Kombucha é uma bebida fermentada que contém chá, açúcar, bactérias, levedura e muitas vezes um pouco de suco, frutas ou especiarias como aromatizantes. Kombucha, bem como suco fermentado e sucos vegetais são conhecidos por ter efeitos positivos na saúde, fortalecendo a microbiota e o sistema imunológico. A ultrassonografia controlada melhora a produção de kombucha e outras bebidas fermentadas de várias maneiras: O ultrassom pode estimular o crescimento de leveduras e bactérias durante a fermentação; extrair polifenóis, flavonoides e sabores de frutas, legumes e ervas; e também aplicado como método de pasteurização não térmica para redução microbiana antes da embalagem. Os ultrassonicadores hielscher são precisamente controláveis e podem fornecer a intensidade ultrassônica mais adequada para cada etapa de tratamento na produção de bebidas fermentadas.

Kombucha e Bebidas Fermentadas

Kombucha é produzido fermentando chá açucarado usando uma "Cultura Simbiótica de Bactérias e Leveduras" (SCOBY), também comumente chamada de "mãe"” ou "cogumelo de chá"”. A variedade e a proporção de populações microbianas em um SCOBY podem variar bastante significativamente. O componente de levedura geralmente inclui Saccharomyces cerevisiae, juntamente com outras espécies de Zygosaccharomyces, Candida, Kloeckera/Hanseniaspora, Torulaspora, Pichia, Brettanomyces/Dekkera, Saccharomyces, Lachancea, Saccharomycoides, Schizosaccharomyces e Kluyveromyces; o componente bacteriano quase sempre inclui Komagataeibacter xylinus (anteriormente Gluconacetobacter xylinus), que fermenta álcoois produzidos pelas leveduras em ácidos acéticos e outros, aumentando a acidez e limitando o teor de etanol.
Da mesma forma, outras bebidas fermentadas, como frutas fermentadas e sucos vegetais, são inoculadas com bactérias e leveduras.
Um tratamento com ultrassom pode melhorar a eficiência de fermentação e as características de qualidade da bebida fermentada, incluindo teor de nutrientes e sabor.

Fermentação de Kombucha ultrasonicamente intensificada

Ondas de ultrassom são bem conhecidas por estimular o crescimento de bactérias e leveduras. Uma sonicação leve controlada das culturas de kombucha (SCOBY, também conhecida como cogumelo de chá, fungo de chá ou cogumelo manchuriano) pode, portanto, promover o processo de fermentação e levar a maiores rendimentos de kombucha em um tempo de fermentação acelerada.
A fermentação ultrasonicamente estimulada mostra maior permeabilização da membrana e, assim, aumento da transferência de massa. O tratamento sonomecânico por ondas de ultrassom perfura as paredes celulares e membranas plasmáticas dos microrganismos (um processo chamado sonoporação). Algumas células podem até ser rompidas. Essas células rompidas liberam o crescimento promovendo fatores como vitaminas, nucleotídeos, aminoácidos e enzimas que poderiam estimular o crescimento de bactérias celularmente intactas, bem como bactérias comprometidas pela membrana.
A fermentação prévia do tratamento ultrassônico, bem como nas fases de defasagem e tronco, mostraram os efeitos mais proeminentes na estimulação do crescimento bacteriano.

A estimulação ultrassônica do crescimento microbiano é mais eficaz quando o ultrassom é aplicado antes da fermentação ou nas fases de defasagem e tronco.

Estimulação ultrassônica da fermentação do suco de maçã

Pesquisas mostraram que o tratamento ultrassônico em fases de lag e logarítmica durante a fermentação do suco de maçã promoveu o crescimento microbiano e intensificou a biotransformação do ácido malic ao ácido láctico. Por exemplo, após a sonicação em fase de lag por 0,5 h, a contagem microbiana e o teor de ácido láctico nas amostras tratadas por ultrassom a 58,3 W/L atingiram 7,91 ± 0,01 Log CFU/mL e 133,70 ± 7,39 mg/L, que foram significativamente maiores que nas amostras não sônicas. Além disso, a ultrassonificação em fases de lag e logarítmica teve influências complexas no metabolismo de fenólicos de maçã, como ácido clorogênico, ácido cafeína, procianidina B2, catequina e ácido gálico. O ultrassom poderia afetar positivamente a hidrólise do ácido clorogênico ao ácido cafeína, a transformação do procianino B2 e a descarboxilação do ácido gálico. O metabolismo de ácidos orgânicos e aminoácidos livres nas amostras sonicadas foi estatisticamente correlacionado com o metabolismo fenólico, implicando que o ultrassom pode beneficiar a derivação fenólica melhorando o metabolismo microbiano de ácidos orgânicos e aminoácidos. (cf. Wang et al., 2021)

Fermentação de leite de soja ultrasonicamente melhorada

A equipe de pesquisa de Ewe et al. (2012) investigou os efeitos do ultrassom sobre a eficiência metabólica de cepas de lactobacilos (Lactobacillus acidophilus BT 1088, L. fermentum BT 8219, L. acidophilus FTDC 8633, L. gasseri FTDC 8131) durante a fermentação do soymilk. Observou-se que o tratamento ultrassônico permeabilizou as membranas celulares da bactéria. As membranas celulares permeabilizadas resultaram em uma melhor internalização de nutrientes e posterior aumento do crescimento (P ≺ 0,05). Maiores amplitudes e durações mais longas do tratamento de sônica promoveram o crescimento de lactobacilos no leite de soja, com contagens viáveis superiores a 9 troncos CFU/mL. As atividades específicas intracelulares e extracelulares β-glucosidase de lactobacilos também foram aprimoradas (P ≺ 0,05) por ultrassonização, levando ao aumento da bioconversão de isoflavonas no leite de soja, particularmente genistin genistin e malonísta genistin à genistein. Os resultados deste estudo mostram que o tratamento de ultrassom em células lactobacósfas promove (P ≺ 0,05) a atividade β-glucosidase das células em benefício do aumento (P ≺ 0,05) isoflavona glucosides bioconversão a aglycones bioativos em leite de soja. (cf. Ewe et al., 2012)

Escaneando micrografias eletrônicas de lactobacilos sem tratamento (A) e lactobacilos tratados com ultrassom a 60% de amplitude por 3 min (B). Círculos mostrando células e células rompidas com poros.
(Estudo e imagens: ©Ewe et al., 2012)

Extração de compostos e sabores nutricionais em Kombucha e Bebidas Fermentadas

Chá fermentado, suco e bebidas vegetais, por exemplo, maçã fermentada ou suco de amora ou kombuchas infundidas de frutas, beneficiam significativamente o sabor e o nutriente de um tratamento de ultrassom. As ondas de ultrassom interrompem estruturas celulares de materiais vegetais e liberam compostos intracelulares como sabores, polifenóis, antioxidantes e flavonoides. Ao mesmo tempo, a homogeneização ultrassônica proporciona uma bebida uniformemente dispersa e emulsificada, impedindo a separação de fases e oferecendo uma aparência atraente para os consumidores. Você pode ver um exemplo de um kombucha de frutos do mar ultrasonicamente tratada sem separação de fase em comparação com uma versão não tratada abaixo.
Leia mais sobre sabor ultrassônico e extração de nutrientes!

Ultrassom para Preservação de Kombucha

O tratamento de ultrassom pode influenciar micróbios, estimulando ou inativando-os. Também enzimas são impactadas pela sônica: O ultrassom pode alterar características de enzimas, substratos e suas reações. Esses efeitos do ultrassom de baixa frequência são usados no processamento de alimentos como uma alternativa não térmica para pasteurizar alimentos e bebidas. A sônicação oferece a vantagem do controle preciso sobre os parâmetros do processo, como amplitude, tempo, temperatura e pressão, o que permite uma inativação direcionada de microrganismos. A inativação da carga microbiana em kombucha e bebidas fermentadas permite aumentar a vida útil e a estabilidade do produto. A redução de micróbios e enzimas facilita a distribuição comercial devido a uma vida útil prolongada do produto final. A ultrassônica é um método de pasteurização não térmica, que já é utilizado no processamento de alimentos comerciais, como a pasteurização de sucos. Especialmente em amplitudes mais altas, o ultrassom inativa bactérias e leveduras danificando as paredes celulares. Isso resulta em um crescimento microbiano mais lento ou interrompido. Por exemplo, Kwaw et al. (2018) investigaram o ultrassônico como estratégia de pasteurização não térmica para suco de amora fermentado com ácido láctico. O suco de amora fermentado ultrasonicamente tratado apresentou maior teor de compostos fenólicos (1700,07 ± 2,44 μg/mL) do que o controle, um suco de amora fermentado não tratado. "Entre os tratamentos não térmicos individuais, a ultrassonização causou um significativo (p < 0.05) aumento nas propriedades fenólicas e antioxidantes do suco de amora fermentado com ácido láctico em comparação com o tratamento de luz pulsada." (Kwaw et al., 2018) Embora a kombucha seja uma bebida conhecida por suas culturas de vida, uma redução controlada de micróbios pode ser usada para prolongar a vida útil das bebidas kombucha distribuídas comercialmente. A pasteurização térmica regular mata todas as leveduras vivas e bactérias que normalmente estão presentes na kombucha e são um dos principais fatores para seus efeitos promotores da saúde. A pasteurização ultrassônica é um método de preservação não térmica, que pode ser usado para reduzir a contagem de microbianos ou eliminar completamente os microrganismos. Isso significa que os produtores comerciais podem aplicar ultrassom em amplitudes mais baixas e por períodos mais curtos, a fim de diminuir o número de bactérias e leveduras sem eliminar completamente. Assim, as culturas de vida ainda estão presentes na kombucha, embora em números mais baixos para que a vida útil e os tempos de armazenamento sejam melhorados.

Resultados cientificamente comprovados em Kombucha ultrasonicamente tratada

Dornan et al. (2020) investigaram os efeitos do ultrassom de baixa frequência na kombucha feita com frutos seabuckthorn usando o processador ultrassônico UIP500hdT. A equipe de pesquisa poderia demonstrar múltiplos efeitos benefical da ultrassônica na preparação de frutos do mar e fermentação subsequente de kombucha.

Extração ultrassônica de frutos do mar

Sonicação de frutos de espinheiro marinho frescos (também conhecido como sanddorne; H. rhamnoides cv. Sunny) foram purê usando um liquidificador Vitamix por 2 min. Um volume de dH2O igual a 30% do volume original do purê foi adicionado e misturado. Ultrassom (90 W, 20 kHz, 10 min) foi aplicado a 200 mL do purê diluído usando um Processador ultrassônico UIP500hdT (Hielscher Ultrasonics, Alemanha). O tempo de tratamento foi escolhido para otimizar nutrientes e manter a amostra em estado fresco. Os resultados da extração ultrassônica demonstram um aumento significativo (P ≺ 0,05) de 10% de rendimento extrato da celulose (de 19,04 ± 0,08 para 20,9 ± 0,29%) e 7% para sementes (de 14,81 ± 0,08 para 15,83 ± 0,28%). Esse aumento na produção de petróleo destaca a funcionalidade da sônica como uma tecnologia eficaz e verde para maximizar o valor da matéria-prima. A extração ultrassônica de frutos do mar resultou em maior rendimento de óleo e redução do tempo de processamento, consumo de energia e evasão de solventes perigosos.

Homogeneização Ultrassônica do Sea Buckthorn Berry Kombucha

Os erfihões-do-mar ultrasonicamente tratados (sanddorne) kombucha de frutas mostraram uma estabilidade significativamente melhorada do produto. No dia 21 de armazenamento, a kombucha de frutas sônicas permanecia homogênea. O fato de não ter sido observada nenhuma sinerese em kombucha de frutas sônicas durante todo o estudo (21 dias, veja a imagem abaixo) mostra que o ultrassom sozinho é uma técnica eficaz de emulsificação capaz de produzir estabilidade do produto e evitar a separação de fases.

Purê de seabuckthorn (P) sem e com tratamento de ultrassom (P+US) nos dias 0 e 21.
Estudo e imagem:©Dornan et al., 2020.

Ultrassônica para parar a fermentação

Foram feitas quatro amostras de kombucha: K (kombucha), K+US (kombucha + ultrassom), K+S (kombucha + sacarose) e K+S+US (kombucha + sacarose + ultrassom). Todas as amostras foram preparadas utilizando-se 200 mL de purê de espinheiro do mar (P) ou P+US e 12,5 g de SCOBY. K consistia de P e SCOBY. K+US consistia em P+US e SCOBY. K+S consistia de P, 15,0 g de sacarose e SCOBY. K+S+US consistia em P+US, 15,0 g de sacarose e SCOBY. Todas as amostras foram deixadas para fermentar em um lugar escuro à temperatura ambiente por cinco dias. Um segundo tratamento de sônica (90 W, 20 kHz, 10 min) foi aplicado à K+US e K+S+US para interromper a fermentação no dia 5.

Efeitos de preservação ultrassônica em Kombucha

Em espinheiro do mar kombucha, a sônica diminuiu a carga microbiana inicial em 2,6 tronco CFU/mL, interrompendo assim o processo de fermentação em um momento selecionado, a fim de evitar a super fermentação. Além disso, a redução microbiana controlada ajuda a aumentar a vida útil e a estabilidade do produto final, o que facilita a distribuição comercial de kombucha.
Leia mais sobre a ultrassonização como método de pasteurização de suco não térmico!

Resultados gerais em Kombucha Ultrasonicamente Tratada

A ultrassocional diminuiu a carga microbiana inicial em 2,6 log CFU/mL, aumentou o valor do ORAC em 3% e aumentou o índice de solubilidade da água (WSI) em 40% (de 6,64 para 9,29 g/g) sem sinerese. Os resultados deste estudo sugerem que a aplicação da ultrassônica pode melhorar a funcionalidade fenólica durante a fermentação e é capaz de diminuindo a sinerese, aumentando o rendimento do óleo, diminuindo a carga microbiana e aumentando o ORAC com perda mínima de qualidade nutricional. (cf. Dornan et al., 2020)

Equipamento ultrassônico para melhor fabricação de kombucha

Hielscher Ultrasonics projeta, fabrica e distribui ultrassonicadores de alto desempenho, bioreatores ultrassônicos e acessórios para melhores processos de fermentação, extração e pasteurização usados em alimentos & fabricação de bebidas. Os sistemas de processamento de alimentos ultrassônicos hielscher são usados para aplicações múltiplas sendo uma tecnologia segura, confiável e econômica para produzir alimentos e bebidas de alta qualidade. A instalação e operação de todos os processadores ultrassônicos Hielscher é simples: eles exigem apenas pouco espaço, podem ser facilmente adaptados para as instalações de processamento existentes.
Hielscher Ultrasonics é muito experiente na aplicação de ultrassom de energia nos alimentos & indústria de bebidas, bem como muitos outros ramos industriais. Nossos processadores ultrassônicos são equipados com sonotrodos e células de fluxo fáceis de limpar (CIP/ esterilizar no local) e células de fluxo (as partes molhadas). Hielscher Ultrasonics’ processadores ultrassônicos industriais podem fornecer amplitudes muito altas. Amplitudes de até 200μm podem ser facilmente executadas continuamente na operação 24/7. O ajuste preciso das amplitudes e a opção de alternar entre amplitudes baixas e altas são importantes para estimular ou inativar microrganismos. Assim, o mesmo ultrassônico pode ser usado para estimular micróbios que aumentam a fermentação ou para inativar microrganismos para pasteurização.
Tecnologia de ponta, software de alto desempenho e sofisticado fazem Hielscher Ultrasonics’ cavalos de trabalho confiáveis em seu processo de fermentação de alimentos. Com uma pequena pegada e opções de instalação versáteis, os ultrassonicadores Hielscher podem ser facilmente integrados ou retro-equipados nas linhas de produção existentes.

Padronização de processos com Ultrassônicos Hielscher

Os produtos de qualidade alimentar devem ser produzidos de acordo com as Boas Práticas de Fabricação (GMP) e sob especificações de processamento padronizadas. Os sistemas de extração digital da Hielscher Ultrasonics vêm com software inteligente, o que facilita a configuração e controle do processo de sonicação com precisão. O registro automático de dados grava todos os parâmetros do processo ultrassônico, como energia de ultrassom (energia total e líquida), amplitude, temperatura, pressão (quando os sensores de temperatura e pressão são montados) com carimbo de data e hora no cartão SD embutido. Isso permite que você revise cada lote processado ultrassonicamente. Ao mesmo tempo, a reprodutibilidade e a qualidade do produto continuamente elevado são assegurados.
Hielscher Ultrasonics’ os processadores ultra-sônicos industriais podem entregar amplitudes muito elevadas. As amplitudes de até 200 μm podem facilmente ser funcionam continuamente na operação 24/7. Para amplitudes ainda mais elevadas, os sonotrodes ultra-sônicos personalizados estão disponíveis. A robustez do equipamento ultra-sônico de Hielscher permite a operação 24/7 no serviço pesado e em ambientes de exigência.
Entre em contato conosco para saber mais sobre os recursos e capacidade de nossos sistemas de pasteurização ultrassônica. Ficaríamos felizes em discutir sua inscrição com você!

A tabela abaixo dá-lhe uma indicação da capacidade de processamento aproximado de nossos ultrasonicators: