Hielscher Ultraschalltechnik

Ultraschallhomogenisatoren für die Herstellung von Sojamilch

  • Für die Sojamilchproduktion sind intensive Homogenisierungsprozessbedingungen erforderlich, um ein schmackhaftes und qualitativ hochwertige Soja-Getränk mit hohem Nährstoffgehalt zu erhalten.
  • Die ultraschall-gestützte Homogenisierung und Pasteurisierung bietet den Vorteil, ein gesunde Sojamilchgetränk mit hohem Nährstoffgehalt & Haltbarkeit sowie mit einer hohen mechanischen und mikrobiologischen Stabilität zu erzeugen.

 

Die Produktion von Soja-Milch

Durch die Ultraschallverarbeitung von Sojabohnenpaste und Sojamilch werden die physikalisch-chemischen Eigenschaften (makromolekulare Veränderungen, Inaktivierung von Enzymen) beeinflusst. Zudem werden durch die Ultraschall-Scherkräfte eine gleichmäßige, feine Homogenisierung sowie verbesserte rheologische Produkteigenschaften erreicht. Die Ultraschall-Emulgierung resultiert in einer stabilen, homogenen Pflanzenmilch. Gleichzeitig sorgen die Haltbarmachung mittels Ultraschall und die Inaktivierung von Mikroorganismen für die mikrobielle Stabilität des Sojagetränkes. Neben dem verbesserten Nährstoffgehalt und feineren Geschmack überzeugt die Ultraschallverarbeitung zudem durch ihre Energie- und Zeiteffizienz. Im Vergleich zu herkömmlichen Methoden ist die Ultraschallhomogenisierung deutlich energiesparender und erzielt gleiche oder bessere Ergebnisse innerhalb kürzerer Zeit.
Ultraschall-Homogenisatoren ermöglichen es, die Produktionskapazität der Sojamilch-Herstellung zu erhöhen. Sie optimieren die Haltbarmachung und ermöglichen eine flexible Anpassung der Produktionslinie. Ultraschall-Inline-Homogenisatoren können problemlos an variable Produktionsziele angepasst werden, so dass die Herstellung von verschiedenen Geschmacksprofilen (z.B. intensiver oder milder Sojabohnen-Geschmack) und Produkt-Funktionalitäten durch einfaches Ändern der Prozessparameter erreicht werden kann.

Soja-Geschmack

Mittels Ultraschall wird es möglich, den Geschmack der Sojabohnen zu modifizieren: Sojamilchprodukte können mit einem intensiven oder milden Bohnengeschmack produziert werden. Asiatische Konsumenten schätzen den intensiven Sojageschmack, während westliche Verbraucher ein mildes Geschmacksprofil vorziehen. Mittels der Einstellung der Ultraschall-Prozessparameter (Amplitude, Beschallungsdauer, Temperatur, Druck), kann entweder ein intensives oder mildes Geschmacksprofil erzielt werden. Mit demselben Ultraschallsystem können durch eine gezielte Anpassung der Parameter verschiedene Soja-Geschmacksprofile erzeugt werden, wodurch auf einer Anlage verschiedene Sojagetränke für verschiedene Zielmärkte produziert werden können.

Enzym-Inaktivierung durch Ultraschall

Der intensive Soja-Geschmack resultiert hauptsächlich aus die Aktivität des Enzyms Lipoxygenase (LOX). Die Inaktivierung dieses Enzyms LOX gehört zu den wichtigsten Ziele moderner Sojabohnen-Verarbeitungsanlagen.
Mano-Thermo-Sonication (MTS) – die Beschallung bei erhöhten Drücken und Temperaturen – ist eine bewährte Methode, das Enzym Lipoxygenase (LOX) zu inaktivieren. Das Lipoxygenase-Enzym ruft die Oxidation von Fettsäuren und Pigmenten hervor, woraus ein intensives Geschmacksprofil resultiert. Intensive Ultraschallwellen dazu führen, dass Enzyme (z.B. Lipoxygenase, Peroxidase und Polyphenol-Oxidase) inaktiviert bzw. denaturiert werden.
Die Mano-Thermo-Sonication (MTS) hat sich im industriellen Maßstab bewährt, um Enzyme wie Lipoxygenase, Peroxidase sowie Proteasen und Lipasen psychrophiler Bakterien zu inaktivieren. (Kuldiloke 2002: 2)

Vorteile der ultraschall-gestützten Sojamilch-Produktion

  • hohe Extraktionsausbeute
  • angenehmes Aroma
  • mechanische Stabilität
  • mikrobiologische Stabilität / Haltbarmachung
  • Enzym-Inaktivierung
  • Energieeffizienz
Ultraschallhomogenisator für Soja-Proteine und Soja-Milch

Ultraschall-Homogenisierung und -Haltbarmachung von Sojamilch

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Mikrobiologische Stabilität mittels Ultraschall-Haltbarmachung

Ultraschall allein oder in Kombination mit Wärme (Thermo-Sonication) oder Druck (Mano-Sonication) bzw. Wärme und Druck (Mano-Thermo-Sonication) hat sich als wirksame Methode bewährt, um verschiedene Enzyme wie Lipoxygenase, Peroxidase und Polyphenol-Oxidase sowie hitzebeständige Lipasen und Proteasen zu inaktivieren. Intensive Ultraschallwellen zerstören die Mikroorganismen, so dass eine mikrobielle Inaktivierung und dadurch eine mikrobielle Produktstabilität erreicht wird. Die Inaktivierung pathogener und verderbnis-erregender Mikroorganismen und Enzymen durch die Ultraschallbehandlung wird vor allem durch physikalische (Kaviation, mechanische Scherkräfte) und/oder chemische Effekte erzielt.

Sojaprotein

Durch die Anwendung von Hochleistungs-Ultraschall bei der Herstellung von Soja-Protein-Isolat (SPI) und Soja-Protein-Konzentrat (SPC) ist es möglich, die Sojaproteine gezielt zu modifizieren und dadurch einen funktionellen Lebensmittelzusatzstoff zu produzieren. Zahlreiche neue Produktkonzepte beinhalten Soja-Proteine als Bestandteil der Rezeptur. Die ultraschall-gestützte Verarbeitung ermöglicht die industrielle Fertigung von qualitativ hochwertigen Produkten wie z.B. milchfreien, veganen Smoothies, Käsealternativen, Suppen, Aufstrichen und cremigen Dressings.
Die Beschallung mit einem leistungsstarken Ultrasonicator (z.B. UIP2000hdT) bewirkt eine erhebliche Veränderungen der Leitfähigkeit, erhöht sich die Löslichkeit des Sojaprotein-Konzentrats, erhöht die spezifische Oberfläche, welche für die Texture wichtig ist und den Emulsions-Aktivitätsindex (EAI) erhöht. Mittels Ultraschall können der durchschnittliche Partikeldurchmesser D und der durchschnittliche Volumen-Oberflächen-Durchmesser D für Soja-Protein-Isolate (SPI) und Soja-Protein-Konzentrate (SPC) erheblich reduziert werden.
Im Vergleich zu herkömmlichen Sojaprotein-Verarbeitung ist die Beschallung energie-effizienter. Zudem benötigt die Ultraschallverarbeitung deutlich weniger Zeit.

Ultraschallhomogenisatoren

Hielscher Ultrasonics‘ Homogenisatoren für die Lebensmittelverarbeitung sind vielseitig einsetzbar und lassen sich leicht in bestehende Produktionslinien installieren bzw. nachrüsten. Hohe Leistung, Zuverlässigkeit und Robustheit machen Hielscher Ultraschallhomogenisatoren zum „Arbeitstier“ in der Sojamilch-Herstellung.
Hielscher's industrielle Ultraschallprozessoren liefern sehr hohe Amplituden. Die Ultraschallgeräte können Amplituden von bis zu 200µm problemlos kontinuierlich im 24/7-Betrieb liefern. Für noch höhere Amplituden stehen kundenspezifisch gefertigte Ultraschall-Sonotroden zur Verfügung. Die Robustheit der Hielscher Ultraschallsysteme ermöglicht einen 24/7 Betrieb unter Heavy-Duty-Bedingungen sowie in anspruchsvollen Umgebungen.

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

  • Berk, Z. (1992): Soymilk and related products. Food and Agriculture Organization of the United Nations, Rome, Italy; Corporate Document Repository: Technology of Production of Edible Flours and Protein Products from Soybeans. Services Bulletin No. 97, Chapter 8. Retrieved 16 January 2017.
  • Bourke, P.; Tiwari, B.; O’Donnell, C.; Cullen, P. J. (2010): Effect of ultrasonic processing on food enzymes of industrial importance. Trends in Food Science and Technology, Vol. 21, Issue 7, 2010.
  • Mei, Jun ; Feng, Fei; Li, Yunfei (2017): Wirksamkeit verschiedener homogener Methoden auf physikalisch-chemische, texturale und sensorische Eigenschaften von Soja-Joghurt (Glycin max L.). CyTA – Journal of Food, 15:1, 2017. 21-26.
  • Iswarin, S.J.; Permadi, B. (2012): Coconut Milk’s Fat Breaking by Means of Ultrasound. International Journal of Basic & Applied Sciences IJBAS-IJENS Vol 12, No 01. 2012.
  • Kuldiloke, J. (2002): Effect of Ultrasound, Temperature and Pressure Treatments on Enzyme Activity and Quality Indicators of Fruit and Vegetable Juices. Dissertation TU Berlin, 2002.


Wissenswertes

Soja-Milch

Soja-Milch ist ein Getränk, das mittels eines Extraktionsprozesses aus ganzen Sojabohnen in Wasser hergestellt wird. Soja-Milch ist eine Emulsion aus Wasser und Lipiden der Sojabohne, welche wasserlösliche Proteine und Kohlenhydrate enthalten. Für die traditionellen Sojamilch-Herstellung wurden Sojabohnen eingeweicht, gemahlen, gefiltert und aufgekocht. So hergestellte Sojamilch weist eine nur geringe Haltbarkeit auf. Heutige Verbraucher sowie der moderne Lebensstil verlangen jedoch Produkte mit einer langen Haltbarkeit, die während der Lagerung sicher und stabil bleiben. Für die Produktion solcher Sojamilch-Getränke wird vor allem die UHT-Technologie eingesetzt. Dadurch kann eine Haltbarkeit von mehreren Monaten bzw. bis zu einem Jahr erzielt werden. Die spezifische Produkthaltbarkeit ist von der Zusammensetzung des Produktes abhängig. Darüber hinaus ist die richtige Wahl von Emulgatoren und Stabilisatoren notwendig, um ein homogenes Produkt ohne Aufrahmung und Sedimentation während der gesamten Haltbarkeitsdauer zu produzieren.

Herstellung von Sojamilch und Soja-Drinks

Soja-Milch wird entweder aus ganzen Sojabohnen oder Sojamehl hergestellt. Die trockenen Bohnen werden über Nacht bzw. für mindestens 3 Stunden oder länger in Wasser eingeweicht. Die benötigte Einwirkzeit hängt stark mit der Wassertemperatur zusammen. Danach werden die eingeweichten Bohnen in Nassmahlprozess zerkleinert. Wasser wird zugefügt, um den Wassergehalt bedarfsabhängig für das endgültige Sojamilchgetränk zu erreichen. Ein Sojamilch-Drink liefert in der Regel einen Eiweißgehalt von 1–4%. Das Gewichtsverhältnis von Wasser zu Sojabohnen liegt bei 20:1 zu einem typischen Sojagetränk für westliche Konsumenten. (Traditionell-asiatische Sojamilch hat eine Wasser: Soja-Gewichtsverhältnis von bis zu 5:1). Die gemahlene Sojabohnen-Slurry wird anschließend gekocht, um Geschmackseigenschaften, Bekömmlichkeit und mikrobielle Stabilität zu verbessern. Durch diese Wärmebehandlung werden Soja-Trypsin-Inhibitoren und Lipoxygenase-enzyme inaktiviert. Dadurch wird eine milderes Geschmacksprofil erzeugt und die Sojamilch wird pasteurisiert. Die Wärmebehandlung dauert ca. 15–20 Minuten. Anschließend erfolgt die Filtration, bei der unlösliche Rückstände wie Soja-Zellstofffasern / Okara entfernt werden. Schließlich kann das Sojagetränk noch durch Zugabe von Zucker, Vanille, Schokolade, Obst oder anderen Aromen aromatisiert werden.

Soja-Drinks und -Joghurt

Sojabohnen werden verwendet, um verschiedene Produkte wie Milchersatz und Sojagetränke, Saft, Soja-Mix-Drinks (vor allem in Lateinamerika) sowie Sojajoghurt zu produzieren. Soja-Drinks und Joghurts sind weitverbreitete Milchersatzprodukte, welche nicht nur von Personen mit Laktoseintolernaz und Veganern konsumiert werden, sondern auch aufgrund ihres Nährstoffgehaltes und Geschmacks gerne gekauft werden.
Typische Sojamilch weist folgende Zusammensetzung auf: ca. 3,6% Eiweiß, 2% Fett, 2,9% Kohlenhydrate und 0,5% Asche. Sojabohnen haben einen niedrigen Gehalt an gesättigten Fettsäuren und cholesterin- und laktosefrei. Darüber hinaus haben sie einen hohen Anteil an Vitaminen und Mineralien, so dass Sojabohnen und Sojaprodukte als gesunde Lebensmittel gelten.

Mano-Thermo-Sonication

Die Mano-Thermo-Sonication (MTS) ist die synergetische Kombination von Ultraschall mit Hitze und Druck.