Sonikacja w utrwalaniu soków i zwiększaniu zawartości składników odżywczych
We współczesnym przetwórstwie żywności zachowanie świeżości przy jednoczesnym zwiększaniu wartości odżywczej stanowi kluczowe wyzwanie. Wysokowydajna sonikacja – z wykorzystaniem sonikatorów z sondą – zyskuje popularność jako skuteczna nietermiczna metoda przetwarzania. W artykule przedstawiono wyniki badania naukowego dotyczącego tego, jak procesory ultradźwiękowe Hielscher poprawiają profil odżywczy soku truskawkowego słodzonego Stevia rebaudiana.
Najważniejsze wnioski: Sonikacja zwiększa zawartość związków fenolowych i flawonoidów oraz zdolność antyoksydacyjną – wszystko to w warunkach umożliwiających skalowanie i odpowiednich do wdrożenia przemysłowego.
Dlaczego warto zastąpić obróbkę cieplną ultradźwiękami?
Tradycyjna pasteryzacja może powodować degradację związków termolabilnych, takich jak polifenole i flawonoidy. Sonikacja jest natomiast nietermiczną techniką przetwarzania, która wykorzystuje kawitację akustyczną do intensyfikacji rozbijania komórek i dyfuzji molekularnej bez uszkodzeń termicznych.
Ultradźwiękowe utrwalanie soków i ekstrakcja składników odżywczych
Niedawne recenzowane badanie Šic Žlabur i wsp. (2019), opublikowane w czasopiśmie „Molecules” , dostarcza mocnych dowodów na skuteczność ultradźwięków o wysokiej intensywności, wytwarzanych przez sonikator Hielscher UP400St, w obróbce soku truskawkowego słodzonego Stevia rebaudiana. Wyniki mają istotne znaczenie dla przemysłowego przetwarzania soków, ponieważ warunki eksperymentalne można liniowo skalować przy użyciu zastosowanych systemów ultradźwiękowych Hielscher.
Korzyści z ultradźwiękowego przetwarzania soków:
- Zwiększona ekstrakcja związków bioaktywnych
- Zachowanie smaku i barwy
- Zmniejszenie obciążenia mikrobiologicznego
- Skalowalność i efektywność energetyczna
- Proces bez dodatków, umożliwiający stosowanie czystej etykiety
Układ eksperymentalny: sonikacja soku
W badaniu zastosowano procesor ultradźwiękowy Hielscher UP400St (400 W, 24 kHz) do obróbki soku truskawkowego w obecności zielonej stewii w proszku.
Badacze ocenili efekty sonikacji za pomocą sondy przy różnych amplitudach (50%, 75%, 100%), średnicach sond (sonotroda S24d7 o średnicy końcówki 7 mm i S24d22 o średnicy końcówki 22 mm) oraz czasach sonikacji (15, 20 i 25 minut). Spośród wszystkich badanych warunków najbardziej intensywna obróbka – amplituda 100%, sonda 22 mm, 25 minut – dała najbardziej wyraźne rezultaty.
Przegląd wyników – ultradźwiękowe przetwarzanie soków
Zwiększona całkowita zawartość związków fenolowych (TPC)
Soki poddane sonikacji wykazywały TPC wyższą nawet o 23% w porównaniu z łagodną sonikacją i o 18% w porównaniu z sokami ze stewią niepoddanymi sonikacji.
| Próbka | TPC (mg GAE/L) | Flawonoidy (mg GAE/L) | Zdolność antyoksydacyjna (mmol TE/L) |
|---|---|---|---|
| Próba kontrolna | 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: sonikacja sondą 22 mm, amplituda 100%, 25 minut
Tabela: wpływ sonikacji na zawartość związków fenolowych i aktywność antyoksydacyjną
Całkowita zawartość związków fenolowych (TPC) wzrosła o 23% w porównaniu z najłagodniejszą sonikacją i o 18% w porównaniu z próbkami ze stewią niepoddanymi sonikacji.
Do głównych związków fenolowych, których zawartość wzrosła, należały luteolina, apigenina, kwercetyna, mirycetyna i kemferol, przy czym wzrosty były od 3 do 7 razy większe.
Zdolność antyoksydacyjna (oznaczona metodą ABTS) również wzrosła, odzwierciedlając wzrost zawartości związków bioaktywnych.
Kwasy fenolowe i profil flawonoidów
Ultradźwięki umożliwiły skuteczniejszą ekstrakcję kwasów fenolowych, takich jak pirogalol i 4-metylokatechol, przy czym zawartość pirogalolu w soku poddanym najbardziej intensywnej sonikacji osiągnęła niemal 2 mg/g – ponad 3,5× więcej niż w odpowiednikach niepoddanych sonikacji.
Powstawanie rodników hydroksylowych podczas kawitacji akustycznej prawdopodobnie przyczynia się do zwiększenia hydroksylacji i uwalniania związków fenolowych, co jest zgodne z wcześniejszymi badaniami mechanizmów ekstrakcji ultradźwiękowej.
Zwiększona słodycz i korzyści funkcjonalne
Co istotne, w badaniu analizowano glikozydy stewiolowe, zwłaszcza stewiozyd i rebaudiozyd A (Reb A) – główne substancje słodzące w Stevia rebaudiana. Sonikacja znacząco zwiększyła ich stężenia:
- Zawartość stewiozydu wzrosła o 61%.
- Zawartość Reb A podwoiła się (+114%).
Wzrost ten jest korzystny nie tylko pod względem słodyczy, lecz także z perspektywy sensorycznej i metabolicznej. Wyższa zawartość Reb A poprawia walory smakowe, zmniejszając gorycz często związaną ze stewiozydem.
Ultradźwiękowe przetwarzanie soków: znaczenie przemysłowe i skalowalność
Sonikatory Hielscher umożliwiają precyzyjną kontrolę wszystkich istotnych parametrów procesu. Dzięki temu wszystkie wyniki można liniowo skalować za sprawą konstrukcji procesorów ultradźwiękowych Hielscher, które utrzymują stałą intensywność energii podczas zwiększania skali. Sprawia to, że przejście od urządzeń stołowych do przemysłowych systemów pracujących w trybie ciągłym jest zarówno technicznie wykonalne, jak i ekonomicznie atrakcyjne.
Badanie to uzupełnia rosnący zasób dowodów potwierdzających przydatność ultradźwięków o wysokiej intensywności jako zrównoważonej, nietermicznej metody przetwarzania. Łącznie zaobserwowane korzyści – zwiększenie zawartości składników odżywczych, poprawa zdolności antyoksydacyjnej i optymalizacja właściwości sensorycznych – podkreślają wartość tej metody w opracowywaniu napojów funkcjonalnych.
Co zatem oznacza to dla przemysłu?
Dzięki skalowalnym platformom technologicznym, takim jak rozwiązania Hielscher, producenci soków mogą obecnie postrzegać sonikację nie tylko jako alternatywę, lecz także jako udoskonalenie – zarówno pod względem jakości produktu, jak i zdrowia konsumentów.
- wysoka wydajność
- najnowocześniejsza technologia
- niezawodność i wytrzymałość
- regulowana, precyzyjna kontrola procesu
- praca w trybie okresowym i przepływowym
- do dowolnej objętości
- inteligentne oprogramowanie
- inteligentne funkcje (np. programowanie, rejestrowanie danych, zdalne sterowanie)
- łatwa i bezpieczna obsługa
- niewielkie wymagania konserwacyjne
- CIP (mycie na miejscu)
Poniższa tabela przedstawia przybliżoną wydajność przetwarzania naszych sonikatorów:
| Objętość partii | Natężenie przepływu | Zalecane urządzenia |
|---|---|---|
| 10 do 2000mL | 20 do 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 do 20L | 0,2 do 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 do 100L | 2 do 10L/min | UIP4000hdT |
| 15 do 150L | 3 do 15L/min | UIP6000hdT |
| nie dotyczy | 10 do 100L/min | UIP16000hdT |
| nie dotyczy | większe | zespół urządzeń UIP16000hdT |
Projektowanie, produkcja i doradztwo – jakość z Niemiec
Sonikatory Hielscher są znane z najwyższych standardów jakości i konstrukcji. Wytrzymałość i łatwa obsługa umożliwiają bezproblemową integrację naszych sonikatorów z instalacjami przemysłowymi. Sonikatory Hielscher z łatwością radzą sobie w trudnych warunkach i wymagających środowiskach.
Hielscher Ultrasonics jest firmą z certyfikatem ISO i kładzie szczególny nacisk na wysokowydajne sonikatory wyposażone w najnowocześniejszą technologię i przyjazne dla użytkownika. Oczywiście sonikatory Hielscher są zgodne z CE i spełniają wymagania UL, CSA i RoHs.
Homogenizator ultradźwiękowy UIP16000 do żywności do przemysłowego przetwarzania żywności i napojów.
Literatura / źródła
- 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.
Najczęściej zadawane pytania
Jak utrwala się soki?
Soki zazwyczaj utrwala się poprzez pasteryzację termiczną, podczas której ciepło inaktywuje drobnoustroje powodujące psucie oraz enzymy. Alternatywne metody obejmują przetwarzanie wysokociśnieniowe (HPP), sonikację, pulsacyjne pola elektryczne (PEF) oraz chemiczne środki konserwujące, takie jak sorbiniany lub benzoesany. Celem tych metod jest wydłużenie okresu przydatności do spożycia przy zachowaniu bezpieczeństwa i jakości sensorycznej.
Dowiedz się więcej o ultradźwiękowym utrwalaniu soków!
Dlaczego nietermiczne przetwarzanie soków jest korzystne?
Przetwarzanie nietermiczne – takie jak HPP, PEF czy sonikacja – minimalizuje termiczną degradację składników odżywczych, substancji smakowo-zapachowych i związków bioaktywnych wrażliwych na ciepło. Umożliwia inaktywację drobnoustrojów przy zachowaniu jakości odżywczej i cech sensorycznych, stanowiąc alternatywę dla konwencjonalnej obróbki cieplnej i pozwalając uzyskać czystszą etykietę. Dowiedz się więcej o zaletach utrwalania soków metodą HPP wspomaganą ultradźwiękami!
Czy napoje ze stewią są zdrowe?
Stewia, naturalna substancja słodząca bez wartości odżywczej, pozyskiwana ze Stevia rebaudiana, jest powszechnie uznawana przez FDA za bezpieczną (GRAS). Ma znikomą wartość kaloryczną i nie podnosi poziomu glukozy we krwi ani insuliny, dzięki czemu stanowi odpowiednią alternatywę dla osób z cukrzycą lub osób dążących do ograniczenia spożycia cukru. Korzyści zdrowotne zależą jednak od ogólnego składu napoju – napoje słodzone stewią mogą nadal zawierać dodatki lub nie mieć wartości odżywczej.
Dowiedz się więcej o ultradźwiękowej ekstrakcji stewii!
Hielscher Ultrasonics produkuje wysokowydajne homogenizatory ultradźwiękowe od laboratoryjnych po urządzenia o skali przemysłowej.