Homogenisierung von Säften und Smoothies mit Leistungsultraschall

Säfte, Smoothies und Getränke erfordern eine zuverlässige und effiziente Homogenisierung, um einen angenehmen Geschmack und eine ansprechende Textur sowie langfristige Stabilität zu gewährleisten. Ultraschallhomogenisatoren mit hoher Scherwirkung werden in der Lebensmittel- und Getränkeindustrie häufig eingesetzt, um Säfte, Getränke, Pürees und Saucen von höchster Qualität herzustellen. Als nichtthermische Behandlung verhindert die Ultraschallhomogenisierung mit hoher Scherwirkung den thermischen Abbau von Vitaminen und bioaktiven Verbindungen und sorgt gleichzeitig für hervorragende Stabilität und eine geschmeidige Konsistenz.

Ultraschallhomogenisierung mit hoher Scherwirkung für Säfte, Smoothies und Getränke

Verbesserte Stabilität durch Ultraschall – Vermeidung von Phasentrennung und Sedimentation: Das Fruchtfleisch von Obst und Gemüse wird in kleine Partikel zerkleinert. Dadurch wird eine hohe Stabilität erreicht, Sedimentation vermieden und eine geschmeidige Textur erzielt.
Veränderung der Saftviskosität und -textur durch Ultraschall: Obst und Gemüse wie Äpfel, Karotten, Orangen, Grapefruits, Zitronen und Tomaten sind reich an Pektinen. Pektine sind Polysaccharide, die als natürliche Stabilisatoren wirken. Ultraschallhomogenisatoren extrahieren die Pektine aus der Zellmatrix und geben sie in den Saft ab, wodurch Viskosität und Stabilität erhöht werden. Ultraschallhomogenisatoren eignen sich daher hervorragend zur Nutzung natürlicher Stabilisatoren wie Pektine.
Verbessertes Profil sekundärer Pflanzenstoffe durch Ultraschallextraktion: Ultraschallhomogenisatoren brechen Zellmatrizen auf und fördern die Freisetzung eingeschlossener Moleküle wie Vitamine, Antioxidantien, Polyphenole und Flavonoide in den Saft. Dadurch sind die sekundären Pflanzenstoffe beim Verzehr besser bioverfügbar und biozugänglich.
Intensiveres Geschmacksprofil durch Beschallung: Ultraschallhomogenisatoren mit hoher Scherwirkung setzen nicht nur Pektine frei, sondern auch Aromamoleküle, ätherische Öle, natürliche Zucker und sekundäre Pflanzenstoffe. (Zum durch Ultraschall verbesserten Nährstoffprofil siehe die nachfolgende Fallstudie.) Die Ultraschallextraktion setzt bioaktive Moleküle wie Aromastoffe und Vitamine aus der Zellmatrix frei und macht sie dadurch für die Geschmacksknospen der Verbraucher zugänglich.
Intensiveres Farbprofil durch Beschallung: Pflanzenpigmente sind ebenfalls in der Zellmatrix der Pflanze enthalten. Ultraschallhomogenisatoren setzen Pflanzenpigmente wie Carotinoide, Chlorophyll, Betalanine und Anthocyane frei und verringern ihre Partikelgröße. Die verkleinerten Pigmentpartikel streuen das Licht besser als größere Partikel und bewirken dadurch eine intensivere Farbe des Safts, Pürees oder der Sauce.

Safthomogenisierung mit Ultraschall – vielfältige Vorteile

Ultraschallhomogenisatoren mit hoher Scherwirkung eignen sich zum zuverlässigen und effizienten Mischen von Getränken wie Fruchtsäften, Nektaren, Gemüsesäften, Smoothies, Limonaden mit Fruchtzusatz, aromatisierten Milchgetränken, Proteinshakes, Getränken mit zugesetzten Inhaltsstoffen und vielem mehr.
Bei der Saftgewinnung und beim Pressen kann die Ultraschallbehandlung die Saftausbeute erhöhen. Beispielsweise steigerte eine Ultraschallbehandlung die Traubensaftausbeute um bis zu 3,4 % und verkürzte gleichzeitig die Behandlungszeit auf ein Drittel. Auch die Kombination von Ultraschall mit einer enzymatischen Behandlung erhöhte die Saftausbeute um bis zu 2 % und verkürzte die Behandlungszeit im Vergleich zur herkömmlichen enzymatischen Behandlung auf weniger als ein Viertel. Die aufeinanderfolgende Anwendung von Ultraschall und enzymatischer Behandlung erhöhte die Saftausbeute um bis zu 7,3 %. Ebenso erhöhte bei Ananassaft die alleinige Ultraschallbehandlung die Extraktionsausbeute aus Ananasmaische um 10,8 %. Die Ultraschallbehandlung erhöhte außerdem den Gehalt an Zuckern, Gesamtsäuren, phenolischen Verbindungen und Vitamin C. (Vgl. Baslar et al. 2015)
Die Herstellung von Getränken wie Säften, Limonaden mit Saftzusatz und anderen Getränken erfordert eine zuverlässige Homogenisierung und Emulgierung, um Stabilität, verbesserten Geschmack und verbesserte Textur, ein ansprechendes Erscheinungsbild sowie verbesserte funktionelle Eigenschaften zu erzielen. Beispielsweise sorgt die Ultraschallhomogenisierung für außergewöhnliche Stabilität, verhindert Phasentrennung und verbessert Geschmack und Textur von Säften, Smoothies sowie Getränken auf Milch- und Proteinbasis. Darüber hinaus emulgieren Ultraschallhomogenisatoren mit hoher Scherwirkung mühelos verschiedene Zutaten zu klaren Emulsionen. Eine häufige Anwendung der Ultraschallemulgierung ist die Herstellung von Wasser und Getränken mit Cannabiszusatz. Klare Getränke auf Wasserbasis und andere Getränke können mithilfe von Ultraschall mit stabilen Cannabinoiden versetzt werden (z. B. CBD, CBG, THC). Um klare Emulsionen mit einer hohen Bioverfügbarkeit der Wirkstoffe zu erhalten, müssen die bioaktiven Verbindungen im Nanomaßstab emulgiert werden. Die Ultraschallemulgierung ist die überlegene Technik zur Herstellung von Nanoemulsionen mit klarem Erscheinungsbild, außergewöhnlicher Stabilität, Bioverfügbarkeit und funktionellen Eigenschaften. Daher wird die Ultraschall-Nanoemulgierung häufig bei der Herstellung von Arzneimitteln und Nahrungsergänzungsmitteln eingesetzt (z. B. CBD-Tinkturen usw.).
Gleichzeitig extrahieren Ultraschallhomogenisatoren Aromamoleküle, bioaktive Verbindungen und sekundäre Pflanzenstoffe und machen sie besser bioverfügbar und biozugänglich. Ultraschallhomogenisatoren lösen aber auch Zucker, Sirupe oder Süßungsmittel und dispergieren und hydratisieren Gummen, Stärken und andere Zusatzstoffe zu langfristig stabilen Suspensionen. Ein einziges Ultraschallgerät von Hielscher erfüllt in Ihrer Saft- und Getränkeherstellung die vielfältigen Aufgaben der Homogenisierung, Nanoemulgierung, Extraktion, Dispergierung, Auflösung, Hydratisierung und Mischung.

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

Fallstudie: Verbessertes Nährstoffprofil in ultraschallbehandeltem Orangensaft

Die Ultraschallhomogenisierung mit hoher Scherwirkung ist ein nichtthermisches Verfahren zur Haltbarmachung und Verarbeitung von Lebensmitteln. Es bietet den Vorteil, die Stabilisierung zu verbessern und Mikroorganismen in Fruchtsäften zu inaktivieren, ohne die üblichen unerwünschten Nebenwirkungen herkömmlicher Wärmebehandlungen hervorzurufen. Guerrouj et al. (2016) untersuchten mit einem Homogenisator des Typs UP200S von Hielscher Ultrasonics die Auswirkungen der Ultraschallbehandlung auf den Gesamtphenol- und Flavonoidgehalt sowie auf Carotinoide und Ascorbinsäure (Vitamin C) in Orangensaft. Sie stellten in den beschallten Orangensaftproben im Vergleich zu einer Kontrollprobe einen signifikanten Anstieg des Gesamtphenolgehalts fest (siehe nachfolgende Tabelle). Bei einer Ultraschallbehandlung von 30 min stieg dieser Gehalt von 42,74 auf bis zu 69,45mg GAE/100 ml. Diese Ergebnisse zeigen eine signifikante Erhöhung des Gehalts an phenolischen Verbindungen durch die Beschallung.
Die Ergebnisse zur DPPH-Radikalfängeraktivität von Orangensaft sind ebenfalls in der nachfolgenden Tabelle dargestellt. Beschallte Proben zeigten im Vergleich zur Kontrollprobe einen signifikanten Anstieg der prozentualen DPPH-Hemmung, was auf einen höheren Gehalt an Antioxidantien hinweist. Die prozentuale DPPH-Hemmung betrug 37,48%, 35,70%, 34,70% und 35,21% bei Proben, die jeweils 1, 10, 20 und 30 min beschallt wurden, gegenüber 21,67% bei den Kontrollproben. Diese Befunde stimmen mit den Ergebnissen für beschallten Kasturi-Limettensaft überein (Bhat et al., 2011). Die Ergebnisse zeigen, dass die Ultraschallbehandlung die Extrahierbarkeit antioxidativer Verbindungen verbessert.
Die Forschenden kommen zu dem Schluss, dass die Ultraschallbehandlung von Orangensaft zu einer allgemeinen Erhöhung des Gehalts an bioaktiven Verbindungen wie Gesamtphenolen, Flavonoiden, Carotinoiden, Anthocyanen und Ascorbinsäure führte und zugleich die Keimzahlen signifikant verringerte.

Sonotroden und Durchflusszellen zur Safthomogenisierung

Hielscher Ultrasonics ist ein Hersteller mit langjähriger Erfahrung in der Fertigung leistungsstarker Ultraschallhomogenisatoren, die weltweit zur industriellen Herstellung von Obst- und Gemüsesäften, Nektaren, Smoothies und Proteingetränken sowie Pürees und Saucen eingesetzt werden. Die zuverlässige und effiziente Homogenisierung von Fruchtsäften, Getränken und Lebensmitteln ist eine anspruchsvolle Anwendung. Sie erfordert leistungsstarke Sonotroden, die konstante Amplituden erzeugen und eine ausreichende Scherwirkung liefern, um homogene Lebensmittel und Getränke zu erhalten. Alle Ultraschallgeräte von Hielscher sind für den 24/7-Betrieb unter Volllast konzipiert und gefertigt. Ultraschallprozessoren sind von kompakten Laborgeräten mit 50 Watt bis hin zu leistungsstarken Inline-Ultraschallsystemen mit 16.000 Watt erhältlich. Eine große Auswahl an Amplitudenverstärkern, Sonotroden und Durchflusszellen ermöglicht die individuelle Konfiguration eines Ultraschallhomogenisators mit hoher Scherwirkung entsprechend dem Ausgangsmaterial (z. B. Obst, Gemüse, weitere Zutaten usw.) und den gewünschten Eigenschaften des Endprodukts.
Hielscher Ultrasonics fertigt leistungsstarke Sonotroden, die gezielt auf das gesamte Spektrum von sehr niedrigen bis sehr hohen Amplituden eingestellt werden können. Falls Ihre Homogenisierungsanwendung besondere Spezifikationen erfordert (z. B. eine Kombination mit erhöhten Drücken und/oder erhöhten Temperaturen), sind maßgeschneiderte Ultraschallsonotroden erhältlich. Die Robustheit der Ultraschallgeräte von Hielscher ermöglicht den 24/7-Betrieb bei hoher Beanspruchung und unter anspruchsvollen Umgebungsbedingungen.

Safthomogenisierung mit Ultraschall im Chargen- und Inline-Betrieb

Die Ultraschallhomogenisatoren mit hoher Scherwirkung von Hielscher können sowohl zur chargenweisen als auch zur kontinuierlichen Inline-Beschallung eingesetzt werden. Abhängig von Getränkevolumen und Verarbeitungsgeschwindigkeit empfehlen wir Ihnen die am besten geeignete Ultraschallkonfiguration.
Die Zuführung mehrerer Zulaufströme, die unabhängig voneinander in das kontinuierliche Ultraschallhomogenisierungssystem dosiert werden können, macht die Inline-Homogenisierung durch Ultraschallbehandlung mit hoher Scherwirkung besonders zeit- und arbeitssparend sowie komfortabel und ermöglicht die Verarbeitung von Säften und Getränken in industriellen Mengen.

Sonotroden und Durchflusszellen für jedes Volumen

Das Produktsortiment von Hielscher Ultrasonics deckt das gesamte Spektrum an Ultraschallprozessoren ab: von kompakten Laborgeräten über Tisch- und Pilotanlagen bis hin zu vollständig industriellen Ultraschallprozessoren, die Lkw-Ladungen pro Stunde verarbeiten können. Dank dieses umfassenden Sortiments können wir Ihnen die am besten geeignete Ultraschallausrüstung für Ihr Getränke- oder Lebensmittelprodukt, Ihre geplante Verarbeitungskapazität und Ihre Produktionsziele anbieten.

Präzise steuerbare Amplituden für optimale Ergebnisse

Alle Ultraschallhomogenisatoren von Hielscher sind präzise steuerbar und damit zuverlässige Arbeitsgeräte. Die Amplitude ist einer der entscheidenden Prozessparameter, die die Effizienz und Wirksamkeit sonomechanischer Effekte wie Homogenisierung, Emulgierung, Extraktion, Hydratisierung, Auflösung und Haltbarmachung beeinflussen. Alle Prozessoren von Hielscher Ultrasonics ermöglichen eine präzise Einstellung der Amplitude. Sonotroden und Amplitudenverstärker sind Zubehörteile, mit denen sich die Amplitude in einem noch größeren Bereich verändern lässt. Die industriellen Ultraschallhomogenisatoren mit hoher Scherwirkung von Hielscher können sehr hohe Amplituden erzeugen und die für anspruchsvolle Anwendungen erforderliche Ultraschallintensität bereitstellen. Amplituden von bis zu 200µm lassen sich problemlos dauerhaft im 24/7-Betrieb einsetzen.
Präzise Amplitudeneinstellungen und die kontinuierliche Überwachung der Ultraschallprozessparameter durch intelligente Software ermöglichen es Ihnen, Ihren Saft, Ihr Getränk oder Ihr Lebensmittelprodukt unter optimierten Bedingungen zu verarbeiten. Optimale Beschallung für eine höchst effiziente Safthomogenisierung!

Ultraschallgeräte von Hielscher werden häufig zur Homogenisierung von Getränken eingesetzt, beispielsweise für

• Säfte
• Smoothies
• Obst- und Gemüsepürees
• Fruchtmilchgetränke
• Kombuchas

Die Robustheit der Ultraschallgeräte von Hielscher ermöglicht den 24/7-Betrieb bei hoher Beanspruchung und unter anspruchsvollen Umgebungsbedingungen. Damit sind Ultraschallgeräte von Hielscher zuverlässige Arbeitsmittel, die Ihre Anforderungen an die Lebensmittel- und Getränkeherstellung erfüllen.

Höchste Qualität – entwickelt und gefertigt in Deutschland

Als familiengeführtes Unternehmen in Familienbesitz legt Hielscher bei seinen Ultraschallprozessoren größten Wert auf höchste Qualitätsstandards. Alle Ultraschallgeräte werden an unserem Hauptsitz in Teltow bei Berlin, Deutschland, entwickelt, gefertigt und gründlich geprüft. Robustheit und Zuverlässigkeit machen die Ultraschallgeräte von Hielscher zu leistungsfähigen Arbeitsgeräten in Ihrer Produktion. Der 24/7-Betrieb unter Volllast und unter anspruchsvollen Umgebungsbedingungen ist eine selbstverständliche Eigenschaft der Ultraschallhomogenisatoren mit hoher Scherwirkung von Hielscher.

Die nachfolgende Tabelle gibt Ihnen einen Überblick über die ungefähre Verarbeitungskapazität unserer Ultraschallgeräte: