Ултразвукова обработка за консервиране на сокове и повишаване на съдържанието на хранителни вещества

В съвременното преработване на храни запазването на свежестта при едновременно повишаване на хранителната стойност е основно предизвикателство. Високопроизводителната ултразвукова обработка – с използване на ултразвукови апарати със сонда – се утвърждава като мощен метод за нетермична обработка. Тази статия представя резултати от научно изследване, което проучва как ултразвуковите процесори на Hielscher подобряват хранителния профил на ягодов сок, подсладен със Stevia rebaudiana.

Основни изводи: Ултразвуковата обработка повишава съдържанието на фенолни съединения, нивата на флавоноидите и антиоксидантния капацитет – всичко това при условия, които позволяват мащабиране и са подходящи за промишлено приложение.

Защо да заменим топлината с ултразвук?

Традиционната пастьоризация може да разгради термолабилни съединения като полифеноли и флавоноиди. За разлика от нея, ултразвуковата обработка е нетермична технология, която използва акустична кавитация за засилване на разрушаването на клетките и молекулната дифузия без увреждане от топлина.

Скорошно рецензирано изследване на Šic Žlabur и съавт. (2019), публикувано в списание „Molecules“ , предоставя убедителни доказателства за ефикасността на високоинтензивния ултразвук при обработката на ягодов сок, подсладен със Stevia rebaudiana, с използване на ултразвуковия апарат Hielscher, модел UP400St. Резултатите имат значимо приложение за промишлената обработка на сокове, тъй като експерименталните условия могат да бъдат мащабирани линейно с използваните ултразвукови системи на Hielscher.

Предимства на ултразвуковата обработка на сокове:

• Подобрено извличане на биоактивни съединения
• Запазване на вкуса и цвета
• Намаляване на микробното натоварване
• Мащабируема и енергийно ефективна
• Процес без добавки, позволяващ чист етикет

Експериментална постановка: ултразвукова обработка на сок

В изследването е използван ултразвуков процесор Hielscher UP400St (400 W, 24 kHz) за обработка на ягодов сок в присъствието на зелена стевия на прах.
Изследователите оценяват ефектите от ултразвуковата обработка със сонда при различни амплитуди (50%, 75%, 100%), диаметри на сондата (сонотрод S24d7 с диаметър на върха 7 mm и S24d22 с диаметър на върха 22 mm) и продължителност на ултразвуковата обработка (15, 20 и 25 минути). Сред всички изпитани условия най-интензивната обработка – 100% амплитуда, сонда 22 mm, 25 минути – дава най-изразени резултати.

Преглед на резултатите – ултразвукова обработка на сокове

Повишено общо съдържание на фенолни съединения (TPC)

Соковете, обработени с ултразвук, показват до 23% по-високо TPC в сравнение със соковете, подложени на лека ултразвукова обработка, и 18% по-високо TPC от соковете със стевия, които не са обработени с ултразвук.

C18: Обработен с ултразвук със сонда 22 mm, 100% амплитуда, 25 минути
Таблица: Ефект на ултразвуковата обработка върху съдържанието на фенолни съединения и антиоксидантната активност

 
Общото съдържание на фенолни съединения (TPC) се увеличава с 23% в сравнение с най-леката ултразвукова обработка и с 18% в сравнение с пробите със стевия, които не са обработени с ултразвук.
Основните фенолни съединения, чието съдържание се повишава, включват лутеолин, апигенин, кверцетин, мирицетин и кемпферол, с увеличения от 3 до 7 пъти.
Антиоксидантният капацитет (определен чрез ABTS анализ) също се увеличава, което показва повишаването на съдържанието на биоактивни вещества.

Фенолни киселини и флавоноиден профил

Ултразвукът позволява по-ефективно извличане на фенолни киселини като пирогалол и 4-methyl-catechol, като съдържанието на пирогалол достига почти 2 mg/g в най-интензивно обработения с ултразвук сок – над 3,5× по-високо от това в съответните сокове, които не са обработени с ултразвук.

Образуването на хидроксилни радикали по време на акустичната кавитация вероятно допринася за засиленото хидроксилиране и освобождаване на фенолни съединения, което съответства на предишни изследвания на механизмите на ултразвуковата екстракция.

Подобрена сладост с функционални ползи

Особено внимание в изследването е отделено на стевиоловите гликозиди, по-конкретно на стевиозида и ребаудиозид A (Reb A) – основните подсладители в Stevia rebaudiana. Ултразвуковата обработка значително повишава концентрациите им:

• Съдържанието на стевиозид се увеличава с 61%.
• Съдържанието на Reb A се удвоява (+114%).

Това повишение е полезно не само по отношение на сладостта, но и от сетивна и метаболитна гледна точка. По-високите нива на Reb A подобряват вкусовата приемливост, като намаляват горчивината, често свързвана със стевиозида.

Ултразвукова обработка на сокове: промишлено приложение и мащабируемост

Ултразвуковите апарати на Hielscher позволяват прецизен контрол върху всички важни параметри на процеса. По този начин всички резултати могат да бъдат мащабирани линейно благодарение на конструкцията на ултразвуковите процесори на Hielscher, които поддържат постоянна енергийна интензивност при увеличаване на мащаба. Това прави прехода от настолни системи към промишлени системи с непрекъснат режим на работа както технически осъществим, така и икономически привлекателен.

Това изследване допълва нарастващия набор от доказателства в подкрепа на високоинтензивния ултразвук като устойчив метод за нетермична обработка. Наблюдаваните комбинирани ползи – повишено съдържание на хранителни вещества, подобрен антиоксидантен капацитет и оптимизирани сетивни свойства – подчертават неговата стойност при разработването на функционални напитки.

И така, какво означава това за промишлеността?
С мащабируеми технологични платформи като тези на Hielscher производителите на сокове вече могат да разглеждат ултразвуковата обработка не просто като алтернатива, а като подобрение – както за качеството на продукта, така и за здравето на потребителите.

Таблицата по-долу дава представа за приблизителния капацитет за обработка на нашите ултразвукови апарати:

Проектиране, производство и консултиране – качество, произведено в Германия

Ултразвуковите апарати на Hielscher са добре известни с най-високите си стандарти за качество и проектиране. Здравината и лесната работа позволяват безпроблемното интегриране на нашите ултразвукови апарати в промишлени съоръжения. Ултразвуковите апарати на Hielscher лесно се справят с тежки условия и взискателни работни среди.

Hielscher Ultrasonics е компания, сертифицирана по ISO, и поставя специален акцент върху високопроизводителните ултразвукови апарати с най-съвременна технология и удобство за потребителя. Разбира се, ултразвуковите апарати на Hielscher са в съответствие с CE и отговарят на изискванията на UL, CSA и RoHs.