Υπέρηχοι ισχύος για τη βελτίωση χυμών και smoothies
Ερευνητές από το Τεχνικό Πανεπιστήμιο του Βερολίνου διαπίστωσαν ότι η κατεργασία με υπερήχους είναι μια πολύ αποτελεσματική μέθοδος επεξεργασίας για τη βελτίωση των χυμών φρούτων και λαχανικών, καθώς και των smoothies. Ως μη θερμική τεχνική επεξεργασίας τροφίμων, οι υπέρηχοι παρέχουν μια ήπια αλλά αποτελεσματική κατεργασία που εντείνει τις γεύσεις και σταθεροποιεί και συντηρεί τους χυμούς και τους πουρέδες. Τα αποτελέσματα της κατεργασίας χυμών με υπερήχους περιλαμβάνουν βελτιωμένες γεύσεις, σταθεροποίηση και συντήρηση.
Η εφαρμογή υπερήχων στις διεργασίες παραγωγής τροφίμων αποτελεί πεδίο αυξανόμενου ενδιαφέροντος για τους παραγωγούς τροφίμων. Σε αντίθεση με τους υπερήχους χαμηλής έντασης (εντάσεις < 1 W/cm²), οι οποίοι μπορούν να χρησιμοποιηθούν για μη καταστροφικούς ελέγχους και απεικόνιση, οι υπέρηχοι ισχύος (εντάσεις > 5 W/cm²) προκαλούν μεταβολές στο υλικό και μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη βελτίωση ποικίλων διεργασιών στη βιομηχανία τροφίμων. Τα υπερηχητικά κύματα είναι κύματα συμπίεσης που αλληλεπιδρούν μηχανικά με το προϊόν κατά την κατεργασία με υπερήχους. Οι κυκλικές συμπιέσεις και αραιώσεις μπορούν να επηρεάσουν την κυτταρική δομή. Σε υψηλά πλάτη πίεσης, οι υπέρηχοι ισχύος προκαλούν σπηλαίωση, δηλαδή την ανάπτυξη και την ενδόρρηξη φυσαλίδων αερίου, η οποία συνοδεύεται από αιχμές πίεσης και θερμοκρασίας και ομογενοποιεί και σταθεροποιεί συστήματα διασποράς. Η Hielscher Ultrasonics και ερευνητές από το Τμήμα Βιοτεχνολογίας Τροφίμων και Μηχανικής Διεργασιών Τροφίμων του Τεχνικού Πανεπιστημίου του Βερολίνου διερεύνησαν τις θετικές επιδράσεις των υπερήχων στη βελτίωση της ποιότητας, της σταθερότητας και της γεύσης των smoothies, δηλαδή αναμεμειγμένων και ψυχόμενων ροφημάτων από χυμούς και πουρέδες φρούτων και λαχανικών.
Παρόλο που δεν υπάρχει νομικό δικαίωμα που να περιορίζει τα συστατικά των smoothies σε αμιγή προϊόντα φρούτων και λαχανικών, οι παραγωγοί σκοπεύουν να τα διαθέτουν στην αγορά ως υγιεινά προϊόντα υψηλής αξίας. Κατά συνέπεια, επιδιώκεται η παραγωγή τους χωρίς την προσθήκη σταθεροποιητών, ενισχυτικών γεύσης ή χρωστικών. Ωστόσο, οι χυμοί και οι πουρέδες έχουν συχνά υψηλή περιεκτικότητα σε πολτό. Έτσι, τείνουν να παρουσιάζουν διαχωρισμό φάσεων, με αποτέλεσμα μια λιγότερο ελκυστική εμφάνιση του προϊόντος. Για τον λόγο αυτό, τα περισσότερα smoothies που διατίθενται σήμερα περιέχουν μπανάνα ως κύριο συστατικό, η οποία μειώνει τον διαχωρισμό φάσεων λόγω της αύξησης του ιξώδους.
Ομογενοποιητής υπερήχων υψηλής διάτμησης με γυάλινη κυψελίδα ροής για την επεξεργασία χυμών, smoothies, πουρέδων και σαλτσών
Οι υπέρηχοι μπορούν να εφαρμοστούν για τη διάσπαση των σωματιδίων του πολτού και την επίδραση στην κατανομή μεγέθους των σωματιδίων. Το μικρότερο μέγεθος σωματιδίων έχει ως αποτέλεσμα χαμηλότερη ταχύτητα καθίζησης, οδηγώντας σε μείωση της καθίζησης και βελτιωμένη σταθερότητα κατά την αποθήκευση. Επιπλέον, αυτή η διάσπαση των σωματιδίων μπορεί να οδηγήσει σε αυξημένη απελευθέρωση γευστικών συστατικών, χρωστικών και κυτταρικών συστατικών, όπως σάκχαρα ή πτητικές αρωματικές ενώσεις, στον χυμό. Το αποτέλεσμα είναι η βελτίωση της έντασης του χρώματος, της γλυκύτητας και της αρωματικής εντύπωσης. Επιπροσθέτως, το μειωμένο μέγεθος σωματιδίων επηρεάζει την αίσθηση στο στόμα, οδηγώντας σε μια συνολικά πιο λεία αίσθηση.
Για να εξασφαλιστεί μια συγκεκριμένη διάρκεια ζωής των smoothies, τα μείγματα πρέπει να παστεριώνονται. Ωστόσο, οι θερμικές επεξεργασίες επηρεάζουν πάντα την ποιότητα του προϊόντος, το χρώμα και την αίσθηση φρεσκάδας. Κατά συνέπεια, η μείωση των θερμοκρασιών επεξεργασίας αποτελεί έναν από τους κύριους στόχους στη βιομηχανία τροφίμων. Οι υπέρηχοι έχουν συνεργιστική επίδραση στην αδρανοποίηση μικροοργανισμών και ενζύμων όταν εφαρμόζονται σε συνδυασμό με θερμοκρασία, μέθοδος που ονομάζεται θερμοϋπερήχηση, ή με αυξημένη πίεση, μέθοδος που ονομάζεται μανοϋπερήχηση. Θετικά αποτελέσματα είναι επίσης γνωστά για τον συνδυασμό και των τριών παραμέτρων, με τον όρο μανοθερμοϋπερήχηση. Θεωρείται ότι τα κύτταρα που υποβάλλονται σε κατεργασία με υπερήχους γίνονται πιο ευάλωτα σε άλλους παράγοντες καταπόνησης, όπως η πίεση και η θερμότητα. Επιπλέον, τα υπερηχητικά κύματα μπορούν να διασπάσουν τα οριακά στρώματα και να προκαλέσουν ανάμειξη, με αποτέλεσμα τη βελτιωμένη μεταφορά θερμότητας. Επομένως, ένας ακόμη στόχος του ερευνητικού έργου είναι η μείωση των θερμοκρασιών παστερίωσης μέσω της ανάπτυξης μιας διεργασίας συντήρησης υποβοηθούμενης από υπερήχους. Επιδιώκονται η βελτίωση της ποιότητας του προϊόντος και η μείωση του ενεργειακού κόστους, με παράλληλη διατήρηση ή αύξηση της ασφάλειας και της διάρκειας ζωής του προϊόντος.
Οι πολύπλευρες επιδράσεις των υπερήχων, οι οποίες θα μπορούσαν να επιτρέψουν την ταυτόχρονη βελτίωση των χαρακτηριστικών καθίζησης, της γεύσης, της εμφάνισης, της αίσθησης στο στόμα, καθώς και της μικροβιολογικής και ενζυμικής σταθερότητας των smoothies ως προϊόντων υψηλής αξίας, θα μπορούσαν να αποτελέσουν σημαντικό πλεονέκτημα για τη βιομηχανία τροφίμων και την εμπορία φρέσκων ροφημάτων φρούτων και λαχανικών στο μέλλον. Επιπλέον, το ποσοστό της μπανάνας ή άλλων συστατικών υψηλού ιξώδους θα μπορούσε να μειωθεί όταν η σταθερότητα του προϊόντος βελτιώνεται μέσω κατεργασιών με υπερήχους, καθιστώντας δυνατή τη δημιουργία νέων ποικιλιών smoothies.
Επικοινωνία στο TU Berlin:
K. Schoessler
katharina.schoessler(at)tu-berlin.de
Τηλέφωνο:+49 (0)30-3147 1847
Αριστερά: χυμός πορτοκαλιού χωρίς επεξεργασία· Δεξιά: χυμός πορτοκαλιού κατεργασμένος με υπερήχους
Η ομογενοποίηση υψηλής διάτμησης με υπερήχους παράγει σταθερό χυμό χωρίς καθίζηση
Βιβλιογραφία / Αναφορές
- Kamal Guerrouj, Marta Sánchez-Rubio, Amaury Taboada-Rodríguez, Rita María Cava-Roda, Fulgencio Marín-Iniesta (2016): Sonication at mild temperatures enhances bioactive compounds and microbiological quality of orange juice. Food and Bioproducts Processing, Volume 99, 2016. 20-28.
- Fathima Waheeda Mohideen, Kevin Mis Solval, Juan Li, Jie Zhang, Alexander Chouljenko, Arranee Chotiko, Alfredo D. Prudente, J. David Bankston, Subramaniam Sathivel (2015): Effect of continuous ultra-sonication on microbial counts and physico-chemical properties of blueberry (Vaccinium corymbosum) juice. LWT – Food Science and Technology, Volume 60, Issue 1, 2015. 563-570.
- Etzbach, L.; Stolle, R.; Anheuser, K.; Herdegen, V.; Schieber, A.; Weber, F. (2020): Impact of Different Pasteurization Techniques and Subsequent Ultrasonication on the In Vitro Bioaccessibility of Carotenoids in Valencia Orange (Citrus sinensis (L.) Osbeck) Juice. Antioxidants 2020, 9, 534.
- Astráin-Redín, Leire; Ciudad-Hidalgo, Salomé; Raso, Javier; Condon, Santiago; Cebrián, Guillermo; Álvarez, Ignacio (2019): Application of High-Power Ultrasound in the Food Industry. InTechOpen 2019.
- Xinyu Zhai; Xu Wang;Xiaoyi Wang; Haoran Zhang;Y ucheng Ji; Difeng Ren; Jun Lu; (2021): An efficient method using ultrasound to accelerate aging in crabapple (Malus asiatica) vinegar produced from fresh fruit and its influencing mechanism investigation. Ultrasonics Sonochemistry, 2021.