Ultrasonication og dens Manifold applikationer i Food Processing

Ultralydbehandling er en velkendt og pålidelig metode, når det kommer til udvinding af intracellulær materiale.
Klik her for at læse mere om ultralyd lysis & Udvinding og eksemplerne på ultralydsekstraktion af aktiv forbindelse fra safran og kaffe!

Yoghurt er et fermenteret mælkeprodukt, der kan produceres ved hjælp af mælk alene eller ved tilsætning af bakterielle kulturer. Bifidobacteria stammer (fx BB-12, BB-46, B breve) er almindelige probiotika anvendt til yoghurtgæring. Ultralydkavitation, der påføres bakteriecellerne, kan forårsage ødelæggelse og samtidig frigivelse af β-galactosidase. β-galactosidase er et hydrolase enzym, der er stærkt anvendt i mælkeindustrien. Den ultralydshjælpede fermentering accelereres på grund af en hurtigere laktoshydrolyse som følge af den ultralyd inducerede frigivelse af β-galactosidase fra bifidobakterierne.
Ultralydhomogeniseringen påvirker bruddet på mælkefedtkuglerne og en meget fin størrelsesfordeling.
Ultralyd kan øge fermentationshastigheden (reduktion af den totale produktionstid på op til 40%) og forbedre yoghurtens kvalitetsegenskaber, hvilket resulterer i højere viskositet, stærkere koagulum og overlegen tekstur.

Mælk (f.eks. ko-, bøffel-, gede- eller kamelmælk) er et emulsions- eller kolloidsystem, der består i smørfedtkugler i en vandbaseret væske, der indeholder opløste kulhydrater, proteiner og mineraler. Da fedt og vand har tendens til at adskille sig i to faser, skal mælken homogeniseres for at opnå et lige produkt. Homogenisering betyder en jævn fordeling af fedtmolekylerne i mælkevæsken. Ultralyd er en velkendt metode, der anvendes til forskellige anvendelser i mejeribehandling. Ultralydbehandling af mælk resulterer i homogeniserede fedtkugler, som er jævn og ensartet fordelt. Homogeniseringen ved højeffektultralyd er også effektiv til (vegansk/ mælkefri) mælk, der er afledt af planter som kokosmælk eller sojamælk.
Undersøgelsen af ​​Sfakianakis og Tzia (2012) viser, at ultralydshomogenisering reducerer størrelsen af ​​mælkefedtkugler (MFG). Lav amplitude (150W) havde ikke en tilfredsstillende homogeniseringseffekt (fig.2); MFG-størrelsen og deres fordeling lignede ubehandlet mælk (sammenlign fig. 1 og 2). Medium amplitude ultralyd (267,5, 375 W) havde en god homogeniseringseffekt; MFG gennemsnitlig diameter var 2 μm (figur 3, 4). Højere amplitude (750W) ultralyd reducerede MFG-størrelsen væsentligt (figur 6), hvilket gør dem næppe synlige ved det optiske mikroskop (100x forstørrelse); deres gennemsnitlige diameter størrelse var 0,3 μm.

Chandrapala et al. (2012) undersøgte effekten af ​​ultralyd på kasein og calcium. De anvendte ultralydbølger (20kHz) til prøver af frisk skummetmælk, rekonstitueret micellært kasein og kaseinpulver. De sonicerede prøverne, indtil mælkfedtkuglerne blev reduceret til ca. 10 nm. Analysen af ​​den sonikerede mælk viser, at størrelsen af ​​kaseinmikellerne er uændret. En lille stigning i opløseligt valleprotein og et tilsvarende fald i viskositeten forekom også inden for de første par minutter af sonikering. Undersøgelsen var fastslået, at caseinmikeller er stabile under sonikering, og den opløselige calciumkoncentration påvirkes ikke af ultralydsbehandlingen. [Chandrapala et al. 2012]

Kontrolleret lydbehandling muliggør initiering af krystalsåningen (dannelse af kerner) og påvirkning af krystalvæksten. Under ultralydsbestråling dannes der mindre og derved flere krystaller. Ultrasonic hjælper krystallisationsprocessen på to måder: For det første er ultralyd strøm et meget effektivt redskab til at skabe en jævn løsning, som er udgangsstoffet til krystallisering. I anden fase understøtter ultralyd dannelsen af ​​et stort antal kerner. Selvom dårlig kernedannelse skaber et lavere antal store krystaller, danner effektiv kernedannelse en stor mængde små fin-størrelse krystaller. I det akustiske felt bliver det endda muligt at initiere kernen af ​​sukkerarter, der normalt er modstandsdygtige mod krystallisering (fx D-fructose, sorbitol).
Ultralydsmodifikationen af ​​krystallisation er interessant for formulering af slik, konfekture, spreads, is, flødeskum og chokolade.

Hydrogeneringen af ​​vegetabilske olier er en vigtig industriel storskaleproces. Ved hydrogenering omdannes flydende vegetabilske olier til faste eller halvfaste fedtstoffer (fx margarin). Kemisk omdannes de umættede fedtsyrer under faseoverførselskatalyseret reaktion af hydrogenering i deres tilsvarende mættede fedtsyrer ved at tilføje hydrogenatomer ved dobbeltbindingerne. Denne katalytiske proces kan accelereres med ultralyd med høj effekt. En almindeligt anvendt katalysator er nikkel. Hydrogenerede fedtstoffer anvendes i vid udstrækning som forkortningsmidler i bageriprodukter. En fordel ved mættede fedtstoffer er deres lavere tendens til oxidation og derved en lavere risiko for rancitet.

Ultralyd tilbyder en effektiv metode, krystaller i honning til at flydende og ødelægge gæren uden at påvirke kvaliteten af ​​honning.
Klik her for at lære mere!

Som en ikke-termisk fødevareprocessteknik giver ultralyd en mild, men effektiv behandling, som intensiverer smag og stabiliserer og bevarer juicer og pureer. Resultaterne af ultralydjuicebehandlinger omfatter forbedrede smag, stabilisering og bevaring.
Læs mere her om ultralydsforbedring af saft & Smoothies!

Effekt ultralyd hjælper oaking af vin og spiritus på grund af sin effektive udvindingskapacitet og væsentligt intensiveret masseoverførsel mellem trævæv og alkoholholdige drikkevarer.
Klik her for at lære mere om mulighederne for ultralydvinbehandling!
Gæringsprocessen af ​​vin, må, øl og skyld kan øges væsentligt også. Accelerationshastigheder på 50% til 65% er opnået!
For at få flere oplysninger om ultralydsassisteret fermentering, klik venligst her!

Til isproduktion kræves en isblanding. Denne isblanding består af mælk, mælkepulver, fløde, smør eller vegetabilsk fedt, sukker, tørmasse, emulgator, stabilisator samt tilsætningsstoffer som frugt, nødder, smag og farvning. Denne særlige blanding skal homogeniseres og pasteuriseres, så omrøres den langsomt under fryseprocessen for at forhindre dannelsen af ​​stor iskrystal. Derved blandes meget små luftbobler i (såkaldt beluftningsproces) for at skumme isen og opnå en smidigt tekstureret kold dessert. Dette er processtrinnet, hvor ultralydbehandling kan anvendes til at forbedre isens kvalitet.
Under fryseprocessen dannes krystaller fra superkølet vand. Iskrystals morfologi spiller en vigtig rolle for de frosne og halvfrosne fødevares teksturelle og fysiske egenskaber. Da iskrystals størrelse og fordeling er af særlig betydning for kvaliteten af ​​optøede vævsprodukter, for is, foretrækkes mindre iskrystaller, fordi store krystaller resulterer i en iset konsistens. Nukleation er den vigtigste faktor til styring af krystalstørrelsesfordelingen under krystallisering. Derved er frysehastigheden sædvanligvis den parameter, der anvendes til at styre størrelsen og størrelsesfordelingen af ​​iskrystallerne i is. Under piskning og frysning indsprøjtes luft for at opnå glat tekstur af is. Den såkaldte "over-run", mængden af ​​injiceret luft, er proportioneret - specifikt til den særlige opskrift - proportional med det samlede volumen af ​​faste stoffer og vand. Således varierer overkørslen på grund af de forskellige isformuleringer og forarbejdningstrømmene. Standardis viser en overkørsel på 100%, hvilket betyder, at slutproduktet består af et lige stort antal isblandinger og luftbobler.
Brugen af ​​Hielscher's ultralydsenheder med høj effekt giver en bedre kvalitet af is ved at reducere iskrystallens størrelse og undgå inkrusting af en frysende overflade. En bedre konsistens og en mere cremet mundfølelse opnås på grund af den reducerede iskrystalstørrelse og den forbedrede luftboblefordeling. Signifikant kortere frysetider fører til en højere proceskapacitet og en mere energieffektiv produktionsproces.

Luftede fødevarer, såsom svampekage, kan forbedres signifikant ved sonikering. Anvendelsen af ​​effekt ultralyd under batterblandingen forbedrer kvaliteten af ​​svampekage med hensyn til lavere hårdhed og højere kagefjedrende, sammenhængskraft og modstandsdygtighed. Til prøverne er alle ingredienser blevet blandet sammen i overensstemmelse med "all-in" -metoden, hvilket betyder, at lavprotein hele mel, emulgator, majsstivelse, sukker, bagepulver, salt og friske hele æg er blevet tilsat samtidig for at formulere smeten. Før lydbehandling er ingredienserne blevet omrørt jævnt sammen, så ultralyd påføres på en jævn batterblanding. Den ultralydbeluftede kage viste en lavere hårdhed, lavere gumminess og lavere chewiness, mens kagefjedring, sammenhængskraft og modstandsdygtighed var lidt højere end kontrolkagen.

Sonikering er velkendt for dets ekstraktionskapacitet. Fra kakaobønnen kan kakaosmør frigives fra cellerne ved ultralydsmaling og ekstraktion.
Ultralyd er en alternativ teknik til at bryde sukkerkrystallerne i chokolade og giver derved lignende effekter som conching.

Anvendelsen af ​​magtfulde ultralydbølger til kød resulterer i ømningen ofte i kødstrukturen. En signifikant tenderering opnås ved frigivelsen af ​​myofibrillar proteiner fra muskelcellerne. Udover tenderiseringseffekten forbedrer ultralyd også vandbindende kapacitet og kohærens evne til kød.

Ultralydsmataprocessorer har også fundet vej til gourmetkøkkenet. Hielscher's ultralydapparater bruges af premium-kokken, som de to Michelin-stjerne-tildelte kok Sang-Hoon Degeimbre.
Klik her, hvis du er interesseret i opskriften på hans berømte ultralydsrejerlager!

• Chandrapala, Jayani et al. (2012): Effekten af ​​ultralyd på kaseinmikelle integritet. Journal of Dairy Science 95/12, 2012. 6882-6890.
• Chandrapala, Jayani et al. (2011): Effekter af ultralyd på de termiske og strukturelle egenskaber hos proteiner i rekonstitueret valleproteinkoncentrat. Ultrasonics Sonochemistry 18/5, 2011. 951-957.
• Dairy Processing Handbook. Udgivet af Tetra Pak Processing Systems AB, S-221 86 Lund, Sverige. 387.
• Feng, Hao; Barbosa-Cánovas, Gustavo V .; Weiss, Jochen (2010): Ultralydteknologier til mad og bioprocessering. New York: Springer, 2010.
• Huang, BX; Zhou, WB (2009): Ultralydstøttet Yoghurt Fermentation med Probiotika. NUROP Congress, Singapore, 2009.
• Keshava Prakash, MN; Ramana, KVR (2003): Ultralyd og dens anvendelse i fødevareindustrien. J. Food Sci Technol. 40/6, 2003. 563-570.
• Mortazavi, A .; Tabatabaie, F. (2008): Undersøgelse af isfryseproces efter behandling med ultralyd. World Applied Science Journal 4, 2008. 188-190.
• Petzold, G. og Aguilera, JM (2009): Ismorfologi: Fundamentals and Technological Applications in Foods. Food Biofysics Vol.4, No. 4, 378-396.
• Sfakianakis, Panagiotis; Tzia, Constantina (2011): Yoghurt fra ultralydsbehandlet mælk: Overvågning af gæringsprocessen og vurdering af produktkvalitetsegenskaber. ICEF 2011.