Sonikering og dens mange anvendelser i fødevareforarbejdning

Effektultralyd giver mange muligheder for effektiv og pålidelig fødevareforarbejdning. De mest almindelige anvendelser i fødevareindustrien omfatter blanding og homogenisering, emulgering, dispergering, celledisruption og ekstraktion af intracellulært materiale, aktivering eller deaktivering af enzymer (hvilket afhænger af ultralydsintensiteten), konservering, stabilisering, opløsning og krystallisation, hydrogenering, mørning af kød, modning, ældning og oxidation samt afgasning og spraytørring.

Nedenfor præsenterer vi forskellige udvalgte anvendelser af Hielscher sonikatorer i fødevareforarbejdning. Klik på de relevante links for at få dybdegående oplysninger om den anvendelse, der interesserer dig!

Ekstraktion af smagsstoffer og bioaktive forbindelser med ultralyd

Ultralydsekstraktion anvendes i vid udstrækning i fødevareindustrien til effektivt at udvinde bioaktive forbindelser, smagsmolekyler og proteiner ved hjælp af ultralyd med høj intensitet, som forbedrer masseoverførslen og nedbryder cellestrukturer. De resulterende kavitationseffekter øger ekstraktionsudbyttet og -hastigheden, mens processen foregår ved lave temperaturer. Dette hjælper med at bevare følsomme forbindelser og muliggør ren, skalerbar forarbejdning uden aggressive opløsningsmidler.

Ultralydsekstraktion anvendes ofte til at ekstrahere bioaktive forbindelser. Fremtrædende eksempler på ultralydsekstraktion omfatter:

 

I denne præsentation introducerer vi fremstilling af planteekstrakter. Vi forklarer udfordringerne ved at fremstille planteekstrakter af høj kvalitet, og hvordan et ultralydsapparat kan hjælpe med at overvinde disse udfordringer. Præsentationen viser, hvordan ultralydsekstraktion fungerer. Her beskrives fordelene ved at bruge et ultralydsapparat til ekstraktion, og hvordan en ultralydsekstraktor kan integreres i produktionen af ekstrakter.

 

Ultralydsemulgering af saucer, dressinger og cremer

Ved at anvende sonikering på olie/vand-blandinger opnår kokke og fødevareforskere ultrafine, stabile emulsioner – uden overdreven varme eller syntetiske tilsætningsstoffer. Fra cremede saucer og fløjlsbløde vinaigretter til mælkefri cremer og delikate skum giver ultralydskavitation mulighed for præcis kontrol over dråbestørrelse og dispergering.
Læs mere om ultralydsfremstillede fødevareemulsioner!

Ultralydsfermentering af yoghurt

Yoghurt er et fermenteret mælkeprodukt, der kan fremstilles af mælk alene eller ved tilsætning af bakteriekulturer. Bifidobakteriestammer (f.eks. BB-12, BB-46, B breve) er almindelige probiotika, der anvendes til yoghurtfermentering. Ultralydskavitation, der påføres bakteriecellerne, kan medføre, at de ødelægges, og at β-galaktosidase samtidig frigives. β-galaktosidase er et hydrolaseenzym, der anvendes i stort omfang i mælkeforarbejdningsindustrien. Den ultralydsassisterede fermentering accelereres som følge af hurtigere laktosehydrolyse, der skyldes den ultralydsinducerede frigivelse af β-galaktosidase fra bifidobakteriecellerne.
Ultralydshomogeniseringen medfører nedbrydning af mælkefedtkuglerne og en meget fin størrelsesfordeling.
Sonikering kan øge fermenteringshastigheden (reduktion af den samlede produktionstid med op til 40%) og forbedre yoghurtens kvalitetsegenskaber, hvilket resulterer i højere viskositet, et stærkere koagulum og en bedre tekstur.

Ultralydshomogenisering af mælk

Mælk (f.eks. ko-, bøffel-, gede- eller kamelmælk) er en emulsion eller et kolloidalt system, der består af mælkefedtkugler i en vandbaseret væske, som indeholder opløste kulhydrater, proteiner og mineraler. Da fedt og vand har tendens til at skille sig i to faser, skal mælk homogeniseres for at opnå et ensartet produkt. Homogenisering betyder en ensartet fordeling af fedtmolekylerne i mælkevæsken. Ultralyd er en velkendt metode, der anvendes til forskellige formål i mejeriforarbejdning. Ultralydsbehandling af mælk resulterer i homogeniserede fedtkugler, som er ensartede og jævnt fordelt. Homogenisering med ultralyd med høj effekt er også effektiv til plantebaserede (veganske/ mælkefri) mælkeerstatninger såsom kokosmælk eller sojamælk.
Studiet af Sfakianakis og Tzia (2012) viser, at ultralydshomogenisering reducerer størrelsen af mælkefedtkugler (MFG). Mikroskopibillederne nedenfor viser sonikeringens virkninger på mælkefedtdråbernes størrelse. Lav amplitude (150W) havde ikke en tilfredsstillende homogeniseringseffekt (fig.2); MFG-størrelsen og deres fordeling svarede til ubehandlet mælk (sammenlign fig. 1 og 2). Ultralyd med middel amplitude (267,5, 375 W) havde en god homogeniseringseffekt; MFG’s gennemsnitlige diameter var 2 μm (fig. 3, 4). Ultralyd med højere amplitude (750W) reducerede MFG-størrelsen markant (fig. 6), så de knap nok var synlige i det optiske mikroskop (100x forstørrelse); deres gennemsnitlige diameter var 0,3 μm.

