Ultraheli töötlus ja selle mitmekülgsed rakendused toiduainete töötlemisel
Võimsusultraheli pakub mitmekülgseid võimalusi tõhusateks ja töökindlateks toiduainete töötlemise rakendusteks. Toiduainetööstuse levinumate rakenduste hulka kuuluvad segamine ja homogeniseerimine, emulgeerimine, dispergeerimine, rakkude lõhkumine (desintegreerimine) ja rakusisese materjali ekstraheerimine, ensüümide aktiveerimine või deaktiveerimine (mis sõltub ultraheli intensiivsusest), säilitamine, stabiliseerimine, lahustamine ja kristalliseerimine, hüdrogeenimine, liha pehmendamine, laagerdamine, vananemine ja oksüdeerimine ning samuti gaasieemaldus ja pihustuskuivatus.
allpool tutvustame teile Hielscheri sonikaatorite erinevaid valitud rakendusi toiduainete töötlemisel. Klõpsake konkreetsetel linkidel, et saada põhjalikku teavet teid huvitava rakenduse kohta!
Maitseainete ja bioaktiivsete ühendite ekstraheerimine ultraheli abil
Ultraheli ekstraheerimist kasutatakse toiduainetööstuses laialdaselt bioaktiivsete ühendite, maitseainemolekulide ja valkude tõhusaks eraldamiseks, rakendades suure intensiivsusega ultraheli, mis tõhustab massiülekannet ja lõhub rakustruktuure. Tekkivad kavitatsiooniefektid suurendavad ekstraheerimise saagist ja kiirust, töötades samal ajal madalatel temperatuuridel, mis aitab säilitada tundlikke ühendeid ning võimaldab puhast ja skaleeritavat töötlemist ilma agressiivsete lahustiteta.
Ultraheli homogenisaatoreid kasutatakse toiduainete töötlemisel laialdaselt. Tüüpilised rakendused hõlmavad ekstraheerimist, segamist, emulgeerimist ning laagerdamist / küpsetamist.
| Kohv | Kanep | Pektiinid |
| Sojaleghemoglobiin | Vanill | Seened |
| Vetikaõli | Safran | Ürdid |
| Sõdurkärbse valk | Mükoproteiin | Oliiviõli |
Kastmete, dressingute ja kreemide ultraheli emulgeerimine
Rakendades sonikeerimist õli/vee segudele, saavutavad kokad ja toiduteadlased ülipeeneid, stabiilseid emulsioone – ilma liigse kuumuse või sünteetiliste lisaaineteta. Alates kreemjatest kastmetest ja sametistest vinegrettidest kuni piimavabade kreemide ja õrnade vahtudeni võimaldab ultraheli kavitatsioon täpselt kontrollida tilgasuurust ja dispersiooni.
Lisateave ultraheli toiduemulsioonide kohta!
Jogurti ultraheli kääritamine
Jogurt on kääritatud piimatoode, mida saab valmistada ainult piimast või bakterikultuuride lisamisega. Bifidobakterite tüved (nt BB-12, BB-46, B breve) on levinud probiootikumid, mida kasutatakse jogurti kääritamisel. Bakterirakkudele rakendatud ultraheli kavitatsioon võib põhjustada nende hävimist ja samal ajal β-galaktosidaasi vabanemist. β-galaktosidaas on hüdrolaasi ensüüm, mida kasutatakse laialdaselt piimatööstuses. Ultraheli abil toimuv kääritamine kiireneb tänu kiiremale laktoosi hüdrolüüsile, mis tuleneb β-galaktosidaasi ultraheli poolt esile kutsutud vabanemisest bifidobakterite rakkudest.
Ultraheli homogeniseerimine põhjustab piima rasvakerakeste purunemise ja väga peene suurusjaotuse.
Ultraheli töötlus võib kiirendada kääritamise kiirust (kogu tootmisaja lühenemine kuni 40%) ja parandada jogurti kvaliteediomadusi, mille tulemuseks on suurem viskoossus, tugevam koagulum ja parem tekstuur.
Piima ultraheli homogeniseerimine
Piim (nt lehma-, pühvli-, kitse- või kaameelipiim) on emulsioon ehk kolloidne süsteem, mis koosneb võirasva globulitest veepõhises vedelikus, mis sisaldab lahustunud süsivesikuid, valke ja mineraalaineid. Kuna rasv ja vesi kalduvad eralduma kaheks faasiks, tuleb piim ühtlase toote saamiseks homogeniseerida. Homogeniseerimine tähendab rasvamolekulide ühtlast jaotumist piimavedelikus. Ultraheli on hästi tuntud meetod, mida kasutatakse mitmesugustes piimatöötlusrakendustes. Piima ultraheli töötlus annab homogeniseeritud rasvaglobulid, mis on ühtlased ja ühtlaselt jaotunud. Suure võimsusega ultraheliga homogeniseerimine on tõhus ka taimsete (vegan-/piimavabade) piimaasendajate, näiteks kookospiima või sojapiima puhul.
Sfakianakise ja Tzia (2012) uuring näitab, et ultraheliga homogeniseerimine vähendab piimarasvaglobulite (MFG) suurust. Allolevad mikroskoopiapildid näitavad sonikeerimise mõju piimarasvatilkade suurusele. Madal amplituud (150W) ei andnud rahuldavat homogeniseerimisefekti (joonis 2); MFG suurus ja nende jaotus olid sarnased töötlemata piimaga (võrdle joonist 1 ja 2). Keskmise amplituudiga ultraheli (267,5, 375 W) andis hea homogeniseerimisefekti; MFG keskmine läbimõõt oli 2 μm (joonis 3, 4). Kõrgema amplituudiga (750W) ultraheli vähendas MFG suurust otsustavalt (joonis 6), nii et need olid optilise mikroskoobiga (100x suurendus) vaevu nähtavad; nende keskmine läbimõõt oli 0,3 μm.
Suure võimsusega ultraheli on õrn mittetermiline homogeniseerimismeetod. Sfakianakis et al. (2011) näitavad ultraheliga homogeniseerimise muljetavaldavat mõju piimale.
Chandrapala et al. (2012) uurisid ultraheli töötluse mõju kaseiinile ja kaltsiumile. Nad rakendasid ultraheli laineid (20kHz) värske lõssi, rekonstrueeritud mitsellaarse kaseiini ja kaseiinipulbri proovidele. Proove sonikeeriti seni, kuni piimarasvaglobulid vähenesid ligikaudu 10nm-ni. Sonikeeritud piima analüüs näitab, et kaseiinimitsellide suurus on muutumatu. Lahustuva vadakuvalgu väike suurenemine ja sellele vastav viskoossuse vähenemine toimusid samuti sonikeerimise esimeste minutite jooksul. Uuringus tehti kindlaks, et kaseiinimitsellid on sonikeerimise ajal stabiilsed ja lahustuva kaltsiumi kontsentratsiooni ultraheli töötlus ei mõjuta. [Chandrapala et al. 2012]
Suhkru ultraheliga kristalliseerimine kondiitritoodete jaoks
Kontrollitud sonikeerimine võimaldab algatada kristallide külvamist (tuumade teket) ja mõjutada kristallide kasvu. Ultraheliga kiiritamisel tekib väiksemaid ja seeläbi rohkem kristalle. Ultraheli toetab kristalliseerumisprotsessi kahel viisil: esiteks on suure võimsusega ultraheli väga tõhus vahend ühtlase lahuse loomiseks, mis on kristalliseerimise lähteaine. Teises etapis toetab ultraheli suure hulga tuumade teket. Kui kehv tuumumine tekitab väiksema arvu suuri kristalle, siis tõhus tuumumine moodustab suure hulga väikesi peeneid kristalle. Akustilises väljas muutub võimalikuks isegi selliste suhkrute tuumumise algatamine, mis tavaliselt kristalliseeruda ei kipu (nt D-fruktoos, sorbitool).
Kristalliseerumise ultraheliga modifitseerimine pakub huvi kommide, kondiitritoodete, võiete, jäätise, vahukoore ja šokolaadi retseptuuri väljatöötamisel.
Ultrasonikaator UIP4000hdT on 4kW võimsusega toiduainetöötlusseade tööstuslikuks toiduainete tootmiseks, näiteks pektiini ja maitseainete ekstraheerimiseks ning homogeniseerimiseks.
Toiduõlide ultraheliga hüdrogeenimine
Taimeõlide hüdrogeenimine on oluline tööstuslik suuremahuline protsess. Hüdrogeenimisel muudetakse vedelad taimeõlid tahketeks või poolkõvadeks rasvadeks (nt margariin). Keemiliselt muudetakse küllastumata rasvhapped faaside vahelise ülekande abil katalüüsitud hüdrogeenimisreaktsiooni käigus vastavateks küllastunud rasvhapeteks, lisades kaksiksidemetele vesinikuaatomeid. Seda katalüütilist protsessi saab kiirendada suure võimsusega ultraheli töötlusega. Sageli kasutatav katalüsaator on nikkel. Hüdrogeenitud rasvu kasutatakse laialdaselt küpsetustoodetes rasvainetena (shortening). Küllastunud rasvade eeliseks on nende väiksem kalduvus oksüdeeruda ja seega väiksem rääsumisoht.
Mee ultraheliga vedeldamine
Ultraheli pakub tõhusa mittetermilise meetodi mees olevate kristallide vedeldamiseks ja pärmi hävitamiseks, mõjutamata mee kvaliteeti.
Klõpsake siia, et rohkem teada saada!
Mahlade ja smuutide stabiliseerimine ultraheliga
Mittetermilise toiduvalmistustehnikana pakub ultraheli leebet, kuid tõhusat töötlust, mis tugevdab maitseid ning stabiliseerib ja säilitab mahlu, smuutisid, kastmeid ja püreesid. Mahlade ultraheliga töötlemise tulemuste hulka kuuluvad paranenud maitsed, stabiliseerimine ja säilitamine.
Loe siit lähemalt mahlade ja smuutide ultraheliga parandamise kohta!
Loe lähemalt tomatite ultraheliga töötlemise kohta!
Uuri, kuidas ultraheli töötlus säilitab steviaga magustatud maasikamahla ja parandab samal ajal selle toitainete profiili!
Veini ja kangete alkohoolsete jookide ultraheliga laagerdamine
Võimas ultraheli toetab veini ja kangete alkohoolsete jookide tammega küpsetamist tänu oma tõhusale ekstraheerimisvõimele ning oluliselt tugevnenud massiülekandele puidukoe ja alkohoolse joogi vahel.
Klõpsake siia, et rohkem teada saada veini ultraheliga töötlemise võimaluste kohta!
Ka veini, virde, õlle ja sake kääritamisprotsessi saab oluliselt kiirendada. Saavutatud on 50% kuni 65% kiirendusmäärasid!
Lisateabe saamiseks ultraheliga toetatud kääritamise kohta klõpsake siia!
Jäätise külmutamise kiirendamine ultraheliga
Jäätise tootmiseks 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. Seda spetsiaalset segu tuleb homogeniseerida ja pastöriseerida, seejärel segatakse seda külmutamise ajal aeglaselt, et vältida suurte jääkristallide teket. Sealjuures segatakse sisse väga väikesed õhumullid (nn õhustamisprotsess), et jäätis vahule lüüa ja saada sujuva tekstuuriga külm magustoit. Just selles protsessietapis saab jäätise kvaliteedi parandamiseks kasutada ultraheli töötlust.
Külmutamisprotsessi käigus tekivad kristallid allajahtunud veest. Jääkristallide morfoloogial on oluline roll külmutatud ja pooleldi külmutatud toidu tekstuuriliste ja füüsikaliste omaduste seisukohalt. Kuna jääkristallide suurus ja jaotus on eriti olulised sulatatud koetoodete kvaliteedi jaoks, eelistatakse jäätise puhul väiksemaid jääkristalle, sest suured kristallid põhjustavad jäise tekstuuri. Nukleatsioon on kristalliseerumise ajal kristallide suurusjaotuse kontrollimisel kõige olulisem tegur. Seejuures on külmutuskiirus tavaliselt parameeter, mida kasutatakse jäätises olevate jääkristallide suuruse ja suurusjaotuse kontrollimiseks. Vahustamise ja külmutamise ajal juhitakse sisse õhku, et saavutada jäätise sujuv tekstuur. Nn “over-run” ehk sisseviidud õhu hulk on kohandatud – spetsiifiliselt konkreetsele retseptile – proportsionaalselt tahkete ainete ja vee kogumahuga. Seega varieerub over-run sõltuvalt jäätise erinevatest koostistest ja töötlusvoogudest. Tavajäätise over-run on 100%, mis tähendab, et lõpptoode koosneb võrdses mahus jäätisesegust ja õhumullidest.
Hielscheri suure võimsusega ultraheli homogenisaatorite kasutamine tagab parema jäätisekvaliteedi, vähendades jääkristallide suurust ja vältides külmutuspinna kattumist jääkoorikuga. Parem konsistents ja kreemjam suutunne saavutatakse tänu jäätisekristallide väiksemale suurusele ja paremale õhumullide jaotusele. Oluliselt lühemad külmutusajad suurendavad protsessi läbilaskevõimet ja muudavad tootmisprotsessi energiatõhusamaks.
Ultraheli töötlusseade UP400St botaaniliste ainete kiireks partiiekstraktsiooniks.
Taigna ultraheliga õhustamine
Õhustatud toidutooteid, näiteks biskviitkooki, saab sonikeerimisega oluliselt parandada. Võimsa ultraheli rakendamine taignasegamise etapis parandab biskviitkoogi kvaliteeti madalama kõvaduse ning suurema elastsuse, sidususe ja taastuvuse osas. Katsete jaoks segati kõik koostisosad kokku „all-in“ meetodil, mis tähendab, et vähese valgusisaldusega täisteratangujahu, emulgaator, maisitärklis, suhkur, küpsetuspulber, sool ja värsked terved munad lisati taigna valmistamiseks samaaegselt. Enne sonikeerimist segati koostisosad ühtlaselt kokku, nii et ultraheli rakendati ühtlasele taignasegule. Ultraheliga õhustatud koogil oli väiksem kõvadus, väiksem kleepuvus ja väiksem mälumisraskus, samas kui koogi elastsus, sidusus ja taastuvus olid kontrollkoogi omadest veidi suuremad.
Šokolaadi ultrahelikristallimine ja konšeerimine
Sonikeerimine on hästi tuntud oma ekstraktsioonivõime poolest. Kakaoubadest saab kakaovõid rakkudest vabastada ultraheliga jahvatamise ja ekstraheerimise abil.
Ultraheli on alternatiivne meetod šokolaadis olevate suhkrukristallide purustamiseks ning annab seeläbi konšeerimisega sarnaseid efekte.
Liha ultraheliga pehmendamine
Võimsate ultraheilainete rakendamine lihale pehmendab lihastruktuuri. Märkimisväärne pehmenemine saavutatakse müofibrillaarsete valkude vabanemisega lihasrakkudest. Lisaks pehmendavale toimele parandab ultraheli ka liha veesidumisvõimet ja sidusust.
Leia lisateavet liha pehmendamise kohta võimsa ultrahelia ja sonikaatori MeatBuzzer abil siit!
Sonikeerimine köökides ja baarides
Ultraheli toiduprotsessorid on jõudnud ka gurmeeköökidesse. Hielscheri ultraheli töötlusseadmeid kasutavad tippkokad, näiteks kahe Michelini tärniga autasustatud kokk Sang-Hoon Degeimbre.
Klõpsa siia, kui sind huvitab tema kuulsa ultraheliga valmistatud krevetileeme retsept!
Ultraheliga valmistatud kokteiliretseptide jaoks klõpsa siia!
Sonikaatorid koššer- ja halal-toidu töötlemiseks
Hielscher Ultrasonics saab soovi korral anda oma sonikaatoritele koššer- või halal-sertifikaadi. See tähendab, et sonikaatorid on valmistatud ja töödeldud vastavalt nende religioossete toitumisseaduste rangetele juhistele. Koššer-sertifikaat tagab, et sonikaatorid on toodetud ilma loomsete kõrvalsaaduste või derivaatideta, samas kui halal-sertifikaat kinnitab, et sonikaatoreid on käsitletud islami toitumispõhimõtetega kooskõlas olevalt.
Kui vajad koššer- või halal-sertifitseeritud Hielscheri sonikaatorit, võta meiega ühendust ja korraldame hea meelega vajaliku sertifitseerimise.
Võta meiega ühendust! / Küsi meilt!
Hielscher Ultrasonics toodab suure jõudlusega ultraheli homogenisaatoreid segamiseks, dispergeerimiseks, emulgeerimiseks ja ekstraheerimiseks laboris, pilootmahus ja tööstuslikus mastaabis.
Kirjandus / Viited
- 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.
Hielscher Ultrasonics toodab suure jõudlusega ultraheli homogenisaatoreid alates laboriskaalast kuni tööstusliku suuruseni.