Ultrazvuku a jeho rozmanité aplikace při zpracování potravin

Výkonový ultrazvuk nabízí rozmanité možnosti pro efektivní a spolehlivé aplikace v potravinářském průmyslu. Mezi nejčastější aplikace v potravinářském průmyslu patří míchání & Homogenizace, emulgace, dispergace, narušení buněk a extrakce intracelulárního materiálu, aktivace nebo deaktivace enzymů (v závislosti na intenzitě ultrazvuku), konzervace, stabilizace, rozpouštění a krystalizace, hydrogenace, změkčení masa, zrání, stárnutí a oxidace, jakož i odplyňování a sušení rozprašováním.

Níže vám představíme různé vybrané aplikace Hielscher sonikátorů při zpracování potravin. Kliknutím na konkrétní odkazy získáte podrobné informace o aplikaci, která vás zajímá!

Extrakce příchutí a bioaktivních látek pomocí ultrazvuku

Ultrazvuku je dobře známá a spolehlivá metoda, pokud jde o extrakci intracelulární hmoty.
Klikněte zde a přečtěte si více o ultrazvuková lýza & Extrakce a příklady ultrazvukové extrakce účinných látek z šafrán, káva, marihuana, houby nebo řasy!

Ultrazvuková emulgace omáček, dresinků a krémů

Použitím sonikace na směsi oleje a vody dosahují šéfkuchaři a potravinářští vědci velmi jemných a stabilních emulzí. – bez nadměrné teploty nebo syntetických přísad. Ultrazvuková kavitace umožňuje přesnou kontrolu nad velikostí a rozptýlením kapiček, od krémových omáček, sametových vinaigret až po krémy bez mléka a jemné pěny.
Zjistěte více o ultrazvukových emulzích pro potraviny!

Ultrazvuková fermentace jogurtu

Jogurt je fermentovaný mléčný výrobek, který lze vyrobit pouze z mléka nebo přidáním bakteriálních kultur. Kmeny bifidobakterií (např. BB-12, BB-46, B breve) jsou běžná probiotika používaná pro fermentaci jogurtů. Ultrazvuková kavitace aplikovaná na bakteriální buňky může způsobit jejich destrukci a současně uvolnění β-galaktosidázy. β-galaktosidáza je enzym hydroláza, který se hojně používá v mlékárenském průmyslu. Ultrazvukem asistovaná fermentace je urychlena v důsledku rychlejší hydrolýzy laktózy v důsledku ultrazvukem vyvolaného uvolňování β-galaktosidázy z buněk bifidobakterií.
Ultrazvuková homogenizace má vliv na rozbití kuliček mléčného tuku a velmi jemnou distribuci.
Ultrazvuku může urychlit rychlost fermentace (zkrácení celkové doby výroby až o 40%) a zlepšit kvalitativní vlastnosti jogurtu, což má za následek vyšší viskozitu, silnější koagulum a vynikající texturu.

Ultrazvuková homogenizace mléka

Mléko (např. kravské, buvolí, kozí nebo velbloudí mléko) je emulze nebo koloidní systém, který se skládá z kuliček máslového tuku v tekutině na bázi vody, která obsahuje rozpuštěné sacharidy, bílkoviny a minerály. Vzhledem k tomu, že tuk a voda mají tendenci se oddělovat do dvou fází, musí být mléko homogenizováno, aby se získal rovnoměrný produkt. Homogenizace znamená rovnoměrné rozložení molekul tuku v mléčné tekutině. Ultrazvuk je dobře známá metoda používaná pro různé aplikace při zpracování mléka. Ultrazvuková úprava mléka vede k homogenizovaným tukovým kuličkám, které jsou rovnoměrně a rovnoměrně rozloženy. Homogenizace pomocí vysoce výkonného ultrazvuku je také účinná pro (veganské/bezmléčné) náhražky mléka získané z rostlin, jako je kokosové mléko nebo sójové mléko.
Studie Sfakianakise a Tzia (2012) ukazuje, že ultrazvuková homogenizace snižuje velikost kuliček mléčného tuku (MFG). Níže uvedené mikroskopické obrázky ukazují účinky sonikace na velikost kapiček mléčného tuku. Nízká amplituda (150 W) neměla uspokojivý homogenizační účinek (obr. 2); velikost MFG a jejich distribuce byly podobné jako u neošetřeného mléka (srovnej 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 (750 W) zásadně zmenšil velikost MFG (obr. 6), takže jsou sotva viditelné na optickém mikroskopu (100násobné zvětšení); Jejich průměrná velikost průměru byla 0,3 μm.

Ultrazvuk s vysokým výkonem je mírná netepelná homogenizační technika. Sfakianakis et al. (2011) ukazují působivý ultrazvukový homogenizační efekt na mléko.

