Ultraschall und seine vielfältigen Anwendungen in der Lebensmittelverarbeitung
Hochleistungs-Ultraschall bietet vielfältige Möglichkeiten für effektive und zuverlässige Anwendungen in der Lebensmittelverarbeitung. Zu den häufigsten Anwendungen in der Lebensmittelindustrie zählen Mischen & Homogenisieren, Emulgieren, Dispergieren, Zellaufschluss & Extraktion von Intrazellulärem Material, Aktivierung oder Deaktivierung von Enzymen (wobei der jeweilige Effekt von der Ultraschall-Intensität abhängt), Haltbarmachung & Stabilisierung, Lösen, Kristallisation, Hydrierung, Zartmachen von Fleisch, Reifung & Alterung durch Oxidation sowie Entgasen und Sprühtrocknen.
Nachstehend finden Sie eine Liste mit verschiedenen Ultraschall-gestützten Anwendungen zur Lebensmittelbearbeitung.
Bitte klicken Sie die jeweilige Anwendung an, um mehr darüber zu erfahren!
Extraktion von Aromen und Wirkstoffen
Klicken Sie hier, um mehr über die Ultraschall-Lyse & Extraktion zu erfahren oder um mehr über das Ultraschall-Extraktionsverfahren von aktiven Wirkstoffkomponenten aus Safran und Kaffee!
Fermentation von Joghurt
Die Ultraschall-Homogenisierung bewirkt das Aufbrechen der Milchfettkügelchen und eine sehr feine Größenverteilung.
Ultraschall beschleunigt die Fermentationsrate deutlich (Verkürzung der gesamten Produktionszeit um bis zu 40 %) und verbessert die Qualitätsmerkmalen von Joghurt, was sich durch höhere Viskosität, stärkeres Koagulum und bessere Textur bemerkbar macht.
Homogenisieren von Milch
Die Studie von Sfakianakis und Tzia (2012) zeigt, wie mittels Ultraschall-Homogenisierung die Größe der Milchfettglobuli (MFG) verringert wird. Bei niedriger Amplitude (150W) zeigte sich keine zufriedenstellende Homogenisierung (Abb. 2): Die MFG-Größe und deren Verteilung ähneln denen von unbehandelte Milch (vgl. Abb. 1 und 2). Bei mittlere Ultraschall-Amplitude (267,5, 375 W) wurde eine gute Homogenisierung erreicht; der durchschnittliche Durchmesser der Milchfettkügelchen betrug 2 μm (Abb. 3, 4). Bei höheren Ultraschall-Amplituden (750W) wurde die MFG-Größe so signifikant reduziert (Abb. 6), so dass sie unter dem Lichtmikroskop (100 X Vergrößerung) kaum sichtbar waren. Der durchschnittliche Durchmesser der MFG betrug 0,3 μm.

Hochleistungs-Ultraschall ist eine milde, nicht-thermische Methode der Homogenisierung. Sfakianakis et al. (2011) haben die effektive Ultraschall-Homogenisierung bei Milch untersucht.
Chandrapala et al. (2012) untersuchten die Auswirkungen von Ultraschall auf Kasein und Kalzium. Sie beschallten Proben mit frischer Magermilch, rekonstruiertes mizellares Kasein und Kaseinpulver. Die Proben wurden solange mit Ultraschall behandelt, bis die Fettkügelchen der Milch auf ca. 10nm reduziert waren. Die Analyse der beschallten Milch zeigt, dass die Größe der Kaseinmizellen unverändert bleibt. Schon innerhalb der ersten paar Minuten der Beschallung konnte ein leichter Anstieg an löslichem Molkeprotein und eine entsprechende Abnahme der Viskosität gemessen werden. Die Studie zeigt, dass der Anteil und die Größe der Kaseinmizellen während der Ultraschallbehandlung stabil bleibend auch die Konzentration an löslichem Calcium wird durch Ultraschall negativ nicht beeinflusst. [Chandrapala et al. 2012]
Zuckerkristallisation für Süßwaren
Die ultraschall-gestützte Kristallisation ist von großem Interesse für die Formulierung von Süßigkeiten, Süßwaren, Aufstrichen, Eis, Schlagsahne und Schokolade.
Hydrierung von Speiseölen
Verflüssigen von Honig
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Stabilisierung von Säften und Smoothies
Lesen Sie hier mehr über die Ultraschall-gestützte Verbesserung von Säften & Smoothies!
Altern von Wein & alkoholischen Getränken
Hier erfahren Sie mehr über die Möglichkeiten der Ultraschallbehandlung von Wein!
Auch die Gärung von Wein, Most, Bier und Sake kann auch deutlich verbessert werden. Die Fermentation kann mittels Ultraschall um 50 bis 65 % beschleunigt werden!
Um weitere Informationen über die ultraschallgestützte Fermentation zu erhalten, klicken Sie bitte hier!
Eiscreme
Während des Gefrierprozesses bilden sich Kristalle aus unterkühltem Wasser. Die Morphologie der Eiskristalle spielt eine wichtige Rolle für die strukturelle und physikalischen Eigenschaften von gefrorenen und halb-gefroren Lebensmitteln. Da Kristallgröße und -verteilung die Qualität von gefrorenen Produkten, wie z.B. Eiscreme, beeinflussen, wird die Bildung kleinere Eiskristalle angestrebt, da zu große Kristalle zu einer eisigen, körnigen Textur führen. Die Keimbildung der Eiskristalle ist die entscheidende Phase, während der die Kristallgröße und deren Verteilung gesteuert werden kann. Die Gefrierrate ist der Parameter, über den die Größe und Verteilung der Eiskristalle in Speiseeiscreme reguliert werden kann. Während des Aufschlagens und Gefrierens wird Luft in das Eis eingespritzt, um dadurch eine glatte, cremige Textur des Eises zu erreichen. Der sogenannte "Over-run" ist die injizierte Luftmenge, welche proportional der Mixtur aus Feststoffen und Wasser hinzugefügt wird – und speziell auf jede Rezeptur abgestimmt wird. Das heißt, dass der sog. "Over-run" je nach Eiscreme-Formulierungen und die Verarbeitungsprozess variiert. Durchschnittliches Speiseeis weist einen "Over-run" von ca. 100% auf, was bedeutet, dass das fertige Produkt zu gleichen Teilen aus Eis und kleinsten Luftblasen besteht.
Durch den Einsatz von Hielscher's Hochleistungs-Ultraschallgeräten lässt sich eine bessere Speiseeisqualität erreichen, indem die Größe der Eiskristalle verkleinert wird und die Inkrustation einer eisigen Oberfläche vermieden wird. Die so produzierte Eiscreme hat eine weichere, samtige Konsistenz und ein cremigeres Mundgefühl, da Ultraschall die Eiskristallgröße reduziert und Luftblasen feiner verteilt. Zudem wird die Prozesskapazität durch kürzere Gefrierdauer verbessert und das Herstellungsverfahren von Eiscreme energieeffizienter.
Belüftung von Teig
Schokolade
Ultraschall ist eine Alternativtechnologie, um die Zuckerkristalle in Schokolade aufzubrechen und bringt dadurch vergleichbare Effekte zum Conchieren.
Zartmachung von Fleisch
Anwendung von Ultraschall in der Küche
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Literatur / Referenzen
- Chandrapala, Jayani et al. (2012): The effect of ultrasound on casein micelle integrity. Journal of Dairy Science 95/12, 2012. 6882-6890.
- Chandrapala, Jayani et al. (2011): Effects of ultrasound on the thermal and structural characteristics of proteins in reconstituted whey protein concentrate. Ultrasonics Sonochemistry 18/5, 2011. 951-957.
- Dairy Processing Handbook. Published by Tetra Pak Processing Systems AB, S-221 86 Lund, Sweden. 387.
- Feng, Hao; Barbosa-Cánovas, Gustavo V.; Weiss, Jochen (2010): Ultrasound Technologies for Food and Bioprocessing. New York: Springer, 2010.
- Huang, B. X.; Zhou, W. B. (2009): Ultrasound Aided Yogurt Fermentation with Probiotics. NUROP Congress, Singapore, 2009.
- Keshava Prakash, M. N.; Ramana, K. V. R. (2003): Ultrasound and Its Application in the Food Industry. J. Food Sci Technol. 40/6, 2003. 563-570.
- Mortazavi, A.; Tabatabaie, F. (2008): Study of Ice Cream Freezing Process after Treatment with Ultrasound. World Applied Science Journal 4, 2008. 188-190.
- Petzold, G. and Aguilera, J. M. (2009): Ice Morphology: Fundamentals and Technological Applications in Foods. Food Biophysics Vol.4, No. 4, 378-396.
- Sfakianakis, Panagiotis; Tzia, Constantina (2011): Yogurt from ultrasound treated milk: monitoring of fermentation process and evaluation of product quality characteristics. ICEF 2011.