סוניקציה לשימור מיצים ולהעשרת רכיבי תזונה
בעיבוד מזון מודרני, שמירה על טריות תוך שיפור הערך התזונתי היא אתגר מרכזי. טיפול אולטרסוני בעל ביצועים גבוהים – באמצעות מכשירי סוניקציה עם גשוש – צובר תאוצה כשיטה רבת עוצמה לעיבוד לא תרמי. מאמר זה מציג ממצאים ממחקר מדעי הבוחן כיצד מעבדים אולטרסוניים של Hielscher משפרים את הפרופיל התזונתי של מיץ תותים הממותק ב-Stevia rebaudiana.
תובנות מרכזיות: סוניקציה מעלה את תכולת התרכובות הפנוליות, את רמות הפלבונואידים ואת היכולת נוגדת החמצון – והכול בתנאים הניתנים להגדלת קנה המידה ומתאימים ליישום תעשייתי.
מדוע להחליף חום באולטרסאונד?
פסטור מסורתי עלול לפרק תרכובות רגישות לחום, כגון פוליפנולים ופלבונואידים. לעומת זאת, טיפול אולטרסוני הוא טכניקת עיבוד לא תרמית המשתמשת בקוויטציה אקוסטית כדי להגביר פירוק תאים ודיפוזיה מולקולרית ללא נזקי חום.
שימור מיצים ומיצוי רכיבי תזונה באמצעות אולטרסאונד
מחקר עדכני שעבר ביקורת עמיתים, מאת Šic Žlabur ועמיתיה (2019), שפורסם בכתב העת "Molecules" , מספק ראיות מבוססות ליעילותו של אולטרסאונד בעוצמה גבוהה, באמצעות מכשיר הסוניקציה UP400St של Hielscher, לטיפול במיץ תותים הממותק ב-Stevia rebaudiana. לממצאים השלכות משמעותיות על עיבוד מיצים תעשייתי, שכן ניתן להגדיל באופן ליניארי את קנה המידה של תנאי הניסוי באמצעות המערכות האולטרסוניות של Hielscher שבהן נעשה שימוש.
יתרונות עיבוד מיצים באמצעות אולטרסאונד:
- מיצוי מוגבר של תרכובות פעילות ביולוגית
- שימור הטעם והצבע
- הפחתת העומס המיקרוביאלי
- ניתן להגדלת קנה המידה ויעיל מבחינה אנרגטית
- תהליך ללא תוספים התואם את גישת התווית הנקייה
מערך הניסוי: סוניקציה של מיץ
במחקר נעשה שימוש במעבד אולטרסוני UP400St של Hielscher (400 W, 24 kHz) לטיפול במיץ תותים בנוכחות אבקת סטיביה ירוקה.
החוקרים בחנו את השפעות הסוניקציה באמצעות גשוש במשרעות שונות (50%, 75%, 100%), בקוטרי גשוש שונים (סונוטרודה S24d7 בקוטר קצה של 7 mm ו-S24d22 בקוטר קצה של 22 mm) ובמשכי סוניקציה שונים (15, 20 ו-25 דקות). מבין כל התנאים שנבדקו, הטיפול האינטנסיבי ביותר – משרעת של 100%, גשוש בקוטר 22 mm ומשך של 25 דקות – הניב את התוצאות הבולטות ביותר.
סקירת התוצאות – עיבוד מיצים באמצעות אולטרסאונד
עלייה בתכולה הפנולית הכוללת (TPC)
במיצים שעברו סוניקציה נמצאה תכולה פנולית כוללת (TPC) גבוהה בעד 23% בהשוואה לסוניקציה מתונה, וגבוהה ב-18% בהשוואה למיצים עם סטיביה שלא עברו סוניקציה.
| דגימה | TPC (mg GAE/L) | פלבונואידים (mg GAE/L) | יכולת נוגדת חמצון (mmol TE/L) |
|---|---|---|---|
| ביקורת | 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: עברה סוניקציה באמצעות גשוש בקוטר 22 mm, במשרעת של 100%, במשך 25 דקות
טבלה: השפעת הסוניקציה על התכולה הפנולית ועל הפעילות נוגדת החמצון
התכולה הפנולית הכוללת (TPC) עלתה ב-23% בהשוואה לסוניקציה המתונה ביותר וב-18% בהשוואה לדגימות עם סטיביה שלא עברו סוניקציה.
בין התרכובות הפנוליות המרכזיות שרמתן עלתה היו לוטאולין, אפיגנין, קוורצטין, מיריציטין וקמפפרול, עם עליות של פי 3–7.
גם היכולת נוגדת החמצון (שנמדדה באמצעות מבחן ABTS) עלתה, והעידה על העלייה ברמות החומרים הפעילים ביולוגית.
חומצות פנוליות ופרופיל הפלבונואידים
אולטרסאונד אפשר מיצוי משופר של חומצות פנוליות כגון פירוגלול ו-4-מתיל-קטכול, כאשר ריכוז הפירוגלול הגיע לכמעט 2 mg/g במיץ שעבר את הסוניקציה האינטנסיבית ביותר – יותר מפי 3.5× בהשוואה למיצים המקבילים שלא עברו סוניקציה.
היווצרותם של רדיקלי הידרוקסיל במהלך קוויטציה אקוסטית תורמת ככל הנראה להגברת ההידרוקסילציה ולשחרור תרכובות פנוליות, בהתאם למחקרים קודמים על מנגנוני המיצוי האולטרסוני.
שיפור המתיקות לצד יתרונות תפקודיים
ראוי לציין כי המחקר בחן גליקוזידים של סטביול, ובפרט סטביוזיד ורבאודיוזיד A (Reb A) – הממתיקים העיקריים ב-Stevia rebaudiana. הסוניקציה העלתה במידה ניכרת את ריכוזיהם:
- תכולת הסטביוזיד עלתה ב-61%.
- תכולת Reb A הוכפלה (+114%).
עלייה זו מועילה לא רק מבחינת המתיקות, אלא גם בהיבטים החושיים והמטבוליים. רמות גבוהות יותר של Reb A משפרות את נעימות הטעם באמצעות הפחתת המרירות הקשורה לעיתים קרובות לסטביוזיד.
עיבוד מיצים באמצעות אולטרסאונד: רלוונטיות לתעשייה והגדלת קנה המידה
מכשירי הסוניקציה של Hielscher מאפשרים שליטה מדויקת בכל פרמטרי התהליך החשובים. כך ניתן להגדיל את קנה המידה באופן ליניארי תוך השגת כל התוצאות, הודות לתכנון המעבדים האולטרסוניים של Hielscher, השומרים על עוצמת אנרגיה קבועה במהלך הגדלת קנה המידה. הדבר הופך את המעבר ממערכות שולחניות למערכות תעשייתיות רציפות לאפשרי מבחינה טכנית ולכדאי מבחינה כלכלית.
מחקר זה מצטרף למאגר הולך וגדל של ראיות התומכות באולטרסאונד בעוצמה גבוהה כשיטת עיבוד בת קיימא ולא תרמית. היתרונות המשולבים שנצפו – העשרת רכיבי תזונה, שיפור היכולת נוגדת החמצון ומיטוב התכונות החושיות – מדגישים את ערכו בפיתוח משקאות פונקציונליים.
אם כן, מה משמעות הדבר עבור התעשייה?
בעזרת פלטפורמות טכנולוגיות הניתנות להגדלת קנה המידה, כגון אלה של Hielscher, יצרני מיצים יכולים כעת לראות בסוניקציה לא רק חלופה, אלא שדרוג – הן לאיכות המוצר והן לבריאות הצרכן.
- יעילות גבוהה
- טכנולוגיה מהמתקדמות ביותר
- אמינות ועמידות
- בקרת תהליך מדויקת הניתנת לכוונון
- עיבוד במנות ובקו הייצור
- לכל נפח
- תוכנה חכמה
- תכונות חכמות (למשל, אפשרות לתכנות, תיעוד נתונים, שליטה מרחוק)
- קל ובטוח לתפעול
- דרישות תחזוקה נמוכות
- CIP (ניקוי במקום)
הטבלה שלהלן נותנת מושג על כושר העיבוד המשוער של המכשירים האולטרסוניים שלנו:
| נפח מנה | ספיקת זרימה | מכשירים מומלצים |
|---|---|---|
| 10 עד 2000mL | 20 עד 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 עד 20L | 0.2 עד 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 עד 100L | 2 עד 10L/min | UIP4000hdT |
| 15 עד 150L | 3 עד 15L/min | UIP6000hdT |
| n.a. | 10 עד 100L/min | UIP16000hdT |
| n.a. | גבוהה יותר | מערך של UIP16000hdT |
תכנון, ייצור וייעוץ – איכות תוצרת גרמניה
המכשירים האולטרסוניים של Hielscher ידועים בסטנדרטים הגבוהים ביותר של איכות ותכנון. עמידות ותפעול קל מאפשרים לשלב את המכשירים האולטרסוניים שלנו באופן חלק במתקנים תעשייתיים. המכשירים האולטרסוניים של Hielscher מתמודדים בקלות עם תנאים קשים וסביבות תובעניות.
Hielscher Ultrasonics היא חברה בעלת הסמכת ISO, והיא שמה דגש מיוחד על מכשירים אולטרסוניים בעלי ביצועים גבוהים המשלבים טכנולוגיה מהמתקדמות ביותר וידידותיות למשתמש. כמובן, המכשירים האולטרסוניים של Hielscher תואמים לדרישות CE ועומדים בדרישות UL, CSA ו-RoHs.
הומוגנייזר אולטרסוני למזון UIP16000 לעיבוד תעשייתי של מזון ומשקאות.
ספרות / מקורות
- 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.
שאלות נפוצות
כיצד משמרים מיצים?
מיצים משומרים בדרך כלל באמצעות פסטור תרמי, שבו החום משבית מיקרואורגניזמים הגורמים לקלקול ואנזימים. שיטות חלופיות כוללות עיבוד בלחץ גבוה (HPP), סוניקציה, שדות חשמליים פולסיים (PEF) וחומרים משמרים כימיים כגון סורבטים או בנזואטים. גישות אלה נועדו להאריך את חיי המדף תוך שמירה על בטיחות ואיכות חושית.
קראו עוד על שימור מיצים באמצעות אולטרסאונד!
מדוע עיבוד לא תרמי של מיצים מועיל?
עיבוד לא תרמי – כגון HPP, PEF או טיפול אולטרסוני – ממזער את הפירוק התרמי של רכיבי תזונה רגישים לחום, רכיבי טעם ותרכובות פעילות ביולוגית. הוא מאפשר השבתה של מיקרואורגניזמים תוך שימור האיכות התזונתית והמאפיינים החושיים, ומציע חלופה לטיפולי חום קונבנציונליים המתאימה יותר לגישת התווית הנקייה. למדו עוד על היתרונות של שימור מיצים ב-HPP בסיוע אולטרסאונד!
האם משקאות עם סטיביה בריאים?
סטיביה, ממתיק טבעי ללא ערך תזונתי המופק מ-Stevia rebaudiana, מוכרת בדרך כלל כבטוחה (GRAS) על ידי ה-FDA. תכולת הקלוריות שלה זניחה והיא אינה מעלה את רמות הגלוקוז בדם או את רמות האינסולין, ולכן היא חלופה מתאימה לאנשים עם סוכרת או למי שמבקשים להפחית את צריכת הסוכר. עם זאת, היתרונות הבריאותיים תלויים בהרכב הכולל של המשקה – משקאות הממותקים בסטיביה עדיין עשויים להכיל תוספים או להיות חסרי ערך תזונתי.
קראו עוד על מיצוי סטיביה באמצעות אולטרסאונד!
