Verbesserte Speiseeisherstellung mittels Ultraschall

Der Einsatz von Leistungsultraschall hat mehrere positive Auswirkungen auf die Herstellung von hochwertigem Speiseeis. Zu den wichtigsten Vorteilen der Beschallung zählen die Verringerung der Kristallgröße und die Beschleunigung des Gefrierens von Speiseeis. Dadurch verbessert die Ultraschallbehandlung die Qualität und das sensorische Erlebnis der Verbraucher und senkt gleichzeitig die Produktionskosten.

Auswirkungen von Ultraschall auf die Speiseeisherstellung

Die Speiseeisherstellung erfordert eine anspruchsvolle Verarbeitung, um ein hochwertiges süßes Lebensmittel zu erhalten, das den Kundenanforderungen entspricht. Die aufwendigen Verarbeitungsschritte ergeben sich hauptsächlich daraus, dass Speiseeis zu den komplexesten Lebensmitteln gehört: Es ist sowohl ein Schaum als auch eine Emulsion. Es enthält Eiskristalle und eine nicht gefrorene Flüssigkeitsmischung. Bei der Speiseeisherstellung eingesetzter Hochleistungsultraschall kann die Keimbildung von Eiskristallen fördern und dadurch den Wärme- und Stofftransport beschleunigen, der den Gefrierprozess begleitet. So verringert die Beschallung die Kristallgröße und verkürzt die Gefrierzeit bei der Speiseeisherstellung. Untersuchungen von Mortazavi und Tabatabaie zeigten, dass sich die Gefrierzeit bei der Speiseeisverarbeitung durch eine Beschallung über 20 min um etwa 30% verkürzen ließ.

Speiseeisherstellung und die Vorteile von Ultraschall

Für die Speiseeisherstellung wird ein Eismix benötigt. Dieser besteht aus Milch, Milchpulver, Sahne, Butter oder Pflanzenfett, Zucker, Trockenmasse, Emulgator, Stabilisator sowie Zusätzen wie Früchten, Nüssen, Aromen und Farbstoffen. Diese spezielle Mischung muss homogenisiert und pasteurisiert werden. Anschließend wird sie während des Gefrierprozesses langsam gerührt, um die Bildung großer Eiskristalle zu verhindern. Dabei werden sehr kleine Luftblasen eingemischt, um das Speiseeis aufzuschäumen und ein kaltes Dessert mit geschmeidiger Textur zu erhalten. Dieser Vorgang wird als Belüftung bezeichnet. Die Ultraschallbehandlung fördert die gleichmäßige Verteilung aller Bestandteile des Eismixes und trägt gleichzeitig zur Pasteurisierung bei. Lesen Sie hier mehr über die Ultraschallpasteurisierung flüssiger Lebensmittel!
Anschließend wird Ultraschall während der Gefrierphase der Speiseeisherstellung eingesetzt. Die Ultraschallbehandlung fördert die Keimbildung und das Wachstum von Eiskristallen, sodass der Gefrierprozess erheblich beschleunigt wird. Gleichzeitig verringert die Beschallung die Größe der Eiskristalle, sodass gleichmäßig kleine Eiskristalle entstehen. Dies verleiht dem Speiseeis eine geschmeidige Textur und ein angenehmes Mundgefühl – beides Qualitätsmerkmale, die Verbraucher sehr schätzen.

Schritte der Speiseeisherstellung

Die Herstellung von Speiseeis umfasst fünf Phasen:

1. Zubereitung des Eismixes
2. Homogenisierung, Pasteurisierung und Reifung des Eismixes
3. Gefrieren und Belüften
4. Formgebung und Abfüllen in Formen
5. Härten und Verpacken

Schritte der Speiseeisherstellung.
Quelle: Dairy Processing Handbook. Herausgegeben von Tetra Pak Processing Systems AB, Lund, Schweden. S. 387.

Durch Ultraschall gefördertes Gefrieren von Speiseeis

Während des Gefrierprozesses bilden sich Kristalle aus unterkühltem Wasser. Die Morphologie der Eiskristalle spielt eine wichtige Rolle für die Textureigenschaften und die physikalischen Eigenschaften gefrorener und halbgefrorener Lebensmittel. Während Größe und Verteilung der Eiskristalle für die Qualität aufgetauter Lebensmittel mit Gewebestruktur von besonderer Bedeutung sind, werden bei Speiseeis kleinere Eiskristalle bevorzugt, da große Kristalle eine eisige Textur verursachen. Die Keimbildung ist der wichtigste Faktor zur Steuerung der Kristallgrößenverteilung während der Kristallisation. Dabei dient üblicherweise die Gefriergeschwindigkeit als Parameter zur Steuerung der Größe und Größenverteilung der Eiskristalle im Speiseeis. Während des Aufschlagens und Gefrierens wird Luft eingebracht, um die geschmeidige Textur des Speiseeises zu erzielen. Der sogenannte „Overrun“, die Menge der eingebrachten Luft, wird – abgestimmt auf die jeweilige Rezeptur – proportional zum Gesamtvolumen von Feststoffen und Wasser dosiert. Der Overrun variiert daher je nach Speiseeisrezeptur und Verarbeitungsablauf. Standardspeiseeis weist einen Overrun von 100% auf, was bedeutet, dass das Endprodukt zu gleichen Volumenanteilen aus Eismix und Luftblasen besteht.
Der Einsatz der Hochleistungsultraschallprozessoren von Hielscher verbessert die Speiseeisqualität, indem er die Kristallisation fördert, die Eiskristallgröße verringert und die Bildung von Verkrustungen auf einer Gefrierfläche verhindert. Durch die geringere Eiskristallgröße und die verbesserte Verteilung der Luftblasen werden eine bessere Konsistenz und ein cremigeres Mundgefühl erzielt. Ein deutlich schnelleres Gefrieren mit einer um etwa 30% verkürzten Gefrierzeit führt zu einer höheren Prozesskapazität und einem energieeffizienteren Produktionsprozess.

Wissenschaftlich belegt: Verbesserte Speiseeisqualität durch Beschallung

Aslan und Dogan (2021) untersuchten die Auswirkungen der Beschallung auf die Speiseeisherstellung mit dem Ultraschallgerät UP400St mit Sonotrode von Hielscher (siehe Abbildung links). Die Forschungsergebnisse zeigten, dass Ultraschall durch Kavitation die Zerkleinerung von Partikeln fördert. Es zeigte sich, dass die Beschallung die Qualität von Speiseeis und gefrorenen Lebensmitteln verbessert, da sie kleinere Eiskristalle erzeugt. Da Eiskristalle dem Speiseeis ein unverwechselbares Mundgefühl verleihen, ist es sehr wichtig, beim Gefrieren möglichst kleine Kristalle zu erhalten, um eine körnige Struktur zu verhindern und die gewünschte Geschmeidigkeit und Weichheit des Speiseeises zu erzielen. Die Studie kam außerdem zu dem Schluss, dass die Ultraschallhomogenisierung eine fein verteilte Emulsion erzeugt. Die Prüfung der sensorischen Eigenschaften und des Geschmacks durch ein Verbraucherpanel zeigte, dass die Ultraschallhomogenisierung von Speiseeis durch kleinere Eiskristalle und das damit verbundene angenehme Mundgefühl dazu beiträgt, den Verbraucherwünschen zu entsprechen.
(vgl. Aslan und Dogan, 2021)

Hochleistungsultraschallprozessoren für die Speiseeisherstellung

Hielscher Ultrasonics verfügt über langjährige Erfahrung im Einsatz von Leistungsultraschall in der Lebensmittel- und Getränkeindustrie sowie in vielen weiteren Industriezweigen. Unsere Ultraschallprozessoren sind mit leicht zu reinigenden Sonotroden und Durchflusszellen ausgestattet. Diese medienberührten Bauteile ermöglichen die Reinigung im eingebauten Zustand (Clean-in-Place, CIP) und die Sterilisation im eingebauten Zustand (Sterilize-in-Place, SIP).
Die industriellen Ultraschallgeräte von Hielscher Ultrasonics können im 24/7-Dauerbetrieb sehr hohe Amplituden liefern. Die präzise Steuerung der Amplitude von geringer bis hoher Intensität ist wichtig, um den Beschallungsprozess genau auf die angestrebten Produkteigenschaften der Speiseeisrezeptur abzustimmen.
Mit Ultraschallprozessoren für die Lebensmittelverarbeitung in jeder Größe bietet Hielscher zuverlässige Systeme zur chargenweisen und kontinuierlichen Behandlung von Lebensmitteln und Getränken, einschließlich Speiseeis. Während für eine kleine handwerkliche Eisdiele die Ultraschallgeräte UP400ST (400 Watt) oder UIP1000hdT (1000 Watt) eine ausreichende Verarbeitungskapazität bieten, werden in einem industriellen Speiseeiswerk die Ultraschallgeräte UIP6000hdT (6000 Watt) oder UIP16000hdT (16.000 Watt) mit hohem Durchsatz installiert.
Die folgende Tabelle gibt Ihnen einen Überblick über die ungefähre Verarbeitungskapazität unserer Ultraschallgeräte:

Literatur / Quellen

• Mortazavi, A. and Tabatabaie, F. (2008): Study of Ice Cream Freezing Process after Treatment with Ultrasound. World Appl. Sci. J 4, 188-190.
• Aslan Türker, Duygu; Dogan, Mahmut (2021): Effects of ultrasound homogenization on the structural and sensorial attributes of ice cream: optimization with Taguchi and data envelopment analysis. Journal of Food Measurement and Characterization 15, 2021, 1-11.
• Vildan Akdeniz, A. Sibel Akalın (2019): New approach for yoghurt and ice cream production: High-intensity ultrasound. Trends in Food Science & Technology, Volume 86, 2019. 392-398.
• Petzold, G. and Aguilera, J. M. (2009): Ice Morphology: Fundamentals and Technological Applications in Foods. Food Biophysics Vol.4, No. 4, 378-396.
• Dairy Processing Handbook. Published by Tetra Pak Processing Systems AB, S-221 86 Lund, Sweden. p.387.