Kombucha je fermentirani napitak koji sadrži čaj, šećer, bakterije, kvasac i često malu količinu soka, voća ili začina kao aromu. Kombucha kao i fermentirani sokovi i sokovi od povrća poznati su po pozitivnim učincima na zdravlje, jačanju mikrobiote i imunološkog sustava. Kontrolirana ultrazvuka poboljšava proizvodnju kombucha i drugih fermentiranih pića na različite načine: Ultrazvuk može stimulirati rast kvasca i bakterija tijekom fermentacije; ekstrakt polifenola, flavonoida i okusa iz voća, povrća i ljekovitog bilja; i primjenjuje se kao ne-termalna metoda pasterizacije za smanjenje mikroba prije pakiranja. Hielscher ultrasonicators su precizno kontrolirani i mogu isporučiti najprikladniji ultrazvučni intenzitet za svaki korak liječenja u proizvodnji fermentiranih pića.

Kombucha i fermentirana pića

Kombucha se proizvodi fermentacijom zašećerenog čaja pomoću "Simbiotske kulture bakterija i kvasca" (SCOBY), koji se obično naziva i "majka” ili "čajna gljiva”. Raznolikost i omjer mikrobnih populacija u SCOBY-u mogu se značajno razlikovati. Komponenta kvasca općenito uključuje Saccharomyces cerevisiae, zajedno s drugim vrstama Zygosaccharomyces, Candida, Kloeckera/Hanseniaspora, Torulaspora, Pichia, Brettanomyces/Dekkera, Saccharomyces, Lachancea, Saccharomycoides, Schizosaccharomyces i Kluyveromyces; bakterijska komponenta gotovo uvijek uključuje Komagataeibacter xylinus (bivši Gluconacetobacter xylinus), koji fermentira alkohole koje kvasci proizvode u octene i druge kiseline, povećavajući kiselost i ograničavajući sadržaj etanola.
Slično tome, druga fermentirana pića kao što su fermentirani sokovi od voća i povrća inokuliraju se bakterijama i kvascem.
Tretman ultrazvukom može poboljšati učinkovitost fermentacije i kvalitetne značajke fermentiranog napitka, uključujući sadržaj hranjivih tvari i okus.

Ultrazvučno pojačana fermentacija Kombucha

Poznato je da ultrazvučni valovi stimuliraju rast bakterija i kvasca. Kontrolirana blaga ultrazvukom kombucha kultura (SCOBY, također poznat kao čajna gljiva, čaj gljiva, ili Mandžurijska gljiva) stoga može promicati proces fermentacije i dovesti do viših prinosa kombucha u ubrzanom vremenu fermentacije.
Ultrazvučno stimulirana fermentacija pokazuje poboljšanu membransku permeabilizaciju i time povećan prijenos mase. Sonomehaničko liječenje ultrazvučnim valovima prožima stanične stijenke i plazma membrane mikroorganizama (proces koji se naziva sonoporacija). Neke stanice mogu biti čak i puknute. Ove poremećene stanice oslobađaju faktore koji potiču rast kao što su vitamini, nukleotidi, aminokiseline i enzimi koji bi mogli potaknuti rast stanično netaknutih, kao i membranski ugroženih bakterija.
Ultrazvučni tretman prethodne fermentacije, kao iu fazama zaostajanja i loga pokazali su najistaknutije učinke na stimulaciju rasta bakterija.

Ultrazvučna stimulacija rasta mikroba najučinkovitija je kada se ultrazvuk primjenjuje prije fermentacije ili u fazama zaostajanja i trupaca.

Ultrazvučna stimulacija fermentacije soka od jabuke

Istraživanja su pokazala da ultrazvučni tretman u lag i logaritamskim fazama tijekom fermentacije soka od jabuke potiče mikrobni rast i pojačanu biotransformaciju jabučne kiseline u mliječnu kiselinu. Na primjer, nakon ultrazvukom u fazi zaostajanja za 0,5 h, broj mikrobnih kiselina i sadržaj mliječne kiseline u ultrazvučno obrađenim uzorcima pri 58,3 W/L dosegli su 7,91 ± 0,01 Log CFU/mL i 133,70 ± 7,39 mg/L, koji su bili znatno viši od onog u nezvaničnim uzorcima. Štoviše, ultrazvuka na lag i logaritamske faze imao složene utjecaje na metabolizam jabuka fenoli kao što su klorogenska kiselina, kofeinska kiselina, procijanidin B2, katehin i galska kiselina. Ultrazvuk može pozitivno utjecati na hidrolizu klorogenske kiseline u kofeinsku kiselinu, transformaciju procijanidina B2 i dekarboksilaciju galske kiseline. Metabolizam organskih kiselina i slobodnih aminokiselina u ultrazvukom uzoraka statistički je povezan s fenolnim metabolizmom, što znači da ultrazvuk može imati koristi od fenolne derivacije poboljšanjem mikrobnog metabolizma organskih kiselina i aminokiselina. (usp. Wang et al., 2021.)

Ultrazvučno poboljšana fermentacija sojinog mlijeka

(2012) istraživao je učinke ultrazvuka na metaboličku učinkovitost sojeva laktobacila (Lactobacillus acidophilus BT 1088, L. fermentum BT 8219, L. acidophilus FTDC 8633, L. gasseri FTDC 8131) tijekom fermentacije soje. Uočeno je da ultrazvučni tretman prožima stanične membrane bakterija. Permeabilizirane stanične membrane rezultirale su poboljšanom internalizacijom hranjivih tvari i naknadnim poboljšanjem rasta (P ≺ 0,05). Veće amplitude i duže trajanje liječenja ultrazvukom potiče rast laktobacila u soji, s održivim brojem iznad 9 log CFU/mL. Unutarstanične i izvanstanične β-glukozidaze specifične aktivnosti laktobacila također su poboljšane (P ≺ 0,05) ultrazvukom, što je dovelo do povećane biokonverzije izoflavona u soji, osobito genistina i malonil genistina u genistein. Rezultati ove studije pokazuju da ultrazvučni tretman na stanicama laktobacila potiče (P ≺ 0,05) β-glukozidaznu aktivnost stanica u korist poboljšane (P ≺ 0,05) izoflavonskih glukozida biokonverzije na bioaktivne aglikone u sojinom. (usp. Ewe et al., 2012.)

Skeniranje elektronskih mikrografa laktobacila bez liječenja (A) i laktobacila liječenih ultrazvukom pri 60% amplituda tijekom 3 min (B). Krugovi koji pokazuju puknuće stanica i stanica s porama.
(Studija i slike: ©Ewe i sur., 2012)

Ekstrakcija nutritivnih spojeva i okusa u Kombuchi i fermentiranim pićima

Fermentirani čaj, sok i biljni napitci, npr. fermentirani sok od jabuke ili duda ili kombucha s voćem, značajno pogoduju okusu i hranjivim tvarima iz ultrazvučnog tretmana. Ultrazvučni valovi ometaju stanične strukture biljnih materijala i oslobađaju unutarstanične spojeve kao što su okusi, polifenoli, antioksidansi i flavonoidi. U isto vrijeme, ultrazvučna homogenizacija osigurava ravnomjerno raspršeni i emulgirani napitak koji sprječava odvajanje faza i nudi privlačan izgled za potrošače. Možete vidjeti primjer ultrazvučno obrađenih morskih krkavina bobica kombucha bez faznog odvajanja u usporedbi s neobrađenom verzijom ispod.
Pročitajte više o ultrazvučnom okusu i ekstrakciji hranjivih tvari!

Ultrazvuk za očuvanje Kombucha

Ultrazvučni tretman može utjecati na mikrobe stimuliranjem ili inaktivacijom. Također enzimi su pod utjecajem ultrazvukom: Ultrazvuk može promijeniti karakteristike enzima, supstrata i njihove reakcije. Ovi učinci niskofrekventnog ultrazvuka koriste se u preradi hrane kao ne-termalna alternativa pasterizaciji hrane i pića. Sonication nudi prednost precizne kontrole nad parametrima procesa kao što su amplituda, vrijeme, temperatura i tlak, što omogućuje ciljanu inaktivaciju mikroorganizama. Inaktivacija mikrobnog opterećenja u kombuchi i fermentiranim pićima omogućuje povećanje roka trajanja i stabilnosti proizvoda. Smanjenje mikroba i enzima olakšava komercijalnu distribuciju zbog produljenog roka trajanja konačnog proizvoda. Ultrasonication je ne-termalna metoda pasterizacije, koja se već koristi u komercijalnoj preradi hrane kao što je pasterizacija sokova. Osobito pri višim amplitudama, ultrazvuk inaktivira bakterije i kvasac oštećujući stanične stijenke. To rezultira sporijim ili zaustavljenim mikrobnim rastom. Na primjer, Kwaw i sur. (2018) istraživao ultrazvučni kao ne-termalne pasterizacije strategije za mliječne kiseline fermentirani sok od duda. Ultrazvučno obrađen fermentirani sok od duda imao je veći sadržaj fenolnih spojeva (1700,07 ± 2,44 μg / mL) od kontrole, neliječenog fermentiranog soka od duda. "Među pojedinačnim ne-termičkim tretmanima, ultrazvuka je uzrokovala značajnu (p < 0.05) porast fenolnih i antioksidativnih svojstava soka duda fermentiranog mliječnom kiselinom u usporedbi s pulsirajućim svjetlosnim tretmanom." (Kwaw i sur., 2018.) Dok je kombucha napitak poznat po svojim životnim kulturama, kontrolirano smanjenje mikroba može se koristiti kako bi se produžio rok trajanja komercijalno distribuiranih kombucha pića. Redovita toplinska pasterizacija ubija sve žive kvasce i bakterije koji su obično prisutni u kombuchi i jedan su od glavnih čimbenika za njegove učinke koji potiču zdravlje. Ultrazvučna pasterizacija je ne-termalna metoda očuvanja, koja se može koristiti za smanjenje broja mikroba ili potpuno uklanjanje mikroorganizama. To znači da komercijalni proizvođači mogu primijeniti ultrazvuk pri nižim amplitudama i kraćim razdobljima kako bi smanjili broj bakterija i kvasca bez potpunog uklanjanja. Time su životne kulture još uvijek prisutne u kombuchi, iako u manjem broju, tako da se poboljšavaju rok trajanja i vrijeme skladištenja.

Znanstveno dokazani rezultati u ultrazvučno obrađenoj Kombuchi

(2020) istraživao učinke niskofrekventnog ultrazvuka na kombuchu napravljenu od bobica seabuckthorna pomoću ultrazvučni procesor UIP500hdT. Istraživački tim mogao bi pokazati višestruke dobročinstojeće učinke ultrazvuka na pripremu bobica krkavine i naknadnu fermentaciju kombucha.

Ultrazvučna ekstrakcija bobica krkavine

Sonication svježih cijelih morskih krkavina bobice (također poznat kao sanddorne; H. rhamnoides cv. Sunny) pročišćeni su Vitamix miješalicom 2 minute. Dodan je i pomiješan volumen dH2O u iznosu od 30% izvornog volumena pirea. Ultrazvuk (90 W, 20 kHz, 10 min) primijenjen je na 200 ml razrijeđenog pirea pomoću UIP500hdT ultrazvučni procesor (Hielscher Ultrasonics, Njemačka). Vrijeme liječenja odabrano je za optimizaciju hranjivih tvari i održavanje uzorka u svježem stanju. Rezultati ultrazvučne ekstrakcije pokazuju značajno (P ≺ 0,05) povećanje za 10% prinos ekstrakcije iz pulpe (od 19,04 ± 0,08 do 20,97 ± 0,29%) i za 7% za sjeme (od 14,81 ± 0,08 do 15,83 ± 0,28%). Ovo povećanje prinosa ulja naglašava funkcionalnost ultrazvukom kao učinkovitu i zelenu tehnologiju za maksimiziranje vrijednosti sirovina. Ultrazvučna ekstrakcija iz morskih krkavina bobice rezultirale su većim prinosom ulja i smanjenim vremenom obrade, potrošnjom energije i izbjegavanjem opasnih otapala.

Ultrazvučna homogenizacija morske krkavine Bobica Kombucha

Ultrazvučno obrađeni morski krkavine (sanddorne) bobica kombucha pokazali su značajno poboljšanu stabilnost proizvoda. Do 21. dana skladištenja, sonikirana bobica kombucha ostala je homogena. Činjenica da u sonikiranoj kombuchi bobica nije uočena sinereza za cijelu studiju (21 dan, vidi sliku dolje) pokazuje da je ultrazvuk sama po sebi učinkovita tehnika emulgiranja koja može proizvesti stabilnost proizvoda i spriječiti odvajanje faza.

Seabuckthorn pire (P) bez i s ultrazvučnim tretmanom (P + US) na dan 0 i 21.
Studija i slika:©Dornan i sur., 2020.

Ultrazvuka za zaustavljanje fermentacije

Napravljena su četiri uzorka kombuche: K (kombucha), K+US (kombucha + ultrazvuk), K+S (kombucha + saharoza) i K+S+US (kombucha + saharoza + ultrazvuk). Svi uzorci pripremljeni su pomoću 200 ml pirea od krkavine (P) ili P+US i 12,5 g SCOBY-a. K se sastojao od P i SCOBY. K+US se sastojao od P+US i SCOBY. K+S se sastojao od P, 15,0 g saharoze i SCOBY-a. K+S+US sastojao se od P+US, 15,0 g saharoze i SCOBY-a. Svi uzorci ostavljeni su da fermentiraju na tamnom mjestu na sobnoj temperaturi pet dana. Drugi tretman ultrazvukom (90 W, 20 kHz, 10 min) primijenjen je na K +US i K+S+US kako bi se zaustavila fermentacija 5. dana.

Ultrazvučni učinci očuvanja na Kombucha

U morskim krkavinama kombucha, ultrazvukom smanjeno početno mikrobno opterećenje za 2,6 log CFU / mL, čime se zaustavlja proces fermentacije u odabrano vrijeme kako bi se spriječila prekomjerna fermentacija. Nadalje, kontrolirano smanjenje mikroba pomaže u povećanju roka trajanja i stabilnosti konačnog proizvoda, što olakšava komercijalnu distribuciju kombuche.
Pročitajte više o ultrazvuka kao ne-termalni sok pasterizacija metoda!

Ukupni rezultati u ultrazvučno obrađenoj Kombuchi

Ultrazvuka smanjena početno mikrobno opterećenje za 2.6 log CFU / mL, povećana ORAC vrijednost za 3% i povećan indeks topljivosti u vodi (WSI) za 40% (od 6.64 do 9.29 g /g) bez sinereze. Rezultati ove studije sugeriraju da primjena ultrazvuka može poboljšati fenolne funkcionalnosti tijekom fermentacije i sposoban je za smanjenje sinereze, povećanje prinosa ulja, smanjenje mikrobnog opterećenja i povećanje ORAC-a uz minimalan gubitak nutritivne kvalitete. (usp. Dornan i sur., 2020.)

Ultrazvučna oprema za poboljšano Kombucha pivarstvo

Hielscher Ultrasonics dizajnira, proizvodi i distribuira ultrasonicators visokih performansi, ultrazvučni bioreaktori i pribor za poboljšane procese fermentacije, ekstrakcije i pasterizacije koji se koriste u hrani & proizvodnju pića. Hielscher ultrazvučni sustavi za preradu hrane koriste se za mnogostruke primjene kao sigurna, pouzdana i isplativa tehnologija za proizvodnju visokokvalitetne hrane i pića. Instalacija i rad svih Hielscher ultrazvučnih procesora je jednostavan: Oni zahtijevaju samo malo prostora, mogu se lako naknadno ugraditi u postojeće pogone za obradu.
Hielscher Ultrasonics je dugo iskusan u primjeni ultrazvuka snage u hrani & industriju pića, kao i mnoge druge industrijske grane. Naši ultrazvučni procesori opremljeni su lako čistim (clean-in-place CIP / sterilize-in-place SIP) sonotrodes i flow-cells (mokri dijelovi). Hielscher ultrazvuk’ industrijski ultrazvučni procesori mogu isporučiti vrlo visoke amplitude. Amplitude do 200 μm mogu se lako kontinuirano izvoditi u 24/7 radu. Precizno podešavanje amplituda i mogućnost prebacivanja između niskih i visokih amplituda važni su za stimuliranje ili inaktivaciju mikroorganizama. Time se isti ultrasonicator može koristiti ili za poticanje mikroba koji povećavaju fermentaciju ili za inaktivaciju mikroorganizama za pasterizaciju.
Vrhunska tehnologija, visokoutni i sofisticirani softver čine Hielscher Ultrasonics’ pouzdani radni konji u vašem procesu fermentacije hrane. S malim otiskom stopala i svestranim mogućnostima ugradnje, Hielscher ultrasonicators mogu se lako integrirati ili retro-ugraditi u postojeće proizvodne linije.

Proces Standardizacija s Hielscher Ultrasonics

Prehrambeni proizvodi trebali bi se proizvoditi u skladu s dobrom proizvodnom praksom (GMP) i prema standardiziranim specifikacijama za preradu. Hielscher Ultrasonics 'digitalni sustavi za ekstrakciju dolaze s inteligentnim softverom, što ga čini lako postaviti i kontrolirati proces ultrazvukom precizno. Automatsko bilježenje podataka piše sve ultrazvučne parametre procesa kao što su ultrazvučna energija (ukupna i neto energija), amplituda, temperatura, tlak (kada su postavljeni senzori tempa i tlaka) s oznakom datuma i vremena na ugrađenoj SD kartici. To vam omogućuje da revidirate svaku ultrazvučno obrađenu šaru . Istovremeno su osigurane obnovljivosti i kontinuirano visoke kvalitete proizvoda.
Hielscher Ultrasonics’ Industrijski ultrazvučni procesori mogu isporučiti vrlo visoke amplitude. Amplitude do 200 μm mogu se lako kontinuirano izvoditi u 24/7 operaciji. Za još više amplitude, prilagođene ultrazvučnih sonotrode su dostupni. Robusnost Hielscher je ultrazvučna oprema omogućuje za 24/7 rad u teškoj dužnosti i u zahtjevnim okruženjima.
Obratite nam se kako biste saznali više o značajkama i mogućnostima naših ultrazvučnih pasterizacijskih sustava. Bilo bi nam drago da o vašoj prijavi razgovarate s vama!

Tablica u nastavku daje vam pokazatelj približne mogućnosti obrade naših ultrazvučnih uređaja: