Ultrahangos teaital-kivonási technológia: alapelvek, eljárások és ipari alkalmazások

Ultrahangos teaital-kivonási technológia: alapelvek, eljárások és ipari alkalmazások

1. Bevezetés

A teaitalok természetes, egészséges és kényelmes fogyasztási tulajdonságaik révén a nemzetközi italpiac egyik fő termékévé fejlődtek. A teaitalok minőségét befolyásoló kulcsfontosságú láncszemként azonban az extrakciós folyamat már régóta egy alapvető ellentmondásba ütközik – bár a magas hőmérsékletű extrakcióval magasabb a teakomponensek extrakciós sebessége, ez a tea aromája nagymértékű elpárolgását, színváltozást és a tealeves zavarosodását is okozza. Bár az alacsony hőmérsékletű extrakcióval csökkenthető a tealeves zavarossága, és jobban megőrizhető a leves színe és aromája, az extrakció hatékonyságának biztosítása érdekében nagy mennyiségű extrakciót kell végezni hosszú ideig, ami nem felel meg az ipari termelés követelményeinek.

A teaitalok gyártási folyamatában sürgető megoldandó probléma lett a tealevél jó minőségének és a bennük lévő összetevők magas extrakciós sebességének megőrzése alacsony hőmérsékletű és rövid távú kimosódási körülmények között. Az ultrahanggal segített extrakciós technológia megjelenése hatékony megoldást nyújt erre a problémára. Az ultrahangnak számos fizikai és hangkémiai hatása van, és széles körben alkalmazzák kínai gyógyászati ​​anyagok kinyerésére. Az elmúlt években a kutatás folyamatos elmélyülésével és az ipari gyakorlat fejlődésével az ultrahangos technológia széles körű alkalmazási lehetőségeket mutatott a teaital-kivonás területén.

2. Technikai alapelvek

A tea hatóanyagainak ultrahanggal segített extrakciójának alapmechanizmusa alapvetően két szempontot foglal magában:

(1) Kavitációs hatás. Amikor az ultrahanghullámok folyékony közegben terjednek, a közegben létező mikrogázmagok (kavitációs magok) rezegnek, növekednek és összeomlanak az ultrahangtér hatására. Abban a pillanatban, amikor a kavitációs buborékok összeomlanak, helyi magas hőmérséklet és magas nyomás keletkezhet. Ez az erős lökéshullám hatékonyan tönkreteheti a teanövények sejtfalát, aminek következtében a sejtekben lévő aktív összetevők, például tea polifenolok, aminosavak és koffein gyorsan felszabadulnak és feloldódnak a környező oldószerben. A kutatások azt mutatják, hogy az ultrahangos extrakció az e kavitáció által generált helyi magas hőmérsékletet és nagy nyomást használja fel, hogy fokozza az anyagok oldódási és lebomlási képességét az oldószerekben.

(2) Mechanikai hatások és hőhatások. Az ultrahanghullámok közeg részecskéken való terjedése során energiájukat folyamatosan elnyelik a közeg részecskéi és hőenergiává alakítják, ami a rendszer hőmérsékletének emelkedését okozza. Ugyanakkor az ultrahanghullámok mechanikai rezgése mikrofluidikus nyíróerőt hoz létre, amely közvetlenül a sejtfalra hatva fokozza az intracelluláris anyagok felszabadulását, diffúzióját és oldódását. A mechanikai hatás, a kavitációs hatás és a termikus hatás szinergikus hatása az ultrahangot olyan extrakciós módszerré teszi, amely kettős funkcióval rendelkezik: fizikai faltörés és fokozott tömegátadás.

3. Technikai előnyök

A hagyományos magas hőmérsékletű extrakcióhoz képest a teaitalok ultrahangos extrakciója a következő jelentős előnyökkel rendelkezik:

Alacsony hőmérsékletű elszívás, kiváló minőség. Az ultrahangos technológia lehetővé teszi a tealevelek hatékony extrakcióját alacsonyabb hőmérsékleten (például 20-50°C-on). A sejtroncsolás és az alacsony hőmérsékletű ultrahangos ellenáramú extrakció kombinált technológiájával 20°C-os és 30 perces extrakciós körülmények között a tealé szilárdanyag-hozama elérheti a 90%-ot is, a termék íze és minősége kiváló. Az alacsony hőmérsékletű viszonyok hatékonyan elkerülik a tea aromájának nagymértékű elpárologtatását és a tealeves oxidatív elszíneződését, így a termék érzékszervi minősége közel áll az eredeti tea ízéhez.

Rövid távú és hatékony, jelentősen lerövidíti az extrakciós időt. Az ultrahangos kezelés hatására a tea összetevői kétszer olyan gyorsan oldódnak fel, mint a hagyományos alacsony hőmérsékleten, és az extrakciós idő felére csökkenthető. Tanulmányok kimutatták, hogy ha a teát hagyományos alacsony hőmérsékleten, 45-50 °C-on, 40 kHz-es ultrahangfrekvencián extraháljuk, az extrakció hatékonysága jelentősen javul.

A szelektív extrakció javítja a tealeves minőségét. A kutatások azt mutatják, hogy a mikrohullámú és ultrahanghullámok kioldódási sebessége tea polifenolokon, aminosavakon és koffeineken megegyezik a hagyományos extrakciós módszerekével, de gátló hatással van a makromolekulák, például a fehérje és a pektin kimosódására. Ez azt jelenti, hogy az ultrahangos extrakció biztosíthatja a hatóanyagok teljes kimosódását, miközben csökkenti a tealeves zavarosságát okozó makromolekuláris anyagok kioldódását, ezáltal javítva a tealeves tisztaságát és stabilitását.

A hatóanyag tartalma magasabb. Elemeztük a különböző extrakciós módszerekkel extrahált tealeves fő katekin tartalmát. Az eredmények azt mutatták, hogy az ultrahangos extrakcióval extrahált tealeves fő katekin tartalma magasabb, mint a többi extrakciós módszer esetében. A hagyományos oldószeres extrakciós módszerhez képest az ultrahangos módszer nemcsak jelentősen növeli az extrakciós sebességet, hanem jelentősen javítja a kivonat minőségét is.

Zöld és környezetbarát. Az ultrahangos extrakciót vízben vagy élelmiszer-minőségű oldószerrendszerben lehet végrehajtani, csökkentve a szerves oldószerek felhasználását és összhangban a zöld feldolgozás fejlődési irányával.

4. Főbb folyamatparaméterek

A teában lévő hatóanyagok ultrahangos extrakciójának hatékonyságát átfogóan befolyásolja számos folyamatparaméter, és szisztematikus optimalizálást igényel a különböző teatípusok és célösszetevők esetében.

4.1 Ultrahang frekvencia

Az ultrahang frekvencia az egyik fontos tényező, amely befolyásolja az extrakciós hatást. A kutatások azt mutatják, hogy a 20 kHz a teaital-főzés során általánosan használt frekvencia. Az alacsony frekvenciájú ultrahang (20-40 kHz) nagy kavitációs buborékokat tud létrehozni, közvetlenül befolyásolja a teasejteket, és kivonja a makromolekulák tápanyagait, például tea polifenolokat és koffeint. A kutatások azt mutatják, hogy minél magasabb az ultrahang frekvenciája, annál nagyobb az extrakciós sebesség, és végül megközelít egy bizonyos stabil értéket.

4.2 Extrakciós hőmérséklet

A hőmérséklet kulcsfontosságú tényező, amely befolyásolja a vízben oldódó anyagok kimosódását a teában. A hőmérséklet emelkedésével az extrakció sebessége felgyorsul, de túl magas hőmérséklet esetén a tea vízzel kivont anyagai gyorsabban oxidálódnak és a minőség is romlik. Ezért a 45-60 °C általában ésszerűbb hőmérséklet-tartomány az ultrahangos extrakcióhoz. A fehér tea optimális extrakciós hőmérséklete 45°C; Az ultrahangos alacsony hőmérsékletű ellenáramú extrakciós technológia hatékony extrakciót érhet el 20 ° C-on.

4.3 Kivonási idő

Az ultrahangos extrakció egyik legnagyobb előnye a rövid idő. A fehér tea ultrahangos extrakciójának optimális ideje egy meghatározott optimalizált idő; Az instant tea ultrahangos extrakciójának optimális folyamatához átfogóan figyelembe kell venni az extrakciós időt, gyakoriságot és egyéb tényezőket. A tényleges gyártás során az extrakciós idő általában 10-60 perc tartományban szabályozható.

4.4 Anyag/folyadék arány és nyersanyag szemcseméret

Az anyag-folyadék arány közvetlenül befolyásolja az anyagátvitel hatékonyságát és a kitermelési költségeket. Az optimális anyag-folyadék arány a különböző teatípusok és célösszetevők esetében eltérő. A tealevél szemcsemérete is befolyásolja az extrakció hatékonyságát – minél finomabb a szemcseméret, minél nagyobb a fajlagos felület, annál teljesebb az érintkezés az oldószerrel, és annál nagyobb az extrakciós sebesség. Egyes tanulmányok a tealeveleket különböző szemcseméretekre osztották, mint például 24-40 mesh és 40-60 mesh, összehasonlító kísérletek céljából. A tanulmány azt is megállapította, hogy minél rövidebb a tea fermentációs ideje, annál nagyobb az extrakciós sebesség.

5. Ipari alkalmazás

Az ultrahangos teaital-kivonási technológia a laboratóriumi kutatástól az ipari termelés felé mozdult el, és figyelemre méltó eredményeket ért el.

A világ első ultrahangos alacsony hőmérsékletű ellenáramú kilúgozó gyártósora. A Kínai Mezőgazdasági Tudományos Akadémia Teakutató Intézete együttműködött a Yunnan Lincang Lancangjiang Tea Co., Ltd.-vel annak érdekében, hogy alacsony hőmérsékleten és hatékonyan készítsék el a friss tealé a sejtmegszakítás és az ultrahangos alacsony hőmérsékletű ellenáramú extrakció kombinált technológiájával.

Ultrahangos többfokozatú ellenáramú extrakciós oszlop szegmentált extrakció. A tea hatóanyagainak kioldódási jellemzőinek megfelelően a szegmentált extrakcióhoz ultrahangos, többlépcsős ellenáramú extrakciós oszlopot használnak. A front-endben nagy ízű hidegoldható instant teát, míg a háttérben teapolifenolokban dúsított funkcionális instant teát (tea polifenol tartalom ≥65%) készítenek a hatékony, minőségi és nagy értékű felhasználás érdekében.

Ultrahangos dinamikus alacsony hőmérsékletű extrakciós gyártósor. Az elmúlt években az ultrahangos dinamikus alacsony hőmérsékletű extrakciós gyártósorok teljes készletét is használatba vették, akár 500 liter/tétel gyártási kapacitással, alacsony hőmérsékletű szabályozással a teljes folyamat során (extrakció/szűrés/töményítési fokozat ≤55°C), valamint 'ultrahangos dinamikus extrakciós'membrános töményítési eljárás + többlépcsős töményítés + tisztítás aktív összetevők és eredeti aromák, mint például tea polifenolok és teanin

Következtetés

Az ultrahangos extrakciós technológia a kavitáció, a mechanikai és a termikus hatások szinergikus hatására támaszkodik a tea hatóanyagainak alacsony hőmérsékletű, rövid távú és hatékony extrakciója érdekében. Hatékony módszer a hagyományos teaital-kivonási eljárások minősége és hatékonysága közötti ellentmondás feloldására. A laboratóriumi kutatástól a 100 000 tonna éves teljesítményű ipari gyártósorig az ultrahangos teaital-kivonási technológia egy teljes folyamaton ment keresztül az elmélettől a gyakorlatig, a feltárástól az érettségig. A technológia folyamatos fejlődésével és az ipari alkalmazás folyamatos elmélyítésével az ultrahangos extrakciós technológia szilárd technikai támogatást nyújt a teaital-ipar minőségének javításához és zöld fejlesztéséhez.