Ultrazvuk v potravinářském průmyslu

Výkonový ultrazvuk se ve zpracování potravin používá pro řadu aplikací, včetně extrakce, homogenizace, pasterace a fermentace. Jako netermální úprava zlepšuje sonikace procesy výroby potravin díky vyšším výtěžkům, vyšší kvalitě, lepšímu nutričnímu a chuťovému profilu a také časově i nákladově úspornému zpracování.

Ultrazvukové aplikace ve zpracování potravin

Výkonový ultrazvuk má ve zpracování potravin široké spektrum aplikací, včetně extrakce, míchání, emulgace, pasterace, odplyňování a změkčování masa. Kromě těchto hlavních aplikací se výkonový ultrazvuk používá také ke zlepšení zmrazování, rozmrazování a sušení potravinářských výrobků.
Hlavní výhody vysoce intenzivního ultrazvuku souvisejí se zlepšením různých operací zpracování potravin, jako je zkrácení doby zpracování, zvýšení výtěžků, zlepšení kvality produktů a umožnění nákladově i časově úspornějšího, ekonomického zpracování.

V následujícím odstavci naleznete hlavní aplikace vysoce intenzivního ultrazvuku v potravinářském průmyslu:

Extrakce: Ultrazvuk lze použít k extrakci bioaktivních sloučenin z rostlinných materiálů, jako jsou antioxidanty, pigmenty a esenciální oleje. Tento proces je znám jako extrakce za pomoci sonikace a lze jej využít k výrobě vysoce kvalitních extraktů v kratším čase a s nižší spotřebou rozpouštědel než u tradičních metod.
Přečtěte si více o výhodách ultrazvukové extrakce z rostlin!
Homogenizace a emulgace: Ultrazvukovou homogenizaci lze použít k výrobě stabilních emulzí a suspenzí, jako jsou salátové dresinky, majonéza, krémy a mléčné výrobky. Proces spočívá ve využití vysokofrekvenčních zvukových vln k rozbití tukových kuliček v kapalině, čímž vzniká hladká a jednotná textura.
Zjistěte více o sonikaci pro potravinářské emulze!
Návod krok za krokem a video k ultrazvukové emulgaci majonézy naleznete zde!
Konzervace: Vysoce intenzivní ultrazvuk lze použít k inaktivaci mikroorganismů, jako jsou bakterie a kvasinky, v potravinářských výrobcích. Tento proces, známý jako pasterace za pomoci sonikace, může prodloužit trvanlivost potravinářských výrobků a snížit riziko onemocnění z potravin. Jako netermální technika zpracování se sonikace vyhýbá použití velmi vysokých teplot, a tím zabraňuje související degradaci tepelně citlivých živin.
Přečtěte si více o prodloužené trvanlivosti a zachování živin pomocí sonikace!

Chcete vyrábět vlastní extrakty z koření nebo omáčky? S ultrazvukovými přístroji Hielscher můžete během krátké doby vyrábět vysoce kvalitní extrakty a omáčky, ať už pro restaurační kuchyni, ambiciózního zástupce šéfkuchaře nebo komerční výrobce. Vyrábějte si vlastní bio extrakty! Vynechte konzervační látky! Používejte pouze suroviny, které si sami vyberete!

Odplyňování: Při působení ultrazvuku na kapalinu se plynové bubliny zachycené v kapalinách rozkmitají. V důsledku toho se tyto vzduchové a plynové bubliny k sobě přibližují a slučují se. To znamená, že dorůstají do větší velikosti, což jim umožňuje vystoupat na hladinu kapaliny, odkud je lze snadno odstranit.
Rozpouštění: Díky svým vynikajícím schopnostem míchání a promíchávání je ultrazvuk vysoce účinný při výrobě vysoce nasycených, a dokonce přesycených roztoků. Toho se využívá v krystalizačních procesech i při výrobě solných láků.
Fermentace: Jelikož ultrazvukové vlny perforují a narušují buněčné stěny mikroorganismů, stávají se mikroorganismy vnímavějšími vůči fermentačnímu procesu. Ultrazvuk zároveň urychluje transport živin a kyslíku k mikroorganismům, a tím zvyšuje jejich metabolickou aktivitu. Celkově sonikace zvyšuje rychlost fermentace, zkracuje dobu fermentace a zlepšuje výtěžek požadovaného konečného produktu. Tato technologie je zvláště užitečná při výrobě potravin a nápojů, jako jsou mléčné výrobky, jogurt, pivo, kombucha a víno.
Snížení viskozity před sušením rozprašováním: Ultrazvukové smykové síly mohou výrazně snížit viskozitu pseudoplastických a tixotropních suspenzí. Použití ultrazvukového smykového ztenčování před rozprašováním a rozprašovacími sušárnami umožňuje výrazně zvýšit průchodnost rozprašovacího zařízení. Rozprašovací sušicí věže bývají často úzkým hrdlem výrobní linky. Pomocí ultrazvuku lze zvýšit kapacitu stávajících rozprašovacích sušáren.

Sonikátory Hielscher umožňují homogenizovat a pasterovat tekuté vaječné výrobky (celá vejce, bílky, žloutky) pro zajištění bezpečnosti potravin a mechanické stability. Ultrazvukové homogenizátory Hielscher vytvářejí intenzivní kavitaci a vysoké smykové síly k usmrcení mikroorganismů. Ultrazvuková pasterace představuje velmi účinnou a efektivní alternativu nízkoteplotní pasterace. Tekutá vaječná hmota pasterovaná ultrazvukem vykazuje menší denaturaci bílkovin, menší ztrátu chuti, lepší homogenitu a výrazně vyšší energetickou účinnost.

Zmrazování: Ultrazvukové zmrazování lze použít ke snížení tvorby ledových krystalů v potravinářských výrobcích během procesu zmrazování. Proces spočívá v tom, že potravina je během zmrazování vystavena vysokofrekvenčním zvukovým vlnám. Ultrazvukové vlny vytvářejí vibrace, které zabraňují tvorbě velkých ledových krystalů, čímž vzniká produkt s jemnější texturou a lepší kvalitou.
Rozmrazování: Ultrazvukové rozmrazování lze použít ke zkrácení doby rozmrazování zmrazených potravinářských výrobků. Proces spočívá ve vystavení zmrazeného produktu ultrazvukovým vlnám, které generují teplo a urychlují proces rozmrazování. Protože ultrazvuk podporuje velmi rovnoměrné rozložení energie, může být ultrazvukové rozmrazování zvláště užitečné u produktů, které se obtížně rozmrazují rovnoměrně, jako je maso, mořské plody, ovoce a zelenina.
Při zmrazování, rozmrazování a sušení způsobuje výkonový ultrazvuk významné zlepšení procesů přenosu hmoty a energie, což tyto procesy urychluje a činí je ekonomičtějšími.
Detekce netěsností lahví: Ultrazvuk je velmi účinný způsob detekce netěsností a trhlin v lahvích a plechovkách sycených nápojů, jako jsou limonády, pivo, šumivé víno atd. Ultrazvuk se rovněž používá při odplyňování sycených nápojů, např. piva před plněním do lahví, což je proces známý jako de-fobbing.
Solení v láku / nakládání: Solení v láku je běžným procesem při konzervaci a výrobě potravin, zejména masa, ryb, sýrů a zeleniny. Sonikace zkracuje dobu solení v láku a umožňuje použít menší množství chloridu sodného ve srovnání s tradičně solenými potravinami a nakládanými produkty.
Hydratace / rehydratace: Výkonový ultrazvuk je jednoduchá, a přesto vysoce účinná metoda hydratace nebo rehydratace potravinářských výrobků, jako jsou sušené luštěniny (např. fazole, cizrna) nebo sušené houby. Protože ultrazvuk otevírá buněčné póry v potravinách, voda může rychle pronikat dovnitř. To vede k rychlejšímu bobtnání luštěnin a následně ke zkrácení doby vaření.
Dekrystalizace medu: Jako netermální úprava se ultrazvuk účinně používá k zabránění tvorbě velkých cukerných krystalů v medu. Navíc lze již vzniklé velké krystaly v medu dekrystalizovat ultrazvukovou úpravou. Jako vysoce účinná technika rozpouštění rozpouštějí ultrazvukové přístroje sondového typu cukerné krystaly, čímž vzniká rovnoměrně hladký med. Ultrazvuk navíc zlepšuje mikrobiologickou kvalitu medu, protože nežádoucí mikroby jsou inaktivovány v důsledku ultrazvukové dezintegrace buněk.
Smažení: Ultrazvukové smažení lze použít ke snížení absorpce oleje ve smažených potravinářských výrobcích. Proces spočívá v ponoření masa nebo zeleniny do horkého oleje za současného působení vysokofrekvenčních zvukových vln. Ultrazvukové vlny vytvářejí na povrchu potraviny malé bubliny, které zmenšují kontaktní plochu mezi zeleninou / masem a olejem, což vede k nižší absorpci oleje a zdravějšímu konečnému produktu. Ultrazvukové smažení umožňuje připravovat potraviny při nižších teplotách, čímž vytváří vynikající chuťové profily a zachovává živiny.
Zjistěte, jak smažení za pomoci ultrazvuku vytváří zdravější, chutnější a křupavější hranolky a bramborové lupínky!

Vysoce výkonné ultrazvukové přístroje pro zpracování potravin

Průmyslové ultrazvukové procesory Hielscher Ultrasonics jsou vysoce výkonné ultrazvukové přístroje, které lze přesně řídit, a umožňují tak reprodukovatelné výsledky a kontinuální kvalitu produktů. Díky schopnosti dodávat velmi vysoké amplitudy lze ultrazvukové procesory Hielscher použít pro velmi náročné aplikace.
Zákazníci jsou spokojeni s vynikající robustností a spolehlivostí systémů Hielscher Ultrasonics. Ultrazvukové přístroje Hielscher spolehlivě pracují v oblastech vysoce náročných aplikací, v náročných prostředích i v nepřetržitém provozu 24/7, a zajišťují tak efektivní a ekonomické zpracování potravin. Ultrazvuková intenzifikace procesů zkracuje dobu zpracování a dosahuje lepších výsledků, tj. vyšší kvality, vyšších výtěžků, nových produktů.
Důsledným používáním speciálních materiálů, jako je např. titan, nerezová ocel, keramika nebo sklo různých jakostí, je zaručena kompatibilita této techniky s procesem.
Ultrazvukové procesory jsou uživatelsky přívětivé a pohodlné stroje s nízkou náročností na údržbu a relativně nízkými náklady.

Níže uvedená tabulka vám poskytuje přehled o přibližné zpracovatelské kapacitě našich ultrazvukových přístrojů:

Objem vsádky	Průtok	Doporučená zařízení
0,5 až 1,5mL	n.a.	VialTweeter
1 až 500mL	10 až 200mL/min	UP100H
10 až 2000mL	20 až 400mL/min	UP200Ht, UP400St
0,1 až 20L	0,2 až 4L/min	UIP2000hdT
10 až 100L	2 až 10L/min	UIP4000hdT
15 až 150L	3 až 15L/min	UIP6000hdT
n.a.	10 až 100L/min	UIP16000
n.a.	větší	klastr zařízení UIP16000

Kontaktujte nás! / Zeptejte se nás!

Design, výroba a poradenství – kvalita Made in Germany

Ultrazvukové přístroje Hielscher jsou známé svou nejvyšší kvalitou a standardy designu. Robustnost a snadná obsluha umožňují hladkou integraci našich ultrazvukových přístrojů do průmyslových zařízení. Drsné podmínky a náročná prostředí ultrazvukové přístroje Hielscher snadno zvládají.

Hielscher Ultrasonics je společnost s certifikací ISO a klade zvláštní důraz na vysoce výkonné ultrazvukové přístroje s nejmodernější technologií a uživatelskou přívětivostí. Ultrazvukové přístroje Hielscher samozřejmě vyhovují požadavkům CE a splňují požadavky UL, CSA a RoHs.

Související témata

Fakta, která stojí za to znát

Jak funguje ultrazvuk ve zpracování potravin?

Ultrazvukové zpracování potravin je zavedená technologie používaná v potravinářských aplikacích, jako je míchání a homogenizace, emulgace, extrakce, rozpouštění, odplyňování a odvzdušňování, změkčování masa, krystalizace a také funkcionalizace a modifikace meziproduktů a finálních potravinářských výrobků. Ultrazvukové potravinářské procesory Hielscher, instalované již po desetiletí v potravinářských výrobních závodech, jsou propracované a vyvinuté tak, aby splňovaly požadavky průmyslu. Ultrazvukové procesory využívají fyzikální síly vytvářené vlnami výkonového ultrazvuku, což vede ke vzniku kavitace.

Které nápoje se běžně připravují pomocí sonikace?

Sonikace se běžně používá k přípravě nebo zpracování nápojů, jako je cold-brew káva, čaj (včetně yerba maté), ovocné a zeleninové šťávy, rostlinné nálevy, funkční nápoje (bylinné extrakty), rostlinná mléka, fermentované nápoje (pro intenzifikaci procesů) a nápojové koncentráty pro výrobu RTD.
Další informace o výrobě následujících nápojů naleznete zde:

Co je akustická kavitace?

Akustická kavitace, známá také jako ultrazvuková kavitace, je růst a kolaps nepatrných vakuových bublin v ultrazvukovém poli generovaném v kapalinách nebo suspenzích. Kavitační bubliny rostou během střídajících se cyklů vysokého tlaku / nízkého tlaku, které představují fázi komprese, resp. fázi zředění. Poté, co vakuová bublina roste po několik střídajících se tlakových cyklů, dosáhne bodu, kdy již nemůže absorbovat další energii, takže během cyklu vysokého tlaku prudce imploduje. Během kolapsu bubliny vznikají lokálně extrémní podmínky, včetně extrémních teplot až 5 000K s velmi vysokými rychlostmi ohřevu a chlazení, tlaků až 2000atm a odpovídajících tlakových rozdílů a proudů kapaliny o rychlosti až 280m/s. V těchto kavitačních „hot-spotech“ vytvářejí lokálně extrémní síly fyzikální podmínky, které vedou k míchání, extrakci a zvýšenému přenosu hmoty.

Akustická neboli ultrazvuková kavitace: růst a imploze bublin

Akustická kavitace, generovaná vysoce intenzivním nízkofrekvenčním ultrazvukem, vytváří intenzivní smykové síly a lokálně se vyskytující vysoké rozdíly tlaku a teploty, které poskytují potřebný účinek pro intenzivní míchání a přenos hmoty. Tyto ultrazvukové smykové síly se úspěšně uplatňují při zpracování potravin.

Literatura / reference

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.