الموجات فوق الصوتية في صناعة الأغذية

تُستخدم الموجات فوق الصوتية عالية القدرة في العديد من تطبيقات معالجة الأغذية، بما في ذلك الاستخلاص والتجانس والبسترة والتخمير. وبوصفها معالجة غير حرارية، تُحسّن المعالجة بالموجات فوق الصوتية عمليات إنتاج الأغذية من خلال زيادة المردود ورفع الجودة وتحسين الخصائص الغذائية والنكهة، فضلًا عن توفير الوقت والتكلفة أثناء المعالجة.

تطبيقات الموجات فوق الصوتية في معالجة الأغذية

للموجات فوق الصوتية عالية القدرة مجموعة واسعة من التطبيقات في معالجة الأغذية، بما في ذلك الاستخلاص والخلط والاستحلاب والبسترة وإزالة الغازات وتطرية اللحوم. وإلى جانب هذه التطبيقات الرئيسية، تُستخدم الموجات فوق الصوتية عالية القدرة أيضًا لتحسين تجميد المنتجات الغذائية وإذابة تجمّدها وتجفيفها.
ترتبط المزايا الرئيسية للموجات فوق الصوتية عالية الشدة بتحسين مختلف عمليات معالجة الأغذية، مثل تقليل وقت المعالجة وزيادة المردود وتحسين جودة المنتج وإتاحة معالجة اقتصادية توفر مزيدًا من الوقت والتكلفة.

في الفقرة التالية، تجد التطبيقات الرئيسية للموجات فوق الصوتية عالية الشدة في صناعة الأغذية:

• الاستخلاص: يمكن استخدام الموجات فوق الصوتية لاستخلاص المركبات النشطة بيولوجيًا من المواد النباتية، مثل مضادات الأكسدة والأصباغ والزيوت العطرية. وتُعرف هذه العملية بالاستخلاص بمساعدة المعالجة بالموجات فوق الصوتية، ويمكن استخدامها لإنتاج مستخلصات عالية الجودة في وقت أقصر وباستهلاك أقل للمذيبات مقارنة بالطرق التقليدية.
  اقرأ المزيد عن مزايا استخلاص المواد النباتية بالموجات فوق الصوتية!
• التجانس والاستحلاب: يمكن استخدام التجانس بالموجات فوق الصوتية لإنتاج مستحلبات ومعلّقات مستقرة، مثل صلصات السلطات والمايونيز والكريمات ومنتجات الألبان. وتتضمن العملية استخدام موجات صوتية عالية التردد لتفتيت كريات الدهون في السائل، مما ينتج عنه قوام ناعم ومتجانس.
  تعرّف على المزيد عن المعالجة بالموجات فوق الصوتية للمستحلبات الغذائية!
  تجد هنا تعليمات خطوة بخطوة وفيديو لاستحلاب المايونيز بالموجات فوق الصوتية!
• الحفظ: يمكن استخدام الموجات فوق الصوتية عالية الشدة لتعطيل الكائنات الحية الدقيقة، مثل البكتيريا والخمائر، في المنتجات الغذائية. ويمكن لهذه العملية، المعروفة بالبسترة بمساعدة المعالجة بالموجات فوق الصوتية، إطالة مدة صلاحية المنتجات الغذائية وتقليل خطر الأمراض المنقولة بالغذاء. وبوصفها تقنية معالجة غير حرارية، تتجنب المعالجة بالموجات فوق الصوتية استخدام درجات حرارة مرتفعة جدًا، مما يمنع التحلل المرتبط بها للمغذيات الحساسة للحرارة.
  اقرأ المزيد عن إطالة مدة الصلاحية والحفاظ على المغذيات باستخدام المعالجة بالموجات فوق الصوتية!

• إزالة الغازات: عند تطبيق الموجات فوق الصوتية على سائل، تتحرك فقاعات الغاز المحتجزة في السوائل. ونتيجة لذلك، تتقارب فقاعات الهواء والغاز هذه وتندمج. وهذا يعني أنها تنمو لتصبح فقاعات أكبر حجمًا، مما يمكّنها من الطفو إلى سطح السائل وإزالتها بسهولة.
• الإذابة: بفضل قدراتها المتميزة على الخلط والمزج، تُعد الموجات فوق الصوتية فعالة للغاية في إنتاج محاليل عالية التشبع، بل وحتى محاليل فوق مشبعة. ويُستخدم ذلك في عمليات التبلور وكذلك في إنتاج المحاليل الملحية.
• التخمير: نظرًا إلى أن الموجات فوق الصوتية تثقب جدران خلايا الكائنات الحية الدقيقة وتفككها، تصبح هذه الكائنات أكثر قابلية لعملية التخمير. وفي الوقت نفسه، تُسرّع الموجات فوق الصوتية انتقال المغذيات والأكسجين إلى الكائنات الحية الدقيقة، مما يعزز نشاطها الأيضي. وبوجه عام، تزيد المعالجة بالموجات فوق الصوتية معدل التخمير وتقلل وقت التخمير وتحسن مردود المنتج النهائي المطلوب. وتفيد هذه التقنية خصوصًا في إنتاج الأغذية والمشروبات، مثل منتجات الألبان والزبادي والبيرة والكومبوتشا والنبيذ.
• خفض اللزوجة قبل التجفيف بالرش: يمكن لقوى القص فوق الصوتية أن تقلل بصورة كبيرة لزوجة المعلّقات التي تنخفض لزوجتها بالقص والمعلّقات المتغيرة اللزوجة مع الزمن تحت تأثير القص. ويتيح تطبيق خفض اللزوجة بالقص فوق الصوتي قبل الرش والتجفيف بالرش زيادة معدل الإنتاج المار عبر معدات الرش بصورة كبيرة. وغالبًا ما تكون أبراج التجفيف بالرش عنق الزجاجة في خط الإنتاج. وباستخدام الموجات فوق الصوتية، يمكن زيادة قدرة مجففات الرش الموجودة.

• التجميد: يمكن استخدام التجميد بالموجات فوق الصوتية لتقليل تكوّن بلورات الجليد في المنتجات الغذائية أثناء عملية التجميد. وتتضمن العملية تعريض الغذاء لموجات صوتية عالية التردد أثناء تجميده. وتُحدث الموجات فوق الصوتية اهتزازات تمنع تكوّن بلورات جليد كبيرة، مما ينتج عنه منتج ذو قوام أنعم وجودة أفضل.
• إذابة التجمّد: يمكن استخدام إذابة التجمّد بالموجات فوق الصوتية لتقليل وقت إذابة تجمّد المنتجات الغذائية المجمدة. وتتضمن العملية تعريض المنتج المجمد لموجات فوق صوتية تولّد الحرارة وتُسرّع عملية إذابة التجمّد. ونظرًا إلى أن الموجات فوق الصوتية تعزز توزيع الطاقة بدرجة عالية من التجانس، فقد تكون إذابة التجمّد بالموجات فوق الصوتية مفيدة خصوصًا للمنتجات التي يصعب إذابة تجمّدها بالتساوي، مثل اللحوم والمأكولات البحرية والفواكه والخضروات.
  في عمليات التجميد وإذابة التجمّد والتجفيف، تُحدث الموجات فوق الصوتية عالية القدرة تحسينات كبيرة في عمليات انتقال الكتلة والطاقة، مما يُسرّع هذه العمليات ويجعلها أكثر اقتصادية.
• كشف تسرّب الزجاجات: تُعد الموجات فوق الصوتية وسيلة فعالة للغاية لكشف التسرّبات والشقوق في زجاجات وعلب المشروبات الغازية، مثل الصودا والبيرة والنبيذ الفوّار وغيرها. وتُستخدم الموجات فوق الصوتية أيضًا في إزالة الغازات من المشروبات المكربنة، مثل البيرة قبل تعبئتها في الزجاجات، وهي عملية تُعرف باسم de-fobbing.
• التمليح بالمحلول الملحي / التخليل: التمليح بالمحلول الملحي عملية شائعة في حفظ الأغذية وتصنيعها، خصوصًا اللحوم والأسماك والأجبان والخضروات. وتُقصّر المعالجة بالموجات فوق الصوتية وقت التمليح بالمحلول الملحي وتتيح استخدام كميات أقل من كلوريد الصوديوم مقارنة بالأغذية والمخللات المملّحة تقليديًا.
• الترطيب / إعادة الترطيب: تُعد الموجات فوق الصوتية عالية القدرة طريقة بسيطة، لكنها فعالة للغاية، لترطيب المنتجات الغذائية أو إعادة ترطيبها، مثل البقول المجففة (كالفاصولياء والحمص) أو الفطر المجفف. ونظرًا إلى أن الموجات فوق الصوتية تفتح المسام الخلوية في الغذاء، يمكن للماء النفاذ بسرعة. ويؤدي ذلك إلى تسريع انتفاخ البقول، ومن ثم تقصير وقت الطهي.
• إزالة تبلور العسل: بوصفها معالجة غير حرارية، تُستخدم الموجات فوق الصوتية بفعالية لمنع تكوّن بلورات سكر كبيرة في العسل. وعلاوة على ذلك، يمكن إزالة تبلور البلورات الكبيرة المتكوّنة بالفعل في العسل بواسطة المعالجة بالموجات فوق الصوتية. وبوصفها تقنية إذابة فعالة للغاية، تُذيب أجهزة المعالجة بالموجات فوق الصوتية ذات المسبار بلورات السكر، مما ينتج عنه عسل ناعم ومتجانس. وإضافة إلى ذلك، تُحسّن الموجات فوق الصوتية الجودة الميكروبيولوجية للعسل، إذ تُعطَّل الميكروبات غير المرغوب فيها بفعل تفكيك الخلايا بالموجات فوق الصوتية.
• القلي: يمكن استخدام القلي بالموجات فوق الصوتية لتقليل امتصاص الزيت في المنتجات الغذائية المقلية. وتتضمن العملية غمر اللحم أو الخضروات في زيت ساخن مع تعريضها لموجات صوتية عالية التردد. وتُنشئ الموجات فوق الصوتية فقاعات صغيرة على سطح الغذاء تقلل مساحة التلامس بين الخضروات / اللحم والزيت، مما يؤدي إلى امتصاص أقل للزيت ومنتج نهائي أكثر صحة. ويتيح القلي بالموجات فوق الصوتية طهي الطعام عند درجات حرارة أقل، مما ينتج خصائص نكهة أفضل ويحافظ على المغذيات.
  تعرّف على كيفية إنتاج أصابع البطاطس المقلية ورقائق البطاطس الأكثر صحة والأغنى نكهة والأشد قرمشة باستخدام القلي بمساعدة الموجات فوق الصوتية!

أجهزة معالجة بالموجات فوق الصوتية عالية الأداء لمعالجة الأغذية

أجهزة المعالجة الصناعية بالموجات فوق الصوتية من Hielscher Ultrasonics هي أجهزة معالجة بالموجات فوق الصوتية عالية الأداء يمكن التحكم فيها بدقة، مما يتيح الحصول على نتائج قابلة للتكرار وجودة ثابتة للمنتج. وبفضل قدرتها على توفير سعات اهتزاز عالية جدًا، يمكن استخدام أجهزة المعالجة بالموجات فوق الصوتية من Hielscher في التطبيقات شديدة المتطلبات.
يرضى العملاء عن المتانة والموثوقية المتميزتين لأنظمة Hielscher Ultrasonics. وتعمل أجهزة المعالجة بالموجات فوق الصوتية من Hielscher بموثوقية في التطبيقات الشاقة والبيئات شديدة المتطلبات والتشغيل على مدار 24/7، مما يضمن معالجة فعالة واقتصادية للأغذية. ويقلل تكثيف العمليات بالموجات فوق الصوتية وقت المعالجة ويحقق نتائج أفضل، أي جودة أعلى ومردودًا أكبر ومنتجات مبتكرة.
ويُضمن توافق التقنية مع العملية من خلال الاستخدام المنهجي لمواد خاصة، مثل التيتانيوم والفولاذ المقاوم للصدأ والسيراميك أو الزجاج بمختلف درجاته.
أجهزة المعالجة بالموجات فوق الصوتية آلات سهلة الاستخدام ومريحة للمشغّل، ذات متطلبات صيانة قليلة وتكلفة منخفضة نسبيًا.

يقدم الجدول أدناه مؤشرًا على قدرة المعالجة التقريبية لأجهزتنا للمعالجة بالموجات فوق الصوتية:

التصميم والتصنيع والاستشارات – جودة صُنعت في ألمانيا

تشتهر أجهزة المعالجة بالموجات فوق الصوتية من Hielscher بأعلى معايير الجودة والتصميم. وتتيح المتانة وسهولة التشغيل دمج أجهزتنا للمعالجة بالموجات فوق الصوتية بسلاسة في المنشآت الصناعية. وتتعامل أجهزة المعالجة بالموجات فوق الصوتية من Hielscher بسهولة مع الظروف القاسية والبيئات شديدة المتطلبات.

Hielscher Ultrasonics شركة حاصلة على شهادة ISO، وتولي اهتمامًا خاصًا لأجهزة المعالجة بالموجات فوق الصوتية عالية الأداء التي تتميز بأحدث التقنيات وسهولة الاستخدام. وبالطبع، تتوافق أجهزة المعالجة بالموجات فوق الصوتية من Hielscher مع CE وتلبي متطلبات UL وCSA وRoHs.

حقائق جديرة بالمعرفة

كيف تعمل الموجات فوق الصوتية في معالجة الأغذية؟

معالجة الأغذية بالموجات فوق الصوتية تقنية راسخة تُستخدم في تطبيقات معالجة الأغذية مثل الخلط والتجانس والاستحلاب والاستخلاص والإذابة وإزالة الغازات وإزالة الهواء وتطرية اللحوم والتبلور، وكذلك إكساب المنتجات الغذائية الوسيطة والنهائية خصائص وظيفية وتعديلها. وقد استُخدمت أجهزة معالجة الأغذية بالموجات فوق الصوتية من Hielscher في مصانع إنتاج الأغذية منذ عقود، وهي أجهزة متطورة جرى تطويرها لتلبية متطلبات الصناعة. وتطبق أجهزة المعالجة بالموجات فوق الصوتية قوى فيزيائية تنشئها الموجات فوق الصوتية عالية القدرة، مما يؤدي إلى توليد التجويف.

ما المشروبات التي تُحضَّر عادة باستخدام المعالجة بالموجات فوق الصوتية؟

تُستخدم المعالجة بالموجات فوق الصوتية عادة لتحضير المشروبات أو معالجتها، مثل القهوة المنقوعة على البارد والشاي (بما في ذلك المتّة) وعصائر الفواكه والخضروات والمنقوعات النباتية والمشروبات الوظيفية (المستخلصات العشبية) وأنواع الحليب النباتي والمشروبات المخمّرة (لتكثيف العمليات) ومركّزات المشروبات لإنتاج المشروبات الجاهزة للشرب (RTD).
اطّلع على مزيد من المعلومات حول إنتاج المشروبات التالية:

• القهوة / القهوة الخضراء
• منقوعات الشاي
• المتّة
• العصائر
• مشروبات السموذي
• الكومبوتشا
• حليب المكسرات

ما التجويف الصوتي؟

التجويف الصوتي، المعروف أيضًا بالتجويف فوق الصوتي، هو نمو فقاعات فراغية دقيقة وانهيارها في مجال فوق صوتي يتولد في السوائل أو المعلّقات. وتنمو فقاعات التجويف أثناء دورات الضغط المرتفع / الضغط المنخفض المتناوبة، التي تمثل مرحلتي الانضغاط والتخلخل على التوالي. وبعد نمو الفقاعة الفراغية على مدى عدة دورات ضغط متناوبة، تصل إلى نقطة لا تستطيع عندها امتصاص مزيد من الطاقة، فتنهار بعنف نحو الداخل أثناء دورة ضغط مرتفع. وخلال انهيار الفقاعة، تنشأ موضعيًا ظروف شديدة التطرف، تشمل درجات حرارة مرتفعة جدًا تصل إلى 5,000K مع معدلات تسخين وتبريد عالية جدًا، وضغوطًا تصل إلى 2000atm وفروق الضغط المقابلة لها، ونفاثات سائلة تصل سرعتها إلى 280m/s. وفي هذه «البؤر الساخنة» الناتجة عن التجويف، تُنشئ قوى موضعية شديدة ظروفًا فيزيائية تؤدي إلى الخلط والاستخلاص وزيادة انتقال الكتلة.

يولّد التجويف الصوتي، الناتج عن الموجات فوق الصوتية عالية الشدة ومنخفضة التردد، قوى قص شديدة وفروقًا كبيرة في الضغط ودرجة الحرارة تحدث موضعيًا، مما يوفر التأثير اللازم للخلط المكثف وانتقال الكتلة. وتُستخدم قوى القص فوق الصوتية هذه بنجاح في معالجة الأغذية.

المؤلفات/المراجع

• Li, Fei (2012): Development of Nano-material for Food Packaging. PhD Dissertation at Università degli Studi di Milano.
• Kentish, Sandra; Ashokkumar, Meiyazhagan (2011): The Use of Power Ultrasound to enhance Food Processing Technologies.
• Liu, C.F.; Zhou, W.B. (2008): Stimulating Bio-yogurt Fermentation by High Intensity Ultrasound Processing. Food Science Technology 2008.
• Misra, N.N.; Deora, Navneet Singh; Tiwari, Brijesh, Cullen, Patrick J. (2013): Ultrasound for Improved Crystallisation in Food Processing. Food Engineering Reviews 5(1), 2013. 36-44.
• Shalmashi, Anvar (2009): Ultrasound-Assisted Extraction of Oil from Tea Seeds. Journal of Food Lipids 16, 2009. 465–474.
• Uppala, Shivani; Kaur, Khushwinder; Kumar, Rajendra; Kaur Kahlon, Nakshdeep; Singh, Rachna; Mehta, S.K. (2017): Encompassment of Benzyl Isothiocyanate in cyclodextrin using ultrasonication methodology to enhance its stability for biological applications. Ultrasonics Sonochemistry 39, 2017. 25-33.
• Wu, J.; Gamage, T.V; Vilkhu, K.S:; Simons, L.K.; Mawson, R. (2007): Effect of thermosonication on quality improvement of tomato juice. Innovative Food Science and Emerging Technologies 9, 2008. 186–195.