Чайный гриб - это ферментированный напиток, содержащий чай, сахар, бактерии, дрожжи и часто небольшое количество сока, фруктов или специй в качестве ароматизатора. Чайный гриб, а также ферментированные соки и овощные соки известны тем, что оказывают положительное влияние на здоровье, укрепляя микробиоту и иммунную систему. Контролируемое ультразвуковое кондиционирование улучшает выработку чайного гриба и других ферментированных напитков различными способами: ультразвук может стимулировать рост дрожжей и бактерий во время ферментации; извлекать полифенолы, флавоноиды и ароматизаторы из фруктов, овощей и зелени; а также применяется в качестве метода нетермической пастеризации для восстановления микробов перед упаковкой. Ультразвуковые аппараты Hielscher точно контролируются и могут обеспечить наиболее подходящую интенсивность ультразвука для каждого этапа обработки в производстве ферментированных напитков.

Чайный гриб и ферментированные напитки

Чайный гриб производится путем ферментации сахарного чая с использованием «Симбиотической культуры бактерий и дрожжей» (SCOBY), также обычно называемой «материнской».” или «чайный гриб»”. Разнообразие и соотношение микробных популяций в SCOBY может варьироваться довольно значительно. Дрожжевой компонент обычно включает Saccharomyces cerevisiae, наряду с другими видами Zygosaccharomyces, Candida, Kloeckera/Hanseniaspora, Torulaspora, Pichia, Brettanomyces/Dekkera, Saccharomyces, Lachancea, Saccharomycoides, Schizosaccharomyces и Kluyveromyces; бактериальный компонент почти всегда включает Komagataeibacter xylinus (ранее Gluconacetobacter xylinus), который ферментирует спирты, вырабатываемые дрожжами, в уксусную и другие кислоты, увеличивая кислотность и ограничивая содержание этанола.
Аналогичным образом, другие ферментированные напитки, такие как ферментированные фруктовые и овощные соки, прививаются бактериями и дрожжами.
Обработка ультразвуком может улучшить эффективность ферментации и качественные характеристики ферментированного напитка, включая содержание питательных веществ и вкус.

Ультразвуковая интенсифицированная ферментация чайного гриба

Хорошо известно, что ультразвуковые волны стимулируют рост бактерий и дрожжей. Таким образом, контролируемая мягкая обработка ультразвуком культур чайного гриба (SCOBY, также известный как чайный гриб, чайный гриб или маньчжурский гриб) может способствовать процессу ферментации и приводить к повышению урожайности чайного гриба в ускоренное время ферментации.
Ультразвуково-стимулированная ферментация показывает усиление мембранной пермеабилизации и, следовательно, увеличение массопереноса. Сономеханическая обработка ультразвуковыми волнами перфорирует клеточные стенки и плазматические мембраны микроорганизмов (процесс, называемый сонопорацией). Некоторые клетки могут быть даже разорваны. Эти разрушенные клетки высвобождают факторы, способствующие росту, такие как витамины, нуклеотиды, аминокислоты и ферменты, которые могут стимулировать рост клеточных неповрежденных, а также скомпрометированных мембран бактерий.
Ультразвуковая обработка до ферментации, а также в фазах лага и бревна показала наиболее заметное влияние на стимуляцию роста бактерий.

Ультразвуковая стимуляция роста микробов наиболее эффективна, когда ультразвук применяется перед ферментацией или в фазах лага и бревна.

Ультразвуковая стимуляция ферментации яблочного сока

Исследования показали, что ультразвуковая обработка на лаговой и логарифмической фазах во время ферментации яблочного сока способствовала росту микробов и интенсифицировала биотрансформацию яблочной кислоты в молочную кислоту. Например, после обработки ультразвуком в фазе задержки в течение 0,5 ч количество микробов и содержание молочной кислоты в образцах, обработанных ультразвуком, при 58,3 Вт/л достигли 7,91 ± 0,01 Log CFU/мл и 133,70 ± 7,39 мг/л, которые были значительно выше, чем в образцах, не обработанных ультразвуком. Кроме того, ультразвук в лаговой и логарифмической фазах оказывал комплексное влияние на метаболизм яблочных фенолов, таких как хлорогеновая кислота, кофейная кислота, процианидин В2, катехин и галловая кислота. Ультразвук может положительно влиять на гидролиз хлорогеновой кислоты в кофейную кислоту, превращение процианидина В2 и декарбоксилирование галловой кислоты. Метаболизм органических кислот и свободных аминокислот в ультразвуковых образцах статистически коррелировал с фенольным метаболизмом, подразумевая, что ультразвук может принести пользу фенольному получению за счет улучшения микробного метаболизма органических кислот и аминокислот. (ср. Wang et al., 2021)

Ультразвуковая улучшенная ферментация соевого молока

Исследовательская группа Ewe et al. (2012) исследовала влияние ультразвука на метаболическую эффективность штаммов лактобацилл (Lactobacillus acidophilus BT 1088, L. fermentum BT 8219, L. acidophilus FTDC 8633, L. gasseri FTDC 8131) во время ферментации соевого молока. Было замечено, что ультразвуковая обработка пронизывает клеточные мембраны бактерий. Пермеабилизированные клеточные мембраны приводили к улучшению интернализации питательных веществ и последующему усилению роста (P ≺ 0,05). Более высокие амплитуды и более длительные сроки лечения ультразвуком способствовали росту лактобактерий в соевом молоке, при этом жизнеспособные показатели превышали 9 log КОЕ/мл. Внутриклеточные и внеклеточные β-глюкозидазы специфические активности лактобацилл также были усилены (P ≺ 0,05) ультразвуком, что привело к увеличению биоконверсии изофлавонов в соевом молоке, особенно генистина и малонилгенистина в генистеин. Результаты этого исследования показывают, что ультразвуковое лечение клеток лактобацилл способствует (P ≺ 0,05) β-глюкозидазной активности клеток в пользу усиленной (P ≺ 0,05) биоконверсии глюкозодов изофлавонов в биоактивные агликоны в соевом молоке. (см. Эве и др., 2012)

Сканирующие электронные микроснимки лактобактерий без лечения (А) и лактобацилл, обработанных ультразвуком с амплитудой 60% в течение 3 мин (В). Круги, показывающие разорванные клетки и клетки с порами.
(Исследование и изображения: ©Ewe et al., 2012)

Экстракция пищевых соединений и ароматизаторов в чайном грибе и ферментированных напитках

Ферментированный чай, сок и овощные напитки, например, ферментированный яблочный или тутовый сок или фруктовые чайные грибы, значительно улучшают вкус и питательные вещества от ультразвуковой обработки. Ультразвуковые волны разрушают клеточные структуры растительного сырья и высвобождают внутриклеточные соединения, такие как ароматизаторы, полифенолы, антиоксиданты и флавоноиды. В то же время ультразвуковая гомогенизация обеспечивает равномерно диспергированный и эмульгированный напиток, предотвращающий разделение фаз и предлагающий привлекательный внешний вид для потребителей. Вы можете увидеть пример обработанного ультразвуком облепихи ягодного чайного гриба без разделения фаз по сравнению с необработанным вариантом ниже.
Узнайте больше об ультразвуковом вкусе и экстракции питательных веществ!

Ультразвук для консервации чайного гриба

Ультразвуковое лечение может влиять на микробы, стимулируя или инактивируя их. Также на ферменты воздействует обработка ультразвуком: ультразвук может изменять характеристики ферментов, субстратов и их реакции. Эти эффекты низкочастотного ультразвука используются в пищевой промышленности в качестве нетепловой альтернативы пастеризации продуктов питания и напитков. Обработка ультразвуком обеспечивает преимущество точного контроля параметров процесса, таких как амплитуда, время, температура и давление, что позволяет проводить целенаправленную инактивацию микроорганизмов. Инактивация микробной нагрузки в чайном грибе и ферментированных напитках позволяет увеличить срок годности и стабильность продукта. Сокращение микробов и ферментов облегчает коммерческое распространение благодаря длительному сроку хранения конечного продукта. Ультразвук - это метод нетермической пастеризации, который уже используется в коммерческой пищевой промышленности, такой как пастеризация соков. Особенно при более высоких амплитудах ультразвук инактивирует бактерии и дрожжи, повреждая клеточные стенки. Это приводит к замедлению или остановке роста микробов. Например, Kwaw et al. (2018) исследовали ультразвуковую стратегию нетермической пастеризации для ферментированного молочной кислотой тутового сока. Ультразвуково обработанный ферментированный тутовый сок имел более высокое содержание фенольных соединений (1700,07 ± 2,44 мкг/мл), чем контрольный, необработанный ферментированный тутовый сок. «Среди отдельных нетермических обработок ультразвук вызвал значительное (p < 0.05) повышение фенольных и антиоксидантных свойств ферментированного молочной кислотой тутового сока по сравнению с лечением импульсным светом». (Kwaw et al., 2018) В то время как чайный гриб является напитком, известным своими культурами жизни, контролируемое сокращение микробов может быть использовано для продления срока годности коммерчески распространяемых напитков чайного гриба. Регулярная термическая пастеризация убивает все живые дрожжи и бактерии, которые обычно присутствуют в чайном грибе и являются одним из основных факторов его оздоровительного воздействия. Ультразвуковая пастеризация является нетермическим методом сохранения, который может быть использован либо для снижения количества микробов, либо для полного уничтожения микроорганизмов. Это означает, что коммерческие производители могут применять ультразвук на более низких амплитудах и в течение более коротких периодов времени, чтобы уменьшить количество бактерий и дрожжей без полного устранения. Таким образом, жизненные культуры все еще присутствуют в чайном грибе, хотя и в меньших количествах, так что срок годности и сроки хранения улучшаются.

Научно доказанные результаты в ультразвуковом чайном грибе

Dornan et al. (2020) исследовали влияние низкочастотного ультразвука на чайный гриб, приготовленный из ягод облепихи с использованием ультразвуковой процессор UIP500hdT. Исследовательская группа может продемонстрировать множественные полезные эффекты ультразвука на приготовление ягод облепихи и последующую ферментацию чайного гриба.

Ультразвуковая экстракция облепиховых ягод

Обработка ультразвуком свежих цельных ягод облепихи (также известных как санддорн); H. rhamnoides cv. Sunny) были пюре с помощью блендера Vitamix в течение 2 минут. Добавляли и смешивали объем dH2O, равный 30% от исходного объема пюре. Ультразвук (90 Вт, 20 кГц, 10 мин) наносили на 200 мл разбавленного пюре с помощью Ультразвуковой процессор UIP500hdT (Hielscher Ultrasonics, Германия). Время обработки было выбрано для оптимизации питательных веществ и поддержания образца в свежеподобном состоянии. Результаты ультразвуковой экстракции демонстрируют значительное (P ≺ 0,05) увеличение на 10% выхода экстракции из целлюлозы (с 19,04 ± 0,08 до 20,97 ± 0,29%) и на 7% для семян (с 14,81 ± 0,08 до 15,83 ± 0,28%). Это увеличение выхода масла подчеркивает функциональность обработки ультразвуком как эффективной и экологичной технологии для максимизации стоимости сырья. Ультразвуковое извлечение из ягод облепихи привело к увеличению выхода масла и сокращению времени обработки, энергопотребления и предотвращения использования опасных растворителей.

Ультразвуковая гомогенизация облепихового чайного гриба

Обработанный ультразвуком облепиховый (песочный) ягодный чайный гриб показал значительно улучшенную стабильность продукта. К 21-му дню хранения обработанный ультразвуком ягодный чайный гриб оставался однородным. Тот факт, что синерезис не наблюдался в обработанном ультразвуком ягодном чайном грибе в течение всего исследования (21 день, см. рисунок ниже), показывает, что ультразвук сам по себе является эффективным методом эмульгирования, способным обеспечить стабильность продукта и предотвратить разделение фаз.

Облепиховое пюре (P) без и с ультразвуковым лечением (P+US) на 0 и 21 день.
Исследование и картина: ©Dornan et al., 2020.

Ультразвук для остановки ферментации

Было изготовлено четыре образца чайного гриба: K (чайный гриб), K+US (чайный гриб + ультразвук), K+ S (чайный гриб + сахароза) и K + S + US (чайный гриб + сахароза + ультразвук). Все образцы были приготовлены с использованием 200 мл облепихового пюре (P) или P+US и 12,5 г SCOBY. K состоял из P и SCOBY. K+US состоял из P+US и SCOBY. K+S состоял из P, 15,0 г сахарозы и SCOBY. K+S+US состоял из P+US, 15,0 г сахарозы и SCOBY. Все образцы оставляли бродить в темном месте при комнатной температуре в течение пяти дней. Вторая обработка ультразвуком (90 Вт, 20 кГц, 10 мин) применялась к K+US и K+S+US для остановки ферментации на 5-й день.

Ультразвуковое консервационное воздействие на чайный гриб

В облепиховом чайном грибе обработка ультразвуком снижала начальную микробную нагрузку на 2,6 log КОЕ/мл, тем самым останавливая процесс ферментации в выбранное время, чтобы предотвратить чрезмерную ферментацию. Кроме того, контролируемое микробное восстановление помогает увеличить срок годности и стабильность конечного продукта, что облегчает коммерческое распространение чайного гриба.
Узнайте больше об ультразвуковой обработке как методе нетермической пастеризации сока!

Общие результаты по ультразвуковому чайному грибу

Ультразвук снизил начальную микробную нагрузку на 2,6 log КОЕ/мл, увеличил значение ORAC на 3% и увеличил индекс растворимости в воде (WSI) на 40% (с 6,64 до 9,29 г/г) без синерезиса. Результаты этого исследования показывают, что применение ультразвука может повысить фенольную функциональность во время ферментации и способно снижение синерезиса, увеличение выхода масла, снижение микробной нагрузки и увеличение ORAC с минимальной потерей питательных качеств. (ср. Дорнан и др., 2020)

Ультразвуковое оборудование для улучшенного пивоварения чайного гриба

Hielscher Ultrasonics разрабатывает, производит и распространяет высокоэффективные ультразвуковые аппараты, ультразвуковые биореакторы и аксессуары для улучшенных процессов ферментации, экстракции и пастеризации, используемых в пищевых продуктах & производство напитков. Ультразвуковые системы обработки пищевых продуктов Hielscher используются для многообразных применений, являясь безопасной, надежной и экономически эффективной технологией для производства высококачественных продуктов питания и напитков. Установка и эксплуатация всех ультразвуковых процессоров Hielscher проста: они занимают мало места, могут быть легко модернизированы в существующих перерабатывающих мощностях.
Hielscher Ultrasonics имеет давний опыт применения ультразвука питания в пище & индустрии напитков, а также многих других промышленных отраслей. Наши ультразвуковые процессоры оснащены простыми в очистке (чистые на месте CIP / стерилизовать на месте SIP) sonotrodes и поток-клеток (мокрые части). Хиэльшер Ультразвуковая’ промышленные ультразвуковые процессоры могут обеспечивать очень высокие амплитуды. Амплитуды до 200 мкм могут быть легко непрерывно запущены в режиме 24/7. Точная настройка амплитуд и возможность переключения между низкими и высокими амплитудами важны для стимуляции или инактивации микроорганизмов. Таким образом, тот же ультразвуковой аппарат может быть использован либо для стимуляции микробов, увеличивающих брожение, либо для инактивации микроорганизмов для пастеризации.
Современные технологии, высокая производительность и сложное программное обеспечение делают Hielscher Ultrasonics’ надежные рабочие лошади в процессе ферментации пищи. Благодаря небольшой занимаемой площади и универсальным вариантам установки ультразвуковые аппараты Hielscher могут быть легко интегрированы или модернизированы в существующие производственные линии.

Стандартизация процесса с помощью ультразвуковой сотов Hielscher

Продукты пищевого производства должны производиться в соответствии с передовой производственной практикой (GMP) и в соответствии со стандартизированными спецификациями обработки. Цифровые системы экстракции Hielscher Ultrasonics оснащены интеллектуальным программным обеспечением, что позволяет легко точно устанавливать и контролировать процесс звукообразования. Автоматическая запись данных записывает все ультразвуковые параметры процесса, такие как ультразвуковая энергия (общая и чистая энергия), амплитуда, температура, давление (при установке датчиков температуры и давления) с датой и временем на встроенной SD-карте. Это позволяет пересмотреть каждый ультрасонически обработанный лот. В то же время обеспечивается воспроизводимость и постоянно высокое качество продукции.
Hielscher Ультразвук’ промышленные ультразвуковые процессоры могут поставлять очень высокие амплитуды. Амплитуды до 200 м могут легко работать непрерывно в 24/7 операции. Для еще более высоких амплитуд доступны индивидуальные ультразвуковые сонотроды. Надежность ультразвукового оборудования Hielscher позволяет круглосуточно работать на тяжелых грузах и в сложных условиях.
Пожалуйста, свяжитесь с нами, чтобы узнать больше об особенностях и возможностях наших ультразвуковых систем пастеризации. Мы будем рады обсудить Ваше заявление с Вами!

В приведенной ниже таблице приведена приблизительная производительность наших ультразвуковых аппаратов: