Sonikacija za konzerviranje sokova i poboljšanje sadržaja nutrijenata
U savremenoj preradi hrane očuvanje svježine uz istovremeno poboljšanje nutritivne vrijednosti središnji je izazov. Visokoučinkovita ultrazvučna obrada – uz upotrebu sonikatora sa sondom – sve se više primjenjuje kao snažna netermička metoda obrade. Ovaj članak predstavlja nalaze naučne studije koja je istraživala kako Hielscher ultrazvučni procesori poboljšavaju nutritivni profil soka od jagode zaslađenog biljkom Stevia rebaudiana.
Ključni zaključci: Sonikacija povećava sadržaj fenola, razinu flavonoida i antioksidativni kapacitet – sve pod skalabilnim uvjetima prikladnim za industrijsku primjenu.
Zašto toplinu zamijeniti ultrazvukom?
Tradicionalna pasterizacija može razgraditi termolabilna jedinjenja poput polifenola i flavonoida. Ultrazvučna obrada je, nasuprot tome, netermička tehnika obrade koja koristi akustičnu kavitaciju za pojačanu razgradnju ćelija i molekularnu difuziju bez oštećenja uzrokovanih toplinom.
Ultrazvučno konzerviranje sokova i ekstrakcija nutrijenata
Nedavna recenzirana studija autora Šic Žlabur et al. (2019) objavljena u časopisu “Molecules” pruža čvrste dokaze o djelotvornosti ultrazvuka visokog intenziteta, uz upotrebu Hielscher sonikatora modela UP400St, za obradu soka od jagode zaslađenog biljkom Stevia rebaudiana. Nalazi imaju značajne implikacije za industrijsku preradu sokova, s obzirom na to da su eksperimentalni uvjeti linearno skalabilni s korištenim Hielscher ultrazvučnim sistemima.
Prednosti ultrazvučne obrade sokova:
- Poboljšana ekstrakcija bioaktivnih jedinjenja
- Očuvanje okusa i boje
- Smanjenje mikrobnog opterećenja
- Skalabilno i energetski učinkovito
- Proces bez aditiva, s čistom deklaracijom
Eksperimentalni postav: sonikacija soka
U studiji je korišten Hielscher ultrazvučni procesor UP400St (400 W, 24 kHz) za obradu soka od jagode u prisutnosti zelenog praha stevije.
Istraživači su procijenili učinke sonikacije sondom pri različitim amplitudama (50%, 75%, 100%), promjerima sonde (sonotroda S24d7 s vrhom od 7 mm i S24d22 s vrhom od 22 mm) i trajanjima sonikacije (15, 20 i 25 minuta). Pri svim ispitanim uvjetima najintenzivniji tretman – amplituda 100%, sonda od 22 mm, 25 minuta – dao je najizraženije rezultate.
Pregled rezultata – ultrazvučna obrada sokova
Povećan ukupni sadržaj fenola (TPC)
Sonikirani sokovi pokazali su do 23% viši TPC u odnosu na blagu sonikaciju i 18% viši u odnosu na nesonikirane sokove sa stevijom.
| Uzorak | TPC (mg GAE/L) | Flavonoidi (mg GAE/L) | Antioksidativni kapacitet (mmol TE/L) |
|---|---|---|---|
| Kontrola | 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: sonikirano sondom od 22 mm, amplituda 100%, 25 minuta
Tabela: Učinak sonikacije na sadržaj fenola i antioksidativnu aktivnost
Ukupni sadržaj fenola (TPC) povećao se za 23% u odnosu na najblažu sonikaciju i za 18% u odnosu na nesonikirane uzorke sa stevijom.
Pojačani ključni fenoli obuhvatili su luteolin, apigenin, kvercetin, miricetin i kemferol, uz povećanja u rasponu od 3 do 7 puta.
Antioksidativni kapacitet (određen ABTS testom) također se povećao, što pokazuje porast bioaktivnih jedinjenja.
Fenolne kiseline i profil flavonoida
Ultrazvuk je omogućio bolju ekstrakciju fenolnih kiselina poput pirogalola i 4-metilkatehola, pri čemu je pirogalol u najintenzivnije sonikiranom soku dosegao gotovo 2 mg/g – više od 3,5× više nego u nesonikiranim usporedivim uzorcima.
Nastajanje hidroksilnih radikala tokom akustične kavitacije vjerovatno doprinosi pojačanoj hidroksilaciji i oslobađanju fenolnih jedinjenja, što je u skladu s ranijim mehanističkim studijama o ultrazvučnoj ekstrakciji.
Poboljšana slatkoća s funkcionalnim prednostima
Studija je posebno istraživala steviolne glikozide, naročito stevioizid i rebaudiozid A (Reb A) – glavne zaslađivače u biljci Stevia rebaudiana. Sonikacija je značajno povećala njihove koncentracije:
- Sadržaj stevioida povećao se za 61%.
- Sadržaj Reb A udvostručio se (+114%).
Ovo poboljšanje nije korisno samo sa stanovišta slatkoće, nego i sa senzornog i metaboličkog aspekta. Viši nivoi Reb A poboljšavaju ukusnost smanjenjem gorčine koja se često povezuje sa stevioidom.
Ultrazvučna obrada sokova: industrijska relevantnost i skalabilnost
Hielscher sonikatori omogućavaju preciznu kontrolu svih važnih procesnih parametara. Stoga su svi rezultati linearno skalabilni zahvaljujući konstrukciji Hielscher ultrazvučnih procesora, koji pri povećanju razmjera održavaju konstantan intenzitet energije. Zbog toga je prijelaz sa laboratorijskih na kontinuirane industrijske sisteme i tehnički izvediv i ekonomski privlačan.
Ova studija doprinosi rastućem broju dokaza koji podupiru ultrazvuk visokog intenziteta kao održivu, netermičku metodu obrade. Zabilježene kombinirane prednosti – poboljšanje sadržaja nutrijenata, bolji antioksidativni kapacitet i optimizirana senzorna svojstva – naglašavaju njegovu vrijednost u razvoju funkcionalnih napitaka.
Šta to znači za industriju?
Uz skalabilne tehnološke platforme poput onih koje nudi Hielscher, proizvođači sokova sada mogu sonikaciju smatrati ne samo alternativom, nego nadogradnjom – i za kvalitet proizvoda i za zdravlje potrošača.
- visoka učinkovitost
- najsavremenija tehnologija
- pouzdanost i robusnost
- podesiva, precizna kontrola procesa
- šaržni i inline rad
- za bilo koji volumen
- inteligentni softver
- pametne funkcije (npr. programabilnost, protokolisanje podataka, daljinsko upravljanje)
- jednostavno i sigurno za upotrebu
- nisko održavanje
- CIP (čišćenje na mjestu)
Tabela u nastavku daje okvirnu informaciju o približnom kapacitetu obrade naših ultrazvučnih uređaja:
| Volumen šarže | Protok | Preporučeni uređaji |
|---|---|---|
| 10 do 2000mL | 20 do 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 do 20L | 0,2 do 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 do 100L | 2 do 10L/min | UIP4000hdT |
| 15 do 150L | 3 do 15L/min | UIP6000hdT |
| n.a. | 10 do 100L/min | UIP16000hdT |
| n.a. | veći | klaster od UIP16000hdT |
Dizajn, proizvodnja i savjetovanje – kvalitet proizveden u Njemačkoj
Hielscher ultrazvučni uređaji poznati su po najvišem kvalitetu i standardima dizajna. Robusnost i jednostavno rukovanje omogućavaju nesmetanu integraciju naših ultrazvučnih uređaja u industrijska postrojenja. Hielscher ultrazvučni uređaji lako podnose teške uvjete i zahtjevna okruženja.
Hielscher Ultrasonics je ISO certificirana kompanija i poseban naglasak stavlja na visokoučinkovite ultrazvučne uređaje najsavremenije tehnologije i jednostavne za korištenje. Naravno, Hielscher ultrazvučni uređaji u skladu su sa CE oznakom i zadovoljavaju zahtjeve UL, CSA i RoHs.
Ultrazvučni homogenizator hrane UIP16000 za industrijsku obradu hrane i pića.
Literatura / reference
- 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.
Često postavljana pitanja
Kako se sokovi konzerviraju?
Sokovi se obično konzerviraju termičkom pasterizacijom, pri kojoj toplina inaktivira mikroorganizme kvarenja i enzime. Alternativne metode uključuju obradu visokim tlakom (HPP), sonikaciju, pulsirajuća električna polja (PEF) i kemijske konzervanse poput sorbata ili benzoata. Cilj ovih pristupa je produžiti rok trajanja uz održavanje sigurnosti i senzornog kvaliteta.
Saznajte više o ultrazvučnom konzerviranju sokova!
Zašto je netermička obrada sokova korisna?
Netermička obrada – poput HPP, PEF ili ultrazvučne obrade – smanjuje termičku razgradnju nutrijenata, aroma i bioaktivnih jedinjenja osjetljivih na toplinu. Omogućava mikrobnu inaktivaciju uz očuvanje nutritivnog kvaliteta i senzornih svojstava, nudeći alternativu konvencionalnim toplinskim tretmanima s čistijom deklaracijom. Saznajte više o prednostima konzerviranja sokova HPP-om potpomognutim ultrazvukom!
Jesu li pića sa stevijom zdrava?
Stevija, prirodno nenutritivno zaslađivač dobiveno iz biljke Stevia rebaudiana, općenito je priznata kao sigurna (GRAS) od strane FDA. Ima zanemariv kalorijski sadržaj i ne povećava razinu glukoze u krvi niti inzulina, što je čini prikladnom alternativom za osobe s dijabetesom ili one koje žele smanjiti unos šećera. Međutim, zdravstvene prednosti ovise o ukupnom sastavu pića – pića zaslađena stevijom i dalje mogu sadržavati aditive ili nemati nutritivnu vrijednost.
Saznajte više o ultrazvučnoj ekstrakciji stevije!
Hielscher Ultrasonics proizvodi visokoučinkovite ultrazvučne homogenizatore od laboratorijske do industrijske veličine.