Ultrazvučno poboljšana Kombucha fermentacija

Kombucha je fermentiran napoj koji sadrži čaj, šećer, bakterije, ovce i često malo soka, voća ili začina kao okus. Kombucha kao i fermentiran sok i sokova od povrća poznati su po pozitivnom učinku na zdravlje, jačanju mikrobiota i imunoloskog sistema. Kontrolirana ultrasonication poboljšava proizvodnju kombucha i drugih fermentiranih pića na različite načine: Ultrazvuk može stimulirati rast ovce i bakterija tokom fermentacije; ekstrakt polifenola, flavonoida i okusa iz voća, povrća i bilja; a primjenjuje se i kao netermalna metoda pastenizacije za mikrobno redukciju prije pakiranja. Hielscher ultrasonicators su precizno kontrolisani i mogu isporučiti najpogodniji ultrazvučni intezitet za svaki korak liječenja u proizvodnji fermentiranih pića.

Kombucha i Fermented Beverages

Kombucha se proizvodi fermentacijom šećera čaja koristeći "Simbiotsku kulturu bakterija i ovceta" (SCOBY), koja se također obično naziva "majka"” ili "čajna gljiva”. Raznovrsnost i omjer mikrobnih populacija u SCOBY-u mogu znatno da se razluče. Komponenta hvasta uglavnom uključuje Saccharomyces cerevisiae, zajedno sa drugim vrstama Zygosaccharomyces, Candida, Kloeckera/Hanseniaspora, Torulaspora, Pichia, Brettanomyces/Dekkera, Saccharomyces, Lachancea, Saccharomycoides, Schizosaccharomyces, and Kluyveromyces; bakterijska komponenta gotovo uvijek uključuje Komagataeibacter xylinus (ranije Gluconacetobacter xylinus), koji fermentira alkohole koje proizvode ovce u acetske i druge kiseline, povećavajući kiselinu i ograničavajući sadržaj etanola.
Slično tome, druga fermentirana pića kao što su fermentirani voćni i povrćni soci se inokuliraju bakterijama i ovcem.
Tretman ultrazvuka može poboljšati efikasnost fermentacije i kvalitetne osobine fermentiranog napića uključujući sadržaj hranjivih tvari i okus.

Ultrazvučno intenziviranje Kombucha fermentacije

Ultrazvučni valovi su dobro poznati da stimuliraju rast bakterija i skeva. Kontrolirana blaga sonikacija kombucha kultura (SCOBY, poznata i kao čajna gljiva, čajna gljiva, ili mančurijska gljiva) stoga može promovirati proces fermentacije i dovesti do viših prinosa kombucha u ubrzanom vremenu fermentacije.
Ultrazvučno stimulirana fermentacija pokazuje pojačanu membransku permeabilizaciju i time povećava prijenos mase. Sonomehaničko liječenje ultrazvučnim valovima perforira ćelijske zidove i plazma membrane mikroorganizama (proces koji se naziva sonoporacija). Neke ćelije su možda čak i puknule. Ove poremećene ćelije oslobađaju rast promovišući faktore kao što su vitamini, nukleotidi, aminokiseline i enzimi koji bi mogli stimulirati rast ćelijski netaknutih kao i membranski ugroženih bakterija.
Ultrazvučno liječenje prije fermentacije, kao i u fazama zaostajanja i klada pokazalo je najistakvatnije efekte na stimulaciju bakterijskog rasta.

Ultrazvučna stimulacija mikrobnog rasta je najucinkovitija kada se ultrazvuk primjenjuje prije fermentacije ili u fazama zaostajanja i klada.

Ultrazvučna stimulacija fermentacije soka od jabuka

Istraživanja su pokazala da je ultrazvučno liječenje u lag i logaritamskim fazama tokom fermentacije soka od jabuke promoviralo mikrobni rast i intenziviralo biotransformaciju zloćudne kiseline u laktacidnu kiselinu. Na primjer, nakon sonication u LAG fazi za 0,5 h, Mikrobno brojanje i sadržaj mlecne kiseline u uzorcima tretiranim ultrazvukom na 58,3 W/L dostigli su 7,91 ± 0,01 Log CFU/mL i 133,70 ± 7,39 mg/L, što je bilo znatno više od onog u nesonikiranim uzorcima. Štaviše, ultrasonikacija u lag i logaritamskim fazama imala je kompleksne uticaje na metabolizam fenola jabuka kao što su hlorogena kiselina, kofeirna kiselina, procijanidin B2, katehin i galna kiselina. Ultrazvuk bi mogao pozitivno utjecati na hidrolizu hlorogene kiseline u kofeinsku kiselinu, transformaciju procijanidina B2 i dekarboksilaciju galne kiseline. Metabolizam organskih kiselina i slobodnih aminokiselina u soniciranim uzorcima je statistički koreliran sa fenolikom metabolizma, što implicira da ultrazvuk može imati koristi od fenoličke derivacije poboljšanjem mikrobnog metabolizma organskih kiselina i aminokiselina. (cf. Wang et al., 2021)

