Ultralydsteknologi til ekstraktion af tedrik: principper, processer og industrielle anvendelser

Ultralydsteknologi til ekstraktion af tedrik: principper, processer og industrielle anvendelser

1. Introduktion

Tedrikke har udviklet sig til et af de almindelige produkter på det internationale drikkevaremarked på grund af deres naturlige, sunde og bekvemme drikkeegenskaber. Men som et nøgleled, der påvirker kvaliteten af ​​tedrikke, har ekstraktionsprocessen længe stået over for en kernemodsigelse - selvom højtemperaturekstraktion kan opnå en højere ekstraktionshastighed af tekomponenter, vil det også forårsage en stor mængde fordampning af tearoma, farveændring og uklarhed af tesuppen. Selvom lavtemperaturekstraktion kan reducere tesuppens turbiditet og bedre bevare suppens farve og aroma, skal der for at sikre ekstraktionseffektiviteten udføres store mængder ekstraktion i lang tid, hvilket ikke opfylder kravene til industriel produktion.

Hvordan man opretholder den gode kvalitet af teblade og en høj ekstraktionshastighed af indeholdte ingredienser under lave temperaturer og kortsigtede udvaskningsforhold er blevet et presserende problem, der skal løses i tedrikproduktionsprocessen. Fremkomsten af ​​ultralydsassisteret ekstraktionsteknologi giver en effektiv løsning på dette problem. Ultralyd har en række fysiske og sonokemiske virkninger og har været meget brugt i udvinding af kinesiske medicinske materialer. I de seneste år har ultralydsteknologi med den kontinuerlige uddybning af forskning og fremskridt inden for industriel praksis vist brede anvendelsesmuligheder inden for ekstraktion af tedrik.

2. Tekniske principper

Kernemekanismen for ultralydsassisteret udvinding af aktive ingredienser fra te omfatter hovedsageligt to aspekter:

(1) Kavitationseffekt. Når ultralydsbølger forplanter sig i et flydende medium, vibrerer, vokser og kollapser mikrogaskerner (kavitationskerner), der findes i mediet, under påvirkning af ultralydsfeltet. I det øjeblik, hvor kavitationsbobler kollapser, kan der genereres lokal høj temperatur og højt tryk. Denne stærke chokbølge kan effektivt ødelægge teplanternes cellevægge, hvilket får aktive ingredienser såsom tepolyfenoler, aminosyrer og koffein i cellerne til hurtigt at frigive og opløses i det omgivende opløsningsmiddel. Forskning viser, at ultralydsekstraktion udnytter den lokale høje temperatur og det høje tryk, der genereres af denne kavitation, til at forbedre stoffernes evne til at opløses og nedbrydes i opløsningsmidler.

(2) Mekaniske effekter og termiske effekter. Under udbredelsen af ​​ultralydsbølger gennem mediepartikler absorberes deres energi kontinuerligt af mediepartiklerne og omdannes til varmeenergi, hvilket får systemtemperaturen til at stige. Samtidig genererer den mekaniske vibration af ultralydsbølger mikrofluidisk forskydningskraft, som direkte kan virke på cellevæggen for at øge frigivelsen, diffusionen og opløsningen af ​​intracellulære stoffer. Den synergistiske effekt af mekanisk effekt, kavitationseffekt og termisk effekt gør ultralyd til en ekstraktionsmetode med to funktioner af fysisk vægbrydning og forbedret masseoverførsel.

3. Tekniske fordele

Sammenlignet med traditionel højtemperaturekstraktion har ultralydsassisteret ekstraktion af tedrikke følgende væsentlige fordele:

Lav temperatur ekstraktion, fremragende kvalitet. Ultralydsteknologi muliggør effektiv udvinding af teblade ved lavere temperaturer (såsom 20-50°C). Ved at bruge den kombinerede teknologi med celleafbrydelse og ultralyds-lavtemperaturmodstrømsekstraktion, under ekstraktionsbetingelserne på 20°C og 30 minutter, kan udbyttet af tesaftfaststoffer nå mere end 90%, og produktet har fremragende smag og kvalitet. De lave temperaturforhold undgår effektivt den store fordampning af tearomaen og den oxidative misfarvning af tesuppen, hvilket gør produktets sensoriske kvalitet tæt på smagen af ​​den originale te.

Det er kortsigtet og effektivt, hvilket i høj grad forkorter ekstraktionstiden. Ultralydsbehandling gør, at teingredienserne opløses dobbelt så hurtigt som konventionel lav temperatur, og ekstraktionstiden kan forkortes til det halve. Undersøgelser har vist, at når te ekstraheres ved en konventionel lav temperatur på 45-50°C ved en ultralydsfrekvens på 40kHz, forbedres ekstraktionseffektiviteten væsentligt.

Selektiv ekstraktion forbedrer kvaliteten af ​​tesuppe. Forskning viser, at mikrobølge- og ultralydsbølgernes udvaskningshastighed på tepolyfenoler, aminosyrer og koffein svarer til konventionelle ekstraktionsmetoder, men den har en hæmmende effekt på udvaskningen af ​​makromolekyler som protein og pektin. Det betyder, at ultralydsekstraktion kan sikre fuld udvaskning af aktive ingredienser og samtidig reducere opløsningen af ​​makromolekylære stoffer, der gør, at tesuppen bliver uklar, og derved forbedre tesuppens klarhed og stabilitet.

Indholdet af aktive ingredienser er højere. Indholdet af hovedkatechiner i tesuppe ekstraheret ved forskellige ekstraktionsmetoder blev analyseret. Resultaterne viste, at indholdet af hovedkatechiner i tesuppe ekstraheret ved ultralydsekstraktion var højere end i andre ekstraktionsmetoder. Sammenlignet med den konventionelle opløsningsmiddelekstraktionsmetode øger ultralydsmetoden ikke kun ekstraktionshastigheden markant, men forbedrer også kvaliteten af ​​ekstrakten betydeligt.

Grønt og miljøvenligt. Ultralydsassisteret ekstraktion kan udføres i vand- eller fødevaregodkendte opløsningsmiddelsystemer, hvilket reducerer brugen af ​​organiske opløsningsmidler og i tråd med udviklingsretningen for grøn forarbejdning.

4. Nøgleprocesparametre

Effektiviteten af ​​ultralydsekstraktion af aktive ingredienser i te er omfattende påvirket af flere procesparametre og kræver systematisk optimering for forskellige tetyper og målingredienser.

4.1 Ultralydsfrekvens

Ultralydsfrekvens er en af ​​de vigtige faktorer, der påvirker ekstraktionseffekten. Forskning viser, at 20kHz er en almindeligt anvendt frekvens i ekstraktion af tedrik. Lavfrekvent ultralyd (20-40 kHz) kan producere store kavitationsbobler, direkte påvirke teceller og udvinde makromolekylære næringsstoffer såsom tepolyfenoler og koffein. Forskning viser, at jo højere frekvensen af ​​ultralyd er, jo højere er ekstraktionshastigheden og nærmer sig til sidst en vis stabil værdi.

4.2 Ekstraktionstemperatur

Temperatur er en nøglefaktor, der påvirker udvaskningen af ​​vandopløselige stoffer i te. Efterhånden som temperaturen stiger, accelererer udvindingshastigheden, men hvis temperaturen er for høj, vil teens vandekstraherede stoffer oxidere hurtigere, og kvaliteten falder. Derfor anses 45-60°C generelt for at være et mere rimeligt temperaturområde til ultralydsekstraktion. Den optimale ekstraktionstemperatur for hvid te er 45°C; ultrasonisk lavtemperatur-modstrømsekstraktionsteknologi kan opnå effektiv ekstraktion ved 20°C.

4.3 Udvindingstid

En af de største fordele ved ultralydsekstraktion er dens korte tid. Det optimale tidspunkt for ultralydsekstraktion af hvid te er en specifik optimeret tid; den optimale proces til ultralydsekstraktion af instant te skal nøje overveje ekstraktionstid, frekvens og andre faktorer. Ved egentlig produktion kan ekstraktionstiden normalt styres inden for intervallet 10-60 minutter.

4.4 Materiale-til-væske-forhold og råvarepartikelstørrelse

Materiale-til-væske-forholdet påvirker direkte masseoverførselseffektiviteten og ekstraktionsomkostningerne. Det optimale materiale-til-væske-forhold varierer for forskellige tetyper og målingredienser. Partikelstørrelsen af ​​teblade påvirker også ekstraktionseffektiviteten - jo finere partikelstørrelse, jo større specifikke overfladeareal, jo mere fuldstændig er kontakten med opløsningsmidlet, og jo højere ekstraktionshastighed. Nogle undersøgelser har opdelt teblade i forskellige partikelstørrelser såsom 24-40 mesh og 40-60 mesh til sammenlignende eksperimenter. Undersøgelsen fandt også, at jo kortere te-gæringstiden er, jo højere er ekstraktionshastigheden.

5. Industriel anvendelse

Ultralydsteknologi til ekstraktion af tedrik er flyttet fra laboratorieforskning til industriel produktion og har opnået bemærkelsesværdige resultater.

Verdens første ultralyds-lavtemperatur-modstrømsudvaskningslinje. The Research Institute of the Chinese Academy of Agricultural Sciences samarbejdede med Yunnan Lincang Lancangjiang Tea Co., Ltd. for at opnå lavtemperatur og effektiv tilberedning af frisk tejuice gennem den kombinerede teknologi med celleforstyrrelser og ultralyds-lavtemperaturmodstrømsekstraktion.

Ultralyd flertrins modstrømsekstraktionssøjle segmenteret ekstraktion. I henhold til udvaskningsegenskaberne for de aktive ingredienser i te bruges en ultralyds flertrins modstrømsekstraktionssøjle til segmenteret ekstraktion. Koldopløselig instant-te med høj smag tilberedes i front-end, og funktionel instant-te beriget med te-polyphenoler (indhold af te-polyfenoler ≥65%) tilberedes i back-end for at opnå effektiv, høj kvalitet og høj værdi udnyttelse.

Ultralyds dynamisk lavtemperaturudvindingsproduktionslinje. I de senere år er et komplet sæt af ultralyds dynamiske lavtemperaturekstraktionsproduktionslinjer også blevet taget i brug, med en produktionskapacitet på op til 500L/batch, lavtemperaturkontrol gennem hele processen (ekstraktions-/filtrerings-/koncentrationstrin ≤55°C) og brugen af 'ultralyd dynamisk ekstraktion + multi-trins koncentration + tørre + membran'-proces for at bevare aktiv rensning og tørre membran. originale aromaer såsom tepolyfenoler og theanin

Konklusion

Ultralydsassisteret ekstraktionsteknologi er afhængig af den synergistiske effekt af kavitation, mekaniske og termiske effekter for at opnå lav temperatur, kort tid og effektiv ekstraktion af aktive ingredienser i te. Det er en effektiv måde at løse modsætningen mellem kvaliteten og effektiviteten af ​​traditionelle tedrik-ekstraktionsprocesser. Fra laboratorieforskning til en industriel produktionslinje med en årlig produktion på 100.000 tons har ultralydsteknologi til ekstraktion af tedrik gennemgået en komplet proces fra teori til praksis, fra udforskning til modenhed. Med den kontinuerlige udvikling af teknologi og den kontinuerlige uddybning af industriel anvendelse vil ultralydsekstraktionsteknologi give solid teknisk støtte til kvalitetsforbedringen og den grønne udvikling af tedrikindustrien.