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.

Im Folgenden stellen wir Ihnen verschiedene ausgewählte Anwendungen von Hielscher Ultraschallgeräten in der Lebensmittelverarbeitung vor. Bitte klicken Sie auf die entsprechenden Links, um detaillierte Informationen über die Anwendung Ihres Interesses zu erhalten!

Extraktion von Aromen und bioaktiven Verbindungen mittels Ultraschall

Ultraschall ist eine erprobte und zuverlässige Extraktionsmethode, um intrazelluläres Material zu gewinnen.
Klicken Sie hier, um mehr über die Ultraschall-Lyse & Extraktion und die Beispiele für die Ultraschallextraktion von Wirkstoffen aus Safran, Kaffee, Cannabis, Pilze oder Algen!

Emulgieren von Saucen, Dressings und Cremes mit Ultraschall

Durch Beschallung von Öl-Wasser-Gemischen erzielen Köche und Lebensmittelwissenschaftler ultrafeine, stabile Emulsionen – ohne übermäßige Hitze oder synthetische Zusatzstoffe. Von cremigen Saucen, samtigen Vinaigrettes bis hin zu milchfreien Cremes und zarten Schäumen ermöglicht die Ultraschallkavitation eine präzise Kontrolle der Tröpfchengröße und -verteilung.
Erfahren Sie mehr über Lebensmittel-Emulsionen mit Ultraschall!

Ultraschall-Fermentation von Joghurt

Joghurt ist ein fermentiertes Milchprodukt, das entweder aus reiner Milch oder aus Milch unter Zugabe von Bakterienkulturen hergestellt werden kann. Meist werden Bifidobakterienstämme (z.B. BB-12, BB-46, B. breve) als Probiotika für die Joghurtfermentation verwendet. Bakterienzellen können mittels Ultraschallkavitation zerstört werden, wobei gleichzeitig β-Galaktosidase freigesetzt wird. Β-Galaktosidase ist ein Hydrolase-Enzym, das in der milchverarbeitenden Industrie häufig verwendet wird. Die ultraschallgestützte Fermentation läuft durch die beschleunigte Laktose-Hydrolyse schneller ab, da der Ultraschall die Freisetzung von β-Galaktosidase aus den Bifidobakterienzellen verbessert.
Die Ultraschall-Homogenisierung bewirkt das Aufbrechen der Milchfettkügelchen und eine sehr feine Zerkleinerungsverteilung.
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.

Ultraschall-Homogenisierung von Milch

Milch (z. B. Kuh-, Büffel-, Ziegen- oder Kamelmilch) ist eine Emulsion oder ein kolloidales System, das aus Butterfettkügelchen in einer Flüssigkeit auf Wasserbasis besteht, die gelöste Kohlenhydrate, Proteine und Mineralien enthält. Da Fett und Wasser dazu neigen, sich in zwei Phasen zu trennen, muss die Milch homogenisiert werden, um ein gleichmäßiges Produkt zu erhalten. Unter Homogenisierung versteht man die gleichmäßige Verteilung der Fettmoleküle in der Milchflüssigkeit. Ultraschall ist eine bekannte Methode, die für verschiedene Anwendungen in der Milchverarbeitung eingesetzt wird. Bei der Ultraschallbehandlung der Milch entstehen homogenisierte Fettkügelchen, die gleichmäßig und gleichmäßig verteilt sind. Die Homogenisierung mittels Hochleistungsultraschall ist auch bei (veganen/milchfreien) Milchersatzstoffen wirksam, die aus Pflanzen wie Kokosmilch oder Sojamilch gewonnen werden.
Die Studie von Sfakianakis und Tzia (2012) zeigt, dass die Ultraschall-Homogenisierung die Größe der Milchfettkügelchen (MFG) reduziert. Die folgenden mikroskopischen Bilder zeigen die Auswirkungen der Beschallung auf die Größe der Milchfetttröpfchen. Niedrige Amplitude (150 W) hatte keinen zufriedenstellenden Homogenisierungseffekt (Abb.2) ; Die MFG-Größe und ihre Verteilung waren ähnlich wie bei unbehandelter Milch (vgl. Abb. 1 und 2). Ultraschall mittlerer Amplitude (267,5, 375 W) hatte einen guten Homogenisierungseffekt; Der MFG-Durchschnittsdurchmesser betrug 2 μm (Abb. 3, 4). Ultraschall mit höherer Amplitude (750 W) reduzierte die MFG-Größe entscheidend (Abb. 6), so dass sie am Lichtmikroskop (100-fache Vergrößerung) kaum sichtbar waren; Ihre durchschnittliche Durchmessergröße 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]

Ultraschall-Zuckerkristallisation für Süßwaren

Kontrollierte Beschallung ermöglicht es, die Kristallimpfung (Bildung von Nuclei) zu initiieren und das Kristallwachstum positiv zu beeinflussen. Mittels Ultraschall werden kleinere und somit mehr Kristalle gebildet. Ultraschall unterstützt den Prozess der Kristallisation in zweierlei Hinsicht: Im ersten Schritt ist Ultraschall ist eine sehr effektive Technik, um gleichmäßige Lösungen herzustellen, welche Ausgangsstoff für die Kristallisation sind. In der zweiten Phase fördert Ultraschall die Bildung einer großen Anzahl von Nuclei (Kristallkeimen). Während sich bei schlechter Keimbildung nur eine geringere Zahl großer Kristalle bildet, entstehen bei effizienter Nukleiierung sehr viele kleine, feine Kristalle. Mittels Ultraschall-gestützter Kristallisation wird es sogar möglich, die Keimbildung von Zucker zu initiieren, welcher normalerweise kristallisations-avers ist (z.B. D-Fructose, Sorbit).
Die ultraschall-gestützte Kristallisation ist von großem Interesse für die Formulierung von Süßigkeiten, Süßwaren, Aufstrichen, Eis, Schlagsahne und Schokolade.

Ultraschall-Hydrierung von Speiseölen

Die Hydrierung von pflanzlichen Ölen ist ein wichtiger industrieller Prozess, bei dem normalerweise große Volumina durchgesetzt werden. Durch Hydrierung werden flüssige pflanzliche Öle in feste oder halbfeste Fette (z.B. Margarine) gewandelt. In einem chemischen Prozess werden die ungesättigten Fettsäuren während der Hydrierung - einer Phasentransferkatalyse -Reaktion - in die entsprechenden gesättigten Fettsäuren verwandelt, indem Wasserstoffatome an die Doppelbindungen gefügt werden. Mittels Hochleistungs-Ultraschall kann dieser katalytische Prozess beschleunigt werden. Ein häufig verwendeter Katalysator ist Nickel. Hydrierte Fette werden häufig als Backfette in Backwaren verwendet. Ein Vorteil von gesättigten Fetten ist ihre geringer Neigung zur Oxidation und damit ein geringeres Risiko der Ranzigkeit.

Ultraschallverflüssigung von Honig

Ultraschall bietet eine effektive nicht-thermische Methode, Kristalle im Honig, um die Hefe zu verflüssigen und zu zerstören, ohne die Qualität des Honigs zu beeinträchtigen.
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Ultraschall-Stabilisierung von Säften und Smoothies

Als nicht-thermische Verfahrenstechnik für Lebensmittel bietet Ultraschall eine milde, aber effektive Behandlung, die den Geschmack intensiviert und Säfte, Smoothies, Saucen und Pürees stabilisiert und konserviert. Zu den Ergebnissen der Ultraschall-Saftbehandlung gehören eine Verbesserung des Geschmacks, eine Stabilisierung und eine Konservierung.
Lesen Sie hier mehr über die Ultraschall-gestützte Verbesserung von Säften & Smoothies!
Lesen Sie mehr über die Ultraschall-Tomatenverarbeitung!
Erfahren Sie, wie die Beschallung mit Stevia gesüßten Erdbeersaft konserviert und gleichzeitig das Nährstoffprofil verbessert!

Ultraschall-Reifung von Wein & alkoholischen Getränken

Hochleistungs-Ultraschall verbessert das Oaking bzw. Eichverfahren von Wein und Spirituosen aufgrund der effektiven Extraktion und den deutlich verbesserten Stoffaustausch zwischen dem (Eichen-)Holz und dem alkoholischen Getränk.
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!

Ultraschallbeschleunigtes Einfrieren von Eiscreme

Für die Eisherstellung wird eine Eismischung benötigt. Diese Eismischung besteht aus Milch, Milchpulver, Sahne, Butter oder pflanzlichem Fett, 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 Luftblasen untergemischt (sogenannter Belüftungsprozess), um das Eis aufzuschäumen und ein glatt strukturiertes kaltes Dessert zu erhalten. Dies ist der Prozessschritt, bei dem Ultraschall angewendet werden kann, um die Eisqualität zu verbessern.
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. Die so genannte „überlaufen“Die Menge der eingeblasenen Luft wird - spezifisch für die jeweilige Rezeptur - proportional zum kombinierten Volumen von Feststoffen und Wasser dosiert. Der Überlauf variiert also aufgrund der verschiedenen Speiseeisrezepturen und der Verarbeitungsströme. Bei Standardeis beträgt der Überlauf 100 %, d. h. das Endprodukt besteht zu gleichen Teilen aus dem Eismix und den Luftblasen.
Der Einsatz von Hielscher Hochleistungs-Ultraschall-Homogenisatoren sorgt für eine bessere Eisqualität, indem die Größe der Eiskristalle reduziert und die Verkrustung einer Gefrieroberfläche vermieden wird. Eine bessere Konsistenz und ein cremigeres Mundgefühl wird durch die reduzierte Eiskristallgröße und die verbesserte Luftblasenverteilung erreicht. Deutlich kürzere Gefrierzeiten führen zu einer höheren Prozesskapazität und einem energieeffizienteren Produktionsprozess.

Ultraschall-Belüftung von Teig

Die Anwendung von Hochleistungsultraschall in der Phase des Teigmischens verbessert die Qualität von Biskuit in Bezug auf eine geringere Härte und eine höhere Elastizität, Kohäsion und Elastizität des Kuchens. Für die Tests wurden alle Zutaten nach dem "All-in"-Prinzip gemischt.“ Methode, d. h. Vollkornmehl mit niedrigem Proteingehalt, Emulgator, Maisstärke, Zucker, Backpulver, Salz und frische Volleier wurden gleichzeitig hinzugefügt, um den Teig zu formen. Vor der Beschallung wurden die Zutaten gleichmäßig miteinander verrührt, so dass der Ultraschall auf eine gleichmäßige Teigmischung einwirkte. Der mit Ultraschall belüftete Kuchen wies eine geringere Härte, eine geringere Gummigkeit und eine geringere Kauwirkung auf, während die Elastizität, der Zusammenhalt und die Elastizität des Kuchens etwas höher waren als bei dem Kontrollkuchen.

Ultraschallkristallisation und Conchieren von Schokolade

Ultraschall ist eine bekannte und erprobte Methodik der Extraktion. Mittels Ultraschall kann durch Ultraschall-gestütztes Mahlen und Extrahieren Kakaobutter aus den Zellen der Kakaobohnen freigesetzt werden.
Ultraschall ist eine Alternativtechnologie, um die Zuckerkristalle in Schokolade aufzubrechen und bringt dadurch vergleichbare Effekte zum Conchieren.

Ultraschall-Zartmachung von Fleisch

Die Anwendung von Ultraschallwellen auf Fleisch führt zu Zartmachung der Fleischstruktur. Eine deutliche Zartmachung wird durch die Freisetzung von myofibrillären Proteine aus den Muskelzellen erreicht. Neben den Zartmachungseffekten verbessert Ultraschall auch die Aufnahmekapazität für Feuchtigkeit (Saftigkeit) und der Bindekraft des Fleisches.
Weitere Informationen zur Fleischzartmachung mit Power-Ultraschall und dem Ultraschallgerät MeatBuzzer finden Sie hier!

Beschallung in Küchen und Bars

Auch in der Gourmetküche haben Ultraschall-Küchenmaschinen Einzug gehalten. Hielscher Ultraschallgeräte werden von Spitzenköchen wie dem mit zwei Michelin-Sternen ausgezeichneten Koch Sang-Hoon Degeimbre eingesetzt.
Klicken Sie hier, wenn Sie an dem Rezept für seine berühmte Ultraschall-Garnelensauce interessiert sind!
Für Ultraschall-Cocktail-Rezepte klicken Sie hier!

Ultraschallgeräte für die koschere und Halal-Lebensmittelverarbeitung

Hielscher Ultrasonics kann auf Anfrage eine Koscher- oder Halal-Zertifizierung für seine Ultraschallgeräte anbieten. Das bedeutet, dass die Ultraschallgeräte nach den strengen Richtlinien dieser religiösen Speisegesetze hergestellt und verarbeitet wurden. Die Koscher-Zertifizierung stellt sicher, dass die Ultraschallgeräte ohne tierische Nebenprodukte oder Derivate hergestellt wurden, während die Halal-Zertifizierung bestätigt, dass die Ultraschallgeräte in einer Weise behandelt wurden, die mit den islamischen Ernährungsprinzipien übereinstimmt.

Wenn Sie einen koscheren oder halal zertifizierten Hielscher Ultraschallgerät benötigen, kontaktieren Sie uns bitte und wir kümmern uns gerne um die notwendige Zertifizierung.