Οι υπέρηχοι στη βιομηχανία τροφίμων

Οι υπέρηχοι ισχύος χρησιμοποιούνται σε πολυάριθμες εφαρμογές επεξεργασίας τροφίμων, όπως η εκχύλιση, η ομογενοποίηση, η παστερίωση και η ζύμωση. Ως μη θερμική επεξεργασία, η κατεργασία με υπερήχους βελτιώνει τις διαδικασίες παραγωγής τροφίμων, προσφέροντας υψηλότερες αποδόσεις, υψηλότερη ποιότητα, βελτιωμένα θρεπτικά και γευστικά προφίλ, καθώς και επεξεργασία που εξοικονομεί χρόνο και κόστος.

Εφαρμογές υπερήχων στην επεξεργασία τροφίμων

Οι υπέρηχοι ισχύος έχουν ευρύ φάσμα εφαρμογών στην επεξεργασία τροφίμων, όπως η εκχύλιση, η ανάμιξη, η γαλακτωματοποίηση, η παστερίωση, η απαέρωση και η τρυφεροποίηση του κρέατος. Εκτός από αυτές τις κύριες εφαρμογές, οι υπέρηχοι ισχύος χρησιμοποιούνται επίσης για τη βελτίωση της κατάψυξης, της απόψυξης και της ξήρανσης των τροφίμων.
Τα κυριότερα πλεονεκτήματα των υπερήχων υψηλής έντασης συνδέονται με τη βελτίωση διαφόρων εργασιών επεξεργασίας τροφίμων, όπως η μείωση του χρόνου επεξεργασίας, η αύξηση των αποδόσεων και η βελτίωση της ποιότητας των προϊόντων, ενώ επιτρέπουν οικονομικότερη επεξεργασία με μεγαλύτερη εξοικονόμηση κόστους και χρόνου.

Στην ακόλουθη παράγραφο μπορείτε να βρείτε τις κύριες εφαρμογές των υπερήχων υψηλής έντασης στη βιομηχανία τροφίμων:

• Εκχύλιση: Οι υπέρηχοι μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την εκχύλιση βιοδραστικών ενώσεων από φυτικά υλικά, όπως αντιοξειδωτικά, χρωστικές και αιθέρια έλαια. Αυτή η διαδικασία είναι γνωστή ως εκχύλιση υποβοηθούμενη από κατεργασία με υπερήχους και μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την παραγωγή εκχυλισμάτων υψηλής ποιότητας σε συντομότερο χρόνο και με χαμηλότερη κατανάλωση διαλυτών σε σύγκριση με τις παραδοσιακές μεθόδους.
  Διαβάστε περισσότερα για τα πλεονεκτήματα της εκχύλισης φυτικών υλών με υπερήχους!
• Ομογενοποίηση και γαλακτωματοποίηση: Η ομογενοποίηση με υπερήχους μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την παραγωγή σταθερών γαλακτωμάτων και εναιωρημάτων, όπως σάλτσες σαλάτας, μαγιονέζα, κρέμες και γαλακτοκομικά προϊόντα. Η διαδικασία περιλαμβάνει τη χρήση ηχητικών κυμάτων υψηλής συχνότητας για τη διάσπαση των λιποσφαιρίων στο υγρό, με αποτέλεσμα μια λεία και ομοιόμορφη υφή.
  Μάθετε περισσότερα για την κατεργασία με υπερήχους για γαλακτώματα τροφίμων!
  Βρείτε εδώ οδηγίες βήμα προς βήμα και ένα βίντεο για τη γαλακτωματοποίηση μαγιονέζας με υπερήχους!
• Συντήρηση: Οι υπέρηχοι υψηλής έντασης μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την αδρανοποίηση μικροοργανισμών, όπως βακτήρια και ζυμομύκητες, σε τρόφιμα. Η διαδικασία, γνωστή ως παστερίωση υποβοηθούμενη από κατεργασία με υπερήχους, μπορεί να παρατείνει τη διάρκεια ζωής των τροφίμων και να μειώσει τον κίνδυνο τροφιμογενών ασθενειών. Ως μη θερμική τεχνική επεξεργασίας, η κατεργασία με υπερήχους αποφεύγει τη χρήση πολύ υψηλών θερμοκρασιών, αποτρέποντας έτσι τη σχετική υποβάθμιση των θερμοευαίσθητων θρεπτικών συστατικών.
  Διαβάστε περισσότερα για την αύξηση της διάρκειας ζωής και τη διατήρηση των θρεπτικών συστατικών μέσω κατεργασίας με υπερήχους!

• Απαέρωση: Με την εφαρμογή υπερήχων σε ένα υγρό, οι φυσαλίδες αερίου που είναι παγιδευμένες στο υγρό τίθενται σε κίνηση. Ως αποτέλεσμα, αυτές οι φυσαλίδες αέρα και αερίου πλησιάζουν μεταξύ τους και συνενώνονται. Αυτό σημαίνει ότι σχηματίζουν μεγαλύτερες φυσαλίδες, γεγονός που τους επιτρέπει να ανέλθουν στην επιφάνεια του υγρού και να απομακρυνθούν εύκολα.
• Διάλυση: Χάρη στις εξαιρετικές δυνατότητές τους για ανάμιξη και ανάμειξη συστατικών, οι υπέρηχοι είναι ιδιαίτερα αποτελεσματικοί στην παραγωγή διαλυμάτων με υψηλό βαθμό κορεσμού, ακόμη και υπέρκορων διαλυμάτων. Αυτό αξιοποιείται σε διαδικασίες κρυστάλλωσης, καθώς και στην παραγωγή αλμών.
• Ζύμωση: Καθώς τα κύματα υπερήχων διατρυπούν και διασπούν τα κυτταρικά τοιχώματα των μικροοργανισμών, οι μικροοργανισμοί γίνονται πιο δεκτικοί στη διαδικασία της ζύμωσης. Ταυτόχρονα, οι υπέρηχοι επιταχύνουν τη μεταφορά θρεπτικών συστατικών και οξυγόνου προς τους μικροοργανισμούς, ενισχύοντας έτσι τη μεταβολική τους δραστηριότητα. Συνολικά, η κατεργασία με υπερήχους αυξάνει τον ρυθμό ζύμωσης, μειώνει τον χρόνο ζύμωσης και βελτιώνει την απόδοση του επιθυμητού τελικού προϊόντος. Αυτή η τεχνολογία είναι ιδιαίτερα χρήσιμη για την παραγωγή τροφίμων και ποτών, όπως γαλακτοκομικά προϊόντα, γιαούρτι, μπύρα, κομπούχα και κρασί.
• Μείωση του ιξώδους πριν από την ξήρανση με ψεκασμό: Οι δυνάμεις διάτμησης που προκαλούνται από τους υπερήχους μπορούν να μειώσουν σημαντικά το ιξώδες σε αιωρήματα που παρουσιάζουν διατμητική λέπτυνση και θιξοτροπία. Η εφαρμογή διατμητικής λέπτυνσης με υπερήχους πριν από το στάδιο ψεκασμού και τους ξηραντήρες ψεκασμού επιτρέπει τη σημαντική αύξηση της δυναμικότητας επεξεργασίας του εξοπλισμού ψεκασμού. Οι πύργοι ξήρανσης με ψεκασμό αποτελούν συχνά το σημείο συμφόρησης στη γραμμή παραγωγής. Με τους υπερήχους, η δυναμικότητα των υφιστάμενων ξηραντήρων ψεκασμού μπορεί να αυξηθεί.

• Κατάψυξη: Η κατάψυξη με υπερήχους μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη μείωση του σχηματισμού κρυστάλλων πάγου στα τρόφιμα κατά τη διαδικασία κατάψυξης. Η διαδικασία περιλαμβάνει την έκθεση του τροφίμου σε ηχητικά κύματα υψηλής συχνότητας ενώ καταψύχεται. Τα υπερηχητικά κύματα δημιουργούν δονήσεις που εμποδίζουν τον σχηματισμό μεγάλων κρυστάλλων πάγου, με αποτέλεσμα ένα προϊόν με πιο λεία υφή και καλύτερη ποιότητα.
• Απόψυξη: Η απόψυξη με υπερήχους μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη μείωση του χρόνου απόψυξης κατεψυγμένων τροφίμων. Η διαδικασία περιλαμβάνει την έκθεση του κατεψυγμένου προϊόντος σε υπερηχητικά κύματα, τα οποία παράγουν θερμότητα και επιταχύνουν τη διαδικασία απόψυξης. Καθώς οι υπέρηχοι προάγουν την πολύ ομοιόμορφη κατανομή της ενέργειας, η απόψυξη με υπερήχους μπορεί να είναι ιδιαίτερα χρήσιμη για προϊόντα που αποψύχονται δύσκολα με ομοιόμορφο τρόπο, όπως το κρέας, τα θαλασσινά, τα φρούτα και τα λαχανικά.
  Κατά την κατάψυξη, την απόψυξη και την ξήρανση, οι υπέρηχοι ισχύος επιφέρουν σημαντικές βελτιώσεις στις διεργασίες μεταφοράς μάζας και ενέργειας, γεγονός που επιταχύνει αυτές τις διεργασίες και τις καθιστά πιο οικονομικές.
• Ανίχνευση διαρροών σε φιάλες: Οι υπέρηχοι αποτελούν έναν πολύ αποδοτικό τρόπο ανίχνευσης διαρροών και ρωγμών σε φιάλες και κουτιά ανθρακούχων ποτών, όπως αναψυκτικά, μπύρα, αφρώδης οίνος κ.λπ. Οι υπέρηχοι εφαρμόζονται επίσης στην απαέρωση ανθρακούχων ποτών, π.χ. της μπύρας πριν από την εμφιάλωση, μια διαδικασία γνωστή ως de-fobbing.
• Επεξεργασία με άλμη / Παρασκευή τουρσιών: Η επεξεργασία με άλμη είναι μια συνήθης διαδικασία στη συντήρηση και την παραγωγή τροφίμων, ιδιαίτερα του κρέατος, των ψαριών, του τυριού και των λαχανικών. Η κατεργασία με υπερήχους συντομεύει τον χρόνο επεξεργασίας με άλμη και επιτρέπει τη χρήση μειωμένων ποσοτήτων χλωριούχου νατρίου σε σύγκριση με τα τρόφιμα σε άλμη και τα τουρσιά που παρασκευάζονται με παραδοσιακές μεθόδους.
• Ενυδάτωση / Επανενυδάτωση: Οι υπέρηχοι ισχύος αποτελούν μια απλή, αλλά ιδιαίτερα αποτελεσματική μέθοδο για την ενυδάτωση ή την επανενυδάτωση τροφίμων, όπως αποξηραμένα όσπρια (π.χ. φασόλια, ρεβίθια) ή αφυδατωμένα μανιτάρια. Καθώς οι υπέρηχοι ανοίγουν τους κυτταρικούς πόρους στα τρόφιμα, το νερό μπορεί να διεισδύσει γρήγορα. Αυτό οδηγεί σε ταχύτερη διόγκωση των οσπρίων και, στη συνέχεια, σε μικρότερο χρόνο μαγειρέματος.
• Αποκρυστάλλωση μελιού: Ως μη θερμική κατεργασία, οι υπέρηχοι χρησιμοποιούνται αποτελεσματικά για την αποτροπή του σχηματισμού μεγάλων κρυστάλλων σακχάρων στο μέλι. Επιπλέον, οι μεγάλοι κρύσταλλοι που έχουν ήδη σχηματιστεί στο μέλι μπορούν να αποκρυσταλλωθούν με κατεργασία με υπερήχους. Ως ιδιαίτερα αποτελεσματική τεχνική διάλυσης, οι συσκευές υπερήχων με εμβαπτιζόμενο ηχοτρόδιο διαλύουν τους κρυστάλλους σακχάρων, με αποτέλεσμα μέλι με ομοιόμορφα λεία υφή. Επιπρόσθετα, οι υπέρηχοι βελτιώνουν τη μικροβιολογική ποιότητα του μελιού, καθώς τα ανεπιθύμητα μικρόβια αδρανοποιούνται λόγω της κυτταρικής διάρρηξης που προκαλούν οι υπέρηχοι.
• Τηγάνισμα: Το τηγάνισμα με υπερήχους μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη μείωση της απορρόφησης λαδιού στα τηγανητά τρόφιμα. Η διαδικασία περιλαμβάνει την εμβάπτιση του κρέατος ή του λαχανικού σε καυτό λάδι, με ταυτόχρονη έκθεσή του σε ηχητικά κύματα υψηλής συχνότητας. Τα υπερηχητικά κύματα δημιουργούν μικρές φυσαλίδες στην επιφάνεια του τροφίμου, οι οποίες μειώνουν την επιφάνεια επαφής μεταξύ του λαχανικού / κρέατος και του λαδιού, με αποτέλεσμα μικρότερη απορρόφηση λαδιού και ένα πιο υγιεινό τελικό προϊόν. Το τηγάνισμα με υπερήχους επιτρέπει το μαγείρεμα τροφίμων σε χαμηλότερες θερμοκρασίες, δημιουργώντας ανώτερα γευστικά προφίλ και διατηρώντας τα θρεπτικά συστατικά.
  Μάθετε πώς το τηγάνισμα με υποβοήθηση υπερήχων παράγει πιο υγιεινές, πιο γευστικές και πιο τραγανές τηγανητές πατάτες και πατατάκια!

Συσκευές υπερήχων υψηλών επιδόσεων για την επεξεργασία τροφίμων

Οι βιομηχανικοί επεξεργαστές υπερήχων της Hielscher Ultrasonics είναι συσκευές υπερήχων υψηλών επιδόσεων, οι οποίες επιτρέπουν ακριβή έλεγχο και, συνεπώς, αναπαραγώγιμα αποτελέσματα και σταθερή ποιότητα προϊόντος. Χάρη στην ικανότητά τους να παρέχουν πολύ υψηλά πλάτη ταλάντωσης, οι επεξεργαστές υπερήχων της Hielscher μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε πολύ απαιτητικές εφαρμογές.
Οι πελάτες είναι ικανοποιημένοι από την εξαιρετική ανθεκτικότητα και αξιοπιστία των συστημάτων της Hielscher Ultrasonics. Οι συσκευές υπερήχων της Hielscher λειτουργούν αξιόπιστα σε εφαρμογές βαρέος τύπου, σε απαιτητικά περιβάλλοντα και σε λειτουργία 24/7, διασφαλίζοντας έτσι αποδοτική και οικονομική επεξεργασία τροφίμων. Η εντατικοποίηση των διεργασιών με υπερήχους μειώνει τον χρόνο επεξεργασίας και επιτυγχάνει καλύτερα αποτελέσματα, δηλαδή υψηλότερη ποιότητα, υψηλότερες αποδόσεις και νέα προϊόντα.
Η συστηματική χρήση ειδικών υλικών, όπως το τιτάνιο, ο ανοξείδωτος χάλυβας, τα κεραμικά ή το γυαλί διαφόρων ποιοτήτων, εγγυάται τη συμβατότητα της τεχνικής με τη διεργασία.
Οι επεξεργαστές υπερήχων είναι εύχρηστα και πρακτικά μηχανήματα, με χαμηλές απαιτήσεις συντήρησης και σχετικά χαμηλό κόστος.

