תסיסת קומבוצ'ה משופרת באולטרסאונד

סוניקציה מקדמת תסיסה במזונות מותססים אולטרה-סאונד כגון קומבוצ'ה, קימצ'י וירקות מותססים אחרים על ידי שיפור העברת המסה, שיבוש תאים מיקרוביאליים, הפעלת אנזימים ושיפור הומוגניות, מה שמוביל בסופו של דבר לקצב תסיסה מואץ ולייצור מוצר באיכות מעולה. סוניקציה יוזמת שינויים מועילים בתרכובות ביו-אקטיביות במהלך תסיסה לקטית, ומגדילה את תכולת התרכובות התזונתיות והפיטוכימיקלים.

קומבוצ'ה ומשקאות מותססים

קומבוצ'ה מיוצר על ידי תסיסת תה ממותק באמצעות “תרבות סימביוטית של חיידקים ושמרים” (SCOBY), המכונה גם בשם “אמא” או “פטריות תה”. המגוון והיחס בין אוכלוסיות מיקרוביאליות ב-SCOBY יכולים להשתנות באופן משמעותי למדי. מרכיב השמרים כולל בדרך כלל שמרי אפייה (Saccharomyces cerevisiae), יחד עם מינים אחרים של זיגוסכרומיצס (Zygosaccharomyces), קנדידה (Candida), קלוקרה (Kloeckera/Hanseniaspora), טורולספורה (Torulaspora), פיצ'יה (Pichia), ברטנומיצס (Brettanomyces/Dekkera), סקרומיצס (Saccharomyces), לצ'אנסה (Lachancea), סקרומיקואידים (Saccharomycoides), סכיזוסקרומיצס (Schizosaccharomyces) וקלויברומיצס (Kluyveromyces); המרכיב החיידקי כולל כמעט תמיד את Komagataeibacter xylinus (לשעבר Gluconacetobacter xylinus), אשר מתסיס אלכוהולים המיוצרים על ידי השמרים לחומצות אצטיות ואחרות, מגביר את החומציות ומגביל את תכולת האתנול.
באופן דומה, משקאות מותססים אחרים כגון מיצי פירות וירקות מותססים מחוסנים בחיידקים ושמרים.
טיפול באולטרסאונד יכול לשפר את יעילות התסיסה ואת תכונות האיכות של המשקה המותסס, כולל תכולת החומרים המזינים והטעם.

תסיסה אולטרה-סאונד מוגברת של קומבוצ'ה

גלי אולטרסאונד ידועים כמעוררים צמיחה של חיידקים ושמרים. סוניקציה קלה מבוקרת של תרביות קומבוצ'ה (SCOBY, הידועה גם בשם פטריית תה, פטריית תה או פטריית מנצ'וריה) יכולה לפיכך לקדם את תהליך התסיסה ולהוביל לתפוקת קומבוצ'ה גבוהה יותר בזמן תסיסה מואץ.
תסיסה אולטרה-סאונד מראה חדירות משופרת של הממברנה ובכך העברת מסה מוגברת. הטיפול הסונומכני על ידי גלי אולטרסאונד מנקב את דפנות התא ואת קרומי הפלזמה של מיקרואורגניזמים (תהליך הנקרא סונופורציה). תאים מסוימים עשויים אפילו להיקרע. תאים משובשים אלה משחררים גורמים מעודדי גדילה כגון ויטמינים, נוקלאוטידים, חומצות אמינו ואנזימים שיכולים לעודד צמיחה של חיידקים שלמים בתאים כמו גם חיידקים פגועי ממברנה.
טיפול אולטראסוני לפני תסיסה וכן בשלבי הפיגור והלוג הראו את ההשפעות הבולטות ביותר על גירוי צמיחת חיידקים.

היתרונות של סוניקציה בתסיסה של קומבוצ'ה

כיצד אולטרסאונד מקדם את תהליך התסיסה ומסייע לייצר קומבוצ'ה טובה יותר, תסיסה צמחית, קוג'י וכו '? סוניקציה מכניסה את התסיסה במספר דרכים, אשר מודגמות להלן בהקשר של קומבוצ'ה מותססת. קומבוצ'ה הוא משקה מותסס המיוצר באופן מסורתי עם תה ממותק ותרבית סימביוטית של חיידקים ושמרים (SCOBY). מחית פירות מדוללת מספקת בסיס עשיר בחומרים מזינים ומלא טעמים לייצור קומבוצ'ה. להלן, תוכלו ללמוד כיצד ultrasonication מקדם את הייצור של

• העברה המונית מוגברת: גלים על-קוליים יוצרים בועות קוויטציה מיקרוסקופיות בנוזל, מה שמוביל להיווצרות מיקרו-זרמים, סילוני נוזל ומערבולות. תסיסה זו משפרת את העברת המסה על ידי הגדלת הקשר בין המיקרואורגניזמים האחראים לתסיסה לבין החומרים המזינים בתווך. כתוצאה מכך, חומרים מזינים נספגים בצורה יעילה יותר על ידי מיקרואורגניזמים מתסיסים, מה שמוביל לקצב תסיסה מואץ.
• הפרעה לתאים: סוניקטורים ידועים ביעילותם בליזה של תאים ובמיצוי. בתסיסה של מזון, סוניקטורים משבשים את דפנות התאים המיקרוביאליים, ומשחררים אנזימים תוך-תאיים ומטבוליטים שיכולים לזרז עוד יותר תגובות תסיסה. הפרעה זו משפרת את שחרורן של תרכובות טעם, ויטמינים וחומצות אורגניות מתאי המיקרוביאליים, ותורמת למורכבות הטעם ולעושר התזונתי של המוצר המותסס. בקומבוצ'ה אובליפיחה מותססת באולטרסאונד ניתן למדוד חלק גבוה משמעותית של תרכובות פנוליות. (ראה: Dornan et al., 2020)
• הכנת מצעי תסיסה עשירים בחומרים מזינים: מיצוי קולי מסייע להכין מצע תסיסה המספק חומרים מזינים רבים בצורה זמינה לעיכול מיקרוביאלי. משמעות הדבר היא שבמצעי תסיסה שטופלו באולטרסאונד (למשל מחית פירות וירקות) תרכובות ביו-אקטיביות כגון עמילנים וסוכרים משתחררות מהמטריצה התוך-תאית של תאי הצמח. חיידקים יכולים להיזון בקלות מהמצע, מה שמאיץ ומקצר את תהליך התסיסה. כנ"ל לגבי פוליפנולים, פלבנואידים וויטמינים, אשר משתחררים ממטריצות תוך תאיות ותורמים לערך התזונתי הכולל של המזון או המשקאות המותססים.
• פעילות אנזימים מוגברת: סוניקציה מפעילה או מגבירה את פעילותם של אנזימים מסוימים המעורבים בתהליכי תסיסה. לדוגמה, הוא מגביר את הפעילות של צלולאז ועמילאז, אנזימים חיוניים לפירוק פחמימות מורכבות לסוכרים פשוטים יותר, אשר מותססים לאחר מכן על ידי מיקרואורגניזמים הנמצאים בתרבית קומבוצ'ה.
• הומוגניות משופרת: מכיוון שכוחות הסוניקציה גורמים תמיד לערבוב וערבוב, הטיפול העל-קולי מבטיח הומוגניזציה טובה יותר של תערובת התסיסה, וכתוצאה מכך פיזור אחיד של חומרי מזון ומיקרואורגניזמים ברחבי התווך. אחידות זו מקדמת קינטיקה עקבית של תסיסה וייצור מוצר קומבוצ'ה איכותי בעל תכונות חושיות רצויות.

גירוי קולי של צמיחה מיקרוביאלית הוא היעיל ביותר כאשר אולטרסאונד מוחל לפני תסיסה או בשלבי הפיגור והלוג.

מקרה מבחן: גירוי על-קולי של תסיסה במיץ תפוחים

מחקרים הראו כי טיפול על-קולי בפיגור ובשלבים לוגריתמיים במהלך התסיסה של מיץ תפוחים קידם צמיחה מיקרוביאלית והגביר את הטרנספורמציה הביולוגית של חומצה מאלית לחומצה לקטית. לדוגמה, לאחר סוניקציה בשלב השהיה במשך 0.5 שעות, ספירת החיידקים ותכולת חומצת החלב בדגימות שטופלו באולטרסאונד ב-58.3 W/L הגיעה ל-7.91 ±-0.01 Log CFU/mL ו-133.70 ±-7.39 מ"ג/ליטר, שהיו גבוהים משמעותית מאלו שבדגימות הלא סוניות. יתר על כן, אולטרסוניקציה בפיגור ובשלבים לוגריתמיים הייתה בעלת השפעות מורכבות על חילוף החומרים של פנוליקים תפוחים כגון חומצה כלורוגנית, חומצה קפאית, פרוציאנידין B2, קטכין וחומצה גאלית. אולטרסאונד יכול להשפיע באופן חיובי על הידרוליזה של חומצה כלורוגנית לחומצה קפאית, טרנספורמציה של procyanidin B2 ו decarboxylation של חומצה גאלית. חילוף החומרים של חומצות אורגניות וחומצות אמינו חופשיות בדגימות הסוניק היה מתואם סטטיסטית עם מטבוליזם פנולי, מה שמרמז על כך שאולטרסאונד עשוי להועיל לגזירה פנולית על ידי שיפור חילוף החומרים המיקרוביאלי של חומצות אורגניות וחומצות אמינו. (ראה: וואנג ואחרים, 2021)

מקרה בוחן: תסיסה משופרת של חלב סויה באולטרסאונד

צוות המחקר של Ewe et al. (2012) חקר את ההשפעות של אולטרסאונד על יעילות מטבולית של זנים של לקטובצילוס (לקטובצילוס אצידופילוס BT 1088, L. fermentum BT 8219, L. acidophilus FTDC 8633, L. gasseri FTDC 8131) במהלך תסיסה חלב סויה. נצפתה כי הטיפול האולטרסוני חלחל לקרומי התאים של החיידקים. קרומי התאים החדיריים הביאו להפנמה משופרת של חומרי המזון ולשיפור הצמיחה לאחר מכן (P ≺ 0.05). אמפליטודות גבוהות יותר ומשכי זמן ארוכים יותר של טיפול הסוניקציה קידמו צמיחה של לקטובצילוס בחלב סויה, עם ספירות קיימא העולות על 9 לוג CFU/מ"ל. הפעילות התוך-תאית והחוץ-תאית של β-גלוקוזידאז של לקטובצילוס שופרה גם היא (P ≺ 0.05) על-ידי על-ידי אולטרסוניקציה, מה שהוביל להמרה ביולוגית מוגברת של איזופלבונים בחלב סויה, במיוחד גניסטין ומלוניל גניסטין. תוצאות מחקר זה מראות כי טיפול אולטרסאונד בתאי לקטובצילוס מקדם (P ≺ 0.05) את פעילות β-גלוקוזידאז של תאים לטובת המרה ביולוגית משופרת (P ≺ 0.05) איזופלבון, גלוקוזידים, לגליקונים ביו-אקטיביים בחלב סויה. (ראה: Ewe et al., 2012)

סריקת מיקרוגרפים אלקטרוניים של לקטובצילוס ללא טיפול (A) ולקטובצילוס שטופלו באולטרסאונד באמפליטודה של 60% למשך 3 דקות (B). עיגולים המציגים תאים קרועים ותאים עם נקבוביות.
(מחקר ותמונות: ©Ewe et al., 2012)

מיצוי תרכובות וטעמים תזונתיים בקומבוצ'ה ומשקאות מותססים

תה, מיצים ומשקאות צמחיים מותססים, למשל מיץ תפוחים או תות מותסס או קומבוצ'ות עם פירות, מועילים מבחינת טעם וחומרים מזינים באופן משמעותי מטיפול אולטרסאונד. גלי האולטרסאונד משבשים מבנים תאיים של חומרים צמחיים ומשחררים תרכובות תוך-תאיות כגון טעמים, פוליפנולים, נוגדי חמצון ופלבנואידים. יחד עם זאת, הומוגניזציה קולית מספקת משקה מפוזר ומתחלב באופן אחיד המונע הפרדת פאזה ומציע מראה מושך לצרכנים. ניתן לראות דוגמה לקומבוצ'ה של פירות יער אובליפיחה שטופלה באולטרסאונד ללא הפרדת פאזות בהשוואה לגרסה לא מטופלת למטה.
קראו עוד על חומרי טעם על-קוליים ומיצוי חומרים מזינים!

מקרה מבחן: קומבוצ'ה משומרת באולטרסאונד

טיפול באולטרסאונד יכול להשפיע על חיידקים על ידי גירוי או השבתתם. גם אנזימים מושפעים מהסוניקציה: אולטרסאונד יכול לשנות את המאפיינים של אנזימים, מצעים ותגובותיהם. השפעות אלה של אולטרסאונד בתדר נמוך משמשות בעיבוד מזון כחלופה לא תרמית לפסטור מזון ומשקאות. סוניקציה מציעה את היתרון של שליטה מדויקת בפרמטרים של התהליך, כגון משרעת, זמן, טמפרטורה ולחץ, מה שמאפשר השבתה ממוקדת של מיקרואורגניזמים. השבתת העומס המיקרוביאלי בקומבוצ'ה ובמשקאות מותססים מאפשרת להאריך את חיי המדף ואת יציבות המוצר. הפחתת המיקרואורגניזמים והאנזימים מקלה על ההפצה המסחרית בשל חיי מדף ממושכים יותר של המוצר הסופי. אולטרסוניקציה היא שיטת פסטור לא תרמית, המשמשת כבר בעיבוד מזון מסחרי, כגון פסטור מיצים. במיוחד במשרעת גבוהה, אולטרסאונד משבית חיידקים ושמרים על ידי פגיעה בדפנות התאים. התוצאה היא האטה או עצירה של צמיחת המיקרואורגניזמים. לדוגמה, Kwaw et al. (2018) חקרו את השימוש באולטרסאונד כאסטרטגיה לפסטור לא תרמי של מיץ תות מותסס בחומצה לקטית. מיץ תות מותסס שטופל באולטרסאונד הכיל ריכוז גבוה יותר של תרכובות פנוליות (1700.07 ± 2.44 μg/mL) בהשוואה לקבוצת הביקורת, מיץ תות מותסס שלא טופל. “בין הטיפולים הלא-תרמיים הבודדים, טיפול באולטרסאונד גרם לשינוי משמעותי (p < 0.05) עלייה בתכונות הפנוליות והנוגדות חמצון של מיץ התות המותסס בחומצה לקטית בהשוואה לטיפול באור פועם.” (Kwaw et al., 2018)
בעוד קומבוצ'ה הוא משקה הידוע בתרבויות החיים שלו, ניתן להשתמש בהפחתה מבוקרת של חיידקים על מנת להאריך את חיי המדף של משקאות קומבוצ'ה המופצים באופן מסחרי.
פסטור תרמי קבוע הורג את כל השמרים והחיידקים החיים שנמצאים בדרך כלל בקומבוצ'ה והם אחד הגורמים העיקריים להשפעותיו הבריאותיות. פסטור קולי הוא שיטת שימור לא תרמית, אשר ניתן להשתמש בה כדי להפחית את ספירת החיידקים או לחסל מיקרואורגניזמים לחלוטין. משמעות הדבר היא כי יצרנים מסחריים יכולים ליישם אולטרסאונד באמפליטודות נמוכות יותר ולתקופות קצרות יותר על מנת להפחית את מספר החיידקים והשמרים מבלי לחסל לחלוטין. בכך, תרבויות חיים עדיין קיימות בקומבוצ'ה, אם כי במספרים נמוכים יותר, כך שחיי המדף וזמני האחסון משתפרים.

תוצאות מוכחות מדעית בקומבוצ'ה שטופלה באולטרסאונד

Dornan et al. (2020) חקרו את ההשפעות של אולטרסאונד בתדר נמוך על קומבוצ'ה המיוצרת עם גרגרי אובליפיחה באמצעות הסוניקטור UIP500hdT. צוות המחקר יכול להדגים השפעות מועילות מרובות של אולטרסוניקציה על הכנת גרגרי אובליפיחה, ותסיסת קומבוצ'ה לאחר מכן.

מיצוי גרגרי אובליפיחה ים אולטראסוני

סוניק של גרגרי אשחר ים שלמים טריים (הידועים גם בשם סנדדורן; H. rhamnoides cv. Sunny) נמחנו באמצעות בלנדר ויטמיקס במשך 2 דקות. נפח של dH2O השווה ל-30% מנפח המחית המקורי נוסף וערבב. אולטרסאונד (90 W, 20 kHz, 10 דקות) הוחל על 200 מ"ל של פירה מדולל באמצעות מעבד קולי UIP500hdT (ראה תמונה משמאל). זמן הטיפול נבחר כדי לייעל את החומרים המזינים ולשמור על הדגימה במצב טרי. תוצאות מיצוי על-קולי מראות עלייה משמעותית (P ≺ 0.05) בתפוקת מיצוי של 10% מעיסה (מ-19.04 ±-0.08 ל-20.97 ±-0.29%) וב-7% לזרעים (מ-14.81 ±-0.08 ל-15.83 ±-0.28%). עלייה זו בתפוקת הנפט מדגישה את הפונקציונליות של סוניקציה כטכנולוגיה יעילה וירוקה למקסום ערך חומר הגלם. מיצוי על-קולי מגרגרי אשחר הים הביא לתפוקת שמן גבוהה יותר ולקיצור זמן העיבוד, צריכת החשמל והימנעות מממיסים מסוכנים.

מקרה מבחן: הומוגניזציה קולית של קומבוצ'ה פירות אובליפיחה

הקומבוצ'ה מפירות הים (sanddorne) שעברו טיפול אולטראסוני הראתה שיפור משמעותי ביציבות המוצר. ביום ה-21 לאחסון, הקומבוצ'ה מפירות הים שעברה טיפול אולטראסוני נותרה הומוגנית. העובדה שלא נצפה סינריזה בקומבוצ'ה מפירות הים שעברה טיפול אולטראסוני לאורך כל המחקר (21 ימים, ראו תמונה למטה) מראה כי אולטראסאונד לבדו הוא טכניקת תחליב יעילה המסוגלת לייצר יציבות מוצר ולמנוע הפרדת שלבים.

מחית אובליפיחה (P) ללא ועם טיפול אולטרסאונד (P+US) ביום 0 ו-21.
מחקר ותמונה:©Dornan et al., 2020.

אולטרה-סוניקציה להפסקת התסיסה

נעשו ארבע דגימות של קומבוצ'ה: K (קומבוצ'ה), K+US (קומבוצ'ה + אולטרסאונד), K+S (קומבוצ'ה + סוכרוז) ו- K+S+US (קומבוצ'ה + סוכרוז + אולטרסאונד). כל הדגימות הוכנו באמצעות 200 מ"ל של מחית אשחר ים (P) או P+US ו-12.5 גרם של SCOBY. K כלל P ו- SCOBY. K+US כללה את P+US ו-SCOBY. K+S כלל P, 15.0 גרם סוכרוז ו-SCOBY. K+S+US כלל P+US, 15.0 גרם סוכרוז ו-SCOBY. כל הדגימות הושארו לתסיסה במקום חשוך בטמפרטורת החדר במשך חמישה ימים. טיפול סוניקציה שני (90 W, 20 kHz, 10 דקות) הוחל על K+US ו- K+S+US כדי לעצור את התסיסה ביום 5.

השפעות שימור אולטראסוניות על קומבוצ'ה

בקומבוצ'ה של אשחר הים, הסוניקציה הפחיתה את העומס המיקרוביאלי הראשוני ב-2.6 לוג CFU/מ"ל, ובכך עצרה את תהליך התסיסה בזמן נבחר על מנת למנוע תסיסה יתר. יתר על כן, הפחתה מיקרוביאלית מבוקרת מסייעת להגדיל את חיי המדף ואת היציבות של המוצר הסופי, מה שמקל על הפצה מסחרית של קומבוצ'ה.
קרא עוד על ultrasonication כמו שיטת פסטור מיץ לא תרמי!

תוצאות כלליות בקומבוצ'ה שטופלה באולטרסאונד

אולטרסוניקציה הפחיתה את העומס המיקרוביאלי הראשוני ב-2.6 לוג CFU/מ"ל, הגדילה את ערך ORAC ב-3% והעלתה את מדד מסיסות המים (WSI) ב-40% (מ-6.64 ל-9.29 גרם/גרם) ללא סינרזיס. תוצאות מחקר זה מצביעות על כך שיישום של אולטרה-סוניקציה יכול לשפר את הפונקציונליות הפנולית במהלך התסיסה והוא מסוגל הפחתת סינרזיס, הגדלת תפוקת השמן, הפחתת עומס מיקרוביאלי והגדלת ORAC עם אובדן מינימלי של איכות תזונתית. (ראה: Dornan et al., 2020)

ציוד אולטראסוני לבישול קומבוצ'ה משופר

Hielscher Ultrasonics מתכננת, מייצרת ומפיצה אולטרסוניקטורים בעלי ביצועים גבוהים, ביוריאקטורים קוליים ואביזרים לשיפור תהליכי התסיסה, המיצוי והפסטור המשמשים במזון & ייצור משקאות. מערכות עיבוד מזון קוליות Hielscher משמשים עבור יישומים רבים להיות טכנולוגיה בטוחה, אמינה וחסכונית לייצור מזון ומשקאות באיכות גבוהה. התקנה ותפעול של כל המעבדים קוליים Hielscher הוא פשוט: הם דורשים רק מעט מקום, ניתן להתאים בקלות לתוך מתקני עיבוד קיימים.
Hielscher Ultrasonics הוא זמן רב מנוסה ביישום של אולטרסאונד כוח במזון & תעשיית המשקאות, כמו גם ענפי תעשייה רבים אחרים. המעבדים העל-קוליים שלנו מצוידים בסונוטרודים קלים לניקוי (CIP במקום / SIP מעוקר במקום), סונוטרודים ותאי זרימה (החלקים הרטובים). Hielscher Ultrasonics’ מעבדים קוליים תעשייתיים יכולים לספק אמפליטודות גבוהות מאוד. אמפליטודות של עד 200μm ניתנות להפעלה רציפה בקלות בפעולה 24/7. הכוונון המדויק של אמפליטודות והאפשרות לעבור בין אמפליטודות נמוכות וגבוהות חשובים כדי לעורר או להשבית מיקרואורגניזמים. בכך, אותו אולטרה-סאונד יכול לשמש גם כדי לעורר חיידקים להגביר את התסיסה או להשבית מיקרואורגניזמים לפסטור.
טכנולוגיה חדישה, ביצועים גבוהים ותוכנה מתוחכמת להפוך את Hielscher Ultrasonics’ סוסי עבודה אמינים בתהליך תסיסה המזון שלך. עם טביעת רגל קטנה ואפשרויות התקנה רב-תכליתיות, ניתן לשלב בקלות אולטרסאונד Hielscher או להתאים רטרו לקווי ייצור קיימים.

סטנדרטיזציה תהליך עם Hielscher Ultrasonics

מוצרים המיועדים למאכל צריכים להיות מיוצרים בהתאם לנהלי ייצור נאותים (GMP) ותחת מפרטי עיבוד סטנדרטיים. Hielscher Ultrasonics’ מערכות מיצוי דיגיטליות מגיעות עם תוכנה חכמה, המקלה על הגדרת תהליך הסוניקציה ובקרתו בצורה מדויקת. רישום נתונים אוטומטי רושם את כל פרמטרי התהליך האולטראסוניים, כגון אנרגיית אולטרסאונד (אנרגיה כוללת ואנרגיה נטו), משרעת, טמפרטורה, לחץ (כאשר מותקנים חיישני טמפרטורה ולחץ) עם חותמת תאריך ושעה על כרטיס SD מובנה. זה מאפשר לך לבדוק כל אצווה שעברה עיבוד אולטראסוני. במקביל, מובטחת יכולת שחזור ואיכות מוצר גבוהה באופן רציף.
Hielscher Ultrasonics’ מעבדים קוליים תעשייתיים יכולים לספק אמפליטודות גבוהות מאוד. אמפליטודות של עד 200μm ניתנות להפעלה רציפה בקלות בפעולה 24/7. עבור אמפליטודות גבוהות עוד יותר, sonotrodes קולי מותאם אישית זמינים. החוסן של הציוד הקולי של Hielscher מאפשר פעולה 24/7 בחובה כבדה ובסביבות תובעניות.
אנא צרו איתנו קשר כדי ללמוד עוד על התכונות והיכולת של מערכות הפסטור העל-קוליות שלנו. נשמח לדון איתך בבקשתך!

הטבלה הבאה נותנת לך אינדיקציה ליכולת העיבוד המשוערת של האולטרסאונד שלנו: