Ultralydsbehandling af protein til fødevarer og kosttilskud

Sonikering er en kraftfuld procesteknologi til forbedring af funktionalitet, dispergerbarhed, opløselighed og stabilitet af proteiner, der anvendes i fødevarer og kosttilskud. Fra planteproteiner som havre, ærter, soja, hamp og ris til mejeriproteiner og blandede formuleringer hjælper højintensiv ultralyd producenterne med at optimere proteinsystemer for at få en bedre behandlingsadfærd og forbedret produktydelse.

I proteinforarbejdning er ultralyd mere end et blandingshjælpemiddel. Korrekt kontrolleret sonikering kan reducere partikelstørrelsen, forbedre hydrering og dispersion, øge den opløste proteinfraktion og forbedre suspensionens stabilitet. Disse effekter er især relevante for drikkeklare drikkevarer, proteinkoncentrater, berigede fødevarer og pulverformuleringer af kosttilskud. I en offentliggjort undersøgelse fra 2025 (Höhme-Matthes et al.), der undersøgte ultralydsbehandling af havreprotein, øgede ultralydsbehandling den opløste mængde havreproteinkoncentrat og mindskede suspensionens ustabilitet, når energitætheden steg.

Hvorfor ultralydsbehandling af protein er vigtig

Producenter af fødevarer og kosttilskud står ofte over for udfordringer som dårlig befugtning, ufuldstændig hydrering, sedimentering, høj viskositet, ustabile suspensioner og inkonsekvent funktionalitet. Disse problemer bliver endnu vigtigere i proteinrige, plantebaserede og clean label-formuleringer.
Højintensiv, lavfrekvent ultralyd genererer akustisk kavitation i væsker. Implosionen af mikroskopiske bobler skaber lokale forskydningskræfter, turbulens og mikroblanding. I proteinsystemer kan disse effekter bryde agglomerater, reducere partikelstørrelsen, forbedre masseoverførslen og ændre den fysiske organisering af proteinrige suspensioner. Resultatet er et proteinsystem, der er lettere at behandle og ofte fungerer bedre i det færdige produkt.

Hvordan sonikering forbedrer proteinforarbejdning i fødevareindustrien

• Forbedret spredning og hydrering
  Proteinpulvere hydrerer ofte ujævnt og danner agglomerater. Sonikering hjælper med at deagglomerere partikler og fremmer en mere ensartet befugtning, hvilket kan forkorte hydratiseringstiden og forbedre håndteringen efterfølgende.
• Reduktion af partikelstørrelse
  Reduceret partikelstørrelse er ofte forbundet med en glattere mundfølelse, forbedret opslæmning og bedre adgang for vand til proteinoverflader. Papiret om havreprotein konkluderer specifikt, at ultralyd er nyttigt til forarbejdning af planteprotein i industriel skala med hensyn til reduktion af partikelstørrelsen.
• Højere proteinopløselighed
  Sonikering kan øge den opløste fraktion af proteiner og forbedre den tilsyneladende opløselighed i vanskelige systemer. I havreproteinundersøgelsen rapporterer forfatterne, at ultralydbehandling øgede den opløste mængde havreproteinkoncentrat, med opløselighed allerede omkring tre gange højere ved en energitæthed på 200 J/mL.
• Forbedret stabilitet i affjedringen
  Ved at forbedre dispersionen og reducere uopløste partikelfraktioner hjælper ultralyd med at reducere sedimentering og faseseparation. Det uploadede papir rapporterer, at ultralydbehandling mindskede ustabiliteten af havreproteinkoncentratsuspensioner, og at kontinuerlig flowcellebehandling forbedrede suspensionsstabiliteten kraftigt ved samme energitæthed.

Eksempel: Behandling af havreprotein med Hielscher-sonikatorer

En undersøgelse fra 2025 om forarbejdning af havreproteinkoncentrat karakteriserede både batch- og flowcelle-ultralydbehandling ved hjælp af Hielscher-udstyr. Forskerne brugte en Hielscher UIP1500hdT og en Hielscher UP200St i deres eksperimenter. De fandt ud af, at ultralydbehandling øgede den opløste mængde havreproteinkoncentrat, samtidig med at suspensionens ustabilitet faldt med stigende energitæthed. De fandt også, at flow-celle sonikering muliggjorde højere gennemstrømning og tilbød industriel relevans sammenlignet med fælles batch design.
Undersøgelsen konkluderer desuden, at ultralyd er et nyttigt værktøj i procesapplikationer i industriel skala til planteproteinkoncentrater. Det fremhæver forbedret partikelstørrelsesreduktion, bedre suspensionsstabilitet og vigtigheden af kontinuerlig sonikering i flowcellekonfigurationer for proceseffektivitet og opskalering.

Eksempel: Sonikering - forbedret funktionalitet af ærteprotein

Ultralydbehandling giver flere klare fordele for ærteproteinsystemer: Det forbedrer dispergerbarhed og opløselighed ved at nedbryde aggregater og reducere partikelstørrelsen, hvilket kan styrke den funktionelle ydeevne i fødevarer uden at skade proteinfordøjeligheden eller biotilgængeligheden. I fiberholdige formuleringer kan ultralyd også fremme nyttig protein-fiber-netværksdannelse og, afhængigt af fibertypen, øge viskositeten og den teksturopbyggende kapacitet. I fermenterede alternativer til ærteproteinyoghurt forbedrede ultralyd produktkvaliteten yderligere ved at reducere vigtige smagsforbindelser som hexanal og 2-pentylfuran, mens den øgede ønskelige yoghurtlignende aromaforbindelser som diacetyl og acetoin, hvilket gør det til et lovende clean label-værktøj til både funktionalitet og sensorisk forbedring.
(jf. Kalla-Berthold et al., 2023; Matysek et al., 2024)

FE-SEM-billeder (400x og 2000x forstørrelser, skalabar: 10 µm) af ubehandlet (UT) og
ultralydsbehandlede (T) ærteproteinprøver (PP).
Undersøgelse og billede: ©Kalla-Berthold et al., 2023

Eksempel: Fordele ved ultralydsbehandlet hampeprotein

Ultralyd hamp protein udvinding tilbyder flere bemærkelsesværdige fordele, især for valorisering affedtet hampfrø affald til højere værdi ingredienser. I den uploadede undersøgelse forbedrede ultralydsassisteret ekstraktion den samlede proteingendannelse og renhed sammenlignet med konventionel ekstraktion, hvor den bedste kombinerede proces nåede ca. 62% proteingendannelse og ca. 76% renhed, når den blev parret med en HPP-forbehandling. Det forbedrede også ekstraktionen af aminosyrer på tværs af isolaterne, hvilket tyder på bedre ernæringsmæssigt udbytte, samtidig med at man undgik større synlige skader på proteinbåndmønstre på SDS-PAGE. Samlet set understøtter resultaterne ultralyd som en grønnere, mere effektiv ekstraktionsmetode, der kan forkorte behandlingsintensiteten og hjælpe med at omdanne hampebiprodukter til nyttige fødevare- og nutraceutiske proteiningredienser.
(jf. Cabral et al. 2023)

Eksempel: Ultralydsekstraktion af proteinhydrolysat fra risklid

Ultralyd ris protein hydrolysat udvinding giver klare funktionelle fordele, fordi ultralyd forbedrer protein frigivelse fra ris klid ved at forstyrre cellestrukturer og forbedre masseoverførsel, hvilket gør udvinding mere effektiv end konventionelle tilgange. I undersøgelsen blev ekstraktionen med succes optimeret ved et fast/flydende forhold på 0,43, 48,25% amplitude og 29,89 minutter, og ultralydassisteret enzymatisk hydrolyse understøttede også genereringen af hydrolysater med stærk bioaktivitet, herunder høj ACE-hæmmende aktivitet og antioxidantpotentiale. Forfatterne konkluderer, at ultralyd er en effektiv teknik, ikke kun til proteinekstraktion, men også til at accelerere enzymatisk hydrolyse, hvilket hjælper med at omdanne risklid til bioaktive proteiningredienser af højere værdi.
(jf. Hayta et al., 2020)

Fordele for producenter af fødevarer og kosttilskud

• Bedre produktkvalitet
  Sonikering kan understøtte en glattere tekstur og mundfølelse i flydende proteinprodukter, forbedret homogenitet i suspensioner og forblandinger, mindre synlig sedimentering i proteindrikke og en mere ensartet funktionel ydeevne på tværs af batcher.
• Mere effektiv behandling
  Ultralyd kan intensivere behandlingen ved at fremskynde spredning og hydrering og ved at muliggøre kontinuerlig inline-behandling. Undersøgelsen af havreprotein rapporterer, at flowcelledesignet tillader højere tætheder på trods af høj massegennemstrømning og derfor kan understøtte højere effektivitet og større industriel relevans end et almindeligt batchdesign.
• Større fleksibilitet i formuleringen
  Sonikering er nyttig til udfordrende planteproteinformuleringer, RTD-drikke med højt proteinindhold, tilskudsbaser og processer opstrøms for homogenisering, hydrolyse eller tørring. Artiklen nævner relevansen for plantebaserede drikkevarer, opslæmninger og efterfølgende hydrolysetrin.
• Bedre potentiale for opskalering
  Definerede sonikeringsparametre som amplitude, intensitet, energitæthed, opholdstid og modtryk understøtter procesoverførsel fra laboratoriearbejde til pilot- og industriproduktion. Den uploadede undersøgelse lægger særlig vægt på disse parametre for at designe skalerbar kontinuerlig behandling.

Hvorfor brugen af Hielscher-sonatorer giver fordele

Hielscher-sonikatorer er attraktive til proteinbehandling, fordi de muliggør kontrolleret og reproducerbar ultralydsbehandling. For producenterne er den virkelige fordel ikke bare at generere kavitation, men at generere den under definerede og skalerbare forhold.

• Kontrollerede sonikeringsparametre
  Hielscher-systemerne, der blev brugt i undersøgelsen, gjorde det muligt for forskerne at arbejde med definerede amplituder, intensiteter og energitætheder i både batch- og flow-celle-tilstand. Det understøtter systematisk procesudvikling og opskalering.
• Batch- og flow-celle-kapacitet
  Producenter kan evaluere sonikering i batch og derefter gå over til kontinuerlig inline-behandling. Den uploadede artikel viser, at kontinuerlig flow-celle sonikering kan overgå batch-behandling i suspensionsstabilitet og industriel relevans.
• Procesdesign til industriel gennemstrømning
  Undersøgelsen viser, at modtryk, opholdstid og masseflow er vigtige variabler i kontinuerlig sonikering. Det betyder noget for producenterne, fordi det gør ultralydsbehandling til et ægte procesteknisk værktøj i stedet for kun en laboratorieteknik.
• Støtte til vanskelige proteinsystemer
  Artiklen understreger, at skræddersyede produktegenskaber som partikelstørrelse, suspensionsstabilitet, opløselighed og viskositet er af stor betydning for plantebaserede suspensioner. Det bemærkes også, at sonikatorer skal have et lille fodaftryk, kan håndtere høje koncentrationer af faste stoffer og tilbyder en unik kombination af fysiske og kemiske effekter.

 
Typiske anvendelser
Ultralydsbehandling af proteiner er relevant for

• Planteproteindrikke baseret på havre, ærter, soja, ris, hestebønner eller blandinger;
• proteinberigede mælkeprodukter og ikke-mejeriprodukter;
• kosttilskudssuspensioner og flydende shots;
• proteindispersioner før homogenisering eller emulgering;
• og forblandinger til spraytørring eller yderligere funktionalisering.

Ultralyd som en skalerbar proteinbehandlingsteknologi

Sonikering hjælper fødevare- og kosttilskudsproducenter med at forbedre proteinfunktionaliteten, hvor konventionel blanding alene ofte når sine grænser. Ved at intensivere spredning, reducere partikelstørrelse, øge opløste proteinfraktioner og stabilisere suspensioner kan ultralyd levere målbare fordele i produktkvalitet og proceseffektivitet. Den uploadede undersøgelse understøtter denne holdning til havreproteinkoncentrater og indikerer, at kontinuerlig flow-celle-sonikering er særligt lovende for industriel forarbejdning.
Hielscher-sonikatorer giver en praktisk rute fra laboratoriemulighed til industriel implementering. Deres brug i offentliggjort proteinforarbejdningsarbejde, herunder den uploadede havreproteinundersøgelse, viser, hvordan ultralydsbehandling kan udvikles til et kontrolleret og skalerbart produktionstrin for producenter af fødevarer og kosttilskud.

Nedenstående tabel giver dig en indikation af den omtrentlige behandlingskapacitet for vores ultralydapparater:

Design, produktion og rådgivning – Kvalitet fremstillet i Tyskland

Hielscher ultralydapparater er kendt for deres højeste kvalitet og designstandarder. Robusthed og nem betjening muliggør en jævn integration af vores ultralydapparater i industrielle faciliteter. Hårde forhold og krævende miljøer håndteres let af Hielscher ultralydsapparater.

Hielscher Ultrasonics er et ISO-certificeret firma og lægger særlig vægt på højtydende ultralydapparater med avanceret teknologi og brugervenlighed. Selvfølgelig er Hielscher ultralydapparater CE-kompatible og opfylder kravene i UL, CSA og RoHs.

Litteratur / Referencer