Hielscher Ultraschalltechnik

Saft- und Smoothie-Homogenisierung mittels Leistungsultraschall

Die Herstellung von Säften, Smoothies und Getränken erfordern eine zuverlässige und effiziente Homogenisierung, um den gewünschten Geschmack und die gewünschte Textur sowie eine langfristige Stabilität zu erzielen. Ultraschall-Hochscherhomogenisatoren werden in der Lebensmittel- und Getränkeindustrie häufig zur Herstellung von Säften, Getränken, Pürees und Soßen von höchster Qualität eingesetzt. Als nicht-thermische Behandlung verhindert die Ultraschall-Hochscher-Homogenisierung die thermischen Zersetzung von Vitaminen und bioaktiven Verbindungen und erzeugt gleichzeitig eine hervorragende Stabilität und gleichmäßige Konsistenz.

Ultraschall-Hochscher-Homogenisierung von Säften, Smoothies und Getränken

Ultrasonic high-shear homogenization improves flavour, texture, nutritional profile, and smoothness.Durch Ultraschall verbesserte Stabilität – die Vermeidung von Phasentrennung und Sedimentation: Durch die Ultraschallhomogenisierung werden die Partikel in der Obst- und Gemüsepulpe einheitlich zerkleinert, wodurch eine hohe Stabilität erreicht, Sedimentation vermieden und eine gleichmäßige Konsistenz erzielt werden.
Ultraschallmodifikation der Saftviskosität und -textur: Obst und Gemüse wie z.B. Äpfel, Karotten, Orangen, Grapefruits, Zitronen und Tomaten sind reich an Pektinen. Pektine sind Polysaccharide, die als natürliche Stabilisatoren wirken. Ultraschall-Homogenisierer extrahieren die Pektine aus der Zellmatrix und geben sie in den Saft ab, wodurch die Viskosität und Stabilität erhöht wird. Ultraschall-Homogenisatoren eignen sich daher hervorragend, um natürliche Stabilisatoren wie Pektine auszunutzen.
Verbessertes Phytonährstoffprofil mittels Ultraschallextraktion: Ultraschall-Homogenisatoren brechen Zellmatrizen auf und fördern die Freisetzung von eingeschlossenen Molekülen wie Vitaminen, Antioxidantien, Polyphenolen und Flavonoiden in das Saftprodukt. Die Phytonährstoffe werden dadurch beim Verzehr bioverfügbarer und verwertbarer.
Intensiviertes Geschmacksprofil durch Beschallung: Ultraschall-Hochscher-Homogenisatoren setzen nicht nur Pektine, sondern auch Aromamoleküle, ätherische Öle, natürliche Zucker und Phytonährstoffe frei. (Für ein durch Ultraschall verbessertes Nährstoffprofil siehe auch Fallstudie unten). Die Ultraschallextraktion setzt bioaktive Moleküle wie Aromastoffe und Vitamine aus der Zellmatrix frei und macht sie dadurch für die Geschmacksnerven des Konsumenten verfügbar.
Verstärktes Farbprofil durch Ultraschall: Pflanzenpigmente sind ebenfalls in der Zellmatrix der Pflanze eingeschlossen. Ultraschall-Homogenisatoren setzen Pflanzenpigmente wie Carotinoide, Chlorophyll, Betalanine und Anthocyanine frei und reduzieren deren Partikelgröße. Die reduzierte Pigmentgrösse streut das Licht besser als grössere Partikel und verleiht dadurch Säften, Pürees und Saucen eine intensivierte Farbe.

Ultrasonic high-shear mixers are used to homogenize fruit and vegetable juices.

Ultraschall-Hochscher-Homogenisator mit Glas-Durchflusszelle für die Sonifizierung von Säften, Smoothies, Pürees und Saucen.

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Waeshalb Ultraschall-gestützte Safthomogenisierung?

  • Verbessertes Geschmacksprofil durch Extraktion
  • Erhöhte Saftausbeute
  • Höherer Mikronährstoffwert
  • Intensivierte Süße ohne zusätzlichen Zucker (US extrahiert den intrazellulären natürlichen Zucker und macht ihn dadurch für die Geschmacksknospen verfügbar)
  • Verbesserte Bioverfügbarkeit von Phytonährstoffen
  • Homogene Textur
  • Inaktivierung von Enzymen
  • mikrobielle Stabilisierung
  • Verbesserte Haltbarkeit

Safthomogenisierung mittels Ultraschall – Zahlreiche Vorteile

Ultraschall-Hochscherhomogenisatoren sind zuverlässig und effizient beim Mischen von Getränken wie Fruchtsäften, Nektaren, Gemüsesäften, Smoothies, Limonaden mit Fruchtanteil, aromatisierten Milchgetränken, Proteinshakes, Mischgetränken und mehr.
Bei der Saftgewinnung und -pressung kann Ultraschall die Saftausbeute erhöhen. Zum Beispiel erhöhte die Ultraschallbehandlung die Traubensaftausbeute um bis zu 3,4 %, während die Behandlungszeit um das Dreifache verkürzt wurde. Die Ultraschallbehandlung in Kombination mit einer enzymatischer Behandlung erhöhte die Saftausbeute um bis zu 2 % und verkürzte die Behandlungszeit im Vergleich zur herkömmlichen enzymatischen Behandlung um mehr als das Vierfache. Die stufenweise Anwendung von Ultraschall und enzymatischer Behandlung erhöhte die Saftausbeute um bis zu 7,3%. In ähnlicher Weise erhöhte die alleinige Ultraschallverarbeitung bei Ananassaft die Extraktionsausbeute bei Saft aus Ananasmaische um 10,8 %. Die Ultraschallbehandlung erhöhte auch den Gehalt an Zuckern, Gesamtsäuren, Phenolen und Vitamin C. (vgl. Baslar et al. 2015)
Die Herstellung von Getränken wie Säften, mit Saft gespritzten Limonaden und anderen Getränken erfordert eine zuverlässige Homogenisierung und Emulgierung für Stabilität, verbesserten Geschmack und Textur, ansprechende optische Erscheinung und verbesserte Funktionalität. So sorgt die Ultraschall-Homogenisierung beispielsweise für eine sehr hohe Stabilität, verhindert die Phasentrennung und verbessert Geschmack sowie Textur von Säften, Smoothies sowie milch- und proteinhaltigen Getränken. Darüber hinaus emulgieren Ultraschall-Hochscher-Homogenisatoren problemlos verschiedene Inhaltsstoffe, um klare Emulsionen herzustellen. Eine häufige Anwendung der Ultraschall-Emulgierung ist die Herstellung von mit Cannabis angereicherten Mineralwässern und anderen Getränken. Klare Getränke auf Mineralwasserbasis sowie andere Getränke können per Ultraschall mit Cannabinoiden (z.B. CBD, CBG, THC) angereichert werden. Um klare Emulsionen mit einer hohen Bioverfügbarkeit der Wirkstoffe zu erhalten, müssen die bioaktiven Verbindungen in Nanogrösse emulgiert werden. Die Ultraschall-Emulgierung ist die überlegene Technik zur Herstellung von Nano-Emulsionen mit klarer Erscheinung, aussergewöhnlich hoher Stabilität, Bioverfügbarkeit und Funktionalitäten. Daher wird die Ultraschall-Nanoemulgierung auch weitreichend für die Herstellung von Arzneimitteln und Nahrungsergänzungsmitteln (z.B. CBD-Tinkturen usw.) eingesetzt.
Zudem extrahieren Ultraschall-Homogenisatoren Aromamoleküle, bioaktive Verbindungen und Phyto-Nährstoffe und machen sie dadurch bioverfügbarer und biozugänglicher. Ultraschall-Homogenisatoren lösen auch Zucker, Sirupe oder Süßstoffe auf und dispergieren und hydratisieren Xanthan, Stärke und andere Zusatzstoffe, so dass langzeitstabile Suspensionen entstehen. Ein einem einzelnes Hielscher-Ultraschallgerät erfüllt all die verschiedenen Aufgaben des Homogenisieren, Nanoemulgierens, Extrahierend, Dispergierens, Lösen, Hydratisierens und Mischens und ist eine Bereicherung in der Saft- und Getränkeherstellung.

Ultrasonication improves the particle size, structure and smoothness of fruit juices and nectars such as apple juice and orange juice.

Effekte der Beschallung mit dem UP400S bei einer Amplitude von 100μm auf die Mikrostruktur von Apfelsaft.
Studie und Bild: Ertugay & Baslar, 2014

Fallstudie: Verbessertes Nährstoffprofil in sonifiziertem Orangensaft

Die Ultraschall-High-Shear-Homogenisierung ist eine nicht-thermische Methode der Lebensmittelkonservierung und -verarbeitung, welche den Vorteil hat, die Stabilisierung und Inaktivierung von Mikroorganismen in Fruchtsäften zu verbessern, ohne die üblichen unerwünschten Nebenwirkungen zu verursachen, die mit konventionellen Wärmebehandlungen verbunden sind. Guerrouj et al. (2016) untersuchten die Auswirkungen der Ultraschallbehandlung auf den Gesamtphenol- und Flavonoidgehalt sowie auf Carotinoide und Ascorbinsäure (Vitamin C) in Orangensaft unter Verwendung eines Hielscher Ultraschall-Homogenisators UP200S. Sie fanden einen signifikanten Anstieg des Gesamtphenolgehalts in den beschallten Orangensaftproben im Vergleich zu einer Kontrolle (siehe Tabelle unten). Dieser Anstieg betrug von 42,74 bis zu 69,45 mg GAE/100 ml bei einer Ultraschallbehandlung von 30 Minuten. Diese Ergebnisse zeigen eine signifikante Verbesserung der phenolischen Verbindungen durch die Ultraschallbehandlung.
Die Ergebnisse zur DPPH-Radikalfängeraktivität von Orangensaft sind ebenfalls in der untenstehenden Tabelle dargestellt. Beschallte Proben zeigten eine signifikante Zunahme der prozentualen DPPH-Hemmung im Vergleich zur Kontrolle, was auf einen höheren Gehalt an Antioxidantien hinweist. Die prozentuale Hemmung von DPPH betrug 37,48%, 35,70%, 34,70% und 35,21% in 1, 10, 20 und 30 Minuten beschallten Proben, jeweils im Vergleich zu den Kontrollproben (21,67%). Diese Ergebnisse sind deckungsgleich mit den Ergebnissen, die in beschalltem Kasturi-Limettensaft gefunden wurden (Bhat et al., 2011). Diese Ergebnisse weisen darauf hin, dass die Ultraschallbehandlung die Verfügbarkeit von antioxidativen Verbindungen verbessert.
Die Forscher der Studie kommen zu dem Schluss, dass die Ultraschallbehandlung von Orangensaft zu einer allgemeinen Verbesserung der bioaktiven Verbindungen wie Gesamtphenole, Flavonoide, Carotinoide, Anthocyane und Ascorbinsäure mit einer signifikanten Verringerung der Keimzahlen führte.

Ultrasonically stabilized orange juice shows increased stability and no sedimentation.

Links: unbehandelter Orangensaft; rechts: mit Ultraschall behandelter Orangensaft
Die Ultraschall-Hochscherhomogenisierung erzeugt stabilen Saft ohne Sedimentation


Der Orangensaft auf der linken Seite ist unbehandelt und zeigt deutliche Sedimentation; der Orangensaft auf der rechten Seite ist ultraschall-homogenisiert und hat eine homogene, stabile und glatte Textur.

Der Orangensaft auf der linken Seite ist unbehandelt und zeigt deutliche Sedimentation; der Orangensaft auf der rechten Seite ist ultraschall-homogenisiert und hat eine homogene, stabile und glatte Textur.


The study shows that sonication with the Hielscher UP200S improves the nutrient profile in orange juice.

Mittels Ultraschall verbesserter Gehalt an Gesamtphenolen, Gesamtflavonoiden, DPPH-Radikalfängeraktivität, Gesamtcarotinoiden und Ascorbinsäuregehalt in Orangensaft.
Studie und Tabelle: Guerrouj et al. 2016


Ultraschallsonotroden und Durchflusszellen für die Safthomogenisierung

Hielscher Ultrasonics ist ein langjährig erfahrener Hersteller von Hochleistungs-Ultraschall-Homogenisatoren, die weltweit in der industriellen Produktion von Frucht- und Gemüsesäften, Nektaren, Smoothies, Proteindrinks sowie für Pürees und Saucen eingesetzt werden. Die zuverlässige und effiziente Homogenisierung von Fruchtsäften, Getränken und Lebensmittelprodukten ist eine anspruchsvolle Anwendung, die Hochleistungs-Ultraschallysteme und -sonotroden erfordert, welche konstante Amplituden erzeugen und genügend Scherung liefern, um homogene Lebensmittel- und Getränkeprodukte zu produzieren. Alle Hielscher Ultraschallgeräte sind so konstruiert und gefertigt, dass sie rund um die Uhr unter Volllast betrieben werden können. Die Ultraschallprozessoren sind von kompakten 50 Watt-Labor-Ultraschallgeräten bis hin zu 16.000 Watt-Inline-Ultraschallsystemen erhältlich. Eine Vielzahl von Boosterhörnern, Sonotroden und Durchflusszellen ermöglichen den kundenspezifischen Aufbau eines Ultraschall-High-Shear-Homogenisators, der auf das Rohmaterial (z.B. Obst, Gemüse, andere Zutaten etc.) und die gewünschten Eigenschaften des Endproduktes optimal zugeschnitten ist.
Hielscher Ultrasonics stellt Hochleistungs-Ultraschallsonotroden her, die speziell so eingestellt werden können, dass sie das gesamte Spektrum von sehr milden bis sehr hohen Amplituden liefern. Wenn Ihre Homogenisierungsanwendung ungewöhnliche Spezifikationen erfordert (z.B. in Kombination mit erhöhten Drücken und/oder erhöhten Temperaturen), sind kundenspezifische Ultraschallsonotroden erhältlich. Die Robustheit der Ultraschallgeräte von Hielscher ermöglicht einen 24/7-Betrieb bei hoher Beanspruchung und in anspruchsvollen Umgebungen.

Ultraschall-Safthomogenisierung im Batch- und Inline-Modus

Hielscher Ultraschall-Hochscher-Homogenisatoren können für die Batch- und kontinuierliche Inline-Beschallung eingesetzt werden. Je nach Produktionsvolumen und Verarbeitungsgeschwindigkeit empfehlen wir Ihnen das am besten geeignete Ultraschallsystem.
Durch die Zuführung mehrerer Zuflussströme, welche unabhängig voneinander in das kontinuierliche Ultraschall-Homogenisiersystem dosiert werden können, ist die Inline-Homogenisierung mittels Ultraschall eine äußerst zeit- und arbeitseffiziente Methode, die sich äußerst gut für die Verarbeitung industrieller Mengen von Säften und Getränken eignet.

Ultraschallsonotroden und Durchflusszellen für jedes Volumen

Die Produktpalette von Hielscher Ultrasonics deckt das gesamte Spektrum der Ultraschallprozessoren ab - vom kompakten Labor-Ultraschallgerät über Benchtop- und Pilotsysteme bis hin zu vollindustriellen Ultraschallprozessoren mit der Kapazität zur Verarbeitung von LKW-Ladungen pro Stunde. Diese ausgereifte Produktpalette ermöglicht es uns, Ihnen das am besten geeignete Ultraschallsystem für Ihr Getränke- bzw. Lebensmittelprodukt, die vorgesehene Prozesskapazität und das Produktionsziel anzubieten.

Präzise kontrollierbare Amplituden für optimale Ergebnisse

Hielscher's industrial processors of the hdT series can be comfortable and user-friendly operated via browser remote control.Alle Hielscher Ultraschall-Homogenisatoren sind präzise steuerbare und damit zuverlässige Werkzeuge in der Produktion. Die Amplitude ist einer der entscheidenden Prozessparameter, welcher die Effizienz und Effektivität der sonomechanischen Effekte der Homogenisierung, Emulgierung, Extraktion, Hydrierung, der Löseprozesse und Konservierung beeinflussen. Alle Hielscher Ultraschall‘ Prozessoren ermöglichen die präzise Einstellung der Amplitude. Sonotroden und Booster-Hörner sind Zubehörteile, die es ermöglichen, die Amplitude in einem noch größeren Bereich zu verändern. Die industriellen Ultraschall-Hochscherhomogenisierer von Hielscher können sehr hohe Amplituden liefern und liefern die erforderliche Ultraschallintensität für anspruchsvolle Anwendungen. Amplituden von bis zu 200µm können problemlos im 24/7 Betrieb kontinuierlich betrieben werden.
Präzise Amplitudeneinstellungen und die permanente Überwachung der Ultraschall-Prozessparameter über eine intelligente Software geben Ihnen die Möglichkeit, Ihr Saft-, Getränke- oder Lebensmittelprodukt unter optimierten Bedingungen zu verarbeiten. Optimale Beschallung für eine überaus effiziente Safthomogenisierung!
Die Robustheit der Hielscher Ultraschallgeräte ermöglicht einen 24/7-Betrieb unter hoher Last und in anspruchsvollen Umgebungen. Das macht Hielscher Ultraschallgeräte zu einem zuverlässigen Arbeitsgerät, welches die & Anforderungen in der Getränkeherstellung problemlos erfüllt.

Höchste Qualität – entwickelt und hergestellt in Deutschland

Als familiengeführtes Unternehmen setzt Hielscher bei seinen Ultraschallprozessoren auf höchste Qualitätsstandards. Alle Ultraschallgeräte werden in unserem Hauptsitz in Teltow bei Berlin konstruiert, gefertigt und gründlich getestet. Die Robustheit und Zuverlässigkeit der Hielscher Ultraschallgeräte machen diese zu einem zuverlässigen Verarbeitungswerkzeug in Ihrer Produktion. Der 24/7-Betrieb unter Volllast und in anspruchsvollen Umgebungen ist ein natürliches Merkmal der Hielscher Ultraschall-High-Shear-Homogenisierer.

In der folgenden Tabelle finden Sie die ungefähre Verarbeitungskapazität unserer Ultraschallsysteme:

Batch-Volumen Durchfluss Empfohlenes Ultraschallgerät
1 bis 500ml 10 bis 200ml/min UP100H
10 bis 2000ml 20 bis 400ml/min UP200Ht, UP400St
0.1 bis 20l 0,2 bis 4l/min UIP2000hdT
10 bis 100l 2 bis 10l/min UIP4000hdT
n.a. 10 bis 100l/min UIP16000
n.a. größere Cluster aus UIP16000

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Hielscher Ultrasonics stellt leistungsstarke Ultraschall-Homogenisatoren für die Dispersion, Emulgierung und Zellenextraktion her.

Leistungsstarke Ultraschall-Homogenisatoren von Labor bis Pilot- und industrielle Maßstab.

Literatur / Literaturhinweise



Wissenswertes

Saft, Saftkonzentrat und Nektar

Saft ist ein Getränk, das durch Extraktion bzw. Pressen der in Obst und Gemüse enthaltenen natürlichen Flüssigkeit gewonnen wird. Es kann sich auch auf Flüssigkeiten beziehen, die durch ein Saftkonzentrat aromatisiert wurden. Saft wird üblicherweise als Getränk konsumiert, kann aber auch als Zutat oder Aromabestandteil in Lebensmitteln oder anderen Getränken verwendet werden, z.B. in Smoothies.
Saft wird unterschieden in 100% Saft, Saft aus Konzentrat und Nektar. 100% Saft ist Fruchtsaft, der zu 100% aus natürlichen Früchten und Gemüsen ohne Zusatz von Farbstoffen, Konservierungsstoffen oder Zucker hergestellt wird. Fruchtsaft kann jedoch auf unterschiedliche Weise zubereitet werden, d.h. aus frischem, nicht-konzentriertem Saft oder aus Saftkonzentrat. Bei Ersterem werden die Früchte direkt nach der Ernte gepresst und der Saft gelagert oder abgefüllt. Bei der zweiten Saftvariante "aus Konzentrat" wird der gepresste Saft konzentriert, indem dem frisch gepressten Saft durch eine Vakuumbehandlung Wasser entzogen wird. Dadurch erhält man ein sirupartiges Konzentrat, das volumenreduziert ist, was für den Transport des Saftproduktes günstig ist. Nach dem Transport des Saftkonzentrats an seinen Bestimmungsort wird es unter Zugabe von Wasser zu Fruchtsaft aufbereitet.
Der Begriff Nektar bezieht sich auf den Saft aus Früchten, die einen zu hohen Anteil Fruchtsäure oder Fruchtfleisch aufweisen und daher nicht als 100%iger Saft verzehrt werden können. Bananen, Mangos, Aprikosen, Pfirsiche oder Birnen sind Früchte, welche Nektar produzieren. Der Saft, der technisch gesehen ein Püree ist, wird mit Wasser verdünnt und gegebenenfalls mit Zucker versetzt, wodurch er eine trinkbare Konsistenz und einen angenehmen Geschmack erhält. Der Fruchtsaftgehalt in Nektar variiert je nach Fruchtgehalt und Herstellerrezeptur zwischen 25 und 99 %. Nektar kann zwar zugesetzten Zucker enthalten, enthält jedoch keine Farb- oder Konservierungsstoffe.
Andere Getränkeformen, welche Saftanteile enthalten, sind Limonaden und Milch mit Saftgeschmack, Smoothies und angereicherte Saftprodukte. Säfte können aus dem Extrakt einer einzigen Frucht oder eines einzigen Gemüses bestehen oder aus zwei bzw. mehreren Obst- und Gemüsequellen kombiniert werden. Zu den am meisten konsumierten Fruchtsäften zählen Orangen-, Apfel-, Cranberry- und Traubensaft. Andere beliebte Fruchtsäfte werden aus Ananas, Passionsfrucht, Grapefruit, Mango, Banane, Kirsche und Kiwi hergestellt.
Kommerziell hergestellte Gemüsesäfte werden meist aus einer Kombinationen von Karotten, roter Beete, Sellerie, Kürbis und Tomaten hergestellt. Die beiden letzteren handelt es sich zwar wissenschaftlich betrachtet um kein Gemüse, jedoch werden Tomaten und Kürbisse werden häufig in Gemüsesäften verarbeitet, um die Schmackhaftigkeit zu erhöhen. Andere beliebte Bestandteile von Gemüsesäften sind Petersilie, Löwenzahngrün, Grünkohl, Sellerie, Fenchel, Brokkoli und Gurken. Zudem können Zitrone, Knoblauch, Ingwer, Kurkuma und andere Gewürze hinzugefügt werden, um die zusätzliche gesundheitsfördernde Eigenschaften und interessante Geschmacksprofile zu schaffen.