Khai thác vani siêu âm – Một phương pháp không nhiệt
- Chiết xuất vani là một giải pháp hương vị được chiết xuất từ vỏ quả vani trong dung dịch ethanol và nước.
- Để sản xuất vanillin chất lượng cao như hương thơm, hương vị và thành phần hương thơm, một kỹ thuật chiết xuất hiệu quả nhưng nhẹ là cần thiết để ngăn ngừa sự phân hủy.
- Khai thác siêu âm là một phương pháp khai thác cơ học nhẹ, cho năng suất cao của vanillin trong một thời gian khai thác rất ngắn.
Ultrasonics hiệu suất cao cho chiết xuất vanillin chất lượng cao
Là loại gia vị đắt thứ hai sau nghệ tây, sản xuất vani đòi hỏi một phương pháp chiết xuất hiệu quả, ngăn chặn sự xuống cấp của các loại tinh dầu có giá trị. Khai thác siêu âm nổi tiếng và được thành lập như một phương pháp nhẹ, không nhiệt, nhưng hiệu quả cao để giải phóng các hợp chất hoạt tính sinh học từ nguyên liệu thực vật. Khai thác siêu âm dựa trên hiện tượng xâm thực âm thanh, đó là một điều trị hoàn toàn cơ học. Điều này làm cho sonication trở thành phương pháp ưa thích để phân lập các hợp chất hoạt tính sinh học nhạy cảm như hợp chất hương vị và tinh dầu, ví dụ như vanillin, polyphenol hoặc chất chống oxy hóa từ thực vật.
Ưu điểm của khai thác vani siêu âm
- Năng suất vượt trội
- Khai thác tốc độ cao – trong vòng vài phút
- Chiết xuất chất lượng cao – Nhẹ, không nhiệt
- Dung môi xanh (ví dụ: nước/ethanol)
- Hiệu quả
- Hoạt động dễ dàng và an toàn
- Chi phí đầu tư và vận hành thấp
- Hoạt động 24/7 dưới nhiệm vụ hạng nặng
- Phương pháp xanh, thân thiện với môi trường
Khai thác vani siêu âm – ở chế độ dòng chảy hàng loạt hoặc liên tục
Mẻ: Quá trình khai thác siêu âm có thể được vận hành như các quy trình hàng loạt đơn giản hoặc xử lý nội tuyến, nơi môi trường liên tục được đưa qua một lò phản ứng dòng chảy siêu âm.
Xử lý hàng loạt là một thủ tục dễ dàng, trong đó việc trích xuất được thực hiện theo lô. Hielscher Ultrasonics cung cấp bộ vi xử lý siêu âm cho các lô nhỏ đến lớn, tức là 1L đến 120L.
Để xử lý các lô từ 5 đến 10L, chúng tôi khuyên bạn nên UP400St (400W, video bên dưới) với sonotrode S24d22L2D.
Để xử lý các lô khoảng 120L, chúng tôi khuyên bạn nên UIP2000hdT (2kW, pic. cột bên phải ở trên cùng) với sonotrode RS4d40L4.
Sonicator UIP2000hdT để chiết xuất thực vật trong lô 120L
Khai thác siêu âm thực vật với ultrasonicator UP400St
Đối với thể tích khoảng 8L/phút, chúng tôi khuyên bạn nên sử dụng UIP4000hdT (4kW, ảnh phải) với sonotrode RS4d40L3 và tế bào dòng chảy có thể điều áp FC130L4-3G0
Nghiên cứu điển hình về khai thác vani siêu âm
Jadhav et al. (2009) so sánh khai thác hỗ trợ siêu âm (UAE) và khai thác Soxhlet. Nghiên cứu xác nhận rằng khai thác siêu âm tăng cường giải phóng vanillin đáng kể khi so sánh với khai thác Soxhlet. Việc xử lý Soxhlet yêu cầu nhiệt độ hoạt động là 95 ° C, tỷ lệ dung môi: chất tan là 66,67ml / g và thời gian chiết xuất là 8 giờ dẫn đến giải phóng vanillin khoảng 180ppm. Khai thác hỗ trợ siêu âm (UAE) chỉ cần 1 giờ để giải phóng vanillin khoảng 140ppm bằng cách sử dụng cùng một tỷ lệ dung môi: hòa tan ở nhiệt độ phòng.
