Kombucha er en fermenteret drik, der indeholder te, sukker, bakterier, gær og ofte en lille mængde juice, frugt eller krydderier som aroma. Kombucha samt fermenteret juice og grøntsagssaft er kendt for at have positive virkninger på sundheden, styrke mikrobiota og immunsystem. Kontrolleret ultralydning forbedrer produktionen af kombucha og andre fermenterede drikkevarer på forskellige måder: Ultralyd kan stimulere gær og bakterievækst under gæring; ekstrakt polyfenoler, flavonoider og smagsstoffer fra frugt, grøntsager og urter; og anvendes også som ikke-termisk pasteuriseringsmetode til mikrobiel reduktion før emballering. Hielscher ultralydapparater er præcist kontrollerbare og kan levere den mest egnede ultralydsintensitet for hvert behandlingstrin i produktionen af fermenterede drikkevarer.

Kombucha og fermenterede drikkevarer

Kombucha er produceret ved gæring sukkerholdig te ved hjælp af en "Symbiotic Kultur af bakterier og gær" (SCOBY), også almindeligt 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; bakteriekomponenten omfatter næsten altid Komagataeibacter xylinus (tidligere Gluconacetobacter xylinus), som fermenterer alkohol 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 ved den fermenterede drik, herunder næringsindhold og smag.

Ultralyd intensiveret Kombucha fermentering

Ultralydbølger er velkendte for at stimulere væksten af bakterier og gær. En kontrolleret mild sonikering af kombucha kulturer (SCOBY, også kendt som te champignon, te svamp, eller manchuriske champignon) kan derfor fremme gæringsprocessen og føre til højere kombucha udbytter i en accelereret gæring tid.
Ultralydsstimulet gæring viser forbedret membran permeabilisering og dermed øget masseoverførsel. Den sonomekaniske behandling af ultralydbølger perforerer cellevægge og plasmamembraner af mikroorganismer (en proces kaldet sonoporation). Nogle celler kan endda briste. Disse forstyrrede celler frigive vækst fremme faktorer såsom vitaminer, nukleotider, aminosyrer og enzymer, der kan stimulere væksten af cellulært intakt samt membran kompromitterede bakterier.
Ultralydsbehandling forudgående gæring såvel som i forsinkelses- og logfaserne viste de mest fremtrædende virkninger på bakterievækststimulering.

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

Ultralydsstimulering af æblesaftfermentering

Forskning viste, at ultralydsbehandling ved forsinkelse og logaritmiske faser under gæringen af æblejuice fremmede mikrobiel vækst og intensiveret biotransformation af æblesyre til mælkesyre. For eksempel, efter sonikering ved lag fase for 0,5 h, mikrobiel tælling og mælkesyre indhold i ultralyd-behandlede prøver på 58,3 W / L nåede 7,91 ± 0,01 Log CFU / mL og 133,70 ± 7,39 mg / L, som var betydeligt højere end i de ikke-sonikerede prøver. Desuden havde ultralydbehandling ved forsinkelse og logaritmiske faser komplekse påvirkninger på metabolismen af æble phenolics såsom chlorogen syre, caffeic acid, procyanidin B2, catechin og gallinsyre. Ultralyd kan positivt påvirke hydrolysen af chlorogen syre til caffeinsyre, omdannelsen af procyanidin B2 og decarboxylering af galdesyre. Metabolismen af organiske syrer og frie aminosyrer i de sonikerede prøver var statistisk korreleret med phenol metabolisme, hvilket indebærer, at ultralyd kan gavne phenolafledning ved at forbedre den mikrobielle metabolisme af organiske syrer og aminosyrer. (jf. Wang et al., 2021)

Ultralyd forbedret sojamælkgæring

Forskerholdet af Ewe et al. (2012) undersøgte ultralyds indvirkningen på metabolisk effektivitet af stammer af lactobacilli (Lactobacillus acidophilus BT 1088, L. fermentum BT 8219, L. acidophilus FTDC 8633, L. gasseri FTDC 8131) under sojamælksgæring. Det blev observeret, at ultralydsbehandlingen gennemtrængte bakteriernes cellulære membraner. De permeabiliserede cellulære membraner resulterede i en forbedret næringsstof internalisering og efterfølgende vækstforbedring (P ≺ 0,05). Højere amplituder og længere varigheder af sonikering behandling fremmet vækst af lactobacilli i sojamælk, med levedygtige tæller over 9 log CFU / mL. De intracellulære og ekstracellulære β-glucosidase specifikke aktiviteter af lactobacilli blev også forbedret (P ≺ 0,05) ved ultralydning, hvilket førte til øget biokonvertering af isoflavoner i sojamælk, især genistin og malonyl genistin til genistein. Resultater fra denne undersøgelse viser, at ultralydsbehandling på lactobacilli celler fremmer (P ≺ 0,05) β-glucosidase aktivitet af celler til gavn for forbedret (P ≺ 0,05) isoflavon glucosider biokonversion til bioaktive aglykunder i sojamælk. (jf. Ewe et al., 2012)

Scanning af elektronmikrografer af lactobacilli uden behandling (A) og lactobacilli behandlet med ultralyd ved 60% amplitud i 3 min (B). Cirkler, der viser bristede celler og celler med porer.
(Undersøgelse og billeder: ©Ewe et al., 2012)

Ekstraktion af ernæringsmæssige forbindelser og smagsstoffer i Kombucha og fermenterede drikkevarer

Fermenteret te, juice og vegetabilske drikkevarer, f.eks. fermenteret æble- eller morbærsaft eller frugtinfunderet kombuchas, drager stor fordel af en ultralydsbehandling. Ultralydbølgerne forstyrrer cellulære strukturer af plantematerialer og frigiver intracellulære forbindelser som smag, polyfenoler, antioxidanter og flavonoider. Samtidig giver ultralyd homogenisering en ensartet spredt og emulgeret drik, der forhindrer faseadskillelse og tilbyder et tiltalende udseende for forbrugerne. Du kan se et eksempel på en ultralydbehandlet havtorn bær kombucha uden fase adskillelse i forhold til en ubehandlet version nedenfor.
Læs mere om ultralydssmag og næringsstofudvinding!

Ultralyd til Kombucha Bevarelse

Ultralydsbehandling kan påvirke mikrober ved enten at stimulere eller inaktivere dem. Også enzymer påvirkes af sonikering: Ultralyd kan ændre egenskaber af enzymer, substrater og deres reaktioner. Disse virkninger af lavfrekvent ultralyd bruges i fødevareforarbejdning som et ikke-termisk alternativ til pasteurisere mad og drikkevarer. Sonikering giver fordelen ved præcis kontrol over procesparametre som amplitud, tid, temperatur og tryk, hvilket giver mulighed for en målrettet inaktivering af mikroorganismer. Inaktivering 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 slutproduktet. Ultralydbehandling er en ikke-termisk pasteuriseringsmetode, som allerede bruges i kommerciel fødevareforarbejdning, såsom pasteurisering af saft. 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 mælkesyregæret 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 signifikant (p < 0.05) stigning i fænolic og antioxidant egenskaber af mælkesyre-fermenteret morbærsaft i forhold til pulserende lys behandling." (Kwaw et al., 2018) Mens kombucha er en drik 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, som normalt er til stede i kombucha og er en af de vigtigste faktorer for dens sundhedsfremmende virkninger. Ultralyd pasteurisering er en ikke-termisk konserveringsmetode, som kan bruges til enten at reducere mikrobielle tæller eller eliminere mikroorganismer helt. 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. Dermed er livskulturerne stadig til stede i kombucha, dog i lavere tal, så holdbarheden og opbevaringstiderne forbedres.

Videnskabeligt dokumenterede resultater i ultralydbehandlet Kombucha

Dornan et al. (2020) undersøgte effekten af lavfrekvent ultralyd på kombucha lavet med havbukthorn bær ved hjælp af ultralyd processor UIP500hdT. Forskerholdet kunne demonstrere flere gavnlige virkninger af ultralydbehandling på havtorn bær forberedelse og efterfølgende kombucha gæring.

Ultralyd Havtorn Berry Extraction

Sonikering af friske hele havtorn bær (også kendt som sanddorne; H. rhamnoides cv. Sunny) blev puréed ved hjælp af en Vitamix blender i 2 min. Et volumen af dH2O svarende til 30% af det oprindelige purévolumen blev tilsat og blandet. Ultralyd (90 W, 20 kHz, 10 min) blev anvendt på 200 gtL af den fortyndede puré ved hjælp af en UIP500hdT ultralydsprocessor (Hielscher Ultralyd, Tyskland). Behandlingstiden blev valgt til optimering af næringsstoffer og opretholde prøven i frisk-lignende tilstand. Resultaterne af ultralydsudvinding viser en betydelig (P ≺ 0,05) stigning med 10% ekstraktion udbytte 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 råvareværdien. Ultralydsudvinding fra havtorn bær resulterede i højere olieudbytte og reduceret behandlingstid, strømforbrug og undgåelse af farlige opløsningsmidler.

Ultralyd homogenisering af havtorn Berry Kombucha

De ultralydbehandlede havtorn (sanddorne) bær kombucha viste en signifikant forbedret stabilitet af produktet. Ved dag 21 af opbevaring forblev den sonikerede bær kombucha homogen. Det faktum, at der ikke blev observeret syneresis i sonikeret bær kombucha for hele undersøgelsen (21 dage, se billedet nedenfor) viser, at ultralyd alene er en effektiv emulsiveringsteknik, der er i stand til at producere produktstabilitet og forhindre faseadskillelse.

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

Ultralydbehandling for at stoppe gæring

Fire prøver af kombucha blev foretaget: K (kombucha), K + US (kombucha + ultralyd), K + S (kombucha + saccha), og K + S + US (kombucha + saccha + ultralyd). Alle prøver blev fremstillet ved hjælp af 200 mL havtornpuré (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 at gære 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 standse gæringen på dag 5.

Ultralyd konservering effekter på Kombucha

I havtorn kombucha faldt sonikering indledende mikrobiel belastning med 2,6 log CFU / mL og stoppede derved fermenteringsprocessen på et valgt tidspunkt for at forhindre overgæring. Desuden bidrager den kontrollerede mikrobielle reduktion til at øge holdbarheden og stabiliteten af slutproduktet, hvilket letter den kommercielle distribution af kombucha.
Læs mere om ultralydbehandling som ikke-termisk juice pasteurisering metode!

Samlede resultater i ultralydbehandlet Kombucha

Ultralydbehandling faldt indledende mikrobiel belastning med 2,6 log CFU / mL, øget ORAC værdi med 3% og øget vand opløselighed indeks (WSI) med 40% (fra 6,64 til 9,29 g / g) uden synese. Resultater fra denne undersøgelse tyder på, at anvendelsen af ultralydbehandling kan forbedre phenolfunktionen under gæringen og er i stand til at faldende synese, stigende olieudbytte, faldende mikrobiel belastning og øget ORAC med minimalt tab af ernæringsmæssig kvalitet. (jf. Dornan et al., 2020)

Ultralydsudstyr til forbedret Kombucha Brygning

Hielscher Ultralyd designer, producerer og distribuerer højtydende ultralydapparater, ultralydbioreaktorer og tilbehør til forbedrede fermenterings-, ekstraktions- og pasteuriseringsprocesser, der anvendes i fødevarer & fremstilling af drikkevarer. Hielscher ultralyd fødevareforarbejdningssystemer bruges til mangfoldige applikationer, der er en sikker, pålidelig og omkostningseffektiv teknologi til fremstilling af fødevarer og drikkevarer af høj kvalitet. Installation og drift af alle Hielscher ultralydsprocessorer er enkel: De kræver kun lidt plads, kan let eftermonteres i eksisterende forarbejdningsfaciliteter.
Hielscher Ultrasonics har længe erfaring med anvendelse af effektlys i maden & drikkevareindustrien samt mange andre industrigrene. Vores ultralydsprocessorer er udstyret med let at rengøre (clean-in-place CIP / sterilisere-in-place SIP) sonotroder og flow-celler (de våde dele). Hielscher Ultralyd’ industrielle ultralydsprocessorer kan levere meget høje amplituder. Amplituder på op til 200μm kan let kontinuerligt køres i 24/7 drift. Den præcise tuning af amplituder og muligheden for at skifte mellem lave og høje amplituder er vigtige for at stimulere eller inaktivere mikroorganismer. Derved kan den samme ultralydsenhed bruges til enten at stimulere mikrober, der øger gæringen eller inaktiverer mikroorganismer til pasteurisering.
Topmoderne teknologi, højtydende og avanceret software gør Hielscher Ultrasonics’ pålidelige arbejdsheste i din madgæringsproces. Med et lille fodaftryk og alsidige installationsmuligheder kan Hielscher ultralydapparater nemt integreres eller retromonteres i eksisterende produktionslinjer.

Processtandardisering med Hielscher Ultrasonics

Fødevarer bør fremstilles i overensstemmelse med god fremstillingspraksis (GMP) og i henhold til standardiserede forarbejdningsspecifikationer. Hielscher Ultrasonics digitale ekstraktionssystemer leveres med intelligent software, hvilket gør det nemt at indstille og styre sonikeringsprocessen præcist. Automatisk dataregistrering skriver alle ultralydprocesparametre såsom ultralydenergi (total og nettoenergi), amplitude, temperatur, tryk (når temp og tryksensorer er monteret) med dato og tidsstempel på det indbyggede SD-kort. Dette giver dig mulighed for at revidere hver ultralydbehandlet parti . Samtidig sikres reproducerbarhed og konstant høj produktkvalitet.
Hielscher Ultralyd’ industrielle ultralyds-processorer kan levere meget høje amplituder. Amplituder på op til 200 μm kan let kontinuerligt køres i 24/7 drift. For endnu højere amplituder, tilpassede ultralyd sonotroder er tilgængelige. Robustheden af Hielscher's ultralyds udstyr giver mulighed for 24/7 drift ved tung pligt og i krævende miljøer.
Kontakt os venligst for at få mere at vide om funktionerne og kapaciteten i vores ultralyds pasteuriseringssystemer. Vi vil være glade for at diskutere din ansøgning med dig!

Tabellen nedenfor giver dig en indikation af den omtrentlige forarbejdningskapacitet hos vores ultralydapparater: