Verbesserte Speiseeisherstellung mittels Ultraschall

Die Anwendung von Hochleistungsultraschall hat mehrere positive Auswirkungen auf die Herstellung von hochwertigem Speiseeis. Zu den wichtigsten Vorteilen der Beschallung gehören die Verringerung der Kristallgröße und die Beschleunigung des Gefrierens von Speiseeis. Dadurch werden die Qualität und das Geschmackserlebnis verbessert und gleichzeitig die Produktionskosten gesenkt.

Auswirkungen von Ultraschall auf die Speiseeisherstellung

Die Herstellung von Speiseeis erfordert eine ausgeklügelte Verarbeitung, um ein hochwertiges süßes Lebensmittel zu erhalten, das den Anforderungen der Kunden entspricht. Die aufwendigen Verarbeitungsschritte resultieren vor allem daraus, dass Speiseeis eines der komplexesten Lebensmittel ist: Eiscreme ist sowohl ein Schaum als auch eine Emulsion. Es enthält Eiskristalle und eine nicht gefrorene flüssige Mischung. Hochleistungsultraschall, der bei der Herstellung von Eiscreme angewendet wird, kann die Keimbildung von Eiskristallen fördern, um den Wärme- und Stoffübertragungsprozess zu beschleunigen, der den Gefrierprozess begleitet. Dabei reduziert die Beschallung die Kristallgröße und verkürzt die Gefrierzeit bei der Eisherstellung. Untersuchungen von Mortazavi und Tabatabaie zeigten, dass die Gefrierzeit bei der Eisverarbeitung durch Beschallung für 20 Minuten um etwa 30 % verkürzt werden kann.

Speiseeisherstellung und die Vorteile des Ultraschalls

Zur Herstellung von Speiseeis wird ein Eismix benötigt. Dieser Eismix besteht aus Milch, Milchpulver, Sahne, Butter oder Pflanzenfett, Zucker, Trockenmasse, Emulgator, Stabilisator sowie Zusatzstoffen wie Früchten, Nüssen, Aromen und Farbstoffen. Diese spezielle Mischung muss homogenisiert und pasteurisiert werden, dann wird sie während des Gefrierprozesses langsam gerührt, um die Bildung großer Eiskristalle zu verhindern. Dabei werden sehr kleine Luftbläschen eingemischt (so genannter Belüftungsprozess), die das Eis aufschäumen und zu einem kalten Dessert mit weicher Textur führen. Die Ultraschallbehandlung fördert die gleichmäßige Verteilung aller Zutaten der Eismischung und trägt gleichzeitig zur Pasteurisierung bei. Lesen Sie hier mehr über die Pasteurisierung von flüssigen Lebensmitteln mit Ultraschall!
Anschließend wird während der Gefrierphase bei der Speiseeisherstellung Ultraschall eingesetzt. Die Ultraschallbehandlung fördert die Keimbildung und das Wachstum der Eiskristalle, so dass der Gefrierprozess erheblich beschleunigt wird. Gleichzeitig wird durch die Beschallung die Größe der Eiskristalle verringert, so dass man gleichmäßig kleine Eiskristalle erhält. Dies verleiht dem Speiseeis eine glatte Textur und ein angenehmes Mundgefühl. – beide Qualitätsmerkmale, die von den Verbrauchern sehr geschätzt werden.

Schritte der Speiseeisherstellung

Die Herstellung von Speiseeis erfolgt in fünf Schritten:

1. Zubereitung der Eismischung
2. Homogenisierung, Pasteurisierung, Reifung des Eismixes
3. Gefrieren und Belüften
4. Formen und Gießen
5. Härten und Verpacken

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

Gefrieren von Speiseeis mit Hilfe von Ultraschall

Während des Gefrierprozesses bilden sich Kristalle aus unterkühltem Wasser. Die Morphologie der Eiskristalle spielt eine wichtige Rolle für die strukturellen und physikalischen Eigenschaften von gefrorenen und halbgefrorenen Lebensmitteln. Da die Größe und Verteilung der Eiskristalle für die Qualität von aufgetauten Gewebeprodukten von besonderer Bedeutung sind, werden bei Speiseeis kleinere Eiskristalle bevorzugt, da große Kristalle eine eisige Textur ergeben. Die Keimbildung ist der wichtigste Faktor, um die Kristallgrößenverteilung während der Kristallisation zu kontrollieren. Dabei ist die Gefrierrate in der Regel der Parameter, mit dem die Größe und Größenverteilung der Eiskristalle in Eiscreme gesteuert wird. Während des Aufschlagens und Einfrierens wird Luft eingespritzt, um die glatte Textur des Eises zu erreichen. Der sogenannte "Überlauf", also die Menge der eingeblasenen Luft, wird – spezifisch für die jeweilige Rezeptur – proportional zum kombinierten Volumen von Feststoff und Wasser berechnet. Die Auflage variiert also aufgrund der unterschiedlichen Eisrezepturen und der Verarbeitungsströme. Standard-Speiseeis weist eine Überschreitung von 100 % auf, was bedeutet, dass das Endprodukt aus einem gleichen Volumen an Eismischung und Luftblasen besteht.
Der Einsatz der Hochleistungs-Ultraschallprozessoren von Hielscher führt zu einer besseren Qualität des Eises, indem die Kristallisation gefördert, die Größe der Eiskristalle reduziert und die Verkrustung einer gefrierenden Oberfläche vermieden wird. Eine bessere Konsistenz und ein cremigeres Mundgefühl wird durch die reduzierte Eiskristallgröße und die verbesserte Luftblasenverteilung erreicht. Ein deutlich kürzeres Einfrieren mit ca. 30% reduzierter Gefrierzeit führt zu einer höheren Prozesskapazität und einem energieeffizienteren Produktionsprozess.

Wissenschaftlich bewiesen: Verbesserte Speiseeisqualität durch Sonikation

Aslan und Dogan (2021) untersuchten die Auswirkungen der Beschallung auf die Speiseeisherstellung mit dem Hielscher Sondenschallgerät UP400St (siehe Bild links). Die Forschungsergebnisse zeigten, dass Ultraschall die Zerkleinerung von Partikeln durch Kavitation fördert. Es war offensichtlich, dass die Beschallung die Qualität von Speiseeis und Tiefkühlprodukten verbessert, da sie eine kleinere Kristalleisgröße erzeugt. Da Eiskristalle dem Speiseeis ein einzigartiges Mundgefühl verleihen, ist es sehr wichtig, beim Gefrierprozess die kleinsten Kristalle zu erhalten, um eine körnige Struktur zu vermeiden und die gewünschte Geschmeidigkeit und Weichheit des Speiseeises zu erreichen. Diese Studie kam auch zu dem Schluss, dass die Ultraschallhomogenisierung eine gut dispergierte Emulsion ergibt. Ein Verbraucherpanel, das die sensorischen und geschmacklichen Eigenschaften von Lebensmitteln prüfte, zeigte, dass die Ultraschallhomogenisierung von Speiseeis dazu beiträgt, die Verbraucherwünsche nach kleineren Eiskristallen und dem damit verbundenen angenehmen Mundgefühl von Speiseeis zu erfüllen.
(vgl. Aslan und Dogan, 2021)

Hochleistungs-Ultraschall-Nahrungsmittelprozessoren für die Speiseeisherstellung

Hielscher Ultrasonics verfügt über langjährige Erfahrung in der Anwendung von Leistungsultraschall in der Lebensmittel- & Getränkeindustrie sowie viele andere Industriezweige. Unsere Ultraschallprozessoren sind mit leicht zu reinigenden (Clean-in-Place CIP / Sterilize-in-Place SIP) Sonotroden und Durchflusszellen (die nassen Teile) ausgestattet.
Die Industrieschallgeräte von Hielscher Ultrasonics können sehr hohe Amplituden im 24/7-Dauerbetrieb liefern. Die präzise Steuerung der Amplitude von geringer bis hoher Intensität ist wichtig für die Feinabstimmung des Beschallungsprozesses auf die angestrebten Produkteigenschaften der Eiscreme-Rezeptur.
Mit Ultraschall-Lebensmittelprozessoren in jeder Größe bietet Hielscher zuverlässige Systeme für die chargenweise und kontinuierliche Behandlung von Lebensmitteln und Getränken, einschließlich Speiseeis. Während für eine kleine handwerkliche Gelaterie die Ultraschallgeräte UP400ST (400 Watt) oder UIP1000hdT (1000 Watt) ausreichen, werden für eine industrielle Speiseeisherstellung die Hochleistungs-Schallgeräte UIP6000hdT (6000 Watt) oder UIP16000hdT (16.000 Watt) eingesetzt.
In der folgenden Tabelle finden Sie die ungefähre Verarbeitungskapazität unserer Ultraschallhomogenisatoren:

Literatur / Literaturhinweise