Xử lý siêu âm để bảo quản nước ép và tăng cường dưỡng chất
Trong chế biến thực phẩm hiện đại, bảo quản độ tươi ngon đồng thời nâng cao giá trị dinh dưỡng là một thách thức trọng tâm. Xử lý siêu âm hiệu năng cao – sử dụng thiết bị siêu âm dạng đầu dò – ngày càng được ứng dụng như một phương pháp xử lý phi nhiệt mạnh mẽ. Bài viết này trình bày các phát hiện từ một nghiên cứu khoa học tìm hiểu cách các thiết bị xử lý siêu âm Hielscher cải thiện thành phần dinh dưỡng của nước ép dâu tây được tạo ngọt bằng Stevia rebaudiana.
Những phát hiện chính: Xử lý siêu âm làm tăng hàm lượng hợp chất phenolic, hàm lượng flavonoid và khả năng chống oxy hóa – tất cả đều trong những điều kiện có thể mở rộng quy mô, phù hợp để triển khai trong công nghiệp.
Tại sao nên thay thế nhiệt bằng siêu âm?
Thanh trùng truyền thống có thể làm phân hủy các hợp chất kém bền nhiệt như polyphenol và flavonoid. Ngược lại, xử lý siêu âm là một kỹ thuật xử lý phi nhiệt sử dụng hiện tượng xâm thực âm để tăng cường phá vỡ tế bào và khuếch tán phân tử mà không gây tổn hại do nhiệt.
Bảo quản nước ép và chiết xuất dưỡng chất bằng siêu âm
Một nghiên cứu gần đây đã qua bình duyệt của Šic Žlabur và cộng sự (2019), được công bố trên tạp chí “Molecules” cung cấp bằng chứng vững chắc về hiệu quả của siêu âm cường độ cao, sử dụng thiết bị siêu âm Hielscher model UP400St, để xử lý nước ép dâu tây được tạo ngọt bằng Stevia rebaudiana. Những phát hiện này có ý nghĩa quan trọng đối với việc chế biến nước ép trong công nghiệp, vì các điều kiện thí nghiệm có thể được mở rộng quy mô tuyến tính bằng các hệ thống siêu âm Hielscher đã sử dụng.
Lợi ích của việc xử lý nước ép bằng siêu âm:
- Tăng cường chiết xuất các hợp chất có hoạt tính sinh học
- Bảo toàn hương vị và màu sắc
- Giảm tải lượng vi sinh vật
- Có thể mở rộng quy mô và tiết kiệm năng lượng
- Quy trình đáp ứng tiêu chí nhãn sạch, không dùng phụ gia
Thiết lập thí nghiệm: Xử lý nước ép bằng siêu âm
Nghiên cứu sử dụng thiết bị xử lý siêu âm Hielscher UP400St (400 W, 24 kHz) để xử lý nước ép dâu tây có bổ sung bột cỏ ngọt xanh.
Các nhà nghiên cứu đánh giá tác động của việc xử lý siêu âm dạng đầu dò ở các biên độ khác nhau (50%, 75%, 100%), các đường kính đầu dò khác nhau (đầu phát siêu âm S24d7 có kích thước đầu mút 7 mm và S24d22 có kích thước đầu mút 22 mm) và các thời gian xử lý siêu âm khác nhau (15, 20 và 25 phút). Trong tất cả các điều kiện được thử nghiệm, chế độ xử lý mạnh nhất – biên độ 100%, đầu dò 22 mm, 25 phút – mang lại kết quả rõ rệt nhất.
Tổng quan kết quả – Xử lý nước ép bằng siêu âm
Tăng tổng hàm lượng phenolic (TPC)
Nước ép được xử lý siêu âm có TPC cao hơn tới 23% so với nước ép được xử lý siêu âm nhẹ và cao hơn 18% so với nước ép có bổ sung cỏ ngọt nhưng không được xử lý siêu âm.
| Mẫu | TPC (mg GAE/L) | Flavonoid (mg GAE/L) | Khả năng chống oxy hóa (mmol TE/L) |
|---|---|---|---|
| Đối chứng | 927,3 ± 55,6 | 659,0 ± 39,6 | 3,77 ± 0,28 |
| JGSP | 1003,2 ± 13,6 | 685,2 ± 40,7 | 3,84 ± 0,09 |
| C18 | 1185,6 ± 0,2 | 791,5 ± 1,1 | 3,89 ± 1,15 |
C18: Được xử lý siêu âm với đầu dò 22 mm, biên độ 100%, trong 25 phút
Bảng: Ảnh hưởng của việc xử lý siêu âm đến hàm lượng phenolic và hoạt tính chống oxy hóa
Tổng hàm lượng phenolic (TPC) tăng 23% so với chế độ xử lý siêu âm nhẹ nhất và tăng 18% so với các mẫu có bổ sung cỏ ngọt nhưng không được xử lý siêu âm.
Các hợp chất phenolic chính có hàm lượng tăng bao gồm luteolin, apigenin, quercetin, myricetin và kaempferol, với mức tăng từ 3 đến 7 lần.
Khả năng chống oxy hóa (được xác định bằng phép thử ABTS) cũng tăng, cho thấy sự gia tăng của các chất có hoạt tính sinh học.
Các axit phenolic và thành phần flavonoid
Siêu âm giúp chiết xuất hiệu quả hơn các axit phenolic như pyrogallol và 4-methyl-catechol, trong đó hàm lượng pyrogallol đạt gần 2 mg/g ở nước ép được xử lý siêu âm mạnh nhất – cao hơn trên 3,5× so với nước ép tương ứng không được xử lý siêu âm.
Sự hình thành các gốc hydroxyl trong quá trình xâm thực âm có khả năng góp phần tăng cường quá trình hydroxyl hóa và giải phóng các hợp chất phenolic, phù hợp với các nghiên cứu cơ chế trước đây về chiết xuất bằng siêu âm.
Cải thiện vị ngọt cùng các lợi ích chức năng
Đáng chú ý, nghiên cứu đã khảo sát các glycoside steviol, đặc biệt là stevioside và rebaudioside A (Reb A) – các chất tạo ngọt chính trong Stevia rebaudiana. Xử lý siêu âm làm tăng đáng kể nồng độ của chúng:
- Hàm lượng stevioside tăng 61%.
- Hàm lượng Reb A tăng gấp đôi (+114%).
Sự cải thiện này không chỉ có lợi về vị ngọt mà còn về mặt cảm quan và chuyển hóa. Hàm lượng Reb A cao hơn giúp cải thiện độ ngon miệng nhờ giảm vị đắng thường đi kèm với stevioside.
Xử lý nước ép bằng siêu âm: Ý nghĩa trong công nghiệp và khả năng mở rộng quy mô
Các thiết bị siêu âm Hielscher cho phép kiểm soát chính xác tất cả các thông số quy trình quan trọng. Nhờ đó, tất cả các kết quả đều có thể được mở rộng quy mô tuyến tính nhờ thiết kế của các thiết bị xử lý siêu âm Hielscher, vốn duy trì cường độ năng lượng không đổi khi mở rộng quy mô. Điều này giúp việc chuyển đổi từ thiết bị để bàn sang các hệ thống công nghiệp liên tục vừa khả thi về kỹ thuật vừa hấp dẫn về kinh tế.
Nghiên cứu này bổ sung vào nguồn bằng chứng ngày càng phong phú ủng hộ siêu âm cường độ cao như một phương pháp xử lý phi nhiệt bền vững. Những lợi ích kết hợp được ghi nhận – tăng cường dưỡng chất, cải thiện khả năng chống oxy hóa và tối ưu hóa các đặc tính cảm quan – nhấn mạnh giá trị của phương pháp này trong phát triển đồ uống chức năng.
Vậy điều này có ý nghĩa gì đối với ngành công nghiệp?
Với các nền tảng công nghệ có thể mở rộng quy mô như của Hielscher, các nhà sản xuất nước ép giờ đây có thể xem xử lý siêu âm không chỉ là một giải pháp thay thế mà còn là một bước nâng cấp – cả về chất lượng sản phẩm lẫn sức khỏe người tiêu dùng.
- hiệu suất cao
- công nghệ tiên tiến nhất
- độ tin cậy và độ bền
- kiểm soát quy trình chính xác, có thể điều chỉnh
- xử lý theo mẻ và trực tiếp trên dây chuyền
- phù hợp với mọi thể tích
- phần mềm thông minh
- các tính năng thông minh (ví dụ: có thể lập trình, ghi nhật ký dữ liệu, điều khiển từ xa)
- vận hành dễ dàng và an toàn
- ít cần bảo trì
- CIP (vệ sinh tại chỗ)
Bảng dưới đây cho biết công suất xử lý gần đúng của các thiết bị siêu âm của chúng tôi:
| Thể tích mẻ | Lưu lượng | Thiết bị được khuyến nghị |
|---|---|---|
| 10 đến 2000mL | 20 đến 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 đến 20L | 0,2 đến 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 đến 100L | 2 đến 10L/min | UIP4000hdT |
| 15 đến 150L | 3 đến 15L/min | UIP6000hdT |
| n.a. | 10 đến 100L/min | UIP16000hdT |
| n.a. | lớn hơn | cụm thiết bị UIP16000hdT |
Thiết kế, chế tạo và tư vấn – Chất lượng sản xuất tại Đức
Các thiết bị siêu âm Hielscher nổi tiếng với các tiêu chuẩn chất lượng và thiết kế cao nhất. Độ bền và khả năng vận hành dễ dàng cho phép tích hợp thuận lợi các thiết bị siêu âm của chúng tôi vào các cơ sở công nghiệp. Các thiết bị siêu âm Hielscher dễ dàng đáp ứng các điều kiện khắc nghiệt và môi trường đòi hỏi cao.
Hielscher Ultrasonics là công ty được chứng nhận ISO và đặc biệt chú trọng đến các thiết bị siêu âm hiệu năng cao với công nghệ tiên tiến nhất và tính thân thiện với người dùng. Tất nhiên, các thiết bị siêu âm Hielscher tuân thủ CE và đáp ứng các yêu cầu của UL, CSA và RoHs.
Thiết bị đồng nhất hóa thực phẩm bằng siêu âm UIP16000 dùng để chế biến thực phẩm và đồ uống ở quy mô công nghiệp.
Tài liệu / Tài liệu tham khảo
- Šic Žlabur, J.; Dobričević, N.; Brnčić, M.; Barba, F.J.; Lorenzo, J.M.; Franco, D.; Atanasov, A.G.; Voća, S.; Rimac Brnčić, S. (2019): Evaluation of the Behavior of Phenolic Compounds and Steviol Glycosides of Sonicated Strawberry Juice Sweetened with Stevia (Stevia rebaudiana Bertoni). Molecules 2019, 24, 1202.
- Alex Patist, Darren Bates (2008): Ultrasonic innovations in the food industry: From the laboratory to commercial production. Innovative Food Science & Emerging Technologies, Volume 9, Issue 2, 2008. 147-154.
- Mehmet Başlar, Mustafa F. Ertugay (2013): The effect of ultrasound and photosonication treatment on polyphenoloxidase (PPO) activity, total phenolic component and colour of apple juice. International Journal of Food Science and Technology, Volume 48, Issue 4, April 2013. 886–892.
- Morteza Rouhani (2019): Modeling and optimization of ultrasound-assisted green extraction and rapid HPTLC analysis of stevioside from Stevia Rebaudiana. Industrial Crops and Products, Volume 132, 2019. 226-235.
- Dogan Kubra, P.K. Akman, F. Tornuk(2019): Improvement of Bioavailability of Sage and Mint by Ultrasonic Extraction. International Journal of Life Sciences and Biotechnology, 2019. 2(2): p.122- 135.
Các câu hỏi thường gặp
Nước ép được bảo quản như thế nào?
Nước ép thường được bảo quản bằng phương pháp thanh trùng nhiệt, trong đó nhiệt làm bất hoạt các vi sinh vật gây hư hỏng và enzyme. Các phương pháp thay thế bao gồm xử lý áp suất cao (HPP), xử lý siêu âm, điện trường xung (PEF) và các chất bảo quản hóa học như sorbat hoặc benzoat. Những phương pháp này nhằm kéo dài thời hạn sử dụng đồng thời duy trì độ an toàn và chất lượng cảm quan.
Đọc thêm về bảo quản nước ép bằng siêu âm!
Tại sao xử lý nước ép phi nhiệt lại có lợi?
Xử lý phi nhiệt – như HPP, PEF hoặc xử lý siêu âm – giảm thiểu sự phân hủy do nhiệt của các dưỡng chất, chất tạo hương vị và hợp chất có hoạt tính sinh học nhạy cảm với nhiệt. Phương pháp này cho phép bất hoạt vi sinh vật đồng thời bảo toàn chất lượng dinh dưỡng và các đặc tính cảm quan, mang lại một giải pháp thay thế đáp ứng tốt hơn tiêu chí nhãn sạch so với các phương pháp xử lý nhiệt thông thường. Tìm hiểu thêm về những ưu điểm của việc bảo quản nước ép bằng HPP có hỗ trợ siêu âm!
Đồ uống có cỏ ngọt có tốt cho sức khỏe không?
Cỏ ngọt, một chất tạo ngọt tự nhiên không cung cấp dinh dưỡng có nguồn gốc từ Stevia rebaudiana, được FDA công nhận là nhìn chung an toàn (GRAS). Chất này có hàm lượng calo không đáng kể và không làm tăng nồng độ glucose hoặc insulin trong máu, nên là một lựa chọn thay thế phù hợp cho người mắc bệnh tiểu đường hoặc những người muốn giảm lượng đường tiêu thụ. Tuy nhiên, lợi ích sức khỏe phụ thuộc vào thành phần tổng thể của đồ uống – đồ uống được tạo ngọt bằng cỏ ngọt vẫn có thể chứa phụ gia hoặc thiếu giá trị dinh dưỡng.
Đọc thêm về chiết xuất cỏ ngọt bằng siêu âm!
Hielscher Ultrasonics sản xuất các thiết bị đồng nhất hóa bằng siêu âm hiệu năng cao với quy mô từ phòng thí nghiệm đến công nghiệp.