Ultralyd i fødevareindustrien

Effektultralyd anvendes til talrige formål inden for fødevareforarbejdning, herunder ekstraktion, homogenisering, pasteurisering og fermentering. Som en ikke-termisk behandling forbedrer sonikering fødevareproduktionsprocesser gennem højere udbytter, højere kvalitet, forbedrede næringsstof- og smagsprofiler samt tids- og omkostningsbesparende forarbejdning.

Anvendelser af ultralyd i fødevareforarbejdning

Effektultralyd har en bred vifte af anvendelser inden for fødevareforarbejdning, herunder ekstraktion, blanding, emulgering, pasteurisering, afgasning og mørning af kød. Ud over disse primære anvendelser bruges effektultralyd også til at forbedre frysning, optøning og tørring af fødevarer.
De væsentligste fordele ved højintensiv ultralyd er knyttet til forbedring af forskellige processer inden for fødevareforarbejdning, såsom kortere forarbejdningstid, øget udbytte og forbedret produktkvalitet, og muliggør en mere tids- og omkostningsbesparende, økonomisk forarbejdning.

I det følgende afsnit finder du de primære anvendelser af højintensiv ultralyd i fødevareindustrien:

• Ekstraktion: Ultralyd kan bruges til at ekstrahere bioaktive forbindelser fra plantematerialer, såsom antioxidanter, pigmenter og æteriske olier. Denne proces kaldes sonikeringsassisteret ekstraktion og kan bruges til at fremstille ekstrakter af høj kvalitet på kortere tid og med et lavere forbrug af opløsningsmidler end traditionelle metoder.
  Læs mere om fordelene ved ultralydsekstraktion af plantematerialer!
• Homogenisering og emulgering: Ultralydshomogenisering kan bruges til at fremstille stabile emulsioner og suspensioner, såsom salatdressinger, mayonnaise, cremer og mejeriprodukter. Processen indebærer brug af højfrekvente lydbølger til at nedbryde fedtkuglerne i væsken, hvilket giver en glat og ensartet tekstur.
  Læs mere om sonikering til fødevareemulsioner!
  Find en trinvis vejledning og en video om ultralydsemulgering af mayonnaise her!
• Konservering: Højintensiv ultralyd kan bruges til at inaktivere mikroorganismer, såsom bakterier og gær, i fødevarer. Processen, der kaldes sonikeringsassisteret pasteurisering, kan forlænge fødevarers holdbarhed og reducere risikoen for fødevarebårne sygdomme. Som en ikke-termisk forarbejdningsteknik undgår sonikering brugen af meget høje temperaturer og forhindrer dermed den dertil knyttede nedbrydning af varmefølsomme næringsstoffer.
  Læs mere om øget holdbarhed og bevarelse af næringsstoffer ved hjælp af sonikering!

• Afgasning: Når en væske behandles med ultralyd, sættes gasbobler, der er fanget i væsken, i bevægelse. Som følge heraf nærmer disse luft- og gasbobler sig hinanden og smelter sammen. Det betyder, at de vokser til større bobler, hvilket gør det muligt for dem at stige op til væskens overflade, hvor de let kan fjernes.
• Opløsning: Takket være ultralydens fremragende evne til at blande og sammenblande er den yderst effektiv til at fremstille stærkt mættede og endda overmættede opløsninger. Dette anvendes i krystallisationsprocesser samt ved fremstilling af saltlager.
• Fermentering: Når ultralydsbølger perforerer og nedbryder mikroorganismernes cellevægge, bliver mikroorganismerne mere modtagelige for fermenteringsprocessen. Samtidig fremskynder ultralyd transporten af næringsstoffer og ilt til mikroorganismerne og øger dermed deres metaboliske aktivitet. Samlet set øger sonikering fermenteringshastigheden, reducerer fermenteringstiden og forbedrer udbyttet af det ønskede slutprodukt. Denne teknologi er særligt nyttig til fremstilling af fødevarer og drikkevarer, såsom mejeriprodukter, yoghurt, øl, kombucha og vin.
• Viskositetsreduktion før spraytørring: Ultralydens forskydningskræfter kan reducere viskositeten i forskydningsfortyndende og tiksotrope opslæmninger betydeligt. Anvendelse af ultralydsbaseret forskydningsfortynding før forstøvning og spraytørring gør det muligt at øge gennemstrømningen gennem forstøvningsudstyret betydeligt. Spraytørringstårne er ofte flaskehalsen i produktionslinjen. Med ultralyd kan kapaciteten i eksisterende spraytørrere øges.

• Frysning: Ultralydsbaseret frysning kan bruges til at reducere dannelsen af iskrystaller i fødevarer under fryseprocessen. Processen indebærer, at fødevaren udsættes for højfrekvente lydbølger, mens den fryses. Ultralydsbølger skaber vibrationer, der forhindrer dannelsen af store iskrystaller, hvilket giver et produkt med en glattere tekstur og bedre kvalitet.
• Optøning: Ultralydsbaseret optøning kan bruges til at reducere optøningstiden for frosne fødevarer. Processen indebærer, at det frosne produkt udsættes for ultralydsbølger, som genererer varme og fremskynder optøningsprocessen. Da ultralyd fremmer en meget ensartet energifordeling, kan ultralydsbaseret optøning være særligt nyttig til produkter, der er vanskelige at optø jævnt, såsom kød, fisk og skaldyr, frugt og grøntsager.
  Ved frysning, optøning og tørring medfører effektultralyd betydelige forbedringer af masse- og energioverførselsprocesserne, hvilket fremskynder disse processer og gør dem mere økonomiske.
• Lækagedetektion i flasker: Ultralyd er en meget effektiv metode til at opdage lækager og revner i flasker og dåser med kulsyreholdige drikkevarer såsom sodavand, øl, mousserende vin osv. Ultralyd anvendes også til afgasning af kulsyreholdige drikkevarer, f.eks. øl før aftapning på flasker, en proces kendt som de-fobbing.
• Lagesaltning / syltning: Lagesaltning er en almindelig proces ved konservering og fremstilling af fødevarer, især kød, fisk, ost og grøntsager. Sonikering forkorter lagesaltningstiden og gør det muligt at bruge mindre mængder natriumchlorid sammenlignet med traditionelt lagesaltede og syltede fødevarer.
• Hydrering / rehydrering: Effektultralyd er en enkel, men yderst effektiv metode til at hydrere eller rehydrere fødevarer såsom tørrede bælgfrugter (f.eks. bønner og kikærter) eller tørrede svampe. Da ultralyd åbner porer i fødevarernes celler, kan vand hurtigt trænge ind. Dette medfører hurtigere kvældning af bælgfrugter og dermed en kortere kogetid.
• Afkrystallisering af honning: Som en ikke-termisk behandling bruges ultralyd effektivt til at forhindre dannelsen af store sukkerkrystaller i honning. Desuden kan allerede dannede store krystaller i honning afkrystalliseres ved ultralydsbehandling. Som en yderst effektiv opløsningsteknik opløser ultralydsapparater med sonde sukkerkrystaller, hvilket giver en ensartet glat honning. Derudover forbedrer ultralyd honningens mikrobiologiske kvalitet, da uønskede mikroorganismer inaktiveres som følge af ultralydens cellenedbrydende virkning.
• Friturestegning: Ultralydsbaseret friturestegning kan bruges til at reducere olieoptagelsen i friturestegte fødevarer. Processen indebærer, at kødet eller grøntsagen nedsænkes i varm olie, mens det udsættes for højfrekvente lydbølger. Ultralydsbølgerne skaber små bobler på fødevarens overflade, som reducerer kontaktarealet mellem grøntsagen / kødet og olien, hvilket resulterer i mindre olieoptagelse og et sundere slutprodukt. Ultralydsbaseret friturestegning gør det muligt at tilberede fødevarer ved lavere temperaturer, hvilket giver bedre smagsprofiler og bevarer næringsstoffer.
  Læs, hvordan ultralydsassisteret friturestegning giver sundere, mere smagfulde og sprødere pommes frites og kartoffelchips!

Ultralydsapparater med høj ydeevne til fødevareforarbejdning

Hielscher Ultrasonics’ industrielle ultralydsprocessorer er ultralydsapparater med høj ydeevne, som kan styres præcist og dermed muliggør reproducerbare resultater og vedvarende produktkvalitet. Da Hielscher ultralydsprocessorer kan levere meget høje amplituder, kan de anvendes til meget krævende formål.
Kunderne er tilfredse med Hielscher Ultrasonics-systemernes fremragende robusthed og pålidelighed. Hielscher ultralydsapparater fungerer pålideligt ved krævende anvendelser, i krævende miljøer og ved drift 24/7 og sikrer dermed effektiv og økonomisk fødevareforarbejdning. Ultralydsbaseret procesintensivering reducerer forarbejdningstiden og giver bedre resultater, dvs. højere kvalitet, højere udbytter og nye produkter.
Ved konsekvent brug af særlige materialer, såsom titanium, rustfrit stål, keramik eller glas i forskellige kvaliteter, garanteres teknologiens kompatibilitet med processen.
Ultralydsprocessorer er brugervenlige og praktiske maskiner med et lavt vedligeholdelsesbehov og relativt lave omkostninger.

Tabellen nedenfor giver dig en indikation af vores ultralydsapparaters omtrentlige forarbejdningskapacitet:

Design, fremstilling og rådgivning – kvalitet fremstillet i Tyskland

Hielscher ultralydsapparater er kendt for deres højeste kvalitets- og designstandarder. Robusthed og nem betjening muliggør problemfri integration af vores ultralydsapparater i industrianlæg. Hielscher ultralydsapparater håndterer nemt barske forhold og krævende miljøer.

Hielscher Ultrasonics er en ISO-certificeret virksomhed og lægger særlig vægt på ultralydsapparater med høj ydeevne, den nyeste teknologi og brugervenlighed. Hielscher ultralydsapparater er naturligvis i overensstemmelse med CE-kravene og opfylder kravene i UL, CSA og RoHs.

Værd at vide

Hvordan fungerer ultralyd i fødevareforarbejdning?

Ultralydsbaseret fødevareforarbejdning er en veletableret teknologi, der anvendes til fødevareforarbejdning såsom blanding og homogenisering, emulgering, ekstraktion, opløsning, afgasning og afluftning, mørning af kød, krystallisation samt funktionalisering og modificering af mellemprodukter og færdige fødevarer. Hielscher ultralydsprocessorer til fødevarer har været installeret i fødevareproduktionsanlæg i årtier og er avancerede og udviklet til at opfylde industriens krav. Ultralydsprocessorer anvender fysiske kræfter, der skabes af effektultralydsbølger, hvilket resulterer i dannelse af kavitation.

Hvilke drikkevarer fremstilles almindeligvis ved hjælp af sonikering?

Sonikering bruges almindeligvis til at fremstille eller forarbejde drikkevarer såsom koldbrygget kaffe, te (herunder yerba mate), frugt- og grøntsagsjuice, planteudtræk, funktionelle drikkevarer (urteekstrakter), plantebaserede mælkedrikke, fermenterede drikkevarer (til procesintensivering) og drikkevarekoncentrater til RTD-produktion.
Find flere oplysninger om fremstilling af følgende drikkevarer:

• Kaffe / Grøn kaffe
• Teudtræk
• Yerba mate
• Juice
• Smoothies
• Kombucha
• Nøddemælk

Hvad er akustisk kavitation?

Akustisk kavitation, også kendt som ultralydskavitation, er vækst og kollaps af meget små vakuumbobler i et ultralydsfelt, der genereres i væsker eller opslæmninger. Kavitationsboblerne vokser under de skiftende højtryks- / lavtrykscyklusser, som er henholdsvis kompressions- og fortyndingsfaser. Efter at være vokset over flere skiftende trykcyklusser når vakuumboblen et punkt, hvor den ikke kan optage mere energi, så boblen imploderer voldsomt under en højtrykscyklus. Under boblens kollaps opstår der lokalt ekstreme forhold, herunder ekstreme temperaturer på op til 5.000K med meget høje opvarmnings- og afkølingshastigheder, tryk på op til 2000atm og tilsvarende trykforskelle samt væskestråler med hastigheder på op til 280m/s. I disse kavitationsbetingede “hotspots” skaber lokalt ekstreme kræfter fysiske forhold, der resulterer i blanding, ekstraktion og øget masseoverførsel.

Akustisk kavitation, der genereres af højintensiv, lavfrekvent ultralyd, skaber kraftige forskydningskræfter og lokalt forekommende store tryk- og temperaturforskelle, som giver den nødvendige påvirkning til intensiv blanding og masseoverførsel. Disse ultralydsskabte forskydningskræfter anvendes med succes til fødevareforarbejdning.

Litteratur/referencer

• 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.