Verbesserte Speiseeisherstellung mit Hilfe von 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 aufwändige Verarbeitung, um ein hochwertiges süßes Lebensmittel zu erhalten, das den Ansprüchen der Kunden gerecht wird. Die aufwendigen Verarbeitungsschritte ergeben sich vor allem aus der Tatsache, dass Speiseeis eines der komplexesten Lebensmittel ist: Speiseeis ist sowohl ein Schaum als auch eine Emulsion. Es enthält Eiskristalle und eine nicht gefrorene flüssige Mischung. Hochleistungs-Ultraschall, der bei der Herstellung von Speiseeis eingesetzt wird, kann die Keimbildung von Eiskristallen fördern, um den Wärme- und Stoffübertragungsprozess zu beschleunigen, der den Gefrierprozess begleitet. Dadurch wird die Kristallgröße verringert und die Gefrierzeit bei der Eisherstellung verkürzt. Untersuchungen von Mortazavi und Tabatabaie haben gezeigt, dass die Gefrierzeit bei der Speiseeisherstellung durch eine 20-minütige Beschallung 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. Gestaltung und Formgebung
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 werden aus unterkühltem Wasser Kristalle gebildet. Die Morphologie der Eiskristalle spielt eine wichtige Rolle für die texturellen und physikalischen Eigenschaften von gefrorenen und halbgefrorenen Lebensmitteln. Da Größe und Verteilung der Eiskristalle von besonderer Bedeutung für die Qualität aufgetauter Gewebeprodukte sind, werden bei Speiseeis kleinere Eiskristalle bevorzugt, da große Kristalle zu einer eisigen Textur führen. Die Keimbildung ist der wichtigste Faktor zur Steuerung der Kristallgrößenverteilung während der Kristallisation. Dabei ist die Gefriergeschwindigkeit in der Regel der Parameter, der zur Steuerung der Größe und Größenverteilung der Eiskristalle in Speiseeis verwendet wird. Während des Aufschlagens und Gefrierens wird Luft eingeblasen, um die glatte Textur von Speiseeis zu erreichen. Der so genannte "Over-run", die Menge der eingeblasenen Luft, wird - spezifisch für das jeweilige Rezept - proportional zum kombinierten Volumen von Feststoffen und Wasser dosiert. Der Überlauf variiert also aufgrund der verschiedenen Eisrezepturen und der Verarbeitungsströme. Standardeis weist einen Überlauf von 100 % auf, d. h. das Endprodukt besteht zu gleichen Teilen aus Eismix und Luftblasen.
Der Einsatz der Hochleistungs-Ultraschallprozessoren von Hielscher führt zu einer besseren Qualität des Speiseeises, indem die Kristallisation gefördert, die Eiskristallgröße reduziert und die Verkrustung einer Gefrierfläche vermieden wird. Durch die reduzierte Eiskristallgröße und die verbesserte Luftblasenverteilung wird eine bessere Konsistenz und ein cremigeres Mundgefühl erreicht. Deutlich kürzeres Gefrieren 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 Abb. 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