Overlegen effektivitet og kvalitet i produktionen af nøddemælk med ultralyd

Nøddemælk og plantebaserede mælkealternativer udgør et voksende fødevaresegment. Ved produktion af nøddemælk og plantebaserede mælkeanaloger har ultralydsekstraktion og homogenisering vist store fordele i forhold til konventionelle teknikker. Ultralyd med høj effekt øger udbyttet, produktstabiliteten, næringsstofindholdet og den samlede forarbejdningseffektivitet.

Højere udbytte af nøddemælk med højenergiultralyd

Ultralydsekstraktion er velkendt som en pålidelig og meget effektiv metode til at øge udbyttet af plantebaserede olier, proteiner, polysakkarider og mikronæringsstoffer. Derfor anvendes sonikering til produktion af plantebaserede mælkeerstatninger, f.eks. fremstillet af mandler, cashewnødder, kokosnødder, hasselnødder, jordnødder, sesam, soja, jordmandler, havre, ris, hamp, ærter, pistacienødder, valnødder, amarant eller quinoa. Råmaterialet til nøddemælk og andre plantebaserede mælkealternativer er ofte dyrt, og højere ekstraktionsudbytter fra disse råmaterialer sænker produktionsomkostningerne og forbedrer produktionseffektiviteten.

Hvordan øger ultralydsekstraktion udbyttet?

Funktionsprincippet for ultralydsekstraktion er akustisk kavitation. Den mekanisme, hvormed lavfrekvent ultralyd med høj intensitet intensiverer ekstraktionen, tilskrives hovedsageligt fænomenet akustisk kavitation. Når kavitationsbobler kollapser på overfladen af plantematerialet, nedbryder erosion og sonoporation plantecellernes matrix (f.eks. i macererede nødder, frø, bælgfrugter og blade), hvilket medfører ødelæggelse af cellestrukturen og frigivelse af intracellulære stoffer såsom proteiner, lipider, polysakkarider, fibre, vitaminer, mineraler og fytokemikalier. Den derved intensiverede masseoverførsel fremmer frigivelsen af molekyler såsom proteiner, lipider, polysakkarider og fytokemikalier.
Forskydningskræfter frembragt af ultralyd forbedrer henholdsvis opløsningsmidlets indtrængning i plantematerialets cellulære matrix og cellemembranernes permeabilitet. (Bemærk, at betegnelsen opløsningsmiddel anvendes i bred betydning og omfatter enhver væske, f.eks. vand). Disse mekanismer ved højenergiultralyd er ansvarlige for den betydelige procesintensivering, der opnås, når sonikering anvendes til ekstraktion af fødevareprodukter fra planteråmaterialer. Da ultralydskavitation frembringer så intense kræfter, medfører den meget effektiv cellenedbrydning og blanding på makro- og mikroniveau. Desuden forbedres opløsningsmidlets indtrængning, opløsningen af bioaktive forbindelser og masseoverførslen betydeligt. Dette gør ultralydsassisteret ekstraktion særdeles effektiv og giver overlegne ekstraktionsudbytter på kort procestid.

Forbedret stabilitet af nøddemælk med ultralyd

Sonikering med høj intensitet og lav frekvens er en effektiv og pålidelig metode til at forbedre suspensioners fysiske stabilitet samt fødevareprodukters mikrobielle stabilitet (f.eks. nøddemælk og andre mælkeerstatninger).

Ultralydsforbedret fysisk-kemisk stabilitet af nøddemælk

Ultralyd med høj effekt anvendes i vid udstrækning til homogenisering og emulgering af fødevareprodukter og er en meget effektiv ikke-termisk teknik til fremstilling af meget homogene fødevareprodukter med langvarig stabilitet. Ultralydshomogenisering reducerer fedtdråbernes diameter til en ensartet, meget lille størrelse og fordeler faste partikler såsom stivelse, sukkerarter og fibre jævnt. Derved forbedrer ultralydshomogenisering den fysisk-kemiske stabilitet af nøddemælk og andre plantebaserede mælketyper betydeligt, så uønsket faseadskillelse forhindres.
Lu et al. (2019) undersøger virkningerne af sonikering med høj effekt på kokosmælk. Sonikeringsbehandlingen reducerede kokosmælkens partikelstørrelse og homogeniserede fordelingen af dråber og faste stoffer i systemet. Sammenlignet med mekanisk emulgeret kokosmælk viste ultralydsbehandlingen en signifikant effekt på emulsionssystemets ensartethed (p < 0,05). Desuden blev det observeret, at sonikering fremmede indkapslingen af amylose i enzymet amylase i grænsefladelaget.
Iswarin og Permadi (2012) undersøgte, hvordan sonikering påvirker dråbediameteren i kokosbaserede mælkedrikke, ved at studere forskellige kombinationer af ultralydsintensitet. Ultralydsbehandling reducerede dråbernes diameter, og størrelsesreduktionen øgedes ved højere ultralydsintensitet.

Ultralydsforbedret mikrobiel stabilitet af nøddemælk

Sonikering har vist sig at reducere den mikrobielle belastning i mejeriprodukter, frugtsaft og andre flydende fødevarer. Derfor er ultralydspasteurisering også blevet indført i konserveringsprocessen for mælkealternativer for at forbedre den mikrobielle stabilitet i nøddemælk og andre plantebaserede mælkeerstatninger.
Iorio et al. (2019) undersøgte ultralydsinaktivering af Escherichia coli O157:H7 og Listeria monocytogenes i mandelmælk og kunne påvise, at ultralydspasteurisering forårsager subletale skader på patogenerne, hvilket medfører længere holdbarhed. For eksempel reducerede ultralydspasteurisering niveauet af E. coli O157:H7 signifikant fra 5,12 til 3,81 log CFU/mL og sænkede væksthastigheden (µmax) (fra 1,19 til 0,79 (log CFU/mL)/dag).

Højere næringsstofindhold med ultralydsekstraktion af nøddemælk

Mikronæringsstoffer såsom vitaminer, polyfenoler og antioxidanter findes i planternes cellulære matrix. For at frigive disse mikronæringsstoffer effektivt kræves fuldstændig cellenedbrydning og intens mikroblanding mellem cellematerialet og opløsningsmidlet. Som beskrevet ovenfor er ultralydsekstraktion meget effektiv til at nedbryde celler og frigive lipider, proteiner, polysakkarider, fibre og fytokemikalier fra den cellulære matrix. Ultralydsekstraktion er en meget effektiv metode til at isolere den samlede mængde fytokemikalier fra plantematerialer i en hurtig ekstraktionsproces. Anvendelsen af ultralyd med høj effekt frembringer kraftige kavitationseffekter, forstyrrelser / turbulens og væskestrømning med høj hastighed, som udvasker fytokemikalierne fra cellernes indre. Da sonikering er en ikke-termisk ekstraktionsmetode, forhindres termisk nedbrydning af disse følsomme mikronæringsstoffer ved anvendelse af sonikering.

Kinetik for det samlede indhold af fenolforbindelser (udtrykt som ækv. mg naringenin/g mandler) med og uden sonikering ved brug af UIP1000hdT. Ultralydsekstraktion øgede det samlede indhold af fenolforbindelser med 258 %.
Data er middelværdierne ± SD, n = 3. Ultralyd (gul) sammenlignet med uden ultralyd (orange).
Graf og undersøgelse: Tabib et al., 2020

Overlegen effektivitet i produktionen af nøddemælk med ultralyd

Højere udbytter, forbedret ernæringsprofil og kortere forarbejdningstid er blot nogle få af fordelene ved den overlegne effektivitet af ultralydsforarbejdning af nøddemælk og drikke uden mælk. Lavt energiforbrug, begrænset vedligeholdelse og drift 24/7 er yderligere faktorer, der bidrager til ultralydsforarbejdningens enestående samlede effektivitet. Hielschers højtydende ultralydshomogenisatorer kan køre 24/7 under krævende driftsforhold og behandle store volumener i kontinuerlig gennemstrømningsdrift. Hielschers ultralydsprocessorer har en fremragende samlet energieffektivitet. Robusthed og begrænset vedligeholdelse holder også driftsomkostningerne lave.

Hvad forskningen siger om ultralydsforarbejdning af fødevarer

“Ultralydsteknologi har vundet stor udbredelse i det seneste årti. Den har fundet anvendelse i frugtsaft- og drikkevareindustrien på grund af sine mange ønskede virkninger. Teknologien er billig, enkel, pålidelig og miljøvenlig samt meget effektiv til konservering af saft med forbedrede kvalitetsegenskaber.” (Dolas et al., 2019)

“Sonikering er en teknologi på vej frem, som kan forbedre fødevarekvaliteten og reducere tabet af næringsstoffer.” (Cheok et al., 2013)

Ultralydsprocessorer til fødevarer til industriel produktion af nøddemælk

Hielscher Ultrasonics udvikler, fremstiller og distribuerer højtydende ultralydssystemer til fødevareforarbejdning til kontinuerlig industriel produktion af nøddemælk (såsom cashew-, mandel-, hasselnødde-, valnødde-, jordnødde- og kokosmælk) og plantebaserede mælkeerstatninger (såsom ris-, soja-, spelt-, havre-, sesam-, hørfrø- og ærtemælk samt fermenteret jordmandelmælk).
Anvendelsen af ultralydsforarbejdning af fødevarer giver store fordele, da det er en ikke-termisk, rent mekanisk metode, som giver forbedrede slutprodukter, reducerer forarbejdningstiden og er mere miljøvenlig.
Hielschers ultralydssystemer til fødevareforarbejdning anvendes til mange forskellige formål og er en sikker, pålidelig og omkostningseffektiv teknologi til fremstilling af fødevarer og drikkevarer af høj kvalitet. Installation og betjening af alle Hielschers ultralydsprocessorer er enkel: De kræver kun lidt plads og kan nemt eftermonteres i eksisterende forarbejdningsanlæg.
Hielscher Ultrasonics har mange års erfaring med anvendelse af højenergiultralyd i fødevare- og drikkevareindustrien samt i mange andre industribrancher. Vores ultralydsprocessorer er udstyret med rengøringsvenlige sonotroder og flowceller (de væskeberørte dele), som kan rengøres på stedet (clean-in-place CIP) / steriliseres på stedet (sterilize-in-place SIP). Hielscher Ultrasonics’ industrielle ultralydsprocessorer kan levere meget høje amplituder. Amplituder på op til 200µm kan nemt opretholdes kontinuerligt ved drift 24/7. Høje amplituder er vigtige for at opnå en homogen partikelfordeling og inaktivere mere resistente mikroorganismer (f.eks. grampositive bakterier). Til endnu højere amplituder fås specialtilpassede ultralydssonotroder. Alle sonotroder og ultralydsflowcellereaktorer kan drives ved forhøjede temperaturer og tryk, hvilket muliggør pålidelig termo-mano-sonikering (sonikering i kombination med forhøjet temperatur og tryk) og meget effektiv ekstraktion og stabilisering.
Topmoderne teknologi, høj ydeevne og avanceret software gør Hielscher Ultrasonics’ udstyr til pålidelige arbejdsheste i din fødevareekstraktions-, homogeniserings- og pasteuriseringslinje. Med deres lille pladsbehov og alsidige installationsmuligheder kan Hielschers sonikatorer nemt integreres eller eftermonteres i eksisterende produktionslinjer.
Kontakt os nu for at få mere at vide om funktionerne og kapaciteten i vores ultralydssystemer til ekstraktion, homogenisering og pasteurisering. Vi drøfter gerne din anvendelse med dig!

Tabellen nedenfor giver dig et indtryk af vores sonikatorers omtrentlige forarbejdningskapacitet: