Ultraäänikäsittely mehujen säilyvyyden parantamiseen ja ravintoarvon lisäämiseen
Nykyaikaisessa elintarvikkeiden jalostuksessa keskeinen haaste on tuoreuden säilyttäminen ja ravintoarvon samanaikainen parantaminen. Suuritehoinen ultraäänikäsittely – jossa käytetään anturityyppisiä ultraäänilaitteita – on yleistynyt tehokkaana ei-termisenä käsittelymenetelmänä. Tässä artikkelissa esitellään tuloksia tieteellisestä tutkimuksesta, jossa selvitettiin, miten valmistajan Hielscher ultraääniprosessorit parantavat Stevia rebaudiana -kasvilla makeutetun mansikkamehun ravintoainekoostumusta.
Keskeiset havainnot: Ultraäänikäsittely lisää fenolisten yhdisteiden pitoisuutta, flavonoidipitoisuuksia ja antioksidanttikapasiteettia – kaikki tämä teolliseen käyttöön soveltuvissa, skaalattavissa olosuhteissa.
Miksi korvata lämpö ultraäänellä?
Perinteinen pastörointi voi hajottaa lämpöherkkiä yhdisteitä, kuten polyfenoleja ja flavonoideja. Ultraäänikäsittely puolestaan on ei-terminen käsittelytekniikka, jossa akustinen kavitaatio tehostaa solujen hajotusta ja molekyylien diffuusiota ilman lämpövaurioita.
Mehujen säilyvyyden parantaminen ja ravintoaineiden uuttaminen ultraäänellä
Šic Žlaburin ja muiden (2019) tuore vertaisarvioitu tutkimus, joka on julkaistu lehdessä ”Molecules” , antaa vahvaa näyttöä voimakkaan ultraäänen tehokkuudesta Stevia rebaudiana -kasvilla makeutetun mansikkamehun käsittelyssä käyttäen valmistajan Hielscher ultraäänilaitemallia UP400St. Tuloksilla on merkittäviä vaikutuksia mehujen teolliseen käsittelyyn, sillä koeolosuhteet ovat lineaarisesti skaalattavissa käytetyillä valmistajan Hielscher ultraäänijärjestelmillä.
Mehujen ultraäänikäsittelyn edut:
- Bioaktiivisten yhdisteiden tehostunut uuttaminen
- Maun ja värin säilyminen
- Mikrobikuorman väheneminen
- Skaalattava ja energiatehokas
- Lisäaineeton prosessi, joka mahdollistaa yksinkertaisen ainesosaluettelon
Koejärjestely: mehun ultraäänikäsittely
Tutkimuksessa käytettiin Hielscher UP400St -ultraääniprosessoria (400 W, 24 kHz) mansikkamehun käsittelyyn vihreän steviajauheen läsnä ollessa.
Tutkijat arvioivat anturityyppisellä laitteella tehtävän ultraäänikäsittelyn vaikutuksia eri amplitudeilla (50 %, 75 %, 100 %), anturin halkaisijoilla (sonotrodi S24d7, jonka kärjen halkaisija on 7 mm, ja S24d22, jonka kärjen halkaisija on 22 mm) ja ultraäänikäsittelyajoilla (15, 20 ja 25 minuuttia). Kaikista testatuista olosuhteista voimakkain käsittely – 100 %:n amplitudi, 22 mm:n anturi, 25 minuuttia – tuotti selvimmät tulokset.
Tulosten yleiskatsaus – mehujen ultraäänikäsittely
Suurentunut fenolisten yhdisteiden kokonaispitoisuus (TPC)
Ultraäänikäsiteltyjen mehujen TPC oli jopa 23 % suurempi kuin lievästi ultraäänikäsiteltyjen mehujen ja 18 % suurempi kuin ultraäänikäsittelemättömien, steviaa sisältävien mehujen.
| Näyte | TPC (mg GAE/L) | Flavonoidit (mg GAE/L) | Antioksidanttikapasiteetti (mmol TE/L) |
|---|---|---|---|
| Kontrolli | 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: ultraäänikäsitelty 22 mm:n anturilla, 100 %:n amplitudilla, 25 minuuttia
Taulukko: ultraäänikäsittelyn vaikutus fenolisten yhdisteiden pitoisuuteen ja antioksidanttiaktiivisuuteen
Fenolisten yhdisteiden kokonaispitoisuus (TPC) kasvoi 23 % lievimpään ultraäänikäsittelyyn verrattuna ja 18 % ultraäänikäsittelemättömiin, steviaa sisältäviin näytteisiin verrattuna.
Keskeisiä fenolisia yhdisteitä, joiden pitoisuudet kasvoivat, olivat luteoliini, apigeniini, kversetiini, myrisetiini ja kemferoli. Niiden pitoisuudet kasvoivat 3–7-kertaisiksi.
Myös antioksidanttikapasiteetti (ABTS-määrityksellä mitattuna) kasvoi, mikä osoitti bioaktiivisten yhdisteiden määrän lisääntyneen.
Fenolihapot ja flavonoidiprofiili
Ultraääni mahdollisti fenolihappojen, kuten pyrogallolin ja 4-metyylikatekolin, tehokkaamman uuttamisen. Voimakkaimmin ultraäänikäsitellyssä mehussa pyrogallolin pitoisuus saavutti lähes 2 mg/g – yli 3,5-kertaisen pitoisuuden ultraäänikäsittelemättömiin vastaaviin mehuihin verrattuna.
Hydroksyyliradikaalien muodostuminen akustisen kavitaation aikana edistää todennäköisesti fenolisten yhdisteiden tehostunutta hydroksylaatiota ja vapautumista, mikä on yhdenmukaista aiempien ultraääniuuton mekanismeja koskevien tutkimusten kanssa.
Parempi makeus ja toiminnalliset hyödyt
Tutkimuksessa tarkasteltiin erityisesti stevioliglykosideja, etenkin steviosidia ja rebaudiosidi A:ta (Reb A) – Stevia rebaudiana -kasvin tärkeimpiä makeutusaineita. Ultraäänikäsittely lisäsi merkittävästi niiden pitoisuuksia:
- Steviosidipitoisuus kasvoi 61 %.
- Reb A -pitoisuus kaksinkertaistui (+114 %).
Tämä kasvu on hyödyllistä paitsi makeuden myös aistinvaraisten ja aineenvaihdunnallisten vaikutusten kannalta. Suuremmat Reb A -pitoisuudet parantavat maittavuutta vähentämällä steviosidiin usein liittyvää kitkeryyttä.
Mehujen ultraäänikäsittely: teollinen merkitys ja skaalattavuus
Valmistajan Hielscher ultraäänilaitteet mahdollistavat kaikkien tärkeiden prosessiparametrien tarkan hallinnan. Näin kaikki tulokset ovat lineaarisesti skaalattavissa valmistajan Hielscher ultraääniprosessorien rakenteen ansiosta, sillä ne pitävät energiaintensiteetin vakiona mittakaavaa suurennettaessa. Tämä tekee siirtymisestä pöytämallisista laitteista jatkuvatoimisiin teollisiin järjestelmiin sekä teknisesti toteuttamiskelpoista että taloudellisesti houkuttelevaa.
Tämä tutkimus täydentää kasvavaa tutkimusnäyttöä, joka tukee voimakkaan ultraäänen käyttöä kestävänä, ei-termisenä käsittelymenetelmänä. Havaitut yhteiset hyödyt – ravintoarvon paraneminen, suurempi antioksidanttikapasiteetti ja optimoidut aistinvaraiset ominaisuudet – korostavat sen arvoa funktionaalisten juomien kehittämisessä.
Mitä tämä siis merkitsee teollisuudelle?
Hielscherin kaltaisten skaalattavien teknologia-alustojen avulla mehunvalmistajat voivat nyt pitää ultraäänikäsittelyä paitsi vaihtoehtona myös parannuksena – sekä tuotteen laadun että kuluttajien terveyden kannalta.
- korkea hyötysuhde
- huipputason teknologia
- luotettavuus ja kestävyys
- säädettävä, tarkka prosessinohjaus
- eräkäsittely ja linjakäsittely
- kaikille tilavuuksille
- älykäs ohjelmisto
- älykkäät ominaisuudet (esim. ohjelmoitavuus, tietojen kirjaaminen, etäohjaus)
- helppo ja turvallinen käyttää
- vähäinen huoltotarve
- CIP (puhdistus paikallaan)
Alla oleva taulukko antaa käsityksen ultraäänilaitteidemme likimääräisestä käsittelykapasiteetista:
| Erätilavuus | Tilavuusvirta | Suositellut laitteet |
|---|---|---|
| 10–2 000 mL | 20–400 mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1–20 L | 0,2–4 L/min | UIP2000hdT |
| 10–100 L | 2–10 L/min | UIP4000hdT |
| 15–150 L | 3–15 L/min | UIP6000hdT |
| n.a. | 10–100 L/min | UIP16000hdT |
| n.a. | suurempi | ryhmä UIP16000hdT-laitteita |
Suunnittelu, valmistus ja konsultointi – Saksassa valmistettua laatua
Hielscher-ultraäänilaitteet tunnetaan korkeimmista laatu- ja suunnittelustandardeistaan. Kestävyys ja helppokäyttöisyys mahdollistavat ultraäänilaitteidemme sujuvan integroinnin teollisuuslaitoksiin. Hielscher-ultraäänilaitteet selviytyvät helposti ankarista olosuhteista ja vaativista ympäristöistä.
Hielscher Ultrasonics on ISO-sertifioitu yritys, joka painottaa erityisesti suuritehoisia ultraäänilaitteita, joissa yhdistyvät huipputason teknologia ja käyttäjäystävällisyys. Hielscher-ultraäänilaitteet ovat luonnollisesti CE-vaatimusten mukaisia ja täyttävät UL:n, CSA:n ja RoHs:n vaatimukset.
Elintarvikkeiden ultraäänihomogenisaattori UIP16000 elintarvikkeiden ja juomien teolliseen käsittelyyn.
Kirjallisuus / Lähteet
- 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.
Usein kysytyt kysymykset
Miten mehujen säilyvyys varmistetaan?
Mehujen säilyvyys varmistetaan tyypillisesti lämpöpastöroinnilla, jossa lämpö inaktivoi pilaantumista aiheuttavia mikro-organismeja ja entsyymejä. Vaihtoehtoisia menetelmiä ovat korkeapainekäsittely (HPP), ultraäänikäsittely, pulssitetut sähkökentät (PEF) sekä kemialliset säilöntäaineet, kuten sorbaatit tai bentsoaatit. Näillä menetelmillä pyritään pidentämään säilyvyysaikaa ja säilyttämään samalla turvallisuus ja aistinvarainen laatu.
Lue lisää mehujen säilyvyyden parantamisesta ultraäänellä!
Miksi mehujen ei-terminen käsittely on hyödyllistä?
Ei-terminen käsittely – kuten HPP, PEF tai ultraäänikäsittely – minimoi lämpöherkkien ravintoaineiden, makuaineiden ja bioaktiivisten yhdisteiden lämpöhajoamisen. Se mahdollistaa mikrobien inaktivoinnin säilyttäen samalla ravitsemuksellisen laadun ja aistinvaraiset ominaisuudet sekä tarjoaa perinteisille lämpökäsittelyille vaihtoehdon, joka mahdollistaa yksinkertaisemman ainesosaluettelon. Lue lisää ultraääniavusteisen HPP-käsittelyn eduista mehujen säilyvyyden parantamisessa!
Ovatko steviaa sisältävät juomat terveellisiä?
Stevia on Stevia rebaudiana -kasvista saatava luonnollinen, ravintoarvoton makeutusaine, jonka FDA on luokitellut yleisesti turvalliseksi (GRAS). Sen energiasisältö on vähäinen, eikä se nosta verensokeria tai insuliinitasoja, joten se on sopiva vaihtoehto diabeetikoille tai niille, jotka haluavat vähentää sokerin saantia. Terveyshyödyt riippuvat kuitenkin juoman kokonaiskoostumuksesta – stevialla makeutetut juomat voivat silti sisältää lisäaineita tai olla vailla ravintoarvoa.
Lue lisää stevian ultraääniuutosta!
Hielscher Ultrasonics valmistaa suuritehoisia ultraäänihomogenisaattoreita laboratoriokoosta aina teolliseen kokoluokkaan asti.