Pasteurisierung & Homogenisierung von Flüssigei

Flüssigeiprodukte (Vollei, Eiweiß, Eigelb) müssen pasteurisiert werden, um die Lebensmittelsicherheit zu gewährleisten. Ultraschall-Homogenisatoren liefern intensive Kavitation und hohe Scherkräfte, um Mikroben abzutöten. Besonders in Kombination mit erhöhten Temperaturen (∼50°C) und Druck (Mano-Thermo-Ultraschall) liefert Leistungsultraschall außergewöhnliche Pasteurisierungs-Ergebnisse. Ultraschallsysteme für die Lebensmittelverarbeitung sind weit verbreitet, um Homogenisierungs-, Pasteurisierungs- und Sterilisationsanwendungen zuverlässig umzusetzen.

Ultraschall-Pasteurisierung

Liquid eggs can be reliably pasteurized and homogenized using power ultrasonics. Flüssig-Vollei, Flüssig-Eiweiß, Flüssig-Eigelb und andere Flüssig-Eiprodukte müssen pasteurisiert werden, um sicherzustellen, dass keine Bakterien / Erreger im Produkt sind. Mikrobielle Inaktivierung durch Pasteurisierung ist ein sehr wichtiger Prozessschritt, um Verderb und durch Lebensmittel übertragbare Krankheit zu verhindern. Die herkömmliche Pasteurisierung wird durch eine Wärmebehandlung des flüssigen Eiproduktes erreicht. Allerdings beeinträchtigt eine solche Wärmebehandlung Proteine, Textur und Funktionalitäten des Flüssigei-Produktes.
Ultraschall-Pasteurisierung ist eine sehr effektive und effiziente Pasteurisierung-Alternative.
Flüssigei-Produkte können effizient durch Mano-Thermo-Sonifizierung (MTS) pasteurisiert werden, bei der die Ultraschall-Pasteurisierung mit einer Wärmebehandlung (ca. 50°C) und einem erhöhten Druck (ca. 1 barg) kombiniert wird. Unter diesen synergetischen Verarbeitungsbedingungen kann eine zuverlässige Bakterienreduktion von 5 log erreicht werden. Die Mano-Thermo-Sonifizierung verbessert die Abtötungsrate von Mikroben signifikant: Erstens wird die Empfindlichkeit der meisten Mikroorganismen gegenüber der Ultraschallbehandlung durch Temperaturen über 50°C deutlich erhöht. Zweitens steigt die Intensität und Zerstörungskraft der Ultraschallkavitation unter erhöhten Drücken.
Die synergetische Effekte in der Pasteurisierung mittels Thermo-Mano-Ultraschall übertrifft die traditionelle Pasteurisierung von Flüssigei und liefert Flüssigeiprodukte mit verbesserter Qualität. Flüssigei, das durch Mano-Thermo-Ultraschall pasteurisiert wurde, zeigt weniger Proteindenaturierung, geringeren Aromaverlust, verbesserte Homogenität und eine deutlich höhere Energieeffizienz des Pasteurisierungsprozesses.
Hielscher's Ultraschall-Durchflusszellen sorgen für die Passage des flüssigen Eiproduktes direkt in die hochintensive Kavitation -Zone, um die einheitliche und vollständige Pasteurisierung des flüssigen Eiprodukten zu gewährleisten.

Strom Ultraschall (7x UIP1000hdT) für die Lebensmittelverarbeitung, wie Homogenisierung, Pasteurisierung und Extraktion. (Klicken um zu vergrößern!)

Ultraschallsystem zur Pasteurisierung

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Ultraschall-Emulgierung

Eiklar besteht aus ca. 90% Wasser, während Eigelb ca. 25% Fett enthält. Da Wasser und Öl bzw. Fett nicht mischbar sind, neigen die beiden Phasen dazu, sich zu trennen. Um ein homogenes, stabiles Flüssig-Vollei-Produkt herzustellen, ist ein hoch entwickeltes Emulgierverfahren erforderlich, um eine Phasentrennung zu verhindern.
Ultraschall-erzeugte Kavitation und Scherkräfte liefern die notwendige Energie, um das flüssige Eiprodukt gleichmäßig zu homogenisieren. Leistungsstarke Beschallung verhindert eine Phasentrennung, da der Hochleistungs-Ultraschall die Wasser- und Fetttröpfchen ausfbricht und beide Phasen gleichmäßig dispergiert, so dass eine stabile Emulsion erzeugt wird.
Die Verarbeitung mittels Ultraschall-erzeugter Kavitation ist eine überlegene Technik, um Nano-Emulsionen mit hoher mechanischer Stabilität herzustellen!

Vorteile der Ultraschall-Pasteurisierung

  • milde Verfahrensbedingungen
  • Abtötung von Mikroben
  • verlängerte Haltbarkeit
  • einheitliche Textur
  • bessere Nahrstoff- und sensorische Eigenschaften
  • keine Denaturierung
  • keine Koagulation

Mischen mittels Ultraschall

Während der Ultraschall-Homogenisierung und Pasteurisierung können Additive (z.B. Zucker, Salz, Xanthan Gum etc.) einheitlich in das flüssige Eiprodukt gemischt werden.
Hielscher des Ultraschall-Homogenisatoren werden auch für die Herstellung von Eierlikör (Likör auf Milch- und Ei-Basis) eingesetzt, um mechanische Stabilität und Haltbarkeit zu verbessern.

Ultraschall-gestützte Sprühtrocknung von Eipulver

Flüssigei kann in Ei-Pulver weiterverarbeitet werden, z.B. Volleipulver, Eiweißpulver, Eigelbpulver. Flüssigei weist scherverdünnendes Verhalten auf. Um die Sprühtrocknung effizienter zu machen, wird Hochleistungs-Ultraschall eingesetzt, um mittels der intensiven Ultraschallscherkräfte die Viskosität des Flüssigeis zu reduzieren. Die Ultraschall-gestützte Viskositätsreduktion ist ein hoch-effizientes Verfahren, mit dessen Hilfe die Kapazität von Sprühtrocknungstürmen deutlich verbessert werden kann.
Klicken Sie hier, um mehr über die ultraschall-gestützte Sprühtrocknung zu lesen!

Ultraschallgeräte für die Nahrungsmittelindustrie

Ultraschallsysteme für die Lebensmittelverarbeitung sind seit langem bewährt und werden als zuverlässige Maschinen in der Homogenisierung, Extraktion, Pasteurisieren und Sterilisieren von Lebensmitteln eingesetzt. Hielscher Industrie-Ultraschallprozessoren erzeugen sehr hohe Amplituden von bis zu 200µm und liefern damit die erforderliche Energie für die Homogenisierung, Pasteurisierung, Sterilisierung und Emulgierung von Lebensmitteln. Natürlich sind unsere Ultraschall-Homogenisatoren sind für den industriellen 24/7 Betrieb unter Volllast gebaut.
Neben ihrer Robustheit und Zuverlässigkeit benötigen Hielscher Ultraschall-Prozessoren nur eine sehr geringe Wartung und sind sehr leicht zu reinigen. Alle Teile des Ultraschall-Homogenisator, die mit dem Lebensmittel in Berührung kommen, sind aus Titan, Edelstahl oder Glas gefertigt und sind autoklavierbar. Da jedes Ultraschallgerät gleichzeitig als Ultraschallultraschallreiniger funktioniert, verfügen unsere Ultraschallgeräte automatisch über CIP (Clean-in-place) und SIP (Sterilize-in-place).
Eine kleiner Stellfläche und Flexibilität bei der Installation ermöglichen eine problemfreie Integration von Hielscher Ultrascahllsystemen in ihre bestehende Fertigungslinie. Auch bestehende Anlagen können leicht nachgerüstet werden.
In der folgenden Tabelle finden Sie die ungefähre Verarbeitungskapazität unserer Ultraschallsysteme:

Batch-Volumen Durchfluss Empfohlenes Ultraschallgerät
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 UIP4000
n.a. 10 bis 100l/min UIP16000
n.a. größere Cluster aus UIP16000

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Literatur

  • Lee, D.U .; Hein, V .; Knorr, D. (2003): Effects of Kombinationsbehandlungen von Nisin und hochintensiven Ultraschall mit hohem Druck auf der Inaktivierung von Mikroorganismen in flüssiger Vollei. Innovative Food Science & Aufstrebende Technologien 2003.
  • Nakamura, R .; Zu, R .; Yano, M .; Hayakawa, S. (1988): Erweiterung der Emulgieren Eigenschaften von Protein durch mit Eigelb Lecithin Ultraschallbehandlung. Journal of Agricultural and Food Chemistry 36, 1988. 729-732.
  • Raso, J .; Pagán, R .; Condón, S .; Sala, F. J. (1998): Einfluss von Temperatur und Druck auf die Letalität von Ultraschall. Applied and Environmental Microbiology, 64/2, 1998 465-471.
  • Sargolzaei, J .; Mosavian, M.T.H .; Hassani, A. (2011): Modellierung und Simulation von Hochleistungsultraschallverfahren bei der Herstellung der stabilen Öl-in-Wasser-Emulsion. Journal of Software Engineering und Anwendungen 4, 2011. 259-267.
  • Sonnig.; Yang, H .; Zhong, X .; Wang, W. (2011): Der Ultraschall-unterstützte enzymatischen Abbau von Cholesterin in Eigelb. Innovative Food Science & Emerging Technologies 12/4 2011. 505-508.
  • Suslick, K.S .; Flannigan, D. J. (2008): Innerhalb eines Einstürzen Blase: Sonolumineszenz und die Bedingungen während Cavitation. Annu. Rev. Phys. Chem. 59, 2008. 659-83.


Weiterführende Forschungsergebnisse

Ultraschall-Emulgierung

Javad Sargolzaei et al. (2011) modifizierten die Anwendung von Hochleistungsultraschall zur Herstellung einer stabilen Öl-in-Wasser-Emulsion. Alle Emulsionsproben wurden mit dem Hielscher Ultraschallprozessor UP200Hbeschallt. Untersucht wurden die Wirkung von pH-Wert, Ionenstärke, Pektin, Guarkernmehl, Lecithin, Eigelb und Xanthangummi sowie der Zeitpunkt der Beschallung, Temperatur und Viskosität der Öl-Wasser-Mischung auf die spezifische Oberfläche und Tröpfchengröße sowie den Aufrahmungs-Index der Emulsionsproben. Die experimentellen Daten wurden mit der Taguchi-Methode analysiert und optimale Bedingungen ermittelt. Darüber hinaus wurde ein adaptives Neuro-Fuzzy-Inferenzsystem (ANFIS) zur Modellierung und Kategorisierung der Eigenschaften der resultierenden Emulsion eingesetzt. Die Ergebnisse zeigten, dass eine zunehmende Beschallungsdauer den Bereich der Tropfengrößenverteilung verengt. Pektin und Xanthan erhöhten die Stabilität der Emulsion. Es konnten unterschiedliche Auswirkungen auf die Stabilität der Emulsion beobachtet werden - abhängig davon, ob sie einzeln oder zusammen verwendet wurden. Guarkernmehl verbesserte die Viskosität der kontinuierlichen Phase. Emulsionen, die durch Eigelb stabilisiert wurden, erwiesen sich bei pH 3 und bei relativ niedrigen Salzkonzentrationen als stabil gegenüber Tropfenflockung.

Ultraschall-gestützter Abbau von Cholesterin in Eigelb

Sun et al. (2011) entwickelte einen ultraschall-gestützten enzymatischen Prozess zum Cholesterin-Abbau in natürlichem Eigelb. Sie nutzten dafür die katalytische Aktivität von Cholesterinoxidase gegenüber Cholesterin in Eigelb mit dem Ziel, ein Cholesterin-reduziertes Eigelb zu erhalten, ohne die grundlegende Nährstoff-Zusammensetzung in Eigelb zu beeinflussen. Cholesterinoxidase wurde verwendet, um den Abbau von Cholesterin in Eigelb zu katalysieren. Zuerst wurden 30g Eigelb für 15 Minuten mittels Ultraschall bei 200W vorbehandelt und dann für 10h mit Cholesterinoxidase in einer Konzentration von 0.6U /g Eigelb bei 37 °C inkubiert. Dadurch wurde der Cholesterinspiegel im Eigelb auf 8,32% seiner ursprünglichen Konzentration verringert, ohne die Qualitätsmerkmale des Eigelbs zu beeinflussen.

Wissenswertes

Was ist Ultraschall-Kavitation?

Hochleistungs-Ultraschall erzeugt Emulsionen, indem intensive Ultraschallwellen in eine Flüssigkeit eingetragen werden. Dadurch wird akustische Kavitationerzeugt. Der Begriff Kavitation beschreibt die Bildung, das Wachstum und die hochenergetische Implosion von Vakuumblasen in einer Flüssigkeit. Ultraschallkavitation bzw. akustische Kavitation erzeugt lokale Gegebenheiten in den Kvitationsblasen von ~5000 K, ca. 1000atm, Heiz- und Kühlraten, welche 10 10 K/s überschreiten sowie Flüssigkeitsstrahlen mit Geschwindigkeiten von bis zu 300 m/s. (Suslick et al. 2008) Diese intensiven Kräfte, hohe Scherungen, Strömungen und die Turbulenzen, welche aus der Blasenimplosion resultieren, liefern die notwendige Energie, um Partikel und Tröpfchen aufzubrechen. Diese Ultrascahallkräfte werden dazu eingesetzt, um Flüssigkeiten zu homogenisieren, z.B. für die Dispersion & Emulsion Partikelgrößenreduktion, Zell-Lyseund die Initiierung von chemische Reaktionen.

Mano-Thermo-Ultraschall

Wie Forschungsergebnisse zeigen, ist der statische Druck ein sehr effizientes Mittel zur Erhöhung der Letalität von Ultraschallwellen (UW) bzw. Mano-Sonifizierung (MS). Dieser Anstieg wird größer, wenn die Amplitude des Ultraschalls zunimmt. Zwischen 50 und 58°C kann die Lethalität durch die Kombination von Wärmebehandlungen mit UW unter Druck (MS) erhöht werden. Die Letalität dieser Behandlung (Mano-Thermo-Sonifizierung / MTS) entspricht der additiven letalen Wirkung von Wärme und UW. MS- und MTS-Behandlungen kann als eine Alternative zur Inaktivierung von Y. enterocolitica und möglicherweise anderen Mikroorganismen in wärmeempfindlichen Medien (z.B. Flüssigei) eingesetzt werden. Ultraschall kann auch in Lebensmitteln eingesetzt werden, in denen die hohe Intensität der erforderlichen Wärmebehandlungen (z.B. wasserarme Lebensmittel) die Lebensmittelqualität beeinträchtigen würde. (vgl. Raso et al. 1998)
Forscher haben gezeigt, dass nicht-thermische Haltbarmachungs-Technologien für Lebensmittel vorteilhaft sind. So beeinträchtigt Ultraschall - anders als viele thermische Prozesse - die Nährstoffe und die sensorische Eigenschaften der verarbeiteten Lebensmitteln nicht.

Ultraschall / akustische Kavitation erzeugt hochintensive Kräfte, die die Kristallisation und Fällungsverfahren fördern (Anklicken zum Vergrößern!)

Entstehung und Implosion von Ultraschallkavitationsblasen

Eier: Zusammensetzung & Eigenschaften

Während Hühnereier die am häufigsten konsumierte Vogelei-Sorte sind, werden auch andere Sorten von Vogeleiern, z.B. Straußen-, Enten-, Wachtel-, Gänseeier usw. als Lebensmittel und Lebensmittelzutaten verwendet.
Eier sind multifuntional und werden deshalb häufig als Zutat in zahlreichen Lebensmittelprodukten verwendet.
zu den funktionelle Eigenschaften von Eiern zählen die Eigenschaften der Koagulation und Bindung, Geschmack, Farbe, Schaumbildung, Emulgierung sowie die Hemmung des Kristallwachstums in Süßwaren. Um diese Funktionalitäten des Eies zu erhalten, ist eine milde Pasteurisierung zur Vermeidung von Proteindenaturierung unerlässlich.
Flüssigei-Produkte reichen von Flüssig-Vollei, Flüssig-Eiweiß und Flüssig-Eigelb bis hin zu fertigen Rührei-Mischungen und anderen speziellen Eiprodukten. Flüssigei-Produkte sind entweder als Ready-To-Use-Produkte oder in gefrorener Form erhältlich. Flüssigei kann desweiteren zu Eipulver weiterverarbeitet werden, z.B. Volleipulver, Eiweißpulver, Eigelbpulver. Eipulver besteht aus vollständig dehydrierten Eiern durch Sprühtrocknung . Dabei werden die Eier auf die gleiche Art und Weise verarbeitet, mit der auch Milchpulver hergestellt werden. Vorteile von Eipulver gegenüber frischen Eiern sind der niedrige Preis, das geringere Gewicht pro Volumen des Volleiäquivalentes, die Haltbarkeit sowie die ungekühlte Lagerung

Wärmeempfindlichkeit von Hühnereiproteinen

Eier enthalten mehrere wärmeempfindliche Proteine, welche ein wichtiger Faktor sind, der berücksichtigt werden muss, wenn Flüssigei verarbeitet und pasteurisiert wird. Insbesondere flüssige Eiklar-Produkte sind empfindlich gegenüber Verarbeitungsbedingungen und insbesondere Wärme. Die Temperatur, bei der Eiklar-Proteine ​​denaturieren, variiert zwischen 61°C (für Ovotransferrin) und 92,5°C (für G2 Globulin). Livetins, Lysozym,
Ovomakroglobulin und Ovoglobulin G3 sind die am wenigsten hitzestabilen Proteine, während Ovotransferrin, Ovoinhibitor und Ovoglobulin G2 zu den hitzestabileren Proteinen in Ei gehören. Die Empfindlichkeit von Proteinen gegenüber Wärme kann durch die Zugabe von Salz und Zucker beeinflusst werden, wodurch die Hitzestabilität der wärmeempfindlichen Proteine ​​erhöht wird.
Nicht nur Zucker und Salz, auch Kohlenhydrate, wie Saccharose, Glucose, Fructose, Arabinose, Mannit und Xylose, schützen Proteine ​​vor Denaturierung während der Wärmebehandlung (Pasteurisierung).
Koagulationstemperatur von Vollei: 73°C

Emulsionsstabilität

Um stabilisierte ein homogenes flüssiges Eiprodukt, das Flüssigei zu erhalten, um mechanisch werden muss Trennung in zwei Phasen zu verhindern.
Eine Emulsion ist ein Gemisch aus zwei oder mehreren nicht-mischbaren Flüssigkeiten. Technisch gesehen sind Emulsionen eine Untergruppe der kolloidalen Systeme mit zwei oder mehr Phasen. In Emulsionen befinden sich sowohl die dispergierte/interne als auch die kontinuierliche/externe Phase in einem flüssigen Zustand. In Emulsionen werden zwei nicht-mischbare Flüssigkeiten gemischt, indem eine Flüssigkeit (die dispergierte Phase) in der anderen (die kontinuierliche Phase) dispergiert wird. Emulgatoren werden verwendet, um eine langfristige mechanische Stabilität des Systems zu erreichen.
Lecithin isteine Komponente in Eigelb und wird häufig als Emulgator in Lebensmittel und industriellen Anwendungen eingesetzt. Neben Lecithin, enthält Eigelb mehrere Aminosäuren, die als Emulgatoren fungieren. Eigelb enthält ca. 5-8g Lecithin, weshalb Eigelb in vielen emulsions-basierten Rezepten wie Mayonnaise, Hollandaise, Dressings und Soßen zum Einsatz kommt.

Schaumbildende Funktionalität

In dem Proteines des Eiklars befinden sich ​​Aminosäuren. Wenn das Protein zusammengerollt sit, sind die hydrophoben Aminosäuren in der Mitte verpackt (entfernt vom Wasser) und die hydrophilen Amninosäuren befinden sich auf der Außenseite (nahe der wasser-basierten Eiklarkomponenten).
Wenn ein Eiprotein an eine Luftblase grenzt, wird ein Teil dieses Proteins der Luft ausgesetzt und der andere Teil befindet sich noch an der Wasser-Phase. Das Protein entrollt sich, so dass sich seine hydrophilen (wasser-liebenden) Teile im Wasser und seine hydrophoben (wasser-abweisenden) Teile in der Luft befinden. Sobald die Proteine ​​sich entfalten - genauso wie es bei Erhitzung geschieht - entsteht ein Netzwerk, in dem die Luftblasen in Position gehalten werden. Dieses Netzwerk bildet einen Schaum.

Eierlikör

Eierlikör ist ein Milch-basiertes alkoholisches Getränk, das aus Milch, Eiern, Zucker und Aromen und Alkohol besteht. Es ist ein süßes, cremiges milch-basiertes Getränk, das traditionell aus Milch, Sahne, Eischnee, Eigelb und Zucker hergestellt wird. Wird Eierlikör als aklkoholisches Getränk produziert, werden destillierte Spirituosen wie Brandy, Rum oder Bourbon eingemischt.