Ультразвуковая обработка для сохранения сока и повышения качества питательных веществ
В современной пищевой промышленности сохранение свежести при одновременном повышении питательной ценности является центральной задачей. Высокопроизводительная ультразвуковая обработка с использованием ультразвуковых аппаратов зондового типа завоевала популярность в качестве мощного метода нетермической обработки. В этой статье представлены результаты научного исследования, изучающего, как питательный профиль клубничного сока, подслащенного стевией ребаудиана, улучшается с помощью ультразвуковых процессоров Hielscher.
Ключевые выводы: Ультразвуковая обработка повышает содержание фенольных соединений, уровень флавоноидов и антиоксидантную способность — и все это в масштабируемых условиях, пригодных для промышленного развертывания.
Зачем заменять тепло ультразвуком?
Традиционная пастеризация может привести к разложению термолабильных соединений, таких как полифенолы и флавоноиды. Ультразвуковая технология, напротив, является методом нетермической обработки, в котором используется акустическая кавитация для усиления разрушения клеток и молекулярной диффузии без теплового повреждения.
Ультразвуковое консервирование сока и экстракция питательных веществ
Недавнее рецензируемое исследование Шица Жлабура и др. (2019), опубликованное в журнале “Molecules” В нем представлены убедительные доказательства эффективности ультразвука высокой интенсивности с использованием ультразвукового аппарата Hielscher модели UP400St, для лечения клубничного сока, подслащенного стевией ребаудиана. Полученные результаты имеют существенное значение для промышленной переработки соков, учитывая, что экспериментальные условия линейно масштабируемы с использованием ультразвуковых систем Хильшера.
Преимущества ультразвуковой обработки сока:
- Усиленная экстракция биологически активных соединений
- Сохранение аромата и цвета
- Снижение микробной нагрузки
- Масштабируемость и энергоэффективность
- Процесс с чистой этикеткой, без добавок
Экспериментальная установка: Juice Sonication
В исследовании использовался ультразвуковой процессор Hielscher UP400St (400 Вт, 24 кГц) для обработки клубничного сока в присутствии зеленого порошка стевии.
Исследователи оценивали эффекты ультразвуковой обработки зондов при различных амплитудах (50%, 75%, 100%), диаметрах зондов (сонотрод S24d7 с 7 мм и S24d22 с размером кончика 22 мм) и времени обработки ультразвуком (15, 20 и 25 минут). Во всех испытуемых условиях наиболее интенсивное лечение — 100% амплитуда, зонд 22 мм, 25 минут — дало наиболее выраженные результаты.
Обзор результатов – Ультразвуковая обработка сока
Повышенное общее содержание фенольных соединений (TPC)
Соки, обработанные ультразвуком, продемонстрировали до 23% более высокий TPC по сравнению с мягкой ультразвуком и на 18% выше, чем соки без ультразвука со стевией.
| образец | TPC (мг ГАЕ/л) | Флавоноиды (мг ГАЕ/л) | Антиоксидантная способность (ммоль TE/л) |
|---|---|---|---|
| Контроль | 927,3 ± 55,6 | 659,0 ± 39,6 | 3,77 ± 0,28 |
| ЖГСП | 1003.2 ± 13.6 | 685,2 ± 40,7 | 3.84 ± 0.09 |
| С18 | 1185,6 ± 0,2 | 791,5 ± 1,1 | 3.89 ± 1.15 |
C18: Ультразвуковой преобразователь 22 мм, 100% амплитуда, 25 минут
Таблица: Влияние ультразвука на содержание фенольных кислот и антиоксидантную активность
Общее содержание фенолов (TPC) увеличилось на 23% по сравнению с самой мягкой ультразвуком и на 18% по сравнению с образцами, не обработанными ультразвуком со стевией.
Ключевые повышенные фенольные кислоты включали лютеолин, апигенин, кверцетин, мирицетин и кемпферол, с увеличением от 3 до 7 раз.
Антиоксидантная способность (по данным ABTS-анализа) также увеличилась, что свидетельствует о росте биоактивных веществ.
Фенольные кислоты и флавоноидный профиль
Ультразвуковое исследование позволило добиться превосходной экстракции фенольных кислот, таких как пирогаллол и 4-метил-катехол, при этом пирогаллол достиг почти 2 мг/г в наиболее интенсивно обработанном соке — более чем в 3,5× выше, чем в аналогах без ультразвука.
Образование гидроксильных радикалов во время акустической кавитации, вероятно, способствует усиленному гидроксилированию и высвобождению фенольных соединений, что согласуется с предыдущими механистическими исследованиями ультразвуковой экстракции.
Улучшенная сладость с функциональными преимуществами
Примечательно, что в исследовании изучались стевиолгликозиды, в частности стевиозид и ребаудиозид А (Reb A) — основные подсластители в Stevia rebaudiana. Ультразвуковая обработка значительно повысила их концентрацию:
- Содержание стевиозида увеличилось на 61%.
- Содержание Reb A выросло в два раза (+114%).
Это улучшение полезно не только с точки зрения сладости, но и с сенсорной и метаболической точки зрения. Более высокие уровни Reb A улучшают вкусовые качества, уменьшая горечь, часто связанную со стевиозидом.
Ультразвуковая переработка сока: промышленная актуальность и масштабируемость
Ультразвуковые аппараты Hielscher позволяют точно контролировать все важные параметры процесса. Таким образом, все результаты линейно масштабируются благодаря конструкции ультразвуковых процессоров Hielscher, которые поддерживают постоянную энергоемкость при масштабировании. Это делает переход от настольных к непрерывным промышленным системам как технически осуществимым, так и экономически привлекательным.
Это исследование дополняет растущий объем доказательств в пользу того, что ультразвук высокой интенсивности является устойчивым методом обработки без термической обработки. Наблюдаемые комбинированные преимущества — повышение питательных веществ, улучшенная антиоксидантная способность и оптимизированные органолептические свойства — подчеркивают его ценность в разработке функциональных напитков.
Итак, что это означает для промышленности?
Благодаря масштабируемым технологическим платформам, таким как Hielscher, производители соков теперь могут рассматривать ультразвук не только как альтернативу, но и как модернизацию — как для качества продукции, так и для здоровья потребителей.
- Высокая эффективность
- Современные технологии
- надёжность & робастность
- Регулируемое, точное управление процессом
- партия & встроенный
- для любого объема
- Интеллектуальное программное обеспечение
- интеллектуальные функции (например, программируемые, протоколирование передачи данных, дистанционное управление)
- Простота и безопасность в эксплуатации
- Низкие эксплуатационные расходы
- CIP (безразборная мойка)
В таблице ниже приведена примерная производительность обработки наших ультразвуковых аппаратов:
| Объем партии | Расход | Рекомендуемые устройства |
|---|---|---|
| от 10 до 2000 мл | от 20 до 400 мл/мин | УП200Хт, УП400Ст |
| 0.1 до 20 л | 0от 0,2 до 4 л/мин | УИП2000HDT |
| От 10 до 100 л | От 2 до 10 л/мин | УИП4000HDT |
| От 15 до 150 л | От 3 до 15 л/мин | УИП6000HDT |
| н.а. | От 10 до 100 л/мин | УИП16000HDT |
| н.а. | больше | Кластер УИП16000HDT |
Проектирование, производство и консалтинг – Качество «Сделано в Германии»
Ультразвуковые аппараты Hielscher хорошо известны своими высочайшими стандартами качества и дизайна. Надежность и простота в эксплуатации позволяют без проблем интегрировать наши ультразвуковые аппараты в промышленные объекты. Ультразвуковые аппараты Hielscher легко справляются с суровыми условиями и требовательными условиями окружающей среды.
Hielscher Ultrasonics является компанией, сертифицированной по стандарту ISO, и уделяет особое внимание высокопроизводительным ультразвуковым аппаратам, отличающимся самыми современными технологиями и удобством в использовании. Конечно, ультразвуковые аппараты Hielscher соответствуют требованиям CE и соответствуют требованиям UL, CSA и RoHs.
Ультразвуковой гомогенизатор пищевых продуктов UIP16000 для промышленной переработки продуктов питания и напитков.
Литература / Литература
- 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.
Часто задаваемые вопросы
Как хранятся соки?
Соки обычно консервируются путем термической пастеризации, где тепло инактивирует микроорганизмы и ферменты, вызывающие порчу. Альтернативные методы включают обработку под высоким давлением (HPP), ультразвуковую обработку, импульсные электрические поля (PEF) и химические консерванты, такие как сорбаты или бензоаты. Эти подходы направлены на продление срока годности при сохранении безопасности и органолептических качеств.
Узнайте больше об ультразвуковой консервации сока!
Почему нетермическая обработка сока выгодна?
Нетермическая обработка, такая как HPP, PEF или ультразвуковая обработка, сводит к минимуму термическое разложение чувствительных к нагреванию питательных веществ, ароматизаторов и биологически активных соединений. Он обеспечивает микробную инактивацию, сохраняя при этом питательные качества и органолептические характеристики, предлагая более чистую альтернативу традиционным термическим обработкам. Узнайте больше о преимуществах ультразвуковой консервации сока HPP!
Полезны ли напитки со стевией?
Стевия, натуральный некалорийный подсластитель, полученный из стевии ребаудианы, признан FDA безопасным (GRAS). Он имеет незначительную калорийность и не повышает уровень глюкозы в крови или инсулина, что делает его подходящей альтернативой для людей с диабетом или тех, кто стремится снизить потребление сахара. Тем не менее, польза для здоровья зависит от общего состава напитка — подслащенные стевией напитки могут содержать добавки или не иметь питательной ценности.
Узнайте больше об ультразвуковой экстракции стевией!
Hielscher Ultrasonics производит высокопроизводительные ультразвуковые гомогенизаторы от лаборатория Кому промышленного размера.