Hielscher – Ultraschall-Technologie

Ultraschall für die Qualitätsverbesserung von Säften & Smoothies

Forscher der Technischen Universität Berlin haben herausgefunden, dass Ultraschall eine sehr effektive Verarbeitungsmethode für Obst- und Gemüsesäfte sowie Smoothies ist. Als eine nicht-thermische Prozesstechnik der Lebensmittelbehandlung stellt Ultraschall eine mildes, aber äußerst wirksames Verfahren dar, welches Aromen intensiviert sowie Säfte und Pürees stabilisiert und haltbar macht. Zu den Ergebnissen der Ultraschall- Saftbehandlungen zählen verbesserter Geschmack, verbesserte Langzeitstabilität und die Konservierung der Säfte.
Die Anwendung von Ultraschall in der Lebensmittelherstellung und-verarbeitung erfährt zunehmend wachsendes Interesse der Lebensmittelindustrie. Im Gegensatz gering-intensivem Ultraschall (Intensitäten < 1 W/cm²), which can be used for non-destructive testing and imaging, power ultrasound (intensities > 5 W/cm²) der für zerstörungsfreie Prüfungen und als bildgebendes Verfahren genutzt wird, resultiert eine Beschallung mit Hochleistungs-Ultraschall (>5 W/cm²) in materiellen Veränderungen und kann daher ideal als vorteilhafte Alternative für zahlreicher Prozesse in der Lebensmittelindustrie eingesetzt werden. Ultraschallwellen sind Kompressionswellen, welche während der Beschallung mechanisch mit dem Produkt interagieren. Die dabei erzeugten alternierenden Kompressions- und Rarefaktionszyklen wirken sich Zellstrukturen aus. Bei hohen Druckamplituden verursacht Leistungsultraschall Kavitation - das Wachstum und die Implosion der Gasblasen - welche mit von Druck- und Temperaturspitzen einhergehen und dadurch disperse Systeme homogenisiert und stabilisiert. Hielscher Ultrasonics und Forscher des Lehrstuhls für Lebensmittel-Biotechnologie und -Verfahrenstechnik an der Technischen Universität Berlin haben die positiven Auswirkungen von Ultraschall zur Verbesserung der Qualität, Stabilität und des Geschmacks von Smoothies, die als gekühlte Getränke aus Obst- und Gemüsesäften sowie Pürees gemixt werden, untersucht.
Auch wenn keine rechlich verbindlichen Vorgaben existieren, welche die Inhaltsstoffe von Smoothies auf reine Obst- und Gemüseerzeugnisse reglementieren, so ist es dennoch Ziel der Produzenten, Smoothies als gesundes und wertvolles Produkte auf den Markt zu bringen. Daher sollten sie möglichst ohne den Zusatz von Stabilisatoren, Aromen, Geschmacksverstärkern oder Farbstoffen produziert werden. Die Säfte und Pürees weisen jedoch häufig eine hohe Fruchtfleischkonzentrationen auf. Deshalb neigen Smoothies zu Phasentrennung und Sedimentation, was in einem weniger ansprechendem Produkt resultiert. Aus diesem Grund enthalten die meisten der erhältlichen Smoothies Banane als Hauptzutat, welche eine Phasentrennung aufgrund erhöhter Viskosität reduziert.
Ultraschall wird erfolgreich angewendet, um die Fruchtfleischpartikel zu zerkleinern und die Partikelgrößenverteilung positiv zu beeinflussen. Eine geringere Partikelgröße resultiert in niedrigerer Absetzgeschwindigkeit und reduziert somit die Sedimentation und verbessert die Lagerstabilität des Produktes. Darüber hinaus resultiert der Zellaufschluß im Saft in einer erhöhten Freisetzung von Aromastoffen, Farbpigmenten und Zellbestandteilen, wie z.B. Fruktose und flüchtige Aromaverbindungen. Das Ergebnis ist eine Verbesserung der Farbintensität sowie der wahrgenommenen Süße und Aromen. Darüber hinaus beeinflusst die reduzierte Partikelgröße das Mundgefühl des Konsumenten, da ein weicherer, glatterer, abgerundeter Gesamteindruck entsteht.
Um eine bestimmte Haltbarkeit von Smoothies zu gewährleisten, muss die Saftmischung pasteurisiert werden. Wärmebehandlungen haben jedoch immer Auswirkungen auf die Produktqualität, Farbe und die Frische. Daher sind alternative Prozessmethoden, welche die Verarbeitung bei niedrigeren Temperaturen erlauben, für die Lebensmittelindustrie von höchstem Interesse. Ultraschall zeigt synergistische Wirkung in Kombination mit Wärembehandlung. Diese Synergien werden besonders erfolgreich für die Inaktivierung von Mikroorganismen und Enzymen eingesetzt. Bei der Kombination von Ultraschall und Wärmebehandlung spricht man von "Thermosonication", bei der Kombination von Ultraschall und erhöhten Drücken von "Manosonication". Positive Ergebnisse lassen sich auch mit einer Kombination aller drei Parameter - Ultraschall, Temperatur und Druck - erreichen. Dies ist als "Manothermosonication" bekannt. Es wird angenommen, dass Zellen, die mittels Ultraschall behandelt werden, auf andere Stressfaktoren wie Druck und Hitze anfälliger reagieren. Darüber hinaus können Ultraschallwellen Grenzschichten aufbrechen und zu einer besseren Durchmischung führen, was wiederum zu verbesserter Wärmeübertragung führt. Daher liegt ein weiterer Schwerpunkt des Forschungsvorhabens in der Absenkung der Pasteurisierungstemperaturen durch Entwicklung eines ultraschall-gestützten Konservierungsverfahren. Dabei werden eine Verbesserung der Produktqualität und eine Reduzierung der Energiekosten unter Beibehaltung bzw. Erweiterung der Produktsicherheit und Haltbarkeit angestrebt.
Die vielseitigen Effekte von Ultraschall, welche zu einer gleichzeitigen Verbesserung des Sedimentationsverhaltens, des Geschmacks, der Produkterscheinung, des Mundgefühls sowie der mikrobiologischen und enzymatischen Stabilität von Smoothies führen, bringt der Lebensmittelindustrie wichtige Vorteile, welche sich positiv auf die Vermarktung von Smoothies als hochwertiges Produkt auswirken. Darüber hinaus kann der Prozentsatz an Banane oder anderen Viskosität erhöhenden Zutaten reduziert werden, wenn die Produktstabilität durch Ultraschall verbessert wird. Dadurch öffnen sich auch neue Möglichkeiten für die Kreation neuer Smoothie-Varianten.
Kontakt an der TU Berlin:
K. Schoessler
Katharina.schoessler (at) Tu-berlin.de
Telefon: 49 (0) 30-3147 1847

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Ultraschall-Durchflusszellenreaktoren ermöglichen eine kontinuierliche Inline-Beschallung und damit eine hohe Verarbeitungsqualität durch gleichmäßig verteilte Ultraschallenergie.

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