المعالجة بالموجات فوق الصوتية وتطبيقاتها المتعددة في معالجة الأغذية
تتيح الموجات فوق الصوتية عالية القدرة إمكانات متعددة لتطبيقات فعالة وموثوقة في معالجة الأغذية. وتشمل التطبيقات الأكثر شيوعًا في صناعة الأغذية الخلط والتجانس، والاستحلاب، والتشتيت، وتفكيك الخلايا واستخلاص المواد الموجودة داخلها، وتنشيط الإنزيمات أو تعطيلها (بحسب شدة الموجات فوق الصوتية)، والحفظ، والتثبيت، والإذابة والتبلور، والهدرجة، وتطرية اللحوم، والإنضاج، والتعتيق والأكسدة، بالإضافة إلى إزالة الغازات والتجفيف بالرش.
نقدم لكم أدناه مجموعة مختارة من التطبيقات المختلفة لأجهزة المعالجة بالموجات فوق الصوتية من Hielscher في معالجة الأغذية. يرجى النقر على الروابط المحددة للحصول على معلومات مفصلة عن التطبيق الذي يهمكم!
استخلاص النكهات والمركبات النشطة بيولوجيًا باستخدام الموجات فوق الصوتية
يُستخدم الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية على نطاق واسع في صناعة الأغذية لاسترجاع المركبات النشطة بيولوجيًا وجزيئات النكهة والبروتينات بكفاءة، من خلال تطبيق موجات فوق صوتية عالية الشدة تعزز انتقال الكتلة وتفكك البنى الخلوية. وتزيد تأثيرات التجويف الناتجة مردود الاستخلاص وسرعته مع التشغيل عند درجات حرارة منخفضة، مما يساعد على الحفاظ على المركبات الحساسة ويتيح معالجة نظيفة قابلة للتوسع دون استخدام مذيبات قاسية.
تُستخدم المجانسات بالموجات فوق الصوتية على نطاق واسع في معالجة الأغذية. وتشمل التطبيقات المعتادة الاستخلاص والخلط والاستحلاب والتعتيق / الإنضاج.
| القهوة | القنب | البكتينات |
| ليغهيموغلوبين الصويا | الفانيليا | الفطر |
| زيت الطحالب | الزعفران | الأعشاب |
| بروتين ذبابة الجندي | البروتين الفطري | زيت الزيتون |
استحلاب الصلصات وتتبيلات السلطات والكريمات بالموجات فوق الصوتية
من خلال تطبيق المعالجة بالموجات فوق الصوتية على مخاليط الزيت/الماء، يحصل الطهاة وعلماء الأغذية على مستحلبات فائقة الدقة ومستقرة – دون حرارة مفرطة أو إضافات اصطناعية. ومن الصلصات الكريمية وتتبيلات الخل والزيت ذات القوام المخملي إلى الكريمات الخالية من الألبان والرغوات الرقيقة، يتيح التجويف بالموجات فوق الصوتية تحكمًا دقيقًا في حجم القطرات وتشتتها.
تعرّفوا على المزيد حول المستحلبات الغذائية المُحضَّرة بالموجات فوق الصوتية!
تخمير الزبادي بالموجات فوق الصوتية
الزبادي منتج حليب مُخمَّر يمكن إنتاجه من الحليب وحده أو بإضافة مزارع بكتيرية. وتُعد سلالات البكتيريا المشقوقة (مثل BB-12 وBB-46 وB breve) من البروبيوتيك الشائعة المستخدمة في تخمير الزبادي. ويمكن أن يؤدي التجويف بالموجات فوق الصوتية المطبق على الخلايا البكتيرية إلى تدميرها وإطلاق β-galactosidase في الوقت نفسه. ويُعد β-galactosidase إنزيمًا محللًا مائيًا يُستخدم بكثرة في صناعة معالجة الحليب. ويتسارع التخمير المدعوم بالموجات فوق الصوتية بسبب التحلل المائي الأسرع للاكتوز، الناتج عن إطلاق β-galactosidase من خلايا البكتيريا المشقوقة بفعل الموجات فوق الصوتية.
ويؤدي التجانس بالموجات فوق الصوتية إلى تفتيت كريات دهن الحليب والحصول على توزيع حجمي بالغ الدقة.
يمكن للمعالجة بالموجات فوق الصوتية تسريع معدل التخمير (خفض إجمالي وقت الإنتاج بنسبة تصل إلى 40%) وتحسين خصائص جودة الزبادي، مما يؤدي إلى لزوجة أعلى وخثرة أكثر تماسكًا وقوام أفضل.
تجانس الحليب بالموجات فوق الصوتية
الحليب (مثل حليب الأبقار أو الجاموس أو الماعز أو الإبل) مستحلب أو نظام غروي يتكون من كريات دهن الحليب ضمن سائل مائي يحتوي على كربوهيدرات وبروتينات ومعادن مذابة. ولأن الدهن والماء يميلان إلى الانفصال إلى طورين، يجب تجنيس الحليب للحصول على منتج متجانس. ويعني التجانس التوزيع المنتظم لجزيئات الدهن في سائل الحليب. وتُعد الموجات فوق الصوتية طريقة معروفة تُستخدم في تطبيقات مختلفة في معالجة الألبان. وتؤدي معالجة الحليب بالموجات فوق الصوتية إلى الحصول على كريات دهنية متجانسة ومتوزعة بانتظام. كما أن التجانس بالموجات فوق الصوتية عالية القدرة فعال أيضًا لبدائل الحليب النباتية (النباتية الصرفة/الخالية من الألبان)، مثل حليب جوز الهند أو حليب الصويا.
تُظهر دراسة Sfakianakis وTzia (2012) أن التجانس بالموجات فوق الصوتية يقلل حجم كريات دهن الحليب (MFG). وتوضح الصور المجهرية أدناه تأثيرات المعالجة بالموجات فوق الصوتية في حجم قطرات دهن الحليب. ولم يكن للسعة المنخفضة (150W) تأثير تجانس مُرضٍ (الشكل 2)؛ إذ كان حجم كريات دهن الحليب وتوزيعها مشابهين لما في الحليب غير المعالج (قارنوا الشكلين 1 و2). وكان للموجات فوق الصوتية متوسطة السعة (267.5, 375 W) تأثير تجانس جيد؛ إذ بلغ متوسط قطر كريات دهن الحليب 2 μm (الشكلان 3 و4). وقللت الموجات فوق الصوتية ذات السعة الأعلى (750W) حجم كريات دهن الحليب بدرجة كبيرة (الشكل 6)، مما جعلها بالكاد مرئية بالمجهر الضوئي (بتكبير 100x)؛ وبلغ متوسط قطرها 0.3 μm.
الموجات فوق الصوتية عالية القدرة تقنية تجانس لطيفة غير حرارية. ويوضح Sfakianakis وآخرون (2011) التأثير اللافت للتجانس بالموجات فوق الصوتية في الحليب.
درس Chandrapala وآخرون (2012) تأثير المعالجة بالموجات فوق الصوتية في الكازين والكالسيوم. وطبقوا موجات فوق صوتية (20kHz) على عينات من الحليب الطازج منزوع الدسم، والكازين المذَيَّلي المعاد تحضيره، ومسحوق الكازين. وعالجوا العينات بالموجات فوق الصوتية حتى انخفض حجم كريات دهن الحليب إلى نحو 10nm. ويُظهر تحليل الحليب المعالج بالموجات فوق الصوتية أن حجم مذيلات الكازين لم يتغير. كما حدثت زيادة طفيفة في بروتين مصل الحليب الذائب وانخفاض مقابل في اللزوجة خلال الدقائق القليلة الأولى من المعالجة بالموجات فوق الصوتية. وخلصت الدراسة إلى أن مذيلات الكازين مستقرة أثناء المعالجة بالموجات فوق الصوتية، وأن تركيز الكالسيوم الذائب لا يتأثر بهذه المعالجة. [Chandrapala et al. 2012]
تبلور السكر بالموجات فوق الصوتية لصناعة الحلويات
تتيح المعالجة المضبوطة بالموجات فوق الصوتية بدء بذر البلورات (تكوين النوى) والتأثير في نمو البلورات. وعند التعرض للموجات فوق الصوتية، تتكون بلورات أصغر، وبالتالي أكثر عددًا. وتساعد الموجات فوق الصوتية عملية التبلور بطريقتين: أولًا، تُعد الموجات فوق الصوتية عالية القدرة أداة فعالة جدًا لتكوين محلول متجانس، وهو المادة الأولية للتبلور. وفي المرحلة الثانية، تدعم الموجات فوق الصوتية تكوّن عدد كبير من النوى. وفي حين تؤدي عملية التنوي الضعيفة إلى تكوين عدد أقل من البلورات الكبيرة، فإن التنوي الفعال يُكوِّن عددًا كبيرًا من البلورات الصغيرة الدقيقة. وفي المجال الصوتي، يصبح من الممكن حتى بدء تنوي السكريات التي لا تميل عادةً إلى التبلور (مثل D-fructose والسوربيتول).
