Sonificatie voor conservering van sap en verbetering van voedingsstoffen
In de moderne voedselverwerking is het een grote uitdaging om versheid te behouden en tegelijkertijd de voedingswaarde te verbeteren. Hoogwaardige ultrasone trillingen - waarbij gebruik wordt gemaakt van sonicators van het probe-type - hebben aan populariteit gewonnen als krachtige niet-thermische verwerkingsmethode. Dit artikel presenteert de resultaten van een wetenschappelijk onderzoek waarin werd onderzocht hoe het voedingsprofiel van aardbeiensap gezoet met Stevia rebaudiana wordt verbeterd door Hielscher ultrasone processors.
Belangrijkste inzichten: Sonicatie verhoogt het gehalte aan fenolen, flavonoïden en antioxidantcapaciteit - en dat alles onder schaalbare omstandigheden die geschikt zijn voor industriële toepassing.
Waarom warmte vervangen door ultrageluid?
Traditionele pasteurisatie kan thermolabiele verbindingen zoals polyfenolen en flavonoïden afbreken. Ultrasoon is daarentegen een niet-thermische verwerkingstechniek die gebruik maakt van akoestische cavitatie om de celdisruptie en moleculaire diffusie te verbeteren zonder schade door hitte.
Ultrasoon sap conserveren en voedingsstoffen extraheren
Een recente peer-reviewed studie van Šic Žlabur et al. (2019), gepubliceerd in het tijdschrift “Molecules” levert robuust bewijs voor de werkzaamheid van ultrasoon geluid met hoge intensiteit, met behulp van de Hielscher sonicator model UP400St, voor de behandeling van aardbeiensap gezoet met Stevia rebaudiana. De bevindingen hebben belangrijke implicaties voor industriële sapverwerking, aangezien de experimentele omstandigheden lineair schaalbaar zijn met de gebruikte Hielscher ultrasone systemen.
Voordelen van Ultrasone Sapverwerking:
- Verbeterde extractie van bioactieve stoffen
- Behoud van smaak en kleur
- Vermindering van microbiële belasting
- Schaalbaar en energie-efficiënt
- Clean-label, additievenvrij proces
De experimentele opstelling: Sonificeren van sap
In het onderzoek werd een Hielscher UP400St ultrasone processor (400 W, 24 kHz) gebruikt om aardbeiensap te behandelen in aanwezigheid van groen stevia poeder.
De onderzoekers evalueerden de effecten van sondetype sonicatie onder verschillende amplitudes (50%, 75%, 100%), sondediameters (sonotrode S24d7 met 7 mm en S24d22 met 22 mm tipgrootte) en sonicatietijden (15, 20 en 25 minuten). In alle geteste condities leverde de meest intensieve behandeling - 100% amplitude, 22 mm sonde, 25 minuten - de meest uitgesproken resultaten op.
Overzicht resultaten – Ultrasone sapverwerking
Verbeterd totaal fenolgehalte (TPC)
Gesoniseerde sappen vertoonden tot 23% hogere TPC vergeleken met milde sonicatie en 18% hoger dan niet-gesoniseerde sappen met stevia.
| voorbeeld | TPC (mg GAE/L) | Flavonoïden (mg GAE/L) | Antioxidantcapaciteit (mmol TE/L) |
|---|---|---|---|
| Controle | 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: Sonisch gemaakt met een 22 mm sonde, 100% amplitude, 25 minuten
Tabel: Effect van Sonicatie op fenolgehalte en antioxidantactiviteit
Het totale fenolgehalte (TPC) steeg met 23% vergeleken met de mildste sonicatie en met 18% vergeleken met niet-gesoneerde monsters met stevia.
De belangrijkste fenolen die werden versterkt waren luteoline, apigenine, quercetine, myricetine en kaempferol, met toenames variërend van 3- tot 7-voudig.
De antioxidantcapaciteit (via ABTS-test) nam ook toe, wat de toename in bioactieve stoffen laat zien.
Fenolzuren en flavonoïdenprofiel
Ultrasoon geluid zorgde voor een superieure extractie van fenolzuren zoals pyrogallol en 4-methyl-catechol, waarbij pyrogallol bijna 2 mg/g bereikte in het sap met de sterkste sonificatie - meer dan 3,5× hoger dan in niet-gesoniseerde tegenhangers.
De vorming van hydroxylradicalen tijdens akoestische cavitatie draagt waarschijnlijk bij aan een verbeterde hydroxylatie en afgifte van fenolverbindingen, wat overeenkomt met eerdere mechanistische onderzoeken naar ultrasone extractie.
Verbeterde zoetheid met functionele voordelen
De studie onderzocht steviolglycosiden, met name stevioside en rebaudioside A (Reb A) - de primaire zoetstoffen in Stevia rebaudiana. Sonicatie verhoogde hun concentraties aanzienlijk:
- Het steviosidegehalte steeg met 61%.
- Reb A-gehalte verdubbeld (+114%).
Deze verbetering is niet alleen gunstig vanuit zoetheidsperspectief, maar ook vanuit sensorisch en metabolisch oogpunt. Hogere Reb A gehaltes verbeteren de smakelijkheid door de bitterheid te verminderen die vaak geassocieerd wordt met stevioside.
Ultrasone sapverwerking: Industriële relevantie en schaalbaarheid
Hielscher sonicators maken een nauwkeurige controle van alle belangrijke procesparameters mogelijk. Daarbij zijn alle resultaten lineair schaalbaar, dankzij het ontwerp van de Hielscher ultrasoonprocessoren, die een constante energie-intensiteit behouden tijdens het opschalen. Dit maakt de overgang van tafelmodellen naar continue industriële systemen zowel technisch haalbaar als economisch aantrekkelijk.
Dit onderzoek draagt bij aan het groeiende bewijs dat ultrasoon geluid met hoge intensiteit een duurzame, niet-thermische verwerkingsmethode is. De gecombineerde voordelen - verbetering van voedingsstoffen, verbeterde antioxidantcapaciteit en geoptimaliseerde sensorische eigenschappen - onderstrepen de waarde ervan bij de ontwikkeling van functionele dranken.
Wat betekent dit voor de industrie?
Met schaalbare technologieplatforms zoals die van Hielscher kunnen sapfabrikanten sonicatie nu niet alleen beschouwen als een alternatief, maar als een upgrade - zowel voor de productkwaliteit als voor de gezondheid van de consument.
- hoog rendement
- ultramoderne technologie
- betrouwbaarheid & robuustheid
- instelbare, nauwkeurige procesregeling
- batch & inline
- voor elk volume
- intelligente software
- slimme functies (bijv. programmeerbaar, dataprotocollering, afstandsbediening)
- eenvoudig en veilig te bedienen
- gering onderhoud
- CIP (clean-in-place)
De onderstaande tabel geeft een indicatie van de verwerkingscapaciteit van onze ultrasone machines:
| Batchvolume | Debiet | Aanbevolen apparaten |
|---|---|---|
| 10 tot 2000 ml | 20 tot 400 ml/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 tot 20L | 0.2 tot 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 tot 100 liter | 2 tot 10 l/min | UIP4000hdT |
| 15 tot 150 liter | 3 tot 15 l/min | UIP6000hdT |
| n.v.t. | 10 tot 100 l/min | UIP16000hdT |
| n.v.t. | groter | cluster van UIP16000hdT |
Ontwerp, productie en advies – Kwaliteit Made in Germany
Hielscher ultrasone machines staan bekend om hun hoge kwaliteit en ontwerpnormen. Robuustheid en eenvoudige bediening zorgen voor een soepele integratie van onze ultrasoonapparatuur in industriële faciliteiten. Ruwe omstandigheden en veeleisende omgevingen worden gemakkelijk door Hielscher ultrasoontoestellen aangepakt.
Hielscher Ultrasonics is een ISO-gecertificeerd bedrijf en legt speciale nadruk op hoogwaardige ultrasone apparaten met state-of-the-art technologie en gebruiksvriendelijkheid. Uiteraard zijn de Hielscher ultrasoonapparaten CE-conform en voldoen ze aan de eisen van UL, CSA en RoHs.
Ultrasone voedselhomogenisator UIP16000 voor de industriële verwerking van voedingsmiddelen en dranken.
Literatuur / Referenties
- 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.
veelgestelde vragen
Hoe worden sappen bewaard?
Sappen worden meestal geconserveerd door middel van thermische pasteurisatie, waarbij warmte bederf veroorzakende micro-organismen en enzymen inactiveert. Alternatieve methoden zijn hogedrukbehandeling (HPP), sonicatie, gepulseerde elektrische velden (PEF) en chemische conserveringsmiddelen zoals sorbaten of benzoaten. Deze benaderingen zijn gericht op het verlengen van de houdbaarheid met behoud van veiligheid en sensorische kwaliteit.
Lees meer over ultrasone sapconservering!
Waarom is niet-thermische sapverwerking voordelig?
Niet-thermische verwerking - zoals HPP, PEF of ultrasoon - minimaliseert thermische degradatie van hittegevoelige voedingsstoffen, smaken en bioactieve stoffen. Het maakt microbiële inactivatie mogelijk met behoud van voedingskwaliteit en sensorische eigenschappen, en biedt een schoner labelalternatief voor conventionele warmtebehandelingen. Lees meer over de voordelen van ultrasoon geassisteerde HPP-sapconservering!
Zijn drankjes met Stevia gezond?
Stevia, een natuurlijke niet-nutritieve zoetstof afgeleid van Stevia rebaudiana, wordt door de FDA algemeen erkend als veilig (GRAS). Het heeft een verwaarloosbaar caloriegehalte en verhoogt de bloedglucose- of insulinespiegel niet, waardoor het een geschikt alternatief is voor mensen met diabetes of mensen die hun suikerinname willen verminderen. De voordelen voor de gezondheid hangen echter af van de algehele samenstelling van de drank - met Stevia gezoete dranken kunnen nog steeds additieven bevatten of voedingswaarde missen.
Lees meer over ultrasone stevia-extractie!
Hielscher Ultrasonics produceert hoogwaardige ultrasone homogenisatoren van lab naar industrieel formaat.