Ο παρακάτω πίνακας παρέχει μια ένδειξη της κατά προσέγγιση δυναμικότητας επεξεργασίας των συσκευών υπερήχων μας:

Σχεδιασμός, κατασκευή και συμβουλευτικές υπηρεσίες – Ποιότητα κατασκευής από τη Γερμανία

Οι συσκευές υπερήχων της Hielscher είναι γνωστές για τα υψηλότερα πρότυπα ποιότητας και σχεδιασμού τους. Η ανθεκτικότητα και η εύκολη λειτουργία επιτρέπουν την ομαλή ενσωμάτωση των συσκευών υπερήχων μας σε βιομηχανικές εγκαταστάσεις. Οι συσκευές υπερήχων της Hielscher ανταποκρίνονται με ευκολία σε αντίξοες συνθήκες και απαιτητικά περιβάλλοντα.

Η Hielscher Ultrasonics είναι εταιρεία πιστοποιημένη κατά ISO και δίνει ιδιαίτερη έμφαση σε συσκευές υπερήχων υψηλών επιδόσεων που διαθέτουν τεχνολογία αιχμής και είναι φιλικές προς τον χρήστη. Φυσικά, οι συσκευές υπερήχων της Hielscher συμμορφώνονται με τις απαιτήσεις CE και πληρούν τις απαιτήσεις των UL, CSA και RoHs.

Πληροφορίες που αξίζει να γνωρίζετε

Πώς λειτουργούν οι υπέρηχοι στην επεξεργασία τροφίμων;

Η επεξεργασία τροφίμων με υπερήχους είναι μια καθιερωμένη τεχνολογία που χρησιμοποιείται σε εφαρμογές επεξεργασίας τροφίμων, όπως η ανάμειξη και η ομογενοποίηση, η γαλακτωματοποίηση, η εκχύλιση, η διάλυση, η απαερίωση και η απομάκρυνση αέρα, η τρυφεροποίηση κρέατος, η κρυστάλλωση, καθώς και η λειτουργικοποίηση και η τροποποίηση ενδιάμεσων και τελικών προϊόντων τροφίμων. Οι επεξεργαστές τροφίμων με υπερήχους της Hielscher, οι οποίοι εγκαθίστανται εδώ και δεκαετίες σε μονάδες παραγωγής τροφίμων, είναι τεχνολογικά προηγμένοι και έχουν αναπτυχθεί ώστε να ανταποκρίνονται στις απαιτήσεις του κλάδου. Οι επεξεργαστές υπερήχων ασκούν φυσικές δυνάμεις που δημιουργούνται από κύματα υπερήχων ισχύος, με αποτέλεσμα την παραγωγή σπηλαίωσης.

Ποια ροφήματα παρασκευάζονται συνήθως με κατεργασία με υπερήχους;

Η κατεργασία με υπερήχους χρησιμοποιείται συνήθως για την παρασκευή ή την επεξεργασία ροφημάτων, όπως καφές ψυχρής εκχύλισης, τσάι (συμπεριλαμβανομένου του γέρμπα μάτε), χυμοί φρούτων και λαχανικών, εγχύματα φυτών, λειτουργικά ροφήματα (εκχυλίσματα βοτάνων), φυτικά γάλατα, ποτά που έχουν υποστεί ζύμωση (για την εντατικοποίηση της διεργασίας) και συμπυκνώματα ποτών για την παραγωγή έτοιμων προς κατανάλωση ποτών (RTD).
Βρείτε περισσότερες πληροφορίες για την παραγωγή των ακόλουθων ροφημάτων:

• Καφές / Πράσινος καφές
• Εγχύματα τσαγιού
• Γέρμπα μάτε
• Χυμοί
• Σμούθι
• Κομπούχα
• Γάλατα ξηρών καρπών

