Ultradźwięki dużej mocy w poprawie jakości soków i smoothie

Naukowcy z Uniwersytetu Technicznego w Berlinie stwierdzili, że sonikacja jest bardzo skuteczną metodą przetwarzania pozwalającą poprawić jakość soków owocowych i warzywnych oraz smoothie. Jako nietermiczna technika przetwarzania żywności ultradźwięki zapewniają łagodną, ale skuteczną obróbkę, która intensyfikuje smak oraz stabilizuje i utrwala soki i przeciery. Efekty ultradźwiękowej obróbki soków obejmują poprawę smaku, stabilizację i utrwalenie.

Zastosowanie ultradźwięków w procesach produkcji żywności jest dziedziną budzącą rosnące zainteresowanie producentów żywności. W przeciwieństwie do ultradźwięków o małym natężeniu (natężenia < 1 W/cm²), które można wykorzystywać do badań nieniszczących i obrazowania, ultradźwięki dużej mocy (natężenia > 5 W/cm²) powodują zmiany w materiale i mogą być stosowane do usprawniania różnorodnych procesów w przemyśle spożywczym. Fale ultradźwiękowe są falami sprężania, które mechanicznie oddziałują z produktem poddawanym sonikacji. Cykliczne sprężanie i rozrzedzanie mogą wpływać na strukturę komórek. Przy dużych amplitudach ciśnienia ultradźwięki dużej mocy wywołują kawitację, czyli wzrost i implozję pęcherzyków gazu, którym towarzyszą lokalne maksima ciśnienia i temperatury, oraz homogenizują i stabilizują układy dyspersyjne. Hielscher Ultrasonics oraz naukowcy z Zakładu Biotechnologii Żywności i Inżynierii Procesów Spożywczych Uniwersytetu Technicznego w Berlinie badali korzystny wpływ ultradźwięków na poprawę jakości, stabilności i smaku smoothie – zmiksowanych i schłodzonych napojów sporządzanych z soków i przecierów owocowych i warzywnych.

Chociaż nie istnieje przepis prawny ograniczający skład smoothie do samych produktów owocowych i warzywnych, producenci zamierzają wprowadzać je na rynek jako produkty zdrowe i wartościowe. W związku z tym dąży się do ich produkcji bez dodatku stabilizatorów, wzmacniaczy smaku czy barwników. Jednak soki i przeciery często zawierają dużo miąższu. Wykazują zatem tendencję do rozdzielania się faz, co sprawia, że wygląd produktu jest mniej atrakcyjny. Z tego powodu większość obecnie dostępnych smoothie zawiera banan jako główny składnik, który ogranicza rozdzielanie się faz dzięki zwiększeniu lepkości.

 
Ultradźwięki można stosować do rozbijania cząstek miąższu i wpływania na rozkład wielkości cząstek. Mniejsza wielkość cząstek skutkuje mniejszą prędkością opadania, co prowadzi do ograniczenia sedymentacji i poprawy stabilności podczas przechowywania. Ponadto takie rozdrobnienie cząstek może prowadzić do zwiększonego uwalniania do soku składników smakowych, barwników i składników komórkowych, takich jak cukier czy lotne związki aromatyczne. Rezultatem jest poprawa intensywności barwy, słodyczy i wrażeń zapachowych. Dodatkowo zmniejszona wielkość cząstek wpływa na odczucie w ustach, zapewniając ogólnie gładszą konsystencję.
Aby zapewnić określony okres przydatności smoothie do spożycia, mieszanki muszą być pasteryzowane. Obróbka cieplna zawsze jednak wpływa na jakość produktu, barwę i wrażenie świeżości. W związku z tym obniżanie temperatur przetwarzania jest jednym z głównych obszarów zainteresowania przemysłu spożywczego. Ultradźwięki działają synergistycznie na inaktywację mikroorganizmów i enzymów, gdy są stosowane w połączeniu z temperaturą, co określa się jako termosonikację, lub z podwyższonym ciśnieniem, co określa się jako manosonikację. Korzystne wyniki są również znane dla połączenia wszystkich trzech parametrów, określanego jako manotermosonikacja. Zakłada się, że komórki poddane działaniu ultradźwięków stają się bardziej podatne na inne czynniki stresowe, takie jak ciśnienie i ciepło. Dodatkowo fale ultradźwiękowe mogą rozbijać warstwy graniczne i wywoływać mieszanie, co poprawia wymianę ciepła. Dlatego kolejnym obszarem zainteresowania projektu badawczego jest obniżenie temperatur pasteryzacji poprzez opracowanie procesu utrwalania wspomaganego ultradźwiękami. Przewiduje się poprawę jakości produktu i obniżenie kosztów energii przy jednoczesnym utrzymaniu lub zwiększeniu bezpieczeństwa produktu oraz utrzymaniu lub wydłużeniu jego okresu przydatności do spożycia.
Wszechstronne efekty działania ultradźwięków, które mogłyby umożliwić jednoczesną poprawę właściwości sedymentacyjnych, smaku, wyglądu, odczucia w ustach oraz stabilności mikrobiologicznej i enzymatycznej smoothie jako produktów o wysokiej wartości, mogłyby w przyszłości stanowić istotną korzyść dla przemysłu spożywczego i wprowadzania na rynek świeżych napojów owocowych i warzywnych. Ponadto udział procentowy banana lub innych składników o wysokiej lepkości mógłby zostać zmniejszony, gdy stabilność produktu zostanie poprawiona dzięki obróbce ultradźwiękowej, co umożliwiłoby tworzenie nowych odmian smoothie.
 
Kontakt na TU Berlin:
K. Schoessler
katharina.schoessler(at)tu-berlin.de
Telefon:+49 (0)30-3147 1847
 

Po lewej: sok pomarańczowy niepoddany obróbce; po prawej: sok pomarańczowy poddany sonikacji
Homogenizacja ultradźwiękowa o wysokim ścinaniu pozwala uzyskać stabilny sok bez sedymentacji