Ultraheli toidutööstuses

Võimsa ultraheli rakendust kasutatakse paljudes toiduainete töötlemise protsessides, sealhulgas ekstraheerimisel, homogeniseerimisel, pastöriseerimisel ja kääritamisel. Mittetermilise töötlusena parandab ultraheli töötlus (sonikeerimine) toidutootmisprotsesse, tagades suurema saagise, kõrgema kvaliteedi, paremad toitainete ja maitseomaduste profiilid ning ajasäästliku ja kuluefektiivse töötlemise.

Ultraheli rakendused toiduainete töötlemisel

Võimsal ultrahelil on toiduainete töötlemisel lai rakendusvaldkond, sealhulgas ekstraheerimine, segamine, emulgeerimine, pastöriseerimine, gaasieemaldus (degaseerimine) ja liha pehmendamine. Lisaks nendele peamistele rakendustele kasutatakse võimsat ultraheli ka toiduainete külmutamise, sulatamise ja kuivatamise parandamiseks.
Suure intensiivsusega ultraheli peamised eelised on seotud mitmesuguste toiduainete töötlemise toimingute parandamisega, näiteks töötlemisaja lühendamise, saagise suurendamise ja tootekvaliteedi parandamisega ning see võimaldab kulu- ja ajasäästlikumat, ökonoomsemat töötlemist.

Järgmises lõigus leiate suure intensiivsusega ultraheli peamised rakendused toiduainetööstuses:

• Ekstraheerimine: Ultraheli abil saab taimsetest materjalidest ekstraheerida bioaktiivseid ühendeid, näiteks antioksüdante, pigmente ja eeterlikke õlisid. Seda protsessi nimetatakse ultraheli töötlusega (sonikeerimisega) toetatud ekstraheerimiseks ning selle abil saab toota kvaliteetseid ekstrakte lühema ajaga ja väiksema lahustitarbimisega kui traditsiooniliste meetoditega.
  Lugege lähemalt ultraheliga botaaniliste ekstraktide valmistamise eeliste kohta!
• Homogeniseerimine ja emulgeerimine: Ultraheli homogeniseerimist saab kasutada stabiilsete emulsioonide ja suspensioonide, näiteks salatikastmete, majoneesi, kreemide ja piimatoodete valmistamiseks. Protsessis kasutatakse kõrgsageduslikke helilaineid vedelikus olevate rasvapiiskade purustamiseks, mille tulemuseks on ühtlane ja sile tekstuur.
  Lisateave ultraheli töötluse (sonikeerimise) kohta toiduemulsioonide valmistamisel!
  Siit leiate samm-sammulise juhendi ja video ultraheliga majoneesi emulgeerimise kohta!
• Säilitamine: Suure intensiivsusega ultraheli abil saab toiduainetes inaktiveerida mikroorganisme, näiteks baktereid ja pärmseeni. Ultraheli töötlusega (sonikeerimisega) toetatud pastöriseerimiseks nimetatud protsess võib pikendada toiduainete säilivusaega ja vähendada toidu kaudu levivate haiguste riski. Mittetermilise töötlusmeetodina väldib ultraheli töötlus väga kõrgete temperatuuride kasutamist, vältides seeläbi soojustundlike toitainete lagunemist.
  Lugege lähemalt pikema säilivusaja ja toitainete säilimise kohta ultraheli töötluse (sonikeerimise) abil!

• Gaasieemaldus (degaseerimine): Kui vedelikule rakendada ultraheli, hakkavad vedelikku lõksu jäänud gaasimullid liikuma. Selle tulemusena lähenevad need õhu- ja gaasimullid üksteisele ning ühinevad. See tähendab, et nad kasvavad suuremaks mulliks, mis võimaldab neil vedeliku pinnale tõusta ja neid on lihtne eemaldada.
• Lahustamine: Tänu silmapaistvatele segamis- ja kokkusegamisvõimalustele on ultraheli väga tõhus kõrgelt küllastunud ja isegi üleküllastunud lahuste valmistamiseks. Seda kasutatakse nii kristallimisprotsessides kui ka soolvee tootmisel.
• Kääritamine: Kuna ultrahelilained perforeerivad ja lõhuvad mikroorganismide rakuseinu, muutuvad need kääritamisprotsessi suhtes vastuvõtlikumaks. Samal ajal kiirendab ultraheli toitainete ja hapniku transporti mikroorganismideni, tõstes seeläbi nende ainevahetusaktiivsust. Üldiselt suurendab ultraheli töötlus (sonikeerimine) kääritamise kiirust, lühendab kääritamisaega ja parandab soovitud lõpptoote saagist. See tehnoloogia on eriti kasulik toidu- ja joogitoodete, näiteks piimatoodete, jogurti, õlle, kombucha ja veini tootmisel.
• Viskoossuse vähendamine enne pihustuskuivatamist: Ultraheli nihkejõud võivad oluliselt vähendada viskoossust nihkel vedelduvates ja tiksotroopsetes suspensioonides. Ultraheli abil nihkel vedeldamise rakendamine enne pihustamist ja pihustuskuivateid võimaldab oluliselt suurendada pihustusseadmete läbilaskevõimet. Pihustuskuivatustornid on sageli tootmisliini kitsaskohaks. Ultraheli abil saab olemasolevate pihustuskuivatite jõudlust suurendada.

• Külmutamine: Ultraheliga külmutamist saab kasutada jääkristallide tekke vähendamiseks toiduainetes külmutamise ajal. Protsessis allutatakse toit külmutamise ajal kõrgsageduslikele helilainetele. Ultrahelilained tekitavad vibratsiooni, mis takistab suurte jääkristallide teket, mille tulemusel on toode sileda tekstuuri ja parema kvaliteediga.
• Sulatamine: Ultraheliga sulatamist saab kasutada külmutatud toiduainete sulatusaja lühendamiseks. Protsessis allutatakse külmutatud toode ultrahelilainetele, mis tekitavad soojust ja kiirendavad sulatusprotsessi. Kuna ultraheli tagab energia väga ühtlase jaotumise, võib ultraheliga sulatamine olla eriti kasulik toodetel, mida on raske ühtlaselt sulatada, näiteks liha, mereannid, puuviljad ja köögiviljad.
  Külmutamisel, sulatamisel ja kuivatamisel toob võimsusultraheli kaasa olulisi parandusi aine- ja energiaülekande protsessides, mis kiirendab neid protsesse ja muudab need ökonoomsemaks.
• Pudelite lekete tuvastamine: Ultraheli on väga tõhus viis lekete ja pragude tuvastamiseks gaseeritud jookide, näiteks limonaadi, õlle, vahuveini jms pudelites ja purkides. Ultraheli kasutatakse ka gaseeritud jookide, nt õlle degaseerimisel enne villimist; seda protsessi nimetatakse de-fobbing’uks.
• Soolvees hoidmine / marineerimine: Soolvees hoidmine on toiduainete säilitamisel ja valmistamisel levinud protsess, eriti liha, kala, juustu ja köögiviljade puhul. Ultraheli töötlus lühendab soolvees hoidmise aega ning võimaldab kasutada vähem naatriumkloriidi võrreldes traditsiooniliselt soolveega töödeldud toitude ja marinaadidega.
• Hüdratatsioon / rehüdratatsioon: Võimsusultraheli on lihtne, kuid väga tõhus meetod kuivatatud kaunviljade (nt oad, kikerherned) või dehüdreeritud seente hüdreerimiseks või rehüdreerimiseks. Kuna ultraheli avab toidus rakulised poorid, võib vesi kiiresti tungida sisse. See toob kaasa kaunviljade kiirema paisumise ja seejärel lühema keetmisaja.
• Mee dekristalliseerimine: Mittetermilise töötlusena kasutatakse ultraheli tõhusalt suurte suhkrukristallide tekke vältimiseks mees. Lisaks saab mees juba tekkinud suuri kristalle ultraheliga töötlemisel dekristalliseerida. Väga tõhusa lahustamistehnikana lahustavad sondtüüpi ultraheliseadmed suhkrukristalle, mille tulemuseks on ühtlaselt sile mesi. Lisaks parandab ultraheli mee mikrobioloogilist kvaliteeti, kuna soovimatud mikroobid inaktiveeritakse ultraheli rakkude lõhkumise (desintegreerimise) toimel.
• Praadimine: Ultraheliga praadimist saab kasutada õli imendumise vähendamiseks praetud toiduainetes. Protsessis kastetakse liha või köögivili kuuma õli sisse, allutades selle samal ajal kõrgsageduslikele helilainetele. Ultrahelilained tekitavad toidu pinnale väikesi mulle, mis vähendavad köögivilja / liha ja õli kokkupuutepinda, mille tulemuseks on väiksem õli imendumine ja tervislikum lõpptoode. Ultraheliga praadimine võimaldab toitu valmistada madalamatel temperatuuridel, luues parema maitseprofiili ja säilitades toitaineid.
  Uuri, kuidas ultraheli abil praadimine annab tervislikumaid, maitsvamaid ja krõbedamaid friikartuleid ja kartulikrõpse!

Suure jõudlusega ultraheliseadmed toiduainete töötlemiseks

Hielscheri Ultrasonicsi tööstuslikud ultraheliprotsessorid on suure jõudlusega ultrahelisonikaatorid, mis on täpselt reguleeritavad ning võimaldavad seeläbi reprodutseeritavaid tulemusi ja püsivat tootekvaliteeti. Tänu suurte amplituudide tagamise võimele sobivad Hielscheri ultraheliprotsessorid väga nõudlikeks rakendusteks.
Klientide rahulolu põhineb Hielscher Ultrasonicsi süsteemide silmapaistval töökindlusel ja töökindlusel. Hielscheri sonikaatorid töötavad usaldusväärselt raskeveolistes rakendustes, nõudlikes keskkondades ja ööpäevaringses (24/7) töörežiimis ning tagavad seeläbi tõhusa ja ökonoomse toidutöötluse. Ultraheliprotsessi intensiivistamine lühendab töötlemisaega ja annab paremaid tulemusi, st kõrgemat kvaliteeti, suuremat saagist ja uudseid tooteid.
Erimaterjalide, näiteks titaani, roostevaba terase, keraamika või erineva kvaliteediga klaasi järjepideva kasutamise abil on tehnoloogia ühilduvus protsessiga tagatud.
Ultraheliprotsessorid on kasutajasõbralikud ja mugavad seadmed, mille hooldusvajadus on väike ja maksumus suhteliselt madal.

