Ultrasonik Olarak Geliştirilmiş Kombucha Fermantasyonu

Sonikasyon, kombucha, kimchi ve diğer fermente sebzeler gibi ultrasonik olarak fermente edilmiş gıdalarda kütle transferini artırarak, mikrobiyal hücreleri bozarak, enzimleri aktive ederek ve homojenliği geliştirerek, sonuçta fermantasyon oranlarının hızlanmasına ve üstün kaliteli bir ürünün üretilmesine yol açar. Sonikasyon, laktik fermantasyon sırasında biyoaktif bileşiklerde faydalı değişiklikler başlatır ve besin bileşiklerinin ve fitokimyasalların içeriğini arttırır.

Kombucha ve Fermente İçecekler

Kombucha, şekerli çayın "Simbiyotik Bakteri ve Maya Kültürü" (SCOBY) kullanılarak fermente edilmesiyle üretilir ve aynı zamanda yaygın olarak "anne" olarak da adlandırılır” veya "çay mantarı”. Bir SCOBY'deki mikrobiyal popülasyonların çeşitliliği ve oranı oldukça önemli ölçüde değişebilir. Maya bileşeni genellikle Saccharomyces cerevisiae'nin yanı sıra diğer Zygosaccharomyces, Candida, Kloeckera/Hanseniaspora, Torulaspora, Pichia, Brettanomyces/Dekkera, Saccharomyces, Lachancea, Saccharomycoides, Schizosaccharomyces ve Kluyveromyces türlerini içerir; bakteri bileşeni hemen hemen her zaman, mayalar tarafından üretilen alkolleri asetik ve diğer asitlere fermente eden, asitliği artıran ve etanol içeriğini sınırlayan Komagataeibacter xylinus'u (eski adıyla Gluconacetobacter xylinus) içerir.
Benzer şekilde, fermente meyve ve sebze suları gibi diğer fermente içecekler de bakteri ve maya ile aşılanır.
Ultrason ile yapılan bir işlem, fermente içeceğin besin içeriği ve aroması dahil olmak üzere fermantasyon verimliliğini ve kalite özelliklerini iyileştirebilir.

Ultrasonik Yoğunlaştırılmış Kombucha Fermantasyonu

Ultrason dalgalarının bakteri ve maya büyümesini uyardığı iyi bilinmektedir. Kombucha kültürlerinin (çay mantarı, çay mantarı veya Mançurya mantarı olarak da bilinen SCOBY) kontrollü bir hafif sonikasyonu bu nedenle fermantasyon sürecini teşvik edebilir ve hızlandırılmış bir fermantasyon süresinde daha yüksek kombucha verimine yol açabilir.
Ultrasonik olarak uyarılmış fermantasyon, gelişmiş membran geçirgenliği ve dolayısıyla artan kütle transferini gösterir. Ultrason dalgaları ile sonomekanik tedavi, mikroorganizmaların hücre duvarlarını ve plazma zarlarını deler (sonoporasyon adı verilen bir işlem). Hatta bazı hücreler yırtılabilir. Bu bozulmuş hücreler, hücresel olarak sağlam ve zarı baskılanmış bakterilerin büyümesini uyarabilecek vitaminler, nükleotidler, amino asitler ve enzimler gibi büyümeyi teşvik edici faktörler salgılar.
Fermantasyon öncesi ultrasonik tedavinin yanı sıra gecikme ve log fazlarında bakteri üremesi stimülasyonu üzerinde en belirgin etkileri göstermiştir.

Kombucha fermantasyonunda sonikasyonun faydaları

Ultrasonik fermantasyon sürecini nasıl teşvik eder ve daha iyi kombucha, sebze fermentleri, koji vb. Üretmeye yardımcı olur? Sonikasyon, fermente kombucha bağlamında aşağıda gösterilen çeşitli şekillerde fermantasyonu yoğunlaştırır. Kombucha, geleneksel olarak şekerli çay ve simbiyotik bakteri ve maya kültürü (SCOBY) ile yapılan fermente bir içecektir. Seyreltilmiş meyve püreleri, kombucha üretimi için besin açısından zengin, lezzetli bir temel sağlar. Aşağıda, ultrasonikasyonun bir ürünün üretimini nasıl teşvik ettiğini öğreneceksiniz.

