تحسين إنتاج الآيس كريم بالموجات فوق الصوتية

لتطبيق الموجات فوق الصوتية عالية القدرة عدة آثار مفيدة في إنتاج آيس كريم عالي الجودة. وتشمل المزايا الرئيسية للمعالجة بالموجات فوق الصوتية تقليل حجم البلورات وتسريع تجميد الآيس كريم. وبذلك، تحسّن المعالجة بالموجات فوق الصوتية الجودة والإحساس لدى المستهلك، مع خفض تكاليف الإنتاج في الوقت نفسه.

تأثيرات الموجات فوق الصوتية في تصنيع الآيس كريم

يتطلب إنتاج الآيس كريم معالجة متطورة للحصول على منتج غذائي حلو عالي الجودة يلبي متطلبات العملاء. وترجع خطوات المعالجة المتقنة أساسًا إلى أن الآيس كريم من أكثر الأغذية تعقيدًا: فهو رغوة ومستحلب في آن واحد. ويحتوي على بلورات ثلج ومزيج سائل غير متجمد. ويمكن للموجات فوق الصوتية عالية القدرة المطبقة أثناء تصنيع الآيس كريم أن تعزز تنوي بلورات الثلج لتسريع انتقال الحرارة والكتلة المصاحب لعملية التجميد. وبذلك، تقلل المعالجة بالموجات فوق الصوتية حجم البلورات وتقصّر زمن التجميد في إنتاج الآيس كريم. وأظهرت أبحاث Mortazavi وTabatabaie إمكانية تقليل زمن التجميد في معالجة الآيس كريم بنحو 30% باستخدام المعالجة بالموجات فوق الصوتية لمدة 20 min.

إنتاج الآيس كريم وفوائد الموجات فوق الصوتية

يتطلب إنتاج الآيس كريم إعداد مزيج الآيس كريم. ويتكون هذا المزيج من الحليب ومسحوق الحليب والقشدة والزبدة أو الدهون النباتية والسكر والمادة الجافة وعامل استحلاب ومثبّت، بالإضافة إلى إضافات مثل الفواكه والمكسرات والمنكّهات والملوّنات. ويجب تجنيس هذا المزيج الخاص وبسترته، ثم تحريكه ببطء أثناء عملية التجميد لمنع تكوّن بلورات ثلج كبيرة. وأثناء ذلك، تُدمج فقاعات هواء صغيرة جدًا في المزيج، فيما يُعرف بعملية التهوية، لتكوين رغوة في الآيس كريم والحصول على حلوى باردة ذات قوام ناعم. وتعزز المعالجة بالموجات فوق الصوتية التوزيع المتجانس لجميع مكونات مزيج الآيس كريم وتسهم في البسترة في الوقت نفسه. اقرأ المزيد عن بسترة الأغذية السائلة بالموجات فوق الصوتية هنا!
بعد ذلك، تُطبّق المعالجة بالموجات فوق الصوتية في مرحلة التجميد أثناء إنتاج الآيس كريم. وتعزز المعالجة بالموجات فوق الصوتية تنوي بلورات الثلج ونموها، مما يسرّع عملية التجميد بدرجة كبيرة. وفي الوقت نفسه، تقلل المعالجة بالموجات فوق الصوتية حجم بلورات الثلج للحصول على بلورات صغيرة متجانسة الحجم. ويمنح ذلك الآيس كريم قوامًا ناعمًا وإحساسًا مستساغًا في الفم – وهما سمتان للجودة يقدّرهما المستهلكون كثيرًا.

خطوات إنتاج الآيس كريم

يتكون تصنيع الآيس كريم من خمس مراحل:

1. إعداد مزيج الآيس كريم
2. تجنيس مزيج الآيس كريم وبسترته وتعتيقه
3. التجميد والتهوية
4. التشكيل والقولبة
5. التقسية والتعبئة

خطوات إنتاج الآيس كريم.
المصدر: Dairy Processing Handbook. نشرته Tetra Pak Processing Systems AB، لوند، السويد. ص.387.

تعزيز تجميد الآيس كريم بالموجات فوق الصوتية

أثناء عملية التجميد، تتكوّن البلورات من الماء فائق التبريد. وتؤدي مورفولوجيا بلورات الثلج دورًا مهمًا في الخصائص القوامية والفيزيائية للأغذية المجمدة وشبه المجمدة. ونظرًا إلى الأهمية الخاصة لحجم بلورات الثلج وتوزيعها في جودة المنتجات ذات البنية النسيجية بعد إذابة تجميدها، تُفضّل في الآيس كريم بلورات الثلج الأصغر حجمًا، لأن البلورات الكبيرة تؤدي إلى قوام ثلجي. ويُعد التنوي أهم عامل للتحكم في توزيع أحجام البلورات أثناء التبلور. ولذلك، يُستخدم معدل التجميد عادةً بوصفه المتغير الذي يتحكم في حجم بلورات الثلج وتوزيع أحجامها في الآيس كريم. وأثناء الخفق والتجميد، يُحقن الهواء للحصول على القوام الناعم للآيس كريم. وتُضبط ما تُسمّى «الزيادة الحجمية بالهواء»، أي كمية الهواء المحقون، – وفقًا للوصفة المحددة – بما يتناسب مع الحجم الإجمالي للمواد الصلبة والماء. ولذلك، تختلف الزيادة الحجمية بالهواء باختلاف تركيبات الآيس كريم وتدفقات المعالجة. وتبلغ الزيادة الحجمية بالهواء في الآيس كريم القياسي 100%، مما يعني أن المنتج النهائي يتكون من حجمين متساويين من مزيج الآيس كريم وفقاعات الهواء.
يؤدي استخدام معالجات الموجات فوق الصوتية عالية الأداء من Hielscher إلى تحسين جودة الآيس كريم من خلال تعزيز التبلور وتقليل حجم بلورات الثلج ومنع تراكم القشور على سطح التجميد. ويُحقَّق قوام أفضل وإحساس أكثر قشدية في الفم بفضل تقليل حجم بلورات الثلج في الآيس كريم وتحسين توزيع فقاعات الهواء. ويؤدي التجميد الأسرع بدرجة كبيرة، مع تقليل زمن التجميد بنحو 30%، إلى زيادة قدرة المعالجة وتحسين كفاءة استخدام الطاقة في عملية الإنتاج.

مثبت علميًا: تحسين جودة الآيس كريم بالمعالجة بالموجات فوق الصوتية

درس Aslan وDogan (2021) تأثيرات المعالجة بالموجات فوق الصوتية في إنتاج الآيس كريم باستخدام جهاز المعالجة بالموجات فوق الصوتية من نوع المسبار UP400St من Hielscher (انظر الصورة على اليسار). وأظهرت نتائج البحث أن الموجات فوق الصوتية تعزز تقليل حجم الجسيمات بفعل التجويف. واتضح أن المعالجة بالموجات فوق الصوتية تحسّن جودة الآيس كريم والمنتجات الغذائية المجمدة، إذ تنتج بلورات ثلج أصغر حجمًا. ولأن بلورات الثلج تمنح الآيس كريم إحساسًا مميزًا في الفم، فمن المهم جدًا الحصول على أصغر البلورات أثناء عملية التجميد لمنع تكوّن بنية حبيبية خشنة وتحقيق النعومة والليونة المرغوبتين للآيس كريم. وخلصت هذه الدراسة أيضًا إلى أن التجنيس بالموجات فوق الصوتية يوفر مستحلبًا جيد التشتت. وأظهر التقييم الذي أجرته لجنة من المستهلكين للخصائص الحسية والنكهة أن تجنيس الآيس كريم بالموجات فوق الصوتية يساعد على تلبية تفضيلات المستهلكين من خلال بلورات ثلج أصغر حجمًا وما يرتبط بها من إحساس مستساغ للآيس كريم في الفم.
(راجع Aslan وDogan، 2021)

معالجات غذائية عالية الأداء بالموجات فوق الصوتية لإنتاج الآيس كريم

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 مجهزة بسونوترودات وخلايا تدفق سهلة التنظيف (التنظيف في المكان CIP / التعقيم في المكان SIP)، وهي الأجزاء الملامسة للسائل.
يمكن لأجهزة المعالجة الصناعية بالموجات فوق الصوتية من Hielscher Ultrasonics توفير سعات اهتزاز عالية جدًا في التشغيل المستمر على مدار 24/7. ويُعد التحكم الدقيق في سعة الاهتزاز، من الشدات المنخفضة إلى العالية، مهمًا لضبط عملية المعالجة بالموجات فوق الصوتية بدقة وفقًا لخصائص المنتج المستهدفة لتركيبة الآيس كريم.
توفر Hielscher، من خلال معالجات غذائية بالموجات فوق الصوتية بمختلف الأحجام، أنظمة موثوقة لمعالجة منتجات الأغذية والمشروبات، بما فيها الآيس كريم، على دفعات وبصورة مستمرة. وفي حين توفر طرازات أجهزة المعالجة بالموجات فوق الصوتية UP400ST (400 واط) أو UIP1000hdT (1000 واط) قدرة معالجة كافية لمحل صغير لإنتاج الجيلاتو الحرفي، فإن منشأة صناعية لتصنيع الآيس كريم ستُركّب طرازات أجهزة المعالجة بالموجات فوق الصوتية ذات معدل المعالجة المرتفع UIP6000hdT (6000 واط) أو UIP16000hdT (16,000 واط).
يعطيك الجدول أدناه مؤشرًا على قدرة المعالجة التقريبية لأجهزتنا للمعالجة بالموجات فوق الصوتية:

المؤلفات / المراجع

• Mortazavi, A. and Tabatabaie, F. (2008): Study of Ice Cream Freezing Process after Treatment with Ultrasound. World Appl. Sci. J 4, 188-190.
• Aslan Türker, Duygu; Dogan, Mahmut (2021): Effects of ultrasound homogenization on the structural and sensorial attributes of ice cream: optimization with Taguchi and data envelopment analysis. Journal of Food Measurement and Characterization 15, 2021, 1-11.
• Vildan Akdeniz, A. Sibel Akalın (2019): New approach for yoghurt and ice cream production: High-intensity ultrasound. Trends in Food Science & Technology, Volume 86, 2019. 392-398.
• Petzold, G. and Aguilera, J. M. (2009): Ice Morphology: Fundamentals and Technological Applications in Foods. Food Biophysics Vol.4, No. 4, 378-396.
• Dairy Processing Handbook. Published by Tetra Pak Processing Systems AB, S-221 86 Lund, Sweden. p.387.