Alljärgnev tabel annab ülevaate meie sonikaatorite ligikaudsest töötlemismahust:

Disain, tootmine ja nõustamine – Saksamaal valmistatud kvaliteet

Hielscheri sonikaatorid on tuntud oma kõrgeima kvaliteedi ja disainistandardite poolest. Töökindlus ja lihtne kasutus võimaldavad meie sonikaatorite sujuvat integreerimist tööstusrajatistesse. Hielscheri sonikaatorid toimivad hõlpsasti ka rasketes tingimustes ja nõudlikes keskkondades.

Hielscher Ultrasonics on ISO-sertifitseeritud ettevõte, mis pöörab erilist tähelepanu tipptehnoloogiat ja kasutajasõbralikkust pakkuvatele suure jõudlusega sonikaatoritele. Loomulikult on Hielscheri sonikaatorid CE-nõuetele vastavad ning täidavad UL-i, CSA ja RoHs-i nõudeid.

Teadmisi, mida tasub teada

Kuidas ultraheli toidutöötluses toimib?

Ultraheli toidutöötlus on väljakujunenud tehnoloogia, mida kasutatakse toidutöötluse rakendustes, nagu segamine ja homogeniseerimine, emulgeerimine, ekstraheerimine, lahustamine, gaasieemaldus ja õhueemaldus, liha pehmendamine, kristallisatsioon ning vahe- ja lõpptoodete funktsionaliseerimine ja modifitseerimine. Hielscheri ultraheli toiduprotsessorid on aastakümneid olnud paigaldatud toidutootmistehastesse ning need on välja töötatud ja täiustatud vastama tööstuse nõuetele. Ultraheliprotsessorid rakendavad võimsa ultraheli lainete tekitatud füüsikalisi jõude, mille tulemusena tekib kavitatsioon.

Milliseid jooke valmistatakse tavaliselt sonikeerimise abil?

Sonikeerimist kasutatakse tavaliselt jookide, näiteks külmalt hautatud kohvi, tee (sh yerba mate), puu- ja köögiviljamahlade, taimsete infusioonide, funktsionaalsete jookide (ürdiekstraktid), taimsete piimajookide, fermenteeritud jookide (protsessi intensiivistamiseks) ning RTD-jookide tootmiseks mõeldud joogikontsentraatide valmistamiseks või töötlemiseks.
Lisateavet järgmiste jookide tootmise kohta:

• Kohv / Roheline kohv
• Teeinfusioonid
• Yerba mate
• Mahlad
• Smuutid
• Kombucha
• Pähklipiimad

Mis on akustiline kavitatsioon?

Akustiline kavitatsioon, tuntud ka kui ultraheli kavitatsioon, on vedelikes või suspensioonides tekitatud ultrahelivälja mõjul toimuv väikeste vaakumimullide kasv ja kollapseerumine. Kavitatsioonimullid kasvavad vahelduvate kõrgsurve- ja madalsurvetsüklite ajal, mis on vastavalt kokkusurumis- ja hõrenemisfaasid. Pärast mitme vahelduva survetsükli jooksul kasvamist jõuab vaakumimull punkti, kus see ei suuda enam rohkem energiat neelata, mistõttu mull implodeerib kõrgsurvetsükli ajal vägivaldselt. Mulli kollapseerumise ajal tekivad lokaalselt äärmuslikud tingimused, sealhulgas äärmuslikud temperatuurid kuni 5 000K väga kõrgete kuumenemis- ja jahtumiskiirustega, rõhud kuni 2000atm ja vastavad rõhuerinevused ning vedelikujoad kiirusega kuni 280m/s. Nendes kavitatsioonilistes “kuumades punktides” tekitavad lokaalselt äärmuslikud jõud füüsikalised tingimused, mille tulemuseks on segunemine, ekstraktsioon ja suurenenud massiülekanne.

Akustiline kavitatsioon, mida tekitab suure intensiivsusega madalsageduslik ultraheli, tekitab intensiivseid nihkejõude ning lokaalselt esinevaid kõrge rõhu ja temperatuuri erinevusi, mis annavad vajaliku mõju intensiivseks segamiseks ja massiülekandeks. Neid ultraheli nihkejõude kasutatakse edukalt toidu töötlemisel.

Kirjandus / viited

• 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.