Chandrapala et al. (2012) undersøgte virkningen af sonikering på kasein og calcium. De påførte ultralydsbølger (20kHz) på prøver af frisk skummetmælk, rekonstitueret micellært kasein og kaseinpulver. De sonikerede prøverne, indtil mælkefedtkuglerne var reduceret til ca. 10nm. Analysen af den sonikerede mælk viser, at kaseinmicellernes størrelse er uændret. Der forekom også en lille stigning i opløseligt valleprotein og et tilsvarende fald i viskositeten inden for de første få minutters sonikering. Studiet fastslog, at kaseinmiceller er stabile under sonikering, og at koncentrationen af opløseligt calcium ikke påvirkes af ultralydsbehandlingen. [Chandrapala et al. 2012]

Ultralydskrystallisation af sukker til konfekture

Kontrolleret sonikering gør det muligt at igangsætte krystalsåning (dannelse af kim) og påvirke krystalvæksten. Under ultralydsbestråling dannes der mindre og dermed flere krystaller. Ultralyd understøtter krystallisationsprocessen på to måder: For det første er effektultralyd et meget effektivt redskab til at skabe en ensartet opløsning, som er udgangsmaterialet for krystallisation. I det andet trin understøtter ultralyd dannelsen af et stort antal kim. Mens ringe kimdannelse skaber et mindre antal store krystaller, danner effektiv kimdannelse en stor mængde små, fine krystaller. I det akustiske felt bliver det endda muligt at igangsætte kimdannelse i sukkerarter, der normalt har svært ved at krystallisere (f.eks. D-fruktose, sorbitol).
Ultralydsmodificering af krystallisation er interessant ved formulering af bolsjer, konfekture, smørepålæg, flødeis, flødeskum og chokolade.

Ultralydshydrogenering af spiselige olier

Hydrogenering af vegetabilske olier er en vigtig industriel proces i stor skala. Ved hydrogenering omdannes flydende vegetabilske olier til faste eller halvfaste fedtstoffer (f.eks. margarine). Kemisk omdannes de umættede fedtsyrer under den faseoverførselskatalyserede hydrogeneringsreaktion til deres tilsvarende mættede fedtsyrer ved tilføjelse af hydrogenatomer ved dobbeltbindingerne. Denne katalytiske proces kan accelereres ved sonikering med høj effekt. En almindeligt anvendt katalysator er nikkel. Hydrogenerede fedtstoffer anvendes i vid udstrækning som fedtstoffer, der giver en mør og sprød konsistens i bagværk. En fordel ved mættede fedtstoffer er deres lavere tendens til oxidation og dermed en lavere risiko for harskning.

Ultralydsbaseret flydendegørelse af honning

Ultralyd tilbyder en effektiv, ikke-termisk metode til at gøre krystaller i honning flydende og ødelægge gæren uden at påvirke honningens kvalitet.
Klik her for at læse mere!

Ultralydsstabilisering af juice og smoothies

Som en ikke-termisk fødevareforarbejdningsteknik giver ultralyd en skånsom, men effektiv behandling, der intensiverer smagen og stabiliserer og konserverer juice, smoothies, saucer og puréer. Resultaterne af ultralydsbehandling af juice omfatter forbedret smag, stabilisering og konservering.
Læs mere her om forbedring af juice og smoothies med ultralyd!
Læs mere om tomatforarbejdning med ultralyd!
Læs, hvordan sonikering konserverer jordbærjuice sødet med stevia og samtidig forbedrer næringsstofprofilen!

Ultralydsældning af vin og spiritus

Effektultralyd understøtter behandling af vin og spiritus med egetræ takket være dens effektive ekstraktionskapacitet og en betydeligt intensiveret masseoverførsel mellem trævævet og den alkoholiske drik.
Klik her for at læse mere om mulighederne for ultralydsbehandling af vin!
Fermenteringsprocessen for vin, most, øl og sake kan også fremskyndes betydeligt. Der er opnået accelerationer på 50% til 65%!
Klik her for at få flere oplysninger om ultralydsassisteret fermentering!

Ultralydsaccelereret frysning af flødeis

Til produktion af flødeis kræves en isblanding. Denne isblanding består af mælk, mælkepulver, fløde, smør eller vegetabilsk fedt, sukker, tørstof, emulgator, stabilisator samt tilsætningsstoffer såsom frugt, nødder, smagsstoffer og farvestoffer. Denne særlige blanding skal homogeniseres og pasteuriseres og derefter omrøres langsomt under fryseprocessen for at forhindre dannelsen af store iskrystaller. Derved blandes meget små luftbobler i (den såkaldte beluftningsproces), så flødeisen skummes op til en kold dessert med en glat tekstur. Det er i dette procestrin, at sonikering kan anvendes til at forbedre flødeisens kvalitet.
Under fryseprocessen dannes der krystaller af underafkølet vand. Iskrystallernes morfologi spiller en vigtig rolle for de teksturmæssige og fysiske egenskaber af frosne og halvfrosne fødevarer. Da iskrystallernes størrelse og fordeling har særlig betydning for kvaliteten af optøede vævsprodukter, foretrækkes mindre iskrystaller i flødeis, fordi store krystaller giver en iset tekstur. Kimdannelse er den vigtigste faktor til styring af krystallernes størrelsesfordeling under krystallisation. Derfor er frysehastigheden normalt den parameter, der bruges til at styre iskrystallernes størrelse og størrelsesfordeling i flødeis. Under piskning og frysning tilføres luft for at opnå flødeisens glatte tekstur. Det såkaldte “over-run”, mængden af tilført luft, afpasses – specifikt til den enkelte opskrift – i forhold til det samlede volumen af faste stoffer og vand. Derfor varierer over-run som følge af de forskellige isformuleringer og processtrømme. Standardflødeis har et over-run på 100%, hvilket betyder, at slutproduktet består af lige store volumener isblanding og luftbobler.
Brugen af Hielscher ultralydshomogenisatorer med høj effekt giver flødeis en bedre kvalitet ved at reducere iskrystallernes størrelse og forhindre belægningsdannelse på en fryseflade. En bedre konsistens og en mere cremet mundfølelse opnås takket være de mindre iskrystaller og den forbedrede fordeling af luftbobler. Betydeligt kortere frysetider fører til en højere proceskapacitet og en mere energieffektiv produktionsproces.

Ultralydsbeluftning af kagedej

Beluftede fødevarer såsom sukkerbrødskage kan forbedres betydeligt ved sonikering. Anvendelsen af effektultralyd under blandingen af kagedejen forbedrer sukkerbrødskagens kvalitet i form af lavere hårdhed samt større fjedringsevne, sammenhængskraft og restitutionsevne. Til forsøgene blev alle ingredienser blandet sammen efter “all-in”-metoden, hvilket betyder, at fuldkornsmel med lavt proteinindhold, emulgator, majsstivelse, sukker, bagepulver, salt og friske hele æg blev tilsat samtidig for at fremstille dejen. Før sonikering blev ingredienserne rørt ensartet sammen, så ultralyd blev påført en ensartet dejblanding. Den ultralydsbeluftede kage havde lavere hårdhed, gummiagtighed og tyggemodstand, mens kagens fjedringsevne, sammenhængskraft og restitutionsevne var lidt højere end kontrolkagens.

Ultralydskrystallisation og conchering af chokolade

Sonikering er velkendt for sin ekstraktionskapacitet. Kakaosmør kan frigøres fra kakaobønnens celler ved ultralydsformaling og -ekstraktion.
Ultralyd er en alternativ teknik til at nedbryde sukkerkrystallerne i chokolade og giver dermed lignende virkninger som conchering.

Ultralydsmørning af kød

Anvendelse af kraftige ultralydsbølger på kød medfører mørning af kødstrukturen. En betydelig mørning opnås ved frigivelse af myofibrillære proteiner fra muskelcellerne. Ud over mørningseffekten forbedrer ultralyd også kødets vandbindingsevne og sammenhængskraft.
Find flere oplysninger om mørning af kød med effektultralyd og sonikatoren MeatBuzzer her!

Sonikering i køkkener og barer

Ultralydsprocessorer til fødevarer har også fundet vej til gourmetkøkkenet. Hielscher sonikatorer anvendes af topkokke såsom kokken Sang-Hoon Degeimbre, der er hædret med to Michelin-stjerner.
Klik her, hvis du er interesseret i opskriften på hans berømte rejefond fremstillet med ultralyd!
Klik her for cocktailopskrifter med ultralyd!

 

Sonikatorer til kosher- og halal-fødevareforarbejdning

Hielscher Ultrasonics kan levere kosher- eller halal-certificering til sine sonikatorer efter anmodning. Det betyder, at sonikatorerne er fremstillet og forarbejdet i overensstemmelse med disse religiøse kostloves strenge retningslinjer. Kosher-certificering sikrer, at sonikatorerne er produceret uden nogen animalske biprodukter eller derivater, mens halal-certificering bekræfter, at sonikatorerne er håndteret på en måde, der er i overensstemmelse med islamiske kostprincipper.

Hvis du har brug for en kosher- eller halal-certificeret Hielscher sonikator, bedes du kontakte os, så sørger vi gerne for den nødvendige certificering.