ) потребувала лише 1 години, щоб вивільнити приблизно 140 ppm ваніліну з використанням того ж співвідношення розчинник:розчинена речовина при кімнатній температурі.
Rasoamandrary et al. (2013) порівняли ефективність екстракції ваніліну за допомогою ультразвукового апарату зондового типу потужністю 100 Вт (наприклад, UP100H), ультразвукова ванна та ванна з гарячою водою. Дослідники дійшли висновку, що ультразвуковий пристрій зондового типу є потужним інструментом для екстракції завдяки своїй високій інтенсивності ультразвуку. Таким чином, ультразвуковий пристрій зондового типу перевершив альтернативні методи екстракції, давши аналогічний/або вищий вихід ваніліну, екстрагованого за значно коротший час екстракції та менше споживання розчинника (тобто етанолу).
Порівняння трьох методів екстракції – ультразвуковий зонд, ультразвукова ванна, екстракція на гарячій водяній бані – показав, що екстракція ваніліну була найбільш ефективною для зондового ультразвуку з використанням 40% етанолу (об/об) при температурі навколишнього середовища 30 °C і часі екстракції 1 год. Екстракція на водяній бані вимагала концентрації 50% етанолу (об/об) при 56 °C протягом 15 годин.
UIP4000HDT – Ультразвуковий екстрактор потужністю 4 кВт для безперервної вбудованої обробки.
Ультразвукове обладнання для високопродуктивної екстракції
Компанія Hielscher Ultrasonics спеціалізується на виробництві високопродуктивних ультразвукових процесорів для виробництва високоякісних екстрактів з рослинних компонентів.
Широкий асортимент продукції Hielscher включає в себе від невеликих потужних лабораторних ультразвукових апаратів до надійних настільних і повністю промислових систем, які забезпечують ультразвук високої інтенсивності для ефективної екстракції та ізоляції біологічно активних речовин (наприклад, Кверцетин, Кофеїн, куркумін, терпени і т.д.). Всі ультразвукові апарати від 200 Вт до 16 000 Вт оснащені кольоровим дисплеєм для цифрового керування, вбудованою SD-картою для автоматичного запису даних, дистанційним керуванням браузером та багатьма іншими зручними функціями. Сонотроди і проточні комірки (деталі, які контактують із середовищем) можуть бути автоклавовані і легко чистяться. Всі наші ультразвукові апарати створені для роботи 24/7, не вимагають особливого обслуговування та прості та безпечні в експлуатації.
Цифровий кольоровий дисплей дозволяє зручно керувати ультразвуковим апаратом. Наші системи здатні передавати від низьких до дуже високих амплітуд. Для екстракції поліфенолів та інших біологічно активних сполук, таких як ванілін, ми пропонуємо спеціальні ультразвукові сонотроди (також відомі як ультразвукові зонди або ріжки), які оптимізовані для розумного виділення високоякісних активних речовин. Надійність ультразвукового обладнання Hielscher дозволяє працювати 24/7 у важких умовах і в складних умовах.
Точний контроль параметрів ультразвукового процесу забезпечує відтворюваність і стандартизацію процесу.
Наведена нижче таблиця дає уявлення про приблизну потужність обробки наших ультразвукових апаратів:
| Об'єм партії | Витрата | Рекомендовані пристрої |
|---|---|---|
| Від 1 до 500 мл | Від 10 до 200 мл/хв | UP100H |
| Від 10 до 2000 мл | Від 20 до 400 мл/хв | UP200Ht, UP400St |
| 0від 1 до 20 л | 0від .2 до 4 л/хв | UIP2000HDT |
| Від 10 до 100 л | Від 2 до 10 л/хв | UIP4000HDT |
| Н.А. | Від 10 до 100 л/хв | UIP16000 |
| Н.А. | Більше | кластер UIP16000 |
Зв'яжіться з нами! / Запитайте нас!
Високопотужні ультразвукові процесори від лабораторних до пілотних і промислових масштабів.
Література/Список літератури
- Велес Суаза, Каталіна (2016): Оптимізація аналітичного підходу на основі високоефективної рідинної хроматографії для характеристики натурального екстракту ванілі. Дисертація, Університет Ласалліста, 2016.
- Jadhav D. et al. (2009): Екстракція ваніліну зі стручків ванілі: порівняльне дослідження звичайної екстракції за допомогою сокслета та ультразвуку. Журнал харчової інженерії 93, 2009: 421–426.
- Rasoamandrary N. et al. (2013): Покращена екстракція ваніліну 4-гідрокси-3-метоксібензальдегіду з висушених ванільних бобів за допомогою ультразвукової екстракції: порівняння екстракції за допомогою ультразвуку та гарячої водяної ванни.
- К. Шикха Оджха, Рамон Азнар, Колм О'Доннелл, Бріджеш К. Тіварі (2020): Ультразвукова технологія вилучення біологічно активних молекул з рослинних, тваринних і морських джерел. Тенденції в аналітичній хімії, том 122, 2020.
Факти, які варто знати
Принцип роботи ультразвукової екстракції
Застосування інтенсивних ультразвукових хвиль до рідкого середовища призводить до кавітації. Явище кавітації локально призводить до екстремальних температур, тиску, швидкості нагрівання/охолодження, перепадів тиску та високих сил зсуву в середовищі. Коли кавітаційні бульбашки вибухають на поверхні твердих речовин (таких як частинки, рослинні клітини, тканини тощо), мікрострумені та міжчастинкове зіткнення створюють такі ефекти, як поверхневе відшарування, ерозія та розпад частинок. Крім того, імплозія кавітаційних бульбашок у рідких середовищах створює макротурбулентності та мікроперемішування.
Рисунок 1: Створення стабільних і перехідних кавітаційних бульбашок.
а) зміщення, б) перехідна кавітація, в) стабільна кавітація, г) тиск
[адаптовано з Santos et al. 2009]
Ультразвукове опромінення рослинного матеріалу фрагментує матрикс рослинних клітин і підсилює їх гідратацію. Chemat et al. (2015) роблять висновок, що ультразвукова екстракція біологічно активних сполук з рослинних компонентів є результатом різних незалежних або комбінованих механізмів, включаючи фрагментацію, ерозію, капілярність, детекстурацію та сонопорацію. Ці ефекти руйнують клітинну стінку, покращують масообмін шляхом виштовхування розчинника в клітину та висмоктування розчинника, завантаженого фітосполуками, а також забезпечують рух рідини шляхом мікрозмішування.
Ультразвукова екстракція з рослинних клітин: мікроскопічний поперечний розріз (ТС) показує механізм дії під час ультразвукової екстракції з клітин (збільшення 2000x) [джерело: Vilkhu et al. 2011]
Ультразвукова екстракція забезпечує дуже швидку ізоляцію сполук, перевершуючи традиційні методи екстракції за коротший час процесу, вищий вихід і нижчі температури. Як м'яка механічна обробка, екстракція за допомогою ультразвуку дозволяє уникнути термічної деградації біологічно активних компонентів і перевершує її в порівнянні з іншими методами, такими як звичайна екстракція розчинником, Гідродистиляціяабо Сокслет екстракція, які, як відомо, руйнують чутливі до тепла молекули. Завдяки цим перевагам ультразвукова екстракція є кращим методом для вивільнення чутливих до температури біологічно активних сполук з рослинних компонентів.
Ванілін
Ваніль – цінний ароматизатор, який можна отримати з орхідей роду Ваніль, в першу чергу з мексиканського виду, ванілі плосколистої (V. planifolia). Унікальні ароматизовані сполуки ванільної орхідеї містяться в її плодах, які є результатом запилення квітки. Ці насіннєві коробочки приблизно 1/3 x 6 дюймів, з коричнево-червоним або чорним кольором при дозріванні. Усередині цих стручків знаходиться масляниста рідина, наповнена крихітними насіннями. Для виробництва ваніліну використовують як стручок, так і насіння.
Хоча ванілін є основною смаковою сполукою в рослині ванілі, чистий екстракт ванілі містить кілька сотень додаткових смакових сполук, які сприяють його складному, глибокому смаку.
Ванільна есенція зустрічається в двох формах, а саме справжня ванільна есенція з коробочка насіння ванілі та промислово синтезований ванілін. Екстракт справжнього насіннєвого стручка являє собою складну суміш декількох сотень різних сполук. Хімічна сполука ванілін – 4-гідрокси-3-метоксібензальдегід – є основним фактором, що сприяє формуванню характерного смаку та аромату справжньої ванілі та є основним смаковим компонентом в'ялених ванільних бобів. Крім ваніліну, складному аромату ванілі можуть сприяти інші хімічні сполуки, такі як ацетальдегід, оцтова кислота, фурфурол, гексанова кислота, 4-гідроксибензальдегід, евгенол, метилциннамат та ізомасляна кислота.
Сорти ванілі
Бурбонська ваніль або бурбон-мадагаскарська ваніль виробляється з рослин V. planifolia, які ростуть на островах Індійського океану, таких як Мадагаскар, Коморські острови та Реюньйон, раніше названі Ільським бурбоном. Термін “Бурбонська ваніль” описує також характерний ванільний аромат, що походить від V. planifolia.
Мексиканська ваніль, що видобувається з місцевого V. planifolia, виробляється в набагато менших кількостях. Мексиканська ваніль відома та продається як ваніль із землі її походження, оскільки рослина V. planifolia походить із Мезоамерики.
Таїтянська ваніль походить із Французької Полінезії, виробляється з рослини V. tahitiensis. Генетичний аналіз показує, що цей вид, можливо, є сортом гібрида V. planifolia та V. odorata.
Західно-індійська ваніль виготовляється з V. pompona, яку вирощують в Карибському басейні і Центральній і Південній Америці.