Rasoamandrary et al. (2013) đã so sánh hiệu quả của việc khai thác vanillin bằng cách sử dụng máy siêu âm kiểu thăm dò 100W (ví dụ: UP100H), một bồn tắm siêu âm, và một bồn tắm nước nóng. Các nhà nghiên cứu kết luận rằng ultrasonicator loại thăm dò là một công cụ khai thác mạnh mẽ do siêu âm cường độ cao của nó. Do đó, ultrasonicator loại đầu dò vượt trội hơn các phương pháp khai thác thay thế bằng cách cho năng suất tương tự / hoặc cao hơn của vanillin chiết xuất trong thời gian khai thác ngắn hơn đáng kể và tiêu thụ ít dung môi (tức là ethanol).
So sánh ba phương pháp chiết xuất – đầu dò siêu âm, tắm siêu âm, khai thác tắm nước nóng – cho thấy chiết xuất vanillin có hiệu quả nhất để thăm dò sonication sử dụng 40% ethanol (V / V) ở nhiệt độ môi trường xung quanh 30 ° C và thời gian chiết xuất là 1 giờ. Việc chiết xuất bồn nước yêu cầu nồng độ ethanol (v / v) 50% ở 56 ° C trong 15 giờ.
UIP4000hdT – Máy vắt siêu âm 4kW để xử lý nội tuyến liên tục.
Thiết bị siêu âm để khai thác hiệu suất cao
Hielscher Ultrasonics chuyên sản xuất bộ vi xử lý siêu âm hiệu suất cao để sản xuất chiết xuất chất lượng cao từ thực vật.
Danh mục sản phẩm rộng lớn của Hielscher bao gồm từ ultrasonicators phòng thí nghiệm nhỏ, mạnh mẽ để băng ghế dự bị mạnh mẽ và hệ thống công nghiệp đầy đủ, cung cấp siêu âm cường độ cao để khai thác hiệu quả và cô lập các chất hoạt tính sinh học (ví dụ: Quercetin, caffein, Curcumin, terpen v.v.). Tất cả các thiết bị siêu âm từ 200W đến 16.000W có màn hình màu để điều khiển kỹ thuật số, thẻ SD tích hợp để ghi dữ liệu tự động, điều khiển từ xa của trình duyệt và nhiều tính năng thân thiện với người dùng hơn. Các sonotrodes và tế bào dòng chảy (các bộ phận, tiếp xúc với môi trường) có thể được hấp tiệt trùng và dễ dàng để làm sạch. Tất cả các ultrasonicators của chúng tôi được xây dựng cho hoạt động 24/7, yêu cầu bảo trì thấp và dễ dàng và an toàn để hoạt động.
Một màn hình màu kỹ thuật số cho phép kiểm soát thân thiện với người dùng của ultrasonicator. Hệ thống của chúng tôi có khả năng cung cấp từ biên độ thấp đến rất cao. Để chiết xuất polyphenol và các hợp chất hoạt tính sinh học khác như vanillin, chúng tôi cung cấp sonotrodes siêu âm đặc biệt (còn được gọi là đầu dò siêu âm hoặc sừng) được tối ưu hóa để cô lập hợp lý các hoạt chất chất lượng cao. Sự mạnh mẽ của thiết bị siêu âm của Hielscher cho phép hoạt động 24/7 ở nhiệm vụ nặng nề và trong môi trường đòi hỏi khắt khe.
Việc kiểm soát chính xác các thông số quá trình siêu âm đảm bảo khả năng tái tạo và tiêu chuẩn hóa quá trình.
Bảng dưới đây cung cấp cho bạn một dấu hiệu về khả năng xử lý gần đúng của ultrasonicators của chúng tôi:
| Khối lượng hàng loạt | Tốc độ dòng chảy | Thiết bị được đề xuất |
|---|---|---|
| 1 đến 500mL | 10 đến 200ml / phút | UP100H |
| 10 đến 2000mL | 20 đến 400ml / phút | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 đến 20L | 0.2 đến 4L / phút | UIP2000hdT |
| 10 đến 100L | 2 đến 10L / phút | UIP4000hdT |
| N.A. | 10 đến 100L / phút | UIP16000 |
| N.A. | Lớn | Cụm UIP16000 |
Liên hệ với chúng tôi! / Hãy hỏi chúng tôi!
Bộ vi xử lý siêu âm công suất cao từ phòng thí nghiệm đến thí điểm và quy mô công nghiệp.
Văn học/Tài liệu tham khảo
- Velez Suaza, Catalina (2016): Tối ưu hóa phương pháp phân tích dựa trên sắc ký lỏng hiệu suất cao để mô tả đặc tính của chiết xuất vani tự nhiên. Luận án, Đại học Lasallista, 2016.
- Jadhav D. et al. (2009): Chiết xuất vanillin từ vỏ quả vani: Một nghiên cứu so sánh về chiết xuất hỗ trợ siêu âm và siêu âm thông thường. Tạp chí Kỹ thuật Thực phẩm 93, 2009: 421–426.
- Rasoamandrary N. et al. (2013): Cải thiện chiết xuất Vanillin 4-Hydroxy-3-methoxybenzaldehyde từ đậu vani được chữa khỏi bằng cách sử dụng chiết xuất hỗ trợ siêu âm: So sánh chiết xuất tắm nước nóng và hỗ trợ siêu âm.
- K. Shikha Ojha, Ramón Aznar, Colm O'Donnell, Brijesh K. Tiwari (2020): Công nghệ siêu âm để chiết xuất các phân tử hoạt tính sinh học từ các nguồn thực vật, động vật và biển. Xu hướng TrAC trong Hóa học Phân tích, Tập 122, 2020.
Sự thật đáng biết
Nguyên tắc làm việc của khai thác siêu âm
Việc áp dụng sóng siêu âm cường độ cao vào môi trường lỏng dẫn đến xâm thực. Hiện tượng xâm thực dẫn đến nhiệt độ khắc nghiệt, áp suất, tốc độ sưởi ấm / làm mát, chênh lệch áp suất và lực cắt cao trong môi trường. Khi bong bóng xâm thực nổ tung trên bề mặt chất rắn (như hạt, tế bào thực vật, mô, v.v.), các tia vi mô và va chạm giữa các hạt tạo ra các hiệu ứng như bong tróc bề mặt, xói mòn và phân hủy hạt. Ngoài ra, sự nổ tung của bong bóng xâm thực trong môi trường lỏng tạo ra nhiễu loạn vĩ mô và trộn vi mô.
Hình 1: Tạo bong bóng xâm thực ổn định và thoáng qua.
(a) dịch chuyển, (b) xâm thực thoáng qua, (c) xâm thực ổn định, (d) áp suất
[phỏng theo Santos et al. 2009]
Chiếu xạ siêu âm các mảnh vật liệu thực vật ma trận tế bào thực vật và tăng cường hydrat hóa giống nhau. Chemat et al (2015) kết luận rằng khai thác siêu âm các hợp chất hoạt tính sinh học từ thực vật là kết quả của các cơ chế độc lập hoặc kết hợp khác nhau bao gồm phân mảnh, xói mòn, mao dẫn, detexturation, và sonoporation. Những hiệu ứng này phá vỡ thành tế bào, cải thiện chuyển khối lượng bằng cách đẩy dung môi vào tế bào và hút dung môi nạp hợp chất phyto ra ngoài, và đảm bảo chuyển động của chất lỏng bằng cách trộn vi mô.
Khai thác siêu âm từ tế bào thực vật: phần ngang siêu nhỏ (TS) cho thấy cơ chế hoạt động trong quá trình khai thác siêu âm từ các tế bào (phóng đại 2000x) [tài nguyên: Vilkhu et al. 2011]
Khai thác siêu âm đạt được sự cô lập rất nhanh các hợp chất - vượt trội so với các phương pháp khai thác thông thường trong thời gian xử lý ngắn hơn, năng suất cao hơn và ở nhiệt độ thấp hơn. Là một phương pháp điều trị cơ học nhẹ, chiết xuất hỗ trợ siêu âm tránh sự suy thoái nhiệt của các thành phần hoạt tính sinh học và vượt trội so với các kỹ thuật khác như chiết dung môi thông thường, chưng cất thủy lựchoặc Soxhlet khai thác, được biết là phá hủy các phân tử nhạy cảm với nhiệt. Do những ưu điểm này, khai thác siêu âm là kỹ thuật ưa thích để giải phóng các hợp chất hoạt tính sinh học nhạy cảm với nhiệt độ từ thực vật.
vanillin
Vanilla là một hương vị có giá trị, có thể được chiết xuất từ hoa lan thuộc chi Vanilla, chủ yếu từ các loài Mexico, vani lá phẳng (V. planifolia). Các hợp chất có hương vị độc đáo của lan vani được tìm thấy trong quả của nó, là kết quả của sự thụ phấn của hoa. Những vỏ hạt này có kích thước khoảng 1/3 x 6 inch, với màu nâu đỏ đến đen khi chín. Bên trong những vỏ quả này là một chất lỏng nhờn chứa đầy những hạt nhỏ. Cả vỏ và hạt đều được sử dụng để sản xuất vanillin.
Mặc dù vanillin là hợp chất hương vị chính trong cây vani, chiết xuất vani nguyên chất chứa hàng trăm hợp chất hương vị bổ sung, góp phần vào hương vị phức tạp, sâu sắc của nó.
Tinh chất vani xuất hiện dưới hai dạng, đó là tinh chất vanillin thực sự từ hạt vani và vanillin tổng hợp công nghiệp. Chiết xuất hạt giống thật là một hỗn hợp phức tạp của hàng trăm hợp chất khác nhau. Hợp chất hóa học vanillin – 4-Hydroxy-3-methoxybenzaldehyd – là yếu tố đóng góp chính cho hương vị và mùi thơm đặc trưng của vani thật và là thành phần hương vị chính của hạt vani chữa khỏi. Bên cạnh vanillin, các hợp chất hóa học khác như acetaldehyde, axit axetic, furfural, axit hexanoic, 4-hydroxybenzaldehyd, eugenol, methyl cinnamate và axit isobutyric góp phần tạo ra mùi thơm phức tạp của vani.
Giống vani
Vani Bourbon hoặc vani Bourbon-Madagascar được sản xuất từ cây V. planifolia, mọc trên các đảo Ấn Độ Dương như Madagascar, Comoros và Réunion, trước đây có tên là Île Bourbon. Thuật ngữ “Vani Bourbon” cũng mô tả hương vani đặc biệt có nguồn gốc từ V. planifolia.
Vani Mexico, được chiết xuất từ V. planifolia bản địa, được sản xuất với số lượng thấp hơn nhiều. Vani Mexico được biết đến và bán trên thị trường là vani từ vùng đất xuất xứ của nó, vì cây V. planifolia có nguồn gốc từ Mesoamerica.
Vani Tahiti đến từ Polynesia thuộc Pháp, được sản xuất từ cây V. tahitiensis. Phân tích di truyền cho thấy loài này có thể là một giống cây trồng từ giống lai giữa V. planifolia và V. odorata.
Vani Tây Ấn Độ được làm từ V. pompona, được trồng ở Caribe và Trung và Nam Mỹ.