Kombucha är en fermenterad dryck som innehåller te, socker, bakterier, jäst och ofta lite juice, frukt eller kryddor som arom. Kombucha samt fermenterad juice och grönsaksjuicer är kända för att ha positiva effekter på hälsan, vilket stärker mikrobiotan och immunsystemet. Kontrollerad ultraljud förbättrar produktionen av kombucha och andra fermenterade drycker på olika sätt: Ultraljud kan stimulera jäst och bakterietillväxt under jäsning; extrahera polyfenoler, flavonoider och smaker från frukt, grönsaker och örter; och tillämpas även som icke-termisk pastöriseringsmetod för mikrobiell reduktion före förpackning. Hielscher ultrasonicators är exakt kontrollerbara och kan leverera den mest lämpliga ultraljud intensitet för varje behandling steg i produktionen av fermenterade drycker.

Kombucha och fermenterade drycker

Kombucha produceras genom att jäsa sockerat te med hjälp av en "Symbiotic Culture Of Bacteria and Yeast" (SCOBY), även kallad en "mamma” eller "te svamp”. Variationen och förhållandet mellan mikrobiella populationer i en SCOBY kan variera ganska avsevärt. Jästkomponenten omfattar i allmänhet Saccharomyces cerevisiae, tillsammans med andra arter av Zygosaccharomyces, Candida, Kloeckera/Hanseniaspora, Torulaspora, Pichia, Brettanomyces/Dekkera, Saccharomyces, Lachancea, Saccharomycoides, Schizosaccharomyces och Kluyveromyces; Bakteriekomponenten omfattar nästan alltid Komagataeibacter xylinus (tidigare Gluconacetobacter xylinus), som jäser alkoholer som jästen framställer till ättiksyra och andra syror, vilket ökar surheten och begränsar etanolhalten.
På samma sätt inympas andra jästa drycker som fermenterad frukt och grönsaksjuicer med bakterier och jäst.
En behandling med ultraljud kan förbättra jäsningseffektiviteten och kvalitetsegenskaperna hos den fermenterade drycken inklusive näringsinnehåll och smak.

Ultraljud intensifierad Kombucha Fermentering

Ultraljudsvågor är välkända för att stimulera tillväxten av bakterier och jäst. En kontrollerad mild ultraljudsbehandling av kombucha kulturer (SCOBY, även känd som te svamp, te svamp eller Manchurian svamp) kan därför främja jäsningsprocessen och leda till högre kombucha avkastning i en accelererad jäsning tid.
Ultraljud-stimulerad jäsning visar förbättrad membran permeabilization och därmed ökad massöverföring. Den sonomekaniska behandlingen av ultraljudsvågor perforerar cellväggarna och plasmamembranen hos mikroorganismer (en process som kallas sonoporation). Vissa celler kan till och med vara spruckna. Dessa störda celler frigör tillväxtfrämjande faktorer som vitaminer, nukleotider, aminosyror och enzymer som kan stimulera tillväxten av cellulärt intakta såväl som membrankomprometterade bakterier.
Ultraljud behandling tidigare jäsning samt i fördröjning och timmer faser visade de mest framträdande effekterna på bakteriell tillväxt stimulering.

Ultraljud stimulering av mikrobiell tillväxt är mest effektiv när ultraljud tillämpas före jäsning eller i fördröjnings- och loggfaserna.

Ultraljud stimulering av äppeljuicefermentering

Forskning visade att ultraljud behandling vid fördröjning och logaritmiska faser under jäsning av äppeljuice främjade mikrobiell tillväxt och intensifierad biotransformation av äppelsyra till mjölksyra. Till exempel, efter ultraljudsbehandling i fördröjningsfasen för 0,5 h, mikrobiellt antal och mjölksyra innehåll i ultraljud-behandlade prover vid 58,3 W/L nådde 7,91 ± 0,01 Log CFU/mL och 133,70 ± 7,39 mg/L, som var betydligt högre än i de icke-sonicated proverna. Dessutom hade ultraljud vid fördröjning och logaritmiska faser komplexa influenser på metabolismen av äppelfenolics såsom klorogensyra, koffeinsyra, procyanidin B2, katekin och gallsyra. Ultraljud kan positivt påverka hydrolysen av klorogensyra till koffeinsyra, omvandlingen av procyanidin B2 och dekarboxylering av gallsyra. Metabolismen av organiska syror och fria aminosyror i sonicated prover var statistiskt korrelerade med fenol metabolism, vilket innebär att ultraljud kan gynna fenol härledning genom att förbättra den mikrobiella metabolismen av organiska syror och aminosyror. (jfr Wang et al., 2021)

Ultraljud förbättrad sojamjölkfermentering

Forskargruppen av Ewe et al. (2012) undersökte effekterna av ultraljud på metabolisk effektivitet av stammar av laktobaciller (Lactobacillus acidophilus BT 1088, L. fermentum BT 8219, L. acidophilus FTDC 8633, L. gasseri FTDC 8131) under sojamjölkfermentering. Det observerades att ultraljudsbehandlingen permeabiliserade bakteriernas cellmembran. De permeabilized cellulära membranen resulterade i en förbättrad näringsämne internalisering och efterföljande tillväxt förbättring (P ≺ 0,05). Högre amplituder och längre varaktigheter av ultraljudsbehandling främjas tillväxt av lactobacilli i sojamjölk, med livskraftiga räkningar överstiger 9 log CFU/mL. Intracellulära och extracellulära β-glukosidas specifika aktiviteter av lactobacilli förbättrades också (P ≺ 0,05) genom ultraljud, vilket leder till ökad biokonversion av isoflavoner i sojamjölk, särskilt genistin och malonyl genistin till genistein. Resultat från denna studie visar att ultraljudsbehandling på laktobacillerceller främjar (P ≺ 0,05) β-glukossidasaktiviteten hos celler till förmån för förbättrad (P ≺ 0, 05) isoflavon glukosider biokonversion mot bioaktiv aglykoner i sojamjölk. (jfr Ewe et al., 2012)

Scanning elektronmikrografer av laktobaciller utan behandling (A) och laktobaciller behandlas med ultraljud vid 60% amplitud i 3 min (B). Cirklar som visar brustna celler och celler med porer.
(Studie och bilder: ©Ewe et al., 2012)

Extraktion av näringsföreningar och smaker i Kombucha och fermenterade drycker

Fermenterat te, juice och vegetabiliska drycker, t.ex. fermenterat äpple eller mullbärsjuice eller fruktinfuserade kombuchas, drar nytta av smak- och näringsmässigt signifikant från en ultraljudsbehandling. Ultraljudsvågorna stör cellulära strukturer av växtmaterial och frigör intracellulära föreningar som smaker, polyfenoler, antioxidanter och flavonoider. Samtidigt ger ultraljud homogenisering en jämnt spridd och emulgerad dryck som förhindrar fasseparation och erbjuder ett tilltalande utseende för konsumenterna. Du kan se ett exempel på en ultraljudsbehandlad havtorn bär kombucha utan fasseparation i jämförelse med en obehandlad version nedan.
Läs mer om ultraljudssmak och näringsextraktion!

Ultraljud för Kombucha Konservering

Ultraljudsbehandling kan påverka mikrober genom att antingen stimulera eller inaktivera dem. Även enzymer påverkas av ultraljudsbehandling: Ultraljud kan ändra egenskaper hos enzymer, substrat och deras reaktioner. Dessa effekter av lågfrekvent ultraljud används i livsmedelsbearbetning som ett icke-termiskt alternativ till pastörisera mat och dryck. Ultraljudsbehandling erbjuder fördelen med exakt kontroll över processparametrarna som amplitud, tid, temperatur och tryck, vilket möjliggör en riktad inaktivering av mikroorganismer. Inaktiveringen av den mikrobiella belastningen i kombucha och fermenterade drycker gör det möjligt att öka hållbarheten och produktstabiliteten. En minskning av mikrober och enzymer underlättar kommersiell distribution på grund av en långvarig hållbarhetstid för slutprodukten. Ultraljud är en icke-termisk pastöriseringsmetod, som redan används i kommersiell livsmedelsbearbetning som pastörisering av juicer. Speciellt vid högre amplituder inaktiverar ultraljud bakterier och jäst genom att skada cellväggarna. Detta resulterar i en långsammare eller stoppad mikrobiell tillväxt. Till exempel, Kwaw et al. (2018) undersökte ultraljud som icke-termisk pastöriseringsstrategi för mjölksyra-fermenterad mullbärsjuice. Ultraljud behandlas fermenterad mullbär juice hade ett högre innehåll av fenolföreningar (1700.07 ± 2.44 μg/mL) än kontrollen, en obehandlad fermenterad mullbär juice. "Bland de enskilda icke-termiska behandlingarna orsakade ultraljud en betydande (p < 0.05) ökning av fenol- och antioxidantegenskaperna hos mjölksyrajäst mullbärsjuice jämfört med den pulserade ljusbehandlingen." (Kwaw et al., 2018) Även om kombucha är en dryck som är känd för sina livskulturer, kan en kontrollerad minskning av mikrober användas för att förlänga hållbarheten för kommersiellt distribuerade kombuchadrycker. Regelbunden termisk pastörisering dödar alla levande jästsvampar och bakterier som normalt finns i kombucha och är en av de viktigaste faktorerna för dess hälsofrämjande effekter. Ultraljud pastörisering är en icke-termisk konserveringsmetod, som kan användas för att antingen minska mikrobiella räkningar eller eliminera mikroorganismer helt. Detta innebär att kommersiella producenter kan applicera ultraljud vid lägre amplituder och under kortare perioder för att minska antalet bakterier och jäst utan att eliminera helt. Därmed är livkulturer fortfarande närvarande i kombucha, men i lägre antal så att hållbarheten och lagringstiden förbättras.

Vetenskapligt bevisade resultat i ultraljudsbehandlad Kombucha

(2020) undersökte effekterna av lågfrekvent ultraljud på kombucha gjord med sjöbuckthornbär med hjälp av ultraljud processor UIP500hdT. Forskargruppen kunde visa flera nytta effekter av ultraljud på havtorn bär beredning och efterföljande kombucha jäsning.

Ultraljud Sea Buckthorn Bär Extraktion

Ultraljudsbehandling av färska hela havtorn bär (även känd som sanddorne; H. rhamnoides cv. Sunny) puréades med en Vitamix mixer i 2 min. En volym dH2O motsvarande 30% av den ursprungliga purévolymen tillsattes och blandades. Ultraljud (90 W, 20 kHz, 10 min) applicerades på 200 ml av den utspädda purén med en UIP500hdT ultraljud processor (Hielscher Ultrasonics, Tyskland). Behandlingstiden valdes för optimering av näringsämnen och bibehålla provet i färskt tillstånd. Resultaten av ultraljud extraktion visar en betydande (P ≺ 0,05) ökning med 10% extraktion avkastning från massa (från 19,04 ± 0,08 till 20,97 ± 0,29%) och med 7% för utsäde (från 14,81 ± 0,08 till 15,83 ± 0,28%). Denna ökning av oljeutbyte belyser funktionaliteten av ultraljudsbehandling som en effektiv och grön teknik för att maximera råmaterialvärdet. Ultraljud extraktion från havtorn bär resulterade i högre oljeutbyte och minskad bearbetningstid, strömförbrukning, och undvikande av farliga lösningsmedel.

Ultraljud homogenisering av Havtorn Berry Kombucha

Ultraljud behandlade havtorn (sanddorne) bär kombucha visade en betydligt förbättrad stabilitet av produkten. Dag 21 av lagring förblev sonicated bär kombucha homogen. Det faktum att ingen syneresi observerades i sonicated bär kombucha för hela studien (21 dagar, se bild nedan) visar att ultraljud ensam är en effektiv emulgering teknik som kan producera produktstabilitet och förhindra fas separation.

Seabuckthorn puré (P) utan och med ultraljudsbehandling (P+US) dag 0 och 21.
Studie och bild:©Dornan et al., 2020.

Ultraljud för att stoppa jäsning

Fyra prover av kombucha gjordes: K (kombucha), K+US (kombucha + ultraljud), K +S (kombucha + sackaros) och K+S+US (kombucha + sackaros + ultraljud). Alla prover framställdes med 200 ml havtornspuré (P) eller P+US och 12,5 g SCOBY. K bestod av P och SCOBY. K+US bestod av P+US och SCOBY. K+S bestod av P, 15,0 g sackaros och SCOBY. K+S+US bestod av P+US, 15,0 g sackaros och SCOBY. Alla prover lämnades att jäsa på en mörk plats vid rumstemperatur i fem dagar. En andra ultraljudsbehandling behandling (90 W, 20 kHz, 10 min) tillämpades på K +US och K +S +US för att stoppa jäsning på dag 5.

Ultraljud bevarande effekter på Kombucha

I havtorn kombucha minskade ultraljudsbehandling inledande mikrobiell belastning med 2,6 log CFU/mL, vilket stoppade jäsningsprocessen vid en vald tidpunkt för att förhindra överfermentering. Dessutom bidrar den kontrollerade mikrobiella minskningen till att öka hållbarheten och stabiliteten hos slutprodukten, vilket underlättar den kommersiella distributionen av kombucha.
Läs mer om ultraljud som icke-termisk juice pastöriseringsmetod!

Övergripande resultat i ultraljudsbehandlad Kombucha

Ultraljud minskade initial mikrobiell belastning med 2,6 log CFU/mL, ökat ORAC-värde med 3% och ökat vattenlöslighetsindex (WSI) med 40% (från 6,64 till 9,29 g/g) utan syneres. Resultat från denna studie tyder på att applicering av ultraljud kan förbättra fenolfunktionen under jäsning och kan minska syneres, öka oljeutbytet, minska den mikrobiella belastningen och öka ORAC med minimal förlust av näringskvalitet. (jfr Dornan et al., 2020)

Ultraljudsutrustning för förbättrad Kombucha Brewing

Hielscher Ultrasonics designar, tillverkar och distribuerar högpresterande ultraljud, ultraljud bioreaktorer och tillbehör för förbättrad jäsning, extraktion, och pastöriseringsprocesser som används i livsmedel & dryckestillverkning. Hielscher ultraljud livsmedelsbearbetningssystem används för grenrör applikationer är en säker, pålitlig och kostnadseffektiv teknik för att producera högkvalitativa livsmedel och drycker. Installation och drift av alla Hielscher ultraljud processorer är enkel: De kräver bara lite utrymme, kan enkelt eftermonteras i befintliga bearbetningsanläggningar.
Hielscher Ultrasonics är lång erfarenhet av tillämpningen av makt ultraljud i maten & dryckesindustri samt många andra industrigrenar. Våra ultraljud processorer är utrustade med lätt att rengöra (ren-på-plats CIP / sterilisera-på plats SIP) sonotrodes och flöde-celler (de våta delarna). Hielscher Ultrasonics’ industriella ultraljud processorer kan leverera mycket höga amplituder. Amplituder på upp till 200 μm kan enkelt köras kontinuerligt i 24/7 drift. Den exakta justeringen av amplituder och möjligheten att växla mellan låga och höga amplituder är viktiga för att stimulera eller inaktivera mikroorganismer. Därmed kan samma ultraljud användas för att antingen stimulera mikrober öka jäsningen eller för att inaktivera mikroorganismer för pastörisering.
Toppmodern teknik, hög prestanda och sofistikerad programvara gör Hielscher Ultrasonics’ pålitliga arbetshästar i din matfermenteringsprocess. Med ett litet fotavtryck och mångsidiga installationsalternativ, Hielscher ultrasonicators kan enkelt integreras eller eftermonteras i befintliga produktionslinjer.

Processstandardisering med Hielscher Ultrasonics

Produkter av livsmedelskvalitet bör produceras i enlighet med god tillverkningssed och enligt standardiserade bearbetningsspecifikationer. Hielscher Ultrasonics digitala extraktionssystem levereras med intelligent programvara, vilket gör det enkelt att ställa in och kontrollera ultraljudsbehandling processen exakt. Automatisk datainspelning skriver alla ultraljud processparametrar såsom ultraljud energi (total och nettoenergi), amplitud, temperatur, tryck (när temp och trycksensorer är monterade) med datum och tidsstämpel på den inbyggda SD-kortet. Detta gör att du kan revidera varje ultraljud bearbetas parti . Samtidigt säkerställs reproducerbarhet och kontinuerligt hög produktkvalitet.
Hielscher Ultrasonics’ industriella ultraljud processorer kan leverera mycket höga amplituder. Amplituder på upp till 200 μm kan enkelt köras kontinuerligt i 24/7 drift. För ännu högre amplituder, anpassade ultraljud sonotrodes finns. Robustheten av Hielschers ultraljud utrustning möjliggör 24/7 drift vid tunga och i krävande miljöer.
Vänligen kontakta oss veta att lära sig mer om funktioner och förmåga våra ultraljud pastörisering system. Vi skulle vara glada att diskutera din ansökan med dig!

Nedanstående tabell ger dig en indikation på hur mycket våra ultraljudsapparater kan hantera: