المعالجة بالموجات فوق الصوتية لحفظ العصائر وتعزيز محتواها من المغذيات
في معالجة الأغذية الحديثة، يُعد الحفاظ على الطزاجة مع تعزيز القيمة الغذائية تحديًا رئيسيًا. وقد اكتسبت المعالجة بالموجات فوق الصوتية عالية الأداء – باستخدام أجهزة معالجة بالموجات فوق الصوتية من نوع المسبار – انتشارًا بوصفها طريقة فعالة للمعالجة غير الحرارية. يعرض هذا المقال نتائج دراسة علمية تبحث في كيفية تحسين التركيبة الغذائية لعصير الفراولة المُحلّى بنبات Stevia rebaudiana باستخدام معالجات Hielscher بالموجات فوق الصوتية.
أبرز النتائج: تعزز المعالجة بالموجات فوق الصوتية المحتوى الفينولي ومستويات الفلافونويدات والقدرة المضادة للأكسدة – وكل ذلك في ظروف قابلة للتوسّع ومناسبة للتطبيق الصناعي.
لماذا تُستبدل الحرارة بالموجات فوق الصوتية؟
قد تؤدي البسترة التقليدية إلى تحلل المركبات الحساسة للحرارة، مثل البوليفينولات والفلافونويدات. أما المعالجة بالموجات فوق الصوتية فهي تقنية معالجة غير حرارية تستخدم التجويف الصوتي لتعزيز تفكيك الخلايا والانتشار الجزيئي دون إحداث تلف حراري.
حفظ العصائر واستخلاص المغذيات بالموجات فوق الصوتية
تقدم دراسة حديثة خضعت لمراجعة الأقران، أجراها Šic Žlabur وآخرون (2019) ونُشرت في مجلة “Molecules” أدلة قوية على فعالية الموجات فوق الصوتية عالية الشدة، باستخدام جهاز Hielscher للمعالجة بالموجات فوق الصوتية طراز UP400St، في معالجة عصير الفراولة المُحلّى بنبات Stevia rebaudiana. وتحمل النتائج دلالات مهمة لمعالجة العصائر صناعيًا، نظرًا إلى إمكانية توسيع نطاق الظروف التجريبية خطيًا باستخدام أنظمة Hielscher بالموجات فوق الصوتية المستخدمة.
فوائد معالجة العصائر بالموجات فوق الصوتية:
- تعزيز استخلاص المركبات النشطة حيويًا
- الحفاظ على النكهة واللون
- خفض الحمل الميكروبي
- قابلة للتوسّع وموفرة للطاقة
- عملية خالية من المضافات تتيح بيان مكونات بسيطًا
الإعداد التجريبي: معالجة العصير بالموجات فوق الصوتية
استخدمت الدراسة معالج Hielscher UP400St بالموجات فوق الصوتية (400 W، 24 kHz) لمعالجة عصير الفراولة بوجود مسحوق الستيفيا الأخضر.
قيّم الباحثون تأثيرات المعالجة بالموجات فوق الصوتية باستخدام مسبار عند سعات مختلفة (50%، 75%، 100%)، وأقطار مختلفة للمسبار (سونوترود S24d7 بقطر طرف 7 mm وS24d22 بقطر طرف 22 mm)، وأزمنة معالجة بالموجات فوق الصوتية مختلفة (15 و20 و25 دقيقة). ومن بين جميع الظروف المختبرة، أسفرت المعالجة الأشد – سعة 100%، ومسبار 22 mm، ومدة 25 دقيقة – عن النتائج الأبرز.
نظرة عامة على النتائج – معالجة العصائر بالموجات فوق الصوتية
تعزيز المحتوى الفينولي الكلي (TPC)
أظهرت العصائر المعالجة بالموجات فوق الصوتية محتوى فينوليًا كليًا (TPC) أعلى بما يصل إلى 23% مقارنةً بالمعالجة الخفيفة بالموجات فوق الصوتية، وأعلى بنسبة 18% مقارنةً بالعصائر المحتوية على الستيفيا وغير المعالجة بالموجات فوق الصوتية.
| العينة | المحتوى الفينولي الكلي TPC (mg GAE/L) | الفلافونويدات (mg GAE/L) | القدرة المضادة للأكسدة (mmol TE/L) |
|---|---|---|---|
| العينة الضابطة | 927.3 ± 55.6 | 659.0 ± 39.6 | 3.77 ± 0.28 |
| JGSP | 1003.2 ± 13.6 | 685.2 ± 40.7 | 3.84 ± 0.09 |
| C18 | 1185.6 ± 0.2 | 791.5 ± 1.1 | 3.89 ± 1.15 |
C18: معالجة بالموجات فوق الصوتية باستخدام مسبار 22 mm، وسعة 100%، لمدة 25 دقيقة
الجدول: تأثير المعالجة بالموجات فوق الصوتية في المحتوى الفينولي والنشاط المضاد للأكسدة
ازداد المحتوى الفينولي الكلي (TPC) بنسبة 23% مقارنةً بأخف معالجة بالموجات فوق الصوتية، وبنسبة 18% مقارنةً بالعينات المحتوية على الستيفيا وغير المعالجة بالموجات فوق الصوتية.
