Ultraljudsbehandling för konservering av juice och förbättrat näringsinnehåll

Inom modern livsmedelsbearbetning är det en central utmaning att bevara färskheten och samtidigt förbättra näringsvärdet. Högpresterande ultraljudsbehandling – med ultraljudssonder – har fått ökat genomslag som en kraftfull icke-termisk bearbetningsmetod. Denna artikel presenterar resultat från en vetenskaplig studie som undersöker hur näringsprofilen hos jordgubbsjuice sötad med Stevia rebaudiana förbättras med Hielschers ultraljudsprocessorer.

Viktiga insikter: Ultraljudsbehandling ökar fenolhalten, flavonoidhalterna och antioxidantkapaciteten – allt under skalbara förhållanden som lämpar sig för industriell användning.

Varför ersätta värme med ultraljud?

Traditionell pastörisering kan bryta ned termolabila föreningar som polyfenoler och flavonoider. Ultraljudsbehandling är däremot en icke-termisk bearbetningsteknik som använder akustisk kavitation för att öka cellsönderdelningen och den molekylära diffusionen utan värmeskador.

En nyligen publicerad, sakkunniggranskad studie av Šic Žlabur et al. (2019) i tidskriften ”Molecules” ger starka belägg för effektiviteten hos högintensivt ultraljud, med Hielschers ultraljudsapparat av modellen UP400St, vid behandling av jordgubbsjuice sötad med Stevia rebaudiana. Resultaten har betydande konsekvenser för industriell juicebearbetning, eftersom försöksförhållandena kan skalas upp linjärt med de ultraljudssystem från Hielscher som användes.

Fördelar med ultraljudsbehandling av juice:

• Förbättrad extraktion av bioaktiva föreningar
• Bevarande av smak och färg
• Minskad mikrobiell belastning
• Skalbar och energieffektiv
• Tillsatsfri process som möjliggör en ren innehållsdeklaration

Försöksuppställningen: ultraljudsbehandling av juice

I studien användes en Hielscher UP400St ultraljudsprocessor (400 W, 24 kHz) för att behandla jordgubbsjuice i närvaro av grönt steviapulver.
Forskarna utvärderade effekterna av ultraljudsbehandling med sond vid olika amplituder (50%, 75%, 100%), sonddiametrar (sonotrod S24d7 med 7 mm och S24d22 med 22 mm spetsdiameter) och behandlingstider (15, 20 och 25 minuter). Av alla testade förhållanden gav den mest intensiva behandlingen – 100% amplitud, 22 mm sond, 25 minuter – de mest uttalade resultaten.

Resultatöversikt – ultraljudsbehandling av juice

Ökad total fenolhalt (TPC)

Ultraljudsbehandlade juicer uppvisade upp till 23% högre TPC jämfört med mild ultraljudsbehandling och 18% högre än juicer med stevia som inte hade ultraljudsbehandlats.

C18: Ultraljudsbehandlad med 22 mm sond, 100% amplitud, 25 minuter
Tabell: Ultraljudsbehandlingens effekt på fenolhalt och antioxidantaktivitet

 
Den totala fenolhalten (TPC) ökade med 23% jämfört med den mildaste ultraljudsbehandlingen och med 18% jämfört med prover med stevia som inte hade ultraljudsbehandlats.
Bland de viktigaste fenolföreningarna vars halter ökade fanns luteolin, apigenin, kvercetin, myricetin och kaempferol, med ökningar till mellan 3 och 7 gånger de ursprungliga halterna.
Antioxidantkapaciteten (mätt med ABTS-analys) ökade också, vilket återspeglade ökningen av bioaktiva ämnen.

Fenolsyror och flavonoidprofil

Ultraljud möjliggjorde överlägsen extraktion av fenolsyror som pyrogallol och 4-metylkatekol, där pyrogallolhalten nådde nästan 2 mg/g i den mest intensivt ultraljudsbehandlade juicen – över 3,5× högre än i motsvarande juicer som inte hade ultraljudsbehandlats.

Bildningen av hydroxylradikaler under akustisk kavitation bidrar sannolikt till ökad hydroxylering och frisättning av fenolföreningar, vilket överensstämmer med tidigare mekanistiska studier av ultraljudsextraktion.

Förbättrad sötma med funktionella fördelar

Studien undersökte särskilt steviolglykosider, framför allt steviosid och rebaudiosid A (Reb A) – de huvudsakliga sötningsämnena i Stevia rebaudiana. Ultraljudsbehandlingen ökade deras koncentrationer signifikant:

• Steviosidhalten ökade med 61%.
• Reb A-halten fördubblades (+114%).

Denna ökning är fördelaktig både ur ett sötmaperspektiv och ur sensorisk och metabol synvinkel. Högre Reb A-halter förbättrar smakligheten genom att minska den bitterhet som ofta förknippas med steviosid.

Ultraljudsbehandling av juice: industriell relevans och skalbarhet

Hielschers ultraljudsapparater möjliggör exakt kontroll av alla viktiga processparametrar. Därmed kan alla resultat skalas upp linjärt tack vare utformningen av Hielschers ultraljudsprocessorer, som bibehåller en konstant energiintensitet vid uppskalning. Detta gör övergången från bänkutrustning till kontinuerliga industriella system både tekniskt genomförbar och ekonomiskt attraktiv.

Denna studie bidrar till ett växande vetenskapligt underlag som stöder högintensivt ultraljud som en hållbar, icke-termisk bearbetningsmetod. De samlade fördelar som observerades – förbättrat näringsinnehåll, förbättrad antioxidantkapacitet och optimerade sensoriska egenskaper – understryker metodens värde vid utveckling av funktionella drycker.

Vad innebär detta då för industrin?
Med skalbara teknikplattformar som de från Hielscher kan juicetillverkare nu betrakta ultraljudsbehandling inte bara som ett alternativ, utan som en förbättring – både för produktkvaliteten och konsumenternas hälsa.

Tabellen nedan ger en uppfattning om den ungefärliga bearbetningskapaciteten hos våra ultraljudsapparater:

Konstruktion, tillverkning och rådgivning – kvalitet tillverkad i Tyskland

Hielschers ultraljudsapparater är välkända för sin allra högsta kvalitet och sina allra högsta konstruktionsstandarder. Robusthet och enkel användning gör att våra ultraljudsapparater smidigt kan integreras i industriella anläggningar. Hielschers ultraljudsapparater klarar enkelt tuffa förhållanden och krävande miljöer.

Hielscher Ultrasonics är ett ISO-certifierat företag och lägger särskild vikt vid högpresterande ultraljudsapparater med toppmodern teknik och användarvänlighet. Självklart är Hielschers ultraljudsapparater CE-kompatibla och uppfyller kraven i UL, CSA och RoHs.