Ultraljudsbehandling för konservering av juice och förbättring av näringsämnen

I modern livsmedelsförädling är det en central utmaning att bevara färskheten och samtidigt förbättra näringsvärdet. Högpresterande ultraljud - med hjälp av sond-typ sonikatorer - har fått dragkraft som en kraftfull icke-termisk bearbetningsmetod. Den här artikeln presenterar resultat från en vetenskaplig studie som undersöker hur näringsprofilen för jordgubbsjuice sötad med Stevia rebaudiana förbättras av Hielscher ultraljudsprocessorer.

Viktiga insikter: Ultraljudsbehandling ökar fenolinnehåll, flavonoidnivåer och antioxidant kapacitet - allt under skalbara förhållanden som är lämpliga för industriell användning.

Varför ersätta värme med ultraljud?

Traditionell pastörisering kan bryta ned termolabila föreningar som polyfenoler och flavonoider. Ultraljud, däremot, är en icke-termisk bearbetningsteknik som använder akustisk kavitation för att förbättra cellstörning och molekylär diffusion utan värmeskador.

En nyligen granskad studie av Šic Žlabur et al. (2019) publicerad i tidskriften “Molecules” ger robusta bevis på effektiviteten av högintensivt ultraljud, med hjälp av Hielscher sonikator modell UP400St, för behandling av jordgubbsjuice sötad med Stevia rebaudiana. Resultaten har betydande implikationer för industriell juicebearbetning, med tanke på att de experimentella förhållandena är linjärt skalbara med Hielschers ultraljudssystem som används.

Fördelar med ultraljud juice bearbetning:

• Förbättrad extraktion av bioaktiva föreningar
• Bevarande av smak och färg
• Minskning av mikrobiell belastning
• Skalbar och energieffektiv
• Process utan rengöringsmedel och tillsatser

Den experimentella uppställningen: Juice ultraljudsbehandling

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

Översikt över resultat – Ultraljud juice bearbetning

Förbättrat totalt fenolinnehåll (TPC)

Ultraljudsbehandlade juicer visade upp till 23% högre TPC jämfört med mild ultraljudsbehandling och 18% högre än icke-sonikerade juicer med stevia.

C18: Ultraljudsbehandlad med 22 mm sond, 100% amplitud, 25 minuter
Tabell: Effekt av ultraljudsbehandling på fenolinnehåll och antioxidant aktivitet

 
Det totala fenolinnehållet (TPC) ökade med 23% jämfört med den mildaste ultraljudsbehandlingen och 18% jämfört med icke-ultraljudsbehandlade prover med stevia.
Viktiga fenoler som förbättrades inkluderade luteolin, apigenin, quercetin, myricetin och kaempferol, med ökningar som sträckte sig från 3- till 7-faldiga.
Antioxidantkapaciteten (via ABTS-analys) ökade också, vilket visar ökningen av bioaktiva ämnen.

Fenolsyror och flavonoidprofil

Ultraljud möjliggjorde överlägsen extraktion av fenolsyror som pyrogallol och 4-metyl-katekol, med pyrogallol som når nästan 2 mg / g i den mest intensivt sonikerade juicen - över 3,5 × högre än i icke-ultraljudsbehandlade motsvarigheter.

Bildningen av hydroxylradikaler under akustisk kavitation bidrar sannolikt till förbättrad hydroxylering och frisättning av fenoliska föreningar, vilket är i linje med tidigare mekanistiska studier om ultraljudsextraktion.

Förbättrad sötma med funktionella fördelar

I studien undersöktes steviolglykosider, särskilt steviosid och rebaudiosid A (Reb A) – de primära sötningsmedlen i Stevia rebaudiana. Ultraljudsbehandling ökade deras koncentrationer betydligt:

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

Denna förbättring är inte bara fördelaktig ur ett sötmaperspektiv utan också ur en sensorisk och metabolisk vinkel. Högre Reb A-nivåer förbättrar smakligheten genom att minska bitterheten som ofta förknippas med steviosid.

Ultraljud juice bearbetning: Industriell relevans och skalbarhet

Hielscher sonikatorer möjliggör en exakt kontroll över alla viktiga processparametrar. Därmed är alla resultat linjärt skalbara, tack vare utformningen av Hielscher ultraljudsprocessorer, som bibehåller konstant energiintensitet under uppskalning. Detta gör övergången från stationära till kontinuerliga industriella system både tekniskt genomförbar och ekonomiskt attraktiv.

Denna studie bidrar till en växande mängd bevis som stöder högintensivt ultraljud som en hållbar, icke-termisk bearbetningsmetod. De kombinerade fördelarna som observerats - näringsförbättring, förbättrad antioxidantkapacitet och optimerade sensoriska egenskaper - understryker dess värde i utvecklingen av funktionella drycker.

Vad innebär då detta för industrin?
Med skalbara teknikplattformar som de från Hielscher, juice tillverkare kan nu överväga ultraljudsbehandling inte bara som ett alternativ, men som en uppgradering - både för produktkvalitet och konsumenternas hälsa.

Tabellen nedan ger dig en indikation på den ungefärliga bearbetningskapaciteten hos våra ultraljudsapparater:

Design, tillverkning och rådgivning – Kvalitet tillverkad i Tyskland

Hielscher ultraljudsapparater är välkända för sina högsta kvalitets- och designstandarder. Robusthet och enkel drift möjliggör en smidig integration av våra ultraljudsapparater i industriella anläggningar. Tuffa förhållanden och krävande miljöer hanteras enkelt av Hielscher ultraljudsapparater.

Hielscher Ultrasonics är ett ISO-certifierat företag och lägger särskild vikt vid högpresterande ultraljudsapparater med den senaste tekniken och användarvänligheten. Naturligtvis är Hielscher ultraljudsapparater CE-kompatibla och uppfyller kraven i UL, CSA och RoHs.