شملت المركبات الفينولية الرئيسية التي ازداد محتواها اللوتيولين والأبيجينين والكيرسيتين والميريسيتين والكامبفيرول، بزيادات تراوحت بين 3 و7 أضعاف.
كما ازدادت القدرة المضادة للأكسدة (وفقًا لاختبار ABTS)، مما يُظهر ارتفاع محتوى المركبات النشطة حيويًا.
الأحماض الفينولية وتركيبة الفلافونويدات
أتاحت الموجات فوق الصوتية استخلاصًا أفضل للأحماض الفينولية، مثل pyrogallol و4-methyl-catechol، إذ بلغ محتوى pyrogallol قرابة 2 mg/g في العصير الذي خضع لأشد معالجة بالموجات فوق الصوتية – أي أكثر من 3.5× محتواه في العصائر المناظرة غير المعالجة بالموجات فوق الصوتية.
من المرجح أن يسهم تكوّن جذور الهيدروكسيل أثناء التجويف الصوتي في تعزيز الهيدروكسلة وتحرير المركبات الفينولية، وهو ما يتوافق مع الدراسات السابقة حول آليات الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية.
تحسين الحلاوة مع فوائد وظيفية
جدير بالذكر أن الدراسة بحثت غليكوسيدات الستيفيول، ولا سيما الستيفيوسايد والريبوديوسايد A (Reb A) – وهما المُحلّيان الرئيسيان في نبات Stevia rebaudiana. وقد عززت المعالجة بالموجات فوق الصوتية تركيزاتهما بدرجة ملحوظة:
- ازداد محتوى الستيفيوسايد بنسبة 61%.
- تضاعف محتوى Reb A (+114%).
لا يقتصر نفع هذا التحسين على الحلاوة، بل يشمل أيضًا الجوانب الحسية والاستقلابية. إذ تحسن المستويات الأعلى من Reb A استساغة المنتج عبر تقليل المرارة التي غالبًا ما ترتبط بالستيفيوسايد.
معالجة العصائر بالموجات فوق الصوتية: الأهمية الصناعية وقابلية التوسّع
تتيح أجهزة Hielscher للمعالجة بالموجات فوق الصوتية التحكم الدقيق في جميع معلمات العملية المهمة. وبذلك، يمكن توسيع نطاق جميع النتائج خطيًا، بفضل تصميم معالجات Hielscher بالموجات فوق الصوتية، التي تحافظ على شدة طاقة ثابتة أثناء زيادة النطاق. وهذا يجعل الانتقال من الأنظمة المنضدية إلى الأنظمة الصناعية المستمرة ممكنًا من الناحية التقنية وجذابًا من الناحية الاقتصادية.
تضيف هذه الدراسة إلى مجموعة متنامية من الأدلة التي تدعم استخدام الموجات فوق الصوتية عالية الشدة بوصفها طريقة معالجة مستدامة وغير حرارية. وتؤكد الفوائد مجتمعةً – تعزيز المحتوى من المغذيات، وتحسين القدرة المضادة للأكسدة، وتحسين الخصائص الحسية – قيمة هذه الطريقة في تطوير المشروبات الوظيفية.
إذن، ماذا يعني هذا للصناعة؟
مع منصات تقنية قابلة للتوسّع مثل تلك التي توفرها Hielscher، يمكن لمصنّعي العصائر الآن اعتبار المعالجة بالموجات فوق الصوتية أكثر من مجرد بديل، بل تحسينًا – لجودة المنتج وصحة المستهلك على السواء.
- كفاءة عالية
- أحدث التقنيات
- الموثوقية والمتانة
- تحكم دقيق وقابل للضبط في العملية
- معالجة بالدفعات وفي خط الإنتاج
- لأي حجم
- برمجيات ذكية
- ميزات ذكية (مثل قابلية البرمجة وتسجيل البيانات والتحكم عن بُعد)
- تشغيل سهل وآمن
- متطلبات صيانة منخفضة
- CIP (التنظيف في الموقع)
يوفر الجدول أدناه مؤشرًا على قدرة المعالجة التقريبية لأجهزتنا للمعالجة بالموجات فوق الصوتية:
| حجم الدفعة | معدل التدفق | الأجهزة الموصى بها |
|---|---|---|
| من 10 إلى 2000mL | من 20 إلى 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| من 0.1 إلى 20L | من 0.2 إلى 4L/min | UIP2000hdT |
| من 10 إلى 100L | من 2 إلى 10L/min | UIP4000hdT |
| من 15 إلى 150L | من 3 إلى 15L/min | UIP6000hdT |
| n.a. | من 10 إلى 100L/min | UIP16000hdT |
| n.a. | أكبر | مجموعة من UIP16000hdT |
التصميم والتصنيع والاستشارات – جودة صُنعت في ألمانيا
تشتهر أجهزة Hielscher للمعالجة بالموجات فوق الصوتية بأعلى معايير الجودة والتصميم. وتتيح المتانة وسهولة التشغيل دمج أجهزتنا للمعالجة بالموجات فوق الصوتية بسلاسة في المنشآت الصناعية. وتتعامل أجهزة Hielscher للمعالجة بالموجات فوق الصوتية بسهولة مع الظروف القاسية والبيئات التي تفرض متطلبات عالية.
Hielscher Ultrasonics شركة حاصلة على شهادة ISO، وتولي اهتمامًا خاصًا بأجهزة المعالجة بالموجات فوق الصوتية عالية الأداء التي تتميز بأحدث التقنيات وسهولة الاستخدام. وبالطبع، تتوافق أجهزة Hielscher للمعالجة بالموجات فوق الصوتية مع CE وتلبي متطلبات UL وCSA وRoHs.
مجانس أغذية بالموجات فوق الصوتية UIP16000 لمعالجة الأغذية والمشروبات صناعيًا.
المؤلفات / المراجع
- Šic Žlabur, J.; Dobričević, N.; Brnčić, M.; Barba, F.J.; Lorenzo, J.M.; Franco, D.; Atanasov, A.G.; Voća, S.; Rimac Brnčić, S. (2019): Evaluation of the Behavior of Phenolic Compounds and Steviol Glycosides of Sonicated Strawberry Juice Sweetened with Stevia (Stevia rebaudiana Bertoni). Molecules 2019, 24, 1202.
- Alex Patist, Darren Bates (2008): Ultrasonic innovations in the food industry: From the laboratory to commercial production. Innovative Food Science & Emerging Technologies, Volume 9, Issue 2, 2008. 147-154.
- Mehmet Başlar, Mustafa F. Ertugay (2013): The effect of ultrasound and photosonication treatment on polyphenoloxidase (PPO) activity, total phenolic component and colour of apple juice. International Journal of Food Science and Technology, Volume 48, Issue 4, April 2013. 886–892.
- Morteza Rouhani (2019): Modeling and optimization of ultrasound-assisted green extraction and rapid HPTLC analysis of stevioside from Stevia Rebaudiana. Industrial Crops and Products, Volume 132, 2019. 226-235.
- Dogan Kubra, P.K. Akman, F. Tornuk(2019): Improvement of Bioavailability of Sage and Mint by Ultrasonic Extraction. International Journal of Life Sciences and Biotechnology, 2019. 2(2): p.122- 135.
الأسئلة الشائعة
كيف تُحفظ العصائر؟
تُحفظ العصائر عادةً بالبسترة الحرارية، حيث تُعطّل الحرارة الكائنات الحية الدقيقة المسببة للفساد والإنزيمات. وتشمل الطرق البديلة المعالجة بالضغط العالي (HPP)، والمعالجة بالموجات فوق الصوتية، والمجالات الكهربائية النبضية (PEF)، والمواد الحافظة الكيميائية مثل السوربات أو البنزوات. وتهدف هذه الأساليب إلى إطالة مدة الصلاحية مع الحفاظ على السلامة والجودة الحسية.
اقرأ المزيد عن حفظ العصائر بالموجات فوق الصوتية!
لماذا تُعد معالجة العصائر غير الحرارية مفيدة؟
تقلل المعالجة غير الحرارية – مثل HPP أو PEF أو المعالجة بالموجات فوق الصوتية – من التحلل الحراري للمغذيات والنكهات والمركبات النشطة حيويًا الحساسة للحرارة. وهي تتيح تعطيل الكائنات الحية الدقيقة مع الحفاظ على الجودة الغذائية والخصائص الحسية، مما يوفر بديلًا للمعالجات الحرارية التقليدية يتيح بيان مكونات أبسط. تعرّف على المزيد عن مزايا حفظ العصائر بالضغط العالي HPP بمساعدة الموجات فوق الصوتية!
هل المشروبات المحتوية على الستيفيا صحية؟
الستيفيا مُحلٍّ طبيعي غير مغذٍ يُستخلص من نبات Stevia rebaudiana، وتعترف به إدارة الغذاء والدواء الأمريكية (FDA) عمومًا بوصفه آمنًا (GRAS). ومحتواه من السعرات الحرارية ضئيل للغاية، ولا يرفع مستويات الغلوكوز أو الإنسولين في الدم، مما يجعله بديلًا مناسبًا للأفراد المصابين بالسكري أو الذين يسعون إلى تقليل تناول السكر. ومع ذلك، تعتمد الفوائد الصحية على التركيبة الكلية للمشروب – فقد تظل المشروبات المُحلّاة بالستيفيا محتوية على مضافات أو مفتقرة إلى القيمة الغذائية.
اقرأ المزيد عن استخلاص الستيفيا بالموجات فوق الصوتية!
تصنّع Hielscher Ultrasonics مجانسات بالموجات فوق الصوتية عالية الأداء بأحجام تتراوح من الحجم المخبري إلى الحجم الصناعي.