Vynikající efektivita a kvalita při výrobě ořechového mléka pomocí ultrazvuku

Ořechová mléka a rostlinné alternativy mléka jsou rostoucím potravinářským segmentem. Při výrobě ořechových mlék a rostlinných analogů mléka prokázaly ultrazvuková extrakce a homogenizace velké výhody oproti konvenčním technikám. Vysoce výkonný ultrazvuk zvyšuje výtěžnost, stabilitu produktu, obsah živin a celkovou efektivitu zpracování.

Vyšší výtěžnost ořechového mléka díky výkonovému ultrazvuku

Ultrazvuková extrakce je dobře známá jako spolehlivá a vysoce účinná metoda ke zvýšení výtěžnosti rostlinných olejů, bílkovin, polysacharidů a mikroživin. Proto se sonikace používá při výrobě rostlinných náhražek mléka, např. z mandlí, kešu, kokosu, lískových ořechů, arašídů, sezamu, sóji, šáchoru jedlého, ovsa, rýže, konopí, hrachu, pistácií, vlašských ořechů, amarantu nebo quinoy. Surovina pro ořechová mléka a jiné rostlinné alternativy mléka je často drahá a vyšší výtěžnost extrakce z těchto surovin snižuje výrobní náklady a zlepšuje efektivitu výroby.

Jak ultrazvuková extrakce zvyšuje výtěžnost?

Principem fungování ultrazvukové extrakce je akustická kavitace. Mechanismus, jímž nízkofrekvenční ultrazvuk o vysoké intenzitě intenzifikuje extrakci, se připisuje především jevu akustické kavitace. Když kavitační bubliny kolabují na povrchu rostlinného materiálu, eroze a sonoporace narušují matrici rostlinných buněk (například macerovaných ořechů, semen, luštěnin a listů), což vede k destrukci buněčné struktury a k uvolnění intracelulárních látek, jako jsou bílkoviny, lipidy, polysacharidy, vláknina, vitaminy, minerální látky a fytochemikálie. Takto intenzifikovaný přenos hmoty usnadňuje uvolňování molekul, jako jsou bílkoviny, lipidy, polysacharidy a fytochemikálie.
Ultrazvukem generované smykové síly zlepšují pronikání rozpouštědla do buněčné matrice rostlinného materiálu, resp. zlepšují propustnost buněčných membrán. (Upozorňujeme, že pojem rozpouštědlo je použit v širším smyslu a zahrnuje jakoukoli kapalinu, např. vodu). Tyto mechanismy výkonového ultrazvuku jsou zodpovědné za významnou intenzifikaci procesu, jíž se dosahuje při použití sonikace k extrakci potravinových produktů z rostlinných surovin. Protože ultrazvuková kavitace generuje tak intenzivní síly, pohání vysoce účinnou dezintegraci buněk a míchání na makro- i mikroúrovni. Kromě toho se výrazně zlepšuje pronikání rozpouštědla, rozpouštění bioaktivních látek a přenos hmoty. Díky tomu je ultrazvukem asistovaná extrakce vysoce účinná a přináší vynikající výtěžnost extraktu během krátké doby procesu.

Lepší stabilita ořechového mléka díky ultrazvuku

Sonikace o vysoké intenzitě a nízké frekvenci je účinná a spolehlivá metoda ke zlepšení fyzikální stability suspenzí i mikrobiální stability potravinových produktů (např. ořechového mléka a jiných náhražek mléka).

