Sonikacija za konzerviranje sokova i povećanje sadržaja hranjivih tvari

U suvremenoj preradi hrane očuvanje svježine uz istodobno povećanje nutritivne vrijednosti predstavlja ključan izazov. Ultrazvučna obrada visokih performansi – primjenom sonikatora sa sondom – sve se više prihvaća kao moćna metoda netoplinske obrade. Ovaj članak predstavlja rezultate znanstvenog istraživanja o tome kako ultrazvučni procesori Hielscher poboljšavaju nutritivni profil soka od jagode zaslađenog biljkom Stevia rebaudiana.

Ključne spoznaje: Sonikacija povećava sadržaj fenolnih spojeva, razine flavonoida i antioksidacijski kapacitet – sve u uvjetima koji se mogu prenijeti na veće mjerilo i prikladni su za industrijsku primjenu.

Zašto zamijeniti toplinu ultrazvukom?

Tradicionalna pasterizacija može razgraditi termolabilne spojeve poput polifenola i flavonoida. Nasuprot tome, ultrazvučna obrada netoplinska je tehnika obrade koja primjenjuje akustičnu kavitaciju za intenziviranje razaranja stanica i molekularne difuzije bez toplinskog oštećenja.

Nedavno recenzirano istraživanje koje su proveli Šic Žlabur i sur. (2019), objavljeno u časopisu “Molecules” , pruža čvrste dokaze o učinkovitosti ultrazvuka visokog intenziteta, primjenom sonikatora Hielscher UP400St, za obradu soka od jagode zaslađenog biljkom Stevia rebaudiana. Rezultati imaju značajne implikacije za industrijsku preradu sokova jer se eksperimentalni uvjeti mogu linearno prenijeti na veće mjerilo uz primijenjene ultrazvučne sustave Hielscher.

Prednosti ultrazvučne obrade sokova:

• Poboljšana ekstrakcija bioaktivnih spojeva
• Očuvanje okusa i boje
• Smanjenje mikrobnog opterećenja
• Mogućnost povećanja mjerila i energetska učinkovitost
• Postupak bez aditiva, s jednostavnim popisom sastojaka na deklaraciji

Eksperimentalni postav: sonikacija soka

U istraživanju je primijenjen ultrazvučni procesor Hielscher UP400St (400 W, 24 kHz) za obradu soka od jagode u prisutnosti zelenog praha stevije.
Istraživači su procijenili učinke sonikacije sondom pri različitim amplitudama (50%, 75%, 100%), promjerima sondi (sonotroda S24d7 s promjerom vrha od 7 mm i S24d22 s promjerom vrha od 22 mm) i vremenima sonikacije (15, 20 i 25 minuta). Od svih ispitanih uvjeta najintenzivnija obrada – amplituda od 100%, sonda od 22 mm, 25 minuta – dala je najizraženije rezultate.

Pregled rezultata – ultrazvučna obrada sokova

Povećan ukupni sadržaj fenolnih spojeva (TPC)

Sonikirani sokovi pokazali su do 23% viši TPC u usporedbi s blagom sonikacijom i 18% viši nego nesonikirani sokovi sa stevijom.

C18: sonikirano sondom od 22 mm, pri amplitudi od 100%, tijekom 25 minuta
Tablica: učinak sonikacije na sadržaj fenolnih spojeva i antioksidacijsku aktivnost

 
Ukupni sadržaj fenolnih spojeva (TPC) povećao se za 23% u usporedbi s najblažom sonikacijom i za 18% u usporedbi s nesonikiranim uzorcima sa stevijom.
Među ključnim fenolnim spojevima čiji se sadržaj povećao bili su luteolin, apigenin, kvercetin, miricetin i kemferol, s povećanjima od 3 do 7 puta.
Antioksidacijski kapacitet (određen testom ABTS) također se povećao, odražavajući porast sadržaja bioaktivnih spojeva.

Fenolne kiseline i profil flavonoida

Ultrazvuk je omogućio učinkovitiju ekstrakciju fenolnih kiselina poput pirogalola i 4-metilkatehola, pri čemu je sadržaj pirogalola dosegnuo gotovo 2 mg/g u najintenzivnije sonikiranom soku – više od 3,5× viši nego u odgovarajućim nesonikiranim sokovima.

Nastanak hidroksilnih radikala tijekom akustične kavitacije vjerojatno pridonosi pojačanoj hidroksilaciji i oslobađanju fenolnih spojeva, što je u skladu s prethodnim istraživanjima mehanizama ultrazvučne ekstrakcije.

Poboljšana slatkoća uz funkcionalne prednosti

Posebno je važno da su u istraživanju ispitivani steviol-glikozidi, osobito steviozid i rebaudiozid A (Reb A) – glavne tvari koje daju slatkoću biljci Stevia rebaudiana. Sonikacija je znatno povećala njihove koncentracije:

• Sadržaj steviozida povećao se za 61%.
• Sadržaj Reb A udvostručio se (+114%).

To povećanje nije korisno samo sa stajališta slatkoće nego i sa senzorskog i metaboličkog stajališta. Više razine Reb A poboljšavaju prihvatljivost okusa smanjenjem gorčine koja se često povezuje sa steviozidom.

Ultrazvučna obrada sokova: industrijska važnost i mogućnost povećanja mjerila

Sonikatori Hielscher omogućuju preciznu kontrolu svih važnih procesnih parametara. Zahvaljujući konstrukciji ultrazvučnih procesora Hielscher, koji tijekom povećanja mjerila održavaju konstantan intenzitet energije, svi se rezultati mogu linearno prenijeti na veće mjerilo. Time prijelaz sa stolnih uređaja na kontinuirane industrijske sustave postaje tehnički izvediv i ekonomski privlačan.

Ovo istraživanje pridonosi sve većem broju dokaza koji podupiru primjenu ultrazvuka visokog intenziteta kao održive metode netoplinske obrade. Uočene zajedničke prednosti – povećanje sadržaja hranjivih tvari, poboljšan antioksidacijski kapacitet i optimizirana senzorska svojstva – naglašavaju njegovu vrijednost u razvoju funkcionalnih napitaka.

Što to znači za industriju?
Uz tehnološke platforme koje omogućuju povećanje mjerila, poput onih tvrtke Hielscher, proizvođači sokova sada mogu razmatrati sonikaciju ne samo kao alternativu nego i kao unapređenje – kako za kvalitetu proizvoda tako i za zdravlje potrošača.

Tablica u nastavku daje okvirni prikaz približnog kapaciteta obrade naših ultrazvučnih uređaja:

Projektiranje, proizvodnja i savjetovanje – kvaliteta proizvedena u Njemačkoj

Ultrazvučni uređaji Hielscher poznati su po najvišim standardima kvalitete i dizajna. Robusnost i jednostavno rukovanje omogućuju nesmetanu integraciju naših ultrazvučnih uređaja u industrijska postrojenja. Ultrazvučni uređaji Hielscher lako se nose s teškim uvjetima i zahtjevnim okruženjima.

Hielscher Ultrasonics tvrtka je certificirana prema ISO normama i poseban naglasak stavlja na ultrazvučne uređaje visokih performansi koji se odlikuju najsuvremenijom tehnologijom i jednostavnom uporabom. Naravno, ultrazvučni uređaji Hielscher sukladni su zahtjevima CE te ispunjavaju zahtjeve UL, CSA i RoHs.