Fermentasi Kombucha yang Ditingkatkan Secara Ultrasonik

Sonikasi mempromosikan fermentasi dalam makanan fermentasi ultrasonik seperti kombucha, kimchi dan sayuran fermentasi lainnya dengan meningkatkan perpindahan massa, mengganggu sel mikroba, mengaktifkan enzim, dan meningkatkan homogenitas, yang pada akhirnya mengarah pada percepatan laju fermentasi dan produksi produk berkualitas unggul. Sonikasi memulai perubahan yang menguntungkan dalam senyawa bioaktif selama fermentasi laktat meningkatkan kandungan senyawa nutrisi dan fitokimia.

Kombucha dan Minuman Fermentasi

Kombucha diproduksi dengan memfermentasi teh manis menggunakan "Kultur Simbiosis Bakteri dan Ragi" (SCOBY), juga biasa disebut "induk"” atau "jamur teh”. Variasi dan rasio populasi mikroba dalam SCOBY dapat bervariasi cukup signifikan. Komponen ragi umumnya meliputi Saccharomyces cerevisiae, bersama dengan spesies Zygosaccharomyces, Candida, Kloeckera/Hanseniaspora, Torulaspora, Pichia, Brettanomyces/Dekkera, Saccharomyces, Lachancea, Saccharomycoides, Schizosaccharomyces, dan Kluyveromyces; komponen bakteri hampir selalu termasuk Komagataeibacter xylinus (sebelumnya Gluconacetobacter xylinus), yang memfermentasi alkohol yang diproduksi oleh ragi menjadi asam asetat dan asam lainnya, meningkatkan keasaman dan membatasi kandungan etanol.
Demikian pula, minuman fermentasi lainnya seperti jus buah dan sayuran fermentasi diinokulasi dengan bakteri dan ragi.
Perawatan dengan ultrasound dapat meningkatkan efisiensi fermentasi dan fitur kualitas minuman fermentasi termasuk kandungan nutrisi dan rasa.

Fermentasi Kombucha yang Diintensifkan Secara Ultrasonik

Gelombang ultrasound dikenal untuk merangsang pertumbuhan bakteri dan ragi. Sonikasi ringan yang terkontrol dari kultur kombucha (SCOBY, juga dikenal sebagai jamur teh, jamur teh, atau jamur Manchuria) oleh karena itu dapat meningkatkan proses fermentasi dan mengarah pada hasil kombucha yang lebih tinggi dalam waktu fermentasi yang dipercepat.
Fermentasi yang dirangsang secara ultrasonik menunjukkan peningkatan permeabilisasi membran dan dengan demikian meningkatkan perpindahan massa. Perawatan sonomekanis dengan gelombang ultrasound melubangi dinding sel dan membran plasma mikroorganisme (proses yang disebut sonoporasi). Beberapa sel bahkan mungkin pecah. Sel-sel yang terganggu ini melepaskan faktor pendorong pertumbuhan seperti vitamin, nukleotida, asam amino dan enzim yang dapat merangsang pertumbuhan bakteri yang utuh secara seluler serta membran yang terganggu.
Perawatan ultrasonik sebelum fermentasi serta dalam fase lag dan log menunjukkan efek yang paling menonjol pada stimulasi pertumbuhan bakteri.

Manfaat Sonikasi pada Fermentasi Kombucha

Bagaimana ultrasonik mempromosikan proses fermentasi dan membantu menghasilkan kombucha yang lebih baik, fermentasi sayuran, koji, dll.? Sonikasi menghambat fermentasi dalam beberapa cara, yang ditunjukkan di bawah ini dalam konteks kombucha yang difermentasi. Kombucha adalah minuman fermentasi yang secara tradisional dibuat dengan teh manis dan kultur simbiosis bakteri dan ragi (SCOBY). Pure buah yang diencerkan memberikan bahan dasar yang kaya nutrisi dan beraroma untuk produksi kombucha. Di bawah ini, Anda akan belajar bagaimana ultrasonikasi mempromosikan produksi a