Chandrapala et al. (2012) zkoumali účinek ultrazvuku na kasein a vápník. Aplikovali ultrazvukové vlny (20 kHz) na vzorky čerstvého odstředěného mléka, rekonstituovaného micelárního kaseinu a kaseinového prášku. Sonikovali vzorky, dokud se kuličky mléčného tuku nesnížily na cca. 10 nm. Analýza sonikovaného mléka ukazuje, že velikost micel kaseinu se nezměnila. K malému zvýšení rozpustného syrovátkového proteinu a odpovídajícímu snížení viskozity došlo také během prvních několika minut sonikace. Studie byla stanovena, že kaseinové micely jsou stabilní během sonikace a koncentrace rozpustného vápníku není ovlivněna ultrazvukovou léčbou. [Chandrapala et al. 2012]

Ultrazvuková krystalizace cukru pro cukrovinky

Řízená sonikace umožňuje iniciovat výsev krystalů (tvorbu jader) a ovlivnit růst krystalů. Při ultrazvukovém ozařování se tvoří menší a tím i více krystalů. Ultrazvuk napomáhá procesu krystalizace dvěma způsoby: Za prvé, výkonový ultrazvuk je velmi účinným nástrojem k vytvoření rovnoměrného roztoku, který je výchozí látkou pro krystalizaci. Ve druhé fázi ultrazvuk podporuje tvorbu velkého počtu jader. Zatímco špatná nukleace vytváří nižší počet velkých krystalů, účinná nukleace vytváří velké množství malých jemných krystalů. V akustickém poli je dokonce možné iniciovat nukleaci cukrů, které se normálně brání krystalizaci (např. D-fruktóza, sorbitol).
Ultrazvuková modifikace krystalizace je zajímavá pro formulaci bonbónů, cukrovinek, pomazánek, zmrzliny, šlehačky a čokolády.

Ultrazvuková hydrogenace jedlých olejů

Hydrogenace rostlinných olejů je důležitým průmyslovým procesem ve velkém měřítku. Hydrogenací se tekuté rostlinné oleje přeměňují na pevné nebo polotuhé tuky (např. margarín). Chemicky se nenasycené mastné kyseliny přeměňují během Fázový přenos katalyzován reakce hydrogenace na jejich odpovídající nasycené mastné kyseliny přidáním atomů vodíku na dvojné vazby. Tento katalytický proces může být urychlen ultrazvukem s vysokým výkonem. Běžně používaným katalyzátorem je nikl. Hydrogenované tuky se hojně používají jako tuková činidla v pekařských výrobcích. Výhodou nasycených tuků je jejich nižší tendence k oxidaci a tím i nižší riziko žluknutí.

Ultrazvukové zkapalňování medu

Ultrazvuk nabízí účinnou netepelnou metodu, krystaly v medu, které zkapalní a zničí kvasinky, aniž by to ovlivnilo kvalitu medu.
Klikněte zde a dozvíte se více!

Ultrazvuková stabilizace džusů a smoothies

Jako netermální technika potravinářského procesu poskytuje ultrazvuk jemnou, ale účinnou léčbu, která zintenzivňuje chuť a stabilizuje a konzervuje šťávy, smoothies, omáčky a pyré. Výsledkem ošetření ultrazvukovou šťávou je zlepšení chuti, stabilizace a konzervace.
Přečtěte si zde více o ultrazvukovém zlepšení šťáv & Smoothies!
Přečtěte si více o ultrazvukovém zpracování rajčat!
Zjistěte, jak sonikace zachovává jahodovou šťávu slazenou stévií a zároveň zvyšuje nutriční profil!

Ultrazvukové zrání vína & destilát

Silový ultrazvuk napomáhá dubování vína a lihovin díky své účinné extrakční kapacitě a výrazně intenzivnějšímu přenosu hmoty mezi dřevěnou tkání a alkoholickým nápojem.
Klikněte zde a dozvíte se více o možnostech ultrazvukového ošetření vína!
Proces kvašení vína, moštu, piva a saké lze také výrazně zvýšit. Bylo dosaženo míry zrychlení 50 % až 65 %!
Chcete-li získat více informací o ultrazvukem asistované fermentaci, klikněte prosím zde!

Ultrazvukem zrychlené zmrazení zmrzliny

Pro výrobu zmrzliny je nutná zmrzlinová směs. Tato zmrzlinová směs se skládá z mléka, sušeného mléka, smetany, másla nebo rostlinného tuku, cukru, suché hmoty, emulgátoru, stabilizátoru a také přísad, jako je ovoce, ořechy, příchutě a barviva. Tato speciální směs musí být homogenizována a pasterizována, poté se během procesu zmrazování pomalu míchá, aby se zabránilo tvorbě velkých ledových krystalů. Tím se přimíchávají velmi malé vzduchové bublinky (tzv. proces provzdušňování), aby se zmrzlina napěnila a dosáhl se hladce strukturovaný studený dezert. Toto je krok procesu, kde může být ultrazvuku aplikován ke zvýšení kvality zmrzliny.
Během procesu mrznutí se z přechlazené vody vytvářejí krystaly. Morfologie ledových krystalů hraje důležitou roli, pokud jde o texturní a fyzikální vlastnosti zmrazených a polozmrazených potravin. Velikost a rozložení ledových krystalů mají zvláštní význam pro kvalitu rozmrazených tkáňových výrobků, proto se u zmrzliny dává přednost menším ledovým krystalům, protože velké krystaly mají za následek ledovou texturu. Nukleace je nejdůležitějším faktorem pro kontrolu distribuce velikosti krystalů během krystalizace. Proto je rychlost zmrazování obvykle parametrem používaným pro kontrolu velikosti a distribuce velikosti ledových krystalů ve zmrzlině. Během šlehání a mražení se vstřikuje vzduch, aby se dosáhlo hladké textury zmrzliny. Tzv. “překročení”, je množství vstřikovaného vzduchu úměrné - konkrétně dané receptuře - kombinovanému objemu pevných látek a vody. Přetlak se tedy liší v závislosti na různých recepturách zmrzliny a zpracovatelských proudech. Standardní zmrzlina vykazuje 100% přetlak, což znamená, že konečný výrobek se skládá ze stejného objemu zmrzlinové směsi a vzduchových bublin.
Použití Hielscher vysoce výkonných ultrazvukových homogenizátorů poskytuje lepší kvalitu zmrzliny tím, že snižuje velikost ledových krystalů a zabraňuje inkrustaci mrazivého povrchu. Lepší konzistence a krémovějšího pocitu v ústech je dosaženo díky zmenšené velikosti krystalů zmrzliny a lepší distribuci vzduchových bublin. Výrazně kratší doby zmrazování vedou k vyšší procesní kapacitě a energeticky účinnějšímu výrobnímu procesu.

Ultrazvukové provzdušňování těsta

Sonikací lze výrazně zlepšit kvalitu provzdušňovaných potravinářských výrobků, jako je piškotový dort.Použití ultrazvuku ve fázi míchání těsta zlepšuje kvalitu piškotového dortu z hlediska nižší tvrdosti a vyšší pružnosti, soudržnosti a pružnosti dortu. Při testech byly všechny přísady smíchány dohromadypodle zásady "all-in” což znamená, že se do těsta současně přidává celozrnná mouka s nízkým obsahem bílkovin, emulgátor, kukuřičný škrob, cukr, prášek do pečiva, sůl a čerstvá celá vejce. Před sonikací byly přísady rovnoměrně promíchány, aby ultrazvuk působil na rovnoměrnou směs těsta. Ultrazvukem provzdušněný koláč vykazoval nižší tvrdost, nižší gumovitost a nižší žvýkací schopnost, zatímco pružnost, soudržnost a pružnost koláče byly o něco vyšší než u kontrolního koláče.

Ultrazvuková krystalizace a konšování čokolády

Sonikace je dobře známá pro svou extrakční kapacitu. Z kakaových bobů lze kakaové máslo uvolnit z buněk ultrazvukovým mletím a extrakcí.
Ultrazvuk je alternativní technikou k rozbíjení krystalů cukru v čokoládě a poskytuje tak podobné účinky jako konšování.

Ultrazvukové změkčení masa

Aplikace silných ultrazvukových vln na maso má za následek zjemnění struktury masa. Výrazného zjemnění je dosaženo uvolněním myofibrilárních proteinů ze svalových buněk. Kromě změkčovacího efektu ultrazvuk zlepšuje také schopnost vázat vodu a soudržnost masa.
Více informací o změkčování masa pomocí ultrazvuku a sonikátoru MeatBuzzer najdete zde!

Sonikace v kuchyních a barech

Ultrazvukové kuchyňské roboty si našly cestu i do gurmánské kuchyně. Hielscher ultrasonicators používají prémiový šéfkuchař, jako je například šéfkuchař oceněný dvěma michelinskými hvězdami Sang-Hoon Degeimbre.
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 požádání poskytnout košer nebo halal certifikaci pro své sonikátory. To znamená, že sonikátory byly vyrobeny a zpracovány v souladu s přísnými pokyny těchto náboženských stravovacích zákonů. Košer certifikace zajišťuje, že sonikátory byly vyrobeny bez jakýchkoli vedlejších produktů nebo derivátů živočišného původu, zatímco certifikace halal ověřuje, že se sonikátory bylo zacházeno způsobem, který je v souladu s islámskými stravovacími zásadami.

Pokud požadujete košer nebo halal certifikovaný sonikátor Hielscher, kontaktujte nás a my vám rádi zajistíme potřebnou certifikaci.