Τι είναι η ακουστική σπηλαίωση;

Η ακουστική σπηλαίωση, γνωστή και ως σπηλαίωση υπερήχων, είναι η ανάπτυξη και η κατάρρευση μικροσκοπικών φυσαλίδων κενού σε ένα πεδίο υπερήχων που δημιουργείται σε υγρά ή πολτούς. Οι φυσαλίδες σπηλαίωσης αναπτύσσονται κατά τους εναλλασσόμενους κύκλους υψηλής / χαμηλής πίεσης, οι οποίοι αντιστοιχούν σε φάσεις συμπίεσης και αραίωσης. Αφού αναπτυχθεί κατά τη διάρκεια αρκετών εναλλασσόμενων κύκλων πίεσης, η φυσαλίδα κενού φτάνει σε ένα σημείο όπου δεν μπορεί να απορροφήσει περισσότερη ενέργεια, με αποτέλεσμα να καταρρέει βίαια προς το εσωτερικό της κατά τη διάρκεια ενός κύκλου υψηλής πίεσης. Κατά την κατάρρευση της φυσαλίδας, εμφανίζονται τοπικά ακραίες συνθήκες, όπως ακραίες θερμοκρασίες έως και 5.000K με πολύ υψηλούς ρυθμούς θέρμανσης και ψύξης, πιέσεις έως και 2000atm και αντίστοιχες διαφορές πίεσης, καθώς και πίδακες υγρού με ταχύτητα έως και 280m/s. Σε αυτές τις «θερμές εστίες» σπηλαίωσης, τοπικά ακραίες δυνάμεις δημιουργούν φυσικές συνθήκες που οδηγούν σε ανάμειξη, εκχύλιση και αυξημένη μεταφορά μάζας.

Η ακουστική σπηλαίωση, που δημιουργείται από υπερήχους υψηλής έντασης και χαμηλής συχνότητας, προκαλεί έντονες δυνάμεις διάτμησης και τοπικά εμφανιζόμενες μεγάλες διαφορές πίεσης και θερμοκρασίας, οι οποίες παρέχουν την απαραίτητη δράση για έντονη ανάμειξη και μεταφορά μάζας. Αυτές οι δυνάμεις διάτμησης που προκαλούνται από τους υπερήχους εφαρμόζονται με επιτυχία στην επεξεργασία τροφίμων.

Βιβλιογραφία/Αναφορές

• Li, Fei (2012): Development of Nano-material for Food Packaging. PhD Dissertation at Università degli Studi di Milano.
• Kentish, Sandra; Ashokkumar, Meiyazhagan (2011): The Use of Power Ultrasound to enhance Food Processing Technologies.
• Liu, C.F.; Zhou, W.B. (2008): Stimulating Bio-yogurt Fermentation by High Intensity Ultrasound Processing. Food Science Technology 2008.
• Misra, N.N.; Deora, Navneet Singh; Tiwari, Brijesh, Cullen, Patrick J. (2013): Ultrasound for Improved Crystallisation in Food Processing. Food Engineering Reviews 5(1), 2013. 36-44.
• Shalmashi, Anvar (2009): Ultrasound-Assisted Extraction of Oil from Tea Seeds. Journal of Food Lipids 16, 2009. 465–474.
• Uppala, Shivani; Kaur, Khushwinder; Kumar, Rajendra; Kaur Kahlon, Nakshdeep; Singh, Rachna; Mehta, S.K. (2017): Encompassment of Benzyl Isothiocyanate in cyclodextrin using ultrasonication methodology to enhance its stability for biological applications. Ultrasonics Sonochemistry 39, 2017. 25-33.
• Wu, J.; Gamage, T.V; Vilkhu, K.S:; Simons, L.K.; Mawson, R. (2007): Effect of thermosonication on quality improvement of tomato juice. Innovative Food Science and Emerging Technologies 9, 2008. 186–195.