Ultralydsforbedret Kombucha-gæring

Sonikering fremmer gæring i ultralydfermenterede fødevarer såsom kombucha, kimchi og andre fermenterede grøntsager ved at forbedre masseoverførsel, forstyrre mikrobielle celler, aktivere enzymer og forbedre homogeniteten, hvilket i sidste ende fører til accelererede gæringshastigheder og produktion af et produkt af overlegen kvalitet. Sonikering initierer gavnlige ændringer i bioaktive forbindelser under mælkesyregæring, hvilket øger indholdet af ernæringsforbindelser og fytokemikalier.

Kombucha og fermenterede drikkevarer

Kombucha fremstilles ved at fermentere sukkerret te ved hjælp af en "Symbiotic Culture Of Bacteria And Yeast" (SCOBY), også almindeligvis kaldet en "mor” eller "te champignon”. Variationen og forholdet mellem mikrobielle populationer i en SCOBY kan variere ganske betydeligt. Gærkomponenten omfatter generelt Saccharomyces cerevisiae sammen med andre arter af Zygosaccharomyces, Candida, Kloeckera/Hanseniaspora, Torulaspora, Pichia, Brettanomyces/Dekkera, Saccharomyces, Lachancea, Saccharomycoides, Schizosaccharomyces og Kluyveromyces; den bakterielle komponent inkluderer næsten altid Komagataeibacter xylinus (tidligere Gluconacetobacter xylinus), som fermenterer alkoholer produceret af gæren til eddikesyre og andre syrer, hvilket øger surhedsgraden og begrænser ethanolindholdet.
På samme måde podes andre fermenterede drikkevarer såsom fermenteret frugt- og grøntsagssaft med bakterier og gær.
En behandling med ultralyd kan forbedre gæringseffektiviteten og kvalitetsegenskaberne i den fermenterede drik, herunder næringsindhold og smag.

Ultralydsintensiveret Kombucha-gæring

Ultralydsbølger er velkendte for at stimulere væksten af bakterier og gær. En kontrolleret mild sonikering af kombuchakulturer (SCOBY, også kendt som tesvamp, tesvamp eller manchurisk svamp) kan derfor fremme gæringsprocessen og føre til højere kombuchaudbytter i en accelereret gæringstid.
Ultralydstimuleret fermentering viser forbedret membranpermeabilisering og dermed øget masseoverførsel. Den sonomekaniske behandling med ultralydsbølger perforerer cellevæggene og plasmamembranerne hos mikroorganismer (en proces kaldet sonoporation). Nogle celler kan endda være sprængt. Disse forstyrrede celler frigiver vækstfremmende faktorer såsom vitaminer, nukleotider, aminosyrer og enzymer, der kan stimulere væksten af cellulært intakte såvel som membrankompromitterede bakterier.
Ultralydsbehandling før gæring såvel som i forsinkelses- og logfaserne viste de mest fremtrædende virkninger på bakterievækststimulering.

Fordelene ved sonikering på Kombucha-gæring

Hvordan fremmer ultralyd gæringsprocessen og hjælper med at producere bedre kombucha, vegetabilske gæringer, koji osv.? Sonikering intenisfierer gæring på flere måder, som er demonstreret nedenfor i forbindelse med fermenteret kombucha. Kombucha er en fermenteret drik, der traditionelt fremstilles med sødet te og en symbiotisk kultur af bakterier og gær (SCOBY). Fortyndede frugtpuréer giver en næringsrig, smagfuld base for kombuchaproduktion. Nedenfor lærer du, hvordan ultralydbehandling fremmer produktionen af en

