Ultrazvukem zdokonalená výroba zmrzliny

Použití výkonového ultrazvuku má několik příznivých účinků na výrobu vysoce kvalitní zmrzliny. Mezi hlavní výhody sonikace patří zmenšení velikosti krystalů a urychlení zmrazování zmrzliny. Ultrazvukové zpracování tak zlepšuje kvalitu a spotřebitelský vjem a současně snižuje výrobní náklady.

Účinky ultrazvuku při výrobě zmrzliny

Výroba zmrzliny zahrnuje sofistikované zpracování, jehož cílem je získat vysoce kvalitní sladký potravinářský produkt, který splňuje požadavky zákazníků. Náročné kroky zpracování vyplývají především ze skutečnosti, že zmrzlina je jednou z nejsložitějších potravin: zmrzlina je pěnou i emulzí zároveň. Obsahuje ledové krystaly a nezmrzlou kapalnou směs. Vysoce výkonný ultrazvuk aplikovaný při výrobě zmrzliny může podporovat nukleaci ledových krystalů, a tím urychlit proces přenosu tepla a hmoty, který doprovází proces zmrazování. Sonikace tak zmenšuje velikost krystalů a zkracuje dobu zmrazování při výrobě zmrzliny. Výzkum Mortazaviho a Tabatabaie ukázal, že dobu zmrazování při zpracování zmrzliny lze sonikací po dobu 20 min zkrátit přibližně o 30 %.

Výroba zmrzliny a výhody ultrazvuku

K výrobě zmrzliny je zapotřebí zmrzlinová směs. Tato zmrzlinová směs se skládá z mléka, sušeného mléka, smetany, másla nebo rostlinného tuku, cukru, sušiny, emulgátoru, stabilizátoru a také přísad, jako jsou ovoce, ořechy, aromata a barviva. Tuto speciální směs je nutné homogenizovat a pasterizovat a poté se během procesu zmrazování pomalu míchá, aby se zabránilo tvorbě velkých ledových krystalů. Přitom se do ní vmíchávají velmi malé vzduchové bublinky (tzv. proces provzdušňování), aby se zmrzlina našlehala a vznikl studený dezert s jemnou texturou. Ultrazvukové zpracování podporuje rovnoměrnou distribuci všech složek zmrzlinové směsi a současně přispívá k pasterizaci. Více informací o ultrazvukové pasterizaci tekutých potravin naleznete zde!
Následně se ultrazvukové zpracování aplikuje ve fázi zmrazování při výrobě zmrzliny. Ultrazvukové zpracování podporuje nukleaci a růst ledových krystalů, takže se proces zmrazování výrazně urychlí. Sonikace zároveň zmenšuje velikost ledových krystalů, takže vznikají rovnoměrně malé ledové krystaly. To dodává zmrzlině jemnou texturu a příjemný pocit v ústech – obojí jsou znaky kvality, které spotřebitelé vysoce oceňují.

Kroky výroby zmrzliny

Výroba zmrzliny má pět fází:

1. příprava zmrzlinové směsi
2. homogenizace, pasterizace, zrání zmrzlinové směsi
3. zmrazování a provzdušňování
4. tvarování a plnění do forem
5. tvrzení a balení

Kroky výroby zmrzliny.
Zdroj: Dairy Processing Handbook. Vydal Tetra Pak Processing Systems AB, Lund, Švédsko. s. 387.

Ultrazvukem podporované zmrazování zmrzliny

Během procesu zmrazování se z podchlazené vody tvoří krystaly. Morfologie ledových krystalů hraje důležitou roli z hlediska texturních a fyzikálních vlastností zmrazených a polozmrazených potravin. Jelikož velikost a distribuce ledových krystalů mají zvláštní význam pro kvalitu rozmrazených produktů s tkáňovou strukturou, jsou u zmrzliny upřednostňovány menší ledové krystaly, protože velké krystaly vedou k ledové textuře. Nukleace je nejdůležitějším faktorem pro řízení distribuce velikosti krystalů během krystalizace. Rychlost zmrazování je přitom obvykle parametrem, který se používá k řízení velikosti a distribuce velikosti ledových krystalů ve zmrzlině. Během šlehání a zmrazování se vhání vzduch, aby se dosáhlo jemné textury zmrzliny. Tzv. „nášleh“ (over-run), tedy množství vháněného vzduchu, se stanovuje – specificky podle konkrétní receptury – úměrně ke společnému objemu pevných látek a vody. Nášleh se proto liší v závislosti na různých recepturách zmrzliny a výrobních tocích. Standardní zmrzlina vykazuje nášleh 100 %, což znamená, že konečný produkt sestává ze stejného objemu zmrzlinové směsi a vzduchových bublin.
Použití vysoce výkonných ultrazvukových procesorů společnosti Hielscher vede k lepší kvalitě zmrzliny, protože podporuje krystalizaci, zmenšuje velikost ledových krystalů a zabraňuje inkrustaci zmrazovací plochy. Lepší konzistence a krémovějšího pocitu v ústech se dosahuje díky zmenšené velikosti krystalů ve zmrzlině a zlepšené distribuci vzduchových bublin. Výrazně kratší zmrazování s dobou zmrazování zkrácenou přibližně o 30 % vede k vyšší kapacitě procesu a energeticky účinnějšímu výrobnímu procesu.