Ultrazvukem zlepšená fyzikálně-chemická stabilita ořechových mlék

Vysoce výkonný ultrazvuk, široce používaný k homogenizaci a emulgaci potravinových produktů, je vysoce účinná netermická technika k výrobě vysoce homogenních a dlouhodobě stabilních potravinových produktů. Ultrazvuková homogenizace zmenšuje průměr tukových kapének na jednotnou nepatrnou velikost a rovnoměrně disperguje pevné částice, jako jsou škroby, cukry a vláknina. Ultrazvuková homogenizace tak výrazně zlepšuje fyzikálně-chemickou stabilitu ořechových a jiných rostlinných mlék, takže se zabrání nežádoucí separaci fází.
Lu et al. (2019) zkoumají účinky vysoce výkonné sonikace na kokosové mléko. Ošetření sonikací zmenšilo velikost částic kokosového mléka a homogenizovalo distribuci kapének a pevných látek v systému. Ve srovnání s mechanicky emulgovaným kokosovým mlékem vykázalo ultrazvukové ošetření významný vliv na uniformitu emulzního systému (p < 0,05). Dále bylo pozorováno, že sonikace podporovala enkapsulaci amylózy do enzymu amylázy v mezifázové vrstvě.
Iswarin a Permadi (2012) zkoumali, jak sonikace ovlivňuje průměr kapének v mléčných nápojích na bázi kokosu, přičemž studovali různé kombinace intenzity ultrazvuku. Ultrazvukové zpracování zmenšilo průměr kapének a zmenšení velikosti se zvyšovalo při vyšší intenzitě ultrazvuku.

Ultrazvukem zlepšená mikrobiální stabilita ořechových mlék

Bylo prokázáno, že sonikace snižuje mikrobiální zátěž v mléčných výrobcích, ovocných šťávách a dalších tekutých potravinách. Proto byla ultrazvuková pasterizace zavedena také do procesu konzervace alternativ mléka, aby se zlepšila mikrobiální stabilita ořechových a jiných rostlinných náhražek mléka.
Iorio et al. (2019) studovali ultrazvukovou inaktivaci Escherichia coli O157:H7 a Listeria monocytogenes v mandlovém mléce a mohli prokázat, že ultrazvuková pasterizace způsobuje patogenům subletální poškození, které vede k prodloužení trvanlivosti. Například ošetření ultrazvukovou pasterizací významně snížilo hladinu E. coli O157:H7 z 5,12 na 3,81 log CFU/mL a snížilo rychlost růstu (µmax) (z 1,19 na 0,79 (log CFU/mL)/den).

Vyšší obsah živin díky ultrazvukové extrakci ořechového mléka

Mikroživiny, jako jsou vitaminy, polyfenoly a antioxidanty, se nacházejí v buněčné matrici rostlin. K efektivnímu uvolnění těchto mikroživin je nutná úplná dezintegrace buněk a intenzivní mikromíchání mezi buněčnou hmotou a rozpouštědlem. Jak bylo popsáno výše, ultrazvuková extrakce je velmi účinná při dezintegraci buněk a uvolňování lipidů, bílkovin, polysacharidů, vlákniny a fytochemikálií z buněčné matrice. Ultrazvuková extrakce je vysoce účinná metoda k izolaci úplného množství fytochemikálií z rostlinných materiálů během rychlého extrakčního procesu. Použití vysoce výkonného ultrazvuku vytváří silné kavitační účinky, poruchy / turbulence a vysokorychlostní proudění kapaliny, které vyplavují fytochemikálie z nitra buněk. Jelikož jde o netermickou extrakční metodu, při použití sonikace se zabrání tepelné degradaci těchto citlivých mikroživin.

Kinetika celkového obsahu fenolických látek (vyjádřeno v eq mg naringeninu/g mandlí) se sonikací a bez ní s použitím UIP1000hdT. Ultrazvuková extrakce zvýšila celkový obsah fenolických látek o 258 %.
Data jsou průměry ± SD, n = 3. Ultrazvuk (žlutě) oproti variantě bez ultrazvuku (oranžově).
Graf a studie: Tabib et al., 2020

Vynikající efektivita při výrobě ořechového mléka pomocí ultrazvuku

Vyšší výtěžnost, lepší nutriční profil a kratší doba zpracování jsou jen některé z výhod, pokud jde o vynikající efektivitu ultrazvukového zpracování ořechových mlék a nemléčných nápojů. Nízká spotřeba energie, nízké nároky na údržbu a provoz 24/7 jsou další faktory, které přispívají k výjimečné celkové efektivitě ultrazvukového zpracování. Vysoce výkonné ultrazvukové homogenizátory Hielscher mohou běžet 24/7 v náročném provozu a zpracovávat velké objemy v kontinuálním průtokovém režimu. Ultrazvukové procesory Hielscher mají vynikající celkovou energetickou účinnost. Robustnost a nízké nároky na údržbu navíc udržují nízké provozní náklady.

Co říká výzkum o ultrazvukovém zpracování potravin

„Ultrazvuk se v posledním desetiletí rozšířil v bezvýhradném rozsahu. Své uplatnění našel v průmyslu ovocných šťáv a nápojů díky svým multifunkčním žádoucím účinkům. Tato technologie je levná, jednoduchá, spolehlivá, šetrná k životnímu prostředí a vysoce účinná při konzervaci šťáv se zlepšenými kvalitativními vlastnostmi.“ (Dolas et al., 2019)

„Sonikace je nastupující technologie, která může zlepšit kvalitu potravin a snížit ztráty živin.“ (Cheok et al., 2013)

Ultrazvukové potravinářské procesory pro průmyslovou výrobu ořechového mléka

Hielscher Ultrasonics navrhuje, vyrábí a distribuuje vysoce výkonné ultrazvukové systémy pro zpracování potravin určené pro kontinuální průmyslovou výrobu ořechových mlék (např. kešu, mandlového, lískooříškového, vlašského, arašídového a kokosového mléka) a rostlinných náhražek mléka (např. rýžového, sójového, špaldového, ovesného, sezamového, lněného, hrachového a fermentovaného mléka ze šáchoru jedlého).
Použití ultrazvukového zpracování potravin nabízí zásadní výhody, neboť jde o netermickou, čistě mechanickou metodu, která vede k lepším finálním produktům, zkracuje dobu zpracování a je šetrnější k životnímu prostředí.
Ultrazvukové systémy Hielscher pro zpracování potravin se používají pro rozmanité aplikace jako bezpečná, spolehlivá a nákladově efektivní technologie k výrobě vysoce kvalitních potravin a nápojů. Instalace a provoz všech ultrazvukových procesorů Hielscher jsou jednoduché: vyžadují jen málo místa a lze je snadno dodatečně začlenit do stávajících zpracovatelských zařízení.
Hielscher Ultrasonics má dlouholeté zkušenosti s aplikací výkonového ultrazvuku v potravinářském a nápojovém průmyslu i v mnoha dalších průmyslových odvětvích. Naše ultrazvukové procesory jsou vybaveny snadno čistitelnými (clean-in-place CIP / sterilize-in-place SIP) sonotrodami a průtokovými celami (části ve styku s médiem). Průmyslové ultrazvukové procesory Hielscher Ultrasonics dokážou dodávat velmi vysoké amplitudy. Amplitudy až 200µm lze snadno nepřetržitě provozovat v režimu 24/7. Vysoké amplitudy jsou důležité k dosažení homogenní distribuce částic a k inaktivaci odolnějších mikrobů (např. grampozitivních bakterií). Pro ještě vyšší amplitudy jsou k dispozici zakázkové ultrazvukové sonotrody. Všechny sonotrody a ultrazvukové reaktory s průtokovou celou lze provozovat za zvýšených teplot a tlaků, což umožňuje spolehlivou termo-mano-sonikaci (sonikaci v kombinaci se zvýšenou teplotou a tlakem) a vysoce účinnou extrakci a stabilizaci.
Špičková technologie, vysoký výkon a propracovaný software dělají ze zařízení Hielscher Ultrasonics spolehlivé tahouny ve vaší lince pro extrakci, homogenizaci a pasterizaci potravin. Díky malým zastavěným rozměrům a všestranným možnostem instalace lze ultrazvukové přístroje Hielscher snadno integrovat nebo dodatečně instalovat do stávajících výrobních linek.
Kontaktujte nás nyní a dozvíte se více o vlastnostech a možnostech našich systémů pro ultrazvukovou extrakci, homogenizaci a pasterizaci. Rádi s vámi vaši aplikaci prodiskutujeme!

Níže uvedená tabulka vám poskytne orientační představu o přibližné zpracovatelské kapacitě našich ultrazvukových přístrojů: