Kombucha là một loại đồ uống lên men có chứa trà, đường, vi khuẩn, nấm men và thường là một lượng nhỏ nước trái cây, trái cây hoặc gia vị làm hương liệu. Kombucha cũng như nước ép lên men và nước ép rau được biết đến với tác động tích cực đến sức khỏe, tăng cường hệ vi sinh vật và hệ thống miễn dịch. Siêu âm có kiểm soát cải thiện việc sản xuất kombucha và các loại đồ uống lên men khác theo nhiều cách khác nhau: Siêu âm có thể kích thích nấm men và vi khuẩn phát triển trong quá trình lên men; chiết xuất polyphenol, flavonoid và hương vị từ trái cây, rau và thảo mộc; và cũng được áp dụng như phương pháp thanh trùng không nhiệt để giảm vi sinh vật trước khi đóng gói. Máy siêu âm Hielscher có thể kiểm soát chính xác và có thể cung cấp cường độ siêu âm phù hợp nhất cho mỗi bước điều trị trong sản xuất đồ uống lên men.

Kombucha và đồ uống lên men

Kombucha được sản xuất bằng cách lên men trà có đường bằng cách sử dụng "Văn hóa cộng sinh của vi khuẩn và nấm men" (SCOBY), còn được gọi là "mẹ” hoặc "nấm trà”. Sự đa dạng và tỷ lệ của quần thể vi khuẩn trong SCOBY có thể thay đổi khá đáng kể. Thành phần nấm men thường bao gồm Saccharomyces cerevisiae, cùng với các loài Zygosaccharomyces khác, Candida, Kloeckera / Hanseniaspora, Torulaspora, Pichia, Brettanomyces / Dekkera, Saccharomyces, Lachancea, Saccharomycoides, Schizosaccharomyces và Kluyveromyces; thành phần vi khuẩn hầu như luôn luôn bao gồm Komagataeibacter xylinus (trước đây là Gluconacetobacter xylinus), lên men rượu được sản xuất bởi nấm men thành acetic và các axit khác, làm tăng độ axit và hạn chế hàm lượng ethanol.
Tương tự, các loại đồ uống lên men khác như nước ép trái cây và rau quả lên men được tiêm vi khuẩn và nấm men.
Một điều trị bằng siêu âm có thể cải thiện hiệu quả lên men và các tính năng chất lượng của đồ uống lên men bao gồm hàm lượng chất dinh dưỡng và hương vị.

Lên men Kombucha tăng cường siêu âm

Sóng siêu âm được biết đến là kích thích sự phát triển của vi khuẩn và nấm men. Do đó, một sonication nhẹ có kiểm soát của các nền văn hóa kombucha (SCOBY, còn được gọi là nấm trà, nấm trà hoặc nấm Mãn Châu) do đó có thể thúc đẩy quá trình lên men và dẫn đến năng suất kombucha cao hơn trong thời gian lên men nhanh.
Quá trình lên men kích thích siêu âm cho thấy sự thấm màng tăng cường và do đó làm tăng chuyển khối lượng. Việc điều trị cơ học bằng sóng siêu âm làm thủng thành tế bào và màng plasma của vi sinh vật (một quá trình gọi là sonoporation). Một số tế bào thậm chí có thể bị vỡ. Những tế bào bị gián đoạn này giải phóng các yếu tố thúc đẩy tăng trưởng như vitamin, nucleotide, axit amin và enzyme có thể kích thích sự phát triển của tế bào còn nguyên vẹn cũng như vi khuẩn bị tổn thương màng.
Điều trị siêu âm trước khi lên men cũng như trong các giai đoạn lag và log cho thấy những tác động nổi bật nhất đối với kích thích tăng trưởng của vi khuẩn.

Kích thích siêu âm tăng trưởng vi khuẩn có hiệu quả nhất khi siêu âm được áp dụng lên men trước hoặc trong các giai đoạn lag và log.

Kích thích siêu âm của quá trình lên men nước ép táo

Nghiên cứu cho thấy điều trị siêu âm ở các giai đoạn lag và logarit trong quá trình lên men nước ép táo thúc đẩy sự phát triển của vi khuẩn và tăng cường chuyển hóa sinh học của axit malic sang axit lactic. Ví dụ, sau khi sonication ở giai đoạn lag cho 0,5 h, số lượng vi khuẩn và hàm lượng axit lactic trong các mẫu được điều trị bằng siêu âm ở mức 58,3 W / L đạt 7,91 ± 0,01 Log CFU / mL và 133,70 ± 7,39 mg / L, cao hơn đáng kể so với các mẫu không sonicated. Hơn nữa, siêu âm ở các giai đoạn lag và logarit có ảnh hưởng phức tạp đến sự trao đổi chất của phenolics táo như axit chlorogenic, axit caffeic, procyanidin B2, catechin và axit gallic. Siêu âm có thể ảnh hưởng tích cực đến sự thủy phân của axit chlorogenic với axit caffeic, sự biến đổi của procyanidin B2 và decarboxyl hóa axit gallic. Sự trao đổi chất của axit hữu cơ và axit amin tự do trong các mẫu sonicated có tương quan thống kê với sự trao đổi chất phenolic, ngụ ý rằng siêu âm có thể có lợi cho nguồn gốc phenolic bằng cách cải thiện sự trao đổi chất vi khuẩn của axit hữu cơ và axit amin. (xem. Wang et al., 2021)

Quá trình lên men sữa đậu nành được cải thiện siêu âm

Nhóm nghiên cứu của Ewe et al. (2012) đã điều tra tác động của siêu âm đối với hiệu quả trao đổi chất của các chủng lactobacilli (Lactobacillus acidophilus BT 1088, L. fermentum BT 8219, L. acidophilus FTDC 8633, L. gasseri FTDC 8131) trong quá trình lên men soymilk. Người ta quan sát thấy rằng điều trị siêu âm thấm vào màng tế bào của vi khuẩn. Các màng tế bào thấm dẫn đến nội tâm dinh dưỡng được cải thiện và tăng cường tăng trưởng tiếp theo (P ≺ 0,05). Biên độ cao hơn và thời gian điều trị sonication dài hơn thúc đẩy sự phát triển của lactobacilli trong sữa đậu nành, với số lượng khả thi vượt quá 9 khúc gỗ CFU / mL. Các hoạt động cụ thể β-glucosidase nội bào và ngoại bào của lactobacilli cũng được tăng cường (P ≺ 0,05) bằng cách siêu âm, dẫn đến tăng sự phân lập sinh học của isoflavone trong sữa đậu nành, đặc biệt là genistin và malonyl genistin thành genistein. Kết quả từ nghiên cứu này cho thấy điều trị siêu âm trên các tế bào lactobacilli thúc đẩy (P ≺ 0,05) hoạt động β-glucosidase của các tế bào vì lợi ích của tăng cường (P ≺ 0,05) isoflavone glucosides bioconversion để kết hợp hoạt tính sinh học trong sữa đậu nành. (xem. Ewe et al., 2012)

Quét micrograph điện tử của lactobacilli mà không cần điều trị (A) và lactobacilli được điều trị bằng siêu âm ở biên độ 60% trong 3 phút (B). Các vòng tròn hiển thị các tế bào và tế bào bị vỡ với lỗ chân lông.
(Nghiên cứu và hình ảnh: ©Ewe et al., 2012)

Chiết xuất các hợp chất dinh dưỡng và hương vị trong Kombucha và đồ uống lên men

Trà lên men, nước trái cây và đồ uống thực vật, ví dụ như táo lên men hoặc nước ép dâu tằm hoặc trái cây truyền kombuchas, có lợi cho hương vị và chất dinh dưỡng khôn ngoan đáng kể từ điều trị siêu âm. Sóng siêu âm phá vỡ cấu trúc tế bào của vật liệu thực vật và giải phóng các hợp chất nội bào như hương vị, polyphenol, chất chống oxy hóa và flavonoid. Đồng thời, đồng nhất siêu âm cung cấp một loại đồ uống phân tán và nhũ hóa đồng đều ngăn ngừa tách pha và mang lại vẻ ngoài hấp dẫn cho người tiêu dùng. Bạn có thể thấy một ví dụ về một con hắc mai biển được xử lý bằng siêu âm berry kombucha mà không cần tách pha so với phiên bản không được điều trị dưới đây.
Đọc thêm về hương vị siêu âm và chiết xuất chất dinh dưỡng!

Siêu âm bảo quản Kombucha

Điều trị siêu âm có thể ảnh hưởng đến vi khuẩn bằng cách kích thích hoặc bất hoạt chúng. Ngoài ra các enzyme bị ảnh hưởng bởi sonication: Siêu âm có thể thay đổi đặc điểm của enzyme, chất nền và phản ứng của chúng. Những tác động của siêu âm tần số thấp được sử dụng trong chế biến thực phẩm như một sự thay thế không nhiệt cho thực phẩm và đồ uống thanh trùng. Sonication cung cấp lợi thế của việc kiểm soát chính xác các thông số quá trình như biên độ, thời gian, nhiệt độ và áp suất, cho phép bất hoạt vi sinh vật có mục tiêu. Việc bất hoạt tải vi khuẩn trong kombucha và đồ uống lên men cho phép tăng thời hạn sử dụng và ổn định sản phẩm. Việc giảm vi khuẩn và enzyme tạo điều kiện phân phối thương mại do thời hạn sử dụng kéo dài của sản phẩm cuối cùng. Siêu âm là một phương pháp thanh trùng không nhiệt, được sử dụng trong chế biến thực phẩm thương mại như thanh trùng nước ép. Đặc biệt là ở biên độ cao hơn, siêu âm làm bất hoạt vi khuẩn và nấm men bằng cách làm hỏng thành tế bào. Điều này dẫn đến sự tăng trưởng chậm hơn hoặc ngừng phát triển của vi khuẩn. Ví dụ, Kwaw et al. (2018) đã điều tra siêu âm như là chiến lược thanh trùng không nhiệt cho nước ép dâu tằm lên men axit lactic. Nước ép dâu tằm lên men được xử lý bằng siêu âm có hàm lượng hợp chất phenolic cao hơn (1700,07 ± 2,44 μg / mL) so với đối chứng, nước ép dâu tằm lên men không được xử lý. "Trong số các phương pháp điều trị không nhiệt riêng lẻ, siêu âm gây ra một đáng kể (p < 0.05) sự nổi lên trong các đặc tính phenolic và chống oxy hóa của nước ép dâu tằm lên men axit lactic so với điều trị ánh sáng xung. (Kwaw et al., 2018) Trong khi kombucha là một loại đồ uống được biết đến với các nền văn hóa cuộc sống của nó, việc giảm vi khuẩn có kiểm soát có thể được sử dụng để kéo dài thời hạn sử dụng của đồ uống kombucha được phân phối thương mại. Thanh trùng nhiệt thường xuyên giết chết tất cả các loại nấm men và vi khuẩn sống thường có trong kombucha và là một trong những yếu tố chính cho tác dụng tăng cường sức khỏe của nó. Thanh trùng siêu âm là một phương pháp bảo quản không nhiệt, có thể được sử dụng để giảm số lượng vi khuẩn hoặc loại bỏ hoàn toàn vi sinh vật. Điều này có nghĩa là các nhà sản xuất thương mại có thể áp dụng siêu âm ở biên độ thấp hơn và trong thời gian ngắn hơn để giảm số lượng vi khuẩn và nấm men mà không loại bỏ hoàn toàn. Do đó, các nền văn hóa cuộc sống vẫn còn hiện diện trong kombucha, mặc dù ở số lượng thấp hơn để thời hạn sử dụng và thời gian lưu trữ được cải thiện.

Kết quả khoa học đã được chứng minh trong Kombucha được điều trị bằng siêu âm

Dornan et al. (2020) đã điều tra tác động của siêu âm tần số thấp đối với kombucha được làm bằng quả seabuckthorn bằng cách sử dụng bộ xử lý siêu âm UIP500hdT. Nhóm nghiên cứu có thể chứng minh nhiều tác dụng benefical của siêu âm trên chuẩn bị berry hắc mai biển và lên men kombucha tiếp theo.

Khai thác berry buckthorn biển siêu âm

Sonication của quả hắc mai biển tươi (còn được gọi là sanddorne; H. rhamnoides cv. Sunny) đã được puréed bằng cách sử dụng một máy xay Sinh tố Vitamix trong 2 phút. Một thể tích dH2O bằng 30% khối lượng purée ban đầu đã được thêm vào và pha trộn. Siêu âm (90 W, 20 kHz, 10 phút) được áp dụng cho 200 mL purée pha loãng bằng cách sử dụng một Bộ xử lý siêu âm UIP500hdT (Siêu âm Hielscher, Đức). Thời gian điều trị đã được chọn để tối ưu hóa các chất dinh dưỡng và duy trì mẫu ở trạng thái tươi. Kết quả khai thác siêu âm cho thấy năng suất khai thác 10% từ bột giấy ≺ tăng đáng kể (từ 19,04 ± 0,08 lên 20,97 ± 0,29% và 7% đối với hạt giống (từ 14,81 ± 0,08 lên 15,83 ± 0,28%). Sự gia tăng năng suất dầu này làm nổi bật chức năng của sonication như một công nghệ hiệu quả và xanh để tối đa hóa giá trị nguyên liệu thô. Khai thác siêu âm từ quả hắc mai biển dẫn đến năng suất dầu cao hơn và giảm thời gian xử lý, tiêu thụ điện năng và tránh dung môi nguy hiểm.

Siêu âm đồng nhất của Sea Buckthorn Berry Kombucha

Hắc mai biển (sanddorne) được xử lý bằng siêu âm berry kombucha cho thấy sự ổn định được cải thiện đáng kể của sản phẩm. Đến ngày thứ 21 lưu trữ, kombucha berry sonicated vẫn đồng nhất. Thực tế là không có syneresis nào được quan sát thấy trong kombucha berry sonicated cho toàn bộ nghiên cứu (21 ngày, xem hình dưới đây) cho thấy siêu âm một mình là một kỹ thuật nhũ tương hiệu quả có thể tạo ra sự ổn định của sản phẩm và ngăn ngừa tách pha.

Seabuckthorn xay nhuyễn (P) không có và với điều trị siêu âm (P + US) vào ngày 0 và 21.
Nghiên cứu và hình ảnh:©Dornan et al., 2020.

Siêu âm để ngăn chặn quá trình lên men

Bốn mẫu kombucha đã được thực hiện: K (kombucha), K + US (kombucha + siêu âm), K + S (kombucha + sucrose) và K + S + US (kombucha + sucrose + siêu âm). Tất cả các mẫu được chuẩn bị bằng cách sử dụng 200 mL hắc mai biển xay nhuyễn (P) hoặc P + US và 12,5 g SCOBY. K bao gồm P và SCOBY. K+US bao gồm P+US và SCOBY. K+S bao gồm P, 15,0 g sucrose và SCOBY. K+S+US bao gồm P+US, 15,0 g sucrose và SCOBY. Tất cả các mẫu được để lên men ở nơi tối ở nhiệt độ phòng trong năm ngày. Một phương pháp điều trị sonication thứ hai (90 W, 20 kHz, 10 phút) đã được áp dụng cho K + US và K + S + US để ngăn chặn quá trình lên men vào ngày thứ 5.

Tác dụng bảo quản siêu âm trên Kombucha

Trong hắc mai biển kombucha, sonication làm giảm tải vi khuẩn ban đầu xuống 2,6 khúc gỗ CFU / mL, do đó ngăn chặn quá trình lên men tại một thời điểm nhất định để ngăn ngừa quá trình lên men. Hơn nữa, việc giảm vi khuẩn có kiểm soát giúp tăng thời hạn sử dụng và sự ổn định của sản phẩm cuối cùng, tạo điều kiện cho việc phân phối thương mại kombucha.
Đọc thêm về siêu âm như phương pháp thanh trùng nước ép không nhiệt!

Kết quả tổng thể trong Kombucha được điều trị bằng siêu âm

Siêu âm làm giảm tải vi khuẩn ban đầu 2,6 gỗ CFU / mL, tăng giá trị ORAC lên 3% và tăng chỉ số hòa tan nước (WSI) 40% (từ 6,64 đến 9,29 g / g) mà không có syneresis. Kết quả từ nghiên cứu này cho thấy rằng ứng dụng siêu âm có thể tăng cường chức năng phenolic trong quá trình lên men và có khả năng giảm syneresis, tăng năng suất dầu, giảm tải vi khuẩn và tăng ORAC với sự mất mát tối thiểu về chất lượng dinh dưỡng. (xem. Dornan et al., 2020)

Thiết bị siêu âm để cải thiện kombucha brewing

Hielscher Ultrasonics thiết kế, sản xuất và phân phối máy siêu âm hiệu suất cao, phản ứng sinh học siêu âm và phụ kiện để cải thiện quá trình lên men, chiết xuất và thanh trùng được sử dụng trong thực phẩm & sản xuất đồ uống. Hệ thống chế biến thực phẩm siêu âm Hielscher được sử dụng cho các ứng dụng đa dạng là một công nghệ an toàn, đáng tin cậy và tiết kiệm chi phí để sản xuất thực phẩm và đồ uống chất lượng cao. Cài đặt và vận hành tất cả các bộ xử lý siêu âm Hielscher rất đơn giản: Chúng chỉ đòi hỏi ít không gian, có thể dễ dàng trang bị thêm vào các cơ sở xử lý hiện có.
Hielscher Ultrasonics có kinh nghiệm lâu năm trong việc áp dụng siêu âm điện trong thực phẩm & ngành đồ uống cũng như nhiều ngành công nghiệp khác. Bộ vi xử lý siêu âm của chúng tôi được trang bị sonotrodes và tế bào dòng chảy (các bộ phận ướt) dễ làm sạch (CIP tại chỗ / khử trùng tại chỗ). Siêu âm Hielscher’ bộ xử lý siêu âm công nghiệp có thể cung cấp biên độ rất cao. Biên độ lên đến 200μm có thể dễ dàng chạy liên tục trong hoạt động 24/7. Việc điều chỉnh chính xác biên độ và tùy chọn chuyển đổi giữa biên độ thấp và cao là rất quan trọng để kích thích hoặc bất hoạt các vi sinh vật. Do đó, cùng một máy siêu âm có thể được sử dụng để kích thích vi khuẩn tăng lên men hoặc bất hoạt các vi sinh vật để thanh trùng.
Công nghệ tiên tiến, hiệu suất cao và phần mềm tinh vi làm cho Hielscher Ultrasonics’ Ngựa làm việc đáng tin cậy trong quá trình lên men thực phẩm của bạn. Với một dấu chân nhỏ và các tùy chọn cài đặt linh hoạt, máy siêu âm Hielscher có thể dễ dàng tích hợp hoặc trang bị retro vào dây chuyền sản xuất hiện có.

Quá trình tiêu chuẩn hóa với Hielscher Ultrasonics

Sản phẩm cấp thực phẩm nên được sản xuất theo thực hành sản xuất tốt (GMP) và theo tiêu chuẩn kỹ thuật xử lý. Hielscher Ultrasonics ' hệ thống khai thác kỹ thuật số đi kèm với phần mềm thông minh, mà làm cho nó dễ dàng để thiết lập và kiểm soát quá trình sonication một cách chính xác. Ghi dữ liệu tự động ghi tất cả các thông số quá trình siêu âm như năng lượng siêu âm (tổng số và năng lượng tịnh), biên độ, Nhiệt Ðộ, áp suất (khi cảm biến tạm thời và áp suất được gắn) với dấu ngày và thời gian trên thẻ SD-built-in. Điều này cho phép bạn sửa đổi mỗi rất nhiều xử lý ultrasonically. Đồng thời, khả năng tái tạo và chất lượng sản phẩm cao liên tục được đảm bảo.
Hielscher Ultrasonics’ bộ vi xử lý siêu âm công nghiệp có thể cung cấp biên độ rất cao. Khuếch đại lên đến 200 μm có thể dễ dàng chạy trong 24/7 hoạt động. Đối với biên độ cao hơn thậm chí, tùy chỉnh siêu âm sonotrodes có sẵn. Mạnh mẽ của thiết bị siêu âm của Hielscher cho phép 24/7 hoạt động ở nhiệm vụ nặng nề và trong môi trường đòi hỏi.
Vui lòng liên hệ với chúng tôi để tìm hiểu thêm về các tính năng và khả năng của hệ thống thanh trùng siêu âm của chúng tôi. Chúng tôi sẽ rất vui khi thảo luận về đơn đăng ký của bạn với bạn!

Bảng dưới đây cho bạn một dấu hiệu về khả năng xử lý gần đúng của máy siêu âm: