Leistungsultraschall zur Verbesserung von Säften und Smoothies

Forschende der Technischen Universität Berlin haben festgestellt, dass die Ultraschallbehandlung ein sehr wirksames Verfahren zur Verbesserung von Obst- und Gemüsesäften sowie Smoothies ist. Als nichtthermisches Verfahren der Lebensmittelverarbeitung ermöglicht Ultraschall eine schonende, aber wirksame Behandlung, die den Geschmack intensiviert und Säfte sowie Pürees stabilisiert und haltbar macht. Zu den Ergebnissen der Ultraschallbehandlung von Säften gehören ein verbesserter Geschmack, Stabilisierung und Haltbarmachung.

Die Anwendung von Ultraschall in der Lebensmittelproduktion ist ein Bereich, der bei Lebensmittelherstellern auf wachsendes Interesse stößt. Im Gegensatz zu Ultraschall geringer Intensität (Intensitäten unter 1 W/cm²), der für zerstörungsfreie Prüfungen und bildgebende Verfahren eingesetzt werden kann, bewirkt Leistungsultraschall (Intensitäten über 5 W/cm²) Materialveränderungen und kann zur Verbesserung vielfältiger Prozesse in der Lebensmittelindustrie eingesetzt werden. Ultraschallwellen sind Kompressionswellen, die mechanisch mit dem beschallten Produkt wechselwirken. Zyklische Verdichtungen und Verdünnungen können die Zellstruktur beeinflussen. Bei hohen Druckamplituden verursacht Leistungsultraschall Kavitation, also das Wachstum und die Implosion von Gasblasen. Diese geht mit Druck- und Temperaturspitzen einher und homogenisiert und stabilisiert disperse Systeme. Hielscher Ultrasonics und Forschende des Fachgebiets Lebensmittelbiotechnologie und Lebensmittelprozesstechnik der Technischen Universität Berlin untersuchten die positiven Auswirkungen von Ultraschall auf die Qualität, Stabilität und den Geschmack von Smoothies – gemischten und gekühlten Getränken aus Obst- und Gemüsesäften sowie Pürees.

Obwohl es keine gesetzliche Vorgabe gibt, die die Zutaten von Smoothies auf reine Obst- und Gemüseprodukte beschränkt, möchten Hersteller sie als gesunde und hochwertige Produkte auf den Markt bringen. Daher wird angestrebt, sie ohne Zusatz von Stabilisatoren, Geschmacksverstärkern oder Farbstoffen herzustellen. Die Säfte und Pürees weisen jedoch häufig einen hohen Fruchtfleischanteil auf. Deshalb neigen sie zur Phasentrennung, wodurch das Produkt weniger ansprechend aussieht. Aus diesem Grund enthalten die meisten derzeit erhältlichen Smoothies Banane als Hauptzutat, die durch eine Erhöhung der Viskosität die Phasentrennung verringert.

 
Ultraschall kann eingesetzt werden, um Fruchtfleischpartikel zu zerkleinern und die Partikelgrößenverteilung zu beeinflussen. Eine geringere Partikelgröße führt zu einer niedrigeren Sinkgeschwindigkeit und damit zu einer verringerten Sedimentation und einer verbesserten Lagerstabilität. Darüber hinaus kann diese Zerkleinerung der Partikel zu einer verstärkten Freisetzung von Geschmackskomponenten, Farbpigmenten und Zellbestandteilen wie Zucker oder flüchtigen Aromaverbindungen in den Saft führen. Das Ergebnis ist eine Verbesserung der Farbintensität, der Süße und des Aromaeindrucks. Zudem beeinflusst die geringere Partikelgröße das Mundgefühl und sorgt für einen geschmeidigeren Gesamteindruck.
Um eine bestimmte Haltbarkeit von Smoothies zu gewährleisten, müssen die Mischungen pasteurisiert werden. Wärmebehandlungen wirken sich jedoch immer auf die Produktqualität, die Farbe und den Frischeeindruck aus. Daher ist die Senkung der Verarbeitungstemperaturen einer der zentralen Schwerpunkte in der Lebensmittelindustrie. Ultraschall wirkt synergistisch auf die Inaktivierung von Mikroorganismen und Enzymen, wenn er mit Wärme kombiniert wird, was als Thermosonikation bezeichnet wird, oder mit erhöhtem Druck, was als Manosonikation bezeichnet wird. Positive Ergebnisse sind außerdem für die Kombination aller drei Parameter bekannt, die als Manothermosonikation bezeichnet wird. Es wird angenommen, dass mit Ultraschall behandelte Zellen empfindlicher gegenüber anderen Stressfaktoren wie Druck und Wärme werden. Darüber hinaus können Ultraschallwellen Grenzschichten aufbrechen und eine Durchmischung bewirken, wodurch sich die Wärmeübertragung verbessert. Ein weiterer Schwerpunkt des Forschungsprojekts ist daher die Senkung der Pasteurisierungstemperaturen durch die Entwicklung eines ultraschallunterstützten Haltbarmachungsverfahrens. Angestrebt werden eine Verbesserung der Produktqualität und eine Senkung der Energiekosten bei gleichbleibender oder erhöhter Produktsicherheit und gleichbleibender oder verlängerter Haltbarkeit.
Die vielfältigen Wirkungen von Ultraschall könnten eine gleichzeitige Verbesserung des Sedimentationsverhaltens, des Geschmacks, des Aussehens, des Mundgefühls sowie der mikrobiologischen und enzymatischen Stabilität von Smoothies als hochwertigen Produkten ermöglichen. Dies könnte künftig einen wichtigen Vorteil für die Lebensmittelindustrie und die Vermarktung frischer Obst- und Gemüsegetränke darstellen. Darüber hinaus könnte der Anteil an Banane oder anderen Zutaten mit hoher Viskosität reduziert werden, wenn die Produktstabilität durch Ultraschallbehandlungen verbessert wird. Dies würde die Entwicklung neuer Smoothie-Sorten ermöglichen.
 
Kontakt an der TU Berlin:
K. Schoessler
katharina.schoessler(at)tu-berlin.de
Telefon: +49 (0)30-3147 1847
 

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