Ultrazvuk i njegove višestruke primjene u preradi hrane
Snažni ultrazvuk nudi mnogostruke mogućnosti za efikasne i pouzdane primjene u preradi hrane. Najčešća primjena u prehrambenoj industriji uključuje miješanje & homogenizacija, emulzifikacija, dispergovanje, razbijanje ćelija i ekstrakcija unutarćelijskog materijala, aktivacija ili deaktivacija enzima (što zavisi od intenziteta ultrazvuka), očuvanje, stabilizacija, otapanje i kristalizacija, hidrogenacija, omekšavanje mesa, sazrevanje, starenje i oksidacija, kao i otplinjavanje i sušenje raspršivanjem.
U nastavku vam predstavljamo različite odabrane primjene Hielscher sonikatora u preradi hrane. Molimo kliknite na određene veze da biste dobili detaljne informacije o aplikaciji koja vas zanima!
Ekstrakcija okusa i bioaktivnih spojeva ultrazvukom
Ultrazvuk je dobro poznata i pouzdana metoda kada je u pitanju ekstrakcija unutarćelijske materije.
Kliknite ovdje da pročitate više o ultrazvučna liza & Ekstrakcija i primjeri ultrazvučne ekstrakcije aktivnih spojeva iz Šafran, kafa, kanabis, Pečurke ili alge!
Ultrazvučna fermentacija jogurta
Jogurt je fermentirani mliječni proizvod koji se može proizvesti samo mlijekom ili dodatkom bakterijskih kultura. Sojevi bifidobakterija (npr. BB-12, BB-46, B breve) su uobičajeni probiotici koji se koriste za fermentaciju jogurta. Ultrazvučna kavitacija primijenjena na bakterijske stanice može uzrokovati njihovo uništenje i istovremeno oslobađanje β-galaktozidaze. β-galaktozidaza je enzim hidrolaze koji se intenzivno koristi u industriji prerade mlijeka. Ultrazvučno potpomognuta fermentacija se ubrzava zbog brže hidrolize laktoze koja je rezultat ultrazvučno induciranog oslobađanja β-galaktozidaze iz stanica bifidobakterija.
Ultrazvučna homogenizacija utiče na lomljenje globula mlečne masti i distribuciju veoma fine veličine.
Ultrazvučna obrada može ubrzati brzinu fermentacije (smanjenje ukupnog vremena proizvodnje do 40%) i poboljšati karakteristike kvaliteta jogurta, što rezultira većim viskozitetom, jačim koagulumom i superiornom teksturom.
Ultrazvučna homogenizacija mlijeka
Mlijeko (npr. kravlje, bivolje, kozje ili kamilje mlijeko) je emulzija ili koloidni sistem koji se sastoji od kuglica masnoće unutar tekućine na bazi vode koja sadrži otopljene ugljikohidrate, proteine i minerale. Kako mast i voda imaju tendenciju razdvajanja u dvije faze, mlijeko se mora homogenizirati kako bi se dobio ujednačen proizvod. Homogenizacija znači ravnomernu raspodelu molekula masti u mlečnoj tečnosti. Ultrazvuk je dobro poznata metoda koja se koristi za različite primjene u preradi mlijeka. Ultrazvučna obrada mlijeka rezultira homogeniziranim masnim kuglicama, koje su ravnomjerno raspoređene. Homogenizacija ultrazvukom velike snage je takođe efikasna za (veganske/bez mlečnih proizvoda) zamene za mleko dobijene od biljaka kao što su kokosovo mleko ili sojino mleko.
Studija Sfakianakisa i Tzia (2012) pokazuje da ultrazvučna homogenizacija smanjuje veličinu globula mliječne masti (MFG). Mikroskopske slike ispod pokazuju efekte ultrazvuka na veličinu kapljica mliječne masti. Niska amplituda (150W) nije imala zadovoljavajući efekat homogenizacije (Sl.2); veličina MFG i njihova distribucija bili su slični netretiranom mlijeku (uporedi slike 1 i 2). Ultrazvuk srednje amplitude (267,5, 375 W) imao je dobar efekat homogenizacije; Prosječni prečnik MFG bio je 2 μm (sl. 3, 4). Ultrazvuk veće amplitude (750W) značajno je smanjio veličinu MFG-a (slika 6), čineći ih jedva vidljivim na optičkom mikroskopu (uvećanje od 100x); njihova prosječna veličina prečnika bila je 0,3 μm.
Chandrapala et al. (2012) istraživali su učinak ultrazvučne obrade na kazein i kalcij. Primijenili su ultrazvučne valove (20 kHz) na uzorke svježeg obranog mlijeka, rekonstituisanog micelarnog kazeina i kazeinskog praha. Sonicirali su uzorke sve dok se kuglice mliječne masti nisu smanjile na pribl. 10nm. Analiza ultrazvučnog mlijeka pokazuje da je veličina micela kazeina nepromijenjena. Malo povećanje rastvorljivog proteina sirutke i odgovarajuće smanjenje viskoznosti takođe se dogodilo u prvih nekoliko minuta sonikacije. Studijom je utvrđeno da su micele kazeina stabilne tokom ultrazvučne obrade i da ultrazvučni tretman ne utiče na koncentraciju rastvorljivog kalcijuma. [Chandrapala et al. 2012]
Ultrazvučna kristalizacija šećera za konditorske proizvode
Kontrolisana sonikacija omogućava da se započne zasijavanje kristala (stvaranje jezgri) i da se utiče na rast kristala. Pod ultrazvučnim zračenjem nastaju manji, a time i više kristala. Ultrazvuk pomaže procesu kristalizacije na dva načina: Prvo, ultrazvuk snage je vrlo efikasan alat za stvaranje ravnomjernog rastvora, koji je početna supstanca za kristalizaciju. U drugoj fazi, ultrazvuk podržava formiranje velikog broja jezgara. Dok loša nukleacija stvara manji broj velikih kristala, efikasna nukleacija formira veliku količinu malih kristala fine veličine. U akustičnom polju, postaje čak moguće pokrenuti nukleaciju šećera koji su normalno skloni kristalizaciji (npr. D-fruktoza, sorbitol).
Ultrazvučna modifikacija kristalizacije interesantna je za formulaciju bombona, konditorskih proizvoda, namaza, sladoleda, šlaga i čokolade.
Ultrazvučna hidrogenacija jestivih ulja
Hidrogenacija biljnih ulja je važan industrijski proces velikih razmjera. Hidrogenacijom se tečna biljna ulja pretvaraju u čvrste ili polučvrste masti (npr. margarin). Hemijski, nezasićene masne kiseline se pretvaraju tokom kataliziran faznim prijenosom reakcija hidrogenacije u njihove odgovarajuće zasićene masne kiseline dodavanjem atoma vodika na dvostrukim vezama. Ovaj katalitički proces može se ubrzati ultrazvukom velike snage. Uobičajeni katalizator je nikal. Hidrogenizirane masti se intenzivno koriste kao sredstva za skraćivanje u pekarskim proizvodima. Prednost zasićenih masti je njihova manja sklonost oksidaciji, a time i manji rizik od užeglosti.
Ultrazvučna tečnost meda
Ultrazvuk nudi efikasnu netermalnu metodu, kristale u medu za ukapljivanje i uništavanje kvasca, bez uticaja na kvalitet meda.
Kliknite ovdje da saznate više!
Ultrazvučna stabilizacija sokova i smutija
Kao tehnika netermalne obrade hrane, ultrazvuk pruža blag, ali efikasan tretman koji pojačava ukuse, stabilizuje i čuva sokove, smoothije, sosove i piree. Rezultati ultrazvučnih tretmana sokom uključuju poboljšane okuse, stabilizaciju i očuvanje.
Ovdje pročitajte više o ultrazvučnom poboljšanju sokova & smoothies!
Pročitajte više o ultrazvučnoj preradi paradajza!
Ultrazvučno starenje vina & liker
Snažni ultrazvuk pomaže da se vino i žestoka alkoholna pića zacrne zbog svog efektivnog kapaciteta ekstrakcije i značajno intenziviranog prijenosa mase između drvenog tkiva i alkoholnog pića.
Kliknite ovdje da saznate više o mogućnostima ultrazvučnog tretmana vina!
Proces fermentacije vina, mošta, piva i sakea također se može značajno povećati. Stope ubrzanja od 50% do 65% su postignute!
Za više informacija o ultrazvučnoj potpomognutoj fermentaciji kliknite ovdje!
Ultrazvučno ubrzano zamrzavanje sladoleda
Za proizvodnju sladoleda potrebna je mješavina sladoleda. Ova mješavina sladoleda sastoji se od mlijeka, mlijeka u prahu, kajmaka, putera ili biljne masti, šećera, suve mase, emulgatora, stabilizatora kao i dodataka kao što su voće, orašasti plodovi, arome i boje. Ova posebna smjesa mora biti homogenizirana i pasterizirana, a zatim se polako miješa tokom procesa zamrzavanja kako bi se spriječilo stvaranje velikih kristala leda. Pri tome se vrlo mali mjehurići zraka miješaju u (tzv. proces prozračivanja) kako bi se sladoled zapjenio čime se postiže glatka tekstura hladnog deserta. Ovo je korak procesa u kojem se može primijeniti ultrazvuk za poboljšanje kvaliteta sladoleda.
Tokom procesa zamrzavanja, kristali se formiraju iz prehlađene vode. Morfologija ledenih kristala igra važnu ulogu u pogledu teksturnih i fizičkih svojstava smrznute i polusmrznute hrane. Kako su veličina i raspored kristala leda od posebne važnosti za kvalitet proizvoda od odmrznutog tkiva, za sladoled se preferiraju manji kristali leda jer veliki kristali rezultiraju ledenom teksturom. Nukleacija je najvažniji faktor za kontrolu distribucije veličine kristala tokom kristalizacije. Stoga je brzina smrzavanja obično parametar koji se koristi za kontrolu veličine i raspodjele veličine kristala leda u sladoledu. Tokom mućenja i zamrzavanja, ubrizgava se vazduh kako bi se postigla glatka tekstura sladoleda. Takozvani „prekoračivanje“, količina ubrizganog vazduha, proporcionalna je – posebno prema određenom receptu – proporcionalno kombinovanoj zapremini čvrstih materija i vode. Dakle, prekoračenje varira zbog različitih formulacija sladoleda i tokova obrade. Standardni sladoled pokazuje prekoračenje od 100%, što znači da se konačni proizvod sastoji od jednake količine mješavine sladoleda i mjehurića zraka.
Upotreba Hielscher ultrazvučnih homogenizatora velike snage osigurava bolji kvalitet sladoleda smanjenjem veličine kristala leda i izbjegavanjem inkrustacije površine koja se smrzava. Bolja konzistencija i kremastiji osjećaj u ustima postižu se zahvaljujući smanjenoj veličini kristala sladoleda i poboljšanoj distribuciji mjehurića zraka. Značajno kraće vrijeme zamrzavanja dovodi do većeg kapaciteta procesa i energetski efikasnijeg proizvodnog procesa.
Ultrazvučna aeracija tijesta
Gazirani prehrambeni proizvodi, kao što je biskvit, mogu se značajno poboljšati ultrazvučnom obradom. Primjena snažnog ultrazvuka tokom faze miješanja tijesta poboljšava kvalitet biskvita u smislu manje tvrdoće, veće elastičnosti, kohezivnosti i elastičnosti kolača. Za testove, svi sastojci su pomiješani zajedno prema „all-in“ metodi, što znači da su istovremeno dodani niskoproteinski integralni brašno, emulgator, kukuruzni škrob, šećer, prašak za pecivo, so i svježa cijela jaja kako bi se formulisalo tijesto. Prije obrade ultrazvukom, sastojci su ravnomjerno promiješani zajedno tako da se ultrazvuk primjenjuje na ujednačenu smjesu tijesta. Ultrazvučno gazirani kolač pokazao je manju tvrdoću, manju gumavost i manju žvakanje, dok su elastičnost, kohezivnost i elastičnost kolača bili nešto veći od kontrolnog kolača.
Ultrazvučna kristalizacija i konširanje čokolade
Sonikacija je dobro poznata po svom kapacitetu ekstrakcije. Iz kakao zrna, kakao maslac se može osloboditi iz ćelija ultrazvučnim mlevenjem i ekstrakcijom.
Ultrazvuk je alternativna tehnika za razbijanje kristala šećera u čokoladi i na taj način pruža slične efekte kao konširanje.
Ultrazvučna tenderizacija mesa
Primjena snažnih ultrazvučnih valova na meso dovodi do omekšavanja strukture mesa. Značajna osjetljivost se postiže oslobađanjem miofibrilarnih proteina iz mišićnih stanica. Osim efekta omekšavanja, ultrazvuk poboljšava i sposobnost vezivanja vode i kohezivnost mesa.
Više informacija o omekšavanju mesa snažnim ultrazvukom i sonikatorom MeatBuzzer pronađite ovdje!
Sonikacija u kuhinjama i barovima
Ultrazvučni prerađivači hrane našli su svoj put i do gurmanske kuhinje. Hielscher ultrasonikatore koriste vrhunski kuhari, kao što je kuhar Sang-Hoon Degeimbre sa dvije Michelin zvjezdice.
Kliknite ovdje, ako vas zanima recept njegovog čuvenog ultrazvučnog temeljca od škampa!
Za recepte za ultrazvučne koktele kliknite ovdje!
Sonikatori za košer i halal preradu hrane
Hielscher Ultrasonics može dati košer ili halal certifikat za svoje sonikatore na zahtjev. To znači da su sonikatori proizvedeni i obrađeni u skladu sa strogim smjernicama ovih vjerskih zakona o ishrani. Košer certifikat osigurava da su sonikatori proizvedeni bez ikakvih životinjskih nusproizvoda ili derivata, dok halal certifikat potvrđuje da se sa sonikatorima rukuje na način koji je u skladu s islamskim principima ishrane.
Ako vam je potreban košer ili halal certificirani Hielscher sonikator, kontaktirajte nas i rado ćemo organizirati neophodnu certifikaciju.
Kontaktiraj nas! / Pitajte nas!
Literatura / Reference
- 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.