Ultraschall in der Nahrungsmittelindustrie

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Wissenswertes

Wie funktioniert Ultraschall in der Lebensmittelverarbeitung?

Die Ultraschall-Lebensmittelverarbeitung ist eine etablierte Technologie, die für verschiedene Anwendungen in der Lebensmittelherstellung wie Mischen und Homogenisieren, Emulgieren, Extrahieren, Lösen, Entgasen & Entlüftung, Fleischzartmachung, Kristallisierung sowie Funktionalisierung und Modifikation von Zwischen- und Endprodukten etc. eingesetzt wird. Hielscher Ultraschall-Lebensmittelprozessoren werden seit Jahrzehnten in der Lebensmittelproduktion eingesetzt und sind entwickelt, um den Anforderungen der Industrie gerecht zu werden. Ultraschallprozessoren wenden physikalische Kräfte an, welche durch Leistungsultraschallwellen erzeugt werden, was zur Erzeugung von Kavitation führt.

Was ist akustische Kavitation?

Akustische Kavitation, auch bekannt als Ultraschallkavitation, ist das Wachstum und die Implosion winziger Vakuumblasen in einem Ultraschallfeld, welches in Flüssigkeiten oder Slurries erzeugt wird. Die Kavitationsblasen wachsen während der wechselnden Hochdruck-/Niederdruckzyklen, den jeweiligen Kompressions- und Rarefaktionphasen, an. Nach dem Wachstum über mehrere Druckzyklen erreicht die Vakuumblase einen Punkt, an dem sie keine weitere Energie aufnehmen kann, so dass die Blase während eines Hochdruckzyklus heftig implodiert. Bei der Blasenimplosion treten lokal extreme Bedingungen auf, darunter extreme Temperaturen von bis zu 5.000K mit sehr hohen Heiz- und Abkühlraten, Drücke von bis zu 2000atm und entsprechende Druckdifferenzen sowie Flüssigkeitsstrahlen mit bis zu 280m/s Geschwindigkeit. In diesen Kavitations- „hot spots“entstehen lokal extreme physikalische Bedingungen, welche das Mischen, Extrahieren und den erhöhtem Stoffaustausch bewirken.

Das Wirkprinzip der ultraschall-gestützten Lebensmittelverarbeitung basiert auf der akustischen Kavitation und ihren hydrodynamischen Scherkräften.