کارایی و کیفیت برتر در تولید شیر مغزها با فناوری فراصوت
شیر مغزها و جایگزین‌های گیاهی شیر، بخشی رو به رشد از صنایع غذایی هستند. استخراج و همگن‌سازی فراصوتی برای تولید شیر مغزها و فرآورده‌های گیاهی مشابه شیر، مزایای چشمگیری نسبت به روش‌های متداول نشان داده‌اند. فراصوت پرتوان، بازده، پایداری محصول، محتوای مواد مغذی و کارایی کلی فرآوری را افزایش می‌دهد.
بازده بالاتر شیر مغزها با فراصوت پرتوان
استخراج فراصوتی به‌عنوان روشی قابل‌اعتماد و بسیار کارآمد برای افزایش بازده روغن‌ها، پروتئین‌ها، پلی‌ساکاریدها و ریزمغذی‌های گیاهی شناخته می‌شود. ازاین‌رو، فراصوت‌دهی در تولید جایگزین‌های گیاهی شیر، برای مثال از بادام، بادام هندی، نارگیل، فندق، بادام‌زمینی، کنجد، سویا، چوفا، جو دوسر، برنج، شاهدانه، نخودفرنگی، پسته، گردو، تاج‌خروس یا کینوا به کار می‌رود. مواد اولیهٔ شیر مغزها و سایر جایگزین‌های گیاهی شیر اغلب گران هستند و افزایش بازده استخراج از این مواد اولیه، هزینه‌های تولید را کاهش می‌دهد و کارایی تولید را بهبود می‌بخشد.
پردازشگر فراصوتی صنعتی UIP2000hdT برای همگن‌سازی شیر مغزها.
استخراج فراصوتی چگونه بازده را افزایش می‌دهد؟
اصل عملکرد استخراج فراصوتی، کاویتاسیون آکوستیکی است. سازوکار تشدید استخراج با فراصوت کم‌فرکانس و پرشدت عمدتاً به پدیدهٔ کاویتاسیون آکوستیکی نسبت داده می‌شود. هنگامی که حباب‌های کاویتاسیون روی سطح مادهٔ گیاهی فرومی‌پاشند، فرسایش و ایجاد منافذ به‌وسیلهٔ فراصوت، ماتریس سلول‌های گیاهی را می‌شکنند؛ برای مثال در مغزهای خیسانده‌شده، دانه‌ها، حبوبات و برگ‌ها. این فرایند موجب تخریب ساختار سلولی و آزادسازی مواد درون‌سلولی مانند پروتئین‌ها، لیپیدها، پلی‌ساکاریدها، فیبرها، ویتامین‌ها، مواد معدنی و ترکیبات فیتوشیمیایی می‌شود. تشدید انتقال جرم در نتیجهٔ این فرایند، آزادسازی مولکول‌هایی مانند پروتئین‌ها، لیپیدها، پلی‌ساکاریدها و ترکیبات فیتوشیمیایی را تسهیل می‌کند.
نیروهای برشی ایجادشده با فراصوت، نفوذ حلال به ماتریس سلولی مادهٔ گیاهی و نیز نفوذپذیری غشاهای سلولی را بهبود می‌بخشند. (توجه داشته باشید که اصطلاح حلال در معنای گسترده به کار رفته و هر مایعی، برای مثال آب، را در بر می‌گیرد.) این سازوکارهای فراصوت پرتوان، عامل تشدید چشمگیر فرایند هنگام استفاده از فراصوت‌دهی برای استخراج محصولات غذایی از مواد اولیهٔ گیاهی هستند. ازآنجاکه کاویتاسیون فراصوتی چنین نیروهای شدیدی ایجاد می‌کند، تخریب سلولی و اختلاط بسیار مؤثری را در مقیاس‌های ماکرو و میکرو به پیش می‌برد. افزون بر این، نفوذ حلال، حل‌شدن ترکیبات زیست‌فعال و انتقال جرم به‌طور چشمگیری بهبود می‌یابند. این امر استخراج به کمک فراصوت را بسیار مؤثر می‌سازد و به بازده بالاتر عصاره در مدت‌زمانی کوتاه می‌انجامد.
بهبود پایداری شیر مغزها با فراصوت
فراصوت‌دهی پرشدت و کم‌فرکانس، روشی مؤثر و قابل‌اعتماد برای بهبود پایداری فیزیکی سوسپانسیون‌ها و همچنین پایداری میکروبی محصولات غذایی، مانند شیر مغزها و سایر جایگزین‌های شیر، است.
بهبود پایداری فیزیکوشیمیایی شیر مغزها با فراصوت
فراصوت پرتوان که به‌طور گسترده برای همگن‌سازی و امولسیون‌سازی محصولات غذایی به کار می‌رود، روشی غیرحرارتی و بسیار کارآمد برای تولید محصولات غذایی بسیار همگن با پایداری بلندمدت است. همگن‌سازی فراصوتی، قطر قطرات چربی را به اندازه‌ای بسیار ریز و یکنواخت کاهش می‌دهد و ذرات جامد مانند نشاسته‌ها، قندها و فیبرها را به‌طور یکنواخت پراکنده می‌کند. به‌این‌ترتیب، همگن‌سازی فراصوتی پایداری فیزیکوشیمیایی شیر مغزها و سایر شیرهای گیاهی را به‌طور چشمگیری بهبود می‌بخشد و از جدایش ناخواستهٔ فازها جلوگیری می‌کند.
Lu et al. (2019) اثرات فراصوت‌دهی پرتوان بر شیر نارگیل را بررسی می‌کند. تیمار فراصوت‌دهی اندازهٔ ذرات شیر نارگیل را کاهش داد و توزیع قطرات و مواد جامد را در سامانه همگن کرد. در مقایسه با شیر نارگیل امولسیون‌شده به روش مکانیکی، تیمار فراصوتی اثر معناداری بر یکنواختی سامانهٔ امولسیون نشان داد (p < 0٫05). همچنین مشاهده شد که فراصوت‌دهی، کپسوله‌شدن آمیلوز درون آنزیم آمیلاز را در لایهٔ بین‌سطحی تقویت می‌کند.
Iswarin and Permadi (2012) با مطالعهٔ ترکیب‌های گوناگون شدت فراصوت، چگونگی تأثیر فراصوت‌دهی بر قطر قطرات نوشیدنی‌های شیری بر پایهٔ نارگیل را بررسی کردند. فرآوری فراصوتی قطر قطرات را کاهش داد و میزان کاهش اندازه در شدت‌های بالاتر فراصوت افزایش یافت.
بهبود پایداری میکروبی شیر مغزها با فراصوت
ثابت شده است که فراصوت‌دهی بار میکروبی محصولات لبنی، آب‌میوه‌ها و سایر مواد غذایی مایع را کاهش می‌دهد. بنابراین، پاستوریزاسیون فراصوتی در فرایند نگهداری جایگزین‌های شیر نیز به کار گرفته شده است تا پایداری میکروبی جایگزین‌های شیر بر پایهٔ مغزها و سایر مواد گیاهی بهبود یابد.
Iorio et al. (2019) غیرفعال‌سازی فراصوتی Escherichia coli O157:H7 و Listeria monocytogenes را در شیر بادام بررسی کردند و توانستند نشان دهند که پاستوریزاسیون فراصوتی به عوامل بیماری‌زا آسیب زیرکشنده وارد می‌کند که به افزایش ماندگاری می‌انجامد. برای مثال، تیمار پاستوریزاسیون فراصوتی سطح E. coli O157:H7 را به‌طور معناداری از 5٫12 به 3٫81 log CFU/mL کاهش داد و نرخ رشد (µmax) را نیز پایین آورد (از 1٫19 به 0٫79 (log CFU/mL)/day).
- بازده بالاتر
- کیفیت برتر
- بهبود ترکیب مواد مغذی
- پایدارسازی فیزیکوشیمیایی و میکروبی
- بدون تخریب حرارتی
- تشدید فرایند برای کارایی کلی بالاتر
- شرایط قابل‌کنترل با دقت بالا
- مقرون‌به‌صرفه
راکتور چندفراصوتی با هموژنایزرهای فراصوتی 4x 4kW برای فرآوری پیوستهٔ شیر مغزها
محتوای بالاتر مواد مغذی با استخراج فراصوتی شیر مغزها
ریزمغذی‌هایی مانند ویتامین‌ها، پلی‌فنول‌ها و آنتی‌اکسیدان‌ها درون ماتریس سلولی گیاهان قرار دارند. برای آزادسازی کارآمد این ریزمغذی‌ها، تخریب کامل سلولی و ریزاختلاط شدید میان مادهٔ سلولی و حلال ضروری است. همان‌طور که در بالا توضیح داده شد، استخراج فراصوتی در متلاشی‌کردن سلول‌ها و آزادسازی لیپیدها، پروتئین‌ها، پلی‌ساکاریدها، فیبرها و ترکیبات فیتوشیمیایی از ماتریس سلولی بسیار کارآمد است. استخراج فراصوتی روشی بسیار کارآمد برای جداسازی کل مقدار ترکیبات فیتوشیمیایی از مواد گیاهی در یک فرایند استخراج سریع است. کاربرد فراصوت پرتوان، اثرات قوی کاویتاسیون، اغتشاش / آشفتگی و جریان‌های پرسرعت مایع ایجاد می‌کند که ترکیبات فیتوشیمیایی را از درون سلول بیرون می‌شویند. ازآنجاکه فراصوت‌دهی روشی غیرحرارتی برای استخراج است، هنگام استفاده از آن از تخریب حرارتی این ریزمغذی‌های حساس جلوگیری می‌شود.
سینتیک محتوای فنولی کل (بیان‌شده به‌صورت eq mg Naringenin/g almonds) با و بدون فراصوت‌دهی، با استفاده از UIP1000hdT. استخراج فراصوتی محتوای فنولی کل را به میزان 258 % افزایش داد.
داده‌ها به‌صورت میانگین ± SD هستند، n = 3. فراصوت (زرد) در مقایسه با بدون فراصوت (نارنجی).
نمودار و مطالعه: Tabib et al., 2020
کارایی برتر در تولید شیر مغزها با فراصوت
بازده بالاتر، بهبود ترکیب تغذیه‌ای و کاهش مدت‌زمان فرآوری، تنها چند مورد از مزایایی هستند که کارایی برتر فرآوری فراصوتی شیر مغزها و نوشیدنی‌های غیرلبنی را نشان می‌دهند. مصرف کم انرژی، نیاز اندک به نگهداری و کارکرد 24/7 نیز از عوامل دیگری هستند که به کارایی کلی استثنایی فرآوری فراصوتی کمک می‌کنند. هموژنایزرهای فراصوتی پربازده Hielscher می‌توانند در شرایط کاری سنگین به‌صورت 24/7 کار کنند و حجم‌های بالا را در حالت جریان پیوسته فرآوری کنند. پردازشگرهای فراصوتی Hielscher از بازده کلی انرژی فوق‌العاده‌ای برخوردارند. استحکام و نیاز اندک به نگهداری نیز هزینه‌های بهره‌برداری را پایین نگه می‌دارند.
پژوهش‌ها دربارهٔ فرآوری فراصوتی مواد غذایی چه می‌گویند
«فناوری فراصوت در دههٔ گذشته به‌طور گسترده‌ای ظهور کرده است. این فناوری به‌دلیل اثرات مطلوب چندگانهٔ خود در صنعت آب‌میوه و نوشیدنی کاربرد یافته است. این فناوری ارزان، ساده، قابل‌اعتماد و سازگار با محیط‌زیست است و در نگهداری آب‌میوه‌ها همراه با بهبود ویژگی‌های کیفی، اثربخشی بسیار بالایی دارد.» (Dolas et al., 2019)
«فراصوت‌دهی فناوری نوظهوری است که می‌تواند کیفیت مواد غذایی را ارتقا دهد و اتلاف مواد مغذی را کاهش دهد.» (Cheok et al., 2013)
پردازشگرهای فراصوتی مواد غذایی برای تولید صنعتی شیر مغزها
Hielscher Ultrasonics سامانه‌های پربازده فرآوری فراصوتی مواد غذایی را برای تولید صنعتی پیوستهٔ شیر مغزها (مانند شیر بادام هندی، بادام، فندق، گردو، بادام‌زمینی و نارگیل) و جایگزین‌های گیاهی شیر (مانند شیر برنج، سویا، گندم اسپلت، جو دوسر، کنجد، تخم کتان، نخودفرنگی و شیر تخمیری چوفا) طراحی، تولید و عرضه می‌کند.
فرآوری فراصوتی مواد غذایی، به‌عنوان روشی غیرحرارتی و کاملاً مکانیکی، مزایای عمده‌ای دارد که به بهبود محصولات نهایی و کاهش زمان فرآوری می‌انجامند و سازگاری بیشتری با محیط‌زیست دارند.
سامانه‌های فرآوری فراصوتی مواد غذایی Hielscher به‌عنوان فناوری ایمن، قابل‌اعتماد و مقرون‌به‌صرفه برای تولید مواد غذایی و نوشیدنی‌های باکیفیت، در کاربردهای گوناگون استفاده می‌شوند. نصب و بهره‌برداری از تمامی پردازشگرهای فراصوتی Hielscher ساده است: این دستگاه‌ها فضای کمی نیاز دارند و به‌آسانی می‌توان آن‌ها را به تأسیسات فرآوری موجود افزود.
Hielscher Ultrasonics تجربه‌ای طولانی در کاربرد فراصوت پرتوان در صنایع غذایی و نوشیدنی و همچنین بسیاری از شاخه‌های صنعتی دیگر دارد. پردازشگرهای فراصوتی ما به سونوتْرودها و سلول‌های جریان (قطعات در تماس با سیال) با قابلیت تمیزکاری آسان مجهز هستند (شست‌وشو در محل CIP / استریل‌سازی در محل SIP). پردازشگرهای فراصوتی صنعتی Hielscher Ultrasonics می‌توانند دامنه‌های بسیار بالایی ایجاد کنند. کارکرد پیوسته با دامنه‌هایی تا 200µm در بهره‌برداری 24/7 به‌آسانی امکان‌پذیر است. دامنه‌های بالا برای دستیابی به توزیع همگن ذرات و غیرفعال‌سازی میکروب‌های مقاوم‌تر، مانند باکتری‌های گرم‌مثبت، اهمیت دارند. برای دامنه‌های حتی بالاتر، سونوتْرودهای فراصوتی سفارشی موجود هستند. تمامی سونوتْرودها و راکتورهای سلول جریان فراصوتی را می‌توان در دماها و فشارهای بالا به کار گرفت؛ این قابلیت، فراصوت‌دهی حرارتی–فشاری قابل‌اعتماد (فراصوت‌دهی همراه با دما و فشار بالا) و استخراج و پایدارسازی بسیار مؤثر را امکان‌پذیر می‌کند.
فناوری روز، عملکرد بالا و نرم‌افزار پیشرفته، دستگاه‌های Hielscher Ultrasonics را به تجهیزاتی سخت‌کوش و قابل‌اعتماد در خط استخراج، همگن‌سازی و پاستوریزاسیون مواد غذایی شما تبدیل می‌کنند. دستگاه‌های فراصوت Hielscher به‌دلیل فضای اشغال‌شدهٔ کم و گزینه‌های متنوع نصب، به‌آسانی در خطوط تولید موجود ادغام می‌شوند یا به آن‌ها افزوده می‌شوند.
همین حالا با ما تماس بگیرید تا دربارهٔ ویژگی‌ها و قابلیت‌های سامانه‌های استخراج، همگن‌سازی و پاستوریزاسیون فراصوتی ما بیشتر بدانید. خوشحال می‌شویم دربارهٔ کاربرد مدنظر شما گفت‌وگو کنیم!
جدول زیر نمایی از ظرفیت تقریبی فرآوری دستگاه‌های فراصوت ما ارائه می‌دهد:
| حجم بچ | دبی | دستگاه‌های پیشنهادی |
|---|---|---|
| 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 |
| قابل‌اعمال نیست | 10 تا 100L/min | UIP16000 |
| قابل‌اعمال نیست | بیشتر | مجموعه‌ای از دستگاه‌های UIP16000 |
با ما تماس بگیرید! / از ما بپرسید!
Hielscher Ultrasonics هموژنایزرهای فراصوتی پربازده را برای کاربردهای اختلاط، پراکنده‌سازی، امولسیون‌سازی و استخراج در مقیاس آزمایشگاهی، پایلوت و صنعتی تولید می‌کند.
منابع علمی / مراجع
- Tabib, Malak, Yang Tao, Christian Ginies, Isabelle Bornard, Njara Rakotomanomana, Adnane Remmal, Farid Chemat (2020): A One-Pot Ultrasound-Assisted Almond Skin Separation/Polyphenols Extraction and its Effects on Structure, Polyphenols, Lipids, and Proteins Quality. Applied Sciences 10, no. 10: 3628.
- Iswarin, S.J.; Permadi, B. (2012): Coconut milk’s fat breaking by means of ultrasound. Int. J. Basic Appl. Sci. 12, 2012. 1–5.
- Maria Clara Iorio, Antonio Bevilacqua, Maria Rosaria Corbo, Daniela Campaniello, Milena Sinigaglia, Clelia Altieri (2019): A case study on the use of ultrasound for the inhibition of Escherichia coli O157:H7 and Listeria monocytogenes in almond milk. Ultrasonics Sonochemistry, Volume 52, 2019. 477-483.
- Rupali Dolas, Chakkaravarthi Saravanan, Barjinder Pal Kaur (2019): Emergence and era of ultrasonic’s in fruit juice preservation: A review. Ultrasonics Sonochemistry, Volume 58, 2019.
- Xu Lu, Jinghao Chen, Mingjing Zheng, Juanjuan Guo, Jingxuan Qi, Yingtong Chen, Song Miao, Baodong Zheng (2019): Effect of high-intensity ultrasound irradiation on the stability and structural features of coconut-grain milk composite systems utilizing maize kernels and starch with different amylose contents. Ultrasonics Sonochemistry Volume 55, 2019. 135-148.
نکات دانستنی
تولید شیر مغزها و جایگزین‌های گیاهی لبنیات
تولید شیر مغزها و سایر نوشیدنی‌های گیاهی غیرلبنی (برای مثال از بادام، بادام هندی، نارگیل، فندق، بادام‌زمینی، کنجد، سویا، چوفا، جو دوسر، گندم اسپلت، برنج، شاهدانه، نخودفرنگی، تخم کتان، بذر کتان و گردو) معمولاً شامل مراحل فرآوری زیر است: آسیاب‌کردن و خردکردن مرطوب برای استخراج، فیلتراسیون، افزودن افزودنی‌ها و مواد تشکیل‌دهندهٔ غذایی، پاستوریزاسیون / استریل‌سازی، همگن‌سازی و بسته‌بندی آسپتیک.
افزودنی‌های پرکاربرد شامل صمغ‌ها و لسیتین برای بهبود پایداری، و نیز نمک و شیرین‌کننده‌ها برای تغییر بافت و ویژگی‌های طعمی هستند. جایگزین‌های گیاهی شیر اغلب با پروتئین، ویتامین‌ها و مواد معدنی تقویت و غنی‌سازی می‌شوند تا نوشیدنی گیاهی غیرلبنی از ترکیب تغذیه‌ای متعادلی برخوردار شود.
بسته به نوع جایگزین گیاهی شیر، مادهٔ اولیهٔ متفاوتی، مانند مغزها، غلات یا حبوبات، به‌عنوان پایه استفاده می‌شود. این مادهٔ اولیهٔ مشخص، مانند بادام، دانهٔ سویا یا جو دوسر، با مقدار معینی آب مخلوط و طی فرایند آسیاب‌کردن مرطوب در دماهای بالا آسیاب می‌شود. در این فرایند آسیاب‌کردن همراه با گرما، ترکیبات ارزشمند گیاهی مانند پروتئین‌ها، لیپیدها، فیبرها و ویتامین‌ها از مادهٔ اولیه استخراج می‌شوند؛ این فرایند زمان‌بر است و اغلب کارایی بسیار پایینی دارد. به‌دلیل استخراج ناقص، ممکن است برای افزایش بازده شیر مغزها یا جایگزین گیاهی شیر به مرحلهٔ دوم استخراج نیاز باشد. با به‌کارگیری استخراج فراصوتی در فرایند آسیاب‌کردن، میزان استخراج ترکیبات گیاهی به‌طور چشمگیری افزایش می‌یابد و استخراج تسریع می‌شود.
پس از آسیاب‌کردن و استخراج، شیر گیاهی در سانتریفیوژهای بزرگ از الیاف گیاهیِ باقی‌مانده از استخراج جدا می‌شود. برای بهبود بافت و ویژگی‌های حسی، ممکن است شیر گیاهی با روغن خوراکی همگن شود یا با افزودن صمغ‌ها غلیظ شود و با افزودنی‌های گوناگون (ویتامین‌ها، مواد معدنی) مخلوط شود؛ در نهایت نیز با تیمار حرارتی پاستوریزه و سپس بسته‌بندی می‌شود.
فراصوت‌دهی را می‌توان برای پراکنده‌سازی همگن صمغ‌ها و سایر افزودنی‌های غذایی در نوشیدنی گیاهی و تقویت پایدارسازی میکروبی از طریق پاستوریزاسیون فراصوتی به کار برد.
افزون بر این، فراصوت‌دهی برای استخراج و اصلاح پروتئین‌ها به‌منظور دستیابی به افزودنی‌های غذایی با کارکرد بالا و مکمل‌های تغذیه‌ای استفاده می‌شود. دربارهٔ فرآوری فراصوتی پروتئین‌های گیاهی بیشتر بخوانید!
Hielscher Ultrasonics هموژنایزرهای فراصوتی پربازده را در مقیاس‌های آزمایشگاهی تا صنعتی تولید می‌کند.