Sonikace a její rozmanité aplikace při zpracování potravin

Výkonový ultrazvuk nabízí rozmanité možnosti pro efektivní a spolehlivé aplikace při zpracování potravin. Mezi nejběžnější aplikace v potravinářském průmyslu patří míchání a homogenizace, emulgace, dispergace, dezintegrace buněk a extrakce intracelulárního materiálu, aktivace nebo deaktivace enzymů (která závisí na intenzitě ultrazvuku), konzervace, stabilizace, rozpouštění a krystalizace, hydrogenace, změkčování masa, zrání, stárnutí a oxidace, jakož i odplyňování a sušení rozprašováním.

Níže Vám představujeme různé vybrané aplikace sonikátorů Hielscher při zpracování potravin. Kliknutím na příslušné odkazy získáte podrobné informace o aplikaci, která Vás zajímá!

Extrakce aromatických látek a bioaktivních sloučenin pomocí ultrazvuku

Ultrazvuková extrakce se v potravinářském průmyslu široce používá k efektivnímu získávání bioaktivních sloučenin, aromatických molekul a proteinů pomocí ultrazvuku o vysoké intenzitě, který zesiluje přenos hmoty a narušuje buněčné struktury. Výsledné kavitační účinky zvyšují výtěžek a rychlost extrakce při práci za nízkých teplot, pomáhají zachovat citlivé sloučeniny a umožňují čisté, škálovatelné zpracování bez agresivních rozpouštědel.

Ultrazvuková extrakce se běžně používá k extrakci bioaktivních sloučenin. Mezi významné příklady ultrazvukové extrakce patří:

 

V této prezentaci vás seznámíme s výrobou rostlinných extraktů. Vysvětlíme náročné aspekty výroby vysoce kvalitních rostlinných extraktů a to, jak vám je sonikátor pomůže zvládnout. Prezentace vám ukáže, jak ultrazvuková extrakce funguje. Dozvíte se, jaké výhody můžete očekávat při použití sonikátoru k extrakci a jak začlenit ultrazvukový extraktor do výroby extraktů.

 

Ultrazvuková emulgace omáček, dresinků a krémů

Aplikací sonikace na směsi olej/voda dosahují kuchaři a potravinářští vědci ultrajemných, stabilních emulzí – bez nadměrného zahřívání nebo syntetických přísad. Od krémových omáček a sametových vinaigrette až po bezmléčné krémy a jemné pěny umožňuje ultrazvuková kavitace přesnou kontrolu velikosti kapiček a disperze.
Zjistěte více o ultrazvukových potravinářských emulzích!

Ultrazvuková fermentace jogurtu

Jogurt je fermentovaný mléčný výrobek, který lze vyrobit ze samotného mléka nebo přidáním bakteriálních kultur. Kmeny bifidobakterií (např. BB-12, BB-46, B breve) jsou běžná probiotika používaná při fermentaci jogurtu. Ultrazvuková kavitace působící na bakteriální buňky může způsobit jejich destrukci a současně uvolnění β-galaktosidázy. β-galaktosidáza je hydrolázový enzym, který se ve velké míře používá v mlékárenském průmyslu. Fermentace podporovaná ultrazvukem je urychlena díky rychlejší hydrolýze laktózy, která je výsledkem ultrazvukem indukovaného uvolnění β-galaktosidázy z buněk bifidobakterií.
Ultrazvuková homogenizace způsobuje rozbití kuliček mléčného tuku a velmi jemnou distribuci velikosti.
Sonikace může urychlit rychlost fermentace (zkrácení celkové doby výroby až o 40 %) a zlepšit kvalitativní vlastnosti jogurtu, což vede k vyšší viskozitě, pevnějšímu koagulu a vynikající textuře.

Ultrazvuková homogenizace mléka

Mléko (např. kravské, buvolí, kozí nebo velbloudí) je emulze neboli koloidní systém, který se skládá z kuliček mléčného tuku ve vodné kapalině obsahující rozpuštěné sacharidy, proteiny a minerální látky. Protože tuk a voda mají tendenci se oddělovat do dvou fází, musí být mléko homogenizováno, aby se získal stejnorodý produkt. Homogenizace znamená rovnoměrné rozptýlení tukových molekul v mléčné kapalině. Ultrazvuk je dobře známá metoda používaná pro různé aplikace při zpracování mléka. Ultrazvukové ošetření mléka vede k homogenizovaným tukovým kuličkám, které jsou stejnoměrné a rovnoměrně rozptýlené. Homogenizace pomocí výkonového ultrazvuku je účinná také u (veganských / bezmléčných) náhražek mléka rostlinného původu, jako je kokosové nebo sójové mléko.
Studie autorů Sfakianakis a Tzia (2012) ukazuje, že ultrazvuková homogenizace zmenšuje velikost kuliček mléčného tuku (MFG). Mikroskopické snímky níže ukazují účinky sonikace na velikost kapiček mléčného tuku. Nízká amplituda (150W) neměla uspokojivý homogenizační účinek (obr. 2); velikost MFG a jejich distribuce byly podobné jako u neošetřeného mléka (srovnejte obr. 1 a 2). Ultrazvuk se střední amplitudou (267,5, 375 W) měl dobrý homogenizační účinek; průměrný průměr MFG byl 2 μm (obr. 3, 4). Ultrazvuk s vyšší amplitudou (750W) zásadně zmenšil velikost MFG (obr. 6), takže byly v optickém mikroskopu (zvětšení 100x) sotva viditelné; jejich průměrná velikost průměru byla 0,3 μm.

Chandrapala et al. (2012) zkoumali vliv sonikace na kasein a vápník. Na vzorky čerstvého odstředěného mléka, rekonstituovaného micelárního kaseinu a kaseinového prášku aplikovali ultrazvukové vlny (20kHz). Vzorky sonikovali, dokud se kuličky mléčného tuku nezmenšily na cca 10nm. Analýza sonikovaného mléka ukazuje, že velikost kaseinových micel se nezměnila. Během prvních několika minut sonikace došlo také k mírnému nárůstu rozpustné syrovátkové bílkoviny a odpovídajícímu poklesu viskozity. Studie zjistila, že kaseinové micely jsou během sonikace stabilní a koncentrace rozpustného vápníku není ultrazvukovým ošetřením ovlivněna. [Chandrapala et al. 2012]

Ultrazvuková krystalizace cukru pro cukrovinky

Řízená sonikace umožňuje iniciovat očkování krystalů (tvorbu zárodků) a ovlivňovat růst krystalů. Při ultrazvukovém ozařování vznikají menší, a tím i početnější krystaly. Ultrazvuk napomáhá procesu krystalizace dvěma způsoby: Zaprvé je výkonový ultrazvuk velmi účinným nástrojem k vytvoření homogenního roztoku, který je výchozí látkou pro krystalizaci. Ve druhé fázi ultrazvuk podporuje tvorbu velkého počtu zárodků. Zatímco slabá nukleace vytváří menší počet velkých krystalů, účinná nukleace vytváří velké množství malých jemných krystalů. V akustickém poli je dokonce možné iniciovat nukleaci cukrů, které za normálních okolností krystalizaci odolávají (např. D-fruktóza, sorbitol).
Ultrazvuková modifikace krystalizace je zajímavá pro formulaci bonbonů, cukrářských výrobků, pomazánek, zmrzliny, šlehačky a čokolády.

Ultrazvuková hydrogenace jedlých olejů

Hydrogenace rostlinných olejů je důležitý průmyslový velkoobjemový proces. Hydrogenací se tekuté rostlinné oleje přeměňují na tuhé nebo polotuhé tuky (např. margarín). Z chemického hlediska se nenasycené mastné kyseliny přeměňují během fázovým přenosem katalyzované hydrogenační reakce na odpovídající nasycené mastné kyseliny adicí atomů vodíku na dvojné vazby. Tento katalytický proces lze urychlit výkonovou sonikací. Běžně používaným katalyzátorem je nikl. Hydrogenované tuky se hojně používají jako tuky pro zkřehčení těsta v pekárenských výrobcích. Výhodou nasycených tuků je jejich nižší sklon k oxidaci, a tím i nižší riziko žluknutí.

Ultrazvukové zkapalňování medu

Ultrazvuk nabízí účinnou netermickou metodu, jak zkapalnit krystaly v medu a zničit kvasinky, aniž by byla ovlivněna kvalita medu.
Klikněte zde a dozvíte se více!

Ultrazvuková stabilizace džusů a smoothie

Jako netermická technika zpracování potravin poskytuje ultrazvuk šetrné, ale účinné ošetření, které zintenzivňuje chuťové vlastnosti a stabilizuje a konzervuje džusy, smoothie, omáčky a pyré. Mezi výsledky ultrazvukového ošetření džusů patří zlepšené chuťové vlastnosti, stabilizace a konzervace.
Přečtěte si zde více o ultrazvukovém zlepšování džusů a smoothie!
Přečtěte si více o ultrazvukovém zpracování rajčat!
Zjistěte, jak sonikace konzervuje jahodový džus slazený stévií a zároveň zlepšuje jeho nutriční profil!

Ultrazvukové zrání vína a lihovin

Výkonový ultrazvuk napomáhá zrání vína a destilátů na dubu díky své účinné extrakční kapacitě a výrazně zintenzivněnému přenosu hmoty mezi dřevní tkání a alkoholickým nápojem.
Klikněte zde a dozvíte se více o možnostech ultrazvukového ošetření vína!
Fermentační proces vína, moštu, piva a saké lze rovněž podstatně zintenzivnit. Bylo dosaženo míry zrychlení 50 % až 65 %!
Pro více informací o fermentaci podporované ultrazvukem klikněte zde!

Ultrazvukem urychlené zmrazování zmrzliny

Pro výrobu 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. Tato speciální směs musí být homogenizována a pasterizována a poté se během zmrazování pomalu míchá, aby se zabránilo tvorbě velkých ledových krystalů. Přitom se do ní vmíchávají velmi malé vzduchové bublinky (tzv. provzdušňování), aby se zmrzlina našlehala a vznikl studený dezert s jemnou texturou. To je krok procesu, ve kterém lze použít sonikaci ke zlepšení kvality zmrzliny.
Během zmrazování se z podchlazené vody tvoří krystaly. Morfologie ledových krystalů hraje důležitou roli z hlediska texturních a fyzikálních vlastností zmrazených a polozmrazených potravin. Protože velikost a distribuce ledových krystalů mají zvláštní význam pro kvalitu rozmražených tkáňových produktů, u zmrzliny se dává přednost menším ledovým krystalům, protože velké krystaly vedou k ledové textuře. Nukleace je nejdůležitějším faktorem pro řízení distribuce velikosti krystalů během krystalizace. Rychlost zmrazování je proto obvykle parametrem, kterým se řídí velikost a distribuce velikosti ledových krystalů ve zmrzlině. Během šlehání a zmrazování se vhání vzduch, aby se dosáhlo jemné textury zmrzliny. Tzv. „over-run“, tj. množství vháněného vzduchu, se stanovuje – specificky podle konkrétní receptury – úměrně ke kombinovanému objemu pevných složek a vody. Over-run se tedy liší v závislosti na různých recepturách zmrzliny a výrobních tocích. Standardní zmrzlina vykazuje over-run 100 %, což znamená, že finální produkt se skládá ze stejného objemu zmrzlinové směsi a vzduchových bublinek.
Použití výkonových ultrazvukových homogenizátorů Hielscher zajišťuje lepší kvalitu zmrzliny díky zmenšení velikosti ledových krystalů a zamezení tvorby krusty na mrazicí ploše. Díky zmenšené velikosti krystalů ve zmrzlině a lepší distribuci vzduchových bublinek se dosahuje lepší konzistence a krémovějšího pocitu v ústech. Výrazně kratší doby zmrazování vedou k vyšší kapacitě procesu a energeticky účinnějšímu výrobnímu procesu.

Ultrazvukové provzdušňování tekutého těsta

Provzdušněné potravinářské výrobky, jako je piškot, lze sonikací výrazně zlepšit. Použití výkonového ultrazvuku ve fázi míchání těsta zlepšuje kvalitu piškotu z hlediska nižší tvrdosti a vyšší pružnosti, soudržnosti a rezilience. Pro testy byly všechny ingredience smíchány metodou „all-in“, což znamená, že k vytvoření těsta byly současně přidány celozrnná mouka s nízkým obsahem bílkovin, emulgátor, kukuřičný škrob, cukr, prášek do pečiva, sůl a čerstvá celá vejce. Před sonikací byly ingredience rovnoměrně promíchány, aby byl ultrazvuk aplikován na stejnorodou směs těsta. Ultrazvukem provzdušněný piškot vykazoval nižší tvrdost, nižší gumovitost a nižší žvýkatelnost, zatímco pružnost, soudržnost a rezilience piškotu byly mírně vyšší než u kontrolního piškotu.

Ultrazvuková krystalizace a konšování čokolády

Sonikace je dobře známá svou extrakční kapacitou. Z kakaového bobu lze kakaové máslo uvolnit z buněk ultrazvukovým mletím a extrakcí.
Ultrazvuk je alternativní technikou k rozbíjení cukerných krystalů v čokoládě, a poskytuje tak podobné účinky jako konšování.

Ultrazvukové změkčování masa

Působení výkonných ultrazvukových vln na maso vede ke změkčení struktury masa. Výrazného změkčení se dosahuje uvolněním myofibrilárních proteinů ze svalových buněk. Kromě změkčujícího účinku ultrazvuk zlepšuje také vaznost vody a soudržnost masa.
Další informace o změkčování masa pomocí výkonového ultrazvuku a sonikátoru MeatBuzzer najdete zde!

Sonikace v kuchyních a barech

Ultrazvukové potravinářské procesory si našly cestu i do gurmánských kuchyní. Sonikátory Hielscher používají špičkoví šéfkuchaři, jako je šéfkuchař Sang-Hoon Degeimbre oceněný dvěma michelinskými hvězdami.
Klikněte zde, pokud Vás zajímá recept na jeho slavný ultrazvukový krevetový vývar!
Pro recepty na ultrazvukové koktejly klikněte zde!

 

Sonikátory pro košer a halal zpracování potravin

Hielscher Ultrasonics může na vyžádání zajistit pro své sonikátory certifikaci košer nebo halal. To znamená, že sonikátory byly vyrobeny a zpracovány v souladu s přísnými pravidly těchto náboženských stravovacích předpisů. Certifikace košer zaručuje, že sonikátory byly vyrobeny bez jakýchkoli živočišných vedlejších produktů nebo derivátů, zatímco certifikace halal potvrzuje, že se se sonikátory zacházelo způsobem, který je v souladu s islámskými stravovacími zásadami.

Pokud potřebujete sonikátor Hielscher s certifikací košer nebo halal, kontaktujte nás a rádi pro Vás zajistíme potřebnou certifikaci.