Sonikeerimine mahlade säilitamiseks ja toitainete sisalduse suurendamiseks

Tänapäevases toiduainetööstuses on värskuse säilitamine koos toiteväärtuse parandamisega keskne väljakutse. Suure jõudlusega ultraheli töötlus – sondtüüpi sonikaatorite abil – on omandanud populaarsuse tugeva mittetermilise töötlusmeetodina. Selles artiklis tutvustatakse teadusuuringu tulemusi, milles uuriti, kuidas Hielscheri ultraheliprotsessorid parandavad Stevia rebaudiana’ga magustatud maasikamahla toitumisprofiili.

Põhijäreldused: Sonikeerimine suurendab fenoolsete ühendite sisaldust, flavonoidide taset ja antioksüdantset võimet – seda kõike skaleeritavates tingimustes, mis sobivad tööstuslikuks kasutuseks.

Miks asendada kuumus ultraheliga?

Traditsiooniline pastöriseerimine võib lagundada termolabiilseid ühendeid, näiteks polüfenoole ja flavonoide. Ultraheli töötlus on seevastu mittetermiline töötlustehnika, mis kasutab akustilist kavitatsiooni, et soodustada rakkude lõhkumist (desintegreerimist) ja molekulaarset difusiooni ilma kuumusest tingitud kahjustusteta.

Šic Žlabur et al. (2019) hiljutine eelretsenseeritud uuring ilmus ajakirjas “Molecules” ja annab veenvaid tõendeid suure intensiivsusega ultraheli tõhususe kohta, kasutades Hielscheri sonikaatori mudelit UP400St Stevia rebaudiana’ga magustatud maasikamahla töötlemiseks. Tulemused on tööstuslikus mahlatöötluses märkimisväärse tähtsusega, kuna katsetingimused on lineaarselt skaleeritavad kasutatud Hielscheri ultraheli süsteemidega.

Mahla ultraheliga töötlemise eelised:

• Bioaktiivsete ühendite tõhustatud ekstraheerimine
• Maitse ja värvuse säilimine
• Mikroobse koormuse vähenemine
• Skaleeritav ja energiatõhus
• Puhta koostisega (clean-label), lisaaineteta protsess

Katseseade: mahla sonikeerimine

Uuringus kasutati Hielscheri ultraheliprotsessorit UP400St (400 W, 24 kHz), et töödelda maasikamahla rohelise stevia pulbri juuresolekul.
Uurijad hindasid sondtüüpi sonikeerimise mõju erinevatel amplituudidel (50%, 75%, 100%), sondi läbimõõtudel (sonotrood S24d7 otsa suurusega 7 mm ja S24d22 otsa suurusega 22 mm) ning sonikeerimisaegadel (15, 20 ja 25 minutit). Kõigis katsetatud tingimustes andis kõige intensiivsem töötlus – 100% amplituud, 22 mm sond, 25 minutit – kõige selgemini väljendunud tulemused.

Tulemuste ülevaade – mahla ultraheliga töötlemine

Fenoolsete ühendite üldsisalduse (TPC) suurenemine

Sonikeeritud mahlades oli TPC kuni 23% kõrgem võrreldes kerge sonikeerimisega ja 18% kõrgem kui sonikeerimata steviaga mahlades.

C18: sonikeeritud 22 mm sondiga, 100% amplituud, 25 minutit
Tabel: sonikeerimise mõju fenoolsete ühendite sisaldusele ja antioksüdantsele aktiivsusele

Fenoolsete ühendite üldsisaldus (TPC) suurenes 23% võrreldes kõige õrnema sonikeerimisega ja 18% võrreldes sonikeerimata steviaga proovidega.
Olulisemad tõhustatud fenoolsed ühendid olid luteoliin, apigeniin, kvertsetiin, myritsetiin ja kaempferool, mille sisaldus suurenes 3–7 korda.
Antioksüdantne võime (ABTS-analüüsi alusel) suurenes samuti, mis näitab bioaktiivsete ühendite sisalduse kasvu.

Fenoolhapped ja flavonoidide profiil

Ultraheli võimaldas fenoolhapete, näiteks pürogallooli ja 4-metüülkatehhooli tõhusamat ekstraheerimist; pürogalloli sisaldus ulatus kõige intensiivsemalt sonikeeritud mahlas peaaegu 2 mg/g – üle 3,5× kõrgem kui sonikeerimata vastetes.

Hüdroksüülradikaalide teke akustilise kavitatsiooni ajal aitab tõenäoliselt kaasa fenoolsete ühendite tõhustatud hüdroksüülimisele ja vabanemisele, mis on kooskõlas varasemate ultraheliga ekstraheerimise mehhanismiuuringutega.

Parem magusus koos funktsionaalsete eelistega

Eriti uuriti selles töös steviooli glükosiide, eelkõige stevioosiidi ja rebaudiosiid A-d (Reb A) – Stevia rebaudiana peamisi magusaineid. Sonikeerimine suurendas oluliselt nende kontsentratsioone:

• Stevioosiidi sisaldus suurenes 61%.
• Reb A sisaldus kahekordistus (+114%).

See paranemine on kasulik mitte ainult magususe, vaid ka sensoorsest ja metaboolsest vaatenurgast. Kõrgem Reb A tase parandab maitsvust, vähendades kibedust, mida sageli seostatakse stevioosiidiga.

Mahla ultraheliga töötlemine: tööstuslik asjakohasus ja skaleeritavus

Hielscheri sonikaatorid võimaldavad kõiki olulisi protsessiparameetreid täpselt kontrollida. Seetõttu on kõik tulemused lineaarselt skaleeritavad tänu Hielscheri ultraheliprotsessorite konstruktsioonile, mis säilitab mastaabi suurendamisel konstantse energiaintensiivsuse. See muudab ülemineku laborilauaseadmetelt pidevatele tööstuslikele süsteemidele nii tehniliselt teostatavaks kui ka majanduslikult atraktiivseks.

See uuring täiendab kasvavat tõendusmaterjali, mis toetab suure intensiivsusega ultraheli kui jätkusuutliku, mittetermilise töötlusmeetodi kasutamist. Täheldatud koosmõjuna ilmnenud eelised – toitainete sisalduse suurenemine, parem antioksüdantne võime ja optimeeritud sensoorsed omadused – rõhutavad selle väärtust funktsionaalsete jookide arendamisel.

Mida see tähendab tööstusele?
Skaleeritavate tehnoloogiaplatvormidega, nagu Hielscheri omad, saavad mahlatootjad nüüd käsitleda sonikeerimist mitte ainult alternatiivina, vaid täiendusena – nii toote kvaliteedi kui ka tarbija tervise seisukohast.

Allolev tabel annab ülevaate meie ultraheliseadmete ligikaudsest töötlemisvõimsusest:

Projekteerimine, tootmine ja konsulteerimine – Saksamaal valmistatud kvaliteet

Hielscheri ultraheliseadmed on tuntud oma kõrgeima kvaliteedi ja konstruktsioonistandardite poolest. Töökindlus ja lihtne kasutamine võimaldavad meie ultraheliseadmete sujuvat integreerimist tööstusrajatistesse. Hielscheri ultraheliseadmed tulevad raskete tingimuste ja nõudlike keskkondadega hõlpsasti toime.

Hielscher Ultrasonics on ISO-sertifitseeritud ettevõte ja paneb erilist rrõhku suure jõudlusega ultraheliseadmetele, mis on varustatud tipptasemel tehnoloogiaga ja on kasutajasõbralikud. Loomulikult vastavad Hielscheri ultraheliseadmed CE nõuetele ning täidavad UL-i, CSA ja RoHs nõudeid.