Ultraheli abil täiustatud jäätisetootmine

Võimsa ultraheli kasutamisel on kvaliteetse jäätise tootmisele mitu kasulikku mõju. Sonikeerimise peamised eelised on kristallide suuruse vähendamine ja jäätise külmutamise kiirendamine. Seeläbi parandab ultraheli töötlus jäätise kvaliteeti ja tarbija aistingut, vähendades samal ajal tootmiskulusid.

Ultraheli mõju jäätise valmistamisele

Jäätisetootmine hõlmab keerukat töötlust, et saada kvaliteetne magus toidutoode, mis vastab klientide nõudmistele. Põhjalikud töötlusetapid tulenevad peamiselt sellest, et jäätis on üks keerukamaid toiduaineid: jäätis on nii vaht kui ka emulsioon. See sisaldab jääkristalle ja külmumata vedelat segu. Jäätise valmistamisel rakendatav suure võimsusega ultraheli võib soodustada jääkristallide tekkimist (nukleatsiooni), et kiirendada külmumisprotsessiga kaasnevat soojus- ja massiülekannet. Seeläbi vähendab sonikeerimine kristallide suurust ja lühendab jäätise tootmisel külmumisaega. Mortazavi ja Tabatabaie uuring näitas, et jäätise töötlemisel võib külmumisaega 20-minutilise sonikeerimisega vähendada ligikaudu 30%.

Jäätisetootmine ja ultraheli eelised

Jäätisetootmiseks on vaja jäätisesegu. See jäätisesegu koosneb piimast, piimapulbrist, koorest, võist või taimsest rasvast, suhkrust, kuivainest, emulgaatorist, stabilisaatorist ning lisanditest nagu puuviljad, pähklid, maitseained ja värvained. See eriline segu tuleb homogeniseerida ja pastöriseerida, seejärel segatakse seda külmutamise ajal aeglaselt, et vältida suurte jääkristallide teket. Seejuures segatakse sisse väga väikesi õhumulle (nn õhustamisprotsess), et jäätis vahule lüüa ja saada ühtlase tekstuuriga külm magustoit. Ultraheli töötlus soodustab jäätisesegu kõigi koostisosade ühtlast jaotumist ja aitab samal ajal kaasa pastöriseerimisele. Loe siit lähemalt vedelate toiduainete ultraheli pastöriseerimise kohta!
Seejärel rakendatakse jäätise tootmisel ultraheli töötlust külmutamisetapis. Ultraheli töötlus soodustab jääkristallide teket ja kasvu, nii et külmumisprotsess kiireneb oluliselt. Samal ajal vähendab sonikeerimine jääkristallide suurust, nii et saadakse ühtlaselt väikesed jääkristallid. See annab jäätisele ühtlase tekstuuri ja meeldiva suutunde – mõlemad on kvaliteediomadused, mida tarbijad kõrgelt hindavad.

Jäätisetootmise etapid

Jäätise valmistamine koosneb viiest etapist:

1. jäätisesegu ettevalmistamine
2. jäätisesegu homogeniseerimine, pastöriseerimine, laagerdamine
3. külmutamine ja õhustamine
4. vormimine ja vormidesse valamine
5. kõvendamine ja pakendamine

Jäätisetootmise etapid.
Allikas: Dairy Processing Handbook. Avaldanud Tetra Pak Processing Systems AB, Lund, Rootsi. lk 387.

Ultraheli abil soodustatud jäätise külmutamine

Külmumisprotsessi käigus tekivad kristallid allajahutatud veest. Jääkristallide morfoloogial on oluline roll külmutatud ja poolkülmutatud toidu tekstuuriliste ja füüsikaliste omaduste seisukohast. Kuna jääkristallide suurus ja jaotus on olulised sulatatud koestruktuuriga toodete kvaliteedi jaoks, eelistatakse jäätise puhul väiksemaid jääkristalle, sest suured kristallid põhjustavad jäise tekstuuri. Nukleatsioon on kristallide suurusjaotuse kontrollimisel kõige olulisem tegur. Seejuures on jäätise jääkristallide suuruse ja suurusjaotuse kontrollimiseks kasutatav parameeter tavaliselt külmumiskiirus. Vahustamise ja külmutamise ajal juhitakse sisse õhku, et saavutada jäätise ühtlane tekstuur. Nn õhustamisaste (over-run) ehk sissejuhitud õhu hulk määratakse – vastavalt konkreetsele retseptile – proportsionaalselt tahkete ainete ja vee kogumahuga. Seega varieerub õhustamisaste olenevalt jäätise erinevatest koostistest ja töötlusvoogudest. Tavajäätise õhustamisaste on 100%, mis tähendab, et lõpptoode koosneb võrdsest mahust jäätisesegu ja õhumulle.
Hielscheri suure jõudlusega ultraheliprotsessorite kasutamine annab parema jäätisekvaliteedi, soodustades kristalliseerumist, vähendades jääkristallide suurust ja vältides külmutuspinna kattumist jääkoorikuga. Jäätise kristallide väiksema suuruse ja õhumullide parema jaotuse tulemusel saavutatakse parem konsistents ja kreemisem suutunne. Oluliselt kiirem külmutamine, mille külmumisaeg on ligikaudu 30% lühem, toob kaasa suurema protsessi läbilaskevõime ja energiatõhusama tootmisprotsessi.

Teaduslikult tõestatud: sonikeerimise abil parem jäätisekvaliteet

Aslan ja Dogan (2021) uurisid sonikeerimise mõju jäätisetootmisele, kasutades Hielscheri sondtüüpi sonikaatorit UP400St (vt pilti vasakul). Uurimistulemused näitasid, et ultraheli soodustab osakeste suuruse vähenemist kavitatsiooni tõttu. Oli selge, et sonikeerimine parandab jäätise ja külmutatud toidutoodete kvaliteeti, kuna see andis väiksema jääkristallide suuruse. Kuna jääkristallid annavad jäätisele ainulaadse suutunde, on külmutusprotsessis väga oluline saada võimalikult väikesed kristallid, et vältida liivast struktuuri ning saavutada jäätise soovitud ühtlus ja pehmus. Uuringust järeldus ka, et ultraheli homogeniseerimine annab hästi dispergeeritud emulsiooni. Tarbijapaneeli tehtud toidu sensoorse ja maitsehindamise põhjal selgus, et jäätise ultraheli homogeniseerimine aitab täita tarbijate eelistusi väiksemate jääkristallide ja nendega seotud meeldiva suutunde osas.
(vrd Aslan ja Dogan, 2021)

Suure jõudlusega ultraheli toiduprotsessorid jäätisetootmiseks

Hielscher Ultrasonics on pikaajalise kogemusega võimsa ultraheli rakendamisel toiduaine- ja joogitööstuses ning paljudes teistes tööstusharudes. Meie ultraheliprotsessorid on varustatud kergesti puhastatavate (puhastus kohapeal CIP / steriliseerimine kohapeal SIP) sonotroodide ja läbivoolukambritega (ainega kokkupuutuvad osad).
Hielscher Ultrasonicsi tööstuslikud sonikaatorid suudavad pidevas 24/7 töös tagada väga suuri amplituude. Amplituudi täpne reguleerimine kergest kuni suure intensiivsuseni on oluline, et sonikeerimisprotsessi peenhäälestada jäätisekoostise soovitud tooteomadustele.
Kõikide suuruste ultraheli toiduprotsessoritega pakub Hielscher töökindlaid süsteeme toidu- ja joogitoodete, sealhulgas jäätise, partiitöötluseks ja pidevaks töötlemiseks. Kui väikese käsitööjäätisepoe jaoks pakuvad sonikaatorimudelid UP400ST (400 vatti) või UIP1000hdT (1000 vatti) piisavat töötlusvõimsust, siis tööstuslik jäätisetootmisettevõte paigaldab suure läbilaskevõimega sonikaatorimudelid UIP6000hdT (6000 vatti) või UIP16000hdT (16 000 vatti).
Alljärgnev tabel annab ülevaate meie ultraheliseadmete ligikaudsest töötlusvõimsusest:

Kirjandus / viited

• Mortazavi, A. and Tabatabaie, F. (2008): Study of Ice Cream Freezing Process after Treatment with Ultrasound. World Appl. Sci. J 4, 188-190.
• Aslan Türker, Duygu; Dogan, Mahmut (2021): Effects of ultrasound homogenization on the structural and sensorial attributes of ice cream: optimization with Taguchi and data envelopment analysis. Journal of Food Measurement and Characterization 15, 2021, 1-11.
• Vildan Akdeniz, A. Sibel Akalın (2019): New approach for yoghurt and ice cream production: High-intensity ultrasound. Trends in Food Science & Technology, Volume 86, 2019. 392-398.
• Petzold, G. and Aguilera, J. M. (2009): Ice Morphology: Fundamentals and Technological Applications in Foods. Food Biophysics Vol.4, No. 4, 378-396.
• Dairy Processing Handbook. Published by Tetra Pak Processing Systems AB, S-221 86 Lund, Sweden. p.387.