ويُعد تعديل التبلور بالموجات فوق الصوتية ذا أهمية لتركيب السكاكر والحلويات والمستحضرات القابلة للدهن والمثلجات والقشدة المخفوقة والشوكولاتة.
جهاز المعالجة بالموجات فوق الصوتية UIP4000hdT هو معالج أغذية قوي بقدرة 4kW للإنتاج الصناعي للأغذية، مثل استخلاص البكتين والنكهات، وكذلك التجانس.
هدرجة الزيوت الصالحة للأكل بالموجات فوق الصوتية
تُعد هدرجة الزيوت النباتية عملية صناعية مهمة تُجرى على نطاق واسع. وبالهدرجة، تتحول الزيوت النباتية السائلة إلى دهون صلبة أو شبه صلبة (مثل المارغرين). ومن الناحية الكيميائية، تتحول الأحماض الدهنية غير المشبعة أثناء تفاعل الهدرجة المحفَّز بانتقال الطور إلى الأحماض الدهنية المشبعة المقابلة لها بإضافة ذرات الهيدروجين عند الروابط المزدوجة. ويمكن تسريع هذه العملية التحفيزية باستخدام المعالجة بالموجات فوق الصوتية عالية القدرة. ويُعد النيكل محفزًا شائع الاستخدام. وتُستخدم الدهون المهدرجة على نطاق واسع بوصفها عوامل تقصير في منتجات المخابز. ومن مزايا الدهون المشبعة انخفاض ميلها إلى الأكسدة، وبالتالي انخفاض خطر التزنخ.
تسييل العسل بالموجات فوق الصوتية
تتيح الموجات فوق الصوتية طريقة فعالة غير حرارية لتسييل البلورات في العسل والقضاء على الخميرة، دون التأثير في جودة العسل.
انقروا هنا لمعرفة المزيد!
تثبيت العصائر والسموذي بالموجات فوق الصوتية
بوصفها تقنية غير حرارية لمعالجة الأغذية، توفر الموجات فوق الصوتية معالجة لطيفة وفعالة تعزز النكهات وتثبت العصائر والسموذي والصلصات والمهروسات وتحفظها. وتشمل نتائج معالجة العصائر بالموجات فوق الصوتية تحسين النكهات والتثبيت والحفظ.
اقرؤوا هنا المزيد حول تحسين العصائر والسموذي بالموجات فوق الصوتية!
اقرؤوا المزيد حول معالجة الطماطم بالموجات فوق الصوتية!
تعرّفوا على كيفية حفظ عصير الفراولة المُحلَّى بالستيفيا باستخدام المعالجة بالموجات فوق الصوتية مع تحسين محتواه من العناصر الغذائية!
تعتيق النبيذ والمشروبات الكحولية بالموجات فوق الصوتية
تساعد الموجات فوق الصوتية عالية القدرة على إكساب النبيذ والمشروبات الروحية خصائص خشب البلوط، بفضل قدرتها الفعالة على الاستخلاص وتعزيزها الكبير لانتقال الكتلة بين نسيج الخشب والمشروب الكحولي.
انقروا هنا لمعرفة المزيد حول إمكانات معالجة النبيذ بالموجات فوق الصوتية!
يمكن أيضًا تسريع عملية تخمير النبيذ وعصير العنب غير المخمر والبيرة والساكي بدرجة كبيرة. وقد تحققت معدلات تسريع تتراوح من 50% إلى 65%!
للحصول على مزيد من المعلومات حول التخمير المدعوم بالموجات فوق الصوتية، يرجى النقر هنا!
تسريع تجميد المثلجات بالموجات فوق الصوتية
يتطلب إنتاج المثلجات تحضير خليط للمثلجات. ويتكون هذا الخليط من الحليب ومسحوق الحليب والقشدة والزبدة أو الدهن النباتي والسكر والمادة الجافة وعامل استحلاب وعامل تثبيت، بالإضافة إلى إضافات مثل الفواكه والمكسرات والمنكهات والملونات. ويجب تجنيس هذا الخليط الخاص وبسترته، ثم تحريكه ببطء أثناء عملية التجميد لمنع تكوّن بلورات ثلجية كبيرة. وخلال ذلك، تُمزج فقاعات هواء صغيرة جدًا في الخليط (فيما يُسمى عملية التهوية) لجعل المثلجات رغوية والحصول على حلوى باردة ناعمة القوام. وهذه هي خطوة العملية التي يمكن فيها تطبيق المعالجة بالموجات فوق الصوتية لتحسين جودة المثلجات.
أثناء عملية التجميد، تتكون البلورات من الماء فائق التبريد. وتؤدي مورفولوجيا البلورات الثلجية دورًا مهمًا في الخصائص القوامية والفيزيائية للأغذية المجمدة وشبه المجمدة. ولأن حجم البلورات الثلجية وتوزيعها لهما أهمية خاصة لجودة المنتجات النسيجية بعد إذابة تجميدها، تُفضَّل البلورات الثلجية الأصغر في المثلجات، لأن البلورات الكبيرة تؤدي إلى قوام ثلجي. ويُعد التنوي العامل الأهم للتحكم في توزيع أحجام البلورات أثناء التبلور. ولذلك، يُستخدم معدل التجميد عادةً بوصفه المتغير الذي يُتحكم من خلاله في حجم البلورات الثلجية وتوزيع أحجامها في المثلجات. وأثناء الخفق والتجميد، يُحقن الهواء للحصول على القوام الناعم للمثلجات. وتُضبط الكمية المسماة «الزيادة الحجمية»، أي كمية الهواء المحقون – وفقًا للوصفة المحددة – بما يتناسب مع الحجم الإجمالي للمواد الصلبة والماء. ولذلك، تختلف الزيادة الحجمية باختلاف تركيبات المثلجات ومسارات المعالجة. وتبلغ الزيادة الحجمية في المثلجات القياسية 100%، مما يعني أن المنتج النهائي يتكون من حجمين متساويين من خليط المثلجات وفقاعات الهواء.
يتيح استخدام مجانسات Hielscher بالموجات فوق الصوتية عالية القدرة الحصول على مثلجات أفضل جودة، من خلال تقليل حجم البلورات الثلجية ومنع تكوّن طبقة متراكمة على سطح التجميد. ويتحقق قوام أفضل وإحساس أكثر كريمية في الفم بفضل انخفاض حجم بلورات المثلجات وتحسن توزيع فقاعات الهواء. وتؤدي أوقات التجميد الأقصر بدرجة كبيرة إلى زيادة القدرة الإنتاجية للعملية وتحسين كفاءة استهلاك الطاقة في عملية الإنتاج.
جهاز المعالجة بالموجات فوق الصوتية UP400St للاستخلاص السريع للمواد النباتية على دفعات.
تهوية العجين السائل بالموجات فوق الصوتية
يمكن تحسين المنتجات الغذائية المهواة، مثل الكعك الإسفنجي، بدرجة كبيرة باستخدام المعالجة بالموجات فوق الصوتية. ويؤدي تطبيق الموجات فوق الصوتية عالية القدرة خلال مرحلة خلط العجين السائل إلى تحسين جودة الكعك الإسفنجي، من حيث انخفاض الصلابة وزيادة النابضية والتماسك والقدرة على استعادة الشكل. وفي الاختبارات، خُلطت جميع المكونات معًا باتباع طريقة «الإضافة الكلية»، أي أُضيف الدقيق الكامل منخفض البروتين وعامل الاستحلاب ونشا الذرة والسكر ومسحوق الخَبز والملح والبيض الكامل الطازج في الوقت نفسه لتحضير العجين السائل. وقبل المعالجة بالموجات فوق الصوتية، مُزجت المكونات معًا بانتظام، بحيث تُطبَّق الموجات فوق الصوتية على خليط عجين سائل متجانس. وأظهر الكعك المهواة بالموجات فوق الصوتية صلابة أقل ولزوجة مضغية أقل وحاجة أقل إلى المضغ، بينما كانت نابضيته وتماسكه وقدرته على استعادة الشكل أعلى قليلًا مقارنةً بالكعك الضابط.
تبلور الشوكولاتة وكونشها بالموجات فوق الصوتية
تُعرف المعالجة بالموجات فوق الصوتية بقدرتها على الاستخلاص. ويمكن تحرير زبدة الكاكاو من خلايا حبوب الكاكاو عن طريق الطحن والاستخلاص بالموجات فوق الصوتية.
وتُعد الموجات فوق الصوتية تقنية بديلة لتفتيت بلورات السكر في الشوكولاتة، وتوفر بذلك تأثيرات مشابهة لعملية الكونش.
تطرية اللحوم بالموجات فوق الصوتية
يؤدي تطبيق موجات فوق صوتية قوية على اللحوم إلى تطرية بنيتها. وتتحقق تطرية كبيرة من خلال تحرير بروتينات اللييفات العضلية من الخلايا العضلية. وإلى جانب تأثير التطرية، تحسن الموجات فوق الصوتية أيضًا قدرة اللحوم على ربط الماء وتماسكها.
تجدون هنا مزيدًا من المعلومات حول تطرية اللحوم بالموجات فوق الصوتية عالية القدرة وجهاز المعالجة بالموجات فوق الصوتية MeatBuzzer!
المعالجة بالموجات فوق الصوتية في المطابخ والحانات
دخلت معالجات الأغذية بالموجات فوق الصوتية أيضًا إلى مطابخ الذواقة. ويستخدم أجهزة المعالجة بالموجات فوق الصوتية من Hielscher طهاة مرموقون، مثل الطاهي Sang-Hoon Degeimbre الحائز على نجمتين من ميشلان.
انقروا هنا إذا كنتم مهتمين بوصفة مرق الروبيان الشهير الذي يُحضِّره بالموجات فوق الصوتية!
للحصول على وصفات كوكتيل تُحضَّر بالموجات فوق الصوتية، انقروا هنا!
أجهزة المعالجة بالموجات فوق الصوتية لمعالجة الأغذية الكوشر والحلال
يمكن لشركة Hielscher Ultrasonics توفير شهادة كوشر أو حلال لأجهزة المعالجة بالموجات فوق الصوتية الخاصة بها عند الطلب. وهذا يعني أن هذه الأجهزة صُنعت وعولجت وفقًا للضوابط الصارمة لهذه الأحكام الدينية الخاصة بالغذاء. وتضمن شهادة الكوشر أن أجهزة المعالجة بالموجات فوق الصوتية أُنتجت دون أي منتجات ثانوية حيوانية أو مشتقات حيوانية، بينما تؤكد شهادة الحلال أن التعامل مع هذه الأجهزة جرى بطريقة تتوافق مع المبادئ الغذائية الإسلامية.
إذا كنتم بحاجة إلى جهاز معالجة بالموجات فوق الصوتية من Hielscher حاصل على شهادة كوشر أو حلال، فيرجى التواصل معنا، وسيسعدنا ترتيب الحصول على الشهادة اللازمة.
تواصلوا معنا! / اسألونا!
تصنع Hielscher Ultrasonics مجانسات بالموجات فوق الصوتية عالية الأداء لتطبيقات الخلط والتشتيت والاستحلاب والاستخلاص على النطاق المخبري والتجريبي والصناعي.
المؤلفات / المراجع
- Chandrapala, Jayani et al. (2012): The effect of ultrasound on casein micelle integrity. Journal of Dairy Science 95/12, 2012. 6882-6890.
- Chandrapala, Jayani et al. (2011): Effects of ultrasound on the thermal and structural characteristics of proteins in reconstituted whey protein concentrate. Ultrasonics Sonochemistry 18/5, 2011. 951-957.
- Dairy Processing Handbook. Published by Tetra Pak Processing Systems AB, S-221 86 Lund, Sweden. 387.
- Feng, Hao; Barbosa-Cánovas, Gustavo V.; Weiss, Jochen (2010): Ultrasound Technologies for Food and Bioprocessing. New York: Springer, 2010.
- Huang, B. X.; Zhou, W. B. (2009): Ultrasound Aided Yogurt Fermentation with Probiotics. NUROP Congress, Singapore, 2009.
- Keshava Prakash, M. N.; Ramana, K. V. R. (2003): Ultrasound and Its Application in the Food Industry. J. Food Sci Technol. 40/6, 2003. 563-570.
- Mortazavi, A.; Tabatabaie, F. (2008): Study of Ice Cream Freezing Process after Treatment with Ultrasound. World Applied Science Journal 4, 2008. 188-190.
- Petzold, G. and Aguilera, J. M. (2009): Ice Morphology: Fundamentals and Technological Applications in Foods. Food Biophysics Vol.4, No. 4, 378-396.
- Sfakianakis, Panagiotis; Tzia, Constantina (2011): Yogurt from ultrasound treated milk: monitoring of fermentation process and evaluation of product quality characteristics. ICEF 2011.
تصنع Hielscher Ultrasonics مجانسات بالموجات فوق الصوتية عالية الأداء بأحجام تتراوح من الأحجام المخبرية إلى الأحجام الصناعية.