Vědecky prokázáno: Lepší kvalita zmrzliny díky sonikaci

Aslan a Dogan (2021) zkoumali účinky sonikace na výrobu zmrzliny s použitím sondového sonikátoru Hielscher UP400St (viz obr. vlevo). Výsledky výzkumu prokázaly, že ultrazvuk díky kavitaci podporuje zmenšování velikosti částic. Ukázalo se, že sonikace zlepšuje kvalitu zmrzliny a mražených potravinářských výrobků, protože vedla k menší velikosti ledových krystalů. Jelikož ledové krystaly dodávají zmrzlině jedinečný pocit v ústech, je velmi důležité získat v procesu zmrazování co nejmenší krystaly, aby se zabránilo zrnité struktuře a dosáhlo se požadované hladkosti a jemnosti zmrzliny. Tato studie rovněž dospěla k závěru, že ultrazvuková homogenizace poskytuje dobře dispergovanou emulzi. Testování spotřebitelským panelem z hlediska senzorických vlastností a chuti potraviny ukázalo, že ultrazvuková homogenizace zmrzliny pomáhá splnit preference spotřebitelů díky menším ledovým krystalům a s tím souvisejícímu příjemnému pocitu v ústech.
(srov. Aslan a Dogan, 2021)

Vysoce výkonné ultrazvukové potravinářské procesory pro výrobu zmrzliny

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 (čištění na místě CIP / sterilizace na místě SIP) sonotrodami a průtokovými celami (smáčené části).
Průmyslové sonikátory Hielscher Ultrasonics mohou dodávat velmi vysoké amplitudy v nepřetržitém provozu 24/7. Přesné řízení amplitudy od mírných po vysoké intenzity je důležité pro jemné vyladění procesu sonikace podle cílových vlastností produktu dané receptury zmrzliny.
S ultrazvukovými potravinářskými procesory jakékoli velikosti nabízí Hielscher spolehlivé systémy pro vsádkové i kontinuální zpracování potravin a nápojů, včetně zmrzliny. Zatímco pro malou řemeslnou zmrzlinárnu poskytují dostatečnou zpracovatelskou kapacitu modely sonikátorů UP400ST (400 wattů) nebo UIP1000hdT (1000 wattů), průmyslový závod na výrobu zmrzliny nainstaluje vysokokapacitní modely sonikátorů UIP6000hdT (6000 wattů) nebo UIP16000hdT (16 000 wattů).
Níže uvedená tabulka vám poskytuje orientační přehled o přibližné zpracovatelské kapacitě našich ultrazvukových přístrojů:

Literatura / Reference

• Mortazavi, A. and Tabatabaie, F. (2008): Study of Ice Cream Freezing Process after Treatment with Ultrasound. World Appl. Sci. J 4, 188-190.
• Aslan Türker, Duygu; Dogan, Mahmut (2021): Effects of ultrasound homogenization on the structural and sensorial attributes of ice cream: optimization with Taguchi and data envelopment analysis. Journal of Food Measurement and Characterization 15, 2021, 1-11.
• Vildan Akdeniz, A. Sibel Akalın (2019): New approach for yoghurt and ice cream production: High-intensity ultrasound. Trends in Food Science & Technology, Volume 86, 2019. 392-398.
• Petzold, G. and Aguilera, J. M. (2009): Ice Morphology: Fundamentals and Technological Applications in Foods. Food Biophysics Vol.4, No. 4, 378-396.
• Dairy Processing Handbook. Published by Tetra Pak Processing Systems AB, S-221 86 Lund, Sweden. p.387.