Sonikácia na konzerváciu štiav a zvýšenie obsahu živín

V modernom spracovaní potravín je zachovanie čerstvosti pri súčasnom zvyšovaní výživovej hodnoty zásadnou výzvou. Vysokovýkonná ultrazvuková úprava – pomocou sondových sonikátorov – sa čoraz viac presadzuje ako účinná metóda netepelného spracovania. Tento článok predstavuje zistenia vedeckej štúdie skúmajúcej, ako ultrazvukové procesory Hielscher zlepšujú nutričný profil jahodovej šťavy sladenej rastlinou Stevia rebaudiana.

Kľúčové zistenia: Sonikácia zvyšuje obsah fenolových látok, hladiny flavonoidov a antioxidačnú kapacitu – to všetko za škálovateľných podmienok vhodných na priemyselné využitie.

Prečo nahradiť teplo ultrazvukom?

Tradičná pasterizácia môže rozkladať termolabilné zlúčeniny, ako sú polyfenoly a flavonoidy. Ultrazvuková úprava je naproti tomu technikou netepelného spracovania, ktorá využíva akustickú kavitáciu na intenzívnejšie narúšanie buniek a molekulovú difúziu bez poškodenia teplom.

Nedávna recenzovaná štúdia autorov Šic Žlabur a kol. (2019) publikovaná v časopise „Molecules“ prináša presvedčivé dôkazy o účinnosti vysokointenzívneho ultrazvuku pri spracovaní jahodovej šťavy sladenej rastlinou Stevia rebaudiana pomocou sonikátora Hielscher, modelu UP400St. Tieto zistenia majú významné dôsledky pre priemyselné spracovanie štiav, keďže experimentálne podmienky sú pri použití daných ultrazvukových systémov Hielscher lineárne škálovateľné.

Výhody ultrazvukového spracovania štiav:

• Zlepšená extrakcia bioaktívnych zlúčenín
• Zachovanie chuti a farby
• Zníženie mikrobiálnej záťaže
• Škálovateľnosť a energetická účinnosť
• Proces bez prídavných látok umožňujúci čisté zloženie

Experimentálne usporiadanie: sonikácia šťavy

V štúdii sa na spracovanie jahodovej šťavy v prítomnosti zeleného prášku zo stévie použil ultrazvukový procesor Hielscher UP400St (400 W, 24 kHz).
Výskumníci hodnotili účinky sonikácie pomocou sondy pri rôznych amplitúdach (50%, 75%, 100%), priemeroch sondy (sonotróda S24d7 s priemerom hrotu 7 mm a S24d22 s priemerom hrotu 22 mm) a časoch sonikácie (15, 20 a 25 minút). Spomedzi všetkých testovaných podmienok prinieslo najintenzívnejšie spracovanie – 100% amplitúda, sonda s priemerom 22 mm, 25 minút – najvýraznejšie výsledky.

Prehľad výsledkov – ultrazvukové spracovanie štiav

Zvýšený celkový obsah fenolových látok (TPC)

Sonikované šťavy vykazovali až o 23% vyšší TPC v porovnaní s miernou sonikáciou a o 18% vyšší TPC než nesonikované šťavy so stéviou.

C18: Sonikácia sondou s priemerom 22 mm, 100% amplitúda, 25 minút
Tabuľka: Vplyv sonikácie na obsah fenolových látok a antioxidačnú aktivitu

 
Celkový obsah fenolových látok (TPC) sa zvýšil o 23% v porovnaní s najmiernejšou sonikáciou a o 18% v porovnaní s nesonikovanými vzorkami so stéviou.
Medzi hlavné fenolové látky, ktorých obsah sa zvýšil, patrili luteolín, apigenín, kvercetín, myricetín a kempferol, pričom zvýšenie bolo 3- až 7-násobné.
Zvýšila sa aj antioxidačná kapacita (stanovená metódou ABTS), čo poukazuje na nárast obsahu bioaktívnych látok.

Fenolové kyseliny a flavonoidový profil

Ultrazvuk umožnil účinnejšiu extrakciu fenolových kyselín, ako sú pyrogalol a 4-metylkatechol, pričom obsah pyrogalolu v najintenzívnejšie sonikovanej šťave dosiahol takmer 2 mg/g – viac než 3,5× vyššiu hodnotu než v zodpovedajúcich nesonikovaných šťavách.

Tvorba hydroxylových radikálov počas akustickej kavitácie pravdepodobne prispieva k intenzívnejšej hydroxylácii a uvoľňovaniu fenolových zlúčenín, čo je v súlade s predchádzajúcimi štúdiami mechanizmov ultrazvukovej extrakcie.

Zlepšená sladkosť s funkčnými prínosmi

Štúdia sa venovala aj steviolovým glykozidom, najmä steviozidu a rebaudiozidu A (Reb A) – hlavným sladidlám v rastline Stevia rebaudiana. Sonikácia výrazne zvýšila ich koncentrácie:

• Obsah steviozidu sa zvýšil o 61%.
• Obsah Reb A sa zdvojnásobil (+114%).

Toto zvýšenie je prínosné nielen z hľadiska sladkosti, ale aj zo senzorického a metabolického hľadiska. Vyššie hladiny Reb A zlepšujú chuťovú prijateľnosť tým, že znižujú horkosť často spájanú so steviozidom.

Ultrazvukové spracovanie štiav: priemyselný význam a škálovateľnosť

Sonikátory Hielscher umožňujú presné riadenie všetkých dôležitých parametrov procesu. Všetky výsledky sú preto lineárne škálovateľné vďaka konštrukcii ultrazvukových procesorov Hielscher, ktoré pri zväčšovaní výrobnej mierky zachovávajú konštantnú energetickú intenzitu. Vďaka tomu je prechod zo stolových zariadení na kontinuálne priemyselné systémy technicky uskutočniteľný aj ekonomicky atraktívny.

Táto štúdia rozširuje rastúci súbor dôkazov podporujúcich vysokointenzívny ultrazvuk ako udržateľnú metódu netepelného spracovania. Pozorované spoločné prínosy – zvýšenie obsahu živín, zlepšenie antioxidačnej kapacity a optimalizácia senzorických vlastností – zdôrazňujú jeho hodnotu pri vývoji funkčných nápojov.

Čo to teda znamená pre priemysel?
Vďaka škálovateľným technologickým platformám, aké ponúka Hielscher, môžu výrobcovia štiav teraz vnímať sonikáciu nielen ako alternatívu, ale aj ako zlepšenie – z hľadiska kvality výrobku aj zdravia spotrebiteľov.

Nasledujúca tabuľka poskytuje prehľad o približnej spracovateľskej kapacite našich ultrazvukových zariadení:

Návrh, výroba a poradenstvo – kvalita vyrobená v Nemecku

Ultrazvukové zariadenia Hielscher sú známe svojou najvyššou kvalitou a najvyššími konštrukčnými štandardmi. Robustnosť a jednoduchá obsluha umožňujú bezproblémovú integráciu našich ultrazvukových zariadení do priemyselných prevádzok. Ultrazvukové zariadenia Hielscher ľahko zvládajú drsné podmienky a náročné prostredia.

Hielscher Ultrasonics je spoločnosť s certifikáciou ISO a kladie osobitný dôraz na vysokovýkonné ultrazvukové zariadenia s najmodernejšou technológiou a používateľsky prívetivou obsluhou. Ultrazvukové zariadenia Hielscher sú samozrejme v súlade s požiadavkami CE a spĺňajú požiadavky UL, CSA a RoHs.