Κατεργασία με υπερήχους για τη συντήρηση χυμών και την ενίσχυση των θρεπτικών συστατικών
Στη σύγχρονη επεξεργασία τροφίμων, η διατήρηση της φρεσκάδας με παράλληλη ενίσχυση της θρεπτικής αξίας αποτελεί κεντρική πρόκληση. Η κατεργασία με υπερήχους υψηλής απόδοσης – με τη χρήση συσκευών υπερήχων τύπου ακίδας – κερδίζει έδαφος ως ισχυρή μέθοδος μη θερμικής επεξεργασίας. Το άρθρο αυτό παρουσιάζει ευρήματα επιστημονικής μελέτης που διερευνά πώς οι επεξεργαστές υπερήχων της Hielscher βελτιώνουν το διατροφικό προφίλ χυμού φράουλας που έχει γλυκανθεί με Stevia rebaudiana.
Βασικά ευρήματα: Η κατεργασία με υπερήχους αυξάνει την περιεκτικότητα σε φαινολικές ενώσεις, τα επίπεδα φλαβονοειδών και την αντιοξειδωτική ικανότητα – όλα αυτά υπό συνθήκες που μπορούν να κλιμακωθούν και είναι κατάλληλες για βιομηχανική εφαρμογή.
Γιατί να αντικαταστήσετε τη θερμότητα με υπερήχους;
Η παραδοσιακή παστερίωση μπορεί να αποδομήσει θερμοευαίσθητες ενώσεις, όπως οι πολυφαινόλες και τα φλαβονοειδή. Αντίθετα, η κατεργασία με υπερήχους είναι μια τεχνική μη θερμικής επεξεργασίας που χρησιμοποιεί ακουστική σπηλαίωση για να ενισχύσει την κυτταρική διάρρηξη και τη μοριακή διάχυση χωρίς θερμική βλάβη.
Συντήρηση χυμών και εκχύλιση θρεπτικών συστατικών με υπερήχους
Μια πρόσφατη μελέτη των Šic Žlabur et al. (2019), η οποία αξιολογήθηκε από ομοτίμους και δημοσιεύθηκε στο περιοδικό “Molecules” , παρέχει ισχυρά τεκμήρια για την αποτελεσματικότητα των υπερήχων υψηλής έντασης, με τη χρήση του μοντέλου συσκευής υπερήχων UP400St της Hielscher, στην επεξεργασία χυμού φράουλας που έχει γλυκανθεί με Stevia rebaudiana. Τα ευρήματα έχουν σημαντικές προεκτάσεις για τη βιομηχανική επεξεργασία χυμών, δεδομένου ότι οι πειραματικές συνθήκες μπορούν να κλιμακωθούν γραμμικά με τα χρησιμοποιούμενα συστήματα υπερήχων της Hielscher.
Πλεονεκτήματα της επεξεργασίας χυμών με υπερήχους:
- Ενισχυμένη εκχύλιση βιοδραστικών ενώσεων
- Διατήρηση της γεύσης και του χρώματος
- Μείωση του μικροβιακού φορτίου
- Δυνατότητα κλιμάκωσης και ενεργειακή αποδοτικότητα
- Διαδικασία καθαρής ετικέτας, χωρίς πρόσθετα
Η πειραματική διάταξη: Κατεργασία χυμού με υπερήχους
Η μελέτη χρησιμοποίησε έναν επεξεργαστή υπερήχων Hielscher UP400St (400 W, 24 kHz) για την επεξεργασία χυμού φράουλας παρουσία πράσινης σκόνης στέβιας.
Οι ερευνητές αξιολόγησαν τις επιδράσεις της κατεργασίας με υπερήχους τύπου ακίδας σε διάφορα πλάτη ταλάντωσης (50%, 75%, 100%), διαμέτρους ακίδας (ηχοτρόδιο S24d7 με διάμετρο άκρου 7 mm και S24d22 με διάμετρο άκρου 22 mm) και χρόνους κατεργασίας με υπερήχους (15, 20 και 25 λεπτά). Από όλες τις συνθήκες που δοκιμάστηκαν, η πιο έντονη κατεργασία – πλάτος ταλάντωσης 100%, ακίδα 22 mm, 25 λεπτά – απέδωσε τα πιο έντονα αποτελέσματα.
Επισκόπηση αποτελεσμάτων – Επεξεργασία χυμών με υπερήχους
Αυξημένη ολική περιεκτικότητα σε φαινολικές ενώσεις (TPC)
Οι χυμοί που υποβλήθηκαν σε κατεργασία με υπερήχους παρουσίασαν έως και 23% υψηλότερη TPC σε σύγκριση με την ήπια κατεργασία με υπερήχους και 18% υψηλότερη σε σύγκριση με χυμούς με στέβια που δεν υποβλήθηκαν σε κατεργασία με υπερήχους.
| Δείγμα | TPC (mg GAE/L) | Φλαβονοειδή (mg GAE/L) | Αντιοξειδωτική ικανότητα (mmol TE/L) |
|---|---|---|---|
| Μάρτυρας | 927,3 ± 55,6 | 659,0 ± 39,6 | 3,77 ± 0,28 |
| JGSP | 1003,2 ± 13,6 | 685,2 ± 40,7 | 3,84 ± 0,09 |
| C18 | 1185,6 ± 0,2 | 791,5 ± 1,1 | 3,89 ± 1,15 |
C18: Κατεργασία με υπερήχους με ακίδα 22 mm, πλάτος ταλάντωσης 100%, 25 λεπτά
Πίνακας: Επίδραση της κατεργασίας με υπερήχους στην περιεκτικότητα σε φαινολικές ενώσεις και στην αντιοξειδωτική δράση
Η ολική περιεκτικότητα σε φαινολικές ενώσεις (TPC) αυξήθηκε κατά 23% σε σύγκριση με την ηπιότερη κατεργασία με υπερήχους και κατά 18% σε σύγκριση με δείγματα με στέβια που δεν υποβλήθηκαν σε κατεργασία με υπερήχους.
Στις κυριότερες φαινολικές ενώσεις των οποίων η περιεκτικότητα αυξήθηκε περιλαμβάνονταν η λουτεολίνη, η απιγενίνη, η κερκετίνη, η μυρικετίνη και η καμφερόλη, με αυξήσεις κατά 3 έως 7 φορές.
Η αντιοξειδωτική ικανότητα (μέσω της δοκιμασίας ABTS) αυξήθηκε επίσης, καταδεικνύοντας την αύξηση των βιοδραστικών ενώσεων.
Φαινολικά οξέα και προφίλ φλαβονοειδών
Οι υπέρηχοι επέτρεψαν την αποτελεσματικότερη εκχύλιση φαινολικών οξέων, όπως η πυρογαλλόλη και η 4-μεθυλοκατεχόλη, με την πυρογαλλόλη να φτάνει σχεδόν τα 2 mg/g στον χυμό που υποβλήθηκε στην εντονότερη κατεργασία με υπερήχους – πάνω από 3,5× υψηλότερα από ό,τι στους αντίστοιχους χυμούς που δεν υποβλήθηκαν σε κατεργασία με υπερήχους.
Ο σχηματισμός ριζών υδροξυλίου κατά την ακουστική σπηλαίωση πιθανώς συμβάλλει στην ενισχυμένη υδροξυλίωση και απελευθέρωση φαινολικών ενώσεων, γεγονός που συμφωνεί με προηγούμενες μελέτες των μηχανισμών εκχύλισης με υπερήχους.
Βελτιωμένη γλυκύτητα με λειτουργικά οφέλη
Αξίζει να σημειωθεί ότι η μελέτη διερεύνησε τους γλυκοζίτες στεβιόλης, ιδιαίτερα τη στεβιοσίδη και τη ρεμπαουδιοσίδη A (Reb A) – τις κύριες γλυκαντικές ουσίες της Stevia rebaudiana. Η κατεργασία με υπερήχους αύξησε σημαντικά τις συγκεντρώσεις τους:
- Η περιεκτικότητα σε στεβιοσίδη αυξήθηκε κατά 61%.
- Η περιεκτικότητα σε Reb A διπλασιάστηκε (+114%).
Η αύξηση αυτή είναι επωφελής όχι μόνο ως προς τη γλυκύτητα, αλλά και από οργανοληπτική και μεταβολική άποψη. Τα υψηλότερα επίπεδα Reb A βελτιώνουν τη γευστική αποδοχή, μειώνοντας την πικρή γεύση που συχνά συνδέεται με τη στεβιοσίδη.
Επεξεργασία χυμών με υπερήχους: Βιομηχανική σημασία και δυνατότητα κλιμάκωσης
Οι συσκευές υπερήχων της Hielscher επιτρέπουν τον ακριβή έλεγχο όλων των σημαντικών παραμέτρων της διεργασίας. Έτσι, όλα τα αποτελέσματα μπορούν να κλιμακωθούν γραμμικά, χάρη στον σχεδιασμό των επεξεργαστών υπερήχων της Hielscher, οι οποίοι διατηρούν σταθερή την ενεργειακή ένταση κατά την αύξηση της κλίμακας. Αυτό καθιστά τη μετάβαση από τα επιτραπέζια συστήματα στα βιομηχανικά συστήματα συνεχούς λειτουργίας τόσο τεχνικά εφικτή όσο και οικονομικά ελκυστική.
Η μελέτη αυτή προστίθεται σε ένα αυξανόμενο σύνολο τεκμηρίων που υποστηρίζουν τη χρήση υπερήχων υψηλής έντασης ως βιώσιμη μέθοδο μη θερμικής επεξεργασίας. Τα συνδυαστικά οφέλη που παρατηρήθηκαν – ενίσχυση των θρεπτικών συστατικών, βελτιωμένη αντιοξειδωτική ικανότητα και βελτιστοποιημένες οργανοληπτικές ιδιότητες – υπογραμμίζουν την αξία της στην ανάπτυξη λειτουργικών ροφημάτων.
Τι σημαίνει, λοιπόν, αυτό για τη βιομηχανία;
Με τεχνολογικές πλατφόρμες που προσφέρουν δυνατότητα κλιμάκωσης, όπως αυτές της Hielscher, οι παραγωγοί χυμών μπορούν πλέον να εξετάζουν την κατεργασία με υπερήχους όχι απλώς ως εναλλακτική λύση, αλλά ως αναβάθμιση – τόσο για την ποιότητα του προϊόντος όσο και για την υγεία των καταναλωτών.
- υψηλή απόδοση
- τεχνολογία αιχμής
- αξιοπιστία και ανθεκτικότητα
- ρυθμιζόμενος, ακριβής έλεγχος της διεργασίας
- επεξεργασία κατά παρτίδες και εντός γραμμής
- για οποιονδήποτε όγκο
- ευφυές λογισμικό
- έξυπνες λειτουργίες (π.χ. δυνατότητα προγραμματισμού, καταγραφή δεδομένων, τηλεχειρισμός)
- εύκολος και ασφαλής χειρισμός
- ελάχιστες απαιτήσεις συντήρησης
- CIP (επιτόπιος καθαρισμός)
Ο παρακάτω πίνακας σας δίνει μια ένδειξη της κατά προσέγγιση δυναμικότητας επεξεργασίας των συσκευών υπερήχων μας:
| Όγκος παρτίδας | Παροχή | Συνιστώμενες συσκευές |
|---|---|---|
| 10 έως 2000mL | 20 έως 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 έως 20L | 0,2 έως 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 έως 100L | 2 έως 10L/min | UIP4000hdT |
| 15 έως 150L | 3 έως 15L/min | UIP6000hdT |
| n.a. | 10 έως 100L/min | UIP16000hdT |
| n.a. | μεγαλύτερη | συστοιχία συσκευών UIP16000hdT |
Σχεδιασμός, κατασκευή και συμβουλευτικές υπηρεσίες – Ποιότητα κατασκευής από τη Γερμανία
Οι συσκευές υπερήχων της Hielscher είναι ευρέως γνωστές για τα ύψιστα πρότυπα ποιότητας και σχεδιασμού τους. Η ανθεκτικότητα και η ευκολία χειρισμού επιτρέπουν την ομαλή ενσωμάτωση των συσκευών υπερήχων μας σε βιομηχανικές εγκαταστάσεις. Οι συσκευές υπερήχων της Hielscher ανταποκρίνονται με ευκολία σε δύσκολες συνθήκες και απαιτητικά περιβάλλοντα.
Η Hielscher Ultrasonics είναι εταιρεία πιστοποιημένη κατά ISO και δίνει ιδιαίτερη έμφαση σε συσκευές υπερήχων υψηλής απόδοσης που διαθέτουν τεχνολογία αιχμής και είναι φιλικές προς τον χρήστη. Φυσικά, οι συσκευές υπερήχων της Hielscher συμμορφώνονται με τις απαιτήσεις CE και πληρούν τις απαιτήσεις των UL, CSA και RoHs.
Ομογενοποιητής υπερήχων τροφίμων UIP16000 για τη βιομηχανική επεξεργασία τροφίμων και ποτών.
Βιβλιογραφία / Αναφορές
- Šic Žlabur, J.; Dobričević, N.; Brnčić, M.; Barba, F.J.; Lorenzo, J.M.; Franco, D.; Atanasov, A.G.; Voća, S.; Rimac Brnčić, S. (2019): Evaluation of the Behavior of Phenolic Compounds and Steviol Glycosides of Sonicated Strawberry Juice Sweetened with Stevia (Stevia rebaudiana Bertoni). Molecules 2019, 24, 1202.
- Alex Patist, Darren Bates (2008): Ultrasonic innovations in the food industry: From the laboratory to commercial production. Innovative Food Science & Emerging Technologies, Volume 9, Issue 2, 2008. 147-154.
- Mehmet Başlar, Mustafa F. Ertugay (2013): The effect of ultrasound and photosonication treatment on polyphenoloxidase (PPO) activity, total phenolic component and colour of apple juice. International Journal of Food Science and Technology, Volume 48, Issue 4, April 2013. 886–892.
- Morteza Rouhani (2019): Modeling and optimization of ultrasound-assisted green extraction and rapid HPTLC analysis of stevioside from Stevia Rebaudiana. Industrial Crops and Products, Volume 132, 2019. 226-235.
- Dogan Kubra, P.K. Akman, F. Tornuk(2019): Improvement of Bioavailability of Sage and Mint by Ultrasonic Extraction. International Journal of Life Sciences and Biotechnology, 2019. 2(2): p.122- 135.
Συχνές ερωτήσεις
Πώς συντηρούνται οι χυμοί;
Οι χυμοί συντηρούνται συνήθως με θερμική παστερίωση, κατά την οποία η θερμότητα αδρανοποιεί τους μικροοργανισμούς που προκαλούν αλλοίωση και τα ένζυμα. Στις εναλλακτικές μεθόδους περιλαμβάνονται η επεξεργασία υψηλής πίεσης (HPP), η κατεργασία με υπερήχους, τα παλμικά ηλεκτρικά πεδία (PEF) και τα χημικά συντηρητικά, όπως τα σορβικά ή τα βενζοϊκά άλατα. Οι προσεγγίσεις αυτές αποσκοπούν στην παράταση της διάρκειας ζωής, διατηρώντας παράλληλα την ασφάλεια και την οργανοληπτική ποιότητα.
Διαβάστε περισσότερα για τη συντήρηση χυμών με υπερήχους!
Γιατί είναι ωφέλιμη η μη θερμική επεξεργασία χυμών;
Η μη θερμική επεξεργασία – όπως η HPP, τα PEF ή η κατεργασία με υπερήχους – ελαχιστοποιεί τη θερμική αποδόμηση των θερμοευαίσθητων θρεπτικών συστατικών, των γευστικών και αρωματικών συστατικών και των βιοδραστικών ενώσεων. Επιτρέπει τη μικροβιακή αδρανοποίηση διατηρώντας παράλληλα τη θρεπτική ποιότητα και τα οργανοληπτικά χαρακτηριστικά, προσφέροντας μια εναλλακτική λύση με καθαρότερη ετικέτα έναντι των συμβατικών θερμικών επεξεργασιών. Μάθετε περισσότερα για τα πλεονεκτήματα της συντήρησης χυμών με HPP υποβοηθούμενη από υπερήχους!
Είναι υγιεινά τα ροφήματα με στέβια;
Η στέβια, ένα φυσικό μη θρεπτικό γλυκαντικό που προέρχεται από το φυτό Stevia rebaudiana, αναγνωρίζεται γενικά ως ασφαλής (GRAS) από τον FDA. Έχει αμελητέα θερμιδική περιεκτικότητα και δεν αυξάνει τα επίπεδα γλυκόζης στο αίμα ή ινσουλίνης, γεγονός που την καθιστά κατάλληλη εναλλακτική λύση για άτομα με διαβήτη ή για όσους επιδιώκουν να μειώσουν την πρόσληψη ζάχαρης. Ωστόσο, τα οφέλη για την υγεία εξαρτώνται από τη συνολική σύνθεση του ροφήματος – τα ροφήματα που έχουν γλυκανθεί με στέβια μπορεί να εξακολουθούν να περιέχουν πρόσθετα ή να στερούνται θρεπτικής αξίας.
Διαβάστε περισσότερα για την εκχύλιση στέβιας με υπερήχους!
Η Hielscher Ultrasonics κατασκευάζει ομογενοποιητές υπερήχων υψηλής απόδοσης από εργαστηριακό έως βιομηχανικό μέγεθος.