Sonicatie voor sapconservering en verhoging van de voedingswaarde

In de moderne voedselverwerking is het behoud van versheid en tegelijkertijd het verhogen van de voedingswaarde een centrale uitdaging. Ultrasone behandeling met hoge prestaties – met sonicators met een sonde – heeft aan populariteit gewonnen als krachtige niet-thermische verwerkingsmethode. Dit artikel presenteert de bevindingen van een wetenschappelijk onderzoek naar de manier waarop ultrasone processoren van Hielscher het voedingsprofiel van aardbeiensap dat met Stevia rebaudiana is gezoet, verbeteren.

Belangrijkste inzichten: Sonicatie verhoogt het gehalte aan fenolische verbindingen, het flavonoïdengehalte en de antioxidantcapaciteit – allemaal onder schaalbare omstandigheden die geschikt zijn voor industriële toepassing.

Waarom warmte vervangen door ultrageluid?

Traditionele pasteurisatie kan thermolabiele verbindingen zoals polyfenolen en flavonoïden afbreken. Ultrasone behandeling daarentegen is een niet-thermische verwerkingstechniek die akoestische cavitatie gebruikt om celontsluiting en moleculaire diffusie te bevorderen zonder schade door warmte.

Een recent, collegiaal getoetst onderzoek van Šic Žlabur et al. (2019), gepubliceerd in het tijdschrift “Molecules” levert overtuigend bewijs voor de doeltreffendheid van ultrageluid met hoge intensiteit, met behulp van het sonicatormodel UP400St van Hielscher, bij de behandeling van aardbeiensap dat met Stevia rebaudiana is gezoet. De bevindingen hebben belangrijke implicaties voor de industriële sapverwerking, aangezien de experimentele omstandigheden lineair schaalbaar zijn met de gebruikte ultrasone systemen van Hielscher.

Voordelen van ultrasone sapverwerking:

• Verbeterde extractie van bioactieve verbindingen
• Behoud van smaak en kleur
• Vermindering van de microbiële belasting
• Schaalbaar en energiezuinig
• Proces zonder additieven voor een clean label

De experimentele opstelling: sonicatie van sap

In het onderzoek werd een Hielscher UP400St ultrasone processor (400 W, 24 kHz) gebruikt om aardbeiensap te behandelen in aanwezigheid van groen steviapoeder.
De onderzoekers evalueerden de effecten van sonicatie met een sonde bij verschillende amplitudes (50%, 75%, 100%), sondediameters (sonotrode S24d7 met een tipdiameter van 7 mm en S24d22 met een tipdiameter van 22 mm) en sonicatietijden (15, 20 en 25 minuten). Van alle geteste omstandigheden leverde de meest intensieve behandeling – 100% amplitude, een sonde van 22 mm, 25 minuten – de meest uitgesproken resultaten op.

Overzicht van de resultaten – ultrasone sapverwerking

Verhoogd totaalgehalte aan fenolische verbindingen (TPC)

Gesoniceerde sappen vertoonden een tot 23% hoger TPC dan bij milde sonicatie en een 18% hoger TPC dan niet-gesoniceerde sappen met stevia.

C18: gesoniceerd met een sonde van 22 mm, 100% amplitude, 25 minuten
Tabel: effect van sonicatie op het gehalte aan fenolische verbindingen en de antioxidantactiviteit

 
Het totaalgehalte aan fenolische verbindingen (TPC) nam met 23% toe ten opzichte van de mildste sonicatie en met 18% ten opzichte van niet-gesoniceerde monsters met stevia.
Belangrijke fenolische verbindingen waarvan het gehalte toenam, waren luteoline, apigenine, quercetine, myricetine en kaempferol, met toenames tot 3 tot 7 keer het oorspronkelijke gehalte.
Ook de antioxidantcapaciteit (gemeten met de ABTS-assay) nam toe, wat de toename van bioactieve stoffen weerspiegelt.

Fenolzuren en flavonoïdenprofiel

Ultrageluid maakte een superieure extractie van fenolzuren zoals pyrogallol en 4-methylcatechol mogelijk, waarbij het pyrogallolgehalte in het meest intensief gesoniceerde sap bijna 2 mg/g bereikte – meer dan 3,5× hoger dan in niet-gesoniceerde tegenhangers.

De vorming van hydroxylradicalen tijdens akoestische cavitatie draagt waarschijnlijk bij aan een sterkere hydroxylering en afgifte van fenolische verbindingen, wat overeenkomt met eerdere mechanistische onderzoeken naar ultrasone extractie.

Verbeterde zoetheid met functionele voordelen

Het onderzoek richtte zich met name op steviolglycosiden, vooral stevioside en rebaudioside A (Reb A) – de belangrijkste zoetstoffen in Stevia rebaudiana. Sonicatie verhoogde hun concentraties aanzienlijk:

• Het steviosidegehalte nam met 61% toe.
• Het Reb A-gehalte verdubbelde (+114%).

Deze verhoging is niet alleen gunstig voor de zoetheid, maar ook vanuit sensorisch en metabool oogpunt. Hogere Reb A-gehalten verbeteren de smakelijkheid doordat ze de bitterheid verminderen die vaak met stevioside wordt geassocieerd.

Ultrasone sapverwerking: industriële relevantie en schaalbaarheid

Sonicators van Hielscher maken een nauwkeurige regeling van alle belangrijke procesparameters mogelijk. Daardoor zijn alle resultaten lineair schaalbaar, dankzij het ontwerp van de ultrasone processoren van Hielscher, die tijdens het opschalen een constante energie-intensiteit handhaven. Dit maakt de overgang van tafelmodellen naar continue industriële systemen zowel technisch haalbaar als economisch aantrekkelijk.

Dit onderzoek draagt bij aan een groeiende hoeveelheid bewijs voor ultrageluid met hoge intensiteit als duurzame, niet-thermische verwerkingsmethode. De waargenomen gecombineerde voordelen – verhoging van de voedingswaarde, verbeterde antioxidantcapaciteit en geoptimaliseerde sensorische eigenschappen – onderstrepen de waarde ervan voor de ontwikkeling van functionele dranken.

Wat betekent dit voor de industrie?
Met schaalbare technologieplatforms zoals die van Hielscher kunnen sapproducenten sonicatie nu niet alleen als een alternatief beschouwen, maar ook als een verbetering – zowel voor de productkwaliteit als voor de gezondheid van de consument.

De onderstaande tabel geeft u een indicatie van de verwerkingscapaciteit van onze ultrasone apparaten:

Ontwerp, productie en advies – kwaliteit uit Duitsland

De ultrasone apparaten van Hielscher staan bekend om hun hoogste kwaliteits- en ontwerpnormen. Robuustheid en eenvoudige bediening maken een soepele integratie van onze ultrasone apparaten in industriële installaties mogelijk. Ultrasone apparaten van Hielscher kunnen moeiteloos omgaan met zware omstandigheden en veeleisende omgevingen.

Hielscher Ultrasonics is een ISO-gecertificeerd bedrijf en legt bijzondere nadruk op ultrasone apparaten met hoge prestaties met geavanceerde technologie en gebruiksvriendelijkheid. Uiteraard zijn de ultrasone apparaten van Hielscher CE-conform en voldoen ze aan de eisen van UL, CSA en RoHs.