Ultrasonically îmbunătățit Kombucha fermentație

Sonicare promovează fermentarea în alimente fermentate ultrasonically, ar fi kombucha, kimchi și alte legume fermentate prin îmbunătățirea transferului de masă, perturbarea celulelor microbiene, activarea enzimelor, și îmbunătățirea omogenității, ducând în cele din urmă la rate de fermentare accelerată și producerea unui produs de calitate superioară. Sonicare inițiază schimbări benefice în compușii bioactivi în timpul fermentației lactice, crescând conținutul de compuși nutriționali și fitochimicale.

Kombucha și băuturi fermentate

Kombucha este produs prin fermentarea ceaiului zaharat folosind un “Cultura simbiotică a bacteriilor și drojdiei” (SCOBY), numit și în mod obișnuit “mamă” sau “Ciupercă de ceai”. Varietatea și raportul populațiilor microbiene dintr-un SCOBY pot varia destul de semnificativ. Componenta drojdiei include, în general, Saccharomyces cerevisiae, împreună cu alte specii de Zygosaccharomyces, Candida, Kloeckera/Hanseniaspora, Torulaspora, Pichia, Brettanomyces/Dekkera, Saccharomyces, Lachancea, Saccharomycoides, Schizosaccharomyces, și Kluyveromyces; componenta bacteriană include aproape întotdeauna Komagataeibacter xylinus (fostă Gluconacetobacter xylinus), care fermentează alcoolii produși de drojdii în acizi acetici și alți acizi, crescând aciditatea și limitând conținutul de etanol.
În mod similar, alte băuturi fermentate, cum ar fi sucurile fermentate de fructe și legume, sunt inoculate cu bacterii și drojdii.
Un tratament cu ultrasunete poate îmbunătăți eficiența fermentației și caracteristicile de calitate ale băuturii fermentate, inclusiv conținutul de nutrienți și aroma.

Ultrasonically intensificat Kombucha fermentație

Undele cu ultrasunete sunt bine cunoscute pentru stimularea creșterii bacteriilor și a drojdiei. O sonicare controlată ușoară a culturilor kombucha (SCOBY, cunoscută și sub numele de ciupercă de ceai, ciupercă de ceai sau ciupercă manșuriană) poate, prin urmare, să promoveze procesul de fermentare și să conducă la randamente mai mari de kombucha într-un timp de fermentație accelerat.
Fermentația stimulată ultrasonically arată permeabilizarea îmbunătățită a membranei și, prin urmare, transferul de masă crescut. Tratamentul sonomecanic prin unde cu ultrasunete perforează pereții celulari și membranele plasmatice ale microorganismelor (proces numit sonoporație). Unele celule ar putea fi chiar rupte. Aceste celule perturbate eliberează factori de promovare a creșterii, cum ar fi vitaminele, nucleotidele, aminoacizii și enzimele care ar putea stimula creșterea bacteriilor celulare intacte, precum și a membranei compromise.
Tratamentul cu ultrasunete fermentarea prealabilă, precum și în fazele de întârziere și jurnal au arătat cele mai proeminente efecte asupra stimulării creșterii bacteriene.

Beneficiile sonicare pe fermentarea Kombucha

Cum promovează cu ultrasunete procesul de fermentare și ajută la producerea de kombucha mai bune, fermente vegetale, koji, etc.? Sonicare intenisifică fermentația în mai multe moduri, care sunt demonstrate mai jos în contextul kombucha fermentate. Kombucha este o băutură fermentată făcută în mod tradițional cu ceai îndulcit și o cultură simbiotică de bacterii și drojdie (SCOBY). Piureurile de fructe diluate oferă o bază bogată în nutrienți și aromată pentru producția de kombucha. Mai jos, veți afla cum ultrasonication promovează producerea unui

• Transfer de masă crescut: Undele ultrasonice creează bule microscopice de cavitație în lichid, ducând la formarea de microstreaming, jeturi lichide și turbulențe. Această agitație îmbunătățește transferul de masă prin creșterea contactului dintre microorganismele responsabile de fermentare și substanțele nutritive din mediu. Ca rezultat, nutrienții sunt absorbiți mai eficient de microorganismele care fermentează, ceea ce duce la rate de fermentație accelerate.
• Întreruperea celulelor: Sonicatorii sunt bine cunoscuți pentru eficacitatea lor de liză celulară și extracție. În fermentația alimentară, sonicatorii perturba pereții celulari microbieni, eliberând enzime intracelulare și metaboliți care pot cataliza în continuare reacțiile de fermentație. Această perturbare îmbunătățește eliberarea compușilor aromatici, a vitaminelor și a acizilor organici din celulele microbiene, contribuind la complexitatea aromei și bogăția nutritivă a produsului fermentat. În kombucha de cătină fermentată ultrasonically, se poate măsura o fracțiune semnificativ mai mare de compuși fenolici. (cf. Dornan și colab., 2020)
• Prepararea substraturilor de fermentație bogate în nutrienți: Extracția cu ultrasunete ajută la pregătirea unui substrat de fermentație care oferă multe substanțe nutritive în formă disponibilă pentru digestia microbiană. Aceasta înseamnă că în substraturile de fermentație tratate ultrasonically (de exemplu, piureuri de fructe și legume), compușii bioactivi, ar fi amidonul și zaharurile sunt eliberate din matricea intracelulară a celulelor vegetale. Microbii se pot hrăni cu ușurință pe substrat, ceea ce accelerează și scurtează procesul de fermentație. Același lucru este valabil și pentru polifenoli, flavonoide și vitamine, care sunt eliberate din matricele intracelulare și contribuie la valoarea nutritivă globală a alimentelor sau băuturilor fermentate.
• Activitate enzimatică sporită: Sonicare activează sau îmbunătățește activitatea anumitor enzime implicate în procesele de fermentație. De exemplu, crește activitatea celulazei și amilazei, enzime cruciale pentru descompunerea carbohidraților complecși în zaharuri mai simple, care sunt apoi fermentate de microorganismele prezente în cultura kombucha.
• Omogenitate îmbunătățită: Deoarece forțele sonicare rezultate întotdeauna în amestecare și amestecare, tratamentul cu ultrasunete asigură o mai bună omogenizare a amestecului de fermentație, rezultând o distribuție uniformă a nutrienților și microorganismelor în întregul mediu. Această uniformitate promovează cinetica consistentă a fermentației și producerea unui produs kombucha de înaltă calitate, cu atribute senzoriale dorite.

Stimularea cu ultrasunete a creșterii microbiene este cea mai eficientă atunci când ultrasunetele sunt aplicate fermentație prealabilă sau în fazele de întârziere și jurnal.

Studiu de caz: Stimularea cu ultrasunete a fermentației sucului de mere

Cercetările au arătat că tratamentul cu ultrasunete la lag și faze logaritmice în timpul fermentării sucului de mere a promovat creșterea microbiană și a intensificat biotransformarea acidului malic în acid lactic. De exemplu, după sonicare în faza de întârziere pentru 0,5 h, numărul de microbi și conținutul de acid lactic în probele tratate cu ultrasunete la 58,3 W? L a ajuns la 7,91 ± 0,01 Log CFU? ml și 133,70 ± 7,39 mg? L, care au fost semnificativ mai mari decât cele din probele non-sonicate. În plus, ultrasonication la lag și faze logaritmice au avut influențe complexe asupra metabolismului fenolilor din mere, ar fi acidul clorogenic, acidul cafeic, procianidina B2, catechina și acidul galic. Ecografia ar putea afecta pozitiv hidroliza acidului clorogenic în acid cafeic, transformarea procianidinei B2 și decarboxilarea acidului galic. Metabolismul acizilor organici și aminoacizilor liberi în probele sonicate a fost corelat statistic cu metabolismul fenolic, ceea ce implică faptul că ultrasunetele pot beneficia de derivarea fenolică prin îmbunătățirea metabolismului microbian al acizilor organici și aminoacizilor. (cf. Wang și colab., 2021)

Studiu de caz: fermentarea laptelui de soia îmbunătățită ultrasonically

Echipa de cercetare a lui Ewe et al. (2012) a investigat efectele ultrasunetelor asupra eficienței metabolice a tulpinilor de lactobacili (Lactobacillus acidophilus BT 1088, L. fermentum BT 8219, L. acidophilus FTDC 8633, L. gasseri FTDC 8131) în timpul fermentației laptelui de soia. Sa observat că tratamentul cu ultrasunete a permeabilizat membranele celulare ale bacteriilor. Membranele celulare permeabilizate au dus la o internalizare îmbunătățită a nutrienților și la îmbunătățirea ulterioară a creșterii (P ≺ 0,05). Amplitudini mai mari și durate mai lungi ale tratamentului sonicare promovat creșterea lactobacililor în laptele de soia, cu numere viabile care depășesc 9 log CFU? ml. Activitățile specifice intracelulare și extracelulare β-glucozidazei lactobacililor au fost, de asemenea, îmbunătățite (P ≺ 0,05) prin ultrasonication, ceea ce duce la creșterea bioconversiei izoflavonelor în laptele de soia, în special genistina și genistina malonil la genisteină. Rezultatele acestui studiu arată că tratamentul cu ultrasunete pe celulele lactobacililor promovează (P ≺ 0,05) activitatea β-glucozidazei celulelor în beneficiul bioconversiei îmbunătățite (P ≺ 0,05) a izoflavonei glucozidelor în agliconii bioactivi din laptele de soia. (cf. Ewe et al., 2012)

Micrografii electronice de scanare a lactobacililor fără tratament (A) și lactobacili tratați cu ultrasunete la amplitudine 60% timp de 3 min (B). Cercuri care prezintă celule rupte și celule cu pori.(Studiu și imagini: ©Ewe et al., 2012)

Extracția compușilor nutriționali și a aromelor din kombucha și băuturile fermentate

Ceaiul fermentat, sucul și băuturile vegetale, de exemplu sucul fermentat de mere sau dud sau kombucha infuzate cu fructe, beneficiază semnificativ din punct de vedere al aromei și nutrienților de un tratament cu ultrasunete. Undele cu ultrasunete perturbă structurile celulare ale materialelor vegetale și eliberează compuși intracelulari, cum ar fi arome, polifenoli, antioxidanți și flavonoide. În același timp, omogenizarea cu ultrasunete oferă o băutură uniform dispersată și emulsionată, prevenind separarea fazelor și oferind un aspect atrăgător pentru consumatori. Puteți vedea un exemplu de kombucha de fructe de pădure tratate ultrasonically fără separarea fazelor în comparație cu o versiune netratată de mai jos.
Citiți mai multe despre aroma cu ultrasunete și extracția nutrienților!

Studiu de caz: Ultrasonically conservate Kombucha

Tratamentul cu ultrasunete poate influența microbii fie prin stimulare, fie prin inactivare. De asemenea, enzimele sunt afectate de sonicare: ultrasunetele pot schimba caracteristicile enzimelor, substraturilor și reacțiilor acestora. Aceste efecte ale ultrasunetelor de joasă frecvență sunt utilizate în procesarea alimentelor ca alternativă non-termică la pasteurizarea alimentelor și băuturilor. Sonicarea oferă avantajul unui control precis asupra parametrilor procesului, cum ar fi amplitudinea, timpul, temperatura și presiunea, ceea ce permite o inactivare țintită a microorganismelor. Inactivarea încărcăturii microbiene din kombucha și băuturile fermentate permite creșterea duratei de valabilitate și a stabilității produsului. O reducere a microbilor și enzimelor facilitează distribuția comercială datorită unei perioade de valabilitate prelungite a produsului final. Ultrasonicarea este o metodă de pasteurizare non-termică, care este utilizată deja în procesarea comercială a alimentelor, cum ar fi pasteurizarea sucurilor. Mai ales la amplitudini mai mari, ultrasunetele inactivează bacteriile și drojdia prin deteriorarea pereților celulari. Acest lucru are ca rezultat o creștere microbiană mai lentă sau oprită. De exemplu, Kwaw et al. (2018) au investigat strategia de pasteurizare cu ultrasunete ca non-termică pentru sucul de dud fermentat cu acid lactic. Sucul de dud fermentat tratat cu ultrasunete a avut un conținut mai mare de compuși fenolici (1700,07 ± 2,44 μg/ml) decât controlul, un suc de dud fermentat netratat. “Dintre tratamentele individuale non-termice, ultrasonicarea a determinat un impact semnificativ (p < 0.05) creșterea proprietăților fenolice și antioxidante ale sucului de dud fermentat cu acid lactic în comparație cu tratamentul cu lumină pulsată.” (Kwaw et al., 2018)
În timp ce kombucha este o băutură cunoscută pentru culturile sale de viață, o reducere controlată a microbilor poate fi utilizată pentru a prelungi durata de valabilitate a băuturilor kombucha distribuite comercial.
Pasteurizarea termică regulată ucide toate drojdiile vii și bacteriile care sunt prezente în mod normal în kombucha și sunt unul dintre principalii factori pentru efectele sale de promovare a sănătății. Pasteurizarea cu ultrasunete este o metodă de conservare non-termică, care poate fi utilizată fie pentru a reduce numărul microbian, fie pentru a elimina complet microorganismele. Aceasta înseamnă că producătorii comerciali pot aplica ultrasunete la amplitudini mai mici și pentru perioade mai scurte pentru a reduce numărul de bacterii și drojdii fără a elimina complet. Astfel, culturile de viață sunt încă prezente în kombucha, deși la un număr mai mic, astfel încât termenul de valabilitate și timpul de depozitare sunt îmbunătățite.

Rezultate dovedite științific în kombucha tratată ultrasonically

Dornan și colab. (2020) au investigat efectele ultrasunetelor de joasă frecvență asupra kombucha realizate cu fructe de cătină folosind sonicatorul UIP500hdT. Echipa de cercetare ar putea demonstra mai multe efecte benefice ale ultrasonication pe prepararea boabelor de cătină și fermentarea ulterioară kombucha.

Extracție cu ultrasunete fructe de cătină

Sonicare de fructe de padure proaspete de cătină integrală (de asemenea, cunoscut sub numele de sanddorne; H. rhamnoides cv. Sunny) au fost piure folosind un blender Vitamix timp de 2 min. Un volum de dH2O egal cu 30% din volumul original de piure a fost adăugat și amestecat. Ultrasunete (90 W, 20 kHz, 10 min) a fost aplicat la 200 ml de piure diluat folosind procesorul cu ultrasunete UIP500hdT (vezi imaginea din stânga). Timpul de tratament a fost ales pentru optimizarea nutrienților și menținerea probei în stare proaspătă. Rezultatele extracției cu ultrasunete demonstrează o creștere semnificativă (P ≺ 0,05) cu 10% randament de extracție din celuloză (de la 19,04 ± 0,08 la 20,97 ± 0,29%) și cu 7% pentru semințe (de la 14,81 ± 0,08 la 15,83 ± 0,28%). Această creștere a randamentului uleiului evidențiază funcționalitatea sonicare ca o tehnologie eficientă și verde pentru a maximiza valoarea materiei prime. Extracția cu ultrasunete din fructe de padure cătină a dus la un randament mai mare de ulei și reducerea timpului de procesare, consumul de energie, și evitarea solvenților periculoși.

Studiu de caz: Omogenizarea cu ultrasunete de fructe de cătină Kombucha

Cătină albă tratată ultrasonically (sanddorne) boabe kombucha a arătat o stabilitate semnificativ îmbunătățită a produsului. Până în ziua 21 de depozitare, kombucha sonicated berry a rămas omogenă. Faptul că nu a fost observată nicio sinergie în kombucha sonicated berry pentru întregul studiu (21 de zile, a se vedea imaginea de mai jos) arată că ultrasunetele singure sunt o tehnică eficientă de emulsionare capabilă să producă stabilitatea produsului și să prevină separarea fazelor.

Piure de catina (P) fara si cu tratament ecografic (P+US) in zilele 0 si 21.Studiu și imagine:©Dornan și colab., 2020.

Ultrasonication pentru a opri fermentarea

Au fost prelevate patru probe de kombucha: K (kombucha), K+US (kombucha + ultrasunete), K+S (kombucha + zaharoză) și K+S+US (kombucha + zaharoză + ultrasunete). Toate probele au fost preparate folosind 200 ml de piure de cătină (P) sau P+US și 12,5 g de SCOBY. K a constat din P și SCOBY. K + US a constat din P + US și SCOBY. K+S a constat din P, 15,0 g zaharoză și SCOBY. K+S+US a constat din P+US, 15,0 g zaharoză și SCOBY. Toate probele au fost lăsate să fermenteze într-un loc întunecat la temperatura camerei timp de cinci zile. Un al doilea tratament sonicare (90 W, 20 kHz, 10 min) a fost aplicat la K + US și K + S + US pentru a opri fermentația în ziua 5.

Efecte de conservare cu ultrasunete pe Kombucha

În cătină albă kombucha, sonicare a scăzut încărcătura microbiană inițială de 2.6 log CFU? ml, oprind astfel procesul de fermentare la un moment selectat, în scopul de a preveni supra-fermentare. În plus, reducerea microbiană controlată ajută la creșterea duratei de valabilitate și a stabilității produsului final, ceea ce facilitează distribuția comercială a kombucha.
Citiți mai multe despre ultrasonication ca metodă de pasteurizare a sucului non-termic!

Rezultate generale în kombucha tratate ultrasonically

Ultrasonication a scăzut încărcătura microbiană inițială cu 2.6 log CFU? ml, a crescut valoarea ORAC cu 3% și a crescut indicele de solubilitate în apă (WSI) cu 40% (de la 6.64 la 9.29 g? g) fără sinereză. Rezultatele acestui studiu sugerează că aplicarea ultrasonication poate spori funcționalitatea fenolică în timpul fermentației și este capabilă să scăderea sinergiei, creșterea producției de ulei, scăderea încărcăturii microbiene și creșterea ORAC cu pierderi minime de calitate nutrițională. (cf. Dornan și colab., 2020)

Echipamente cu ultrasunete pentru îmbunătățirea berii Kombucha

Hielscher Ultrasonics proiectează, produce și distribuie ultrasonicators de înaltă performanță, bioreactoare cu ultrasunete și accesorii pentru îmbunătățirea fermentației, extracție, și procesele de pasteurizare utilizate în produsele alimentare & fabricarea băuturilor. Hielscher sisteme de prelucrare a alimentelor cu ultrasunete sunt utilizate pentru aplicații multiple, fiind o tehnologie sigură, fiabilă și rentabilă pentru a produce alimente și băuturi de înaltă calitate. Instalarea și funcționarea tuturor procesoarelor cu ultrasunete Hielscher este simplă: Acestea necesită doar puțin spațiu, pot fi ușor modernizate în instalațiile de procesare existente.
Hielscher Ultrasonics este cu experiență îndelungată în aplicarea ultrasunetelor de putere în produsele alimentare & industria băuturilor, precum și multe alte ramuri industriale. Procesoarele noastre cu ultrasunete sunt echipate cu ușor de curățat (curat-in-loc CIP? sterilize-in-place SIP) sonotrodes și celule de flux (părțile umede). Hielscher Ultrasonics’ Procesoarele industriale cu ultrasunete pot furniza amplitudini foarte mari. Amplitudinile de până la 200μm pot fi ușor rulate continuu în funcționare 24/7. Reglarea precisă a amplitudinilor și opțiunea de a comuta între amplitudini mici și mari sunt importante pentru stimularea sau inactivarea microorganismelor. Astfel, același ultrasonicator poate fi utilizat fie pentru a stimula microbii care cresc fermentația, fie pentru a inactiva microorganismele pentru pasteurizare.
Tehnologia de ultimă oră, software-ul de înaltă performanță și sofisticat face Hielscher Ultrasonics’ Cai de lucru fiabili în procesul de fermentare a alimentelor. Cu o amprentă mică și opțiuni de instalare versatile, ultrasonicators Hielscher pot fi ușor integrate sau retro-montate în liniile de producție existente.

Procesul de standardizare cu Hielscher Ultrasonics

Produsele de calitate alimentară ar trebui să fie fabricate în conformitate cu bunele practici de fabricație (BPF) și în conformitate cu specificații de prelucrare standardizate. Hielscher Ultrasonics’ Sistemele de extracție digitală vin cu software inteligent, care facilitează setarea și controlul precis al procesului de sonicare. Înregistrarea automată a datelor scrie toți parametrii procesului cu ultrasunete, cum ar fi energia ultrasunetelor (energia totală și netă), amplitudinea, temperatura, presiunea (atunci când sunt montați senzorii de temperatură și presiune) cu data și ora pe cardul SD încorporat. Acest lucru vă permite să revizuiți fiecare lot procesat cu ultrasunete . În același timp, sunt asigurate reproductibilitatea și calitatea ridicată continuă a produsului.
Hielscher Ultrasonics’ Procesoarele industriale cu ultrasunete pot oferi amplitudini foarte mari. Amplitudinile de până la 200 μm pot fi rulate cu ușurință continuu în funcționare 24/7. Pentru amplitudini și mai mari, sunt disponibile sonotrode cu ultrasunete personalizate. Robustețea echipamentelor cu ultrasunete Hielscher permite funcționarea 24/7 în medii grele și solicitante.
Vă rugăm să ne contactați pentru a afla mai multe despre caracteristicile și capacitatea sistemelor noastre de pasteurizare cu ultrasunete. Am fi bucuroși să discutăm cererea dvs. cu dvs.!

Tabelul de mai jos vă oferă o indicație a capacității aproximative de procesare a ultrasonicators noastre: