초음파로 개선 된 Kombucha 발효

초음파 처리는 콤부차, 김치 및 기타 발효 야채와 같은 초음파 발효 식품의 발효를 촉진하여 질량 전달을 강화하고, 미생물 세포를 파괴하고, 효소를 활성화하고, 균질성을 개선하여 궁극적으로 발효 속도를 가속화하고 우수한 품질의 제품을 생산합니다. 초음파 처리는 젖산 발효 중 생체 활성 화합물의 유익한 변화를 시작하여 영양 화합물 및 식물 화학 물질의 함량을 증가시킵니다.

콤부차와 발효 음료

콤부차는 흔히 "마더"라고도 불리는 "박테리아와 효모의 공생 배양"(SCOBY)을 사용하여 설탕을 넣은 차를 발효시켜 생산됩니다.” 또는 "차 버섯”. SCOBY에서 미생물 개체군의 다양성과 비율은 상당히 다양할 수 있습니다. 효모 성분은 일반적으로 Zygosaccharomyces, Candida, Kloeckera / Hanseniaspora, Torulaspora, Pichia, Brettanomyces / Dekkera, Saccharomyces, Lachancea, Saccharomycoides, Schizosaccharomyces 및 Kluyveromyces의 다른 종과 함께 Saccharomyces cerevisiae를 포함합니다. 박테리아 성분에는 거의 항상 Komagataeibacter xylinus(이전의 Gluconacetobacter xylinus)가 포함되며, 이는 효모에 의해 생성된 알코올을 아세트산 및 기타 산으로 발효시켜 산도를 높이고 에탄올 함량을 제한합니다.
마찬가지로 발효 과일 및 야채 주스와 같은 다른 발효 음료에는 박테리아와 효모가 접종됩니다.
초음파로 처리하면 발효 효율과 영양 함량 및 풍미를 포함한 발효 음료의 품질 특성을 향상시킬 수 있습니다.

초음파 강화 콤부차 발효

초음파는 박테리아와 효모의 성장을 자극하는 것으로 잘 알려져 있습니다. 따라서 콤부차 배양 (SCOBY, 차 버섯, 차 곰팡이 또는 만주 버섯이라고도 함)의 제어 된 온화한 초음파 처리는 발효 과정을 촉진하고 가속화 된 발효 시간에 더 높은 콤부차 수율로 이어질 수 있습니다.
초음파 자극 발효는 향상된 막 투과성을 보여 주어 증가 된 질량 전달을 보여줍니다. 초음파에 의한 초음파 역학적 처리는 미생물의 세포벽과 원형질막을 천공합니다(초음파 처리라고 하는 과정). 일부 세포는 파열될 수도 있습니다. 이렇게 파괴된 세포는 비타민, 뉴클레오티드, 아미노산 및 효소와 같은 성장 촉진 인자를 방출하여 세포막이 손상된 박테리아뿐만 아니라 세포적으로 손상되지 않은 박테리아의 성장을 자극할 수 있습니다.
발효 전의 초음파 처리와 지연 및 로그 단계에서 박테리아 성장 자극에 가장 두드러진 효과를 보였습니다.

Kombucha 발효에 대한 초음파 처리의 이점

초음파는 어떻게 발효 과정을 촉진하고 더 나은 콤부차, 야채 발효물, 누룩 등을 생산하는 데 도움이 됩니까? 초음파 처리는 여러 가지 방법으로 발효를 강화하며, 이는 발효 콤부차의 맥락에서 아래에 설명되어 있습니다. 콤부차는 전통적으로 가당 차와 박테리아와 효모의 공생 배양(SCOBY)으로 만든 발효 음료입니다. 희석된 과일 퓌레는 콤부차 생산을 위한 영양이 풍부하고 풍미 가득한 베이스를 제공합니다. 아래에서는 초음파가 생산을 촉진하는 방법을 배웁니다.

• 질량 전달 증가: 초음파는 액체에 미세한 캐비테이션 기포를 생성하여 미세 흐름, 액체 제트 및 난류를 형성합니다. 이 교반은 발효를 담당하는 미생물과 배지의 영양소 사이의 접촉을 증가시켜 질량 전달을 향상시킵니다. 결과적으로 영양소는 발효 미생물에 더 효율적으로 흡수되어 발효 속도가 빨라집니다.
• 세포 파괴: 초음파 발생기는 세포 용해 및 추출의 효과로 잘 알려져 있습니다. 식품 발효에서 초음파 발생기는 미생물 세포벽을 파괴하여 발효 반응을 더욱 촉진할 수 있는 세포 내 효소와 대사 산물을 방출합니다. 이러한 파괴는 미생물 세포에서 풍미 화합물, 비타민 및 유기산의 방출을 촉진하여 발효 제품의 풍미 복잡성과 영양소가 풍부해지는 데 기여합니다. 초음파 발효 산자나무 콤부차에서는 훨씬 더 높은 비율의 페놀 화합물을 측정할 수 있습니다. (Dornan et al., 2020 참조)
• 영양이 풍부한 발효 기질의 준비: 초음파 추출은 미생물 소화에 사용할 수 있는 형태로 많은 영양소를 제공하는 발효 기질을 준비하는 데 도움이 됩니다. 이는 초음파 처리된 발효 기질(예: 과일 및 채소 퓌레)에서 전분 및 설탕과 같은 생체 활성 화합물이 식물 세포의 세포 내 기질에서 분리됨을 의미합니다. 미생물은 기질을 쉽게 먹을 수 있으며, 이는 발효 과정을 가속화하고 단축시킵니다. 폴리페놀, 플라보노이드 및 비타민도 마찬가지이며, 이들은 세포 내 기질에서 방출되어 발효 식품 또는 음료의 전반적인 영양가에 기여합니다.
• 향상된 효소 활성: 초음파 처리는 발효 과정에 관여하는 특정 효소의 활성을 활성화하거나 향상시킵니다. 예를 들어, 셀룰라아제와 아밀라아제는 복합 탄수화물을 더 단순한 당으로 분해하는 데 중요한 효소인 셀룰라아제와 아밀라아제의 활성을 증가시키며, 이 효소는 콤부차 배양에 존재하는 미생물에 의해 발효됩니다.
• 향상된 균질성: 초음파 처리력은 항상 혼합 및 혼합을 초래하기 때문에 초음파 처리는 발효 혼합물의 더 나은 균질화를 보장하여 매체 전체에 영양소와 미생물을 균일하게 분포시킵니다. 이러한 균일성은 일관된 발효 역학과 바람직한 감각 특성을 가진 고품질 콤부차 제품의 생산을 촉진합니다.

미생물 성장의 초음파 자극은 초음파가 발효 전에 적용되거나 지연 및 로그 단계에서 적용될 때 가장 효과적입니다.

사례 연구: 사과 주스 발효의 초음파 자극

연구에 따르면 사과 주스 발효 중 지연 및 로그 단계에서 초음파 처리는 미생물 성장을 촉진하고 사과산에서 젖산으로의 생체 변형을 강화했습니다. 예를 들어, 0.5 시간 동안 지연 단계에서 초음파 처리 한 후 58.3 W / L의 초음파 처리 샘플의 미생물 수 및 젖산 함량은 7.91 ± 0.01 Log CFU / mL 및 133.70 ± 7.39 mg / L에 도달했으며, 이는 비 초음파 처리 샘플보다 훨씬 높았습니다. 또한, 지연 및 로그 단계에서의 초음파는 클로로겐산, 카페산, 프로시아니딘 B2, 카테킨 및 갈산과 같은 사과 페놀의 대사에 복잡한 영향을 미쳤습니다. 초음파는 클로로겐산에서 카페산으로의 가수분해, 프로시아니딘 B2의 변환 및 갈산의 탈카르복실화에 긍정적인 영향을 미칠 수 있습니다. 초음파 처리 된 샘플에서 유기산과 유리 아미노산의 대사는 페놀 대사와 통계적으로 상관 관계가 있었으며, 이는 초음파가 유기산 및 아미노산의 미생물 대사를 개선함으로써 페놀 유도에 도움이 될 수 있음을 의미합니다. (Wang et al., 2021 참조)

사례 연구: 초음파로 개선된 두유 발효

Ewe et al. (2012) 연구팀은 두유 발효 중 락토바실러스 균주(Lactobacillus acidophilus BT 1088, L. fermentum BT 8219, L. acidophilus FTDC 8633, L. gasseri FTDC 8131)의 대사 효율에 대한 초음파의 영향을 조사했습니다. 초음파 처리가 박테리아의 세포막을 투과시키는 것이 관찰되었습니다. 투과화된 세포막은 영양소 내재화가 개선되고 그에 따른 성장 증진이 이루어졌습니다(P ≺ 0.05). 더 높은 진폭과 더 긴 초음파 처리 기간은 두유에서 락토바실러스의 성장을 촉진했으며, 생존 가능한 수는 9 log CFU / mL를 초과했습니다. 락토바실러스의 세포 내 및 세포 외 β-글루코시다아제 특이적 활성도 초음파에 의해 향상되어(P ≺ 0.05) 두유의 이소플라본, 특히 제니스틴 및 말로닐 제니스틴에서 제니스테인으로의 생체 전환이 증가했습니다. 이 연구의 결과는 유산균 세포에 대한 초음파 처리가 세포의 β-글루코시다아제 활성을 촉진(P ≺ 0.05)하여 두유에서 이소플라본 글루코시드를 생체 활성 아글리콘으로 강화(P ≺ 0.05)하는 이점을 보여줍니다. (참조: Ewe et al., 2012)

처리하지 않은 유산균(A)과 60% 진폭으로 3분 동안 초음파로 처리한 유산균(B)의 주사 전자 현미경 사진. 파열된 세포와 기공이 있는 세포를 보여주는 원.
(연구 및 이미지: ©Ewe et al., 2012)

콤부차(Kombucha)와 발효음료(Fermented Beverages)의 영양 화합물 및 향료 추출(Extraction of Nutritional Compounds and Flavours in Kombucha and fermented Beverages)

발효 차, 주스 및 야채 음료(예: 발효 사과 또는 뽕나무 주스 또는 과일 주입 콤부차)는 초음파 치료를 통해 맛과 영양소면에서 상당한 이점을 얻을 수 있습니다. 초음파는 식물 물질의 세포 구조를 파괴하고 향료, 폴리페놀, 항산화제 및 플라보노이드와 같은 세포 내 화합물을 방출합니다. 동시에 초음파 균질화는 균일하게 분산되고 유화 된 음료를 제공하여 상 분리를 방지하고 소비자에게 매력적인 외관을 제공합니다. 아래에서 초음파 처리된 산자나무 베리 콤부차(sea buckthorns berry kombucha)와 비교하여 상 분리가 없는 예를 볼 수 있습니다.
초음파의 맛과 영양소 추출에 대해 자세히 알아보세요!

사례 연구: 초음파로 보존된 Kombucha

초음파 치료는 미생물을 자극하거나 비활성화하여 미생물에 영향을 줄 수 있습니다. 또한 효소는 초음파 처리의 영향을받습니다 : 초음파는 효소, 기질 및 그 반응의 특성을 변경할 수 있습니다. 저주파 초음파의 이러한 효과는 식품 및 음료를 저온 살균하기 위한 비열적 대안으로 식품 가공에 사용됩니다. 초음파 처리는 진폭, 시간, 온도 및 압력과 같은 공정 매개 변수를 정밀하게 제어 할 수있는 이점을 제공하여 미생물의 표적 비활성화를 가능하게합니다. 콤부차와 발효 음료에서 미생물 부하를 비활성화하면 유통 기한과 제품 안정성을 높일 수 있습니다. 미생물과 효소의 감소는 최종 제품의 연장된 저장 수명으로 인해 상업적 유통을 용이하게 합니다. 초음파는 주스의 저온 살균과 같은 상업용 식품 가공에 이미 사용되는 비열 저온 살균 방법입니다. 특히 더 높은 진폭에서 초음파는 세포벽을 손상시켜 박테리아와 효모를 비활성화합니다. 그 결과 미생물 성장이 느려지거나 중단됩니다. 예를 들어, Kwaw et al. (2018)은 젖산 발효 뽕나무 주스에 대한 비열 저온 살균 전략으로 초음파를 조사했습니다. 초음파 처리된 발효 뽕나무 주스는 처리되지 않은 발효 뽕나무 주스인 대조군보다 페놀 화합물 함량이 더 높았습니다(1700.07 ± 2.44 μg/mL). "개별 비열 처리 중에서 초음파는 상당한 (p < 0.05) 펄스 광 처리에 비해 젖산 발효 뽕나무 주스의 페놀 및 항산화 특성의 급증." (Kwaw 외, 2018) 콤부차는 생명 배양물로 알려진 음료이지만, 상업적으로 유통되는 콤부차 음료의 유통 기한을 연장하기 위해 미생물을 통제된 환원으로 사용할 수 있습니다.
정기적인 열 저온 살균은 일반적으로 콤부차에 존재하는 모든 살아있는 효모와 박테리아를 죽이고 건강 증진 효과의 주요 요인 중 하나입니다. 초음파 저온 살균은 미생물 수를 줄이거나 미생물을 완전히 제거하는 데 사용할 수 있는 비열 보존 방법입니다. 이는 상업 생산자가 박테리아와 효모를 완전히 제거하지 않고 박테리아와 효모의 수를 줄이기 위해 더 낮은 진폭과 더 짧은 기간 동안 초음파를 적용할 수 있음을 의미합니다. 따라서 생활 문화는 콤부차에 여전히 존재하지만 그 수는 적어 유통 기한과 보관 시간이 개선됩니다.

초음파 처리 된 Kombucha에서 과학적으로 입증 된 결과

Dornan et al. (2020)은 초음파 발생기 UIP500hdT를 사용하여 산자나무 열매로 만든 콤부차에 대한 저주파 초음파의 효과를 조사했습니다. 연구팀은 바다 갈매 나무속 베리 준비 및 후속 콤부차 발효에 대한 초음파의 여러 가지 유익한 효과를 입증 할 수 있습니다.

초음파 바다 갈매 나무속 베리 추출

신선한 통 바다 갈매 나무속 열매 (sanddorne, H. rhamnoides cv. Sunny라고도 함)의 초음파 처리를 Vitamix 블렌더를 사용하여 2 분 동안 퓌레로 만들었습니다. 원래 퓌레 부피의 30%에 해당하는 dH2O 부피를 추가하고 블렌딩했습니다. 초음파 (90W, 20kHz, 10 분)는 UIP500hdT 초음파 프로세서를 사용하여 희석 된 퓌레 200mL에 적용되었습니다 (왼쪽 그림 참조). 처리 시간은 영양소의 최적화와 샘플의 신선도 같은 상태를 유지하기 위해 선택되었습니다. 초음파 추출의 결과는 펄프에서 추출 수율 10 % (19.04 ± 0.08에서 20.97 ± 0.29 %)와 종자의 경우 7 % (14.81 ± 0.08에서 15.83 ± 0.28 %)만큼 상당한 (P ≺ 0.05) 증가를 보여줍니다. 이러한 오일 수율의 증가는 원료 가치를 극대화하기위한 효과적이고 친환경적인 기술로서의 초음파 처리의 기능을 강조합니다. 산자나무 열매에서 초음파 추출을 통해 오일 수율을 높이고 처리 시간, 전력 소비를 줄이며 위험한 용매를 피할 수 있었습니다.

사례 연구: Sea buckthorn berry kombucha의 초음파 균질화

초음파 처리 된 바다 갈매 나무속 (sanddorne) 베리 콤부차는 제품의 안정성이 크게 향상 된 것으로 나타났습니다. 보관 21일째까지 초음파 처리된 베리 콤부차는 균질하게 유지되었습니다. 전체 연구 (21 일, 아래 그림 참조) 동안 초음파 처리 된 베리 콤부차에서 시너지 효과가 관찰되지 않았다는 사실은 초음파만으로도 제품 안정성을 생성하고 상 분리를 방지 할 수있는 효과적인 유화 기술임을 보여줍니다.

산자나무 퓌레(P) 0일과 21일에 초음파 치료(P+US)가 있거나 없는 경우.
연구 및 사진:©Dornan et al., 2020.

발효를 멈추는 초음파

K(콤부차), K+US(콤부차 + 초음파), K+S(콤부차 + 자당), K+S+US(콤부차 + 자당 + 초음파)의 4가지 콤부차 샘플을 만들었습니다. 모든 샘플은 200mL의 산자나무 퓌레(P) 또는 P+US와 12.5g의 SCOBY를 사용하여 준비되었습니다. K는 P와 SCOBY로 구성되었습니다. K+US는 P+US와 SCOBY로 구성되었다. K+S는 P, 15.0g의 자당 및 SCOBY로 구성되었습니다. K+S+US는 P+US, 15.0g의 자당 및 SCOBY로 구성되었습니다. 모든 샘플은 어두운 곳에서 실온의 발효 상태로 5일 동안 방치되었습니다. 두 번째 초음파 처리 (90W, 20kHz, 10 분)를 K + US 및 K + S + US에 적용하여 5 일째에 발효를 중단했습니다.

Kombucha에 대한 초음파 보존 효과

바다 갈매 나무속 콤부차에서 초음파 처리는 초기 미생물 부하를 2.6 log CFU / mL만큼 줄여 과도한 발효를 방지하기 위해 선택한 시간에 발효 과정을 중단합니다. 또한, 통제된 미생물 감소는 최종 제품의 유통 기한과 안정성을 높이는 데 도움이 되며, 이는 콤부차의 상업적 유통을 용이하게 합니다.
non-thermal juice 저온 살균 방법으로 초음파에 대해 자세히 알아보십시오!

초음파 처리 된 Kombucha의 전반적인 결과

초음파는 초기 미생물 부하를 2.6 log CFU / mL 감소시키고 ORAC 값을 3 % 증가시켰으며 시너지없이 수용성 지수 (WSI)를 40 % (6.64에서 9.29 g / g으로) 증가시켰다. 이 연구의 결과는 초음파의 적용이 발효 중 페놀 기능을 향상시킬 수 있으며 다음을 수행 할 수 있음을 시사합니다. 시너지 감소, 오일 수율 증가, 미생물 부하 감소, 영양 품질 손실을 최소화하면서 ORAC 증가. (Dornan et al., 2020 참조)

Kombucha 양조 개선을 위한 초음파 장비

Hielscher 초음파는 식품에 사용되는 발효, 추출 및 저온 살균 공정을 개선하기위한 고성능 초음파기, 초음파 생물 반응기 및 액세서리를 설계, 제조 및 유통합니다 & 음료 제조. Hielscher 초음파 식품 가공 시스템은 고품질 식품 및 음료를 생산하기 위해 안전하고 신뢰할 수 있으며 비용 효율적인 기술 인 매니 폴드 응용 분야에 사용됩니다. 모든 Hielscher 초음파 프로세서의 설치 및 작동은 간단합니다 : 그들은 작은 공간 만 필요하며 기존 처리 시설에 쉽게 개조 할 수 있습니다.
Hielscher Ultrasonics is long-experienced in the application of power ultrasound in the food & 음료 산업 및 기타 여러 산업 분야. 당사의 초음파 프로세서에는 세척이 용이한(clean-in-place CIP/sterilize-in-place SIP), 소노트로드 및 플로우 셀(습식 부품)이 장착되어 있습니다. Hielscher 초음파’ 산업용 초음파 프로세서는 매우 높은 진폭을 제공할 수 있습니다. 최대 200μm의 진폭을 24/7 작동에서 쉽게 연속적으로 실행할 수 있습니다. 진폭의 정밀한 조정과 낮은 진폭과 높은 진폭 사이를 전환하는 옵션은 미생물을 자극하거나 비활성화하는 데 중요합니다. 따라서 동일한 초음파를 사용하여 발효를 증가시키는 미생물을 자극하거나 저온 살균을 위해 미생물을 비활성화 할 수 있습니다.
최첨단 기술, 고성능 및 정교한 소프트웨어를 통해 Hielscher 초음파가’ 식품 발효 과정에서 신뢰할 수 있는 작업 말. 작은 설치 공간과 다양한 설치 옵션을 갖춘 Hielscher 초음파기는 기존 생산 라인에 쉽게 통합하거나 개조 할 수 있습니다.

Hielscher 초음파를 사용한 공정 표준화

식품 등급 제품은 GMP(Good Manufacturing Practices)와 표준화된 가공 사양에 따라 생산해야 합니다. Hielscher 초음파의 디지털 추출 시스템에는 지능형 소프트웨어가 함께 제공되어 초음파 처리 과정을 정확하게 설정하고 제어 할 수 있습니다. 자동 데이터 기록은 초음파 에너지(총 및 순 에너지), 진폭, 온도, 압력(온도 및 압력 센서가 장착된 경우)과 같은 모든 초음파 공정 매개변수를 내장 SD 카드에 날짜 및 시간 스탬프와 함께 씁니다. 이를 통해 초음파로 처리 된 각 로트를 수정할 수 있습니다. 동시에 재현성과 지속적으로 높은 제품 품질이 보장됩니다.
Hielscher Ultrasonics’ industrial ultrasonic processors can deliver very high amplitudes. Amplitudes of up to 200µm can be easily continuously run in 24/7 operation. For even higher amplitudes, customized ultrasonic sonotrodes are available. The robustness of Hielscher’s ultrasonic equipment allows for 24/7 operation at heavy duty and in demanding environments.
우리의 초음파 저온 살균 시스템의 특징과 능력에 대해 자세히 알아 보려면 저희에게 연락하십시오. 귀하의 응용 프로그램에 대해 논의하게 되어 기쁩니다!

아래 표는 초음파기의 대략적인 처리 용량을 나타냅니다.