• Peningkatan Transfer Massa: Gelombang ultrasonik menciptakan gelembung kavitasi mikroskopis dalam cairan, yang mengarah pada pembentukan microstreaming, jet cair, dan turbulensi. Agitasi ini meningkatkan perpindahan massa dengan meningkatkan kontak antara mikroorganisme yang bertanggung jawab untuk fermentasi dan nutrisi dalam medium. Akibatnya, nutrisi lebih efisien diserap oleh mikroorganisme fermentasi, yang mengarah pada laju fermentasi yang dipercepat.
• Gangguan Sel: Sonicators terkenal karena efektivitas lisis dan ekstraksi selnya. Dalam fermentasi makanan, sonicator mengganggu dinding sel mikroba, melepaskan enzim intraseluler dan metabolit yang selanjutnya dapat mengkatalisasi reaksi fermentasi. Gangguan ini meningkatkan pelepasan senyawa rasa, vitamin, dan asam organik dari sel mikroba, berkontribusi pada kompleksitas rasa dan kekayaan nutrisi dari produk fermentasi. Dalam kombucha seabuckthorn yang difermentasi secara ultrasonik, fraksi senyawa fenolik yang jauh lebih tinggi dapat diukur. (lih. Dornan et al., 2020)
• Persiapan Substrat Fermentasi Kaya Nutrisi: Ekstraksi ultrasonik membantu menyiapkan substrat fermentasi yang menyediakan banyak nutrisi dalam bentuk yang tersedia untuk pencernaan mikroba. Ini berarti bahwa dalam substrat fermentasi yang diolah secara ultrasonik (misalnya pure buah dan sayuran) senyawa bioaktif seperti pati dan gula dibebaskan dari matriks intraseluler sel tumbuhan. Mikroba dapat dengan mudah memakan substrat, yang mempercepat dan mempersingkat proses fermentasi. Hal yang sama berlaku untuk polifenol, flavonoid dan vitamin, yang dilepaskan dari matriks intraseluler dan berkontribusi pada nilai gizi keseluruhan dari makanan atau minuman yang difermentasi.
• Aktivitas Enzim yang Ditingkatkan: Sonikasi mengaktifkan atau meningkatkan aktivitas enzim tertentu yang terlibat dalam proses fermentasi. Misalnya, meningkatkan aktivitas selulase dan amilase, enzim penting untuk memecah karbohidrat kompleks menjadi gula yang lebih sederhana, yang kemudian difermentasi oleh mikroorganisme yang ada dalam kultur kombucha.
• Peningkatan Homogenitas: Karena gaya sonikasi selalu menghasilkan pencampuran dan pencampuran, perawatan ultrasonik memastikan homogenisasi campuran fermentasi yang lebih baik, menghasilkan distribusi nutrisi dan mikroorganisme yang seragam di seluruh media. Keseragaman ini mendorong kinetika fermentasi yang konsisten dan produksi produk kombucha berkualitas tinggi dengan atribut sensorik yang diinginkan.

Stimulasi ultrasonik pertumbuhan mikroba paling efektif ketika ultrasound diterapkan sebelum fermentasi atau dalam fase lag dan log.

Studi Kasus: Stimulasi Ultrasonik Fermentasi Jus Apel

Penelitian menunjukkan bahwa perawatan ultrasonik pada fase lag dan logaritma selama fermentasi jus apel mendorong pertumbuhan mikroba dan mengintensifkan biotransformasi asam malat menjadi asam laktat. Misalnya, setelah sonikasi pada fase lag selama 0,5 jam, jumlah mikroba dan kandungan asam laktat dalam sampel yang diolah dengan ultrasound pada 58,3 W / L mencapai 7,91 ± 0,01 Log CFU / mL dan 133,70 ± 7,39 mg / L, yang secara signifikan lebih tinggi daripada sampel yang tidak sonikasi. Selain itu, ultrasonikasi pada fase lag dan logaritma memiliki pengaruh kompleks pada metabolisme fenolik apel seperti asam klorogenat, asam kafeat, procyanidin B2, katekin dan asam galat. Ultrasonografi dapat secara positif mempengaruhi hidrolisis asam klorogenat menjadi asam kafeat, transformasi procyanidin B2 dan dekarboksilasi asam galat. Metabolisme asam organik dan asam amino bebas dalam sampel yang disonikasi secara statistik berkorelasi dengan metabolisme fenolik, menyiratkan bahwa ultrasound dapat bermanfaat bagi derivasi fenolik dengan meningkatkan metabolisme mikroba asam organik dan asam amino. (lih. Wang et al., 2021)

Studi Kasus: Fermentasi Susu Kedelai yang Ditingkatkan Secara Ultrasonik

Tim peneliti Ewe et al. (2012) menyelidiki efek ultrasound pada efisiensi metabolisme strain lactobacilli (Lactobacillus acidophilus BT 1088, L. fermentum BT 8219, L. acidophilus FTDC 8633, L. gasseri FTDC 8131) selama fermentasi susu kedelai. Diamati bahwa pengobatan ultrasonik meresap membran seluler bakteri. Membran seluler yang dipermeabilisasi menghasilkan peningkatan internalisasi nutrisi dan peningkatan pertumbuhan selanjutnya (P ≺ 0,05). Amplitudo yang lebih tinggi dan durasi yang lebih lama dari perlakuan sonikasi mendorong pertumbuhan lactobacilli dalam susu kedelai, dengan jumlah yang layak melebihi 9 log CFU / mL. Aktivitas spesifik β-glukosidase intraseluler dan ekstraseluler dari lactobacilli juga ditingkatkan (P ≺ 0,05) oleh ultrasonikasi, yang mengarah pada peningkatan biokonversi isoflavon dalam susu kedelai, terutama genistin dan malonyl genistin menjadi genistein. Hasil dari penelitian ini menunjukkan bahwa pengobatan ultrasonografi pada sel lactobacilli mempromosikan (P ≺ 0,05) aktivitas β-glukosidase sel untuk manfaat biokonversi glukosida isoflavon yang ditingkatkan (P ≺ 0,05) menjadi glikon bioaktif dalam susu kedelai. (lih. Ewe et al., 2012)

Pemindaian mikrograf elektron lactobacilli tanpa pengobatan (A) dan lactobacilli diobati dengan ultrasound pada amplitudo 60% selama 3 menit (B). Lingkaran menunjukkan sel pecah dan sel dengan pori-pori.
(Studi dan gambar: ©Ewe et al., 2012)

Ekstraksi Senyawa dan Perisa Nutrisi dalam Kombucha dan Minuman Fermentasi

Teh fermentasi, jus, dan minuman sayuran, misalnya jus apel atau murbei fermentasi atau kombucha yang diresapi buah, bermanfaat secara signifikan dari segi rasa dan nutrisi dari perawatan ultrasound. Gelombang ultrasound mengganggu struktur seluler bahan tanaman dan melepaskan senyawa intraseluler seperti rasa, polifenol, antioksidan dan flavonoid. Pada saat yang sama, homogenisasi ultrasonik memberikan minuman yang tersebar dan diemulsi secara seragam mencegah pemisahan fase dan menawarkan penampilan yang menarik bagi konsumen. Anda dapat melihat contoh kombucha berry buckthorns laut yang diolah secara ultrasonik tanpa pemisahan fase dibandingkan dengan versi yang tidak diolah di bawah ini.
Baca lebih lanjut tentang rasa ultrasonik dan ekstraksi nutrisi!

Studi Kasus: Kombucha yang Diawetkan Secara Ultrasonik

Perawatan ultrasonografi dapat memengaruhi mikroba dengan merangsang atau menonaktifkannya. Juga enzim dipengaruhi oleh sonikasi: Ultrasonografi dapat mengubah karakteristik enzim, substrat dan reaksinya. Efek ultrasound frekuensi rendah ini digunakan dalam pengolahan makanan sebagai alternatif non-termal untuk mempasteurisasi makanan dan minuman. Sonikasi menawarkan keuntungan dari kontrol yang tepat atas parameter proses seperti amplitudo, waktu, suhu, dan tekanan, yang memungkinkan inaktivasi mikroorganisme yang ditargetkan. Penonaktifan beban mikroba dalam kombucha dan minuman fermentasi memungkinkan untuk meningkatkan umur simpan dan stabilitas produk. Pengurangan mikroba dan enzim memfasilitasi distribusi komersial karena umur simpan produk akhir yang berkepanjangan. Ultrasonikasi adalah metode pasteurisasi non-termal, yang sudah digunakan dalam pengolahan makanan komersial seperti pasteurisasi jus. Terutama pada amplitudo yang lebih tinggi, ultrasound menonaktifkan bakteri dan ragi dengan merusak dinding sel. Hal ini menghasilkan pertumbuhan mikroba yang lebih lambat atau berhenti. Misalnya, Kwaw et al. (2018) menyelidiki ultrasonik sebagai strategi pasteurisasi non-termal untuk jus murbei yang difermentasi asam laktat. Jus murbei fermentasi yang diolah secara ultrasonik memiliki kandungan senyawa fenolik yang lebih tinggi (1700,07 ± 2,44 μg/mL) daripada kontrol, jus murbei fermentasi yang tidak diolah. "Di antara perawatan non-termal individu, ultrasonikasi menyebabkan signifikan (p < 0.05) peningkatan sifat fenolik dan antioksidan dari jus murbei yang difermentasi asam laktat dibandingkan dengan perawatan cahaya berdenyut." (Kwaw dkk., 2018) Sementara kombucha adalah minuman yang dikenal dengan budaya kehidupannya, pengurangan mikroba yang terkontrol dapat digunakan untuk memperpanjang umur simpan minuman kombucha yang didistribusikan secara komersial.
Pasteurisasi termal secara teratur membunuh semua ragi dan bakteri hidup yang biasanya ada dalam kombucha dan merupakan salah satu faktor utama efek meningkatkan kesehatannya. Pasteurisasi ultrasonik adalah metode pengawetan non-termal, yang dapat digunakan untuk mengurangi jumlah mikroba atau menghilangkan mikroorganisme sepenuhnya. Ini berarti bahwa produsen komersial dapat menerapkan ultrasound pada amplitudo yang lebih rendah dan untuk periode yang lebih pendek untuk menurunkan jumlah bakteri dan ragi tanpa menghilangkan sepenuhnya. Dengan demikian, budaya kehidupan masih ada di kombucha, meskipun pada jumlah yang lebih rendah sehingga umur simpan dan waktu penyimpanan ditingkatkan.

Hasil yang Terbukti Secara Ilmiah dalam Kombucha yang Diolah Secara Ultrasonik

Dornan et al. (2020) menyelidiki efek ultrasound frekuensi rendah pada kombucha yang dibuat dengan buah seabuckthorn menggunakan sonicator UIP500hdT. Tim peneliti dapat menunjukkan beberapa efek menguntungkan dari ultrasonikasi pada persiapan buah buckthorn laut dan fermentasi kombucha berikutnya.

Ekstraksi Buckthorn Berry Laut Ultrasonik

Sonikasi buah buckthorns laut utuh segar (juga dikenal sebagai sanddorne; H. rhamnoides cv. Sunny) dihaluskan menggunakan blender Vitamix selama 2 menit. Volume dH2O sama dengan 30% dari volume pure asli ditambahkan dan dicampur. Ultrasound (90 W, 20 kHz, 10 menit) diterapkan pada 200 mL pure encer menggunakan prosesor ultrasonik UIP500hdT (lihat gambar kiri). Waktu perlakuan dipilih untuk mengoptimalkan nutrisi dan mempertahankan sampel dalam keadaan segar. Hasil ekstraksi ultrasonik menunjukkan peningkatan yang signifikan (P ≺ 0,05) sebesar 10% hasil ekstraksi dari pulp (dari 19,04 ± 0,08 menjadi 20,97 ± 0,29%) dan sebesar 7% untuk biji (dari 14,81 ± 0,08 menjadi 15,83 ± 0,28%). Peningkatan hasil minyak ini menyoroti fungsionalitas sonikasi sebagai teknologi yang efektif dan hijau untuk memaksimalkan nilai bahan baku. Ekstraksi ultrasonik dari buah buckthorns laut menghasilkan hasil minyak yang lebih tinggi dan mengurangi waktu pemrosesan, konsumsi daya, dan menghindari pelarut berbahaya.

Studi Kasus: Homogenisasi Ultrasonik Sea Buckthorn Berry Kombucha

Kombucha berry buckthorns laut (sanddorne) yang diolah secara ultrasonik menunjukkan stabilitas produk yang meningkat secara signifikan. Pada hari ke-21 penyimpanan, kombucha berry yang disonikasi tetap homogen. Fakta bahwa tidak ada sineresis yang diamati pada kombucha berry sonikasi untuk seluruh penelitian (21 hari, lihat gambar di bawah) menunjukkan bahwa ultrasound saja merupakan teknik emulsifikasi yang efektif yang mampu menghasilkan stabilitas produk dan untuk mencegah pemisahan fase.

Haluskan Seabuckthorn (P) tanpa dan dengan perawatan ultrasound (P+US) pada hari ke-0 dan ke-21.
Studi dan gambar:©Dornan et al., 2020.

Ultrasonication untuk Menghentikan Fermentasi

Empat sampel kombucha dibuat: K (kombucha), K+US (kombucha + ultrasound), K+S (kombucha + sukrosa), dan K+S+US (kombucha + sukrosa + ultrasound). Semua sampel disiapkan menggunakan 200 mL pure buckthorns laut (P) atau P+US dan 12,5 g SCOBY. K terdiri dari P dan SCOBY. K+US terdiri dari P+US dan SCOBY. K+S terdiri dari P, 15.0 g sukrosa dan SCOBY. K+S+US terdiri dari P+US, 15,0 g sukrosa dan SCOBY. Semua sampel dibiarkan berfermentasi di tempat gelap pada suhu kamar selama lima hari. Perlakuan sonikasi kedua (90 W, 20 kHz, 10 menit) diterapkan pada K + US dan K + S + US untuk menghentikan fermentasi pada hari ke-5.

Efek Pelestarian Ultrasonik pada Kombucha

Dalam kombucha buckthorn laut, sonikasi menurunkan beban mikroba awal sebesar 2,6 log CFU / mL, sehingga menghentikan proses fermentasi pada waktu yang dipilih untuk mencegah fermentasi berlebih. Selain itu, pengurangan mikroba yang terkontrol membantu meningkatkan umur simpan dan stabilitas produk akhir, yang memfasilitasi distribusi komersial kombucha.
Baca lebih lanjut tentang ultrasonikasi sebagai metode pasteurisasi jus non-termal!

Hasil Keseluruhan dalam Kombucha yang Diobati Secara Ultrasonik

Ultrasonikasi menurunkan beban mikroba awal sebesar 2,6 log CFU / mL, meningkatkan nilai ORAC sebesar 3% dan meningkatkan indeks kelarutan air (WSI) sebesar 40% (dari 6,64 menjadi 9,29 g / g) tanpa sineresis. Hasil dari penelitian ini menunjukkan bahwa penerapan ultrasonikasi dapat meningkatkan fungsionalitas fenolik selama fermentasi dan mampu mengurangi syneresis, meningkatkan hasil minyak, mengurangi beban mikroba, dan meningkatkan ORAC dengan kehilangan kualitas nutrisi minimal. (lih. Dornan et al., 2020)

Peralatan Ultrasonik untuk Pembuatan Bir Kombucha yang Lebih Baik

Hielscher Ultrasonics merancang, memproduksi, dan mendistribusikan ultrasonicator berkinerja tinggi, bioreaktor ultrasonik, dan aksesori untuk meningkatkan proses fermentasi, ekstraksi, dan pasteurisasi yang digunakan dalam makanan & Manufaktur minuman. Sistem pengolahan makanan ultrasonik Hielscher digunakan untuk berbagai aplikasi menjadi teknologi yang aman, andal, dan hemat biaya untuk menghasilkan makanan dan minuman berkualitas tinggi. Pemasangan dan pengoperasian semua prosesor ultrasonik Hielscher sederhana: Mereka hanya membutuhkan sedikit ruang, dapat dengan mudah dipasang ke fasilitas pemrosesan yang ada.
Hielscher Ultrasonics telah lama berpengalaman dalam penerapan ultrasound daya dalam makanan & industri minuman serta banyak cabang industri lainnya. Prosesor ultrasonik kami dilengkapi dengan sonotrode dan sel aliran yang mudah dibersihkan (CIP bersih di tempat / SIPnya sterilisasi di tempat) (bagian basah). Ultrasonik Hielscher’ prosesor ultrasonik industri dapat memberikan amplitudo yang sangat tinggi. Amplitudo hingga 200μm dapat dengan mudah dijalankan terus menerus dalam operasi 24/7. Penyetelan amplitudo yang tepat dan opsi untuk beralih antara amplitudo rendah dan tinggi penting untuk merangsang atau menonaktifkan mikroorganisme. Dengan demikian, ultrasonicator yang sama dapat digunakan untuk merangsang mikroba meningkatkan fermentasi atau untuk menonaktifkan mikroorganisme untuk pasteurisasi.
Teknologi canggih, perangkat lunak berkinerja tinggi, dan canggih membuat Hielscher Ultrasonics’ Kuda kerja yang andal dalam proses fermentasi makanan Anda. Dengan tapak kecil dan opsi pemasangan serbaguna, ultrasonicator Hielscher dapat dengan mudah diintegrasikan atau dipasang kembali ke jalur produksi yang ada.

Standarisasi Proses dengan Ultrasonik Hielscher

Produk food grade harus diproduksi sesuai dengan Good Manufacturing Practices (GMP) dan di bawah spesifikasi pemrosesan standar. Sistem ekstraksi digital Hielscher Ultrasonic dilengkapi dengan perangkat lunak cerdas, yang memudahkan untuk mengatur dan mengontrol proses sonikasi dengan tepat. Perekaman data otomatis menulis semua parameter proses ultrasonik seperti energi ultrasonik (energi total dan bersih), amplitudo, suhu, tekanan (saat sensor suhu dan tekanan dipasang) dengan stempel tanggal dan waktu pada kartu SD bawaan. Ini memungkinkan Anda untuk merevisi setiap lot yang diproses secara ultrasonik. Pada saat yang sama, reproduktifitas dan kualitas produk yang terus tinggi dipastikan.
Hielscher Ultrasonics’ prosesor ultrasonik industri dapat memberikan amplitudo yang sangat tinggi. Amplitudo hingga 200μm dapat dengan mudah dijalankan terus menerus dalam operasi 24/7. Untuk amplitudo yang lebih tinggi, sonotrode ultrasonik yang disesuaikan tersedia. Kekokohan peralatan ultrasonik Hielscher memungkinkan pengoperasian 24/7 pada tugas berat dan di lingkungan yang menuntut.
Silakan hubungi kami untuk mengetahui lebih lanjut tentang fitur dan kemampuan sistem pasteurisasi ultrasonik kami. Kami akan dengan senang hati mendiskusikan aplikasi Anda dengan Anda!

Tabel di bawah ini memberi Anda indikasi perkiraan kapasitas pemrosesan ultrasonikator kami: