فراصوت‌دهی برای حفظ ماندگاری آب‌میوه و افزایش مواد مغذی
در فرآوری نوین مواد غذایی، حفظ تازگی همراه با افزایش ارزش تغذیه‌ای یکی از چالش‌های اصلی است. فراصوت‌دهی با عملکرد بالا – با استفاده از سونیکاتورهای پروبی – به‌عنوان روشی قدرتمند برای فرآوری غیرحرارتی رواج یافته است. این مقاله یافته‌های یک مطالعهٔ علمی را ارائه می‌کند که چگونگی بهبود ترکیب تغذیه‌ای آب توت‌فرنگی شیرین‌شده با Stevia rebaudiana را به‌وسیلهٔ پردازشگرهای فراصوتی Hielscher بررسی کرده است.
نکات کلیدی: فراصوت‌دهی محتوای فنولی، میزان فلاونوئیدها و ظرفیت آنتی‌اکسیدانی را افزایش می‌دهد – همگی در شرایطی مقیاس‌پذیر و مناسب برای کاربرد صنعتی.
چرا حرارت را با فراصوت جایگزین کنیم؟
پاستوریزاسیون سنتی می‌تواند ترکیبات حساس به حرارت، مانند پلی‌فنول‌ها و فلاونوئیدها، را تخریب کند. در مقابل، فراصوت‌دهی یک روش فرآوری غیرحرارتی است که از کاویتاسیون آکوستیکی برای افزایش تخریب سلولی و انتشار مولکولی، بدون آسیب حرارتی، استفاده می‌کند.
حفظ ماندگاری آب‌میوه و استخراج مواد مغذی با فراصوت
یک مطالعهٔ جدید داوری‌شده از Šic Žlabur et al. (2019)، منتشرشده در نشریهٔ “Molecules” شواهد محکمی دربارهٔ اثربخشی فراصوت با شدت بالا، با استفاده از سونیکاتور Hielscher مدل UP400St، برای تیمار آب توت‌فرنگی شیرین‌شده با Stevia rebaudiana ارائه می‌کند. با توجه به اینکه شرایط آزمایش با سامانه‌های فراصوتی Hielscher مورد استفاده به‌صورت خطی مقیاس‌پذیر است، این یافته‌ها پیامدهای مهمی برای فرآوری صنعتی آب‌میوه دارند.
مزایای فرآوری فراصوتی آب‌میوه:
- افزایش استخراج ترکیبات زیست‌فعال
- حفظ طعم و رنگ
- کاهش بار میکروبی
- مقیاس‌پذیر و کم‌مصرف از نظر انرژی
- فرآیندی با برچسب پاک و بدون افزودنی
آرایش آزمایش: فراصوت‌دهی آب‌میوه
در این مطالعه از پردازشگر فراصوتی Hielscher UP400St با مشخصات (400 W, 24 kHz) برای تیمار آب توت‌فرنگی در حضور پودر سبز استویا استفاده شد.
پژوهشگران اثرات فراصوت‌دهی پروبی را در دامنه‌های مختلف (50%, 75%, 100%)، قطرهای مختلف پروب (سونوتْرود S24d7 با اندازهٔ نوک 7 mm و S24d22 با اندازهٔ نوک 22 mm) و زمان‌های فراصوت‌دهی متفاوت (15، 20 و 25 دقیقه) ارزیابی کردند. در میان تمام شرایط آزموده‌شده، شدیدترین تیمار – دامنهٔ 100%، پروب 22 mm و زمان 25 دقیقه – بارزترین نتایج را به همراه داشت.
مروری بر نتایج – فرآوری فراصوتی آب‌میوه
افزایش محتوای فنولی کل (TPC)
آب‌میوه‌های فراصوت‌دهی‌شده، در مقایسه با فراصوت‌دهی ملایم، تا 23% و در مقایسه با آب‌میوه‌های حاوی استویا که فراصوت‌دهی نشده بودند، 18% محتوای فنولی کل بیشتری داشتند.
| نمونه | TPC (mg GAE/L) | فلاونوئیدها (mg GAE/L) | ظرفیت آنتی‌اکسیدانی (mmol TE/L) |
|---|---|---|---|
| شاهد | 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: فراصوت‌دهی با پروب 22 mm، دامنهٔ 100%، به‌مدت 25 دقیقه
جدول: اثر فراصوت‌دهی بر محتوای فنولی و فعالیت آنتی‌اکسیدانی
محتوای فنولی کل (TPC) در مقایسه با ملایم‌ترین فراصوت‌دهی 23% و در مقایسه با نمونه‌های حاوی استویا که فراصوت‌دهی نشده بودند 18% افزایش یافت.
ترکیبات فنولی اصلی که میزان آن‌ها افزایش یافت شامل لوتئولین، آپیژنین، کوئرستین، میریستین و کامپفرول بودند که افزایش آن‌ها در محدودهٔ 3 تا 7 برابر بود.
ظرفیت آنتی‌اکسیدانی (با آزمون ABTS) نیز افزایش یافت که نشان‌دهندهٔ افزایش ترکیبات زیست‌فعال بود.
اسیدهای فنولی و ترکیب فلاونوئیدی
فراصوت استخراج بهتر اسیدهای فنولی مانند پیروگالول و 4-متیل‌کاتکول را امکان‌پذیر کرد؛ مقدار پیروگالول در آب‌میوه‌ای که شدیدترین فراصوت‌دهی را دریافت کرده بود به نزدیک 2 mg/g رسید – بیش از 3٫5× مقدار آن در نمونه‌های مشابه فراصوت‌دهی‌نشده.
تشکیل رادیکال‌های هیدروکسیل طی کاویتاسیون آکوستیکی احتمالاً به افزایش هیدروکسیلاسیون و آزادسازی ترکیبات فنولی کمک می‌کند؛ این موضوع با مطالعات پیشین دربارهٔ سازوکار استخراج فراصوتی همخوانی دارد.
بهبود شیرینی همراه با مزایای عملکردی
نکتهٔ قابل توجه این است که مطالعه، گلیکوزیدهای استویول، به‌ویژه استویوزید و ربائودیوزید A (Reb A) – شیرین‌کننده‌های اصلی موجود در Stevia rebaudiana – را بررسی کرد. فراصوت‌دهی غلظت آن‌ها را به‌طور چشمگیری افزایش داد:
- محتوای استویوزید 61% افزایش یافت.
- محتوای Reb A دو برابر شد (+114%).
این افزایش، هم از نظر شیرینی و هم از جنبه‌های حسی و متابولیکی سودمند است. مقادیر بالاتر Reb A با کاهش تلخی‌ای که اغلب با استویوزید همراه است، خوش‌طعمی را بهبود می‌دهد.
فرآوری فراصوتی آب‌میوه: اهمیت صنعتی و مقیاس‌پذیری
سونیکاتورهای Hielscher امکان کنترل دقیق تمام پارامترهای مهم فرآیند را فراهم می‌کنند. در نتیجه، به‌دلیل طراحی پردازشگرهای فراصوتی Hielscher که شدت انرژی را هنگام افزایش مقیاس ثابت نگه می‌دارند، تمام نتایج به‌صورت خطی مقیاس‌پذیر هستند. این ویژگی گذار از سامانه‌های رومیزی به سامانه‌های صنعتی پیوسته را هم از نظر فنی امکان‌پذیر و هم از نظر اقتصادی جذاب می‌کند.
این مطالعه به مجموعهٔ رو‌به‌رشد شواهدی می‌افزاید که از فراصوت با شدت بالا به‌عنوان روشی پایدار و غیرحرارتی برای فرآوری پشتیبانی می‌کنند. مزایای توأم مشاهده‌شده – افزایش مواد مغذی، بهبود ظرفیت آنتی‌اکسیدانی و بهینه‌سازی ویژگی‌های حسی – ارزش این روش را در توسعهٔ نوشیدنی‌های فراسودمند برجسته می‌کنند.
پس این موضوع چه معنایی برای صنعت دارد؟
با بسترهای فناوری مقیاس‌پذیری مانند محصولات Hielscher، تولیدکنندگان آب‌میوه اکنون می‌توانند فراصوت‌دهی را فراتر از یک جایگزین، به‌عنوان ارتقایی برای کیفیت محصول و سلامت مصرف‌کننده در نظر بگیرند.
