Sonikace pro konzervaci šťáv a zvýšení obsahu živin

V moderním zpracování potravin je zachování čerstvosti při současném zvýšení nutriční hodnoty klíčovou výzvou. Vysoce výkonná ultrazvuková sonikace – s využitím sonikátorů se sondou – si získává uznání jako účinná netermální metoda zpracování. Tento článek představuje výsledky vědecké studie, která zkoumala, jak ultrazvukové procesory Hielscher zlepšují nutriční profil jahodové šťávy slazené Stevia rebaudiana.

Klíčová zjištění: Sonikace zvyšuje obsah fenolických látek, hladinu flavonoidů a antioxidační kapacitu – to vše za škálovatelných podmínek vhodných pro průmyslové nasazení.

Proč nahradit teplo ultrazvukem?

Tradiční pasterizace může degradovat termolabilní sloučeniny, jako jsou polyfenoly a flavonoidy. Ultrazvuková sonikace je naproti tomu netermální technika zpracování, která využívá akustickou kavitaci ke zlepšení dezintegrace buněk a molekulární difuze bez tepelného poškození.

Nedávná recenzovaná studie autorů Šic Žlabur et al. (2019) publikovaná v časopise „Molecules“ přináší přesvědčivé důkazy o účinnosti vysoce intenzivního ultrazvuku s využitím sonikátoru Hielscher model UP400St při ošetření jahodové šťávy slazené Stevia rebaudiana. Zjištění mají významné důsledky pro průmyslové zpracování šťáv, neboť experimentální podmínky jsou s použitými ultrazvukovými systémy Hielscher lineárně škálovatelné.

Výhody ultrazvukového zpracování šťáv:

• Zlepšená extrakce bioaktivních sloučenin
• Zachování chuti a barvy
• Snížení mikrobiální zátěže
• Škálovatelné a energeticky účinné
• Proces bez přídatných látek (clean label)

Experimentální uspořádání: sonikace šťávy

Ve studii byl k ošetření jahodové šťávy za přítomnosti zeleného stéviového prášku použit ultrazvukový procesor Hielscher UP400St (400 W, 24 kHz).
Vědci hodnotili účinky sonikace sondou při různých amplitudách (50%, 75%, 100%), průměrech sondy (sonotroda S24d7 s hrotem o průměru 7 mm a S24d22 s hrotem o průměru 22 mm) a dobách sonikace (15, 20 a 25 minut). Ze všech testovaných podmínek přineslo nejvýraznější výsledky nejintenzivnější ošetření – 100% amplituda, sonda 22 mm, 25 minut.

Přehled výsledků – ultrazvukové zpracování šťáv

Zvýšený celkový obsah fenolických látek (TPC)

Sonikované šťávy vykazovaly až o 23% vyšší TPC ve srovnání s mírnou sonikací a o 18% vyšší než nesonikované šťávy se stévií.

C18: sonikováno sondou 22 mm, 100% amplituda, 25 minut
Tabulka: Vliv sonikace na obsah fenolických látek a antioxidační aktivitu

Celkový obsah fenolických látek (TPC) se zvýšil o 23% ve srovnání s nejmírnější sonikací a o 18% ve srovnání s nesonikovanými vzorky se stévií.
Mezi klíčové fenolické látky, jejichž obsah se zvýšil, patřily luteolin, apigenin, kvercetin, myricetin a kempferol, přičemž nárůst činil 3- až 7násobek.
Zvýšila se také antioxidační kapacita (stanovená metodou ABTS), což odráží nárůst bioaktivních látek.

Fenolické kyseliny a profil flavonoidů

Ultrazvuk umožnil vynikající extrakci fenolických kyselin, jako je pyrogalol a 4-methylkatechol, přičemž pyrogalol dosáhl v nejintenzivněji sonikované šťávě téměř 2 mg/g – více než 3,5× více než v nesonikovaných protějšcích.

Tvorba hydroxylových radikálů během akustické kavitace pravděpodobně přispívá ke zvýšené hydroxylaci a uvolňování fenolických sloučenin, což odpovídá předchozím mechanistickým studiím ultrazvukové extrakce.

Lepší sladkost s funkčními přínosy

Studie se pozoruhodně zabývala také steviol-glykosidy, zejména steviosidem a rebaudiosidem A (Reb A) – hlavními sladidly ve Stevia rebaudiana. Sonikace výrazně zvýšila jejich koncentrace:

• Obsah steviosidu se zvýšil o 61%.
• Obsah Reb A se zdvojnásobil (+114%).

Toto zlepšení je přínosné nejen z hlediska sladkosti, ale také ze senzorického a metabolického hlediska. Vyšší hladiny Reb A zlepšují chutnost tím, že snižují hořkost často spojovanou se steviosidem.

Ultrazvukové zpracování šťáv: průmyslový význam a škálovatelnost

Sonikátory Hielscher umožňují přesné řízení všech důležitých procesních parametrů. Díky tomu jsou všechny výsledky lineárně škálovatelné, což je dáno konstrukcí ultrazvukových procesorů Hielscher, které při zvětšování měřítka udržují konstantní intenzitu energie. Přechod od stolních zařízení ke kontinuálním průmyslovým systémům je tak technicky proveditelný i ekonomicky atraktivní.

Tato studie rozšiřuje rostoucí soubor důkazů podporujících vysoce intenzivní ultrazvuk jako udržitelnou netermální metodu zpracování. Pozorované kombinované přínosy – zvýšení obsahu živin, zlepšená antioxidační kapacita a optimalizované senzorické vlastnosti – podtrhují jeho hodnotu při vývoji funkčních nápojů.

Co to tedy znamená pro průmysl?
Díky škálovatelným technologickým platformám, jako jsou ty od společnosti Hielscher, mohou nyní výrobci šťáv považovat sonikaci nejen za alternativu, ale za zlepšení – jak z hlediska kvality produktu, tak zdraví spotřebitelů.

Následující tabulka uvádí přibližnou zpracovatelskou kapacitu našich ultrazvukových přístrojů:

Konstrukce, výroba a poradenství – kvalita Made in Germany

Ultrazvukové přístroje Hielscher jsou známé svou nejvyšší kvalitou a konstrukčními standardy. Robustnost a snadná obsluha umožňují hladkou integraci našich ultrazvukových přístrojů do průmyslových zařízení. Ultrazvukové přístroje Hielscher snadno zvládají drsné podmínky i náročná prostředí.

Hielscher Ultrasonics je společnost s certifikací ISO a klade zvláštní důraz na vysoce výkonné ultrazvukové přístroje s nejmodernější technologií a uživatelskou přívětivostí. Ultrazvukové přístroje Hielscher samozřejmě splňují požadavky CE a vyhovují požadavkům UL, CSA a RoHs.