Höhere Effizienz und Qualität bei der Nussmilchproduktion mittels Ultraschall

Nussmilch und Milchalternativen auf pflanzlicher Basis sind ein wachsendes Lebensmittelsegment. Bei der Herstellung von Nussmilch und pflanzlichen Milchalternativen hat die Ultraschallextraktion und -homogenisierung große Vorteile gegenüber herkömmlichen Verfahren gezeigt. Hochleistungs-Ultraschall erhöht die Ausbeute, die Produktstabilität, den Nährstoffgehalt und die allgemeine Verarbeitungseffizienz.

Höhere Nussmilch-Ausbeute mit Power-Ultraschall

Ultrasonic homogenization is a reliable method to prepare homogeneous and microbially stabilized nutmilks.Die Ultraschallextraktion ist als zuverlässige und hocheffiziente Methode zur Steigerung der Ausbeute an pflanzlichen Ölen, Proteinen, Polysacchariden und Mikronährstoffen bekannt. Daher wird die Ultraschallextraktion bei der Herstellung von pflanzlichen Milchersatzprodukten eingesetzt, z.B. aus Mandeln, Cashew, Kokosnuss, Haselnuss, Erdnuss, Sesam, Soja, Erdmandel, Hafer, Reis, Hanf, Erbsen, Pistazien, Walnuss, Amaranth oder Quinoa. Der Rohstoff für Nussmilch und andere pflanzliche Milchalternativen ist oft teuer, und eine höhere Ausbeute aus diesen Rohstoffen senkt die Produktionskosten und verbessert die Produktionseffizienz.

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High-performance ultrasonic food homogenizers are used to disperse and stabilize nutmilks and other plant-based milk substitutes.

Industrieller Ultraschallprozessor UIP2000hdT für die Homogenisierung von Nussmilch.

Wie funktioniert die Ultraschallextraktion?

Ultrasonic inline processor for the extraction and homogenization of nutmilks and plant-based mild substitutes.TDas Funktionsprinzip der Ultraschallextraktion ist die akustische Kavitation. Der die Extraktion verstärkende Mechanismus des niederfrequenten, hochintensiven Ultraschalls ist hauptsächlich auf das Phänomen der akustischen Kavitation zurückzuführen. Wenn die Kavitationsblasen an der Oberfläche des pflanzlichen Materials kollabieren, wird die Matrix der Pflanzenzellen (z.B. mazerierte Nüsse, Samen, Hülsenfrüchte und Blätter) durch Erosion und Sonoporation aufgebrochen, was zur Zerstörung der Zellstruktur und zur Freisetzung von intrazellulären Substanzen wie Proteinen, Lipiden, Polysacchariden, Fasern, Vitaminen, Mineralien und Phytochemikalien führt. Der dadurch verstärkte Stoffaustausch erleichtert die Freisetzung von Molekülen wie Proteinen, Lipiden, Polysacchariden und Phytochemikalien.
Durch die mit Ultraschall erzeugten Scherkräfte wird das Eindringen des Lösungsmittels in die Zellmatrix des Pflanzenmaterials bzw. die Durchlässigkeit der Zellmembranen verbessert. (Bitte beachten Sie, dass der Begriff Lösungsmittel in einem weiten Sinne verwendet wird und jede Flüssigkeit, z.B. Wasser, einschließt). Diese Mechanismen des Leistungsultraschalls sind für die erhebliche Prozessintensivierung verantwortlich, die erreicht wird, wenn Ultraschall für die Extraktion von Lebensmitteln aus pflanzlichen Rohstoffen eingesetzt wird. Da die Ultraschallkavitation derart intensive Kräfte erzeugt, führt sie zu einem hochwirksamen Zellaufschluss und einer Vermischung auf Makro- und Mikroebene. Darüber hinaus werden die Lösungsmittelpenetration, das Lösen bioaktiver Verbindungen und der Stofftransport deutlich verbessert. Dies macht die ultraschall-gestützte Extraktion hocheffizient und führt zu hervorragenden Extraktausbeuten innerhalb einer kurzen Prozesszeit.

Verbesserte Nussmilchstabilität mit Ultraschall

Die hochintensive, niederfrequente Ultraschallverarbeitung ist eine wirksame und zuverlässige Methode zur Verbesserung der physikalischen Stabilität von Suspensionen sowie der mikrobiellen Stabilität von Lebensmitteln (z.B. Nussmilch und andere Milchersatzprodukte).

Verbesserte Physikalisch-Chemische Stabilität von Nussmilch mittels Ultraschall

Ultrasonic homogenizers are efficient in particle and droplet size reduction, e.g. in dairy and milk substitutes.Hochleistungs-Ultraschall wird häufig zur Homogenisierung und Emulgierung von Lebensmitteln eingesetzt und ist eine hocheffiziente nicht-thermische Technik zur Herstellung äußerst homogener und langzeitstabiler Lebensmittelprodukte. Durch die Ultraschallhomogenisierung wird der Durchmesser der Fetttröpfchen auf eine einheitliche, sehr kleine Größe reduziert und feste Partikel wie Stärke, Zucker und Fasern werden gleichmäßig fein verteilt. Dadurch verbessert die Ultraschallhomogenisierung die physikalisch-chemischen Eigenschaften von Nussmilchen und anderen pflanzlichen Milchen erheblich, so dass eine unerwünschte Phasentrennung verhindert wird.
Lu et al. (2019) untersuchten die Auswirkungen der Hochleistungsultraschallbehandlung auf Kokosmilch. Die Ultraschallbehandlung reduzierte die Partikelgröße der Kokosmilch und homogenisierte die Verteilung der Tröpfchen und Feststoffe im System. Im Vergleich zu mechanisch emulgierter Kokosmilch zeigte die Ultraschallbehandlung einen signifikanten Effekt auf die Einheitlichkeit des Emulsionssystems (p< 0.05). Darüber hinaus wurde beobachtet, dass die Beschallung die Verkapselung von Amylose im Enzym Amylase in der Grenzschicht fördert. Iswarin und Permadi (2012) untersuchten, wie sich die Ultraschallbehandlung auf den Tröpfchendurchmesser von Milchgetränken auf Kokosnussbasis auswirkt, indem sie verschiedene Kombinationen von Ultraschallintensitäten untersuchten. Durch die Ultraschallbehandlung verringerte sich der Tröpfchendurchmesser. Mit zunehmender Ultraschallintensität konnte eine verstärkte Größenreduktion beobachtet werden.

Verbesserte mikrobielle Stabilität in Nussmilch mittels Ultraschall

Es ist erwiesen, dass die Ultraschallbehandlung die mikrobielle Belastung von Milchprodukten, Fruchtsäften und anderen flüssigen Lebensmitteln verringert. Daher wurde die Ultraschallpasteurisierung auch in den Konservierungsprozess von Milchalternativen aufgenommen, um die mikrobielle Stabilität in Nussmilch und anderen pflanzlichen Milchersatzprodukten zu verbessern.
Iorio et al. (2019) untersuchten die Ultraschallinaktivierung von Escherichia coli O157:H7 und Listeria monocytogenes in Mandelmilch und konnten zeigen, dass die Ultraschallpasteurisierung subletale Schäden an den Pathogenen verursacht, was zu einer längeren Haltbarkeit führt. So reduzierte die Ultraschallpasteurisierung den Gehalt an E. coli O157:H7 signifikant von 5,12 auf 3,81 log CFU/mL und verringerte die Wachstumsrate (µmax) (von 1,19 auf 0,79 (log CFU/mL)/Tag).

Vorteile der Nussmilch-Herstellung mittels Ultraschall

  • Höhere Erträge
  • hohe Qualität
  • Verbessertes Nährstoffprofil
  • Physikalisch-chemische und mikrobielle Stabilisierung
  • keine thermische Zersetzung
  • Prozessintensivierung für höhere Gesamteffizienz
  • Präzise steuerbare Bedingungen
  • Kosteneffizient
High-performance ultrasonic homogenizer system with 4x 4kW ultrasonic probes for the inline processing (extraction, homogenization) of nutmilks and plant-based beverages.

Multisonoreaktor mit 4x 4kW Ultraschallhomogenisatoren für die kontinuierliche Verarbeitung von Nussmilch

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Höherer Nährstoffgehalt in Nussmilch mittels Ultraschall

Mikronährstoffe wie Vitamine, Polyphenole und Antioxidantien befinden sich in der zellulären Matrix von Pflanzen. Um diese Mikronährstoffe effizient freizusetzen, ist ein vollständiger Zellaufschluss und eine intensive Mikrovermischung zwischen Zellmaterial und Lösungsmittel notwendig. Wie oben beschrieben, ist die Ultraschallextraktion sehr effizient beim Zellaufschluss und der Freisetzung von Lipiden, Proteinen, Polysacchariden, Fasern und Phytochemikalien aus der Zellmatrix. Die Ultraschallextraktion ist eine hocheffiziente Methode, um in einem schnellen Extraktionsverfahren die gesamte Menge an sekundären Pflanzenstoffen aus den Pflanzen zu isolieren. Die Anwendung von Hochleistungs-Ultraschall erzeugt starke Kavitationseffekte, Schockwellen/Turbulenzen und Hochgeschwindigkeits-Flüssigkeitsströme, welche die Phytochemikalien aus dem Zellinneren auswaschen. Da es sich um eine nicht-thermische Extraktionsmethode handelt, wird der thermische Abbau dieser empfindlichen Mikronährstoffe durch den Einsatz von Ultraschall verhindert.

Ultrasonication intensifies the extraction of polyphenols and other bioactive compounds from almonds significantly. Ultrasound-assisted extraction gives higher yields within shorter processing time.

Kinetik des Gesamtphenolgehalts (ausgedrückt als Äquivalent mg Naringenin/g Mandeln) mit und ohne Beschallung mit dem UIP1000hdT. Die Ultraschallextraktion erhöhte den Gesamtphenolgehalt um 258 %.
Die Daten sind die Mittelwerte ± SD, n = 3. Ultraschall (gelb) versus ohne Ultraschall (orange).
Grafik und Studie: Tabib et al., 2020

Überlegene Effizienz bei der Nussmilchproduktion mit Ultraschall

Höhere Erträge, ein verbessertes Nährwertprofil und eine kürzere Verarbeitungsdauer sind nur einige der Vorteile, wenn es um die überlegene Effizienz der Verarbeitung von Nussmilch und milchfreien Getränken mit Ultraschall geht. Niedriger Energieverbrauch, geringer Wartungsaufwand und 24/7-Betrieb sind weitere Faktoren, welche zur außergewöhnlichen Gesamteffizienz der Ultraschallverarbeitung beitragen. Hielscher Hochleistungs-Ultraschall-Homogenisatoren können rund um die Uhr unter Volllast laufen und große Mengen im kontinuierlichen Durchlau verarbeiten. Hielscher Ultraschallprozessoren haben eine hervorragende Gesamtenergieeffizienz. Robustheit und geringer Wartungsaufwand halten auch die Betriebskosten niedrig.

Aussagen der Forschung über die ultraschall-gestützte Lebensmittelverarbeitung

"Ultraschall hat sich in den letzten zehn Jahren uneingeschränkt durchgesetzt. Aufgrund seiner gewünschten multifunktionalen Effekte hat Ultraschall seine Anwendung in der Fruchtsaft- und Getränkeindustrie gefunden. Die Technologie ist kostengünstig, einfach, zuverlässig und umweltfreundlich und sehr effektiv bei der Konservierung von Säften mit verbesserten Qualitätseigenschaften." (Dolas et al., 2019)

„Die Beschallung ist eine neue Technologie, welche die Qualität von Lebensmitteln verbessern und Nährstoffverluste verringern kann.“ (Cheok et al., 2013)

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Industrielle Ultraschallprozessoren für die Nussmilchproduktion

Hielscher Ultrasonics entwickelt, fertigt und vertreibt Hochleistungs-Ultraschallanlagen für die kontinuierliche industrielle Herstellung von Nussmilch (z.B. Cashew-, Mandel-, Haselnuss-, Walnuss-, Erdnuss-, Kokosnussmilch) und anderen pflanzlichen Milchersatzprodukten (z.B. Reis-, Soja-, Dinkel-, Hafer-, Sesam-, Leinsamen-, Erbsen-, fermentierte Erdmandelmilch).
Der Einsatz von Ultraschall bei der Lebensmittelverarbeitung bietet große Vorteile, da es sich um ein nichtthermisches, rein mechanisches Verfahren handelt, das zu besseren Endprodukten führt, die Verarbeitungszeit verkürzt und umweltfreundlicher ist.
UIP4000hdT Ultraschallreaktor für die Inline-Beschallung im industriellen MaßstabHielscher Ultraschallsysteme für die Lebensmittelverarbeitung werden für vielfältige Anwendungen eingesetzt und sind eine sichere, zuverlässige und kostengünstige Technologie zur Herstellung von hochwertigen Lebensmitteln und Getränken. Installation und Betrieb aller Hielscher Ultraschallprozessoren sind einfach: Sie benötigen nur wenig Platz und können leicht in bestehende Anlagen nachgerüstet werden.
Hielscher Ultrasonics verfügt über langjährige Erfahrung in der Anwendung von Leistungsultraschall in der Lebensmittel- & Getränkeindustrie sowie in zahlreichen anderen Branchen. Unsere Ultraschall-Prozessoren sind mit leicht zu reinigenden (Clean-in-Place CIP / Sterilize-in-Place SIP) Sonotroden und Durchflusszellen (diese Teile kommen in Kontakt mit den Lebensmitteln) ausgestattet. Hielscher Ultrasonics‘ industrielle Ultraschallprozessoren können sehr hohe Amplituden liefern. Amplituden von bis zu 200µm können problemlos im 24/7-Betrieb kontinuierlich betrieben werden. Hohe Amplituden sind wichtig, um eine homogene Partikelverteilung zu erreichen und widerstandsfähigere Mikroben (z.B. gram-positive Bakterien) zu inaktivieren. Für noch höhere Amplituden sind kundenspezifische Ultraschallsonotroden erhältlich. Alle Sonotroden und Ultraschall-Durchflusszellenreaktoren können unter erhöhten Temperaturen und Drücken betrieben werden, was eine zuverlässige Thermo-Mano-Sonikation (Beschallung in Kombination mit erhöhter Temperatur und erhöhtem Druck) und damit eine hocheffektive Extraktion und Stabilisierung ermöglicht.
Modernste Technik, hohe Leistung und ausgefeilte Software machen Hielscher Ultrasonics‘ zuverlässige Arbeitsmachinen in Ihrer Linie zur Extraktion, Homogenisierung und Pasteurisierung von Lebensmitteln. Mit geringem Platzbedarf und vielseitigen Installationsmöglichkeiten lassen sich Hielscher Ultraschallgeräte problemlos in bestehende Produktionslinien integrieren oder nachrüsten.
Bitte kontaktieren Sie uns, wenn Sie mehr über die Eigenschaften und Möglichkeiten unserer Ultraschallextraktions-, Homogenisierungs- und Pasteurisierungssysteme erfahren möchten. Wir würden uns freuen, Ihre Anwendung mit Ihnen zu besprechen!