- بازده بالا
- فناوری روز
- قابلیت اطمینان و استحکام
- کنترل دقیق و قابل تنظیم فرآیند
- ناپیوسته و درون‌خطی
- برای هر حجمی
- نرم‌افزار هوشمند
- قابلیت‌های هوشمند (مانند برنامه‌پذیری، ثبت داده‌ها و کنترل از راه دور)
- کاربری آسان و ایمن
- نیاز اندک به نگهداری
- CIP (شست‌وشو در محل)
جدول زیر نمایی از ظرفیت تقریبی پردازش دستگاه‌های فراصوت ما ارائه می‌دهد:
| حجم هر بچ | دبی | دستگاه‌های پیشنهادی |
|---|---|---|
| 10 تا 2000mL | 20 تا 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0٫1 تا 20L | 0٫2 تا 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 تا 100L | 2 تا 10L/min | UIP4000hdT |
| 15 تا 150L | 3 تا 15L/min | UIP6000hdT |
| قابل اعمال نیست | 10 تا 100L/min | UIP16000hdT |
| قابل اعمال نیست | بیشتر | مجموعه‌ای از UIP16000hdT |
طراحی، ساخت و مشاوره – کیفیت ساخت آلمان
دستگاه‌های فراصوت Hielscher به بالاترین استانداردهای کیفیت و طراحی شهرت دارند. استحکام و کاربری آسان، ادغام بی‌دردسر دستگاه‌های فراصوت ما را در تأسیسات صنعتی امکان‌پذیر می‌کنند. دستگاه‌های فراصوت Hielscher به‌آسانی از عهدهٔ شرایط سخت و محیط‌های پرچالش برمی‌آیند.
Hielscher Ultrasonics شرکتی دارای گواهینامهٔ ISO است و بر دستگاه‌های فراصوت با عملکرد بالا، مجهز به فناوری روز و با کاربری آسان، تأکید ویژه‌ای دارد. البته دستگاه‌های فراصوت Hielscher با CE انطباق دارند و الزامات UL، CSA و RoHs را برآورده می‌کنند.
هموژنایزر فراصوتی مواد غذایی UIP16000 برای فرآوری صنعتی مواد غذایی و نوشیدنی‌ها.
منابع علمی / مراجع
- 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.
پرسش‌های متداول
ماندگاری آب‌میوه‌ها چگونه حفظ می‌شود؟
ماندگاری آب‌میوه‌ها معمولاً با پاستوریزاسیون حرارتی حفظ می‌شود که در آن حرارت، میکروارگانیسم‌های عامل فساد و آنزیم‌ها را غیرفعال می‌کند. روش‌های جایگزین شامل فرآوری با فشار بالا (HPP)، فراصوت‌دهی، میدان‌های الکتریکی پالسی (PEF) و نگهدارنده‌های شیمیایی مانند سوربات‌ها یا بنزوات‌ها هستند. هدف این روش‌ها افزایش زمان ماندگاری همراه با حفظ ایمنی و کیفیت حسی است.
دربارهٔ حفظ ماندگاری آب‌میوه با فراصوت بیشتر بخوانید!
چرا فرآوری غیرحرارتی آب‌میوه سودمند است؟
فرآوری غیرحرارتی – مانند HPP، PEF یا فراصوت‌دهی – تخریب حرارتی مواد مغذی حساس به گرما، ترکیبات طعم‌دهنده و ترکیبات زیست‌فعال را به حداقل می‌رساند. این روش ضمن حفظ کیفیت تغذیه‌ای و ویژگی‌های حسی، غیرفعال‌سازی میکروبی را امکان‌پذیر می‌کند و جایگزینی با برچسب پاک‌تر برای تیمارهای حرارتی متداول ارائه می‌دهد. دربارهٔ مزایای حفظ ماندگاری آب‌میوه با HPP به‌کمک فراصوت بیشتر بدانید!
آیا نوشیدنی‌های حاوی استویا سالم هستند؟
استویا، شیرین‌کننده‌ای طبیعی و فاقد ارزش تغذیه‌ای که از Stevia rebaudiana به‌دست می‌آید، از سوی FDA عموماً ایمن شناخته می‌شود (GRAS). محتوای کالری آن ناچیز است و سطح گلوکز خون یا انسولین را افزایش نمی‌دهد؛ ازاین‌رو جایگزین مناسبی برای افراد مبتلا به دیابت یا کسانی است که می‌خواهند مصرف قند خود را کاهش دهند. بااین‌حال، مزایای آن برای سلامت به ترکیب کلی نوشیدنی بستگی دارد – نوشیدنی‌های شیرین‌شده با استویا همچنان ممکن است حاوی افزودنی باشند یا ارزش تغذیه‌ای نداشته باشند.
دربارهٔ استخراج فراصوتی استویا بیشتر بخوانید!
Hielscher Ultrasonics هموژنایزرهای فراصوتی با عملکرد بالا را در مقیاس‌های آزمایشگاهی تا صنعتی تولید می‌کند.