• Artan Kütle Transferi: Ultrasonik dalgalar sıvıda mikroskobik kavitasyon kabarcıkları oluşturarak mikro akış, sıvı jetleri ve türbülansların oluşumuna yol açar. Bu çalkalama, fermantasyondan sorumlu mikroorganizmalar ile ortamdaki besin maddeleri arasındaki teması artırarak kütle transferini arttırır. Sonuç olarak, besinler fermente mikroorganizmalar tarafından daha verimli bir şekilde emilir ve bu da fermantasyon oranlarının hızlanmasına neden olur.
• Hücre Bozulması: Sonikatörler, hücre lizisi ve ekstraksiyonunun etkinliği ile bilinir. Gıda fermantasyonunda, sonikatörler mikrobiyal hücre duvarlarını bozar, fermantasyon reaksiyonlarını daha da katalize edebilen hücre içi enzimleri ve metabolitleri serbest bırakır. Bu bozulma, mikrobiyal hücrelerden aroma bileşiklerinin, vitaminlerin ve organik asitlerin salınımını artırarak fermente ürünün lezzet karmaşıklığına ve besin zenginliğine katkıda bulunur. Ultrasonik olarak fermente edilmiş seabuckthorn kombucha'da, fenolik bileşiklerin önemli ölçüde daha yüksek bir kısmı ölçülebilir. (bkz. Dornan ve diğerleri, 2020)
• Besin Açısından Zengin Fermantasyon Substratlarının Hazırlanması: Ultrasonik ekstraksiyon, mikrobiyal sindirim için mevcut formda birçok besin sağlayan bir fermantasyon substratının hazırlanmasına yardımcı olur. Bu, ultrasonik olarak işlenmiş fermantasyon substratlarında (örneğin meyve ve sebze püreleri), nişastalar ve şekerler gibi biyoaktif bileşiklerin, bitki hücrelerinin hücre içi matrisinden serbest bırakıldığı anlamına gelir. Mikroplar substrat üzerinde kolayca beslenebilir, bu da fermantasyon sürecini hızlandırır ve kısaltır. Aynı şey, hücre içi matrislerden salınan ve fermente yiyecek veya içeceklerin genel besin değerine katkıda bulunan polifenoller, flavonoidler ve vitaminler için de geçerlidir.
• Gelişmiş Enzim Aktivitesi: Sonikasyon, fermantasyon işlemlerinde yer alan bazı enzimlerin aktivitesini aktive eder veya arttırır. Örneğin, kompleks karbonhidratları daha basit şekerlere parçalamak için çok önemli enzimler olan selülaz ve amilazın aktivitesini arttırır ve bunlar daha sonra kombucha kültüründe bulunan mikroorganizmalar tarafından fermente edilir.
• Geliştirilmiş Homojenlik: Sonikasyon kuvvetleri her zaman karıştırma ve harmanlama ile sonuçlandığından, ultrasonik işlem fermantasyon karışımının daha iyi homojenizasyonunu sağlar, bu da ortam boyunca besin maddelerinin ve mikroorganizmaların düzgün dağılımına neden olur. Bu tekdüzelik, tutarlı fermantasyon kinetiğini ve arzu edilen duyusal özelliklere sahip yüksek kaliteli bir kombucha ürününün üretimini teşvik eder.

Mikrobiyal büyümenin ultrasonik stimülasyonu, fermantasyondan önce veya gecikme ve log fazlarında ultrason uygulandığında en etkilidir.

Vaka Çalışması: Elma Suyu Fermantasyonunun Ultrasonik Stimülasyonu

Araştırmalar, elma suyunun fermantasyonu sırasında gecikme ve logaritmik fazlarda ultrasonik tedavinin mikrobiyal büyümeyi desteklediğini ve malik asidin laktik aside biyodönüşümünü yoğunlaştırdığını gösterdi. Örneğin, 0.5 saat boyunca gecikme fazında sonikasyondan sonra, 58.3 W / L'de ultrason ile muamele edilen numunelerdeki mikrobiyal sayı ve laktik asit içeriği 7.91 ± 0.01 Log CFU / mL'ye ve 133.70 ± 7.39 mg / L'ye ulaştı, bu da sonikasyonlu olmayan örneklerden önemli ölçüde daha yüksekti. Ayrıca, gecikme ve logaritmik fazlarda ultrasonikasyon, klorojenik asit, kafeik asit, prosiyanidin B2, kateşin ve gallik asit gibi elma fenoliklerinin metabolizması üzerinde karmaşık etkilere sahipti. Ultrason, klorojenik asidin kafeik aside hidrolizini, prosiyanidin B2'nin dönüşümünü ve gallik asidin dekarboksilasyonunu olumlu yönde etkileyebilir. Sonikasyonlu numunelerdeki organik asitlerin ve serbest amino asitlerin metabolizması, fenolik metabolizma ile istatistiksel olarak ilişkilendirildi, bu da ultrasonun organik asitlerin ve amino asitlerin mikrobiyal metabolizmasını iyileştirerek fenolik türetmeye fayda sağlayabileceğini ima etti. (bkz. Wang ve diğerleri, 2021)

Örnek Olay İncelemesi: Ultrasonik Olarak Geliştirilmiş Soya Sütü Fermantasyonu

Ewe ve ark. (2012), soya sütü fermantasyonu sırasında ultrasonun laktobasil suşlarının (Lactobacillus acidophilus BT 1088, L. fermentum BT 8219, L. acidophilus FTDC 8633, L. gasseri FTDC 8131) metabolik verimliliği üzerindeki etkilerini araştırdı. Ultrasonik tedavinin bakterilerin hücresel zarlarına nüfuz ettiği gözlendi. Geçirgen hücresel zarlar, gelişmiş bir besin içselleştirmesi ve ardından büyüme artışı ile sonuçlandı (P ≺ 0.05). Sonikasyon tedavisinin daha yüksek genlikleri ve daha uzun süreleri, soya sütünde laktobasillerin büyümesini teşvik etti ve canlı sayımlar 9 log CFU / mL'yi aştı. Laktobasillerin hücre içi ve hücre dışı β-glukozidaza özgü aktiviteleri de ultrasonikasyon ile arttırılmıştır (P ≺ 0.05), bu da soya sütündeki izoflavonların, özellikle genistin ve malonil genistin'in genistein'e biyodönüşümünün artmasına yol açmıştır. Bu çalışmadan elde edilen sonuçlar, laktobasil hücreleri üzerinde ultrason tedavisinin, soya sütündeki biyoaktif aglikonlara gelişmiş (P ≺ 0.05) izoflavon glukozitlerin biyodönüşümünün yararı için hücrelerin β-glukozidaz aktivitesini (P ≺ 0.05) desteklediğini göstermektedir. (bkz. Ewe ve diğerleri, 2012)

Tedavi edilmeden laktobasillerin taramalı elektron mikrografları (A) ve 3 dakika boyunca% 60 amplitüdde ultrason ile tedavi edilen laktobasiller (B). Yırtılmış hücreleri ve gözenekli hücreleri gösteren daireler.
(Çalışma ve görüntüler: ©Ewe ve ark., 2012)

Kombucha ve fermente içeceklerde besin bileşiklerinin ve aromaların ekstraksiyonu

Fermente çay, meyve suyu ve sebze içecekleri, örneğin fermente elma veya dut suyu veya meyveli kombuchalar, ultrason tedavisinden lezzet ve besin açısından önemli ölçüde fayda sağlar. Ultrason dalgaları, bitki materyallerinin hücresel yapılarını bozar ve aromalar, polifenoller, antioksidanlar ve flavonoidler gibi hücre içi bileşikleri serbest bırakır. Aynı zamanda, ultrasonik homojenizasyon, faz ayrılmasını önleyen ve tüketiciler için çekici bir görünüm sunan, homojen bir şekilde dağılmış ve emülsifiye edilmiş bir içecek sağlar. Aşağıdaki işlenmemiş bir versiyona kıyasla, faz ayrımı olmadan ultrasonik olarak işlenmiş bir deniz topalakları berry kombucha örneğini görebilirsiniz.
Ultrasonik aroma ve besin ekstraksiyonu hakkında daha fazla bilgi edinin!

Vaka Çalışması: Ultrasonik Olarak Korunmuş Kombucha

Ultrason tedavisi, mikropları uyararak veya etkisiz hale getirerek etkileyebilir. Ayrıca enzimler sonikasyondan etkilenir: Ultrason, enzimlerin, substratların ve reaksiyonlarının özelliklerini değiştirebilir. Düşük frekanslı ultrasonun bu etkileri, gıda işlemede yiyecek ve içecekleri pastörize etmek için termal olmayan bir alternatif olarak kullanılır. Sonikasyon, mikroorganizmaların hedefli bir inaktivasyonuna izin veren genlik, zaman, sıcaklık ve basınç gibi işlem parametreleri üzerinde hassas kontrol avantajı sunar. Kombucha ve fermente içeceklerdeki mikrobiyal yükün inaktivasyonu, raf ömrünün ve ürün stabilitesinin artmasına izin verir. Mikropların ve enzimlerin azaltılması, nihai ürünün raf ömrünün uzaması nedeniyle ticari dağıtımı kolaylaştırır. Ultrasonication, meyve sularının pastörizasyonu gibi ticari gıda işlemede zaten kullanılan termal olmayan bir pastörizasyon yöntemidir. Özellikle daha yüksek genliklerde ultrason, hücre duvarlarına zarar vererek bakteri ve mayayı etkisiz hale getirir. Bu, daha yavaş veya durmuş bir mikrobiyal büyüme ile sonuçlanır. Örneğin, Kwaw ve ark. (2018), laktik asitle fermente edilmiş dut suyu için ultrasonik olmayan pastörizasyon stratejisi olarak araştırdı. Ultrasonik olarak işlenmiş fermente dut suyu, işlenmemiş fermente dut suyu olan kontrolden daha yüksek bir fenolik bileşik içeriğine (1700.07 ± 2.44 μg / mL) sahipti. "Bireysel termal olmayan tedaviler arasında, ultrasonikasyon önemli bir (p < 0.05) Darbeli ışık işlemine kıyasla laktik asitle fermente edilmiş dut suyunun fenolik ve antioksidan özelliklerinde artış." (Kwaw ve diğerleri, 2018) Kombucha, yaşam kültürleriyle bilinen bir içecek olsa da, ticari olarak dağıtılan kombucha içeceklerinin raf ömrünü uzatmak için mikropların kontrollü bir şekilde azaltılması kullanılabilir.
Düzenli termal pastörizasyon, normalde kombucha'da bulunan tüm canlı mayaları ve bakterileri öldürür ve sağlığı geliştirici etkilerinin ana faktörlerinden biridir. Ultrasonik pastörizasyon, mikrobiyal sayıları azaltmak veya mikroorganizmaları tamamen ortadan kaldırmak için kullanılabilen, termal olmayan bir koruma yöntemidir. Bu, ticari üreticilerin bakteri ve maya sayısını tamamen ortadan kaldırmadan azaltmak için daha düşük genliklerde ve daha kısa süreler için ultrason uygulayabilecekleri anlamına gelir. Bu nedenle, kombucha'da yaşam kültürleri hala mevcuttur, ancak daha düşük sayılarda da olsa, raf ömrü ve saklama süreleri iyileştirilir.

Ultrasonik İşlem Görmüş Kombucha'da Bilimsel Olarak Kanıtlanmış Sonuçlar

Dornan ve ark. (2020), düşük frekanslı ultrasonun, sonikatör UIP500hdT kullanarak deniz topalak meyveleri ile yapılan kombucha üzerindeki etkilerini araştırdı. Araştırma ekibi, ultrasonikasyonun deniz topalak meyvesi hazırlığı ve ardından kombucha fermantasyonu üzerindeki birçok yararlı etkisini gösterebilir.

Ultrasonik Deniz Cehri Berry Ekstraksiyon

Taze bütün deniz topalaklarının sonikasyonu meyveler (aynı zamanda sanddorne olarak da bilinir; H. rhamnoides cv. Sunny) 2 dakika boyunca bir Vitamix blender kullanılarak püre haline getirildi. Orijinal püre hacminin 0'una eşit bir dH2O hacmi ilave edildi ve karıştırıldı. Ultrason (90 W, 20 kHz, 10 dk), UIP500hdT ultrasonik işlemci kullanılarak 200 mL seyreltilmiş püreye uygulandı (soldaki resme bakın). Besin maddelerinin optimizasyonu ve numunenin taze durumda tutulması için tedavi süresi seçildi. Ultrasonik ekstraksiyon sonuçları, hamurdan% 10 ekstraksiyon verimi (19.04'ten 0.08'± 20.97'± %0.29) ve tohum için %7 (14.81'den 0.08± 15.83'± 0.28') önemli (P ≺ 0.05) bir artış göstermektedir. Yağ verimindeki bu artış, hammadde değerini en üst düzeye çıkarmak için etkili ve yeşil bir teknoloji olarak sonikasyonun işlevselliğini vurgulamaktadır. Deniz topalak meyvelerinden ultrasonik ekstraksiyon, daha yüksek yağ verimi ve daha az işlem süresi, güç tüketimi ve tehlikeli çözücülerden kaçınma ile sonuçlandı.

Vaka Çalışması: Deniz Cehri Berry Kombucha'nın Ultrasonik Homojenizasyonu

Ultrasonik olarak işlenmiş deniz topalakları (sanddorne) berry kombucha, ürünün önemli ölçüde geliştirilmiş bir stabilitesini gösterdi. Depolamanın 21. gününde, sonikasyonlu berry kombucha homojen kaldı. Tüm çalışma boyunca (21 gün, aşağıdaki resme bakınız) sonikasyonlu berry kombucha'da hiçbir sinerezis gözlenmediği gerçeği, ultrasonun tek başına ürün stabilitesi üretebilen ve faz ayrılmasını önleyebilen etkili bir emülsifikasyon tekniği olduğunu göstermektedir.

Seabuckthorn püresi (P) 0. ve 21. günlerde ultrason tedavisi olmadan ve ultrason tedavisi ile (P + US).
Çalışma ve resim:©Dornan ve ark., 2020.

Fermantasyonu durdurmak için ultrasonikasyon

Dört kombucha örneği yapıldı: K (kombucha), K+US (kombucha + ultrason), K+S (kombucha + sakaroz) ve K+S+US (kombucha + sükroz + ultrason). Tüm örnekler 200 mL deniz topalak püresi (P) veya P+US ve 12.5 g SCOBY kullanılarak hazırlandı. K, P ve SCOBY'den oluşuyordu. K+US, P+US ve SCOBY'den oluşuyordu. K+S, P, 15.0 g sükroz ve SCOBY'den oluşuyordu. K+S+US, P+US, 15.0 g sükroz ve SCOBY'den oluşuyordu. Tüm numuneler beş gün boyunca oda sıcaklığında karanlık bir yerde mayalanmaya bırakıldı. 5. günde fermantasyonu durdurmak için K + US ve K + S + US'ye ikinci bir sonikasyon tedavisi (90 W, 20 kHz, 10 dakika) uygulandı.

Kombucha Üzerindeki Ultrasonik Koruma Etkileri

Deniz topalakları kombucha'da, sonikasyon ilk mikrobiyal yükü 2.6 log CFU / mL azalttı, böylece aşırı fermantasyonu önlemek için fermantasyon sürecini seçilen bir zamanda durdurdu. Ayrıca, kontrollü mikrobiyal indirgeme, kombucha'nın ticari dağıtımını kolaylaştıran nihai ürünün raf ömrünü ve stabilitesini artırmaya yardımcı olur.
Termal olmayan meyve suyu pastörizasyon yöntemi olarak ultrasonikasyon hakkında daha fazla bilgi edinin!

Ultrasonik Olarak İşlem Görmüş Kombucha'da Genel Sonuçlar

Ultrasonication, ilk mikrobiyal yükü 2.6 log CFU / mL azalttı, ORAC değerini% 3 arttırdı ve su çözünürlük indeksini (WSI) sinerez olmadan% 40 (6.64 ila 9.29 g / g) artırdı. Bu çalışmadan elde edilen sonuçlar, ultrasonikasyon uygulamasının fermantasyon sırasında fenolik işlevselliği artırabileceğini ve sinerezisin azalması, yağ veriminin arttırılması, mikrobiyal yükün azaltılması ve minimum beslenme kalitesi kaybı ile ORAC'ın arttırılması. (bkz. Dornan ve diğerleri, 2020)

Geliştirilmiş Kombucha Bira Üretimi için Ultrasonik Ekipman

Hielscher Ultrasonics, gıdalarda kullanılan gelişmiş fermantasyon, ekstraksiyon ve pastörizasyon süreçleri için yüksek performanslı ultrasonicators, ultrasonik biyoreaktörler ve aksesuarlar tasarlar, üretir ve dağıtır & içecek üretimi. Hielscher ultrasonik gıda işleme sistemleri, yüksek kaliteli yiyecek ve içecekler üretmek için güvenli, güvenilir ve uygun maliyetli bir teknoloji olan manifold uygulamaları için kullanılır. Tüm Hielscher ultrasonik işlemcilerin kurulumu ve işletimi basittir: Sadece az yer gerektirirler, mevcut işleme tesislerine kolayca uyarlanabilirler.
Hielscher Ultrasonics, gıdalarda güç ultrason uygulamasında uzun süredir deneyimlidir & içecek sanayinin yanı sıra diğer birçok sanayi kolunda da faaliyet göstermektedir. Ultrasonik işlemcilerimiz, temizlenmesi kolay (yerinde temizlik CIP / yerinde sterilize SIP), sonotrodlar ve akış hücreleri (ıslak parçalar) ile donatılmıştır. Hielscher Ultrasonik’ Endüstriyel ultrasonik işlemciler çok yüksek genlikler sağlayabilir. 200μm'ye kadar genlikler, 7/24 çalışmada kolayca sürekli olarak çalıştırılabilir. Genliklerin hassas bir şekilde ayarlanması ve düşük ve yüksek genlikler arasında geçiş yapma seçeneği, mikroorganizmaları uyarmak veya etkisiz hale getirmek için önemlidir. Böylece, aynı ultrasonicator ya fermantasyonu artıran mikropları uyarmak ya da pastörizasyon için mikroorganizmaları etkisiz hale getirmek için kullanılabilir.
En son teknoloji, yüksek performanslı ve sofistike yazılım Hielscher Ultrasonics'i’ Gıda fermantasyon sürecinizde güvenilir iş atları. Küçük bir ayak izi ve çok yönlü kurulum seçenekleriyle, Hielscher ultrasonicators mevcut üretim hatlarına kolayca entegre edilebilir veya retro-donatılabilir.

Hielscher Ultrasonik ile Süreç Standardizasyonu

Gıda sınıfı ürünler, İyi Üretim Uygulamalarına (GMP) uygun olarak ve standart işleme spesifikasyonları altında üretilmelidir. Hielscher Ultrasonics'in dijital ekstraksiyon sistemleri, sonikasyon sürecini hassas bir şekilde ayarlamayı ve kontrol etmeyi kolaylaştıran akıllı bir yazılımla birlikte gelir. Otomatik veri kaydı, ultrason enerjisi (toplam ve net enerji), genlik, sıcaklık, basınç (sıcaklık ve basınç sensörleri monte edildiğinde) gibi tüm ultrasonik işlem parametrelerini dahili SD karta tarih ve saat damgası ile yazar. Bu, ultrasonik olarak işlenmiş her lotu revize etmenizi sağlar. Aynı zamanda tekrarlanabilirlik ve sürekli yüksek ürün kalitesi sağlanır.
Hielscher Ultrasonics’ Endüstriyel ultrasonik işlemciler çok yüksek genlikler sağlayabilir. 200μm'ye kadar genlikler, 7/24 çalışmada kolayca sürekli olarak çalıştırılabilir. Daha da yüksek genlikler için, özelleştirilmiş ultrasonik sonotrodlar mevcuttur. Hielscher'ın ultrasonik ekipmanının sağlamlığı, ağır hizmet ve zorlu ortamlarda 7/24 çalışmaya izin verir.
Ultrasonik pastörizasyon sistemlerimizin özellikleri ve yetenekleri hakkında daha fazla bilgi edinmek için lütfen bizimle iletişime geçin. Başvurunuzu sizinle görüşmekten memnuniyet duyarız!

Aşağıdaki tablo size ultrasonicators'ımızın yaklaşık işleme kapasitesinin bir göstergesini verir: