Sản xuất các thành phần tạo hương vị bằng siêu âm

Chiết xuất hương vị bằng siêu âm là một quy trình có hiệu suất cao và bền vững, giúp tăng hiệu suất thu hồi đồng thời giảm đáng kể thời gian xử lý. Sử dụng các dung môi xanh, an toàn, công nghệ siêu âm cung cấp một phương pháp chiết xuất xanh với hiệu quả sử dụng năng lượng được nâng cao, trở thành một giải pháp thay thế thân thiện với môi trường cho các kỹ thuật chiết xuất truyền thống.

Chiết xuất thực vật – Được cải thiện nhờ xử lý siêu âm

Chiết xuất bằng siêu âm là kỹ thuật đã được thương mại hóa để sản xuất các dịch chiết chất lượng cao cho ngành thực phẩm và đồ uống, dược phẩm và mỹ phẩm.
“Nhờ sử dụng siêu âm, giờ đây quá trình chiết xuất hoàn toàn có thể được hoàn tất trong vài phút với độ tái lập cao, giảm lượng dung môi tiêu thụ, đơn giản hóa thao tác và xử lý sau chiết, nâng cao độ tinh khiết của sản phẩm cuối cùng, loại bỏ công đoạn xử lý nước thải sau quá trình chiết và chỉ tiêu thụ một phần nhỏ năng lượng hóa thạch thường cần cho một phương pháp chiết xuất thông thường như chiết Soxhlet, ngâm chiết hoặc chưng cất Clevenger. Nhiều nhóm thành phần thực phẩm như các chất tạo hương, sắc tố, chất chống oxy hóa và các hợp chất hữu cơ và khoáng khác đã được chiết xuất, phân tích và phối chế hiệu quả từ nhiều loại nền mẫu khác nhau (chủ yếu là mô động vật, vi tảo, nấm men, thực phẩm và nguyên liệu thực vật).” [Chemat et al. 2017]

Chiết xuất bằng siêu âm được sử dụng để thu nhận các chất phân lập từ thực vật. Video trình diễn quá trình chiết xuất hiệu quả các hợp chất tạo hương vị từ ớt khô dạng mảnh bằng UP200Ht.

Là đơn vị dẫn đầu thị trường, Hielscher Ultrasonics đã xây dựng một cơ sở tri thức rộng lớn về các quy trình chiết xuất bằng siêu âm, bao gồm chiết xuất gia vị, thảo mộc, hoa, trái cây và rau củ để sản xuất hương vị và hương thơm. Hielscher Ultrasonics đã tích lũy kiến thức chuyên sâu về việc chiết xuất nhiều loại nguyên liệu thực vật như cà phê, nhụy hoa nghệ tây, nho (rượu vang), sồi, lá trà, oải hương, bạc hà, cỏ ngọt, ớt, vani, ca cao, lá boldus, và nhiều loại khác.
Các quy trình chiết xuất bằng siêu âm có thể được thực hiện với hầu hết mọi dung môi như nước, cồn, dung dịch ethanol trong nước, glycerin, dầu, isopropanol, hexan, benzen, v.v.
Đối với việc sản xuất hương vị, hương thơm và các thành phần hoạt tính dùng làm nguyên liệu trong ngành thực phẩm và đồ uống, dược phẩm, mỹ phẩm và nước hoa, việc sử dụng các dung môi xanh, không nguy hại như nước và cồn là một lợi thế lớn.

Các hình thức chiết xuất bằng siêu âm:

Xử lý siêu âm
Xử lý siêu âm kết hợp nhiệt
Xử lý siêu âm kết hợp áp suất
Xử lý siêu âm kết hợp nhiệt và áp suất
Chiết Soxhlet bằng siêu âm (Sono-Soxhet)
Chiết xuất siêu tới hạn bằng siêu âm

Phương pháp siêu âm mang lại hiệu quả chiết xuất tốt hơn so với phần lớn các quy trình chiết xuất thông thường, ví dụ như ngâm chiết, xét về thời gian xử lý, hiệu suất thu hồi cao hơn, tiết kiệm năng lượng hơn, độ sạch, độ an toàn và chất lượng sản phẩm. Đặc biệt trong sản xuất phụ gia thực phẩm, đồ uống, dược phẩm và mỹ phẩm, kỹ thuật chiết xuất xanh bằng siêu âm mang lại lợi thế lớn về độ an toàn của sản phẩm.

Nhũ tương hương vị trong suốt

Nhũ tương là phụ gia phổ biến để tạo các đặc tính chức năng cho thực phẩm và đồ uống về hương vị, giá trị dinh dưỡng và độ ổn định. Đặc biệt trong công thức đồ uống, độ trong là một yếu tố quan trọng vì sản phẩm cuối cùng phải đáp ứng không chỉ các tiêu chuẩn về chất lượng và dinh dưỡng mà còn cả các tiêu chuẩn về ngoại quan. Đối với đồ uống và thực phẩm trong suốt, điều này có nghĩa là phụ gia nhũ tương không được ảnh hưởng đến mục tiêu chất lượng cuối cùng đã đề ra. Do đó, nhũ tương trong suốt dễ xử lý hơn. Nhờ kích thước của các giọt, nhũ tương nano có tính trong suốt và trong mờ (ít nhất là khi quan sát bằng mắt thường). Nhờ độ ổn định động học cao, độ nhớt thấp, độ trong suốt cao và khả năng chống lắng, nổi kem, hợp giọt và kết bông cao, chúng được sử dụng rộng rãi làm thành phần nguyên liệu.
Kích thước giọt / hạt càng lớn thì sản phẩm cuối cùng càng đục. Đối với công thức đồ uống trong suốt, việc sử dụng nhũ tương trong suốt với các giọt nano mang lại kết quả tốt nhất. Nhũ hóa bằng siêu âm cho phép tạo ra nhũ tương W/O, O/W, nhũ tương nghịch, cũng như nhũ tương kép hoặc nhũ tương đa lớp W/O/W với các giọt có kích thước trong phạm vi nano (được gọi là nhũ tương mini, nhũ tương nano, nhũ tương siêu mịn hoặc nhũ tương dưới micromet). Kích thước giọt có thể được điều chỉnh và kiểm soát bằng các thông số của quá trình siêu âm. Các thiết bị siêu âm Hielscher có thể được điều khiển chính xác để đạt được kết quả xử lý tối ưu và có khả năng tái lập.

Với MultiPhaseCavitator, Hielscher đã phát triển một bộ phận chèn độc đáo cho buồng dòng chảy nhằm cải thiện hơn nữa quá trình nhũ hóa bằng siêu âm.
Nhấp vào đây để đọc thêm về MultiPhaseCavitator!
Nhấp vào đây để đọc thêm về nhũ hóa bằng siêu âm!

Bao gói hương vị bằng siêu âm

Việc sử dụng liposome trong dược phẩm và thực phẩm đang liên tục gia tăng. Liposome có thể được sử dụng làm chất mang cho các phân tử có hoạt tính, ví dụ như chất dinh dưỡng và thuốc. Khi xử lý bằng siêu âm, liposome có thể được hình thành thông qua nhũ hóa huyền phù lipid/nước hoặc xử lý các túi đa lớp (MLVs) bằng siêu âm. Trong quá trình nhũ hóa bằng siêu âm, các lớp kép lipid bị phá vỡ thành những mảnh nhỏ hơn, sau đó những mảnh này tự hình thành các túi đơn lớp nhỏ (SUVs) cấu tạo từ phospholipid. Trong quá trình xử lý bằng siêu âm, các hoạt chất có thể được bao gói trong liposome.
Nhấp vào đây để tìm hiểu thêm về sản xuất liposome bằng siêu âm!

Các hệ thống chiết xuất bằng siêu âm

Bảng dưới đây cho biết công suất xử lý gần đúng của các hệ thống chiết xuất bằng siêu âm phổ biến nhất của chúng tôi:

Thể tích mẻ	Lưu lượng	Thiết bị được khuyến nghị
10 đến 2000mL	20 đến 400mL/min	UP200Ht, UP400St
0,1 đến 20L	0,2 đến 4L/min	UIP2000hdT
10 đến 100L	2 đến 10L/min	UIP4000
n.a.	10 đến 100L/min	UIP16000
n.a.	lớn hơn	cụm thiết bị UIP16000

Chiết xuất siêu tới hạn bằng siêu âm

Chiết xuất bằng lưu chất siêu tới hạn và CO2 siêu tới hạn là một trong những kỹ thuật chiết xuất quan trọng nhất trong sản xuất hương vị và hương thơm.
Carbon dioxide siêu tới hạn là dung môi có tính chọn lọc với khối lượng riêng có thể điều chỉnh. Tính chọn lọc và khả năng hòa tan của dung môi này phụ thuộc vào khối lượng riêng có thể thay đổi dưới tác động của áp suất và nhiệt độ.
Bằng cách kết hợp chiết xuất siêu tới hạn với xử lý bằng siêu âm, có thể sử dụng các dung môi đạt tiêu chuẩn dùng trong thực phẩm như cồn hoặc nước mà vẫn đạt tốc độ chiết xuất cao và hiệu suất thu hồi cao.
Sử dụng biểu mẫu bên dưới để biết thêm thông tin về các hệ thống chiết xuất bằng siêu âm của chúng tôi và ứng dụng của chúng!

Xem video bên dưới để so sánh chiết xuất bằng siêu âm với phương pháp ngâm chiết truyền thống đối với lá mã đề lá hẹp tươi trong nước. Xử lý bằng siêu âm không chỉ tạo ra dịch chiết mã đề lá hẹp có hoạt tính mạnh trong vòng vài giây, mà màu sắc của dịch chiết còn cho thấy sự khác biệt về chất lượng. Trong khi dịch chiết bằng siêu âm có màu xanh lục đậm, dịch chiết được ngâm trong 20 ngày có màu nâu nhạt, cho thấy sự phân hủy do oxy hóa của các hợp chất có hoạt tính sinh học.

Trong video ngắn này, chúng tôi so sánh phương pháp chiết xuất bằng siêu âm trong nước lạnh sử dụng máy siêu âm dạng đầu dò Hielscher UP200Ht với phương pháp ngâm chiết truyền thống trong 20 ngày. Trong khi ngâm chiết thông thường cần nhiều tuần để chiết xuất các hợp chất có hoạt tính sinh học từ lá mã đề lá hẹp tươi, phương pháp chiết xuất siêu âm dạng đầu dò giải phóng các hợp chất này chỉ trong vài giây. Khi so sánh dịch chiết bằng phương pháp ngâm truyền thống với dịch chiết siêu âm, có thể thấy rõ dịch chiết siêu âm có màu xanh lục đậm, trong khi dịch ngâm chiết có sắc nâu, cho thấy các hợp chất có hoạt tính sinh học có thể đã bị phân hủy do oxy hóa. Màu xanh lục đậm của dịch chiết mã đề lá hẹp bằng siêu âm cho thấy hiệu quả vượt trội của công nghệ siêu âm trong việc tạo ra dịch chiết toàn phổ. Chiết xuất thực vật bằng siêu âm nhanh hơn, cho dịch chiết có hoạt tính mạnh hơn và hiệu quả hơn. Quá trình chiết xuất siêu âm hiệu suất cao với UP200Ht tạo ra dịch chiết mã đề lá hẹp toàn phổ.

Chủ đề liên quan

Tài liệu / Tài liệu tham khảo

Dent, M.; Dragović-Uzelac, V; Elez Garofulić, I.; Bosiljkov, T.; Ježek, D.; Brnčić, M. (2015): Comparison of Conventional and Ultrasound-assisted Extraction Techniques on Mass Fraction of Phenolic Compounds from Sage (Salvia officinalis L.). Chem. Biochem. Eng. Q., 29 (3), 2015. 475–484.
Djenni, Z.; Pingret, D.; Mason, T.J.; Chemat, F. (2013): Sono–Soxhlet: In Situ Ultrasound-Assisted Extraction of Food Products. Food Anal. Methods 6, 2013. 1229-1233.
Petigny, L.; Périno-Issartier, S.; Wajsman, J.; Chemat, F. (2013): Batch and Continuous Ultrasound Assisted Extraction of Boldo Leaves (Peumus boldus Mol.). Int. J. Mol. Sci. 2013, 14, 5750-5764.
Sicaire, Anne-Gaëlle; Vian, Maryline Abert; Fine, Frédéric; Carré, Patrick; Tostain, Sylvain; Chemat, Farid (2016): Ultrasound induced green solvent extraction of oil from oleaginous seeds. Ultrasonics Sonochemistry (2016), Vol. 31. 319-329.
Šic Žlabur, J.; Voća, S.; Dobričević, N.; Brnčić, M.; Dujmić, F.; Rimac Brnčić, S. (2015): Optimization of ultrasound assisted extraction of functional ingredients from Stevia rebaudiana Bertoni leaves. Int. Agrophys. 29, 2015. 231-237.

Tìm hiểu thêm về chiết xuất bằng siêu âm

Chiết xuất bằng siêu âm là phương pháp phổ biến và đáng tin cậy để tạo ra các chất chiết xuất từ nhiều nguyên liệu có nguồn gốc thực vật. Siêu âm công suất cao làm tăng quá trình truyền khối giữa nguyên liệu và dung môi bằng cách đẩy dung môi vào cấu trúc tế bào rồi đẩy dung môi ra ngoài với tần suất khoảng 20.000 lần mỗi giây (ở 20kHz). Xử lý bằng siêu âm đã được chứng minh là một phương pháp rất nhẹ nhàng nhưng rất hiệu quả – mang lại hiệu suất thu hồi cao hơn và chất chiết xuất có chất lượng cao hơn trong thời gian xử lý ngắn hơn!
Các nguyên liệu sau đây đã được chiết xuất rất thành công bằng siêu âm:
Gia vị: nghệ tây, ớt (ví dụ: capsaicin), gừng, quế, vanillin / vani, axit rosmarinic, xô thơm, hương thảo, kinh giới ngọt, húng quế, v.v.
Thảo mộc: bạc hà cay, các loại trà (ví dụ: trà đen, trà xanh, Pai Mu Tan, trà nhài, trà rooibos, trà honeybush), bạc hà lục, cỏ ngọt, cần sa, v.v.
Hoa: oải hương, hoắc hương, ngọc lan tây, hoa hồng, v.v.
Trái cây và rau củ: rượu vang, nho / hạt nho, cà phê, ca cao, ô liu, cam / vỏ cam, cà chua, hạt guarana, các loại hạt có dầu (hạnh nhân, đậu nành, hạt đu đủ, hạt lanh, hạt hướng dương, hạt cải dầu), vỏ lựu, rau bina, dâu tằm, rễ, v.v.
Vi sinh vật: rong biển, tảo xoắn, vi tảo (vi tảo Nannochloropsis spp, vi tảo Nannochloropsis oculata, vi tảo Dunaliella salina), vi khuẩn lam Synechococcus sp., nấm men Xanthophyllomyces dendrorhous, nấm men Trichosporon oleaginosisus, nấm tích lũy dầu, nấm Cordyceps sinensis

Các chất chiết xuất mục tiêu thu được bằng xử lý siêu âm gồm tinh dầu, vitamin, lipid, protein và các phức hợp hợp chất thực vật như các hợp chất phenolic, chất chống oxy hóa, polysaccharide, nhựa dầu, este, tinh chất, sản phẩm thủy phân protein, axit amin, saponin, flavonoid, alkaloid (ví dụ: morphine, codeine, thebaine), sắc tố / chất tạo màu (carotenoid, diệp lục, phycocyanin), anthocyanin, limonene, alantolactone, isoalantolactone và các hoạt chất khác.

Về chiết xuất xanh

Chiết xuất xanh tập trung vào các phương pháp thân thiện với môi trường và bền vững. Vì vậy, giảm mức tiêu thụ năng lượng của quy trình, sử dụng dung môi thay thế và nguyên liệu tự nhiên có thể tái tạo là những yếu tố then chốt của chiết xuất xanh. Mục tiêu là đảm bảo chất chiết xuất an toàn và có chất lượng cao. Để thu được sản phẩm an toàn, chất lượng cao, điều quan trọng là sử dụng các dung môi thay thế, có thể tái chế và an toàn hơn. Bằng cách giảm độc tính tổng thể của quy trình và sản phẩm cuối cùng, người tiêu dùng được hưởng lợi từ sản phẩm tốt hơn cho sức khỏe và an toàn hơn, còn nhà sản xuất tạo ra môi trường xử lý an toàn hơn cho nhân viên của mình.