كفاءة وجودة فائقتان في إنتاج حليب المكسرات باستخدام الموجات فوق الصوتية
يشكّل حليب المكسرات وبدائل الحليب النباتية قطاعًا غذائيًا متناميًا. وقد أظهر الاستخلاص والتجنيس بالموجات فوق الصوتية مزايا كبيرة مقارنة بالتقنيات التقليدية في إنتاج حليب المكسرات ونظائر الحليب النباتية. وتزيد الموجات فوق الصوتية عالية القدرة من المردود وثبات المنتج ومحتوى العناصر الغذائية والكفاءة الإجمالية للمعالجة.
مردود أعلى من حليب المكسرات باستخدام الموجات فوق الصوتية عالية القدرة
يُعرف الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية بأنه طريقة موثوقة وعالية الكفاءة لزيادة مردود الزيوت والبروتينات وعديدات السكاريد والمغذيات الدقيقة المستخلصة من النباتات. ولذلك، تُستخدم المعالجة بالموجات فوق الصوتية في إنتاج بدائل الحليب النباتية، مثل تلك المصنوعة من اللوز أو الكاجو أو جوز الهند أو البندق أو الفول السوداني أو السمسم أو الصويا أو حب العزيز أو الشوفان أو الأرز أو القنب أو البازلاء أو الفستق أو الجوز أو القطيفة أو الكينوا. وغالبًا ما تكون المواد الخام لحليب المكسرات وبدائل الحليب النباتية الأخرى مرتفعة التكلفة، وتؤدي زيادة مردود الاستخلاص من هذه المواد الخام إلى خفض تكاليف الإنتاج وتحسين كفاءته.
معالج صناعي بالموجات فوق الصوتية UIP2000hdT لتجنيس حليب المكسرات.
كيف يزيد الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية من المردود؟
يعتمد مبدأ عمل الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية على التجويف الصوتي. وتُعزى آلية تكثيف الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية منخفضة التردد وعالية الشدة أساسًا إلى ظاهرة التجويف الصوتي. فعندما تنهار فقاعات التجويف على سطح المادة النباتية، يؤدي التآكل وتكوين المسام بالموجات فوق الصوتية إلى تفكيك مصفوفة الخلايا النباتية (مثل المكسرات والبذور والبقول والأوراق المنقوعة)، مما يفضي إلى تدمير البنية الخلوية وإطلاق المواد الموجودة داخل الخلايا، مثل البروتينات والدهون وعديدات السكاريد والألياف والفيتامينات والمعادن والمركبات الكيميائية النباتية. ويسهّل انتقال الكتلة المكثّف الناتج عن ذلك إطلاق جزيئات مثل البروتينات والدهون وعديدات السكاريد والمركبات الكيميائية النباتية.
وتحسّن قوى القص المتولدة بالموجات فوق الصوتية نفاذ المذيب إلى المصفوفة الخلوية للمادة النباتية، كما تحسّن نفاذية أغشية الخلايا. (يرجى ملاحظة أن مصطلح المذيب يُستخدم بمعناه الواسع، ويشمل أي سائل، مثل الماء). وهذه الآليات للموجات فوق الصوتية عالية القدرة مسؤولة عن التكثيف الكبير للعملية الذي يتحقق عند استخدام المعالجة بالموجات فوق الصوتية لاستخلاص المنتجات الغذائية من المواد الخام النباتية. ونظرًا إلى أن التجويف بالموجات فوق الصوتية يولّد قوى بهذه الشدة، فإنه يؤدي إلى تفكيك الخلايا والخلط بفعالية عالية على المستويين العياني والمجهري. وعلاوة على ذلك، يتحسن نفاذ المذيب وإذابة المركبات النشطة حيويًا وانتقال الكتلة بدرجة كبيرة. وهذا يجعل الاستخلاص بمساعدة الموجات فوق الصوتية عالي الفعالية، ويؤدي إلى مردود فائق من المستخلصات خلال زمن معالجة قصير.
تحسين ثبات حليب المكسرات باستخدام الموجات فوق الصوتية
تُعدّ المعالجة بالموجات فوق الصوتية عالية الشدة ومنخفضة التردد طريقة فعّالة وموثوقة لتحسين الثبات الفيزيائي للمعلّقات، وكذلك الثبات الميكروبي للمنتجات الغذائية (مثل حليب المكسرات وبدائل الحليب الأخرى).
تحسين الثبات الفيزيائي الكيميائي لحليب المكسرات بالموجات فوق الصوتية
تُستخدم الموجات فوق الصوتية عالية القدرة على نطاق واسع لتجنيس المنتجات الغذائية واستحلابها، وهي تقنية غير حرارية وعالية الكفاءة لإنتاج منتجات غذائية شديدة التجانس وثابتة على المدى الطويل. ويقلّل التجنيس بالموجات فوق الصوتية أقطار قطرات الدهون إلى حجم دقيق وموحّد، ويوزّع الجسيمات الصلبة، مثل النشويات والسكريات والألياف، بالتساوي. وبذلك، يحسّن التجنيس بالموجات فوق الصوتية الثبات الفيزيائي الكيميائي لحليب المكسرات وأنواع الحليب النباتي الأخرى بدرجة كبيرة، مما يمنع انفصال الأطوار غير المرغوب فيه.
بحث Lu et al. (2019) تأثيرات المعالجة بالموجات فوق الصوتية عالية القدرة على حليب جوز الهند. وقد قلّلت المعالجة بالموجات فوق الصوتية حجم الجسيمات في حليب جوز الهند، وجعلت توزيع القطرات والمواد الصلبة في النظام متجانسًا. وبالمقارنة مع حليب جوز الهند المستحلب ميكانيكيًا، أظهرت المعالجة بالموجات فوق الصوتية تأثيرًا ذا دلالة إحصائية على تجانس نظام المستحلب (p < 0.05). بالإضافة إلى ذلك، لوحظ أن المعالجة بالموجات فوق الصوتية عزّزت تغليف الأميلوز داخل إنزيم الأميلاز في الطبقة البينية.
بحث Iswarin and Permadi (2012) كيفية تأثير المعالجة بالموجات فوق الصوتية على قطر القطرات في مشروبات الحليب القائمة على جوز الهند، من خلال دراسة توليفات مختلفة من شدة الموجات فوق الصوتية. وقد خفّضت المعالجة بالموجات فوق الصوتية أقطار القطرات، وازداد انخفاض الحجم مع ارتفاع شدة الموجات فوق الصوتية.
تحسين الثبات الميكروبي لحليب المكسرات بالموجات فوق الصوتية
ثبت أن المعالجة بالموجات فوق الصوتية تقلّل الحمل الميكروبي في منتجات الألبان وعصائر الفاكهة والأغذية السائلة الأخرى. ولذلك، اعتُمدت البسترة بالموجات فوق الصوتية أيضًا ضمن عملية حفظ بدائل الحليب لتحسين الثبات الميكروبي في بدائل الحليب المصنوعة من المكسرات وغيرها من النباتات.
درس Iorio et al. (2019) تعطيل Escherichia coli O157:H7 وListeria monocytogenes بالموجات فوق الصوتية في حليب اللوز، وتمكّنوا من إثبات أن البسترة بالموجات فوق الصوتية تُحدث أضرارًا دون مميتة في مسببات الأمراض، مما يؤدي إلى إطالة مدة الصلاحية. فعلى سبيل المثال، خفّضت المعالجة بالبسترة بالموجات فوق الصوتية مستوى E. coli O157:H7 بدرجة كبيرة من 5.12 إلى 3.81 log CFU/mL، وخفّضت معدل النمو (µmax) (من 1.19 إلى 0.79 (log CFU/mL)/day).
- مردود أعلى
- جودة فائقة
- تحسين التركيبة الغذائية
- تحقيق الثبات الفيزيائي الكيميائي والميكروبي
- عدم حدوث تحلل حراري
- تكثيف العملية لرفع الكفاءة الإجمالية
- ظروف قابلة للتحكم الدقيق
- فعالية من حيث التكلفة
مفاعل متعدد الوحدات فوق الصوتية مزوّد بمجانسات بالموجات فوق الصوتية بتكوين 4x 4kW للمعالجة المستمرة لحليب المكسرات
محتوى أعلى من العناصر الغذائية عند استخلاص حليب المكسرات بالموجات فوق الصوتية
توجد المغذيات الدقيقة، مثل الفيتامينات والبوليفينولات ومضادات الأكسدة، داخل المصفوفة الخلوية للنباتات. ولإطلاق هذه المغذيات الدقيقة بكفاءة، يلزم تفكيك الخلايا بالكامل وإجراء خلط مكثّف على المستوى المجهري بين المادة الخلوية والمذيب. وكما وُصف أعلاه، يُعدّ الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية فعّالًا جدًا في تفكيك الخلايا وإطلاق الدهون والبروتينات وعديدات السكاريد والألياف والمركبات الكيميائية النباتية من المصفوفة الخلوية. ويُعدّ الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية طريقة عالية الكفاءة لعزل كامل كمية المركبات الكيميائية النباتية من المواد النباتية ضمن عملية استخلاص سريعة. ويولّد تطبيق الموجات فوق الصوتية عالية القدرة تأثيرات تجويف قوية، واضطرابات / دوامات، وتيارات سائلة عالية السرعة تجرف المركبات الكيميائية النباتية إلى خارج الخلية. وبما أن المعالجة بالموجات فوق الصوتية طريقة استخلاص غير حرارية، فإن استخدامها يمنع التحلل الحراري لهذه المغذيات الدقيقة الحساسة.
حركية المحتوى الفينولي الكلي (معبّرًا عنه بوحدة eq mg Naringenin/g من اللوز) مع المعالجة بالموجات فوق الصوتية وبدونها باستخدام UIP1000hdT. زاد الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية المحتوى الفينولي الكلي بنسبة 258 %.
تمثّل البيانات المتوسطات ± الانحراف المعياري، n = 3. الموجات فوق الصوتية (الأصفر) مقابل عدم استخدام الموجات فوق الصوتية (البرتقالي).
الرسم البياني والدراسة: Tabib et al., 2020
كفاءة فائقة في إنتاج حليب المكسرات باستخدام الموجات فوق الصوتية
إن زيادة المردود وتحسين التركيبة الغذائية وتقليل مدة المعالجة ليست سوى بعض مزايا الكفاءة الفائقة لمعالجة حليب المكسرات والمشروبات غير اللبنية بالموجات فوق الصوتية. ويُعدّ انخفاض استهلاك الطاقة وقلة متطلبات الصيانة والتشغيل على مدار 24/7 عوامل إضافية تسهم في الكفاءة الإجمالية الاستثنائية للمعالجة بالموجات فوق الصوتية. ويمكن لمجانسات Hielscher عالية الأداء بالموجات فوق الصوتية العمل على مدار 24/7 في ظروف التشغيل الشاق ومعالجة أحجام كبيرة بنمط التدفق المستمر. وتتمتع معالجات Hielscher بالموجات فوق الصوتية بكفاءة إجمالية متميزة في استخدام الطاقة. كما تُبقي المتانة وقلة متطلبات الصيانة تكاليف التشغيل منخفضة.
ما تقوله الأبحاث عن معالجة الأغذية بالموجات فوق الصوتية
“برزت الموجات فوق الصوتية على نطاق واسع خلال العقد الماضي. وقد وجدت تطبيقًا لها في صناعة عصائر الفاكهة والمشروبات بفضل تأثيراتها المرغوبة المتعددة الوظائف. وهذه التقنية منخفضة التكلفة وبسيطة وموثوقة وصديقة للبيئة، وفعّالة للغاية في حفظ العصائر مع تحسين خصائص جودتها.” (Dolas et al., 2019)
“المعالجة بالموجات فوق الصوتية تقنية واعدة يمكنها تحسين جودة الأغذية وتقليل فقدان العناصر الغذائية.” (Cheok et al., 2013)
معالجات الأغذية بالموجات فوق الصوتية للإنتاج الصناعي لحليب المكسرات
تصمّم Hielscher Ultrasonics أنظمة عالية الأداء لمعالجة الأغذية بالموجات فوق الصوتية وتصنّعها وتوزّعها، للإنتاج الصناعي المستمر لحليب المكسرات (مثل حليب الكاجو واللوز والبندق والجوز والفول السوداني وجوز الهند)، وبدائل الحليب النباتية (مثل حليب الأرز والصويا والحنطة الإسبلتية والشوفان والسمسم وبذور الكتان والبازلاء وحب العزيز المخمّر).
يوفّر استخدام معالجة الأغذية بالموجات فوق الصوتية مزايا كبيرة، لأنها طريقة غير حرارية وميكانيكية بحتة تؤدي إلى تحسين المنتجات النهائية وتقليل زمن المعالجة، وهي أكثر ملاءمة للبيئة.
تُستخدم أنظمة Hielscher لمعالجة الأغذية بالموجات فوق الصوتية في تطبيقات متعددة، إذ تمثّل تقنية آمنة وموثوقة وفعّالة من حيث التكلفة لإنتاج أغذية ومشروبات عالية الجودة. ويتميز تركيب جميع معالجات Hielscher بالموجات فوق الصوتية وتشغيلها بالبساطة: فهي لا تتطلب سوى مساحة صغيرة، ويمكن إضافتها بسهولة إلى مرافق المعالجة القائمة.
تتمتع Hielscher Ultrasonics بخبرة طويلة في تطبيق الموجات فوق الصوتية عالية القدرة في صناعة الأغذية والمشروبات، وكذلك في العديد من القطاعات الصناعية الأخرى. ومعالجاتنا بالموجات فوق الصوتية مزوّدة بسونوترودات وخلايا تدفق (الأجزاء الملامسة للسائل) سهلة التنظيف (التنظيف في المكان CIP / التعقيم في المكان SIP). ويمكن لمعالجات Hielscher Ultrasonics الصناعية بالموجات فوق الصوتية توفير سعات اهتزاز عالية جدًا. ويمكن بسهولة التشغيل المستمر بسعات اهتزاز تصل إلى 200µm على مدار 24/7. وتُعدّ سعات الاهتزاز العالية مهمة لتحقيق توزيع متجانس للجسيمات وتعطيل الميكروبات الأكثر مقاومة (مثل البكتيريا موجبة الغرام). وتتوفر سونوترودات مخصّصة بالموجات فوق الصوتية لتحقيق سعات اهتزاز أعلى. ويمكن تشغيل جميع السونوترودات ومفاعلات خلايا التدفق بالموجات فوق الصوتية عند درجات حرارة وضغوط مرتفعة، مما يتيح معالجة موثوقة بالموجات فوق الصوتية مقترنة بالحرارة والضغط (المعالجة بالموجات فوق الصوتية بالتزامن مع رفع درجة الحرارة والضغط)، واستخلاصًا وتثبيتًا عاليَي الفعالية.
تجعل التقنية الحديثة والأداء العالي والبرمجيات المتطورة أجهزة Hielscher Ultrasonics معدات موثوقة للعمل الشاق في خط استخلاص الأغذية وتجنيسها وبسترتها لديكم. وبفضل صغر المساحة التي تشغلها وتنوع خيارات تركيبها، يمكن دمج أجهزة Hielscher للمعالجة بالموجات فوق الصوتية بسهولة في خطوط الإنتاج القائمة أو إضافتها إليها.
يرجى الاتصال بنا الآن لمعرفة المزيد عن خصائص أنظمتنا للاستخلاص والتجنيس والبسترة بالموجات فوق الصوتية وقدراتها. يسعدنا مناقشة تطبيقكم معكم!
يقدّم الجدول أدناه مؤشرًا على سعة المعالجة التقريبية لأجهزتنا للمعالجة بالموجات فوق الصوتية:
| حجم الدفعة | معدل التدفق | الأجهزة الموصى بها |
|---|---|---|
| 1 إلى 500mL | 10 إلى 200mL/min | UP100H |
| 10 إلى 2000mL | 20 إلى 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 إلى 20L | 0.2 إلى 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 إلى 100L | 2 إلى 10L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10 إلى 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | أكبر | مجموعة من أجهزة UIP16000 |
اتصلوا بنا! / اسألونا!
تصنّع Hielscher Ultrasonics مجانسات عالية الأداء بالموجات فوق الصوتية لتطبيقات الخلط والتشتيت والاستحلاب والاستخلاص على النطاقات المختبرية والتجريبية والصناعية.
المؤلفات / المراجع
- Tabib, Malak, Yang Tao, Christian Ginies, Isabelle Bornard, Njara Rakotomanomana, Adnane Remmal, Farid Chemat (2020): A One-Pot Ultrasound-Assisted Almond Skin Separation/Polyphenols Extraction and its Effects on Structure, Polyphenols, Lipids, and Proteins Quality. Applied Sciences 10, no. 10: 3628.
- Iswarin, S.J.; Permadi, B. (2012): Coconut milk’s fat breaking by means of ultrasound. Int. J. Basic Appl. Sci. 12, 2012. 1–5.
- Maria Clara Iorio, Antonio Bevilacqua, Maria Rosaria Corbo, Daniela Campaniello, Milena Sinigaglia, Clelia Altieri (2019): A case study on the use of ultrasound for the inhibition of Escherichia coli O157:H7 and Listeria monocytogenes in almond milk. Ultrasonics Sonochemistry, Volume 52, 2019. 477-483.
- Rupali Dolas, Chakkaravarthi Saravanan, Barjinder Pal Kaur (2019): Emergence and era of ultrasonic’s in fruit juice preservation: A review. Ultrasonics Sonochemistry, Volume 58, 2019.
- Xu Lu, Jinghao Chen, Mingjing Zheng, Juanjuan Guo, Jingxuan Qi, Yingtong Chen, Song Miao, Baodong Zheng (2019): Effect of high-intensity ultrasound irradiation on the stability and structural features of coconut-grain milk composite systems utilizing maize kernels and starch with different amylose contents. Ultrasonics Sonochemistry Volume 55, 2019. 135-148.
حقائق جديرة بالمعرفة
إنتاج حليب المكسرات وبدائل منتجات الألبان النباتية
يتضمن إنتاج حليب المكسرات وغيره من المشروبات النباتية غير اللبنية (مثل تلك المصنوعة من اللوز والكاجو وجوز الهند والبندق والفول السوداني والسمسم والصويا وحب العزيز والشوفان والحنطة الإسبلتية والأرز والقنب والبازلاء وبذور الكتان وبذور الكتان والجوز) عادةً خطوات المعالجة التالية: الطحن الرطب والسحق للاستخلاص، والترشيح، وإضافة المضافات الغذائية والمكونات، والبسترة / التعقيم، والتجنيس، والتعبئة المعقّمة.
ومن المضافات واسعة الاستخدام الصموغ والليسيثين، اللذان يُستخدمان لتحسين الثبات، وكذلك الملح والمحليات، التي تُستخدم لتعديل القوام وخصائص النكهة. وغالبًا ما تُدعّم بدائل الحليب النباتية وتُغنى بالبروتين والفيتامينات والمعادن للحصول على تركيبة غذائية متوازنة للمشروب النباتي غير اللبني.
ويُستخدم مكوّن خام مختلف كأساس (مثل المكسرات أو الحبوب أو البقول) بحسب نوع بديل الحليب النباتي. وتُمزج هذه المادة الخام المحددة (مثل اللوز أو فول الصويا أو الشوفان) بكمية معينة من الماء، وتُطحن في عملية طحن رطب عند درجات حرارة مرتفعة. وخلال عملية الطحن الساخن هذه، تُستخلص مركبات نباتية قيّمة، مثل البروتينات والدهون والألياف والفيتامينات، من المادة الخام، وهي عملية تستغرق وقتًا طويلًا وغالبًا ما تكون قليلة الكفاءة. وبسبب عدم اكتمال الاستخلاص، قد تلزم خطوة استخلاص ثانية لزيادة مردود حليب المكسرات أو بديل الحليب النباتي. وعند إدراج الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية في عملية الطحن، يزداد استخلاص المركبات النباتية ويتسارع بدرجة كبيرة.
وبعد الطحن والاستخلاص، يُفصل الحليب النباتي عن الألياف النباتية المستخلصة في أجهزة طرد مركزي كبيرة. ولتحسين القوام والخصائص الحسية، يمكن تجنيس الحليب النباتي مع زيت صالح للأكل أو زيادة كثافته بإضافة الصموغ، وخلطه بمضافات متنوعة (فيتامينات ومعادن)، ثم يُبستر أخيرًا بالمعالجة الحرارية ويُعبّأ بعد ذلك.
ويمكن استخدام المعالجة بالموجات فوق الصوتية لتشتيت الصموغ والمضافات الغذائية الأخرى بصورة متجانسة في المشروب النباتي، وتعزيز الثبات الميكروبي بواسطة البسترة بالموجات فوق الصوتية.
وعلاوة على ذلك، تُستخدم المعالجة بالموجات فوق الصوتية لاستخلاص البروتينات وتعديلها للحصول على مضافات غذائية عالية الخصائص الوظيفية ومكملات غذائية. اقرؤوا المزيد عن معالجة البروتينات النباتية بالموجات فوق الصوتية!
تصنّع Hielscher Ultrasonics مجانسات عالية الأداء بالموجات فوق الصوتية، من الحجم المختبري إلى الحجم الصناعي.