Yerba mate jookide tööstuslik tootmine ultraheli töötluse (sonikeerimise) abil

Yerba mate on arenenud traditsioonilisest Lõuna-Ameerika infusioonist ülemaailmselt tuntud funktsionaalseks joogiks. Kuna nõudlus joomisvalmis (RTD) mate, puhta koostisega (clean-label) energiajookide ja kontsentreeritud taimsete ekstraktide järele kasvab, otsivad tootjad tehnoloogiaid, mis tagavad ühtlase maitse, optimeeritud fütokeemilise profiili ja majandusliku skaleeritavuse.
Üks kõige arenenumaid töötluslahendusi on ultraheliekstraktsioon (ultraheli töötlus ehk sonikeerimine) – tehnoloogia, mis võimaldab kontrollitud külmekstraktsiooni, kontsentraadi tootmist inline-protsessis ja lineaarset skaleerimist tööstusliku läbilaskevõime jaoks.

Miks ultraheliekstraktsioon muudab yerba mate töötlemist

Ultraheli töötlus (sonikeerimine) kasutab suure intensiivsusega ultraheli akustilise kavitatsiooni tekitamiseks vedelikes. Kavitatsiooni ajal tekivad ja kollapseeruvad mikroskoopilised mullid, mis tekitavad lokaalseid nihkejõude ja mikrojuge. Taimeekstraktsioonis on nende toimed järgmised:

Lõhuvad taimerakkude seinu
Suurendavad lahusti tungimist
Kiirendavad massiülekannet
Vabastavad rakusiseseid ühendeid tõhusalt

Selles lühiklipis tutvustame ultraheliga ekstraheerimise võimalusi Hielscher sondiga ultraheliseadmega UIP1000hdT! Vaadake, kuidas ultrahelitöötlus võimaldab eriti tõhusalt ekstraheerida ürtidest ja taimsest materjalist väärtuslikke fütokemikaale, lipiide ja toitaineid. See mittetermiline ja õrn protsess lõhustab rakustruktuure, tagades suure saagise ja kiirema ekstraheerimise, kahjustamata ekstrakti kvaliteeti. Ultraheliga ekstraheerimine sobib kõigi lahustitega, on hõlpsasti kasutatav ja keskkonnasõbralik ning võimaldab saada täisspektrilisi tippkvaliteediga ekstrakte lühikese töötlemisajaga ja tootmismahuga kohandatavate tulemustega. Kasutage ultraheliga ekstraheerimise eeliseid ning Hielscher ultraheliseadet taimse materjali ekstraheerimiseks erakordse tõhususe ja kestlikkusega!

Yerba mate (Ilex paraguariensis) puhul tähendab ultraheliekstraktsioon järgmiste ühendite kiiremat ja paremini kontrollitavat vabanemist:

Kofeiin
Teobromiin
Klorogeenhapped
Polüfenoolid
Saponiinid
Aromaatsed ühendid

Võrreldes tavapärase leotamise või kuumekstraktsiooniga lühendab ultraheli töötlus oluliselt ekstraktsiooniaega, pakkudes samal ajal enneolematut kontrolli temperatuuri ja fütokeemilise saagise üle.

Külmekstraktsiooni / ultrahelil põhineva külmlaotamise (cold-brewing) eelised

Külmalt laotatud (cold-brew) yerba mate on saavutanud populaarsuse oma pehmema maitse, vähenenud kibeduse ja paremini säilinud aroomi tõttu. Traditsiooniline külmleotamine on aga tööstuslikus mastaabis aeglane ja ebaefektiivne.
Ultraheli külmekstraktsioon ületab need piirangud.

Täpne temperatuuri reguleerimine maitse optimeerimiseks
Erinevalt termilistest ekstraktsioonimeetoditest, mis tuginevad kõrgetele temperatuuridele (mis võivad õrnaid ühendeid lagundada), võimaldavad ultrahelisüsteemid:
- Kontrollitud töötlustemperatuure (nt 5-25°C)
- Inline-jahutuse integreerimist
- Minimaalset termilist koormust
See täpsus võimaldab tootjatel kohandada ekstraktsiooniparameetreid, et:
- vähendada liigset tanniinide ekstraheerumist
- vähendada kibedust
- säilitada lenduvaid aromaatseid ühendeid
- säilitada antioksüdantide terviklikkus
Tulemuseks on puhas, pehme ja esmaklassiline külmalt laotatud mate profiil.
Kohandatud fütokeemiline koostis
Ultraheli parameetreid – amplituudi, võimsustihedust, vooluhulka ja viibeaega – saab reguleerida, et mõjutada ekstraktsiooni efektiivsust selektiivselt.

Tootjad saavad optimeerida järgmist:
- Suurem kofeiinisaagis energiajookide jaoks
- Kõrgem polüfenoolide sisaldus funktsionaalsete jookide jaoks
- Tasakaalustatud saponiinide ekstraktsioon suutunnetuse reguleerimiseks
- Väiksem klorofülli ülekandumine selgemate RTD-toodete jaoks
See protsessikontroll muudab ultraheli töötluse (sonikeerimise) ideaalseks retseptipõhiseks joogitootmiseks, kus standardimine on kriitilise tähtsusega.
Kiire ekstraktsioonikineetika
Tavapärane külmleotamine võib võtta tunde. Ultraheliekstraktsioon lühendab töötlusaja minutitele, saavutades samal ajal samaväärse või suurema saagise.

Eelisteks on:
- Suurem läbilaskevõime
- Väiksemad ekstraktsioonimahutid
- Lühemad viibeajad
- Väiksem mikrobioloogiline risk
Joogitootjate jaoks tähendab see otseselt paremat tootmistõhusust ja kulude vähenemist.

Yerba mate kontsentraatide tootmine inline-protsessis

Üks veenvamaid tööstusliku ultraheli töötluse (sonikeerimise) eeliseid on selle võime töötada pidevvoolurežiimis.
Partiilise leotamise asemel pumbatakse jahvatatud mate ja lahusti (tavaliselt vesi) läbi ultraheli voolureaktori. See võimaldab:

Inline-ekstraktsiooni
Ühtlast viibeaega
Reprodutseeritavat tootekvaliteeti
Reaalajas protsessikontrolli

Suure tugevusega mate kontsentraatide tootmine

Ultraheli töötlus (sonikeerimine) võimaldab toota kontsentreeritud ekstrakte, millel on:

Suurem kuivainesisaldus
Suurenenud aktiivühendite tihedus
Väiksemad järgneva aurustamise nõuded

Neid kontsentraate saab seejärel:

lahjendada kasutusvalmis (RTD) jookideks
kasutada gaseeritud matejookides
lisada funktsionaalsetesse koostistesse
pihustuskuivatada pulbriliste toodete jaoks

Kuna ekstraheerimise efektiivsus on kõrge, paraneb tooraine kasutamine – see vähendab koostisosade üldkulusid.

Energiatõhusus ja jätkusuutlikkus

Ultraheli abil ekstraheerimine sobib hästi kokku jätkusuutlikkuse eesmärkidega:

Madalamad temperatuurid vähendavad energiatarbimist
Lühem töötlusaeg vähendab tegevuskulusid
Suurem saagis vähendab taimsete jäätmete hulka
Veekasutust saab optimeerida kõrge tahkainesisaldusega ekstraheerimise abil

Võrreldes kuuma keedise meetoditega pakub ultraheli energiatõhusamat teed premium-matejookideni.

Protsessi integreerimine tööstuslikesse joogiliinidesse

Tööstuslikud ultraheli ekstraheerimissüsteemid on kavandatud sujuvaks integreerimiseks joogitootmisliinidesse.
Tüüpiline protsessi kulg:

Yerba mate lehtede jahvatamine
Suspensiooni valmistamine jahutatud veega
Pidev ultraheli abil ekstraheerimine
Tahke ja vedela faasi eraldamine (filtreerimine või tsentrifuugimine)
Standardimine ja segamine
Pastöriseerimine (vajaduse korral)
Villimine ja pakendamine

Kuna ultraheli reaktorid on kompaktsed, vajavad need vähem põrandapinda kui suured leotusmahutid.

Hielscher Ultrasonics: tööstusliku mastaabiga ultraheli töötlus (sonikeerimine) lineaarse skaleeritavusega

Hielscher Ultrasonics toodab suure jõudlusega tööstuslikke sonikaatoreid, mis on välja töötatud nõudlikeks toidu- ja joogitööstuse rakendusteks. Nende süsteemid ulatuvad pilootmastaabi seadmetest mitmekilovatiste tööstuslike protsessoriteni, mis on võimelised pidevaks 24/7 tööks.

Peamised eelised on:

Läbivoolukambriga reaktorid pidevaks inline-ekstraheerimiseks
Täpne amplituudi ja energia juhtimine
Hügieeniline konstruktsioon, mis sobib toiduainete töötlemiseks
Integreerimine jahutussüsteemidega külmekstraheerimiseks
Lineaarne skaleeritavus laborist kuni täismahulise tootmiseni

Lineaarne skaleeritavus tähendab, et laboris või pilootseadmel välja töötatud protsessiparameetreid saab otse üle kanda tööstuslikele süsteemidele, suurendades proportsionaalselt ultraheli võimsust ja läbivoolu mahtuvust. See kõrvaldab skaleerimisega seotud ebakindluse ning kiirendab kommertsialiseerimist.
Olenemata sellest, kas toodetakse väikeseid eripartiisid või suuri koguseid RTD-matejooke, tagavad Hielscheri ultraheli süsteemid reprodutseeritava jõudluse kõigil mastaapidel.

Konkurentsieelised yerba mate joogitootjatele

Ultraheli abil külmekstraheerimist rakendades saavad tootjad:

Kiirema turuletuleku
Ühtlase maitse standardimise
Suuremad fütokemikaalide saagised
Vähem kibedust ja parema sensoorse kvaliteedi
Madalamad tegevuskulud
Skaleeritava inline-kontsentraatide tootmise

Kiiresti laienevas globaalses funktsionaalsete jookide turul annavad need eelised olulise eristumisvõimaluse.

Miks töödelda yerba matet ultraheliga?

Kuna tarbijad nõuavad üha enam puhta koostisega (clean-label), funktsionaalseid ja looduslikku päritolu energiajooke, muutub töötlustehnoloogia kriitiliseks konkurentsiteguriks. Ultraheli abil ekstraheerimine on kaasaegne, täpne ja majanduslikult skaleeritav meetod premium-yerba mate jookide tootmiseks.
Kombineerides kontrollitud külmaga leotamise, suure efektiivsusega fütokemikaalide ekstraheerimise ja pideva inline-kontsentraatide tootmise, võimaldab ultraheli töötlus (sonikeerimine) tootjatel vastata kasvavale nõudlusele, säilitades samal ajal parema tootekvaliteedi.

Edasiviivaid mõtteid hindavate joogiettevõtete jaoks ei ole ultraheli töötlus pelgalt järkjärguline täiustus – see on tehnoloogiline uuendus, mis defineerib uuesti tööstusliku yerba mate tootmise, tuues kaasa parema joogikvaliteedi ja suurema tõhususe.

Alljärgnev tabel annab ülevaate meie ultrahelihomogenisaatorite ligikaudsest töötlusvõimsusest:

Partii maht	Vooluhulk	Soovitatavad seadmed
10 kuni 2000mL	20 kuni 400mL/min	UP200Ht, UP400St
0,1 kuni 20L	0,2 kuni 4L/min	UIP2000hdT
10 kuni 100L	2 kuni 10L/min	UIP4000hdT
15 kuni 150L	3 kuni 15L/min	UIP6000hdT
n.a.	10 kuni 100L/min	UIP16000hdT
n.a.	suurem	klaster: UIP16000hdT

Selles videos demonstreerime nõgeselehtede ultraheliekstraktsiooni 30L partiis, kasutades 2000-vatist ultraheliseadet Hielscher UIP2000hdT. See sondiga ultraheliseade sobib suurepäraselt bioaktiivsete ühendite mittetermiliseks ekstraheerimiseks kõrvenõgesest (Urtica dioica) ja teistest taimedest.

Disain, tootmine ja nõustamine – Saksamaal valmistatud kvaliteet

Hielscheri ultrahelihomogenisaatorid on tuntud oma kõrgeima kvaliteedi ja disainistandardite poolest. Töökindlus ja lihtne kasutamine võimaldavad meie ultrahelihomogenisaatorite sujuvat integreerimist tööstusrajatistesse. Hielscheri ultrahelihomogenisaatorid saavad hõlpsasti hakkama karmide tingimuste ja nõudlike keskkondadega.

Hielscher Ultrasonics on ISO-sertifitseeritud ettevõte, mis pöörab erilist tähelepanu tipptehnoloogiat ja kasutajasõbralikkust pakkuvatele suure jõudlusega ultrahelihomogenisaatoritele. Loomulikult vastavad Hielscheri ultrahelihomogenisaatorid CE-nõuetele ning UL-i, CSA ja RoHs-i nõuetele.

Seotud teemad

Kirjandus / viited

Larasati, I.D.; Oktaviani, N.M.D.; Lioe, H.N.; Estiasih, T.; Palma, M.; Setyaningsih, W. (2023): Optimization of Ultrasound-Assisted Cold-Brew Method for Developing Roselle (Hibiscus sabdariffa L.)-Based Tisane with High Antioxidant Activity. Beverages, 9, 58; 2023.
Ayyildiz, Sena Saklar; Karadeniz, Bulent; Sagcanb, Nihan; Bahara, Banu; Us, Ahmet Abdullah; Alasalvar, Cesarettin (2018): Optimizing the extraction parameters of epigallocatechin gallate using conventional hot water and ultrasound assisted methods from green tea. Food and Bioproducts Processing 111 (2018). 37–44.
Turrini, Federica; Donno, Dario; Beccaro, Gabriele; Zunin, Paola; Pittaluga, Anna; Boggia, Raffaella (2019): Pulsed Ultrasound-Assisted Extraction as an Alternative Method to Conventional Maceration for the Extraction of the Polyphenolic Fraction of Ribes nigrum Buds: A New Category of Food Supplements Proposed by The FINNOVER Project. Foods. 8. 466; 2019
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.

Korduma kippuvad küsimused

Mis on yerba mate?

Yerba mate on traditsiooniline Lõuna-Ameerika jook, mida valmistatakse Ilex paraguariensis’e kuivatatud ja jahvatatud lehtedest. See on igihaljas puu, mis on pärit Argentina, Paraguay, Brasiilia ja Uruguay subtroopilistest piirkondadest. Infusioon valmistatakse töödeldud lehti vees leotades ning seda iseloomustab keemiliselt metüülksantiinide, polüfenoolide, saponiinide ja lenduvate aroomiühendite keeruline segu. Kofeiinisisalduse ja bioaktiivsete fütokemikaalide tõttu liigitatakse yerba mate’d tavaliselt funktsionaalsete omadustega looduslikuks stimuleerivaks joogiks.

Millised on yerba mate kõige olulisemad ühendid?

Yerba mate kõige olulisemate ühendite hulka kuuluvad kofeiin (peamine kesknärvisüsteemi stimulant), teobromiin ja teofülliin (teisesed metüülksantiinid), klorogeenhapped ja muud polüfenoolid (antioksüdandid), triterpenoidsed saponiinid (mis aitavad kaasa kibedusele ja võimalikule põletikuvastasele toimele) ning mitmesugused mineraalained, näiteks kaalium ja magneesium. Klorogeenhapped on eriti olulised antioksüdantse võime seisukohast, kofeiin ja teobromiin aga vastutavad selle psühhostimuleeriva toime eest.

Kas mate teed on kasulik juua?

Mõõdukas mate tee tarbimine võib antioksüdantse aktiivsuse, kerge stimuleeriva toime ja võimaliku ainevahetusliku mõju tõttu pakkuda füsioloogilisi eeliseid. Teaduslikud uuringud viitavad sellele, et selle polüfenoolid võivad aidata vähendada oksüdatiivset stressi, kofeiin aga võib parandada erksust, kognitiivset võimekust ja füüsilist vastupidavust. Mõned tõendid osutavad ka võimalikule positiivsele mõjule lipiidide ainevahetusele ja glükeemia reguleerimisele. Liigset tarbimist, eriti kui seda juuakse pikka aega väga kuumalt, on epidemioloogilistes uuringutes siiski seostatud söögitoru ärrituse suurenenud riskiga, mis rõhutab mõõduka tarbimise ja kontrollitud temperatuuri tähtsust.

Kuidas mate’d tarbitakse?

Mate’d tarbitakse traditsiooniliselt nii, et lahtised yerba mate lehed pannakse õõnestatud kõrvitsanõusse (mida nimetatakse samuti “mate”), lisatakse sooja vett (tavaliselt alla keemistemperatuuri) ja infusiooni juuakse läbi filtriga metallist kõrre, mida tuntakse bombilla nime all. Samu lehti infundeeritakse korduvalt vett juurde valades. Tänapäeval tarbitakse mate’d ka teekottidena, külmekstraheeritud (cold-brew) jookidena, joogivalmis koostistena, gaseeritud mate jookidena, energiajookidena ning funktsionaalsetes toodetes kasutatavate kontsentreeritud ekstraktidena.