Isproduktion forbedret med ultralyd

Anvendelsen af højintensiv ultralyd har flere gavnlige virkninger på produktionen af is af høj kvalitet. De vigtigste fordele ved sonikering omfatter reduktion af krystalstørrelsen og hurtigere frysning af is. Dermed forbedrer ultralydsbehandling kvaliteten og forbrugerens sanseoplevelse, samtidig med at produktionsomkostningerne reduceres.

Ultralydens virkninger på isproduktion

Isproduktion kræver avanceret forarbejdning for at opnå et sødt fødevareprodukt af høj kvalitet, som opfylder kundernes krav. De omfattende forarbejdningstrin skyldes hovedsageligt, at is er en af de mest komplekse fødevarer: Is er både et skum og en emulsion. Den indeholder iskrystaller og en ikke-frossen væskeblanding. Højintensiv ultralyd anvendt under isproduktion kan fremme dannelsen af iskrystalkim og dermed fremskynde den varme- og masseoverførsel, som ledsager fryseprocessen. Dermed reducerer sonikering krystalstørrelsen og forkorter frysetiden ved isproduktion. Forskning udført af Mortazavi og Tabatabaie viste, at frysetiden ved isforarbejdning kunne reduceres med omkring 30% ved sonikering i 20 min.

Isproduktion og fordelene ved ultralyd

Til isproduktion kræves en isblanding. Denne isblanding består af mælk, mælkepulver, fløde, smør eller vegetabilsk fedt, sukker, tørstof, emulgator, stabilisator samt tilsætninger såsom frugt, nødder, smagsstoffer og farvestoffer. Denne særlige blanding skal homogeniseres og pasteuriseres, hvorefter den omrøres langsomt under fryseprocessen for at forhindre dannelsen af store iskrystaller. Under denne proces indblandes meget små luftbobler (en såkaldt luftindblandingsproces), så isen skummes op og bliver til en kold dessert med en glat tekstur. Ultralydsbehandling fremmer en ensartet fordeling af alle ingredienser i isblandingen og bidrager samtidig til pasteuriseringen. Læs mere om ultralydspasteurisering af flydende fødevarer her!
Derefter anvendes ultralydsbehandling under frysetrinnet i isproduktionen. Ultralydsbehandling fremmer kimdannelsen og væksten af iskrystaller, så fryseprocessen fremskyndes betydeligt. Samtidig reducerer sonikering iskrystallernes størrelse, så der opnås ensartet små iskrystaller. Dette giver isen en glat tekstur og en behagelig mundfølelse – begge kvalitetsegenskaber, som forbrugerne værdsætter højt.

Trin i isproduktionen

Fremstilling af is omfatter fem trin:

1. tilberedning af isblandingen
2. homogenisering, pasteurisering og modning af isblandingen
3. frysning og luftindblanding
4. formgivning og støbning
5. hærdning og emballering

Trin i isproduktionen.
Kilde: Dairy Processing Handbook. Udgivet af Tetra Pak Processing Systems AB, Lund, Sverige. s.387.

Frysning af is fremmet med ultralyd

Under fryseprocessen dannes krystaller af underafkølet vand. Iskrystallernes morfologi spiller en vigtig rolle for de teksturmæssige og fysiske egenskaber hos frosne og halvfrosne fødevarer. Da iskrystallernes størrelse og fordeling er af særlig betydning for kvaliteten af optøede produkter med vævsstruktur, foretrækkes mindre iskrystaller i is, fordi store krystaller giver en iset tekstur. Kimdannelse er den vigtigste faktor til styring af krystalstørrelsesfordelingen under krystallisation. Frysehastigheden er derfor normalt den parameter, der bruges til at styre iskrystallernes størrelse og størrelsesfordeling i is. Under piskning og frysning tilføres luft for at opnå isens glatte tekstur. Den såkaldte »overrun«, mængden af tilført luft, afpasses – specifikt efter den enkelte opskrift – i forhold til det samlede volumen af faste stoffer og vand. Overrun varierer derfor afhængigt af de forskellige isformuleringer og forarbejdningsstrømme. Standardis har en overrun på 100%, hvilket betyder, at slutproduktet består af lige store volumener af isblanding og luftbobler.
Anvendelsen af Hielscher’s højtydende ultralydsprocessorer giver is af bedre kvalitet ved at fremme krystallisation, reducere iskrystalstørrelsen og forhindre belægningsdannelse på en fryseflade. En bedre konsistens og en mere cremet mundfølelse opnås som følge af den reducerede størrelse af iskrystallerne og den forbedrede fordeling af luftbobler. Betydeligt hurtigere frysning med ca. 30% kortere frysetid fører til en højere proceskapacitet og en mere energieffektiv produktionsproces.

Videnskabeligt dokumenteret: Forbedret iskvalitet som følge af sonikering

Aslan og Dogan (2021) undersøgte virkningerne af sonikering på isproduktion ved hjælp af sonikeringsapparatet UP400St med sonde fra Hielscher (se billedet til venstre). Forskningsresultaterne viste, at ultralyd fremmer reduktion af partikelstørrelsen gennem kavitation. Det var tydeligt, at sonikering forbedrer kvaliteten af is og frosne fødevareprodukter, da behandlingen gav mindre iskrystaller. Da iskrystaller giver is en unik mundfølelse, er det meget vigtigt at opnå de mindste krystaller under fryseprocessen for at forhindre en grynet struktur og opnå den ønskede glathed og blødhed i isen. Undersøgelsen konkluderede også, at ultralydshomogenisering giver en veldispergeret emulsion. Ved en test med et forbrugerpanel, der vurderede fødevarens sensoriske egenskaber og smag, blev det vist, at ultralydshomogenisering af is bidrager til at opfylde forbrugernes præferencer gennem mindre iskrystaller og den dermed forbundne behagelige mundfølelse af isen.
(jf. Aslan og Dogan, 2021)

Højtydende ultralydsprocessorer til fødevarer til isproduktion

Hielscher Ultrasonics har mange års erfaring med anvendelse af højintensiv ultralyd i fødevare- og drikkevareindustrien samt mange andre industribrancher. Vores ultralydsprocessorer er udstyret med rengøringsvenlige sonotroder og flowceller (de væskeberørte dele), som kan rengøres og steriliseres på stedet (CIP / SIP).
Hielscher Ultrasonics’ industrielle sonikeringsapparater kan levere meget høje amplituder i kontinuerlig drift 24/7. Præcis styring af amplituden fra lave til høje intensiteter er vigtig for at finjustere sonikeringsprocessen efter de ønskede produktegenskaber i isformuleringen.
Med ultralydsprocessorer til fødevarer i alle størrelser tilbyder Hielscher pålidelige systemer til batchvis og kontinuerlig behandling af fødevare- og drikkevareprodukter, herunder is. Mens sonikeringsmodellerne UP400ST (400 watt) eller UIP1000hdT (1000 watt) giver tilstrækkelig forarbejdningskapacitet til et lille ismejeri med håndværksmæssig produktion, vil et industrielt isproduktionsanlæg installere sonikeringsmodellerne UIP6000hdT (6000 watt) eller UIP16000hdT (16.000 watt), som har høj gennemstrømningskapacitet.
Tabellen nedenfor giver en indikation af vores ultralydsapparaters omtrentlige forarbejdningskapacitet:

Litteratur / Referencer

• Mortazavi, A. and Tabatabaie, F. (2008): Study of Ice Cream Freezing Process after Treatment with Ultrasound. World Appl. Sci. J 4, 188-190.
• Aslan Türker, Duygu; Dogan, Mahmut (2021): Effects of ultrasound homogenization on the structural and sensorial attributes of ice cream: optimization with Taguchi and data envelopment analysis. Journal of Food Measurement and Characterization 15, 2021, 1-11.
• Vildan Akdeniz, A. Sibel Akalın (2019): New approach for yoghurt and ice cream production: High-intensity ultrasound. Trends in Food Science & Technology, Volume 86, 2019. 392-398.
• Petzold, G. and Aguilera, J. M. (2009): Ice Morphology: Fundamentals and Technological Applications in Foods. Food Biophysics Vol.4, No. 4, 378-396.
• Dairy Processing Handbook. Published by Tetra Pak Processing Systems AB, S-221 86 Lund, Sweden. p.387.