• Øget masseoverførsel: Ultralydsbølger skaber mikroskopiske kavitationsbobler i væsken, hvilket fører til dannelse af mikrostreaming, væskestråler og turbulenser. Denne omrøring forbedrer masseoverførslen ved at øge kontakten mellem de mikroorganismer, der er ansvarlige for gæringen, og næringsstofferne i mediet. Som et resultat absorberes næringsstoffer mere effektivt af de fermenterende mikroorganismer, hvilket fører til accelererede gæringshastigheder.
• Celle afbrydelse: Sonikere er kendt for deres effektivitet af cellelyse og ekstraktion. I fødevarefermentering forstyrrer sonikere mikrobielle cellevægge og frigiver intracellulære enzymer og metabolitter, der yderligere kan katalysere gæringsreaktioner. Denne forstyrrelse forbedrer frigivelsen af smagsforbindelser, vitaminer og organiske syrer fra de mikrobielle celler, hvilket bidrager til smagskompleksiteten og næringsrigdommen af det fermenterede produkt. I ultralydfermenteret havtornkombucha kan der måles en signifikant højere fraktion af phenolforbindelser. (jf. Dornan et al., 2020)
• Fremstilling af næringsrige gæringssubstrater: Ultralydsekstraktion hjælper med at forberede et gæringssubstrat, der giver mange næringsstoffer i tilgængelig form til mikrobiel fordøjelse. Det betyder, at i ultralydsbehandlede fermenteringssubstrater (f.eks. frugt- og grøntsagspuréer) frigøres bioaktive forbindelser som stivelse og sukker fra den intracellulære matrix af planteceller. Mikrober kan let fodre på substratet, hvilket accelererer og forkorter gæringsprocessen. Det samme gælder polyfenoler, flavonoider og vitaminer, som frigives fra intracellulære matricer og bidrager til den samlede næringsværdi af den fermenterede mad eller drikkevarer.
• Forbedret enzymaktivitet: Sonikering aktiverer eller forbedrer aktiviteten af visse enzymer, der er involveret i gæringsprocesser. For eksempel øger det aktiviteten af cellulase og amylase, enzymer, der er afgørende for at nedbryde komplekse kulhydrater til enklere sukkerarter, som derefter fermenteres af de mikroorganismer, der er til stede i kombucha-kulturen.
• Forbedret homogenitet: Da sonikeringskræfter altid resulterer i blanding og blanding, sikrer ultralydsbehandlingen bedre homogenisering af gæringsblandingen, hvilket resulterer i ensartet fordeling af næringsstoffer og mikroorganismer gennem mediet. Denne ensartethed fremmer ensartet gæringskinetik og produktionen af et kombucha-produkt af høj kvalitet med ønskværdige sensoriske egenskaber.

Ultralydsstimulering af mikrobiel vækst er mest effektiv, når ultralyd anvendes før gæring eller i forsinkelses- og logfaserne.

Casestudie: Ultralydsstimulering af æblejuicefermentering

Forskning viste, at ultralydsbehandling i forsinkelse og logaritmiske faser under gæringen af æblejuice fremmede mikrobiel vækst og intensiveret biotransformation af æblesyre til mælkesyre. For eksempel, efter sonikering i forsinkelsesfasen i 0,5 timer, nåede mikrobielt antal og mælkesyreindhold i de ultralydbehandlede prøver ved 58,3 W / L 7,91 ± 0,01 log CFU / ml og 133,70 ± 7,39 mg / L, som var signifikant højere end i de ikke-sonikerede prøver. Desuden havde ultralydbehandling ved forsinkelse og logaritmiske faser komplekse påvirkninger på metabolismen af æblephenoler såsom chlorogensyre, koffeinsyre, procyanidin B2, catechin og gallussyre. Ultralyd kan positivt påvirke hydrolysen af chlorogensyre til koffeinsyre, omdannelsen af procyanidin B2 og decarboxylering af gallussyre. Metabolismen af organiske syrer og frie aminosyrer i de sonikerede prøver var statistisk korreleret med phenolmetabolisme, hvilket antyder, at ultralyd kan gavne phenolafledning ved at forbedre den mikrobielle metabolisme af organiske syrer og aminosyrer. (jf. Wang et al., 2021)

Casestudie: Ultralydsforbedret sojamælksfermentering

Forskerholdet af Ewe et al. (2012) undersøgte virkningerne af ultralyd på metabolisk effektivitet af stammer af lactobaciller (Lactobacillus acidophilus BT 1088, L. fermentum BT 8219, L. acidophilus FTDC 8633, L. gasseri FTDC 8131) under sojamælksgæring. Det blev observeret, at ultralydsbehandlingen gennemmeabiliserede bakteriernes cellulære membraner. De permeabiliserede cellulære membraner resulterede i en forbedret næringsstofinternalisering og efterfølgende vækstforbedring (P ≺ 0,05). Højere amplituder og længere varighed af sonikeringsbehandlingen fremmede væksten af lactobaciller i sojamælk med levedygtige tællinger på over 9 log CFU / ml. De intracellulære og ekstracellulære β-glucosidase-specifikke aktiviteter af lactobaciller blev også forbedret (P ≺ 0,05) ved ultralydbehandling, hvilket førte til øget biokonvertering af isoflavoner i sojamælk, især genistin og malonylgenistin til genistein. Resultater fra denne undersøgelse viser, at ultralydsbehandling på lactobacillerceller fremmer (P ≺ 0,05) cellernes β-glucosidase-aktivitet til fordel for forbedret (P ≺ 0,05) isoflavonglucosidbiokonvertering til bioaktive aglyconer i sojamælk. (jf. Ewe et al., 2012)

Scanningselektronmikrobilleder af lactobaciller uden behandling (A) og lactobaciller behandlet med ultralyd ved 60 % amplitude i 3 min (B). Cirkler, der viser sprængte celler og celler med porer.
(Studie og billeder: ©Ewe et al., 2012)

Ekstraktion af ernæringsmæssige forbindelser og smagsstoffer i kombucha og fermenterede drikkevarer

Fermenteret te, juice og grøntsagsdrikke, f.eks. fermenteret æble- eller morbærsaft eller frugtinfunderet kombuchas, har en betydelig gavn af en ultralydsbehandling smags- og næringsmæssigt. Ultralydsbølgerne forstyrrer cellulære strukturer i plantematerialer og frigiver intracellulære forbindelser såsom smagsstoffer, polyfenoler, antioxidanter og flavonoider. Samtidig giver ultralydshomogenisering en ensartet dispergeret og emulgeret drik, der forhindrer faseadskillelse og tilbyder et tiltalende udseende for forbrugerne. Du kan se et eksempel på en ultralydsbehandlet havtorn bær kombucha uden faseadskillelse i forhold til en ubehandlet version nedenfor.
Læs mere om ultralydssmag og næringsstofekstraktion!

Casestudie: Ultralydskonserveret Kombucha

Ultralydsbehandling kan påvirke mikrober ved enten at stimulere eller inaktivere dem. Også enzymer påvirkes af sonikering: Ultralyd kan ændre egenskaber ved enzymer, substrater og deres reaktioner. Disse virkninger af lavfrekvent ultralyd bruges i fødevareforarbejdning som et ikke-termisk alternativ til pasteurisering af mad og drikkevarer. Sonikering giver fordelen ved præcis kontrol over procesparametrene såsom amplitude, tid, temperatur og tryk, hvilket giver mulighed for en målrettet inaktivering af mikroorganismer. Inaktiveringen af den mikrobielle belastning i kombucha og fermenterede drikkevarer gør det muligt at øge holdbarheden og produktstabiliteten. En reduktion af mikrober og enzymer letter kommerciel distribution på grund af en forlænget holdbarhed af det endelige produkt. Ultralydbehandling er en ikke-termisk pasteuriseringsmetode, der allerede anvendes i kommerciel fødevareforarbejdning, såsom pasteurisering af juice. Især ved højere amplituder inaktiverer ultralyd bakterier og gær ved at beskadige cellevæggene. Dette resulterer i en langsommere eller stoppet mikrobiel vækst. For eksempel undersøgte Kwaw et al. (2018) ultralyd som ikke-termisk pasteuriseringsstrategi for mælkesyrefermenteret morbærsaft. Ultralydbehandlet fermenteret morbærsaft havde et højere indhold af phenolforbindelser (1700,07 ± 2,44 μg/ml) end kontrollen, en ubehandlet fermenteret morbærsaft. "Blandt de enkelte ikke-termiske behandlinger forårsagede ultralydbehandling en betydelig (p < 0.05) stigning i de phenoliske og antioxidante egenskaber af den mælkesyrefermenterede morbærsaft sammenlignet med pulserende lysbehandling." (Kwaw et al., 2018) Mens kombucha er en drik, der er kendt for sine livskulturer, kan en kontrolleret reduktion af mikrober bruges til at forlænge holdbarheden af kommercielt distribuerede kombucha-drikkevarer.
Regelmæssig termisk pasteurisering dræber alle de levende gær og bakterier, der normalt er til stede i kombucha, og er en af hovedfaktorerne for dens sundhedsfremmende virkninger. Ultralydspasteurisering er en ikke-termisk konserveringsmetode, som kan bruges til enten at reducere mikrobielle tal eller eliminere mikroorganismer fuldstændigt. Det betyder, at kommercielle producenter kan anvende ultralyd ved lavere amplituder og i kortere perioder for at sænke antallet af bakterier og gær uden at eliminere helt. Derved er livskulturer stadig til stede i kombuchaen, dog i lavere antal, så holdbarhed og opbevaringstider forbedres.

Videnskabeligt dokumenterede resultater i ultralydsbehandlet Kombucha

Dornan et al. (2020) undersøgte virkningerne af lavfrekvent ultralyd på kombucha lavet med havtornbær ved hjælp af sonikeren UIP500hdT. Forskerholdet kunne demonstrere flere gavnlige virkninger af ultralydbehandling på havtornbærpræparatet og efterfølgende kombucha-gæring.

Ultralyd havtorn bær ekstraktion

Sonikering af friske hele havtornebær (også kendt som sanddorne; H. rhamnoides cv. Sunny) blev pureret ved hjælp af en Vitamix-blender i 2 min. Et volumen dH2O svarende til 30 % af det oprindelige purévolumen blev tilsat og blandet. Ultralyd (90 W, 20 kHz, 10 min) blev påført 200 ml af den fortyndede puré ved hjælp af UIP500hdT ultralydsprocessoren (se billedet til venstre). Behandlingstiden blev valgt for at optimere næringsstoffer og holde prøven i frisklignende tilstand. Resultaterne af ultralydsekstraktion viser en signifikant (P ≺ 0,05) stigning med 10% ekstraktionsudbytte fra papirmasse (fra 19,04 ± 0,08 til 20,97 ± 0,29%) og med 7% for frø (fra 14,81 ± 0,08 til 15,83 ± 0,28%). Denne stigning i olieudbyttet fremhæver funktionaliteten af sonikering som en effektiv og grøn teknologi til at maksimere råmaterialeværdien. Ultralydsekstraktion fra havtornebær resulterede i højere olieudbytte og reduceret behandlingstid, strømforbrug og undgåelse af farlige opløsningsmidler.

Casestudie: Ultralydshomogenisering af havtornbær Kombucha

Den ultralydsbehandlede havtorn (sanddorne) bærkombucha viste en signifikant forbedret stabilitet af produktet. På dag 21 af opbevaring forblev den sonikerede bærkombucha homogen. Det faktum, at der ikke blev observeret synerese i sonikeret bærkombucha for hele undersøgelsen (21 dage, se billedet nedenfor) viser, at ultralyd alene er en effektiv emulgeringsteknik, der er i stand til at producere produktstabilitet og forhindre faseadskillelse.

Havtornpuré (P) uden og med ultralydsbehandling (P+US) på dag 0 og 21.
Undersøgelse og billede:©Dornan et al., 2020.

Ultralydbehandling for at stoppe gæring

Der blev lavet fire prøver af kombucha: K (kombucha), K+US (kombucha + ultralyd), K+S (kombucha + saccharose) og K+S+US (kombucha + saccharose + ultralyd). Alle prøver blev fremstillet ved hjælp af 200 ml havtornspuré (P) eller P+US og 12,5 g SCOBY. K bestod af P og SCOBY. K+US bestod af P+US og SCOBY. K+S bestod af P, 15,0 g saccharose og SCOBY. K+S+US bestod af P+US, 15,0 g saccharose og SCOBY. Alle prøver blev efterladt til gæring på et mørkt sted ved stuetemperatur i fem dage. En anden sonikeringsbehandling (90 W, 20 kHz, 10 min) blev anvendt på K + US og K + S + US for at stoppe gæringen på dag 5.

Ultralydskonserveringseffekter på Kombucha

I havtorn kombucha reducerede sonikering den oprindelige mikrobielle belastning med 2,6 log CFU / ml og stoppede derved gæringsprocessen på et valgt tidspunkt for at forhindre overgæring. Desuden hjælper den kontrollerede mikrobielle reduktion med at øge holdbarheden og stabiliteten af det endelige produkt, hvilket letter den kommercielle distribution af kombucha.
Læs mere om ultralydbehandling som ikke-termisk juice pasteuriseringsmetode!

Samlede resultater i ultralydsbehandlet Kombucha

Ultralydbehandling reducerede den indledende mikrobielle belastning med 2,6 log CFU / ml, øgede ORAC-værdien med 3% og øgede vandopløselighedsindekset (WSI) med 40% (fra 6,64 til 9,29 g / g) uden synerese. Resultater fra denne undersøgelse tyder på, at anvendelse af ultralydbehandling kan forbedre phenolisk funktionalitet under gæring og er i stand til at mindskelse af synerese, øget olieudbytte, faldende mikrobiel belastning og forøgelse af ORAC med minimalt tab af ernæringsmæssig kvalitet. (jf. Dornan et al., 2020)

Ultralydsudstyr til forbedret Kombucha-brygning

Hielscher Ultrasonics designer, fremstiller og distribuerer højtydende ultralydsapparater, ultralydsbioreaktorer og tilbehør til forbedrede fermenterings-, ekstraktions- og pasteuriseringsprocesser, der anvendes i fødevarer & fremstilling af drikkevarer. Hielscher ultralydsfødevareforarbejdningssystemer bruges til mangfoldige applikationer, da de er en sikker, pålidelig og omkostningseffektiv teknologi til at producere fødevarer og drikkevarer af høj kvalitet. Installation og betjening af alle Hielscher ultralydsprocessorer er enkel: De kræver kun lidt plads, kan nemt eftermonteres i eksisterende behandlingsfaciliteter.
Hielscher Ultrasonics har lang erfaring med anvendelse af ultralyd i maden & drikkevareindustrien samt mange andre industrielle grene. Vores ultralydsprocessorer er udstyret med let at rengøre (ren-på-stedet CIP / steriliser-i-stedet SIP) sonotroder og flowceller (de våde dele). Hielscher Ultralyd’ Industrielle ultralydsprocessorer kan levere meget høje amplituder. Amplituder på op til 200 μm kan nemt køres kontinuerligt i 24/7 drift. Den præcise indstilling af amplituder og muligheden for at skifte mellem lave og høje amplituder er vigtige for at stimulere eller inaktivere mikroorganismer. Derved kan den samme ultralydsapparat bruges til enten at stimulere mikrober, der øger gæringen, eller til at inaktivere mikroorganismer til pasteurisering.
Avanceret teknologi, højtydende og sofistikeret software gør Hielscher Ultrasonics’ pålidelige arbejdsheste i din madfermenteringsproces. Med et lille fodaftryk og alsidige installationsmuligheder kan Hielscher ultralydapparater let integreres eller eftermonteres i eksisterende produktionslinjer.

Processtandardisering med Hielscher Ultrasonics

Fødevaregodkendte produkter bør fremstilles i overensstemmelse med god fremstillingspraksis og i henhold til standardiserede forarbejdningsspecifikationer. Hielscher Ultrasonics' digitale ekstraktionssystemer leveres med intelligent software, som gør det nemt at indstille og kontrollere sonikeringsprocessen præcist. Automatisk dataoptagelse skriver alle ultralydsprocesparametre såsom ultralydsenergi (total og nettoenergi), amplitude, temperatur, tryk (når temperatur- og tryksensorer er monteret) med dato- og tidsstempel på det indbyggede SD-kort. Dette giver dig mulighed for at revidere hvert ultralydsbehandlet parti . Samtidig sikres reproducerbarhed og konstant høj produktkvalitet.
Hielscher Ultrasonics’ Industrielle ultralydsprocessorer kan levere meget høje amplituder. Amplituder på op til 200 μm kan nemt køres kontinuerligt i 24/7 drift. For endnu højere amplituder er tilpassede ultralydssonotroder tilgængelige. Robustheden af Hielschers ultralydsudstyr giver mulighed for 24/7 drift ved tunge og krævende miljøer.
Kontakt os venligst for at lære mere om funktionerne og kapaciteten i vores ultralydspasteuriseringssystemer. Vi vil med glæde diskutere din ansøgning med dig!

Nedenstående tabel giver dig en indikation af den omtrentlige behandlingskapacitet for vores ultralydapparater: