Sonikacija za konzerviranje sokov in povečanje vsebnosti hranil

V sodobni predelavi živil je ohranjanje svežine ob hkratnem izboljšanju hranilne vrednosti osrednji izziv. Visokozmogljiva ultrazvočna obdelava – z uporabo sonikatorjev s sondo – se vse bolj uveljavlja kot učinkovita metoda netermične obdelave. Ta članek predstavlja ugotovitve znanstvene raziskave, ki preučuje, kako Hielscher ultrazvočni procesorji izboljšajo hranilni profil jagodnega soka, sladkanega s Stevia rebaudiana.

Ključne ugotovitve: Sonikacija poveča vsebnost fenolnih spojin in flavonoidov ter antioksidativno sposobnost – vse to v pogojih, ki omogočajo povečanje obsega obdelave in so primerni za industrijsko uporabo.

Zakaj toploto nadomestiti z ultrazvokom?

Tradicionalna pasterizacija lahko razgradi termolabilne spojine, kot so polifenoli in flavonoidi. Ultrazvočna obdelava pa je tehnika netermične obdelave, ki z akustično kavitacijo izboljša razgradnjo celic in molekularno difuzijo brez toplotnih poškodb.

Nedavna recenzirana raziskava avtorjev Šic Žlabur in sod. (2019), objavljena v reviji “Molecules” , zagotavlja trdne dokaze o učinkovitosti visokointenzivnega ultrazvoka pri obdelavi jagodnega soka, sladkanega s Stevia rebaudiana, z uporabo Hielscher sonikatorja modela UP400St. Ugotovitve imajo pomembne posledice za industrijsko predelavo sokov, saj je mogoče eksperimentalne pogoje z uporabljenimi Hielscher ultrazvočnimi sistemi linearno prenesti na večji obseg obdelave.

Prednosti ultrazvočne obdelave sokov:

• Izboljšana ekstrakcija bioaktivnih spojin
• Ohranjanje okusa in barve
• Zmanjšanje mikrobne obremenitve
• Možnost povečanja obsega obdelave in energijska učinkovitost
• Postopek brez aditivov, ki omogoča čisto deklaracijo

Eksperimentalna postavitev: sonikacija soka

V raziskavi so za obdelavo jagodnega soka ob prisotnosti zelenega prahu stevije uporabili Hielscher ultrazvočni procesor UP400St (400 W, 24 kHz).
Raziskovalci so ocenili učinke sonikacije s sondo pri različnih amplitudah (50%, 75%, 100%), premerih sond (sonotroda S24d7 s premerom konice 7 mm in S24d22 s premerom konice 22 mm) ter časih sonikacije (15, 20 in 25 minut). Med vsemi preizkušenimi pogoji je najintenzivnejša obdelava – 100% amplituda, sonda s premerom 22 mm, 25 minut – dala najizrazitejše rezultate.

Pregled rezultatov – ultrazvočna obdelava sokov

Povečana skupna vsebnost fenolnih spojin (TPC)

Sonikirani sokovi so imeli do 23% višjo TPC v primerjavi z blago sonikacijo in 18% višjo kot nesonikirani sokovi s stevijo.

C18: sonikacija s sondo s premerom 22 mm, pri 100% amplitudi, 25 minut
Tabela: vpliv sonikacije na vsebnost fenolnih spojin in antioksidativno aktivnost

 
Skupna vsebnost fenolnih spojin (TPC) se je povečala za 23% v primerjavi z najblažjo sonikacijo in za 18% v primerjavi z nesonikiranimi vzorci s stevijo.
Med ključnimi fenolnimi spojinami, katerih vsebnost se je povečala, so bili luteolin, apigenin, kvercetin, miricetin in kemferol, s povečanji od 3- do 7-krat.
Povečala se je tudi antioksidativna sposobnost (določena s testom ABTS), kar kaže na povečanje vsebnosti bioaktivnih spojin.

Fenolne kisline in profil flavonoidov

Ultrazvok je omogočil učinkovitejšo ekstrakcijo fenolnih kislin, kot sta pirogalol in 4-metil-katehol, pri čemer je vsebnost pirogalola v najintenzivneje sonikiranem soku dosegla skoraj 2 mg/g – več kot 3,5× višjo vrednost kot v ustreznih nesonikiranih sokovih.

Nastajanje hidroksilnih radikalov med akustično kavitacijo verjetno prispeva k povečani hidroksilaciji in sproščanju fenolnih spojin, kar je skladno s predhodnimi raziskavami mehanizmov ultrazvočne ekstrakcije.

Izboljšana sladkost s funkcionalnimi koristmi

Raziskava je posebej preučila steviolne glikozide, zlasti steviozid in rebaudiozid A (Reb A) – glavni sladili v Stevia rebaudiana. Sonikacija je znatno povečala njuni koncentraciji:

• Vsebnost steviozida se je povečala za 61%.
• Vsebnost Reb A se je podvojila (+114%).

To povečanje je koristno tako z vidika sladkosti kot s senzoričnega in presnovnega vidika. Višje vsebnosti Reb A izboljšajo okus s zmanjšanjem grenkobe, ki je pogosto povezana s steviozidom.

Ultrazvočna obdelava sokov: pomen za industrijo in možnost povečanja obsega obdelave

Hielscher sonikatorji omogočajo natančen nadzor vseh pomembnih procesnih parametrov. Zaradi zasnove Hielscher ultrazvočnih procesorjev, ki med povečevanjem obsega obdelave ohranjajo konstantno energijsko intenzivnost, je mogoče vse rezultate linearno prenesti na večji obseg. Zato je prehod z namiznih naprav na neprekinjene industrijske sisteme tehnično izvedljiv in ekonomsko privlačen.

Ta raziskava dopolnjuje vse več dokazov, ki podpirajo visokointenzivni ultrazvok kot trajnostno metodo netermične obdelave. Skupne opažene koristi – povečanje vsebnosti hranil, izboljšana antioksidativna sposobnost in optimizirane senzorične lastnosti – poudarjajo njegovo vrednost pri razvoju funkcionalnih pijač.

Kaj to torej pomeni za industrijo?
S tehnološkimi platformami, ki omogočajo povečanje obsega obdelave, kot so platforme podjetja Hielscher, lahko proizvajalci sokov zdaj sonikacijo obravnavajo ne le kot alternativo, temveč kot izboljšavo – tako za kakovost izdelkov kot za zdravje potrošnikov.

Spodnja tabela prikazuje približno zmogljivost obdelave naših ultrazvočnih naprav:

Načrtovanje, proizvodnja in svetovanje – kakovost iz Nemčije

Hielscher ultrazvočne naprave so znane po najvišjih standardih kakovosti in zasnove. Robustnost in preprosto upravljanje omogočata nemoteno vključitev naših ultrazvočnih naprav v industrijske obrate. Hielscher ultrazvočne naprave zlahka obvladujejo težke pogoje in zahtevna okolja.

Hielscher Ultrasonics je podjetje s certifikatom ISO in daje poseben poudarek visokozmogljivim ultrazvočnim napravam z najsodobnejšo tehnologijo in prijaznostjo do uporabnika. Hielscher ultrazvočne naprave so seveda skladne z zahtevami CE ter izpolnjujejo zahteve UL, CSA in RoHs.