การใช้คลื่นอัลตราโซนิกเพื่อถนอมคุณภาพน้ำผลไม้และเพิ่มคุณค่าทางโภชนาการ

ในการแปรรูปอาหารสมัยใหม่ การรักษาความสดพร้อมกับเพิ่มคุณค่าทางโภชนาการเป็นความท้าทายสำคัญ การใช้คลื่นอัลตราโซนิกสมรรถนะสูง – ด้วยเครื่องอัลตราโซนิกชนิดโพรบ – ได้รับความนิยมเพิ่มขึ้นในฐานะวิธีแปรรูปแบบไม่ใช้ความร้อนที่มีประสิทธิภาพสูง บทความนี้นำเสนอผลการศึกษาทางวิทยาศาสตร์ที่ตรวจสอบว่าเครื่องแปรรูปด้วยคลื่นอัลตราโซนิกของ Hielscher ช่วยเพิ่มคุณค่าทางโภชนาการของน้ำสตรอว์เบอร์รีที่เติมความหวานด้วย Stevia rebaudiana ได้อย่างไร

ข้อค้นพบสำคัญ: การใช้คลื่นอัลตราโซนิกช่วยเพิ่มปริมาณสารฟีนอลิก ระดับฟลาโวนอยด์ และความสามารถในการต้านอนุมูลอิสระ – ทั้งหมดนี้เกิดขึ้นภายใต้สภาวะที่ขยายขนาดได้และเหมาะสำหรับการใช้งานในอุตสาหกรรม

เหตุใดจึงใช้คลื่นอัลตราโซนิกแทนความร้อน?

การพาสเจอไรซ์แบบดั้งเดิมอาจทำให้สารประกอบที่ไม่ทนต่อความร้อน เช่น พอลิฟีนอลและฟลาโวนอยด์ เสื่อมสลาย ในทางตรงกันข้าม การใช้คลื่นอัลตราโซนิกเป็นเทคนิคการแปรรูปแบบไม่ใช้ความร้อนที่อาศัยคาวิเทชันจากคลื่นเสียงเพื่อเพิ่มการทำลายเซลล์และการแพร่ของโมเลกุล โดยไม่ก่อให้เกิดความเสียหายจากความร้อน

การศึกษาล่าสุดของ Šic Žlabur และคณะ (2019) ซึ่งผ่านการประเมินโดยผู้ทรงคุณวุฒิและตีพิมพ์ในวารสาร “Molecules” ให้หลักฐานที่หนักแน่นเกี่ยวกับประสิทธิผลของคลื่นอัลตราโซนิกความเข้มสูง โดยใช้เครื่องอัลตราโซนิก Hielscher รุ่น UP400St เพื่อแปรรูปน้ำสตรอว์เบอร์รีที่เติมความหวานด้วย Stevia rebaudiana ผลการศึกษามีนัยสำคัญต่อการแปรรูปน้ำผลไม้ในอุตสาหกรรม เนื่องจากสามารถขยายขนาดสภาวะการทดลองได้ในเชิงเส้นด้วยระบบอัลตราโซนิกของ Hielscher ที่ใช้

ประโยชน์ของการแปรรูปน้ำผลไม้ด้วยคลื่นอัลตราโซนิก:

• เพิ่มประสิทธิภาพการสกัดสารออกฤทธิ์ทางชีวภาพ
• รักษารสชาติและสี
• ลดปริมาณจุลินทรีย์
• ขยายขนาดได้และใช้พลังงานอย่างมีประสิทธิภาพ
• กระบวนการที่มีรายการส่วนผสมเรียบง่ายและปราศจากสารเติมแต่ง

การจัดเตรียมการทดลอง: การใช้คลื่นอัลตราโซนิกกับน้ำผลไม้

การศึกษานี้ใช้เครื่องแปรรูปด้วยคลื่นอัลตราโซนิก Hielscher UP400St (400 W, 24 kHz) เพื่อแปรรูปน้ำสตรอว์เบอร์รีที่มีผงหญ้าหวานสีเขียวผสมอยู่
นักวิจัยประเมินผลของการใช้คลื่นอัลตราโซนิกชนิดโพรบที่แอมพลิจูดต่าง ๆ (50%, 75%, 100%) เส้นผ่านศูนย์กลางโพรบต่าง ๆ (โซโนโทรด S24d7 ที่มีขนาดปลาย 7 mm และ S24d22 ที่มีขนาดปลาย 22 mm) และระยะเวลาการใช้คลื่นอัลตราโซนิกต่าง ๆ (15, 20 และ 25 นาที) ในบรรดาสภาวะทั้งหมดที่ทดสอบ การแปรรูปที่เข้มข้นที่สุด – แอมพลิจูด 100% โพรบ 22 mm เป็นเวลา 25 นาที – ให้ผลที่เด่นชัดที่สุด

ภาพรวมผลการศึกษา – การแปรรูปน้ำผลไม้ด้วยคลื่นอัลตราโซนิก

ปริมาณสารฟีนอลิกทั้งหมด (TPC) ที่เพิ่มขึ้น

น้ำผลไม้ที่ผ่านการใช้คลื่นอัลตราโซนิกมี TPC สูงขึ้นถึง 23% เมื่อเทียบกับการใช้คลื่นอัลตราโซนิกระดับอ่อน และสูงขึ้น 18% เมื่อเทียบกับน้ำผลไม้ที่มีหญ้าหวานซึ่งไม่ได้ผ่านการใช้คลื่นอัลตราโซนิก

C18: ผ่านการใช้คลื่นอัลตราโซนิกด้วยโพรบ 22 mm แอมพลิจูด 100% เป็นเวลา 25 นาที
ตาราง: ผลของการใช้คลื่นอัลตราโซนิกต่อปริมาณสารฟีนอลิกและฤทธิ์ต้านอนุมูลอิสระ

 
ปริมาณสารฟีนอลิกทั้งหมด (TPC) เพิ่มขึ้น 23% เมื่อเทียบกับการใช้คลื่นอัลตราโซนิกระดับอ่อนที่สุด และเพิ่มขึ้น 18% เมื่อเทียบกับตัวอย่างที่มีหญ้าหวานซึ่งไม่ได้ผ่านการใช้คลื่นอัลตราโซนิก
สารฟีนอลิกสำคัญที่มีปริมาณเพิ่มขึ้น ได้แก่ luteolin, apigenin, quercetin, myricetin และ kaempferol โดยเพิ่มขึ้นตั้งแต่ 3 ถึง 7 เท่า
ความสามารถในการต้านอนุมูลอิสระ (วัดด้วยวิธี ABTS) ก็เพิ่มขึ้นเช่นกัน ซึ่งแสดงถึงการเพิ่มขึ้นของสารออกฤทธิ์ทางชีวภาพ

องค์ประกอบของกรดฟีนอลิกและฟลาโวนอยด์

คลื่นอัลตราโซนิกช่วยให้สกัดกรดฟีนอลิก เช่น pyrogallol และ 4-methyl-catechol ได้ดียิ่งขึ้น โดยปริมาณ pyrogallol ในน้ำผลไม้ที่ผ่านการใช้คลื่นอัลตราโซนิกเข้มข้นที่สุดมีค่าเกือบ 2 mg/g – สูงกว่าในน้ำผลไม้ที่ไม่ได้ผ่านการใช้คลื่นอัลตราโซนิกมากกว่า 3.5×

การเกิดอนุมูลไฮดรอกซิลระหว่างคาวิเทชันจากคลื่นเสียงน่าจะมีส่วนช่วยเพิ่มการเติมหมู่ไฮดรอกซิลและการปลดปล่อยสารประกอบฟีนอลิก ซึ่งสอดคล้องกับการศึกษากลไกการสกัดด้วยคลื่นอัลตราโซนิกก่อนหน้านี้

ความหวานที่ดีขึ้นพร้อมประโยชน์ต่อการทำงานของร่างกาย

ประเด็นที่น่าสนใจคือ การศึกษานี้ตรวจสอบสตีวิออลไกลโคไซด์ โดยเฉพาะ stevioside และ rebaudioside A (Reb A) – ซึ่งเป็นสารให้ความหวานหลักใน Stevia rebaudiana การใช้คลื่นอัลตราโซนิกเพิ่มความเข้มข้นของสารเหล่านี้อย่างมีนัยสำคัญ:

• ปริมาณ Stevioside เพิ่มขึ้น 61%
• ปริมาณ Reb A เพิ่มเป็นสองเท่า (+114%)

การเพิ่มขึ้นนี้มีประโยชน์ทั้งในด้านความหวาน ด้านประสาทสัมผัส และด้านเมแทบอลิซึม ระดับ Reb A ที่สูงขึ้นช่วยให้รสชาติเป็นที่ยอมรับมากขึ้น โดยลดความขมที่มักเกี่ยวข้องกับ stevioside

การแปรรูปน้ำผลไม้ด้วยคลื่นอัลตราโซนิก: ความสำคัญต่ออุตสาหกรรมและความสามารถในการขยายขนาด

เครื่องอัลตราโซนิกของ Hielscher ช่วยให้ควบคุมพารามิเตอร์กระบวนการที่สำคัญทั้งหมดได้อย่างแม่นยำ ดังนั้น ผลลัพธ์ทั้งหมดจึงสามารถขยายขนาดได้ในเชิงเส้น ด้วยการออกแบบเครื่องแปรรูปด้วยคลื่นอัลตราโซนิกของ Hielscher ที่รักษาความเข้มของพลังงานให้คงที่ระหว่างการขยายขนาด ทำให้การเปลี่ยนจากเครื่องตั้งโต๊ะไปสู่ระบบอุตสาหกรรมแบบต่อเนื่องมีความเป็นไปได้ทางเทคนิคและน่าสนใจในเชิงเศรษฐศาสตร์

การศึกษานี้เพิ่มหลักฐานให้กับองค์ความรู้ที่ขยายตัวอย่างต่อเนื่อง ซึ่งสนับสนุนการใช้คลื่นอัลตราโซนิกความเข้มสูงเป็นวิธีแปรรูปที่ยั่งยืนและไม่ใช้ความร้อน ประโยชน์ร่วมกันที่สังเกตได้ – การเพิ่มคุณค่าทางโภชนาการ ความสามารถในการต้านอนุมูลอิสระที่ดีขึ้น และคุณลักษณะทางประสาทสัมผัสที่ได้รับการปรับให้เหมาะสม – เน้นย้ำคุณค่าของวิธีนี้ในการพัฒนาเครื่องดื่มที่มีประโยชน์ต่อการทำงานของร่างกาย

แล้วสิ่งนี้มีความหมายอย่างไรต่ออุตสาหกรรม?
ด้วยแพลตฟอร์มเทคโนโลยีที่ขยายขนาดได้ เช่น แพลตฟอร์มของ Hielscher ผู้ผลิตน้ำผลไม้จึงสามารถพิจารณาการใช้คลื่นอัลตราโซนิกได้ทั้งในฐานะทางเลือกและการยกระดับ – ทั้งคุณภาพผลิตภัณฑ์และสุขภาพผู้บริโภค

ตารางด้านล่างแสดงกำลังการแปรรูปโดยประมาณของเครื่องอัลตราโซนิกของเรา:

การออกแบบ การผลิต และการให้คำปรึกษา – คุณภาพที่ผลิตในเยอรมนี

เครื่องอัลตราโซนิกของ Hielscher เป็นที่รู้จักอย่างดีในด้านคุณภาพและมาตรฐานการออกแบบที่สูงที่สุด ความทนทานและการใช้งานที่ง่ายช่วยให้ผสานเครื่องอัลตราโซนิกของเราเข้ากับโรงงานอุตสาหกรรมได้อย่างราบรื่น เครื่องอัลตราโซนิกของ Hielscher รับมือกับสภาวะที่รุนแรงและสภาพแวดล้อมที่มีข้อกำหนดสูงได้อย่างง่ายดาย

Hielscher Ultrasonics เป็นบริษัทที่ได้รับการรับรอง ISO และให้ความสำคัญเป็นพิเศษกับเครื่องอัลตราโซนิกสมรรถนะสูงที่มีเทคโนโลยีล้ำสมัยและใช้งานง่าย แน่นอนว่าเครื่องอัลตราโซนิกของ Hielscher เป็นไปตามข้อกำหนด CE และตรงตามข้อกำหนดของ UL, CSA และ RoHs