فراصوت در صنایع غذایی
فراصوت پرتوان در کاربردهای متعددی در فرآوری مواد غذایی، از جمله استخراج، همگن‌سازی، پاستوریزاسیون و تخمیر، به کار می‌رود. فراصوت‌دهی به‌عنوان تیماری غیرحرارتی، با افزایش بازده، ارتقای کیفیت، بهبود ویژگی‌های تغذیه‌ای و طعمی و همچنین صرفه‌جویی در زمان و هزینهٔ فرآوری، فرایندهای تولید مواد غذایی را بهبود می‌بخشد.
کاربردهای فراصوت در فرآوری مواد غذایی
فراصوت پرتوان کاربردهای گسترده‌ای در فرآوری مواد غذایی دارد، از جمله استخراج، اختلاط، امولسیون‌سازی، پاستوریزاسیون، گاززدایی و تردسازی گوشت. علاوه بر این کاربردهای اصلی، فراصوت پرتوان برای بهبود انجماد، یخ‌زدایی و خشک‌کردن محصولات غذایی نیز به کار می‌رود.
مزایای اصلی فراصوت با شدت بالا به بهبود عملیات مختلف فرآوری مواد غذایی مربوط می‌شود؛ از جمله کاهش زمان فرآوری، افزایش بازده و ارتقای کیفیت محصول. این مزایا امکان فرآوری اقتصادی‌تر با صرفه‌جویی بیشتر در هزینه و زمان را فراهم می‌کنند.
در بخش زیر، کاربردهای اصلی فراصوت با شدت بالا در صنایع غذایی معرفی شده‌اند:
- استخراج: فراصوت را می‌توان برای استخراج ترکیبات زیست‌فعال، مانند آنتی‌اکسیدان‌ها، رنگ‌دانه‌ها و اسانس‌ها، از مواد گیاهی به کار برد. این فرایند با عنوان استخراج به کمک فراصوت‌دهی شناخته می‌شود و می‌توان از آن برای تولید عصاره‌های باکیفیت در زمانی کوتاه‌تر و با مصرف حلال کمتر نسبت به روش‌های سنتی استفاده کرد.
دربارهٔ مزایای استخراج فراصوتی مواد گیاهی بیشتر بخوانید! - همگن‌سازی و امولسیون‌سازی: همگن‌سازی فراصوتی را می‌توان برای تولید امولسیون‌ها و سوسپانسیون‌های پایدار، مانند سس‌های سالاد، مایونز، کرم‌ها و محصولات لبنی، به کار برد. در این فرایند، امواج صوتی با فرکانس بالا گویچه‌های چربی را در مایع خرد می‌کنند و بافتی لطیف و یکنواخت ایجاد می‌شود.
دربارهٔ فراصوت‌دهی برای امولسیون‌های غذایی بیشتر بدانید!
دستورالعمل گام‌به‌گام و ویدئوی امولسیون‌سازی فراصوتی مایونز را اینجا ببینید! - نگهداری: فراصوت با شدت بالا را می‌توان برای غیرفعال‌سازی میکروارگانیسم‌هایی مانند باکتری‌ها و مخمرها در محصولات غذایی به کار برد. این فرایند که پاستوریزاسیون به کمک فراصوت‌دهی نام دارد، می‌تواند ماندگاری محصولات غذایی را افزایش دهد و خطر بیماری‌های ناشی از مواد غذایی را کاهش دهد. فراصوت‌دهی، به‌عنوان روشی غیرحرارتی برای فرآوری، از به‌کارگیری دماهای بسیار بالا پرهیز می‌کند و در نتیجه از تخریب مواد مغذی حساس به گرما بر اثر این دماها جلوگیری می‌کند.
دربارهٔ افزایش ماندگاری و حفظ مواد مغذی با استفاده از فراصوت‌دهی بیشتر بخوانید!
هموژنایزرهای فراصوتی به‌طور گسترده در فرآوری مواد غذایی استفاده می‌شوند. کاربردهای معمول آن‌ها شامل استخراج، اختلاط، امولسیون‌سازی و کهنه‌سازی / رسیدن است.
- گاززدایی: با اعمال فراصوت به مایع، حباب‌های گاز محبوس در آن به حرکت درمی‌آیند. در نتیجه، این حباب‌های هوا و گاز به یکدیگر نزدیک می‌شوند و به هم می‌پیوندند. به این ترتیب، حباب‌های بزرگ‌تری تشکیل می‌شوند که می‌توانند به سطح مایع صعود کنند و به‌آسانی حذف شوند.
- حل‌سازی: فراصوت به دلیل توانایی چشمگیر در اختلاط و آمیختن، برای تولید محلول‌هایی با درجهٔ اشباع بالا و حتی محلول‌های فوق‌اشباع بسیار مؤثر است. از این قابلیت در فرایندهای تبلور و همچنین تولید آب‌نمک استفاده می‌شود.
- تخمیر: از آنجا که امواج فراصوت دیواره‌های سلولی میکروارگانیسم‌ها را سوراخ و تخریب می‌کنند، آن‌ها نسبت به فرایند تخمیر پذیراتر می‌شوند. هم‌زمان، فراصوت انتقال مواد مغذی و اکسیژن به میکروارگانیسم‌ها را تسریع می‌کند و در نتیجه فعالیت متابولیکی آن‌ها را افزایش می‌دهد. در مجموع، فراصوت‌دهی سرعت تخمیر را افزایش می‌دهد، زمان تخمیر را کاهش می‌دهد و بازده محصول نهایی مطلوب را بهبود می‌بخشد. این فناوری به‌ویژه برای تولید مواد غذایی و نوشیدنی‌هایی مانند محصولات لبنی، ماست، آبجو، کامبوچا و شراب مفید است.
- کاهش گرانروی پیش از خشک‌کردن پاششی: نیروهای برشی فراصوتی می‌توانند گرانروی دوغاب‌های برش‌نازک‌شونده و تیکسوتروپیک را به‌طور چشمگیری کاهش دهند. اعمال برش‌نازک‌شوندگی فراصوتی پیش از پاشش و ورود به خشک‌کن‌های پاششی، امکان افزایش چشمگیر ظرفیت عبوری تجهیزات پاشش را فراهم می‌کند. برج‌های خشک‌کن پاششی اغلب گلوگاه خط تولید هستند. با فراصوت می‌توان ظرفیت خشک‌کن‌های پاششی موجود را افزایش داد.
راکتور ناپیوستهٔ بسته، ساخته‌شده از فولاد زنگ‌نزن، به سونیکاتور UIP2000hdT (2kW, 20kHz) مجهز است.
- انجماد: انجماد فراصوتی را می‌توان برای کاهش تشکیل بلورهای یخ در محصولات غذایی طی فرایند انجماد به کار برد. در این فرایند، مادهٔ غذایی هنگام انجماد در معرض امواج صوتی با فرکانس بالا قرار می‌گیرد. امواج فراصوت ارتعاشاتی ایجاد می‌کنند که از تشکیل بلورهای بزرگ یخ جلوگیری می‌کند و محصولی با بافت لطیف‌تر و کیفیت بهتر به دست می‌آید.
- یخ‌زدایی: یخ‌زدایی فراصوتی را می‌توان برای کاهش زمان یخ‌زدایی محصولات غذایی منجمد به کار برد. در این فرایند، محصول منجمد در معرض امواج فراصوت قرار می‌گیرد؛ این امواج گرما تولید می‌کنند و فرایند یخ‌زدایی را سرعت می‌بخشند. از آنجا که فراصوت به توزیع بسیار یکنواخت انرژی کمک می‌کند، یخ‌زدایی فراصوتی می‌تواند به‌ویژه برای محصولاتی مانند گوشت، غذاهای دریایی، میوه‌ها و سبزیجات مفید باشد که یخ‌زدایی یکنواخت آن‌ها دشوار است.
در انجماد، یخ‌زدایی و خشک‌کردن، فراصوت پرتوان فرایندهای انتقال جرم و انرژی را به‌طور چشمگیری بهبود می‌بخشد و به این ترتیب آن‌ها را سریع‌تر و اقتصادی‌تر می‌کند. - تشخیص نشتی بطری: فراصوت روشی بسیار کارآمد برای تشخیص نشتی و ترک در بطری‌ها و قوطی‌های نوشیدنی‌های گازدار، مانند نوشابه، آبجو، شراب گازدار و غیره است. فراصوت همچنین برای گاززدایی نوشیدنی‌های گازدار، برای مثال آبجو پیش از بطری‌کردن، به کار می‌رود؛ فرایندی که با نام de-fobbing شناخته می‌شود.
- آب‌نمک‌گذاری / ترشی‌اندازی: آب‌نمک‌گذاری فرایندی رایج در نگهداری و تولید مواد غذایی، به‌ویژه گوشت، ماهی، پنیر و سبزیجات است. فراصوت‌دهی زمان آب‌نمک‌گذاری را کوتاه می‌کند و امکان استفاده از مقادیر کمتر سدیم کلرید را در مقایسه با مواد غذایی و ترشی‌های تهیه‌شده به روش سنتی فراهم می‌کند.
- آب‌گیری / بازآب‌پوشانی: فراصوت پرتوان روشی ساده و در عین حال بسیار مؤثر برای آب‌گیری یا بازآب‌پوشانی محصولات غذایی، مانند حبوبات خشک (برای مثال لوبیا و نخود) یا قارچ‌های خشک‌شده است. از آنجا که فراصوت منافذ سلولی مواد غذایی را باز می‌کند، آب می‌تواند به‌سرعت نفوذ کند. این امر تورم حبوبات را تسریع می‌کند و در پی آن، زمان پخت کوتاه‌تر می‌شود.
- بلورزدایی عسل: فراصوت به‌عنوان تیماری غیرحرارتی، به‌طور مؤثر برای جلوگیری از تشکیل بلورهای بزرگ قند در عسل استفاده می‌شود. افزون بر این، بلورهای بزرگی که از قبل در عسل تشکیل شده‌اند نیز با تیمار فراصوتی قابل بلورزدایی هستند. سونیکاتورهای پروبی، به‌عنوان روشی بسیار مؤثر برای حل‌سازی، بلورهای قند را حل می‌کنند و عسلی با بافتی یکنواخت و لطیف به دست می‌دهند. همچنین، فراصوت کیفیت میکروبیولوژیکی عسل را بهبود می‌بخشد، زیرا میکروب‌های ناخواسته بر اثر تخریب سلولی فراصوتی غیرفعال می‌شوند.
- سرخ‌کردن: سرخ‌کردن فراصوتی را می‌توان برای کاهش جذب روغن در محصولات غذایی سرخ‌شده به کار برد. در این فرایند، گوشت یا سبزی در روغن داغ غوطه‌ور می‌شود و هم‌زمان در معرض امواج صوتی با فرکانس بالا قرار می‌گیرد. امواج فراصوت حباب‌های کوچکی روی سطح مادهٔ غذایی ایجاد می‌کنند که سطح تماس میان سبزی / گوشت و روغن را کاهش می‌دهند؛ در نتیجه، جذب روغن کمتر و محصول نهایی سالم‌تر می‌شود. سرخ‌کردن فراصوتی امکان پخت غذا در دماهای پایین‌تر را فراهم می‌کند و ضمن حفظ مواد مغذی، ویژگی‌های طعمی بهتری ایجاد می‌کند.
ببینید سرخ‌کردن به کمک فراصوت چگونه سیب‌زمینی سرخ‌کرده و چیپس سیب‌زمینی سالم‌تر، خوش‌طعم‌تر و تردتری تولید می‌کند!
سونیکاتورهای پربازده برای فرآوری مواد غذایی
پردازشگرهای فراصوتی صنعتی Hielscher Ultrasonics، سونیکاتورهایی پربازده با قابلیت کنترل دقیق هستند که دستیابی به نتایج تکرارپذیر و کیفیت پایدار محصول را ممکن می‌کنند. پردازشگرهای فراصوتی Hielscher به دلیل توانایی تأمین دامنه‌های بسیار بالا، برای کاربردهای بسیار دشوار نیز قابل استفاده‌اند.
مشتریان از استحکام و قابلیت اطمینان چشمگیر سامانه‌های Hielscher Ultrasonics رضایت دارند. سونیکاتورهای Hielscher در کاربردهای سنگین، محیط‌های دشوار و کارکرد 24/7 با اطمینان کار می‌کنند و بدین ترتیب فرآوری کارآمد و اقتصادی مواد غذایی را تضمین می‌کنند. تشدید فرایند با فراصوت، زمان فرآوری را کاهش می‌دهد و نتایج بهتری، یعنی کیفیت بالاتر، بازده بیشتر و محصولات نوآورانه، به دست می‌دهد.
با استفادهٔ مستمر از مواد ویژه، مانند تیتانیوم، فولاد زنگ‌نزن، سرامیک یا شیشه با گریدهای مختلف، سازگاری این فناوری با فرایند تضمین می‌شود.
پردازشگرهای فراصوتی دستگاه‌هایی با کاربری آسان و راحت هستند که به نگهداری کمی نیاز دارند و هزینهٔ نسبتاً پایینی دارند.
جدول زیر، ظرفیت تقریبی فرآوری سونیکاتورهای ما را نشان می‌دهد:
| حجم هر بچ | دبی | دستگاه‌های پیشنهادی |
|---|---|---|
| 0٫5 تا 1٫5mL | قابل اعمال نیست | VialTweeter | 1 تا 500mL | 10 تا 200mL/min | UP100H |
| 10 تا 2000mL | 20 تا 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0٫1 تا 20L | 0٫2 تا 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 تا 100L | 2 تا 10L/min | UIP4000hdT |
| 15 تا 150L | 3 تا 15L/min | UIP6000hdT |
| قابل اعمال نیست | 10 تا 100L/min | UIP16000 |
| قابل اعمال نیست | بیشتر | مجموعه‌ای از UIP16000 |
با ما تماس بگیرید! / از ما بپرسید!
طراحی، ساخت و مشاوره – کیفیت ساخت آلمان
سونیکاتورهای Hielscher به بالاترین استانداردهای کیفیت و طراحی خود شناخته می‌شوند. استحکام و کاربری آسان، ادغام بی‌دردسر سونیکاتورهای ما را در تأسیسات صنعتی ممکن می‌کنند. سونیکاتورهای Hielscher به‌راحتی از عهدهٔ شرایط سخت و محیط‌های دشوار برمی‌آیند.
Hielscher Ultrasonics شرکتی دارای گواهینامهٔ ISO است و بر سونیکاتورهای پربازده با فناوری روز و کاربری آسان تأکید ویژه‌ای دارد. البته سونیکاتورهای Hielscher با CE انطباق دارند و الزامات UL، CSA و RoHs را برآورده می‌کنند.
دانستنی‌های مفید
فراصوت در فرآوری مواد غذایی چگونه عمل می‌کند؟
فرآوری فراصوتی مواد غذایی فناوری جاافتاده‌ای است که در کاربردهایی مانند اختلاط و همگن‌سازی، امولسیون‌سازی، استخراج، حل‌سازی، گاززدایی و هواگیری، تردسازی گوشت، تبلور و همچنین ایجاد ویژگی‌های عملکردی و اصلاح محصولات غذایی میانی و نهایی به کار می‌رود. پردازشگرهای فراصوتی مواد غذایی Hielscher که دهه‌هاست در کارخانه‌های تولید مواد غذایی نصب می‌شوند، دستگاه‌هایی پیشرفته‌اند که برای برآوردن نیازهای صنعت توسعه یافته‌اند. پردازشگرهای فراصوتی نیروهای فیزیکی حاصل از امواج فراصوت پرتوان را اعمال می‌کنند که به ایجاد کاویتاسیون می‌انجامد.
چه نوشیدنی‌هایی معمولاً با فراصوت‌دهی تهیه می‌شوند؟
فراصوت‌دهی معمولاً برای تهیه یا فرآوری نوشیدنی‌هایی مانند قهوهٔ سرددم، چای (از جمله یربا ماته)، آب‌میوه و آب‌سبزیجات، دم‌نوش‌های گیاهی، نوشیدنی‌های فراسودمند (عصاره‌های گیاهی)، شیرهای گیاهی، نوشیدنی‌های تخمیری (برای تشدید فرایند) و کنسانتره‌های نوشیدنی برای تولید نوشیدنی‌های آمادهٔ مصرف (RTD) استفاده می‌شود.
اطلاعات بیشتر دربارهٔ تولید نوشیدنی‌های زیر را ببینید:
کاویتاسیون آکوستیکی چیست؟
کاویتاسیون آکوستیکی، که کاویتاسیون فراصوتی نیز نامیده می‌شود، رشد و فروپاشی حباب‌های بسیار ریز خلأ در میدان فراصوتی ایجادشده در مایعات یا دوغاب‌هاست. حباب‌های کاویتاسیون طی چرخه‌های متناوب پرفشار / کم‌فشار، که به‌ترتیب فازهای تراکم و انبساط هستند، رشد می‌کنند. حباب خلأ پس از رشد طی چندین چرخهٔ متناوب فشار، به نقطه‌ای می‌رسد که دیگر نمی‌تواند انرژی بیشتری جذب کند؛ در نتیجه، طی یک چرخهٔ پرفشار به‌شدت به درون فرو می‌پاشد. هنگام فروپاشی حباب، شرایط حدی موضعی ایجاد می‌شود؛ از جمله دماهای بسیار بالا تا 5٬000K با نرخ‌های بسیار بالای گرم‌شدن و سردشدن، فشارهایی تا 2000atm و اختلاف فشارهای متناظر، و جت‌های مایع با سرعت تا 280m/s. در این «نقاط داغ» کاویتاسیونی، نیروهای موضعی بسیار شدید شرایط فیزیکی‌ای ایجاد می‌کنند که به اختلاط، استخراج و افزایش انتقال جرم می‌انجامد.
کاویتاسیون آکوستیکی که با فراصوت با شدت بالا و فرکانس پایین ایجاد می‌شود، نیروهای برشی شدید و اختلاف‌های زیاد فشار و دما به‌صورت موضعی به وجود می‌آورد که اثر لازم برای اختلاط شدید و انتقال جرم را فراهم می‌کنند. این نیروهای برشی فراصوتی با موفقیت در فرآوری مواد غذایی به کار می‌روند.
منابع / مراجع
- 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.
هموژنایزر فراصوتی UIP6000hdT نصب‌شده در یک کارخانهٔ فرآوری مواد غذایی.
استخراج فراصوتی مواد گیاهی با سونیکاتور UP400St
از آزمایش امکان‌سنجی تا بهینه‌سازی فرایند و نصب صنعتی – Hielscher Ultrasonics شریک شما برای اجرای موفق فرایندهای فراصوتی است!