Sonikacja do konserwacji soków i poprawy jakości składników odżywczych

W nowoczesnym przetwórstwie żywności zachowanie świeżości przy jednoczesnym zwiększeniu wartości odżywczej jest głównym wyzwaniem. Wysokowydajna ultrasonizacja - wykorzystująca sonikatory typu sondowego - zyskała na popularności jako potężna nietermiczna metoda przetwarzania. W niniejszym artykule przedstawiono wyniki badania naukowego badającego, w jaki sposób profil odżywczy soku truskawkowego słodzonego Stevia rebaudiana jest wzmacniany przez procesory ultradźwiękowe Hielscher.

Kluczowe spostrzeżenia: Sonikacja zwiększa zawartość fenoli, poziom flawonoidów i zdolność przeciwutleniającą - wszystko to w skalowalnych warunkach odpowiednich do wdrożenia przemysłowego.

Dlaczego warto zastąpić ciepło ultradźwiękami?

Tradycyjna pasteryzacja może degradować związki termolabilne, takie jak polifenole i flawonoidy. Natomiast ultrasonizacja jest nietermiczną techniką przetwarzania, która wykorzystuje kawitację akustyczną w celu zwiększenia rozpadu komórek i dyfuzji molekularnej bez uszkodzeń cieplnych.

Ostatnie recenzowane badanie przeprowadzone przez Šic Žlabur et al. (2019) opublikowane w czasopiśmie “Molecules” dostarcza solidnych dowodów na skuteczność ultradźwięków o wysokiej intensywności, przy użyciu sonikatora Hielscher model UP400St, do obróbki soku truskawkowego słodzonego Stevia rebaudiana. Odkrycia te mają istotne implikacje dla przemysłowego przetwarzania soków, biorąc pod uwagę, że warunki eksperymentalne są liniowo skalowalne za pomocą zastosowanych systemów ultradźwiękowych Hielscher.

Korzyści z ultradźwiękowego przetwarzania soków:

• Ulepszona ekstrakcja związków bioaktywnych
• Zachowanie smaku i koloru
• Redukcja obciążenia mikrobiologicznego
• Skalowalność i energooszczędność
• Czysty proces bez dodatków

Konfiguracja eksperymentalna: Sonikacja soku

W badaniu zastosowano procesor ultradźwiękowy Hielscher UP400St (400 W, 24 kHz) do obróbki soku truskawkowego w obecności zielonej stewii w proszku.
Naukowcy ocenili efekty sonikacji typu probetype przy różnych amplitudach (50%, 75%, 100%), średnicach sondy (sonotroda S24d7 z końcówką 7 mm i S24d22 z końcówką 22 mm) oraz czasach sonikacji (15, 20 i 25 minut). We wszystkich testowanych warunkach najbardziej intensywne leczenie - 100% amplitudy, sonda 22 mm, 25 minut - przyniosło najbardziej wyraźne wyniki.

Przegląd wyników – Ultradźwiękowe przetwarzanie soków

Zwiększona całkowita zawartość fenoli (TPC)

Soki sonikowane wykazały do 23% wyższe TPC w porównaniu do łagodnej sonikacji i 18% wyższe niż soki niesonikowane ze stewią.

C18: Sonikacja sondą 22 mm, 100% amplitudy, 25 minut
Tabela: Wpływ sonikacji na zawartość fenoli i aktywność przeciwutleniającą

 
Całkowita zawartość fenoli (TPC) wzrosła o 23% w porównaniu do najłagodniejszej sonikacji i o 18% w porównaniu do próbek nie sonikowanych stewią.
Kluczowe wzmocnione fenole obejmowały luteolinę, apigeninę, kwercetynę, mirycetynę i kemferol, ze wzrostem od 3- do 7-krotnego.
Zdolność przeciwutleniająca (poprzez test ABTS) również wzrosła, wykazując wzrost bioaktywności.

Kwasy fenolowe i profil flawonoidów

Ultradźwięki umożliwiły lepszą ekstrakcję kwasów fenolowych, takich jak pirogallol i 4-metylokatechol, przy czym pirogallol osiągnął prawie 2 mg/g w najintensywniej sonikowanym soku - ponad 3,5 razy więcej niż w niesonikowanych odpowiednikach.

Powstawanie rodników hydroksylowych podczas kawitacji akustycznej prawdopodobnie przyczynia się do zwiększonej hydroksylacji i uwalniania związków fenolowych, co jest zgodne z wcześniejszymi badaniami mechanistycznymi dotyczącymi ekstrakcji ultradźwiękowej.

Lepsza słodycz z korzyściami funkcjonalnymi

W szczególności badanie dotyczyło glikozydów stewiolowych, w szczególności stewiozydu i rebaudiozydu A (Reb A) - głównych substancji słodzących w Stevia rebaudiana. Sonikacja znacznie zwiększyła ich stężenie:

• Zawartość stewiozydu wzrosła o 61%.
• Zawartość Reb A podwoiła się (+114%).

To ulepszenie jest korzystne nie tylko z punktu widzenia słodyczy, ale także pod kątem sensorycznym i metabolicznym. Wyższe poziomy Reb A poprawiają smakowitość poprzez zmniejszenie goryczy często kojarzonej ze stewiozydem.

Ultradźwiękowe przetwarzanie soków: Znaczenie przemysłowe i skalowalność

Sonikatory Hielscher pozwalają na precyzyjną kontrolę wszystkich ważnych parametrów procesu. W ten sposób wszystkie wyniki są liniowo skalowalne, dzięki konstrukcji procesorów ultradźwiękowych Hielscher, które utrzymują stałą intensywność energii podczas skalowania. To sprawia, że przejście od bench-top do ciągłych systemów przemysłowych jest zarówno technicznie wykonalne, jak i atrakcyjne ekonomicznie.

Badanie to uzupełnia rosnącą liczbę dowodów potwierdzających, że ultradźwięki o wysokiej intensywności są zrównoważoną, nietermiczną metodą przetwarzania. Zaobserwowane połączone korzyści - wzmocnienie składników odżywczych, zwiększona zdolność antyoksydacyjna i zoptymalizowane właściwości sensoryczne - podkreślają jego wartość w rozwoju napojów funkcjonalnych.

Co to oznacza dla branży?
Dzięki skalowalnym platformom technologicznym, takim jak te od Hielscher, producenci soków mogą teraz traktować sonikację nie tylko jako alternatywę, ale jako ulepszenie - zarówno dla jakości produktu, jak i zdrowia konsumentów.

Poniższa tabela przedstawia przybliżoną wydajność przetwarzania naszych ultradźwiękowców:

Projektowanie, produkcja i doradztwo – Jakość Made in Germany

Ultradźwięki Hielscher są dobrze znane z najwyższej jakości i standardów projektowych. Solidność i łatwa obsługa pozwalają na płynną integrację naszych ultradźwiękowców z obiektami przemysłowymi. Trudne warunki i wymagające środowiska są łatwo obsługiwane przez ultradźwięki Hielscher.

Hielscher Ultrasonics jest firmą posiadającą certyfikat ISO i kładzie szczególny nacisk na wysokowydajne ultradźwięki z najnowocześniejszą technologią i łatwością obsługi. Oczywiście ultradźwięki Hielscher są zgodne z CE i spełniają wymagania UL, CSA i RoHs.