فراصوت پرتوان برای بهبود آب‌میوه‌ها و اسموتی‌ها
پژوهشگران دانشگاه فنی برلین دریافتند که فراصوت‌دهی روشی بسیار مؤثر برای فرآوری و بهبود آب‌میوه‌ها، آب سبزیجات و اسموتی‌هاست. فراصوت، به‌عنوان یک فناوری غیرحرارتی فرآوری مواد غذایی، تیماری ملایم اما مؤثر فراهم می‌کند که طعم‌ها را تقویت می‌کند و موجب پایدارسازی و حفظ آب‌میوه‌ها و پوره‌ها می‌شود. نتایج تیمار فراصوتی آب‌میوه شامل بهبود طعم، پایدارسازی و حفظ محصول است.
کاربرد فراصوت در فرایندهای تولید مواد غذایی حوزه‌ای است که تولیدکنندگان مواد غذایی روزبه‌روز بیشتر به آن علاقه‌مند می‌شوند. برخلاف فراصوت با شدت کم (شدت‌های < 1 W/cm²) که می‌توان از آن برای آزمون‌های غیرمخرب و تصویربرداری استفاده کرد، فراصوت پرتوان (شدت‌های > 5 W/cm²) موجب تغییر در ماده می‌شود و می‌توان از آن برای بهبود فرایندهای گوناگون در صنایع غذایی استفاده کرد. امواج فراصوت، امواج فشاری هستند که با محصول تحت فراصوت‌دهی برهم‌کنش مکانیکی دارند. تراکم‌ها و انبساط‌های تناوبی می‌توانند بر ساختار سلول تأثیر بگذارند. در دامنه‌های بالای فشار، فراصوت پرتوان موجب کاویتاسیون، یعنی رشد و فروپاشی حباب‌های گاز، می‌شود؛ پدیده‌ای که با اوج‌های فشار و دما همراه است و سامانه‌های پراکنده را همگن و پایدار می‌کند. شرکت Hielscher Ultrasonics و پژوهشگران بخش زیست‌فناوری مواد غذایی و مهندسی فرایندهای غذایی دانشگاه فنی برلین، اثرات مثبت فراصوت را بر بهبود کیفیت، پایداری و طعم اسموتی‌ها بررسی کردند؛ اسموتی‌ها نوشیدنی‌های مخلوط‌شده و سردشده‌ای هستند که از آب‌میوه‌ها، آب سبزیجات و پوره‌های آن‌ها تهیه می‌شوند.
اگرچه هیچ الزام قانونی وجود ندارد که مواد تشکیل‌دهندهٔ اسموتی‌ها را به محصولات خالص میوه و سبزیجات محدود کند، تولیدکنندگان قصد دارند آن‌ها را به‌عنوان محصولاتی سالم و ارزشمند به بازار عرضه کنند. بنابراین، هدف این است که این محصولات بدون افزودن پایدارکننده‌ها، تقویت‌کننده‌های طعم یا رنگ‌دهنده‌ها تولید شوند. بااین‌حال، آب‌میوه‌ها و پوره‌ها اغلب حاوی مقادیر زیادی پالپ هستند. ازاین‌رو، مستعد جدایش فازی‌اند که ظاهر محصول را کم‌جاذبه‌تر می‌کند. به همین دلیل، بیشتر اسموتی‌های موجود در بازار حاوی موز به‌عنوان یکی از مواد اصلی هستند که با افزایش گرانروی، جدایش فازی را کاهش می‌دهد.
هموژنایزر فراصوتی با برش بالا، مجهز به سلول جریان شیشه‌ای برای تیمار آب‌میوه‌ها، اسموتی‌ها، پوره‌ها و سس‌ها
می‌توان از فراصوت برای خرد کردن ذرات پالپ و تأثیرگذاری بر توزیع اندازهٔ ذرات استفاده کرد. کوچک‌تر شدن اندازهٔ ذرات موجب کاهش سرعت ته‌نشینی می‌شود که به کاهش رسوب‌گذاری و بهبود پایداری در طول نگهداری می‌انجامد. افزون بر این، متلاشی شدن ذرات می‌تواند آزادسازی ترکیبات طعم‌دهنده، رنگ‌دانه‌ها و اجزای سلولی مانند قند یا ترکیبات فرّار معطر را در آب‌میوه افزایش دهد. نتیجهٔ این امر، بهبود شدت رنگ، شیرینی و ادراک عطر است. همچنین، کاهش اندازهٔ ذرات بر حس دهانی تأثیر می‌گذارد و در مجموع، حس یکنواخت‌تر و نرم‌تری ایجاد می‌کند.
برای تضمین ماندگاری مشخص اسموتی‌ها، مخلوط‌ها باید پاستوریزه شوند. بااین‌حال، تیمارهای حرارتی همواره بر کیفیت محصول، رنگ و حس تازگی آن تأثیر می‌گذارند. بنابراین، کاهش دمای فرآوری یکی از محورهای اصلی توجه در صنایع غذایی است. فراصوت، هنگامی که همراه با اعمال دما به کار رود، موسوم به ترموسونیکاسیون، یا همراه با فشار بالا استفاده شود، موسوم به مانوسونیکاسیون، بر غیرفعال‌سازی میکروارگانیسم‌ها و آنزیم‌ها اثر هم‌افزایی دارد. همچنین، نتایج مثبتی برای ترکیب هر سه پارامتر، با عنوان مانوترموسونیکاسیون، گزارش شده است. فرض بر این است که سلول‌های تیمارشده با فراصوت در برابر سایر عوامل تنش‌زا مانند فشار و گرما حساس‌تر می‌شوند. افزون بر این، امواج فراصوت می‌توانند لایه‌های مرزی را از هم بگسلند و اختلاط ایجاد کنند که به بهبود انتقال حرارت می‌انجامد. بنابراین، یکی دیگر از محورهای این پروژهٔ پژوهشی، کاهش دمای پاستوریزاسیون از طریق توسعهٔ یک فرایند نگهداری به کمک فراصوت است. بهبود کیفیت محصول و کاهش هزینه‌های انرژی، همراه با حفظ یا ارتقای ایمنی محصول و حفظ یا افزایش ماندگاری آن، از اهداف مدنظر هستند.
اثرات گستردهٔ فراصوت، که می‌توانند بهبود هم‌زمان ویژگی‌های ته‌نشینی، طعم، ظاهر، حس دهانی و پایداری میکروبیولوژیکی و آنزیمی اسموتی‌ها را به‌عنوان محصولاتی با ارزش بالا امکان‌پذیر کنند، می‌توانند در آینده مزیت مهمی برای صنایع غذایی و بازاریابی نوشیدنی‌های تازهٔ میوه و سبزیجات باشند. همچنین، هنگامی که پایداری محصول با تیمارهای فراصوتی بهبود یابد، می‌توان درصد موز یا سایر مواد با گرانروی بالا را کاهش داد و امکان تولید انواع جدید اسموتی را فراهم کرد.
رابط در TU Berlin:
K. Schoessler
katharina.schoessler(at)tu-berlin.de
تلفن:+49 (0)30-3147 1847
چپ: آب پرتقال تیمارنشده؛ راست: آب پرتقال فراصوت‌دهی‌شده
همگن‌سازی فراصوتی با برش بالا، آب‌میوه‌ای پایدار و بدون رسوب تولید می‌کند
منابع علمی / مراجع
- 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.