Kombucha je fermentisani napitak koji sadrži čaj, šećer, bakterije, kvasac i često malo količine soka, voća ili začina kao aromu. Kombuha kao i fermentisani sokovi i sokovi od povrća poznati su po tome što pozitivno utiču na zdravlje, jačaju mikrobiotu i imuni sistem. Kontrolisana ultrazvuka poboljšava proizvodnju kombuhe i drugih fermentisanih napitaka na različite načine: Ultrazvuk može da stimuliše rast kvasca i bakterija tokom fermentacije; izdvoje polifenole, flavonoide i ukuse iz voća, povrća i lekovitog bilja; i takođe primenjen kao ne-termalni metod pasterizacije za mikrobiološko smanjenje pre pakovanja. Hielscher ultrazvučni su precizno pod kontrolom i mogu da isporuče najpogodniji ultrazvučni intenzitet za svaki korak tretmana u proizvodnji fermentisanih napitaka.

Kombucha i Fermented Beverages

Kombucha se proizvodi fermentacijom zašećerenog čaja koristeći "Simbiotičku kulturu bakterija i kvasca" (SCOBY), koji se takođe obično naziva "majka” ili "čaj od pečuraka”. Raznovrsnost i odnos mikrobiološke populacije u SCOBY-u može da varira prilično značajno. Komponenta kvasca uglavnom uključuje Saccharomyces cerevisiae, zajedno sa drugim vrstama Zigosaccharomyces, Candida, Kloeckera/Hanseniaspora, Torulaspora, Pichia, Brettanomyces/Dekkera, Saccharomyces, Lachancea, Saccharomycoides, Schizosaccharomyces i Kluyveromyces; bakterijska komponenta gotovo uvek uključuje Komagataeibacter xylinus (ranije Gluconacetobacter xylinus), koji fermentiše alkohole proizvedene od strane kvasca u acetičke i druge kiseline, povećavajući kiselost i ograničavajući sadržaj etanola.
Slično tome, drugi fermentisani napici kao što su fermentisani sokovi od voća i povrća su vakcinisani bakterijama i kvascem.
Tretman ultrazvukom može poboljšati efikasnost fermentacije i kvalitetne karakteristike fermentisanog napitka uključujući hranljiv sadržaj i ukus.

Ultrasonično intenzivirana Kombucha Fermentacija

Ultrazvučni talasi su dobro poznati po tome da stimulišu rast bakterija i kvasca. Kontrolisana blaga sonicija kombuha kultura (SCOBY, poznata i kao čajna pečurka, čajna gljivica ili mandžurijska pečurka) stoga može da promoviše proces fermentacije i dovede do većih prinosa kombuhe u ubrzanom vremenu fermentacije.
Ultrasonično stimulisana fermentacija pokazuje poboljšanu membranu permeabilizacije i samim time povećan masovni prenos. Sonomehanički tretman ultrazvučnim talasima perforira ćelijske zidove i plazma membrane mikroorganizama (proces koji se zove sonoporacija). Neke жelije su moћda i pukle. Ove poremećene ćelije oslobađaju rast promovišući faktore kao što su vitamini, nukleotidi, aminokiseline i enzimi koji bi mogli da stimulišu rast ćelijski netaknutih, kao i membrana kompromitovanih bakterija.
Ultrazvučni tretman prethodne fermentacije kao i u fazama zaostajanja i evidencije pokazao je najistaknutije efekte na stimulaciju bakterijskog rasta.

Ultrazvučna stimulacija mikrobiološkog rasta je najefikasnija kada se ultrazvuk primenjuje pre fermentacije ili u fazama zaostajanja i evidencije.

Ultrazvučna stimulacija fermentacije soka od jabuke

Istraživanja su pokazala da je ultrazvučni tretman u zaostatak i logaritamske faze tokom fermentacije soka od jabuke promovisao mikrobiološki rast i intenzivirao biotransformaciju malik kiseline u mlečnu kiselinu. Na primer, nakon sonikacije u fazi zaostajanja za 0,5 h, mikrobiološki broj i sadržaj mlečne kiseline u ultrazvučno tretiranim uzorcima na 58,3 W/L dostigao je 7,91 ± 0,01 Log CFU/mL i 133,70 ± 7,39 mg/L, koji su bili znatno veći od toga u Štaviše, ultrazvučnost u lagu i logaritamske faze imale su složene uticaje na metabolizam jabukovih fenolika kao što su hlorogena kiselina, kofeinska kiselina, procijanidin B2, katehin i galska kiselina. Ultrazvuk bi mogao pozitivno da utiče na hidrolizu hlorogene kiseline u kofeinsku kiselinu, transformaciju procijanidina B2 i dekarboksilaciju galske kiseline. Metabolizam organskih kiselina i slobodnih aminokiselina u soničnim uzorcima bio je statistički u korelaciji sa fenolnim metabolizmom, što implicirano znači da ultrazvuk može koristiti fenolnom derivatu poboljšanjem mikrobiološkog metabolizma organskih kiselina i aminokiselina. (cf. Wang et al., 2021)

