Ultrazvukem vylepšená fermentace kombuchy

Kombucha je fermentovaný nápoj obsahující čaj, cukr, bakterie, kvasnice a často malé množství šťávy, ovoce nebo koření jako aroma. Kombucha, stejně jako fermentované šťávy a zeleninové šťávy jsou známé tím, že mají pozitivní účinky na zdraví, posilují mikroflóru a imunitní systém. Řízená ultrazvuku zlepšuje produkci kombuchy a dalších fermentovaných nápojů různými způsoby: Ultrazvuk může stimulovat růst kvasinek a bakterií během fermentace; extrahovat polyfenoly, flavonoidy a příchutě z ovoce, zeleniny a bylin; a také se používá jako netepelná pasterizační metoda pro mikrobiální redukci před zabalením. Hielscher ultrasonicators jsou přesně kontrolovatelné a mohou poskytnout nejvhodnější ultrazvukovou intenzitu pro každý krok léčby při výrobě fermentovaných nápojů.

Kombucha a kvašené nápoje

Kombucha se vyrábí fermentací slazeného čaje pomocí "symbiotické kultury bakterií a kvasinek" (SCOBY), také běžně nazývané "matka".” nebo "čajová houba”. Rozmanitost a poměr mikrobiálních populací v SCOBY se může značně lišit. Složka kvasinek obecně zahrnuje Saccharomyces cerevisiae, spolu s dalšími druhy Zygosaccharomyces, Candida, Kloeckera / Hanseniaspora, Torulaspora, Pichia, Brettanomyces / Dekkera, Saccharomyces, Lachancea, Saccharomycoides, Schizosaccharomyces a Kluyveromyces; bakteriální složka téměř vždy zahrnuje Komagataeibacter xylinus (dříve Gluconacetobacter xylinus), který fermentuje alkoholy produkované kvasinkami na kyselinu octovou a jiné kyseliny, zvyšuje kyselost a omezuje obsah ethanolu.
Podobně jsou jiné kvašené nápoje, jako jsou fermentované ovocné a zeleninové šťávy, naočkovány bakteriemi a kvasinkami.
Ošetření ultrazvukem může zlepšit účinnost fermentace a kvalitativní vlastnosti fermentovaného nápoje včetně obsahu živin a chuti.

Ultrazvukem zesílená fermentace kombuchy

Ultrazvukové vlny jsou dobře známé tím, že stimulují růst bakterií a kvasinek. Kontrolovaná mírná sonikace kultur kombuchy (SCOBY, také známý jako čajová houba, čajová houba nebo manchurijská houba) může proto podpořit fermentační proces a vést k vyšším výnosům kombuchy ve zrychlené době fermentace.
Ultrazvukem stimulovaná fermentace vykazuje zvýšenou permeabilizaci membrány a tím zvýšený přenos hmoty. Sonomechanická léčba ultrazvukovými vlnami perforuje buněčné stěny a plazmatické membrány mikroorganismů (proces nazývaný sonoporace). Některé buňky mohou být dokonce prasklé. Tyto narušené buňky uvolňují faktory podporující růst, jako jsou vitamíny, nukleotidy, aminokyseliny a enzymy, které by mohly stimulovat růst buněčně neporušených i membránově ohrožených bakterií.
Ultrazvuková léčba předchozí fermentace, stejně jako ve fázích zpoždění a protokolu ukázala nejvýznamnější účinky na stimulaci růstu bakterií.

Ultrazvuková stimulace mikrobiálního růstu je nejúčinnější, když se ultrazvuk aplikuje před fermentací nebo ve fázi zpoždění a log.

Ultrazvuková stimulace fermentace jablečné šťávy

Výzkum ukázal, že ultrazvuková léčba v lagové a logaritmické fázi během fermentace jablečné šťávy podporovala mikrobiální růst a intenzivnější biotransformaci kyseliny jablečné na kyselinu mléčnou. Například po použití ultrazvukem ve fázi zpoždění po dobu 0,5 h, mikrobiální počet a obsah kyseliny mléčné ve vzorcích ošetřených ultrazvukem při 58,3 W / l dosáhl 7,91 ± 0,01 Log CFU / ml a 133,70 ± 7,39 mg / l, které byly významně vyšší než u nesniovaných vzorků. Navíc ultrazvuku ve fázi zpoždění a logaritmu měla komplexní vlivy na metabolismus jablečných fenolů, jako je kyselina chlorogenová, kyselina kávová, procyanidin B2, katechin a kyselina gallová. Ultrazvuk by mohl pozitivně ovlivnit hydrolýzu kyseliny chlorogenové na kyselinu kávovou, transformaci prokyanidinu B2 a dekarboxylaci kyseliny gallové. Metabolismus organických kyselin a volných aminokyselin v sonikovaných vzorcích byl statisticky korelován s fenolickým metabolismem, což znamená, že ultrazvuk může mít prospěch z fenolické derivace zlepšením mikrobiálního metabolismu organických kyselin a aminokyselin. (srov. Wang a kol., 2021)

Ultrazvukem vylepšená fermentace sójového mléka

Výzkumný tým Ewe et al. (2012) zkoumal účinky ultrazvuku na metabolickou účinnost kmenů laktobacilů (Lactobacillus acidophilus BT 1088, L. fermentum BT 8219, L. acidophilus FTDC 8633, L. gasseri FTDC 8131) během fermentace sójového mléka. Bylo zjištěno, že ultrazvuková léčba permeabilizovala buněčné membrány bakterií. Permeabilizované buněčné membrány vedly ke zlepšení internalizace živin a následnému zvýšení růstu (P ≺ 0,05). Vyšší amplitudy a delší trvání léčby sonikací podporovaly růst laktobacilů v sójovém mléce, s životaschopnými počty přesahujícími 9 log CFU / ml. Intracelulární a extracelulární β-glukosidáza specifické aktivity laktobacilů byly také zvýšeny (P ≺ 0,05) ultrazvukem, což vede ke zvýšené biokonverzi isoflavonů v sójovém mléce, zejména genistin a malonyl genistin na genistein. Výsledky této studie ukazují, že ultrazvuková léčba laktobacilových buněk podporuje (P ≺ 0,05) β-glukosidázovou aktivitu buněk ve prospěch zvýšené (P ≺ 0,05) biokonverze isoflavonu glukosidů na bioaktivní aglykony v sójovém mléce. (srov. Ewe et al., 2012)

Skenovací elektronové mikrografy laktobacilů bez léčby (A) a laktobacilů ošetřených ultrazvukem při 60% amplitudě po dobu 3 min (B). Kruhy zobrazující prasklé buňky a buňky s póry.
(Studie a obrázky: ©Ewe et al., 2012)

Extrakce nutričních sloučenin a příchutí v kombuchu a fermentovaných nápojích

Fermentovaný čaj, džus a zeleninové nápoje, např. fermentovaná jablečná nebo morušová šťáva nebo ovocné kombuchy, významně prospívají chuti a živinám z ultrazvukového ošetření. Ultrazvukové vlny narušují buněčné struktury rostlinných materiálů a uvolňují intracelulární sloučeniny, jako jsou příchutě, polyfenoly, antioxidanty a flavonoidy. Současně ultrazvuková homogenizace poskytuje rovnoměrně dispergovaný a emulgovaný nápoj, který zabraňuje oddělení fází a nabízí přitažlivý vzhled pro spotřebitele. Můžete vidět příklad ultrazvukem ošetřené rakytníku řešetlákového bez oddělení fází ve srovnání s neléčenou verzí níže.
Přečtěte si více o ultrazvukové chuti a extrakci živin!

Ultrazvuk pro konzervaci kombuchy

Ultrazvuková léčba může ovlivnit mikroby tím, že je buď stimuluje, nebo inaktivuje. Také enzymy jsou ovlivněny sonikací: Ultrazvuk může změnit vlastnosti enzymů, substrátů a jejich reakcí. Tyto účinky nízkofrekvenčního ultrazvuku se používají při zpracování potravin jako netepelná alternativa k pasterizaci potravin a nápojů. Sonikace nabízí výhodu přesné kontroly nad parametry procesu, jako je amplituda, čas, teplota a tlak, což umožňuje cílenou inaktivaci mikroorganismů. Inaktivace mikrobiální zátěže v kombucha a fermentovaných nápojích umožňuje zvýšit trvanlivost a stabilitu produktu. Snížení počtu mikrobů a enzymů usnadňuje komerční distribuci díky prodloužené skladovatelnosti konečného produktu. Ultrazvuku je netepelná pasterizační metoda, která se používá již v komerčním zpracování potravin, jako je pasterizace šťáv. Zejména při vyšších amplitudách ultrazvuk inaktivuje bakterie a kvasinky tím, že poškozuje buněčné stěny. To má za následek pomalejší nebo zastavený mikrobiální růst. Například Kwaw et al. (2018) zkoumal ultrazvukovou strategii jako netepelné pasterizace pro morušovou šťávu fermentovanou kyselinou mléčnou. Ultrazvukem ošetřená fermentovaná morušová šťáva měla vyšší obsah fenolických sloučenin (1700,07 ± 2,44 μg / ml) než kontrola, neošetřená fermentovaná morušová šťáva. "Mezi jednotlivými netepelnými ošetřeními způsobila ultrazvuku významnou (p < 0.05) zvýšení fenolických a antioxidačních vlastností morušové šťávy fermentované kyselinou mléčnou ve srovnání s pulzním světelným ošetřením." (Kwaw et al., 2018) Zatímco kombucha je nápoj známý pro své životní kultury, může být použita kontrolovaná redukce mikrobů, aby se prodloužila trvanlivost komerčně distribuovaných kombuchových nápojů. Pravidelná tepelná pasterizace zabíjí všechny živé kvasinky a bakterie, které jsou normálně přítomny v kombuche a jsou jedním z hlavních faktorů pro její zdraví prospěšné účinky. Ultrazvuková pasterizace je metoda netepelné konzervace, kterou lze použít buď ke snížení počtu mikrobií, nebo k úplnému odstranění mikroorganismů. To znamená, že komerční výrobci mohou aplikovat ultrazvuk při nižších amplitudách a po kratší dobu, aby snížili počet bakterií a kvasinek bez úplného odstranění. Tím se v kombuche stále vyskytují životní kultury, i když v nižších počtech, takže se zlepšuje trvanlivost a doba skladování.

Vědecky prokázané výsledky v ultrazvukem ošetřené kombucha

Dornan et al. (2020) zkoumal účinky nízkofrekvenčního ultrazvuku na kombuchu vyrobenou z bobulí rakytníku řešetlákového pomocí ultrazvukový procesor UIP500hdT. Výzkumný tým by mohl prokázat několik beneficikálních účinků ultrazvuku na přípravu bobulí rakytníku řešetlákového a následnou fermentaci kombuchy.

Ultrazvuková extrakce bobule řešetlákového

Sonikace čerstvých celých bobulí rakytníku řešetlákového (také známý jako sanddorne; H. rhamnoides cv. Sunny) byly pyré pomocí mixéru Vitamix po dobu 2 minut. Byl přidán a smíchán objem dH2O rovnající se 30% původního objemu pyré. Ultrazvuk (90 W, 20 kHz, 10 min) byl aplikován na 200 ml zředěného pyré pomocí UIP500hdT ultrazvukový procesor (Hielscher Ultrasonics, Německo). Doba léčby byla zvolena pro optimalizaci živin a udržení vzorku v čerstvém stavu. Výsledky ultrazvukové extrakce prokazují významné (P ≺ 0,05) zvýšení výtěžku extrakce o 10% z buničiny (z 19,04 ± 0,08 na 20,97 ± 0,29%) a o 7% pro osivo (od 14,81 ± 0,08 do 15,83 ± 0,28%). Toto zvýšení výtěžnosti oleje zdůrazňuje funkčnost sonikace jako účinné a zelené technologie pro maximalizaci hodnoty suroviny. Ultrazvuková extrakce z bobulí rakytníku řešetlákového vedla k vyššímu výtěžku oleje a zkrácení doby zpracování, spotřeby energie a vyhýbání se nebezpečným rozpouštědlům.

Ultrazvuková homogenizace rakytníku řešetlákového Kombucha

Ultrazvukem ošetřené rakytníky řešetlákové (sanddorne) berry kombucha ukázala výrazně zlepšenou stabilitu produktu. Do 21. dne skladování zůstala sonikovaná kombucha bobulí homogenní. Skutečnost, že v celé studii nebyla pozorována žádná syneréza u kombuchy sonikovaných bobulí (21 dní, viz obrázek níže), ukazuje, že samotný ultrazvuk je účinnou emulgační technikou schopnou vytvořit stabilitu produktu a zabránit oddělení fází.

Pyré z rakytníku (P) bez a s ultrazvukovou léčbou (P + US) v den 0 a 21.
Studie a obrázek:©Dornan et al., 2020.

Ultrazvuku k zastavení fermentace

Byly vyrobeny čtyři vzorky kombuchy: K (kombucha), K + US (kombucha + ultrazvuk), K + S (kombucha + sacharóza) a K + S + US (kombucha + sacharóza + ultrazvuk). Všechny vzorky byly připraveny s použitím 200 ml pyré z rakytníku řešetlákového (P) nebo P+US a 12,5 g SCOBY. K se skládal z P a SCOBY. K+US se skládala z P+US a SCOBY. K+S se skládal z P, 15,0 g sacharózy a SCOBY. K+S+US se skládal z P+US, 15,0 g sacharózy a SCOBY. Všechny vzorky byly ponechány kvasit na tmavém místě při pokojové teplotě po dobu pěti dnů. Druhá léčba sonikací (90 W, 20 kHz, 10 min) byla aplikována na K + US a K + S + US k zastavení fermentace v den 5.

Ultrazvukové konzervační účinky na kombuchu

U rakytníku řešetlákového kombucha, sonikace snížila počáteční mikrobiální zatížení o 2,6 log CFU / ml, čímž se zastavil fermentační proces ve zvoleném čase, aby se zabránilo nadměrné fermentaci. Kontrolovaná mikrobiální redukce navíc pomáhá zvyšovat trvanlivost a stabilitu finálního produktu, což usnadňuje komerční distribuci kombuchy.
Přečtěte si více o ultrazvuku jako metoda pasterizace netepelné šťávy!

Celkové výsledky v ultrazvukem ošetřené kombucha

Ultrazvuku snížil počáteční mikrobiální zatížení o 2,6 log CFU / ml, zvýšil hodnotu ORAC o 3% a zvýšil index rozpustnosti ve vodě (WSI) o 40% (od 6,64 do 9,29 g / g) bez synerézy. Výsledky této studie naznačují, že aplikace ultrazvuku může zvýšit fenolickou funkčnost během fermentace a je schopna snížení synerézy, zvýšení výtěžnosti oleje, snížení mikrobiální zátěže a zvýšení ORAC s minimální ztrátou nutriční kvality. (srov. Dornan et al., 2020)

Ultrazvukové zařízení pro vylepšené vaření kombuchy

Hielscher Ultrasonics navrhuje, vyrábí a distribuuje vysoce výkonné ultrasonicators, ultrazvukové bioreaktory a příslušenství pro zlepšení fermentace, extrakce a pasterizačních procesů používaných v potravinách & výroba nápojů. Hielscher ultrazvukové systémy zpracování potravin se používají pro rozmanité aplikace, které jsou bezpečnou, spolehlivou a nákladově efektivní technologií pro výrobu vysoce kvalitních potravin a nápojů. Instalace a provoz všech ultrazvukových procesorů Hielscher je jednoduchý: Vyžadují jen málo místa, lze je snadno dovybavit do stávajících zpracovatelských zařízení.
Hielscher Ultrazvuk je dlouholetý zkušenosti s aplikací výkonového ultrazvuku v potravinách & nápojového průmyslu a mnoha dalších průmyslových odvětví. Naše ultrazvukové procesory jsou vybaveny snadno čistitelnými (čistými CIP / sterilizovat na místě SIP) sorody a průtokovými buňkami (mokré části). Hielscher Ultrazvuk’ průmyslové ultrazvukové procesory mohou dodávat velmi vysoké amplitudy. Amplitudy až 200 μm lze snadno nepřetržitě provozovat v provozu 24 hodin denně, 7 dní v týdnu. Přesné ladění amplitud a možnost přepínání mezi nízkými a vysokými amplitudami jsou důležité pro stimulaci nebo inaktivaci mikroorganismů. Tímto způsobem může být stejný ultrasonicator použit buď ke stimulaci mikrobů zvyšujících fermentaci nebo k inaktivaci mikroorganismů pro pasterizaci.
Nejmodernější technologie, vysoce výkonný a sofistikovaný software dělají Hielscher Ultrasonics’ spolehliví pracovní koně ve vašem procesu fermentace potravin. S malým půdorysem a všestrannými možnostmi instalace mohou být Hielscher ultrasonicators snadno integrovány nebo dodatečně namontovány do stávajících výrobních linek.

Procesní standardizace s Hielscher ultrazvukem

Potravinářské výrobky by měly být vyráběny v souladu se správnou výrobní praxí (GMP) a podle standardizovaných specifikací zpracování. Hielscher Ultrasonics 'digitální extrakční systémy jsou dodávány s inteligentním softwarem, který usnadňuje nastavení a řízení procesu použití ultrazvuku přesně. Automatické zaznamenávání dat zapisuje všechny ultrazvukové procesní parametry, jako je ultrazvuková energie (celková a čistá energie), amplituda, teplota, tlak (při montáži tempových a tlakových senzorů) s datem a časovým razítkem na vestavěné SD-kartě. To vám umožní revidovat každou ultrazvukem zpracovaná šarže . Současně je zajištěna reprodukovatelnost a trvale vysoká kvalita výrobků.
Hielscher Ultrazvuk’ průmyslové ultrazvukové procesory mohou dodávat velmi vysoké amplitudy. Amplitudy až do 200 μm lze snadno spustit v 24/7 provozu. Pro ještě vyšší amplitudy jsou k dispozici vlastní ultrazvukové sonotrody. Robustnost Hielscherova ultrazvukového zařízení umožňuje 24/7 provoz při vysoké službě a v náročném prostředí.
Kontaktujte nás, abyste se dozvěděli více o vlastnostech a schopnostech našich ultrazvukových pasterizačních systémů. Rádi s vámi probereme vaši žádost!

Níže uvedená tabulka vám dává informaci o přibližné zpracovatelské kapacity našich ultrasonicators: