Обработка ультразвуком для сохранения соков и повышения содержания питательных веществ

В современной пищевой промышленности сохранение свежести при одновременном повышении пищевой ценности является одной из главных задач. Высокоэффективная обработка ультразвуком – с использованием ультразвуковых аппаратов зондового типа – получила распространение как мощный метод нетепловой обработки. В этой статье представлены результаты научного исследования, посвящённого тому, как ультразвуковые процессоры Hielscher улучшают питательный состав клубничного сока, подслащённого Stevia rebaudiana.

Основные выводы: Обработка ультразвуком повышает содержание фенольных соединений и флавоноидов, а также антиоксидантную способность – всё это в масштабируемых условиях, подходящих для промышленного применения.

Зачем заменять нагрев ультразвуком?

Традиционная пастеризация может разрушать термолабильные соединения, такие как полифенолы и флавоноиды. Обработка ультразвуком, напротив, представляет собой нетепловой метод обработки, который использует акустическую кавитацию для усиления разрушения клеток и молекулярной диффузии без теплового повреждения.

Недавнее рецензируемое исследование Šic Žlabur и соавт. (2019), опубликованное в журнале «Molecules» , предоставляет убедительные доказательства эффективности высокоинтенсивного ультразвука при использовании ультразвукового аппарата Hielscher модели UP400St для обработки клубничного сока, подслащённого Stevia rebaudiana. Эти результаты имеют большое значение для промышленной переработки соков, поскольку экспериментальные условия линейно масштабируются при использовании применённых в исследовании ультразвуковых систем Hielscher.

Преимущества ультразвуковой обработки соков:

• Улучшенное извлечение биологически активных соединений
• Сохранение вкуса и цвета
• Снижение микробной нагрузки
• Масштабируемость и энергоэффективность
• Процесс без добавок, обеспечивающий «чистую этикетку»

Экспериментальная установка: обработка сока ультразвуком

В исследовании использовали ультразвуковой процессор Hielscher UP400St (400 W, 24 kHz) для обработки клубничного сока в присутствии порошка зелёной стевии.
Исследователи оценивали влияние обработки ультразвуком с помощью аппарата зондового типа при различных амплитудах (50%, 75%, 100%), диаметрах зонда (сонотрод S24d7 с размером наконечника 7 mm и S24d22 с размером наконечника 22 mm) и продолжительности обработки ультразвуком (15, 20 и 25 минут). Среди всех проверенных условий наиболее интенсивная обработка – амплитуда 100%, зонд 22 mm, 25 минут – дала наиболее выраженные результаты.

Обзор результатов – ультразвуковая обработка соков

Повышенное общее содержание фенольных соединений (TPC)

Соки, обработанные ультразвуком, показали повышение TPC на величину до 23% по сравнению с мягкой обработкой ультразвуком и на 18% по сравнению с соками со стевией, не обработанными ультразвуком.

C18: обработка ультразвуком с зондом 22 mm, амплитудой 100%, в течение 25 минут
Таблица: влияние обработки ультразвуком на содержание фенольных соединений и антиоксидантную активность

 
Общее содержание фенольных соединений (TPC) увеличилось на 23% по сравнению с самой мягкой обработкой ультразвуком и на 18% по сравнению с образцами со стевией, не обработанными ультразвуком.
К основным фенольным соединениям, содержание которых повысилось, относились лютеолин, апигенин, кверцетин, мирицетин и кемпферол; увеличение составило от 3 до 7 раз.
Антиоксидантная способность (определённая методом ABTS) также повысилась, отражая увеличение содержания биологически активных веществ.

Фенольные кислоты и профиль флавоноидов

Ультразвук обеспечил более эффективное извлечение фенольных кислот, таких как пирогаллол и 4-methyl-catechol, при этом содержание пирогаллола в соке, подвергнутом наиболее интенсивной обработке ультразвуком, достигло почти 2 mg/g – более чем в 3,5× выше, чем в аналогичных соках, не обработанных ультразвуком.

Образование гидроксильных радикалов при акустической кавитации, вероятно, способствует усилению гидроксилирования и высвобождению фенольных соединений, что согласуется с предыдущими исследованиями механизмов ультразвуковой экстракции.

Усиление сладости с функциональными преимуществами

Примечательно, что в исследовании изучались стевиолгликозиды, в частности стевиозид и ребаудиозид A (Reb A) – основные подслащивающие вещества в Stevia rebaudiana. Обработка ультразвуком значительно повысила их концентрации:

• Содержание стевиозида увеличилось на 61%.
• Содержание Reb A удвоилось (+114%).

Это увеличение полезно не только с точки зрения сладости, но и с сенсорной и метаболической точек зрения. Более высокое содержание Reb A улучшает вкусовую привлекательность, уменьшая горечь, часто связанную со стевиозидом.

Ультразвуковая обработка соков: промышленная значимость и масштабируемость

Ультразвуковые аппараты Hielscher позволяют точно контролировать все важные параметры процесса. Благодаря конструкции ультразвуковых процессоров Hielscher, поддерживающих постоянную интенсивность энергии при увеличении масштаба, все результаты линейно масштабируются. Это делает переход от настольных установок к промышленным системам непрерывного действия как технически осуществимым, так и экономически привлекательным.

Это исследование дополняет растущий объём доказательств в пользу высокоинтенсивного ультразвука как экологически устойчивого метода нетепловой обработки. Совокупность наблюдаемых преимуществ – повышение содержания питательных веществ, улучшение антиоксидантной способности и оптимизация сенсорных свойств – подчёркивает его ценность при разработке функциональных напитков.

Итак, что это означает для промышленности?
Благодаря масштабируемым технологическим платформам, таким как платформы Hielscher, производители соков теперь могут рассматривать обработку ультразвуком не просто как альтернативу, а как улучшение – как качества продукта, так и здоровья потребителей.

Приведённая ниже таблица даёт представление о приблизительной производительности наших ультразвуковых аппаратов:

Проектирование, производство и консультирование – качество, произведённое в Германии

Ультразвуковые аппараты Hielscher известны высочайшими стандартами качества и проектирования. Прочность и простота эксплуатации позволяют без затруднений интегрировать наши ультразвуковые аппараты в промышленные предприятия. Ультразвуковые аппараты Hielscher легко справляются с суровыми условиями и требовательной производственной средой.

Hielscher Ultrasonics – компания, сертифицированная по ISO, которая уделяет особое внимание высокоэффективным ультразвуковым аппаратам с передовыми технологиями и удобством использования. Разумеется, ультразвуковые аппараты Hielscher соответствуют требованиям CE и удовлетворяют требованиям UL, CSA и RoHs.