Ultrahangos kezelés a gyümölcslevek tartósítására és tápanyagtartalmuk növelésére
A korszerű élelmiszer-feldolgozás egyik központi kihívása a frissesség megőrzése a tápérték egyidejű növelése mellett. A nagy teljesítményű, szondás ultrahangos készülékekkel végzett ultrahangos kezelés hatékony, nem termikus feldolgozási módszerként egyre nagyobb teret nyer. Ez a cikk egy olyan tudományos vizsgálat eredményeit mutatja be, amely azt kutatta, hogyan javítják a Hielscher ultrahangos feldolgozóberendezései a Stevia rebaudiana növénnyel édesített szamócalé tápanyagprofilját.
Fő megállapítások: Az ultrahangos kezelés növeli a fenolos vegyületek és a flavonoidok mennyiségét, valamint az antioxidáns kapacitást – mindezt ipari alkalmazásra alkalmas, méretnövelhető körülmények között.
Miért érdemes a hőkezelést ultrahanggal helyettesíteni?
A hagyományos pasztőrözés károsíthatja a hőérzékeny vegyületeket, például a polifenolokat és a flavonoidokat. Ezzel szemben az ultrahangos kezelés olyan nem termikus feldolgozási technika, amely akusztikus kavitáció segítségével fokozza a sejtfeltárást és a molekuláris diffúziót, hőkárosodás nélkül.
Gyümölcslevek ultrahangos tartósítása és tápanyagok kinyerése
Šic Žlabur és munkatársai (2019) közelmúltban megjelent, szakmailag lektorált tanulmánya, amely a „Molecules” folyóiratban jelent meg, meggyőző bizonyítékokkal szolgál a Hielscher UP400St ultrahangos készülékkel előállított nagy intenzitású ultrahang hatékonyságáról a Stevia rebaudiana növénnyel édesített szamócalé kezelésében. Az eredmények jelentős következményekkel járnak az ipari gyümölcslé-feldolgozás szempontjából, mivel a kísérleti körülmények az alkalmazott Hielscher ultrahangos rendszerekkel lineárisan méretnövelhetők.
Az ultrahangos gyümölcslé-feldolgozás előnyei:
- A bioaktív vegyületek fokozott kinyerése
- Az íz és a szín megőrzése
- A mikrobiális terhelés csökkentése
- Méretnövelhető és energiahatékony
- Egyszerű összetevőlistát lehetővé tevő, adalékanyagmentes eljárás
A kísérleti elrendezés: a gyümölcslé ultrahangos kezelése
A vizsgálatban Hielscher UP400St ultrahangos feldolgozóberendezést (400 W, 24 kHz) alkalmaztak a szamócalé kezelésére zöld sztíviapor jelenlétében.
A kutatók különböző amplitúdók (50%, 75%, 100%), szondaátmérők (S24d7 szonotróda 7 mm-es, illetve S24d22 szonotróda 22 mm-es csúcsátmérővel) és ultrahangos kezelési idők (15, 20 és 25 perc) mellett értékelték a szondás ultrahangos kezelés hatásait. Az összes vizsgált körülmény közül a legintenzívebb kezelés – 100% amplitúdó, 22 mm-es szonda, 25 perc – hozta a legkifejezettebb eredményeket.
Az eredmények áttekintése – Ultrahangos gyümölcslé-feldolgozás
Megnövekedett összes fenolosvegyület-tartalom (TPC)
Az ultrahanggal kezelt gyümölcslevek TPC-értéke az enyhe ultrahangos kezeléshez képest akár 23%-kal, az ultrahanggal nem kezelt, sztíviát tartalmazó gyümölcslevekéhez képest pedig 18%-kal magasabb volt.
| Minta | TPC (mg GAE/L) | Flavonoidok (mg GAE/L) | Antioxidáns kapacitás (mmol TE/L) |
|---|---|---|---|
| Kontroll | 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: ultrahangos kezelés 22 mm-es szondával, 100% amplitúdóval, 25 percig
Táblázat: Az ultrahangos kezelés hatása a fenolosvegyület-tartalomra és az antioxidáns aktivitásra
Az összes fenolosvegyület-tartalom (TPC) a legenyhébb ultrahangos kezeléshez képest 23%-kal, az ultrahanggal nem kezelt, sztíviát tartalmazó mintákhoz képest pedig 18%-kal nőtt.
Azok a fő fenolos vegyületek, amelyek mennyisége megnőtt, a luteolin, az apigenin, a kvercetin, a miricetin és a kempferol voltak; mennyiségük 3–7-szeresére emelkedett.
Az antioxidáns kapacitás (ABTS-vizsgálattal mérve) szintén nőtt, jelezve a bioaktív anyagok mennyiségének emelkedését.
Fenolsavak és flavonoidprofil
Az ultrahang a fenolsavak, például a pirogallol és a 4-metil-katechol hatékonyabb kinyerését tette lehetővé; a pirogallol mennyisége a legintenzívebben ultrahangkezelt gyümölcslében elérte a közel 2 mg/g értéket – ez több mint 3,5-szerese az ultrahanggal nem kezelt megfelelő mintákban mért értéknek.
Az akusztikus kavitáció során képződő hidroxilgyökök valószínűleg hozzájárulnak a fenolos vegyületek fokozott hidroxilezéséhez és felszabadulásához, ami összhangban áll az ultrahangos extrakció mechanizmusával foglalkozó korábbi vizsgálatokkal.
Fokozott édesség funkcionális előnyökkel
A vizsgálat külön figyelmet fordított a szteviol-glikozidokra, különösen a szteviozidra és a rebaudiozid A-ra (Reb A) – a Stevia rebaudiana fő édesítőanyagainak vizsgálatára. Az ultrahangos kezelés jelentősen növelte ezek koncentrációját:
- A szteviozidtartalom 61%-kal nőtt.
- A Reb A-tartalom megkétszereződött (+114%).
Ez a növekedés nemcsak az édesség szempontjából előnyös, hanem érzékszervi és anyagcsere-szempontból is. A magasabb Reb A-szint javítja az ízletességet azáltal, hogy csökkenti a szteviozidhoz gyakran társuló keserűséget.
Ultrahangos gyümölcslé-feldolgozás: ipari jelentőség és méretnövelhetőség
A Hielscher ultrahangos készülékek lehetővé teszik az összes fontos folyamatparaméter pontos szabályozását. Ezáltal minden eredmény lineárisan átvihető nagyobb léptékre a Hielscher ultrahangos feldolgozóberendezések kialakításának köszönhetően, amelyek a méretnövelés során állandó energiaintenzitást tartanak fenn. Ez a laborasztali berendezésekről a folyamatos üzemű ipari rendszerekre való átállást műszakilag megvalósíthatóvá és gazdaságilag vonzóvá teszi.
Ez a vizsgálat tovább bővíti azon bizonyítékok körét, amelyek alátámasztják a nagy intenzitású ultrahang alkalmazását fenntartható, nem termikus feldolgozási módszerként. A megfigyelt előnyök együttesen – a tápanyagtartalom növelése, a javuló antioxidáns kapacitás és az optimalizált érzékszervi tulajdonságok – kiemelik e módszer értékét a funkcionális italok fejlesztésében.
Mit jelent tehát mindez az ipar számára?
A Hielscher által kínáltakhoz hasonló, méretnövelhető technológiai platformokkal a gyümölcslégyártók ma már nem pusztán alternatívaként, hanem előrelépésként tekinthetnek az ultrahangos kezelésre – mind a termékminőség, mind a fogyasztók egészsége szempontjából.
- nagy hatékonyság
- a technika élvonalát képviselő technológia
- megbízhatóság és robusztus felépítés
- állítható, pontos folyamatszabályozás
- szakaszos és inline üzem
- bármilyen térfogathoz
- intelligens szoftver
- intelligens funkciók (pl. programozhatóság, adatnaplózás, távvezérlés)
- egyszerű és biztonságos működtetés
- csekély karbantartási igény
- CIP (helyben történő tisztítás)
Az alábbi táblázat tájékoztatást nyújt ultrahangos készülékeink hozzávetőleges feldolgozási kapacitásáról:
| Sarzstérfogat | Térfogatáram | Ajánlott készülékek |
|---|---|---|
| 10–2000mL | 20–400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1–20L | 0,2–4L/min | UIP2000hdT |
| 10–100L | 2–10L/min | UIP4000hdT |
| 15–150L | 3–15L/min | UIP6000hdT |
| n.a. | 10–100L/min | UIP16000hdT |
| n.a. | nagyobb | csoportba kapcsolt UIP16000hdT |
Tervezés, gyártás és tanácsadás – Németországban készült minőség
A Hielscher ultrahangos készülékei a legmagasabb minőségi és tervezési követelményeikről ismertek. Robusztus felépítésük és egyszerű működtetésük lehetővé teszi ultrahangos készülékeink zökkenőmentes beillesztését az ipari létesítményekbe. A Hielscher ultrahangos készülékei könnyedén megbirkóznak a mostoha körülményekkel és a nagy követelményeket támasztó környezetekkel.
A Hielscher Ultrasonics ISO-tanúsítvánnyal rendelkező vállalat, és különös hangsúlyt fektet a nagy teljesítményű, a technika élvonalát képviselő technológiával és felhasználóbarát kialakítással rendelkező ultrahangos készülékekre. A Hielscher ultrahangos készülékei természetesen megfelelnek a CE-előírásoknak, valamint teljesítik az UL, a CSA és a RoHs követelményeit.
UIP16000 ultrahangos élelmiszer-homogenizátor élelmiszerek és italok ipari feldolgozásához.
Szakirodalom / Hivatkozások
- 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.
Gyakran ismételt kérdések
Hogyan tartósítják a gyümölcsleveket?
A gyümölcsleveket általában termikus pasztőrözéssel tartósítják, amelynek során a hő inaktiválja a romlást okozó mikroorganizmusokat és enzimeket. Az alternatív módszerek közé tartozik a nagynyomású feldolgozás (HPP), az ultrahangos kezelés, a pulzáló elektromos terek (PEF) alkalmazása, valamint a kémiai tartósítószerek, például a szorbátok vagy a benzoátok használata. E módszerek célja az eltarthatóság meghosszabbítása a biztonság és az érzékszervi minőség megőrzése mellett.
Olvasson többet a gyümölcslevek ultrahangos tartósításáról!
Miért előnyös a gyümölcslevek nem termikus feldolgozása?
A nem termikus feldolgozás – például a HPP, a PEF vagy az ultrahangos kezelés – minimálisra csökkenti a hőérzékeny tápanyagok, ízanyagok és bioaktív vegyületek hő okozta lebomlását. Lehetővé teszi a mikroorganizmusok inaktiválását a táplálkozási minőség és az érzékszervi jellemzők megőrzése mellett, és a hagyományos hőkezelésekkel szemben egyszerűbb összetevőlistát lehetővé tevő alternatívát kínál. Tudjon meg többet a gyümölcslevek ultrahanggal támogatott HPP-tartósításának előnyeiről!
Egészségesek a sztíviával édesített italok?
A sztíviát, a Stevia rebaudiana növényből származó természetes, tápértéket nem biztosító édesítőszert az FDA általánosan biztonságosnak elismertnek (GRAS) tekinti. Energiatartalma elhanyagolható, és nem emeli a vércukor- vagy az inzulinszintet, így megfelelő alternatívát jelent a cukorbetegek és a cukorbevitelüket csökkenteni kívánók számára. Az egészségügyi előnyök azonban az ital teljes összetételétől függenek – a sztíviával édesített italok továbbra is tartalmazhatnak adalékanyagokat, vagy nélkülözhetik a tápértéket.
Olvasson többet a sztívia ultrahangos extrakciójáról!
A Hielscher Ultrasonics nagy teljesítményű ultrahangos homogenizátorokat gyárt a laboratóriumi mérettől az ipari méretig.