فراصوت‌دهی و کاربردهای گوناگون آن در فرآوری مواد غذایی
فراصوت پرتوان امکانات گوناگونی برای کاربردهای مؤثر و قابل‌اعتماد در فرآوری مواد غذایی فراهم می‌کند. رایج‌ترین کاربردها در صنایع غذایی شامل اختلاط و همگن‌سازی، امولسیون‌سازی، پراکنده‌سازی، تخریب سلولی و استخراج مواد درون‌سلولی، فعال‌سازی یا غیرفعال‌سازی آنزیم‌ها (که به شدت فراصوت بستگی دارد)، نگهداری، پایدارسازی، حل‌سازی و تبلور، هیدروژناسیون، تردسازی گوشت، رسیدن، کهنه‌سازی و اکسیداسیون، و همچنین گاززدایی و خشک‌کردن پاششی است.
در ادامه، مجموعه‌ای از کاربردهای منتخب سونیکاتورهای Hielscher در فرآوری مواد غذایی را معرفی می‌کنیم. برای دریافت اطلاعات تفصیلی دربارهٔ کاربرد موردنظرتان، روی پیوند مربوطه کلیک کنید!
استخراج ترکیبات طعم‌دهنده و زیست‌فعال با استفاده از فراصوت
استخراج فراصوتی در صنایع غذایی به‌طور گسترده برای بازیابی کارآمد ترکیبات زیست‌فعال، مولکول‌های طعم‌دهنده و پروتئین‌ها استفاده می‌شود. در این روش، فراصوت با شدت بالا انتقال جرم را افزایش می‌دهد و ساختارهای سلولی را تخریب می‌کند. اثرات کاویتاسیون حاصل، بازده و سرعت استخراج را در دماهای پایین افزایش می‌دهد و ضمن کمک به حفظ ترکیبات حساس، فرآوری پاک و مقیاس‌پذیر را بدون استفاده از حلال‌های تهاجمی امکان‌پذیر می‌سازد.
هموژنایزرهای فراصوتی به‌طور گسترده در فرآوری مواد غذایی استفاده می‌شوند. کاربردهای معمول شامل استخراج، اختلاط، امولسیون‌سازی و کهنه‌سازی / رسیدن است.
| قهوه | کانابیس | پکتین‌ها |
| لگ‌هموگلوبین سویا | وانیل | قارچ‌ها |
| روغن جلبک | زعفران | گیاهان دارویی و معطر |
| پروتئین مگس سرباز | مایکوپروتئین | روغن زیتون |
امولسیون‌سازی فراصوتی سس‌ها، چاشنی‌های سالاد و کرم‌ها
آشپزها و متخصصان علوم غذایی با فراصوت‌دهی مخلوط‌های روغن/آب، به امولسیون‌های فوق‌ریز و پایدار دست می‌یابند – بدون گرمای بیش‌ازحد یا افزودنی‌های سنتزی. از سس‌های خامه‌ای و سس‌های سرکه‌وروغن با بافت مخملی گرفته تا کرم‌های بدون لبنیات و کف‌های لطیف، کاویتاسیون فراصوتی امکان کنترل دقیق اندازه و پراکندگی قطرات را فراهم می‌کند.
دربارهٔ امولسیون‌های غذایی فراصوتی بیشتر بدانید!
تخمیر فراصوتی ماست
ماست یک فرآوردهٔ شیری تخمیری است که می‌توان آن را تنها از شیر یا با افزودن کشت‌های باکتریایی تولید کرد. سویه‌های بیفیدوباکتری‌ها (برای مثال BB-12، BB-46، B breve) از پروبیوتیک‌های رایج در تخمیر ماست هستند. کاویتاسیون فراصوتی اعمال‌شده به سلول‌های باکتریایی می‌تواند باعث تخریب آن‌ها و هم‌زمان آزادسازی β-گالاکتوزیداز شود. β-گالاکتوزیداز یک آنزیم هیدرولاز است که کاربرد گسترده‌ای در صنعت فرآوری شیر دارد. تخمیر به کمک فراصوت، به‌دلیل هیدرولیز سریع‌تر لاکتوز ناشی از آزادسازی β-گالاکتوزیداز از سلول‌های بیفیدوباکتری بر اثر فراصوت، تسریع می‌شود.
همگن‌سازی فراصوتی موجب شکستن گویچه‌های چربی شیر و ایجاد توزیع اندازه‌ای بسیار ریز می‌شود.
فراصوت‌دهی می‌تواند سرعت تخمیر را افزایش دهد (کاهش زمان کل تولید تا 40%) و ویژگی‌های کیفی ماست را بهبود بخشد؛ در نتیجه گرانروی بالاتر، لختهٔ مستحکم‌تر و بافت بهتری حاصل می‌شود.
همگن‌سازی فراصوتی شیر
شیر (برای مثال شیر گاو، گاومیش، بز یا شتر) یک امولسیون یا سامانهٔ کلوئیدی است که از گویچه‌های چربی شیر درون یک سیال پایه‌آبی حاوی کربوهیدرات‌ها، پروتئین‌ها و مواد معدنی محلول تشکیل شده است. ازآنجاکه چربی و آب تمایل دارند به دو فاز جداگانه تفکیک شوند، شیر باید همگن‌سازی شود تا محصولی یکنواخت به دست آید. همگن‌سازی به معنای توزیع یکنواخت مولکول‌های چربی در مایع شیر است. فراصوت روشی شناخته‌شده برای کاربردهای گوناگون در فرآوری محصولات لبنی است. تیمار فراصوتی شیر، گویچه‌های چربی همگن‌شده‌ای ایجاد می‌کند که هم‌اندازه‌اند و به‌طور یکنواخت توزیع شده‌اند. همگن‌سازی با فراصوت پرتوان برای جایگزین‌های گیاهی شیر (وگان/ بدون لبنیات)، مانند شیر نارگیل یا شیر سویا، نیز مؤثر است.
مطالعهٔ Sfakianakis and Tzia (2012) نشان می‌دهد که همگن‌سازی فراصوتی اندازهٔ گویچه‌های چربی شیر (MFG) را کاهش می‌دهد. تصاویر میکروسکوپی زیر اثرات فراصوت‌دهی بر اندازهٔ قطرات چربی شیر را نشان می‌دهند. دامنهٔ پایین (150W) اثر همگن‌سازی رضایت‌بخشی نداشت (شکل 2)؛ اندازهٔ MFG و توزیع آن‌ها مشابه شیر تیمارنشده بود (شکل‌های 1 و 2 را مقایسه کنید). فراصوت با دامنهٔ متوسط (267٫5, 375 W) اثر همگن‌سازی خوبی داشت؛ میانگین قطر MFG برابر با 2 μm بود (شکل‌های 3، 4). فراصوت با دامنهٔ بالاتر (750W) اندازهٔ MFG را به‌طور چشمگیری کاهش داد (شکل 6)، به‌طوری‌که با میکروسکوپ نوری (بزرگ‌نمایی 100x) به‌سختی قابل‌مشاهده بودند؛ میانگین قطر آن‌ها 0٫3 μm بود.
فراصوت پرتوان یک روش ملایم و غیرحرارتی برای همگن‌سازی است. Sfakianakis et al. (2011) اثر چشمگیر همگن‌سازی فراصوتی بر شیر را نشان می‌دهند.
Chandrapala et al. (2012) اثر فراصوت‌دهی بر کازئین و کلسیم را بررسی کردند. آن‌ها امواج فراصوتی (20kHz) را به نمونه‌های شیر تازهٔ بدون چربی، کازئین میسلی بازساخته و پودر کازئین اعمال کردند. نمونه‌ها را تا زمانی فراصوت‌دهی کردند که اندازهٔ گویچه‌های چربی شیر به حدود 10nm کاهش یافت. تجزیه‌وتحلیل شیر فراصوت‌دهی‌شده نشان می‌دهد که اندازهٔ میسل‌های کازئین بدون تغییر باقی می‌ماند. طی چند دقیقهٔ نخست فراصوت‌دهی، افزایش اندکی در پروتئین محلول آب‌پنیر و کاهش متناظر گرانروی نیز رخ داد. این مطالعه نشان داد که میسل‌های کازئین در طول فراصوت‌دهی پایدارند و غلظت کلسیم محلول تحت تأثیر تیمار فراصوتی قرار نمی‌گیرد. [Chandrapala et al. 2012]
تبلور فراصوتی شکر برای تولید شیرینی
فراصوت‌دهی کنترل‌شده امکان آغاز بذردهی بلور (ایجاد هسته‌ها) و تأثیرگذاری بر رشد بلورها را فراهم می‌کند. تحت تابش فراصوت، بلورهای کوچک‌تر و در نتیجه پرتعدادتری تشکیل می‌شوند. فراصوت از دو طریق به فرایند تبلور کمک می‌کند: نخست، فراصوت پرتوان ابزاری بسیار مؤثر برای ایجاد محلولی یکنواخت است که مادهٔ اولیهٔ تبلور را تشکیل می‌دهد. در مرحلهٔ دوم، فراصوت به تشکیل تعداد زیادی هسته کمک می‌کند. درحالی‌که هسته‌زایی ضعیف تعداد کمتری بلور بزرگ ایجاد می‌کند، هسته‌زایی کارآمد تعداد زیادی بلور کوچک و ریز به وجود می‌آورد. در میدان صوتی، حتی آغاز هسته‌زایی قندهایی که معمولاً تمایلی به تبلور ندارند (برای مثال D-فروکتوز و سوربیتول) نیز امکان‌پذیر می‌شود.
اصلاح تبلور با فراصوت برای فرمولاسیون آب‌نبات، شیرینی، فرآورده‌های مالیدنی، بستنی، خامهٔ زده‌شده و شکلات جالب‌توجه است.
دستگاه فراصوت UIP4000hdT یک پردازشگر قدرتمند مواد غذایی با توان 4kW برای تولید صنعتی مواد غذایی، مانند استخراج پکتین و ترکیبات طعم‌دهنده و همچنین همگن‌سازی است.
هیدروژناسیون فراصوتی روغن‌های خوراکی
هیدروژناسیون روغن‌های گیاهی یک فرایند صنعتی مهم در مقیاس بزرگ است. با هیدروژناسیون، روغن‌های گیاهی مایع به چربی‌های جامد یا نیمه‌جامد (برای مثال مارگارین) تبدیل می‌شوند. از نظر شیمیایی، اسیدهای چرب غیراشباع طی واکنش هیدروژناسیون با کاتالیز انتقال فاز با افزودن اتم‌های هیدروژن به پیوندهای دوگانه، به اسیدهای چرب اشباع متناظر خود تبدیل می‌شوند. این فرایند کاتالیزوری را می‌توان با فراصوت‌دهی پرتوان تسریع کرد. نیکل یکی از کاتالیزورهای رایج است. چربی‌های هیدروژنه به‌طور گسترده به‌عنوان عوامل تردکننده در محصولات نانوایی به کار می‌روند. یکی از مزایای چربی‌های اشباع، تمایل کمتر آن‌ها به اکسیداسیون و در نتیجه خطر کمتر تندشدگی است.
مایع‌سازی فراصوتی عسل
فراصوت روشی مؤثر و غیرحرارتی برای مایع‌کردن بلورهای موجود در عسل و از بین بردن مخمر، بدون تأثیر بر کیفیت عسل، ارائه می‌دهد.
برای کسب اطلاعات بیشتر اینجا کلیک کنید!
پایدارسازی فراصوتی آب‌میوه‌ها و اسموتی‌ها
فراصوت به‌عنوان یک روش غیرحرارتی فرآوری مواد غذایی، تیماری ملایم اما مؤثر فراهم می‌کند که طعم‌ها را تقویت می‌کند و موجب پایدارسازی و نگهداری آب‌میوه‌ها، اسموتی‌ها، سس‌ها و پوره‌ها می‌شود. نتایج تیمار فراصوتی آب‌میوه شامل بهبود طعم، پایدارسازی و نگهداری است.
اینجا دربارهٔ بهبود آب‌میوه‌ها و اسموتی‌ها با فراصوت بیشتر بخوانید!
دربارهٔ فرآوری فراصوتی گوجه‌فرنگی بیشتر بخوانید!
بیاموزید که فراصوت‌دهی چگونه ضمن بهبود ترکیب مواد مغذی، به نگهداری آب توت‌فرنگی شیرین‌شده با استویا کمک می‌کند!
کهنه‌سازی فراصوتی شراب و مشروبات الکلی
فراصوت پرتوان به‌دلیل قابلیت مؤثر استخراج و افزایش چشمگیر انتقال جرم میان بافت چوب و نوشیدنی الکلی، به عمل‌آوری شراب و مشروبات الکلی تقطیری با چوب بلوط کمک می‌کند.
برای آشنایی بیشتر با امکانات تیمار فراصوتی شراب، اینجا کلیک کنید!
سرعت فرایند تخمیر شراب، شیرهٔ انگور تخمیرنشده، آبجو و ساکه را نیز می‌توان به‌طور چشمگیری افزایش داد. افزایش سرعت‌هایی از 50% تا 65% به دست آمده است!
برای دریافت اطلاعات بیشتر دربارهٔ تخمیر به کمک فراصوت، اینجا کلیک کنید!
تسریع انجماد بستنی با فراصوت
برای تولید بستنی، مخلوط بستنی لازم است. این مخلوط از شیر، شیر خشک، خامه، کره یا چربی گیاهی، شکر، مادهٔ خشک، امولسیفایر، پایدارکننده و همچنین افزودنی‌هایی مانند میوه، مغزها، طعم‌دهنده‌ها و رنگ تشکیل می‌شود. این مخلوط ویژه باید همگن‌سازی و پاستوریزه شود و سپس در طول فرایند انجماد به‌آرامی هم زده شود تا از تشکیل بلورهای بزرگ یخ جلوگیری شود. در این حین، حباب‌های بسیار ریز هوا در آن مخلوط می‌شوند (فرایندی موسوم به هوادهی) تا بستنی کف‌دار شود و دسری سرد با بافت نرم و یکنواخت به دست آید. این همان مرحله‌ای از فرایند است که می‌توان فراصوت‌دهی را برای ارتقای کیفیت بستنی به کار برد.
در طول فرایند انجماد، بلورها از آب فوق‌سرد تشکیل می‌شوند. ریخت‌شناسی بلورهای یخ نقش مهمی در ویژگی‌های بافتی و فیزیکی مواد غذایی منجمد و نیمه‌منجمد دارد. همان‌طور که اندازه و توزیع بلورهای یخ برای کیفیت محصولات بافت‌دار پس از یخ‌زدایی اهمیت ویژه‌ای دارد، در بستنی نیز بلورهای کوچک‌تر یخ ترجیح داده می‌شوند، زیرا بلورهای بزرگ بافتی یخی ایجاد می‌کنند. هسته‌زایی مهم‌ترین عامل کنترل توزیع اندازهٔ بلورها در طول تبلور است. ازاین‌رو، سرعت انجماد معمولاً پارامتری است که برای کنترل اندازه و توزیع اندازهٔ بلورهای یخ در بستنی به کار می‌رود. در طول زدن و انجماد، هوا تزریق می‌شود تا بافت نرم و یکنواخت بستنی حاصل شود. مقدار موسوم به «اورران»، یعنی مقدار هوای تزریق‌شده، متناسب با حجم مجموع مواد جامد و آب – به‌طور خاص برای هر دستور تهیه – تنظیم می‌شود. بنابراین، اورران با توجه به فرمولاسیون‌های مختلف بستنی و جریان‌های فرایندی تغییر می‌کند. بستنی استاندارد اورران 100% دارد؛ یعنی محصول نهایی از حجم برابری از مخلوط بستنی و حباب‌های هوا تشکیل شده است.
استفاده از هموژنایزرهای فراصوتی پرتوان Hielscher با کاهش اندازهٔ بلورهای یخ و جلوگیری از تشکیل لایهٔ سخت روی سطح انجماد، کیفیت بهتری برای بستنی فراهم می‌کند. کاهش اندازهٔ بلورهای بستنی و بهبود توزیع حباب‌های هوا، قوام بهتر و حس دهانی خامه‌ای‌تری ایجاد می‌کند. کوتاه‌شدن چشمگیر زمان انجماد به ظرفیت فرایندی بالاتر و فرایند تولیدی با بهره‌وری انرژی بیشتر منجر می‌شود.
دستگاه فراصوت UP400St برای استخراج سریع مواد گیاهی به‌صورت بچ.
هوادهی فراصوتی مایهٔ کیک
کیفیت محصولات غذایی هوادهی‌شده، مانند کیک اسفنجی، را می‌توان با فراصوت‌دهی به‌طور چشمگیری بهبود بخشید. به‌کارگیری فراصوت پرتوان در مرحلهٔ اختلاط مایهٔ کیک، کیفیت کیک اسفنجی را از نظر کاهش سختی و افزایش فنریت، انسجام و برگشت‌پذیری بهبود می‌بخشد. برای آزمون‌ها، همهٔ مواد به روش «همه با هم» مخلوط شدند؛ یعنی آرد کامل کم‌پروتئین، امولسیفایر، نشاستهٔ ذرت، شکر، بیکینگ‌پودر، نمک و تخم‌مرغ کامل تازه به‌طور هم‌زمان برای تهیهٔ مایهٔ کیک اضافه شدند. پیش از فراصوت‌دهی، مواد به‌صورت یکنواخت با هم مخلوط شدند تا فراصوت به مخلوط یکنواختی از مایهٔ کیک اعمال شود. کیک هوادهی‌شده با فراصوت سختی، صمغی‌بودن و جویدنی‌بودن کمتری نشان داد، درحالی‌که فنریت، انسجام و برگشت‌پذیری آن اندکی بیشتر از کیک شاهد بود.
تبلور و کنچینگ فراصوتی شکلات
فراصوت‌دهی به قابلیت استخراج خود شهرت دارد. با آسیاب‌کردن و استخراج فراصوتی می‌توان کرهٔ کاکائو را از سلول‌های دانهٔ کاکائو آزاد کرد.
فراصوت روشی جایگزین برای شکستن بلورهای شکر در شکلات است و از این طریق اثراتی مشابه کنچینگ ایجاد می‌کند.
تردسازی فراصوتی گوشت
اعمال امواج فراصوتی پرتوان به گوشت موجب تردشدن ساختار گوشت می‌شود. آزادسازی پروتئین‌های میوفیبریلی از سلول‌های عضلانی، تردشدن چشمگیری ایجاد می‌کند. فراصوت علاوه بر اثر تردکنندگی، ظرفیت اتصال به آب و انسجام گوشت را نیز بهبود می‌بخشد.
اطلاعات بیشتر دربارهٔ تردسازی گوشت با فراصوت پرتوان و سونیکاتور MeatBuzzer را اینجا بیابید!
فراصوت‌دهی در آشپزخانه‌ها و بارها
پردازشگرهای فراصوتی مواد غذایی به آشپزخانه‌های سطح‌بالا نیز راه یافته‌اند. سرآشپزهای برجسته، مانند Sang-Hoon Degeimbre، سرآشپز برندهٔ دو ستارهٔ میشلن، از دستگاه‌های فراصوت Hielscher استفاده می‌کنند.
اگر به دستور تهیهٔ استاک میگوی فراصوتی معروف او علاقه‌مندید، اینجا کلیک کنید!
برای دستورهای تهیهٔ کوکتل با فراصوت، اینجا کلیک کنید!
سونیکاتورها برای فرآوری مواد غذایی کوشر و حلال
Hielscher Ultrasonics می‌تواند بنا به درخواست، برای سونیکاتورهای خود گواهی کوشر یا حلال ارائه دهد. این بدان معناست که سونیکاتورها مطابق با دستورالعمل‌های سخت‌گیرانهٔ این قوانین غذایی مذهبی ساخته و فرآوری شده‌اند. گواهی کوشر تضمین می‌کند که سونیکاتورها بدون هیچ‌گونه فرآوردهٔ جانبی یا مشتق حیوانی تولید شده‌اند، درحالی‌که گواهی حلال تأیید می‌کند که نحوهٔ کار با سونیکاتورها با اصول غذایی اسلامی مطابقت داشته است.
اگر به سونیکاتور Hielscher دارای گواهی کوشر یا حلال نیاز دارید، با ما تماس بگیرید؛ خوشحال می‌شویم هماهنگی‌های لازم برای دریافت گواهی موردنیاز را انجام دهیم.
با ما تماس بگیرید! / از ما بپرسید!
Hielscher Ultrasonics هموژنایزرهای فراصوتی با عملکرد بالا را برای کاربردهای اختلاط، پراکنده‌سازی، امولسیون‌سازی و استخراج در مقیاس آزمایشگاهی، پایلوت و صنعتی تولید می‌کند.
منابع علمی / مراجع
- 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 هموژنایزرهای فراصوتی با عملکرد بالا را در مقیاس آزمایشگاهی تا صنعتی تولید می‌کند.