Ултразвукът в хранително-вкусовата промишленост

Мощният ултразвук се използва за множество приложения при преработката на храни, включително екстракция, хомогенизация, пастьоризация и ферментация. Като нетермична обработка ултразвуковата обработка подобрява процесите на производство на храни чрез по-високи добиви, по-високо качество, подобрени хранителни и вкусови профили, както и преработка, която спестява време и разходи.

Приложения на ултразвука при преработката на храни

Мощният ултразвук има широк спектър от приложения при преработката на храни, включително екстракция, смесване, емулгиране, пастьоризация, дегазиране и окрехкотяване на месо. Освен за тези основни приложения мощният ултразвук се използва и за подобряване на замразяването, размразяването и сушенето на хранителни продукти.
Основните предимства на ултразвука с висок интензитет са свързани с подобряването на различни операции по преработка на храни, като съкращаване на времето за преработка, увеличаване на добивите, подобряване на качеството на продуктите и осигуряване на по-икономична преработка с по-големи икономии на разходи и време.

В следващия раздел ще намерите основните приложения на ултразвука с висок интензитет в хранително-вкусовата промишленост:

• Екстракция: Ултразвукът може да се използва за извличане на биоактивни съединения от растителни материали, като антиоксиданти, пигменти и етерични масла. Този процес е известен като екстракция с помощта на ултразвукова обработка и може да се използва за получаване на висококачествени екстракти за по-кратко време и с по-нисък разход на разтворители в сравнение с традиционните методи.
  Прочетете повече за предимствата на ултразвуковата екстракция на растителни материали!
• Хомогенизация и емулгиране: Ултразвуковата хомогенизация може да се използва за получаване на стабилни емулсии и суспензии, като дресинги за салати, майонеза, кремове и млечни продукти. Процесът включва използване на високочестотни звукови вълни за раздробяване на мастните глобули в течността, което води до гладка и еднородна текстура.
  Научете повече за ултразвуковата обработка на хранителни емулсии!
  Тук ще намерите инструкции стъпка по стъпка и видеоклип за ултразвуково емулгиране на майонеза!
• Консервиране: Ултразвукът с висок интензитет може да се използва за инактивиране на микроорганизми, като бактерии и дрожди, в хранителни продукти. Процесът, известен като пастьоризация с помощта на ултразвукова обработка, може да удължи срока на годност на хранителните продукти и да намали риска от заболявания, предавани чрез храната. Като нетермична технология за преработка ултразвуковата обработка избягва използването на много високи температури, като по този начин предотвратява свързаното с тях разграждане на термочувствителни хранителни вещества.
  Прочетете повече за удължаването на срока на годност и запазването на хранителните вещества чрез ултразвукова обработка!

• Дегазиране: При прилагане на ултразвук към течност задържаните в нея газови мехурчета се раздвижват. В резултат тези въздушни и газови мехурчета се приближават едно към друго и се сливат. Това означава, че размерът им нараства, което им позволява да изплуват на повърхността на течността и да бъдат лесно отстранени.
• Разтваряне: Благодарение на изключителните си възможности за смесване и размесване ултразвукът е високоефективен за получаване на силно наситени и дори преситени разтвори. Това се използва в процесите на кристализация, както и при производството на саламури.
• Ферментация: Тъй като ултразвуковите вълни перфорират и разрушават клетъчните стени на микроорганизмите, те стават по-податливи на процеса на ферментация. Същевременно ултразвукът ускорява преноса на хранителни вещества и кислород към микроорганизмите, като по този начин повишава метаболитната им активност. Като цяло ултразвуковата обработка увеличава скоростта на ферментация, съкращава времето за ферментация и подобрява добива на желания краен продукт. Тази технология е особено полезна при производството на храни и напитки, като млечни продукти, кисело мляко, бира, комбуча и вино.
• Намаляване на вискозитета преди пулверизационно сушене: Ултразвуковите сили на срязване могат значително да намалят вискозитета на суспензии, чийто вискозитет намалява при срязване, и на тиксотропни суспензии. Прилагането на ултразвуково намаляване на вискозитета чрез срязване преди пулверизацията и подаването към пулверизационните сушилни позволява значително да се увеличи производителността на пулверизационното оборудване. Кулите за пулверизационно сушене често са тясното място в производствената линия. С ултразвук капацитетът на съществуващите пулверизационни сушилни може да бъде увеличен.

• Замразяване: Ултразвуковото замразяване може да се използва за намаляване на образуването на ледени кристали в хранителните продукти по време на процеса на замразяване. Процесът включва подлагане на храната на високочестотни звукови вълни, докато тя се замразява. Ултразвуковите вълни създават вибрации, които предотвратяват образуването на големи ледени кристали, което води до продукт с по-гладка текстура и по-добро качество.
• Размразяване: Ултразвуковото размразяване може да се използва за съкращаване на времето за размразяване на замразени хранителни продукти. Процесът включва подлагане на замразения продукт на ултразвукови вълни, които генерират топлина и ускоряват процеса на размразяване. Тъй като ултразвукът способства за много равномерно разпределение на енергията, ултразвуковото размразяване може да бъде особено полезно за продукти, които трудно се размразяват равномерно, като месо, морски дарове, плодове и зеленчуци.
  При замразяването, размразяването и сушенето мощният ултразвук значително подобрява процесите на пренос на маса и енергия, което ускорява тези процеси и ги прави по-икономични.
• Откриване на течове в бутилки: Ултразвукът е много ефективен начин за откриване на течове и пукнатини в бутилки и кенове с газирани напитки, като безалкохолни газирани напитки, бира, пенливо вино и др. Ултразвукът се прилага и за дегазиране на газирани напитки, например на бира преди бутилиране – процес, известен като de-fobbing.
• Осоляване в саламура / Мариноване: Осоляването в саламура е широко разпространен процес при консервирането и производството на храни, особено на месо, риба, сирене и зеленчуци. Ултразвуковата обработка съкращава времето за осоляване в саламура и позволява използването на по-малки количества натриев хлорид в сравнение с традиционно осолените в саламура храни и туршии.
• Хидратация / Рехидратация: Мощният ултразвук е прост, но високоефективен метод за хидратиране или рехидратиране на хранителни продукти, като сушени бобови култури (например боб, нахут) или дехидратирани гъби. Тъй като ултразвукът отваря клетъчните пори в храната, водата може да проникне бързо. Това води до ускорено набъбване на бобовите култури и впоследствие до по-кратко време за готвене.
• Декристализация на мед: Като нетермична обработка ултразвукът се използва ефективно за предотвратяване на образуването на големи захарни кристали в меда. Освен това вече образуваните големи кристали в меда могат да бъдат декристализирани чрез ултразвукова обработка. Като високоефективна технология за разтваряне ултразвуковите апарати със сонда разтварят захарните кристали, което води до мед с равномерно гладка консистенция. Допълнително ултразвукът подобрява микробиологичното качество на меда, тъй като нежеланите микроби се инактивират вследствие на ултразвуковото разрушаване на клетките.
• Пържене: Ултразвуковото пържене може да се използва за намаляване на поглъщането на олио от пържените хранителни продукти. Процесът включва потапяне на месото или зеленчука в горещо олио, като същевременно се подлага на високочестотни звукови вълни. Ултразвуковите вълни създават малки мехурчета върху повърхността на храната, които намаляват контактната площ между зеленчука / месото и олиото, което води до по-малко поглъщане на олио и по-здравословен краен продукт. Ултразвуковото пържене позволява приготвяне на храната при по-ниски температури, като създава превъзходни вкусови профили и запазва хранителните вещества.
  Научете как пърженето с помощта на ултразвук позволява получаването на по-здравословни, по-вкусни и по-хрупкави пържени картофи и картофен чипс!

Високопроизводителни ултразвукови апарати за преработка на храни

Промишлените ултразвукови процесори на Hielscher Ultrasonics са високопроизводителни ултразвукови апарати, които могат да се управляват прецизно и по този начин осигуряват възпроизводими резултати и постоянно качество на продуктите. Благодарение на способността си да осигуряват много високи амплитуди ултразвуковите процесори на Hielscher могат да се използват за приложения с много високи изисквания.
Клиентите са удовлетворени от изключителната здравина и надеждност на системите на Hielscher Ultrasonics. Ултразвуковите апарати на Hielscher работят надеждно при приложения с тежко натоварване, в среди с високи изисквания и при работа 24/7, като по този начин осигуряват ефективна и икономична преработка на храни. Ултразвуковата интензификация на процесите съкращава времето за преработка и постига по-добри резултати, т.е. по-високо качество, по-високи добиви и нови продукти.
Чрез последователното използване на специални материали, като например титан, неръждаема стомана, керамика или стъкло от различни класове, се гарантира съвместимостта на технологията с процеса.
Ултразвуковите процесори са удобни и лесни за работа машини с ниски изисквания за поддръжка и относително ниска цена.

Таблицата по-долу дава представа за приблизителния капацитет за обработка на нашите ултразвукови апарати:

Проектиране, производство и консултации – качество, произведено в Германия

Ултразвуковите апарати на Hielscher са добре известни с най-високите си стандарти за качество и дизайн. Здравината и лесната работа позволяват безпроблемното интегриране на нашите ултразвукови апарати в промишлени съоръжения. Ултразвуковите апарати на Hielscher лесно се справят със сурови условия и среди с високи изисквания.

Hielscher Ultrasonics е компания, сертифицирана по ISO, и поставя специален акцент върху високопроизводителните ултразвукови апарати с най-съвременна технология и удобство за потребителя. Разбира се, ултразвуковите апарати на Hielscher съответстват на CE и отговарят на изискванията на UL, CSA и RoHs.

Полезни факти

Как работи ултразвукът при преработката на храни?

Ултразвуковата преработка на храни е добре утвърдена технология, използвана за приложения при преработката на храни, като смесване и хомогенизация, емулгиране, екстракция, разтваряне, дегазиране и обезвъздушаване, окрехкотяване на месо, кристализация, както и функционализиране и модификация на междинни и крайни хранителни продукти. Инсталирани от десетилетия в предприятия за производство на храни, ултразвуковите процесори за храни на Hielscher са усъвършенствани и разработени така, че да отговарят на изискванията на промишлеността. Ултразвуковите процесори прилагат физични сили, създадени от мощни ултразвукови вълни, което води до образуване на кавитация.

Какви напитки обикновено се приготвят чрез ултразвукова обработка?

Ултразвуковата обработка обикновено се използва за приготвяне или преработка на напитки, като студено екстрахирано кафе, чай (включително йерба мате), плодови и зеленчукови сокове, растителни настойки, функционални напитки (билкови екстракти), растителни млека, ферментирали напитки (за интензификация на процеса) и концентрати за напитки за производство на готови за консумация напитки (RTD).
Намерете повече информация за производството на следните напитки:

• Кафе / Зелено кафе
• Чаени настойки
• Йерба мате
• Сокове
• Смутита
• Комбуча
• Ядкови млека

Какво е акустична кавитация?

Акустичната кавитация, известна също като ултразвукова кавитация, представлява нарастването и колапса на миниатюрни вакуумни мехурчета в ултразвуково поле, генерирано в течности или суспензии. Кавитационните мехурчета нарастват по време на редуващите се цикли на високо налягане / ниско налягане, които представляват съответно фази на сгъстяване и разреждане. След нарастване в продължение на няколко редуващи се цикъла на налягане вакуумното мехурче достига момент, в който не може да поглъща повече енергия, така че имплодира бурно по време на цикъл на високо налягане. При колапса на мехурчето локално възникват екстремни условия, включително екстремни температури до 5 000K с много високи скорости на нагряване и охлаждане, налягания до 2000atm и съответни разлики в налягането, както и течни струи със скорост до 280m/s. В тези кавитационни „горещи точки“ локално екстремни сили създават физични условия, които водят до смесване, екстракция и повишен масопренос.

Акустичната кавитация, генерирана от нискочестотен ултразвук с висок интензитет, създава интензивни сили на срязване и локално възникващи големи разлики в налягането и температурата, които осигуряват необходимото въздействие за интензивно смесване и масопренос. Тези ултразвукови сили на срязване се прилагат успешно при преработката на храни.

Литература/Източници

• 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.