Ultrasonično poboljšana fermentacija soje mleka

Istraživački tim kompanije Ewe et al. (2012) istraživao je efekte ultrazvuka na metaboličku efikasnost sojeva laktobakili (Lactobacillus acidophilus BT 1088, L. fermentum BT 8219, L. acidophilus FTDC 8633, L. gasseri FTDC 813) Primećeno je da ultrazvučni tretman prožima ćelijske membrane bakterija. Prožimajuće ćelijske membrane rezultirale su poboljšanom interizacijom hranljivih materija i naknadnim poboljšanjem rasta (P ≺ 0,05). Veće amplitude i duže trajanje tretmana sonikacije promovisali su rast laktobakilija u soji, sa održivim brojem premašivši 9 evidencija CFU/mL. Intracellularne i ekstracelularne β-glukozade specifične aktivnosti laktobakilija takođe su poboljšane (P ≺ 0.05) ultrazvukom, što je dovelo do povećane biokonverzije izoflavona u sojamilku, posebno genistina genistina genisteina. Rezultati ove studije pokazuju da ultrazvučni tretman na laktobacilli ćelijama promoviše (P ≺ 0.05) β-glukozidase aktivnost ćelija za dobrobit poboljšanih (P ≺ 0.05) jeoflavone glucosides biokonverzija prema bioaktivnim aglycones u soymilku. (cf. Ewe et al., 2012)

Skeniranje elektronskih mikrografa laktobakili bez tretmana (A) i laktobakili lečenih ultrazvukom na 60% amplitude za 3 min (B). Krugovi koji prikazuju ispucane ćelije i ćelije sa porama.
(Study and images: ©Ewe et al., 2012)

Ekstrakcija nutritivnih jedinjenja i ukusa u Kombuči i Fermentisanim napicima

Fermentisani čaj, sok i biljni napici, npr. fermentisani sok od jabuke ili duda ili voće nataložene kombuhe, imaju koristi od ukusa- i hranljivih materija značajno od ultrazvučnog tretmana. Ultrazvučni talasi remete ćelijske strukture biljnih materijala i oslobađaju intracelularna jedinjenja kao što su ukusi, polifenoli, antioksidansi i flavonoidi. Istovremeno, ultrazvučna homogenizacija obezbeđuje ravnomerno raspršen i emulzirani napitak koji sprečava fazno razdvajanje i nudi privlačan izgled potrošačima. Možete videti primer ultrazvučno tretiranog morskog buckthorns berry kombucha bez faznog razdvajanja u poređenju sa nelečenom verzijom ispod.
Pročitajte više o ultrazvučnim ukusima i vađenju hranljivih materija!

Ultrazvuk za očuvanje Kombuhe

Ultrazvučni tretman može da utiče na mikrobe tako što će ih stimulisati ili aktivirati. Takođe enzimi su pogođeni sonikacijom: Ultrazvuk može da promeni karakteristike enzima, supstrata i njihovih reakcija. Ovi efekti ultrazvuka niske frekvencije koriste se u preradi hrane kao ne-termalna alternativa pasterizaciji hrane i pića. Sonication nudi prednost precizne kontrole nad parametrima procesa kao što su amplitude, vreme, temperatura i pritisak, što omogućava ciljano aktiviranje mikroorganizama. Neaktivnost mikrobiološkog opterećenja u kombuhi i fermentisanim napicima omogućava povećanje trajanja police i stabilnosti proizvoda. Smanjenje mikroba i enzima olakšava komercijalnu distribuciju zbog produženog trajanja police finalnog proizvoda. Ultrazvučnost je metod ne-termalne pasterizacije, koji se već koristi u komercijalnoj preradi hrane kao što je pasterizacija sokova. Naročito kod viših amplitude, ultrazvuk aktivira bakterije i kvasac oštećujući ćelijske zidove. To rezultira sporijim ili zaustavljenim mikrobiološkim rastom. Na primer, Kwaw et al. (2018) je istraživao ultrazvučnu kao ne-termalnu pasterizaciju strategije za sok od mlečne kiseline fermentisane dudom. Ultrasonično tretiran fermentisani sok od duda imao je veći sadržaj fenolnih jedinjenja (1700,07 ± 2,44 μg/mL) od kontrole, nelečenog fermentisanog soka od duda. "Među pojedinačnim ne-termalnim tretmanima, ultrazvučnost je izazvala značajan (p < 0.05) porast fenolnih i antioksidativnih svojstava soka od mlečne kiseline fermentisane dudom u poređenju sa pulsiranim svetlosnim tretmanom." (Kwaw et al., 2018) Dok je kombuha napitak poznat po svojim životnim kulturama, kontrolisano smanjenje mikroba može se koristiti kako bi se produžio život na polici komercijalno distribuiranih kombuha napitaka. Redovna toplotna pasterizacija ubija sve žive kvasce i bakterije koje su inače prisutne u kombuhi i jedan su od glavnih faktora za njene efekte koji promovišu zdravlje. Ultrazvučna pasterizacija je metod ne-termalnog očuvanja, koji se može koristiti ili za smanjenje mikrobiološkog brojanja ili potpuno eliminisanje mikroorganizama. To znači da komercijalni proizvođači mogu da primene ultrazvuk u nižim amplitude i na kraće periode kako bi smanjili broj bakterija i kvasca bez potpunog eliminisanja. Atle su životne kulture i dalje prisutne u kombuhi, mada u manjem broju tako da se poboljša vreme trajanja i skladištenja polica.

Naučno dokazani rezultati u ultrasonično tretiranoj Kombuči

Dornan et al. (2020) je istraživao efekte niskofrekventnog ultrazvuka na kombuhu napravljen od morskih bobica koristeći ultrazvučni procesor UIP500hdT. Istraživački tim bi mogao da demonstrira višestruke dobroćudne efekte ultrazvučnosti na pripremu morskog buckthorn bobica i naknadnu kombuhu fermentacije.

Ultrazvučno izvlačenje bobica iz mora

Sonication of fresh whole sea buckthorns berries (also known as sanddorne; H. rhamnoides cv. Sunčano) su čistili koristeći Vitamix blender 2 min. Dodat je i blendiran zapremine dH2O jednak 30% originalne zapremine pirea. Ultrazvuk (90 W, 20 kHz, 10 min) primenjen je na 200 mL razblažene pire koristeći UIP500hdT ultrazvučni procesor (Hielscher Ultrasonics, Nemačka). Vreme lečenja je odabrano za optimizaciju hranljivih materija i održavanje uzorka u svežem stanju. Rezultati ultrazvučnog vađenja pokazuju značajno (P ≺ 0,05) povećanje prinosa od 10% ekstrakcije iz pulpe (sa 19,04 ± 0,08 na 20.08.) 97 ± 0,29%) i za 7% za seme (od 14,81 ± 0,08 do 15,83 ± 0,28%). Ovo povećanje prinosa nafte naglašava funkcionalnost sonikacije kao efikasnosti i zelene tehnologije za maksimalnu vrednost sirovina. Ultrazvučno vađenje iz morskih heljda bobica rezultiralo je većim prinosom nafte i smanjenim vremenom obrade, potrošnjom energije i izbegavanjem opasnih rastvarača.

Ultrazvučna homogenizacija mora Buckthorn Berry Kombucha

Ultrazvučno tretirani morski bakthorns (sanddorne) bobičasti kombuha pokazao je značajno poboljšanu stabilnost proizvoda. Do 21. dana skladišta, sonični bobičasti kombuha je ostao homogen. Činjenica da nije primećena sinereza u sonikiranom bobičastom kombuhi za celu studiju (21 dan, pogledajte sliku ispod) pokazuje da je samo ultrazvuk efikasna tehnika emulzifikacije sposobna da proizvede stabilnost proizvoda i da spreči fazno razdvajanje.

Seabuckthorn pire (P) bez i sa ultrazvučnim tretmanom (P+US) na dan 0 i 21.
Studija i slika:©Dornan et al., 2020.

Ultrazvučnost za zaustavljanje fermentacije

Napravljena su četiri uzorka kombuhe: K (kombucha), K+US (kombucha + ultrazvuk), K+S (kombucha + sucrose) i K+S+US (kombucha + sucrose + ultrazvuk). Svi uzorci su pripremljeni koristeći 200 mL morskih buckthorns pirea (P) ili P+US i 12,5 g SCOBY. K se sastojao od P i SCOBY. K+US su se sastojali od P+US i SCOBY. K+S se sastojao od P, 15,0 g sucrose i SCOBY. K+S+US su činili P+US, 15,0 g sucrose i SCOBY. Svi uzorci su ostavljeni da fermentisu na tamnom mestu na sobnoj temperaturi pet dana. Drugi tretman sonication (90 W, 20 kHz, 10 min) primenjen je na K+US i K+S+US kako bi se zaustavila fermentacija 5.

Ultrazvučni efekti očuvanja na Kombuhu

U morskim bakthorns kombucha, sonication je smanjio početno mikrobiološko opterećenje za 2,6 log CFU/mL, čime je zaustavljen proces fermentacije u odabrano vreme kako bi se sprečila preterano fermentacija. Pored toga, kontrolisano smanjenje mikrobioma pomaže da se poveća životni vek police i stabilnost finalnog proizvoda, što olakšava komercijalnu distribuciju kombuhe.
Pročitajte više o ultrazvučnosti kao metodi pasterizacije soka koji nije termalni!

Ukupni rezultati u ultrasonično tretiranoj Kombuhi

Ultrazvučnost je smanjila početno mikrobiološko opterećenje za 2,6 log CFU/mL, povećala ORAC vrednost za 3% i povećala indeks rastvorljivosti vode (WSI) za 40% (sa 6,64 na 9,29 g/g) bez sinereze. Rezultati ove studije sugerišu da primena ultrazvučnosti može poboljšati fenolnu funkcionalnost tokom fermentacije i sposobna je za smanjenje sinereze, povećanje prinosa ulja, smanjenje mikrobiološkog opterećenja i povećanje ORAC-a sa minimalnim gubitkom nutritivnog kvaliteta. (cf. Dornan et al., 2020)

Ultrazvučna oprema za unapređeno Kombucha Brewing

Hielscher Ultrasonics dizajnira, proizvodi i distribuira ultrazvučnike visokih performansi, ultrazvučne bioreaktore i prateću opremu za poboljšane procese fermentacije, ekstrakcije i pasterizacije koji se koriste u hrani & proizvodnja pića. Hielscher ultrazvučni sistemi za preradu hrane koriste se za manifold aplikacije kao bezbedna, pouzdana i isplativa tehnologija za proizvodnju visokokvalitetnih namirnica i pića. Instalacija i rad svih Hielscher ultrazvučnih procesora je jednostavan: zahtevaju samo malo prostora, mogu se lako prepraviti u postojeće objekte za obradu.
Hielscher Ultrasonics je odavno iskusan u primeni power ultrazvuka u hrani & industriju pića, kao i mnoge druge industrijske grane. Naši ultrazvučni procesori opremljeni su lako čistim (clean-in-place CIP / sterilize-in-place SIP) sonotrodima i protočnim ćelijama (vlažnim delovima). Hielscher Ultrasonics’ industrijski ultrazvučni procesori mogu da isporuče veoma visoke amplitude. Amplitude do 200μm se mogu lako neprekidno pokrenuti u 24/7 operaciji. Precizno podešavanje amplitude i opcija prebacivanja između niskih i visokih amplitude su važni za stimulisanje ili aktiviranje mikroorganizama. Zbog toga se isti ultrazvučnik može koristiti ili za stimulisanje mikroba koji povećavaju fermentaciju ili za neaktiviranje mikroorganizama za pasterizaciju.
Vrhunska tehnologija, visoke performanse i sofisticirani softver čine Hielscher Ultrasonics’ pouzdani radni konji u vašem procesu fermentacije hrane. Sa malim otiskom stopala i svestranim opcijama instalacije, Hielscher ultrazvučni uređaji se mogu lako integrisati ili retro uklopiti u postojeće proizvodne linije.

Obrada standardizacije sa Hielscher Ultrasonics

Proizvodi za proizvodnju hrane treba da se proizvedu u skladu sa dobrim proizvodnim praksama (GMP) i u okviru standardiranih specifikacija prerade. Hielscher Ultrasonics sistem digitalnih ekstrakta dolazi sa inteligentnim softverom, što olakšava postavljanje i kontrolisanje procesa sonsacije. Automatsko snimanje podataka upisuje sve parametre ultrazvučnih procesa kao što su ultrazvučna energija (ukupna i neto energija), pojačaj, temperaturu, pritisak (kada su postavljeni senzori i senzore pritiska) sa oznakom datuma i vremena na ugrađenoj SD-kartici. Ovo vam omogućava da korigujete svako ultrasonalno obrađen broj. Istovremeno se osigurava reproduktivnost i neprekidno visok kvalitet proizvoda.
Хиелсцхер Ултрасонична терапија’ industrijski ultrasonski procesori mogu isporučiti veoma visoke amplitudes. Amplitudes od do 200 μm se može lako neprestano pokrenuti u 24/7 operaciji. Za još veće amplitudes, na raspolaganju su vam prilagođeni Ultrazvučni sonotrodes. Robusnosti u Hielscher-ovoj ultrasonovoj opremi omogućava 24/7 operacija na teškim dužima i u zahtevnim sredinama.
Molimo vas da nas kontaktirate da biste saznali više o karakteristikama i mogućnostima naših ultrazvučnih sistema pasterizacije. Biće nam drago da sa vama razgovaramo o vašoj prijavi!

Табела испод показује приближни капацитет обраде наших ултразвучних уређаја: