Ультразвукова обробка для збереження соків та підвищення харчової цінності

У сучасній харчовій промисловості збереження свіжості одночасно з підвищенням харчової цінності є центральною проблемою. Високопродуктивна ультразвукова обробка – з використанням зондових ультразвукових обробників – набула поширення як потужний нетермічний метод обробки. Ця стаття представляє результати наукового дослідження, в якому вивчається, як харчовий профіль полуничного соку, підсолодженого Stevia rebaudiana, покращується за допомогою ультразвукових процесорів Hielscher.

Ключові висновки: Ультразвукова обробка підвищує вміст фенольних сполук, рівень флавоноїдів та антиоксидантну активність – все це в масштабованих умовах, придатних для промислового впровадження.

Чому замінити нагрівання ультразвуком?

Традиційна пастеризація може руйнувати термочутливі сполуки, такі як поліфеноли та флавоноїди. Натомість ультразвукова обробка є нетермічним методом обробки, який використовує акустичну кавітацію для посилення руйнування клітин та молекулярної дифузії без теплового пошкодження.

Нещодавнє рецензоване дослідження Šic Žlabur et al. (2019), опубліковане в журналі “Molecules” надає надійні докази ефективності ультразвуку високої інтенсивності, використовуючи модель ультразвукового обробника Hielscher UP400St, для обробки полуничного соку, підсолодженого Stevia rebaudiana. Результати мають значні наслідки для промислової переробки соків, враховуючи, що експериментальні умови лінійно масштабуються з використанням ультразвукових систем Hielscher.

Переваги ультразвукової обробки соків:

• Посилена екстракція біоактивних сполук
• Збереження смаку та кольору
• Зменшення мікробного навантаження
• Масштабованість та енергоефективність
• Процес без добавок із чистим складом

Експериментальна установка: ультразвукова обробка соку

У дослідженні використовувався ультразвуковий процесор Hielscher UP400St (400 W, 24 kHz) для обробки полуничного соку в присутності зеленого порошку стевії.
Дослідники оцінили ефекти ультразвукової обробки зондом при різних амплітудах (50%, 75%, 100%), діаметрах зонда (сонотрод S24d7 з наконечником 7 mm та S24d22 з наконечником 22 mm) та тривалості ультразвукової обробки (15, 20 та 25 хвилин). За всіх випробуваних умов найінтенсивніша обробка – амплітуда 100%, зонд 22 mm, 25 хвилин – дала найбільш виражені результати.

Огляд результатів – Ультразвукова обробка соків

Посилений загальний вміст фенольних сполук (TPC)

Соки, оброблені ультразвуком, продемонстрували на 23% вищий TPC порівняно з м’якою ультразвуковою обробкою та на 18% вищий, ніж необроблені ультразвуком соки зі стевією.

C18: Обробка ультразвуком із зондом 22 mm, амплітудою 100%, 25 хвилин
Таблиця: Вплив ультразвукової обробки на вміст фенольних сполук та антиоксидантну активність

Загальний вміст фенольних сполук (TPC) збільшився на 23% порівняно з найм’якшою ультразвуковою обробкою та на 18% порівняно з необробленими ультразвуком зразками зі стевією.
Серед ключових посилених фенольних сполук були лютеолін, апігенін, кверцетин, мірицетин та кемпферол, зі збільшенням від 3- до 7-кратного.
Антиоксидантна активність (за аналізом ABTS) також зросла, демонструючи підвищення рівня біоактивних речовин.

Профіль фенольних кислот та флавоноїдів

Ультразвук забезпечив кращу екстракцію фенольних кислот, таких як пірогалол та 4-метил-катехол, причому пірогалол досяг майже 2 mg/g у соку з найінтенсивнішою ультразвуковою обробкою – більш ніж у 3,5× вище, ніж у необроблених ультразвуком зразках.

Утворення гідроксильних радикалів під час акустичної кавітації, ймовірно, сприяє посиленому гідроксилюванню та вивільненню фенольних сполук, що узгоджується з попередніми механістичними дослідженнями ультразвукової екстракції.

Покращена солодкість із функціональними перевагами

Примітно, що дослідження вивчало стевиолглікозиди, особливо стевиозид та ребаудіозид A (Reb A) – основні підсолоджувачі в Stevia rebaudiana. Ультразвукова обробка значно підвищила їхні концентрації:

• Вміст стевиозиду збільшився на 61%.
• Вміст Reb A подвоївся (+114%).

Це підвищення корисне не лише з точки зору солодкості, а й з сенсорної та метаболічної перспектив. Вищі рівні Reb A покращують смакові якості, зменшуючи гіркоту, яка часто асоціюється зі стевиозидом.

Ультразвукова обробка соків: промислова релевантність та масштабованість

Ультразвукові обробники Hielscher дозволяють точно контролювати всі важливі параметри процесу. Таким чином, всі результати лінійно масштабуються завдяки конструкції ультразвукових процесорів Hielscher, які підтримують постійну інтенсивність енергії під час масштабування. Це робить перехід від лабораторних установок до безперервних промислових систем технічно можливим та економічно привабливим.

Це дослідження доповнює зростаючу кількість доказів, що підтримують ультразвук високої інтенсивності як сталий, нетермічний метод обробки. Комбіновані переваги, спостережувані – підвищення харчової цінності, покращена антиоксидантна активність та оптимізовані сенсорні властивості – підкреслюють його цінність у розробці функціональних напоїв.

Отже, що це означає для промисловості?
Завдяки масштабованим технологічним платформам, таким як ті, що пропонує Hielscher, виробники соків тепер можуть розглядати ультразвукову обробку не просто як альтернативу, а як покращення – як для якості продукту, так і для здоров’я споживача.

Наведена нижче таблиця дає уявлення про приблизну продуктивність наших ультразвукових обробників:

Розробка, виробництво та консалтинг – Якість, вироблена в Німеччині

Ультразвукові обробники Hielscher відомі своїми найвищими стандартами якості та дизайну. Міцність та простота експлуатації дозволяють легко інтегрувати наші ультразвукові обробники в промислові об’єкти. Жорсткі умови та складні середовища легко витримуються ультразвуковими обробниками Hielscher.

Hielscher Ultrasonics є компанією, сертифікованою за ISO, і приділяє особливу увагу високоефективним ультразвуковим обробникам, що мають передові технології та зручність у використанні. Звичайно, ультразвукові обробники Hielscher відповідають вимогам CE та вимогам UL, CSA та RoHs.