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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Ultrasonic high-shear homogenizers are used in lab, bench-top, pilot and industrial processing.

Hielscher Ultrasonics stellt Hochleistungs-Ultraschallhomogenisatoren für Mischanwendungen, Dispergierung, Emulgierung und Extraktion im Labor-, Pilot- und Industriemaßstab her.



Literatur / Literaturhinweise

Wissenswertes

Herstellung von Nussmilch und pflanzlichen Milchersatzprodukten

Die Herstellung von Nussmilch und anderen milchfreien Getränken auf pflanzlicher Basis (z. B. aus Mandel, Cashew, Kokosnuss, Haselnuss, Erdnuss, Sesam, Soja, Erdmandel, Hafer, Dinkel, Reis, Hanf, Erbse, Leinsamen, Leinsamen, Walnuss) umfasst in der Regel die folgenden Verarbeitungsschritte: Nassmahlen und Mahlen zur Extraktion, Filtration, Zugabe von Lebensmittelzusatzstoffen und Zutaten, Pasteurisierung/Sterilisierung, Homogenisierung und aseptische Verpackung.
Weit verbreitete Zusatzstoffe sind Gummi und Lecithin, die zur Verbesserung der Stabilität verwendet werden, sowie Salz und Süßstoffe, die zur Veränderung der Textur und des Geschmacksprofils eingesetzt werden. Häufig werden pflanzliche Milchersatzprodukte mit Proteinen, Vitaminen und Mineralien angereichert, um ein ausgewogenes Nährwertprofil des pflanzlichen Nicht-Milchgetränks zu erhalten.
Je nach Art des pflanzlichen Milchersatzes wird ein anderer Rohstoff (z. B. Nüsse, Körner, Hülsenfrüchte) als Basis verwendet. Dieser spezifische Rohstoff (z. B. Mandeln, Sojabohnen oder Hafer) wird mit einer bestimmten Menge Wasser vermischt und in einem Nassmahlverfahren unter erhöhten Temperaturen vermahlen. Bei diesem erhitzten Mahlvorgang werden wertvolle Pflanzenbestandteile wie Proteine, Lipide, Ballaststoffe und Vitamine aus dem Rohmaterial extrahiert, was zeitaufwändig und oft recht ineffizient ist. Aufgrund der unvollständigen Extraktion kann ein zweiter Extraktionsschritt erforderlich sein, um die Ausbeute der Nussmilch oder des pflanzlichen Milchersatzes zu erhöhen. Wird die Ultraschallextraktion in den Mahlprozess integriert, wird die Extraktion der Pflanzenbestandteile erheblich gesteigert und beschleunigt.
Nach dem Mahlen und der Extraktion wird die Pflanzenmilch in großen Zentrifugen von den extrahierten Pflanzenfasern getrennt. Um die Textur und die sensorischen Eigenschaften zu verbessern, kann die Pflanzenmilch mit Speiseöl homogenisiert oder durch Zugabe von Gummi eingedickt werden, sie wird mit verschiedenen Zusatzstoffen (Vitaminen, Mineralien) vermischt und schließlich durch Wärmebehandlung pasteurisiert und dann verpackt.
Die Ultraschallbehandlung kann eingesetzt werden, um Gummi und andere Lebensmittelzusatzstoffe homogen im pflanzlichen Getränk zu dispergieren und die mikrobielle Stabilisierung durch Ultraschallpasteurisierung zu fördern.


High performance ultrasonics! Hielscher's product range covers the full spectrum from the compact lab ultrasonicator over bench-top units to full-industrial ultrasonic systems.

Hielscher Ultrasonics fertigt Hochleistungs-Ultraschall-Homogenisatoren vom Labor bis zum voll-kommerziellen Industriemaßstab.