Ultrazvučno poboljšana fermentacija sojinog mlijeka

Istraživački tim Ewe et al. (2012) istražio je učinke ultrazvuka na metaboličke efikasnosti sojeva laktobacilija (Lactobacillus acidophilus BT 1088, L. fermentum BT 8219, L. acidophilus FTDC 8633, L. gasseri FTDC 8131) tokom fermentacije sojinog mila. Opaženo je da je ultrazvučni tretman omeabilizirao ćelijske membrane bakterija. Permeabilizirane ćelijske membrane rezultirale su poboljšanom internalizacijom hranjivih tvari i naknadnom poboljšanjem rasta (P ≺ 0,05). Više amplitude i duža dugovanja tretmana sonikacije promovirali su rast laktobacilija u sojimilku, sa održivim brojem koji premašuje 9 log CFU/mL. Intraćelijske i vanćelijske β-glukozidaze specifične aktivnosti laktobacilija su također poboljšane (P ≺ 0,05) ultrasonication, što dovodi do povećane biokonverzije izoflavona u sojmilku, posebno genistin i malonil genistin do genisteina. Rezultati ove studije pokazuju da ultrazvučni tretman na ćelijama laktobacilija promiče (P ≺ 0,05) aktivnost β-glukozidaze ćelija u korist pojačanih (P ≺ 0,05) biokonverzije glukozidaza u bioaktivne aglikone u soymilku. (cf. Ewe et al., 2012)

Skeniranje elektronskih mikrografa laktobacilija bez tretmana (A) i laktobacilija tretiranih ultrazvukom na 60% amplitude 3 min (B). Krugovi koji pokazuju puknule ćelije i ćelije sa porama.
(Study and images: ©Ewe et al., 2012)

Vađenje nutricionih spoja i okusa u Kombuči i Fermentiranom napiću

Fermentirani čaj, sok i napići od povrća, npr. fermentirani sok od jabuke ili mulberrya ili voćni infused kombuchas, imaju koristi od okusa- i hranjivo-mudar od ultrazvučnog tretmana. Ultrazvučni valovi remete ćelijske strukture biljnih materijala i oslobađaju intraćelijske spojeve kao što su okusi, polifenoli, antioksidansi i flavonoidi. Istovremeno, ultrazvučna homogenizacija pruža uniformno raspršeni i emulgirani napoji koji sprečava odvajanje faza i nudi privlačan izgled za potrošače. Možete vidjeti primjer ultrazvučno tretirane more buckthorns berry kombucha bez odvajanja faze u usporedbi s neliječenom verzijom ispod.
Pročitajte više o ultrazvučnom okusu i ekstrakciji hranjivih tvari!

Ultrazvuk za očuvanje Kombucha

Ultrazvučni tretman može uticati na mikrobe ili ih stimulisati ili inaktivirati. Također, enzimi su pod uticajem sonikacije: Ultrazvuk može promijeniti karakteristike enzima, supstrata i njihovih reakcija. Ovi efekti ultrazvuka niske frekvencije se koriste u preradi hrane kao netermalna alternativa za pasteniranje hrane i pića. Sonication nudi prednost precizne kontrole parametara procesa kao što su amplituda, vrijeme, temperatura i pritisak, što omogućava ciljanu inaktivaciju mikroorganizama. Inaktivacija mikrobnog tereta u kombuči i fermentiranim napojima omogućava povećanje polica i stabilnosti proizvoda. Smanjenje mikroba i enzima olakšava komercijalnu distribuciju zbog produljenog vremena važenja konačnog proizvoda. Ultrasonication je netermalna pastenizacija metoda, koja se koristi već u komercijalnoj preradi hrane kao što je pastenizacija sokova. Posebno na višim amplitudama, ultrazvuk inaktivira bakterije i hvas tako što oškoduje ćelijske zidove. To rezultira sporim ili zaustavljenim mikrobnim rastom. Na primjer, Kwaw et al. (2018) je istraživao ultrazvučnu kao strategiju netermalne pastraurisizacije za sok od vunene kiseline. Ultrazvučno tretirani fermentirani sok od mulberryja imao je veći sadržaj fenolinih spoja (1700,07 ± 2,44 μg/mL) od kontrole, neliječenog fermentiranog soka od dula. "Među pojedinačnim ne-termalnim tretmanima, ultrasonication je uzrokovalo značajnu (p < 0.05) uzbuđenje fenoličkih i antioksidativnih svojstava soka od laktacidne kiseline fermentisanog mulberryja u odnosu na pulsirani tretman svjetlosti." (Kwaw et al., 2018) Dok je kombucha napoj poznat po svojim životnim kulturama, kontrolirano smanjenje mikroba može se koristiti kako bi se produžio životni vakuum komercijalno distribuiranih kombucha pića. Redovna termalna pastenizacija ubija sve žive ovce i bakterije koje su obično prisutne u kombuči i jedan su od glavnih faktora za njene efekte koji promovišu zdravlje. Ultrazvučna pastenizacija je metoda netermalnog očuvanja, koja se može koristiti za ili smanjenje broja mikrobnih ili potpuno eliminiranje mikroorganizama. To znači da komercijalni proizvođači mogu primjenjivati ultrazvuk na nižim amplitutima i za kraća razdoblja kako bi se smanjio broj bakterija i hvasta bez potpunog eliminacije. Time su životne kulture i dalje prisutne u kombuči, iako su na nižim brojevima tako da se vrijeme dosuđenja i skladištenja poboljšaju.

Naučno dokazani rezultati u Ultrazvučno liječenom Kombucha

Dornan et al. (2020) istraživao je učinke ultrazvuka niske frekvencije na kombucha napravljenog sa bobicama seabuckthorn koristeći ultrazvučni procesor UIP500hdT. Istraživački tim mogao bi da pokaže višestruke blagotvorene efekte ultrasonicationa na pripremu bobica u moru i naknadnom kombucha fermentacijom.

Ultrazvučno sea Buckthorn Berry Ekstrakcija

Sonication of fresh whole sea buckthorns bobice (poznate i kao sanddorne; H. rhamnoides cv. Sunčano) su očišćene pomoću Vitamix blendera 2 min. Volumen dH2O jednak 30% originalnog volumena purea je dodat i uklopljen. Ultrazvuk (90 W, 20 kHz, 10 min) primijenjen je na 200 mL razrijeđenog puréea pomoću UIP500hdT ultrazvučni procesor (Hielscher Ultrasonics, Germany). Vrijeme liječenja je odabrano za optimizaciju hranjivih tvari i održavanje uzorka u svježem stanju. Rezultati ultrazvučne ekstrakcije pokazuju značajno (P ≺ 0,05) povećanje za 10% prinosa ekstrakcije iz pulpe (sa 19,04 ± 0,08 na 2 0,97 ± 0,29%) i za 7% za semena (od 14,81 ± 0,08 do 15,83 ± 0,28%). Ovaj porast prinosa nafte ističe funkcionalnost sonikacije kao učinke i zelene tehnologije kako bi se povećala vrijednost sirovine. Ultrazvučna ekstrakcija iz plodova mora rezultirala je višim prinosom ulja i smanjenim vremenom obrade, potrošnjom energije, i izbjegavanje opasnih otapao.

Ultrazvučna homogenizacija sea Buckthorn Berry Kombucha

Ultrazvučno tretirane more buckthorns (sanddorne) bobice kombucha pokazale su značajno poboljšanu stabilnost proizvoda. Do 21. dana skladištenja, sonicated berry kombucha je ostala homogena. Činjenica da u soniciranoj kombuči bobica za cijelu studiju nije primjećena nikakva sinereza (21 dan, vidi sliku ispod) pokazuje da je samo ultrazvuk efikasna tehnika emulgacije koja može proizvesti stabilnost proizvoda i spriječiti razdvajanje faza.

Seabuckthorn puree (P) bez i uz ultrazvučni tretman (P+US) 0. i 21. dana.
Studija i slika:©Dornan et al., 2020.

Ultrasonication to Stop Fermentation

Napravljena su četiri uzorka kombucha: K (kombucha), K+US (kombucha + ultrazvuk), K+S (kombucha + sakroza), i K+S+US (kombucha + sakroza + ultrazvuk). Svi uzorci su pripremljeni koristeći 200 mL perea od vedroga mora (P) ili P+US i 12,5 g SCOBY-ja. K se sastoji od P i SCOBY. K+US se sastoji od P+US i SCOBY. K+S se sastoji od P, 15,0 g sakroze i SCOBY. K+S+US se sastoji od P+US, 15,0 g sakroze i SCOBY. Svi uzorci su ostavljeni da fermentiљu na mraиnom mjestu na sobi na temperaturi 5 dana. Drugi tretman sonikacije (90 W, 20 kHz, 10 min) primijenjen je na K+US i K+S+US kako bi se zaustavila fermentacija 5. dana.

Ultrazvučni efekti očuvanja na Kombucha

U sea buckthorns kombucha, sonication je pao početni mikrobni teret za 2,6 log CFU/mL, i time zaustavio proces fermentacije u odabranom trenutku kako bi se spriječila over-fermentacija. Nadalje, kontrolisano mikrobno smanjenje pomaže u povećanju vremena i stabilnosti konačnog proizvoda, što olakšava komercijalnu distribuciju kombucha.
Pročitajte više o ultrasonication kao netermalni sok pasteurizacija metoda!

Ukupni rezultati u Ultrazvučno liječenom Kombucha

Ultrasonication je snizio početno mikrobno teret za 2,6 log CFU/mL, povećao ORAC vrijednost za 3% i povećao indeks rastvorljivosti vode (WSI) za 40% (sa 6,64 na 9,29 g/g) bez sinereza. Rezultati ove studije govore da primjena ultrasonication može poboljšati fenolnu funkcionalnost tokom fermentacije i sposobna je snižuća sinereza, povećanje prinosa ulja, snizivanje mikrobnog tereta, te povećanje ORAC-a uz minimalan gubitak nutricionističkog kvaliteta. (cf. Dornan et al., 2020)

Ultrazvučna oprema za poboljšano kombucha pivo

Hielscher Ultrasonics dizajnira, proizvodi i distribuira ultrasonikatore visokih performansi, ultrazvučne bioreaktore i pribor za poboljšane procese fermentacije, ekstrakcije i pasterizacije koji se koriste u hrani & proizvodnja naočla. Hielscherovi ultrazvučni sistemi za preradu hrane se koriste za manifold aplikacije kao sigurnu, pouzdanu i troškovno efikasnu tehnologiju za proizvodnju visoko kvalitetne hrane i pića. Instalacija i rad svih Hielscher ultrazvučnih procesora je jednostavna: Oni zahtijevaju samo malo prostora, mogu se lako retrofitirati u postojeće procesne objekte.
Hielscher Ultrasonics je dugo iskusan u primjeni ultrazvuka snage u hrani & industriju napojnice kao i mnoge druge industrijske grane. Naši ultrazvučni procesori opremljeni su lako za čišćenje (čist-na mjestu CIP / sterilizirajte-na mjestu SIP) sonotrodama i protokom-ćelijama (mokarim dijelovima). Hielscher Ultrasonics’ industrijski ultrazvučni procesori mogu isporučiti vrlo visoke amplitute. Amplitute do 200μm mogu se lako kontinuirano pokrenuti u 24/7 operaciji. Precizno podešavanje amplituda i mogućnost prebacivanje između niskih i visokih amplituda su važni za stimulaciju ili inaktivaciju mikroorganizama. Prema tomu, isti ultrasonikator se može koristiti ili za stimulaciju mikroba koji povećavaju fermentaciju ili za inaktivaciju mikroorganizama za pastenizaciju.
Vrhunska tehnologija, visoke performanse i sofisticirani softver čine Hielscher Ultrasonics’ Pouzdani konji u procesu fermentacije hrane. Sa malim otiskom stopala i svestranim opcijama instalacije, Hielscher ultrasonicators se može lako integrirati ili retro-ugrađivanje u postojeće proizvodne linije.

Obradi standardizaciju sa Hielscher Ultrasonikom

Proizvodi za proizvodnju hrane trebali bi se proizvoditi u skladu sa dobrom proizvodnjom prakse (GMP) i pod standardizirani specifikacijama za obradu. "Hajelscher Ultrasonics" sistemi za izvlacenje dolaze sa inteligentnim softverom, zbog čega je lako uspostaviti i kontrolirati proces sonicacije. Automatsko snimanje podataka piše sve Ultrasonične procese procesa kao što su ultrazvuk energije (ukupnu i mrežnu energiju), amplitudu, temperaturu, pritisak (kada su ugrađeni senzori za pritisak i vrijeme postavljene) uz datum i vremenski pečat na ugrađen SD-Card. Ovo vam omogućava da obnovit sve ultrasonično obrađene. Istovremeno, za reproducivost i kontinuirano visok kvalitet proizvoda se osigurava.
Hielscher Ultrazvuk’ industrijski ultrazvučni procesori mogu da dostave veoma visoke amplitude. Pojačava do 200 µm može se lako kontinuirano pokrenuti u 24/7 operacija. Za još veće pojačano, prilagođeni su ultrazvučni sonotrodovi. Robustenosti Hielscherove Ultrasonične opreme omogućava 24/7 operaciju u teškim dužnostima i zahtevnim okruženjima.
Molimo vas da nas kontaktirate da saznamo više o karakteristikama i mogućnostima naših ultrazvučnih pastenskih sistema. Bilo bi nam drago da razgovaramo o vašoj prijavi s vama!

Tabela u nastavku daje naznaku približan kapacitet prerade naših ultrasonicators: