고출력 초음파를 이용한 주스 및 스무디 균질화
주스, 스무디 및 음료에 바람직한 풍미와 질감뿐 아니라 장기적인 안정성을 부여하려면 신뢰할 수 있고 효율적인 균질화가 필요합니다. 초음파 고전단 균질기는 우수한 품질의 주스, 음료, 퓌레 및 소스를 생산하기 위해 식음료 산업에서 널리 사용됩니다. 비열 처리 방식인 초음파 고전단 균질화는 비타민과 생리활성 화합물의 열분해를 방지하면서 탁월한 안정성과 부드러움을 제공합니다.
- 추출을 통한 풍미 특성 개선
- 주스 수율 증가
- 미량영양소 가치 향상
- 설탕을 추가하지 않고도 단맛 증가 (US는 세포 내 천연 당을 추출하여 미뢰가 이를 감지할 수 있게 합니다)
- 식물영양소의 생체이용률 향상
- 부드러운 질감
- 효소 불활성화
- 미생물학적 안정화
- 저장 수명 연장
주스, 스무디, 퓌레 및 소스 처리를 위한 유리 플로우 셀이 장착된 초음파 고전단 균질기.
주스, 스무디 및 음료의 초음파 고전단 균질화
초음파를 통한 안정성 향상 – 상분리 및 침전 방지: 과일과 채소의 과육을 작은 입자로 분쇄하여 높은 안정성을 확보하고 침전을 방지하며 부드러운 질감을 부여합니다.
초음파를 이용한 주스의 점도 및 질감 조절: 사과, 당근, 오렌지, 자몽, 레몬 및 토마토와 같은 과일과 채소에는 펙틴이 풍부합니다. 펙틴은 천연 안정제로 작용하는 다당류입니다. 초음파 균질기는 세포 매트릭스에서 펙틴을 추출하여 주스로 방출함으로써 점도와 안정성을 높입니다. 따라서 초음파 균질기는 펙틴과 같은 천연 안정제를 활용하는 데 매우 효과적입니다.
초음파 추출을 통한 식물영양소 구성 개선: 초음파 균질기는 세포 매트릭스를 파쇄하고 그 안에 갇혀 있던 비타민, 항산화제, 폴리페놀 및 플라보노이드와 같은 분자가 주스 제품으로 방출되도록 촉진합니다. 이에 따라 섭취 시 식물영양소의 생체이용률과 생체접근성이 높아집니다.
초음파 처리를 통한 풍미 특성 강화: 초음파 고전단 균질기는 펙틴뿐 아니라 풍미 분자, 에센셜 오일, 천연 당 및 식물영양소도 방출합니다. (초음파를 통한 영양소 구성 개선에 대해서는 아래 사례 연구를 참조하십시오). 초음파 추출은 세포 매트릭스에서 풍미 화합물 및 비타민과 같은 생리활성 분자를 방출하여 소비자의 미뢰가 이를 감지할 수 있게 합니다.
초음파 처리를 통한 색상 특성 강화: 식물 색소 역시 식물의 세포 매트릭스에 포함되어 있습니다. 초음파 균질기는 카로티노이드, 엽록소, 베탈레인 및 안토시아닌과 같은 식물 색소를 방출하고 입자 크기를 줄입니다. 크기가 작아진 색소 입자는 더 큰 입자보다 빛을 더 잘 산란시켜 주스, 퓌레 또는 소스의 색을 더욱 진하게 만듭니다.
초음파 주스 균질화 – 다양한 이점
초음파 고전단 균질기는 과일 주스, 넥타, 채소 주스, 스무디, 과일 성분을 첨가한 레모네이드, 가향 우유 음료, 단백질 셰이크, 각종 성분을 첨가한 음료 등의 혼합에 신뢰할 수 있고 효율적인 장비입니다.
주스의 추출 및 착즙 과정에서 초음파 처리는 주스 수율을 높일 수 있습니다. 예를 들어, 초음파 처리는 포도 주스 수율을 최대 3.4 % 높이는 동시에 처리 시간을 삼분의 일로 단축했습니다. 초음파 처리와 효소 처리를 병행한 경우에도 기존 효소 처리와 비교하여 주스 수율이 최대 2 % 증가하고 처리 시간은 사분의 일 미만으로 단축되었습니다. 초음파 처리와 효소 처리를 순차적으로 적용하면 주스 수율이 최대 7.3 % 증가했습니다. 마찬가지로, 파인애플 주스의 경우 초음파 처리만으로도 으깬 파인애플에서 얻는 주스의 추출 수율이 10.8 % 증가했습니다. 초음파 처리는 당류, 총산, 페놀성 물질 및 비타민 C의 함량도 높였습니다. (cf. Baslar et al. 2015)
주스, 주스가 첨가된 레모네이드 및 기타 음료를 제조하려면 안정성, 향상된 풍미와 질감, 매력적인 외관 및 향상된 기능성을 위해 신뢰할 수 있는 균질화 및 유화가 필요합니다. 예를 들어, 초음파 균질화는 탁월한 안정성을 제공하고 상분리를 방지하며 주스, 스무디뿐 아니라 우유 및 단백질 기반 음료의 풍미와 질감을 개선합니다. 또한 초음파 고전단 균질기는 다양한 원료를 손쉽게 유화하여 투명한 에멀션을 만듭니다. 초음파 유화의 일반적인 응용 분야 중 하나는 대마 성분을 첨가한 물과 음료의 제조입니다. 투명한 물 기반 음료와 기타 음료에는 초음파를 이용하여 안정한 칸나비노이드(예: CBD, CBG, THC)를 첨가할 수 있습니다. 활성 화합물의 생체이용률이 높은 투명한 에멀션을 얻으려면 생리활성 화합물을 나노 크기로 유화해야 합니다. 초음파 유화는 투명한 외관, 탁월한 안정성, 생체이용률 및 기능성을 갖춘 나노에멀션을 제조하는 데 우수한 기술입니다. 따라서 초음파 나노유화는 의약품 및 보충제(예: CBD 팅크 등)의 제조에 널리 적용됩니다.
동시에 초음파 균질기는 풍미 분자, 생리활성 화합물 및 식물성 영양소를 추출하여 생체이용률과 생체접근성을 높입니다. 또한 초음파 균질기는 당류, 시럽 또는 감미료를 용해하고 검류, 전분 및 기타 첨가제를 분산 및 수화하여 장기간 안정적인 현탁액을 만듭니다. Hielscher 초음파 장치 한 대로 주스 및 음료 제조에 필요한 균질화, 나노유화, 추출, 분산, 용해, 수화 및 혼합의 다양한 작업을 수행할 수 있습니다.
진폭 100μm에서 UP400S를 이용한 초음파 처리가 사과 주스의 미세구조에 미치는 영향.
연구 및 사진: Ertugay & Baslar, 2014
사례 연구: 초음파 처리한 오렌지 주스의 영양 성분 개선
초음파 고전단 균질화는 식품 보존 및 가공을 위한 비열적 방법으로, 기존 열처리에 수반되는 일반적인 바람직하지 않은 부작용을 일으키지 않으면서 과일 주스의 안정화를 개선하고 미생물을 불활성화하는 장점이 있습니다. Guerrouj et al. (2016)은 Hielscher Ultrasonics UP200S 균질기를 사용하여 초음파 처리가 오렌지 주스의 총 페놀 및 플라보노이드 함량과 카로티노이드 및 아스코르브산(비타민 C)에 미치는 영향을 조사했습니다. 연구진은 초음파 처리한 오렌지 주스 시료의 총 페놀 함량이 대조군에 비해 유의하게 증가했음을 확인했습니다(아래 표 참조). 30 min 동안 초음파 처리했을 때 이 함량은 42.74에서 최대 69.45mg GAE/100 ml까지 증가했습니다. 이러한 결과는 초음파 처리로 페놀 화합물이 유의하게 증가함을 보여줍니다.
오렌지 주스의 DPPH 자유 라디칼 소거 활성에 관한 결과도 아래 표에 제시되어 있습니다. 초음파 처리한 시료는 대조군에 비해 DPPH 억제율이 유의하게 증가했으며, 이는 항산화 물질 수준이 더 높음을 나타냅니다. DPPH 억제율은 1, 10, 20 및 30 min 동안 초음파 처리한 시료에서 각각 37.48%, 35.70%, 34.70% 및 35.21%로, 대조군 시료의 21.67%와 비교되었습니다. 이러한 결과는 초음파 처리한 카스투리 라임 주스에서 확인된 결과와 일치합니다(Bhat et al., 2011). 이러한 결과는 초음파 처리가 항산화 화합물의 추출성을 향상시킨다는 것을 나타냅니다.
연구진은 오렌지 주스의 초음파 처리가 미생물 수를 유의하게 감소시키면서 총 페놀류, 플라보노이드, 카로티노이드, 안토시아닌 및 아스코르브산과 같은 생리활성 화합물을 전반적으로 증가시켰다고 결론지었습니다.
왼쪽: 무처리 오렌지 주스; 오른쪽: 초음파 처리한 오렌지 주스
초음파 고전단 균질화는 침전 없는 안정적인 주스를 생산합니다
왼쪽의 오렌지 주스는 처리하지 않아 뚜렷한 침전이 나타나며, 오른쪽의 오렌지 주스는 초음파로 균질화하여 균일하고 안정적이며 부드러운 질감을 갖습니다.
초음파 처리를 통한 오렌지 주스의 총 페놀류, 총 플라보노이드, DPPH 라디칼 소거 활성, 총 카로티노이드 및 아스코르브산 함량 개선.
연구 및 표: Guerrouj et al. 2016
주스 균질화를 위한 초음파 프로브 및 플로우 셀
Hielscher Ultrasonics는 오랜 경험을 보유한 고성능 초음파 균질기 제조업체로, 이 균질기는 전 세계적으로 과일 및 채소 주스, 넥타, 스무디, 단백질 음료뿐만 아니라 퓌레와 소스의 산업 생산에 사용됩니다. 과일 주스, 음료 및 식품의 신뢰성 있고 효율적인 균질화는 높은 성능을 요구하는 응용 분야로, 균일한 식품 및 음료 제품을 얻기 위해 일정한 진폭을 생성하고 충분한 전단력을 제공하는 고출력 초음파 프로브가 필요합니다. 모든 Hielscher 초음파 장치는 최대 부하에서 24/7 운전하도록 설계 및 제조됩니다. 초음파 처리기는 소형 50 와트 실험실용 초음파 처리기부터 강력한 16,000와트 인라인 초음파 시스템까지 제공됩니다. 다양한 부스터 혼, 소노트로드 및 플로우 셀을 사용하여 원료(예: 과일, 채소, 기타 성분 등)와 최종 제품의 원하는 특성에 맞게 초음파 고전단 균질기를 개별적으로 구성할 수 있습니다.
Hielscher Ultrasonics는 매우 낮은 진폭부터 매우 높은 진폭까지 전체 범위를 제공하도록 정밀하게 설정할 수 있는 고성능 초음파 프로브를 제조합니다. 균질화 응용 분야에 특수한 사양(예: 높은 압력 및/또는 높은 온도와의 조합)이 필요한 경우, 맞춤형 초음파 소노트로드를 이용할 수 있습니다. Hielscher 초음파 장비의 견고함은 고부하 및 까다로운 환경에서 24/7 운전을 가능하게 합니다.
배치 및 인라인 모드에서의 초음파 주스 균질화
Hielscher 초음파 고전단 균질기는 배치 및 연속 인라인 초음파 처리에 사용할 수 있습니다. 음료의 부피와 처리 속도에 따라 가장 적합한 초음파 장비 구성을 추천해 드립니다.
연속식 초음파 균질기 시스템에 각각 독립적으로 정량 공급할 수 있는 여러 공급 흐름을 투입하면, 초음파 고전단 처리를 이용한 인라인 균질화의 시간 및 노동 효율성이 매우 높아지고 작업이 편리해지며 산업 규모의 주스와 음료를 처리할 수 있습니다.
모든 용량에 대응하는 초음파 프로브와 플로우 셀
Hielscher Ultrasonics의 제품군은 소형 실험실용 초음파 처리기부터 벤치톱 및 파일럿 시스템, 시간당 트럭 여러 대 분량을 처리할 수 있는 완전한 산업용 초음파 처리기까지 전 범위를 아우릅니다. 이러한 전체 제품군을 바탕으로 고객의 음료 또는 식품, 계획한 공정 처리 용량 및 생산 목표에 가장 적합한 초음파 장비를 제공할 수 있습니다.
최적의 결과를 위해 정밀하게 제어할 수 있는 진폭
모든 Hielscher 초음파 균질기는 정밀하게 제어할 수 있어 신뢰할 수 있는 주력 장비로 활용됩니다. 진폭은 균질화, 유화, 추출, 수화, 용해 및 보존과 같은 초음파의 기계적 효과의 효율과 효과에 영향을 미치는 핵심 공정 매개변수 중 하나입니다. 모든 Hielscher Ultrasonics 처리기는 진폭을 정밀하게 설정할 수 있습니다. 소노트로드와 부스터 혼은 진폭을 더욱 넓은 범위에서 조절할 수 있게 해 주는 부속품입니다. Hielscher 산업용 초음파 고전단 균질기는 매우 높은 진폭을 제공하며 까다로운 응용 분야에 필요한 초음파 강도를 전달할 수 있습니다. 최대 200µm의 진폭으로도 24/7 연속 운전을 손쉽게 수행할 수 있습니다.
정밀한 진폭 설정과 스마트 소프트웨어를 통한 초음파 공정 매개변수의 상시 모니터링으로 주스, 음료 또는 식품을 최적화된 조건에서 처리할 수 있습니다. 가장 효율적인 주스 균질화를 위한 최적의 초음파 처리!
Hielscher 초음파 처리기는 다음과 같은 음료의 균질화에 널리 사용됩니다.
Hielscher 초음파 처리기는 견고하여 고부하 및 가혹한 환경에서도 24/7 운전이 가능합니다. 따라서 Hielscher 초음파 처리기는 식품 및 음료 제조 요건을 충족하는 신뢰할 수 있는 작업 도구입니다.
최고의 품질 – 독일에서 설계 및 제조
가족이 소유하고 운영하는 기업인 Hielscher는 초음파 처리기에 최고의 품질 기준을 적용하는 것을 최우선으로 합니다. 모든 초음파 처리기는 독일 베를린 인근 텔토에 있는 본사에서 설계, 제조 및 철저한 시험을 거칩니다. Hielscher 초음파 장비의 견고성과 신뢰성은 생산 현장에서 주력 장비로 활약할 수 있게 합니다. 최대 부하 및 가혹한 환경에서의 24/7 운전은 Hielscher 초음파 고전단 균질기의 기본적인 특성입니다.
아래 표는 당사 초음파 처리기의 대략적인 처리 용량을 보여 줍니다.
| 배치 부피 | 유량 | 권장 장비 |
|---|---|---|
| 1–500mL | 10–200mL/min | UP100H |
| 10–2000mL | 20–400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1–20L | 0.2–4L/min | UIP2000hdT |
| 10–100L | 2–10L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10–100L/min | UIP16000 |
| n.a. | 더 높은 유량 | 클러스터형 UIP16000 |
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문헌 / 참고 자료
- Kamal Guerrouj, Marta Sánchez-Rubio, Amaury Taboada-Rodríguez, Rita María Cava-Roda, Fulgencio Marín-Iniesta (2016): Sonication at mild temperatures enhances bioactive compounds and microbiological quality of orange juice. Food and Bioproducts Processing 99, 2016. 20–28.
- Mustafa Fatih Ertugay; Mehmet Başlar (2014): The effect of ultrasonic treatments on cloudy quality-related quality parameters in apple juice. Innovative Food Science and Emerging Technologies 26, 2014. 226–231.
- J. Wu , T.V. Gamage, K.S. Vilkhu, L.K. Simons, R. Mawson (2008): Effect of thermosonication on quality improvement of tomato juice. Innovative Food Science and Emerging Technologies 9, 2008. 186–195.
- Mirja Mokkila , Annikka Mustranta, Johanna Buchert, Kaisa Poutanen (2004): Combining Power Ultrasound with Enzymes in Berry Juice Processing. VTT Technical Research Centre of Finland. Presentetd at BioCat Conference 2004.
- Mehmet Başlar, Hatice Biranger Yildirim, Zeynep Hazal Tekin, Mustafa Fatih Ertugay (2015): Ultrasonic Applications for Juice Making. In: M. Ashokkumar, (ed.), Handbook of Ultrasonics and Sonochemistry, 2015.
알아두면 유용한 정보
주스, 농축 환원 주스, 넥타의 차이점은 무엇인가요?
주스는 과일과 채소에 함유된 천연 액체를 추출하거나 압착하여 만든 음료입니다. 농축액으로 맛을 낸 액체를 가리키기도 합니다. 주스는 일반적으로 음료로 마시지만, 스무디처럼 식품이나 다른 음료의 재료 또는 맛을 내는 성분으로도 사용할 수 있습니다.
주스는 100% 주스, 농축 환원 주스, 넥타로 구분됩니다. 100% 주스는 색소, 보존료 또는 당류를 첨가하지 않고 천연 과일과 채소만으로 100% 만든 과일 주스입니다. 그러나 과일 주스는 신선한 비농축 주스로 만들거나 주스 농축액으로 만드는 등 다양한 방식으로 제조할 수 있습니다. 전자의 경우 과일을 수확한 직후 압착하여 보관하거나 병에 담습니다. 후자인 “농축액으로 만든” 주스의 경우, 갓 압착한 주스에서 진공 처리를 통해 수분을 제거하여 농축합니다. 이렇게 하면 부피가 줄어든 시럽 형태의 농축액을 얻을 수 있어 주스 제품을 운송하기에 유리합니다. 주스 농축액을 최종 목적지로 운송한 후 물을 첨가하여 과일 주스로 만듭니다.
넥타는 과일의 산도나 과육 함량이 너무 높아 100% 주스로 마시기 어려운 과일로 만든 주스를 뜻합니다. 넥타 제조에 쓰이는 과일의 대표적인 예로는 바나나, 망고, 살구, 복숭아, 배가 있습니다. 이 주스는 엄밀히 말하면 퓌레로, 물로 희석하며 마시기 좋은 농도와 기분 좋은 풍미를 내기 위해 설탕을 첨가할 수도 있습니다. 넥타의 과일 주스 함량은 과일 함량과 제조사의 배합법에 따라 25~99 %로 달라집니다. 넥타에는 당류가 첨가될 수 있지만 색소나 보존료는 전혀 들어 있지 않습니다.
주스를 함유한 다른 형태의 음료로는 주스 맛 레모네이드와 우유, 스무디, 영양 강화 주스 제품이 있습니다. 주스는 한 가지 과일이나 채소의 추출물로 구성되거나 두 가지 이상의 과일과 채소 원료를 조합하여 만들 수 있습니다. 가장 인기 있는 과일 주스는 오렌지, 사과, 크랜베리 또는 포도로 만듭니다. 그 밖에 인기 있는 과일 기반 음료는 파인애플, 패션프루트, 자몽, 망고, 바나나, 체리, 키위로 만듭니다.
시판 채소 주스는 일반적으로 당근, 비트, 셀러리, 호박, 토마토를 다양하게 조합하여 만듭니다. 마지막 두 가지는 엄밀히 말하면 채소가 아니지만, 맛을 좋게 하기 위해 흔히 사용됩니다. 채소 주스에 쓰이는 다른 인기 재료로는 파슬리, 민들레 잎, 케일, 셀러리, 펜넬, 브로콜리, 오이가 있습니다. 건강상 이점을 제공하고 흥미로운 풍미 특성을 내기 위해 레몬, 마늘, 생강, 강황 및 기타 향신료를 첨가합니다.
음료 생산에서 초음파 처리의 또 다른 응용 분야는 콤부차와 콤부차 유사 주스의 발효를 촉진하고 개선하는 것입니다. 초음파로 개선한 콤부차 발효에 대해 자세히 알아보려면 여기를 클릭하세요!