Ultraääni elintarviketeollisuudessa

Tehoultraääntä käytetään lukuisissa elintarvikkeiden käsittelysovelluksissa, kuten uutossa, homogenoinnissa, pastöroinnissa ja fermentoinnissa. Ei-termisenä käsittelynä ultraäänikäsittely parantaa elintarvikkeiden tuotantoprosesseja lisäämällä saantoa, parantamalla laatua sekä ravintoaine- ja makuprofiileja ja säästämällä käsittelyaikaa ja kustannuksia.

Ultraäänen sovellukset elintarvikkeiden käsittelyssä

Tehoultraäänellä on laaja valikoima sovelluksia elintarvikkeiden käsittelyssä, kuten uutto, sekoitus, emulgointi, pastörointi, kaasunpoisto ja lihan mureuttaminen. Näiden pääsovellusten lisäksi tehoultraääntä käytetään myös parantamaan elintarvikkeiden pakastamista, sulattamista ja kuivaamista.
Voimakkaan ultraäänen tärkeimmät edut liittyvät erilaisten elintarvikkeiden käsittelyvaiheiden parantamiseen: käsittelyajan lyhenemiseen, saannon kasvuun ja tuotteen laadun paranemiseen sekä enemmän aikaa ja kustannuksia säästävän, taloudellisen käsittelyn mahdollistamiseen.

Seuraavassa osiossa esitellään voimakkaan ultraäänen tärkeimmät sovellukset elintarviketeollisuudessa:

Uutto: Ultraääntä voidaan käyttää bioaktiivisten yhdisteiden, kuten antioksidanttien, pigmenttien ja eteeristen öljyjen, uuttamiseen kasvimateriaaleista. Tätä prosessia kutsutaan ultraäänikäsittelyavusteiseksi uutoksi, ja sillä voidaan tuottaa korkealaatuisia uutteita lyhyemmässä ajassa ja pienemmällä liuottimenkulutuksella kuin perinteisillä menetelmillä.
Lue lisää kasviperäisten aineiden ultraääniuuton eduista!
Homogenointi ja emulgointi: Ultraäänihomogenointia voidaan käyttää stabiilien emulsioiden ja suspensioiden, kuten salaattikastikkeiden, majoneesin, kermojen ja maitotuotteiden, valmistamiseen. Prosessissa käytetään korkeataajuisia ääniaaltoja nesteessä olevien rasvapallosten hajottamiseen, jolloin saadaan sileä ja tasainen rakenne.
Lue lisää ultraäänikäsittelystä elintarvike-emulsioiden valmistuksessa!
Katso täältä vaiheittainen ohje ja video majoneesin emulgoinnista ultraäänellä!
Säilyvyyden parantaminen: Voimakasta ultraääntä voidaan käyttää mikro-organismien, kuten bakteerien ja hiivojen, inaktivointiin elintarvikkeissa. Ultraäänikäsittelyavusteiseksi pastöroinniksi kutsuttu prosessi voi pidentää elintarvikkeiden säilyvyysaikaa ja vähentää elintarvikevälitteisten sairauksien riskiä. Ei-termisenä käsittelymenetelmänä ultraäänikäsittelyssä vältetään erittäin korkeiden lämpötilojen käyttö ja estetään siten niihin liittyvä lämpöherkkien ravintoaineiden hajoaminen.
Lue lisää säilyvyysajan pidentämisestä ja ravintoaineiden säilyttämisestä ultraäänikäsittelyllä!

Haluatteko valmistaa omia mausteuutteita tai kastikkeita? Hielscher-ultraäänilaitteilla voi valmistaa laadukkaita uutteita ja kastikkeita lyhyessä ajassa niin ravintolakeittiössä, kunnianhimoisen keittiömestarin apulaisen työssä kuin kaupallisessa tuotannossakin. Valmistakaa luomu-uutteita itse! Jättäkää säilöntäaineet pois! Käyttäkää vain itse valitsemianne ainesosia!

Kaasunpoisto: Kun nesteeseen kohdistetaan ultraääntä, nesteeseen jääneet kaasukuplat saatetaan liikkeeseen. Tämän seurauksena nämä ilma- ja kaasukuplat lähestyvät toisiaan ja yhdistyvät. Näin kuplat kasvavat suuremmiksi, jolloin ne voivat nousta nesteen pinnalle ja ne voidaan poistaa helposti.
Liuottaminen: Erinomaisten sekoitus- ja yhdistämisominaisuuksiensa ansiosta ultraääni on erittäin tehokas menetelmä vahvasti kylläisten ja jopa ylikylläisten liuosten valmistamiseen. Tätä hyödynnetään kiteytysprosesseissa ja suolaliuosten valmistuksessa.
Fermentointi: Kun ultraääniaallot puhkovat ja hajottavat mikro-organismien soluseiniä, mikro-organismit tulevat alttiimmiksi fermentointiprosessille. Samalla ultraääni nopeuttaa ravintoaineiden ja hapen kulkeutumista mikro-organismeihin ja tehostaa siten niiden aineenvaihduntaa. Kaiken kaikkiaan ultraäänikäsittely nopeuttaa fermentointia, lyhentää fermentointiaikaa ja parantaa halutun lopputuotteen saantoa. Tämä tekniikka on erityisen hyödyllinen elintarvikkeiden ja juomien, kuten maitotuotteiden, jogurtin, oluen, kombuchan ja viinin, valmistuksessa.
Viskositeetin pienentäminen ennen sumutuskuivausta: Ultraäänen leikkausvoimat voivat pienentää merkittävästi leikkausohenevien ja tiksotrooppisten lietteiden viskositeettia. Ultraäänellä toteutettu leikkausohennus ennen sumutusta ja sumutuskuivaimia mahdollistaa sumutuslaitteiston läpi kulkevan käsittelymäärän merkittävän kasvattamisen. Sumutuskuivaustornit ovat usein tuotantolinjan pullonkaula. Ultraäänellä voidaan lisätä olemassa olevien sumutuskuivaimien kapasiteettia.

Hielscher-ultraäänilaitteilla voidaan homogenoida ja pastöroida nestemäisiä munatuotteita (kokomunaa, valkuaista ja keltuaista) elintarviketurvallisuuden ja mekaanisen stabiiliuden varmistamiseksi. Hielscher-ultraäänihomogenisaattorit tuottavat voimakasta kavitaatiota ja suuria leikkausvoimia mikrobien tuhoamiseksi. Ultraäänipastörointi on erittäin vaikuttava ja tehokas vaihtoehto matalan lämpötilan pastörointiin. Ultraäänellä pastöroidussa nestemäisessä kananmunassa proteiinien denaturoituminen ja makuhävikki ovat vähäisempiä, homogeenisuus on parempi ja energiatehokkuus huomattavasti suurempi.

Pakastaminen: Ultraäänipakastamista voidaan käyttää vähentämään jääkiteiden muodostumista elintarvikkeisiin pakastusprosessin aikana. Prosessissa elintarvikkeeseen kohdistetaan korkeataajuisia ääniaaltoja pakastamisen aikana. Ultraääniaallot synnyttävät värähtelyä, joka estää suurten jääkiteiden muodostumisen. Tuloksena on tuote, jonka rakenne on sileämpi ja laatu parempi.
Sulattaminen: Ultraäänisulatusta voidaan käyttää pakastettujen elintarvikkeiden sulatusajan lyhentämiseen. Prosessissa pakastettuun tuotteeseen kohdistetaan ultraääniaaltoja, jotka tuottavat lämpöä ja nopeuttavat sulamista. Koska ultraääni edistää energian erittäin tasaista jakautumista, ultraäänisulatus voi olla erityisen hyödyllinen tuotteille, joita on vaikea sulattaa tasaisesti, kuten lihalle, mereneläville, hedelmille ja vihanneksille.
Pakastamisessa, sulattamisessa ja kuivaamisessa tehoultraääni parantaa merkittävästi aineen- ja energiansiirtoprosesseja, mikä nopeuttaa näitä prosesseja ja tekee niistä taloudellisempia.
Pullojen vuotojen havaitseminen: Ultraääni on erittäin tehokas tapa havaita vuotoja ja halkeamia hiilihapotettujen juomien, kuten virvoitusjuomien, oluen ja kuohuviinin, pulloissa ja tölkeissä. Ultraääntä käytetään myös kaasunpoistoon hiilihapotetuista juomista, esimerkiksi oluesta ennen pullotusta. Tätä prosessia kutsutaan nimellä de-fobbing.
Suolaliuoskäsittely / säilöntä: Suolaliuoskäsittely on yleinen prosessi elintarvikkeiden säilönnässä ja valmistuksessa, erityisesti lihan, kalan, juuston ja vihannesten käsittelyssä. Ultraäänikäsittely lyhentää suolaliuoskäsittelyyn tarvittavaa aikaa ja mahdollistaa pienempien natriumkloridimäärien käytön verrattuna perinteisesti suolaliuoksessa käsiteltyihin elintarvikkeisiin ja säilykkeisiin.
Hydratointi / rehydratointi: Tehoultraääni on yksinkertainen mutta erittäin tehokas menetelmä elintarvikkeiden, kuten kuivattujen palkokasvien siementen (esim. papujen ja kikherneiden) tai kuivattujen sienten, hydratointiin tai rehydratointiin. Koska ultraääni avaa elintarvikkeen solujen huokosia, vesi pääsee tunkeutumaan nopeasti sisään. Tämä nopeuttaa palkokasvien siementen turpoamista ja lyhentää siten niiden kypsennysaikaa.
Hunajan kiteiden liuottaminen: Ei-termisenä käsittelynä ultraääntä käytetään tehokkaasti estämään suurten sokerikiteiden muodostumista hunajaan. Lisäksi hunajaan jo muodostuneet suuret kiteet voidaan liuottaa ultraäänikäsittelyllä. Erittäin tehokkaana liuotustekniikkana anturityyppiset ultraäänilaitteet liuottavat sokerikiteitä, jolloin hunajasta tulee tasaisen sileää. Ultraääni parantaa myös hunajan mikrobiologista laatua, sillä ei-toivotut mikrobit inaktivoituvat ultraäänen aiheuttaman solujen hajotuksen vaikutuksesta.
Uppopaistaminen: Ultraääniuppopaistamista voidaan käyttää vähentämään öljyn imeytymistä uppopaistettuihin elintarvikkeisiin. Prosessissa liha tai vihannes upotetaan kuumaan öljyyn ja siihen kohdistetaan samalla korkeataajuisia ääniaaltoja. Ultraääniaallot muodostavat elintarvikkeen pinnalle pieniä kuplia, jotka pienentävät vihanneksen / lihan ja öljyn välistä kosketuspinta-alaa. Näin öljyä imeytyy vähemmän ja lopputuotteesta tulee terveellisempi. Ultraääniuppopaistaminen mahdollistaa ruoan kypsentämisen alhaisemmissa lämpötiloissa, jolloin saadaan erinomaisempia makuprofiileja ja ravintoaineet säilyvät.
Lue, miten ultraääniavusteisella uppopaistamisella saadaan terveellisempiä, maukkaampia ja rapeampia ranskanperunoita ja perunalastuja!

Suorituskykyiset ultraäänilaitteet elintarvikkeiden käsittelyyn

Hielscher Ultrasonics -yrityksen teolliset ultraääniprosessorit ovat suorituskykyisiä ultraäänilaitteita, joita voidaan ohjata tarkasti ja jotka mahdollistavat siten toistettavat tulokset ja tasaisen tuotelaadun. Koska yrityksen Hielscher ultraääniprosessorit pystyvät tuottamaan erittäin suuria amplitudeja, niitä voidaan käyttää erittäin vaativissa sovelluksissa.
Asiakkaat ovat tyytyväisiä Hielscher Ultrasonics -yrityksen järjestelmien erinomaiseen kestävyyteen ja luotettavuuteen. Yrityksen Hielscher ultraäänilaitteet toimivat luotettavasti raskaassa käytössä, vaativissa ympäristöissä ja 24/7-käytössä ja varmistavat siten tehokkaan ja taloudellisen elintarvikkeiden käsittelyn. Prosessien tehostaminen ultraäänellä lyhentää käsittelyaikaa ja tuottaa parempia tuloksia eli korkeampaa laatua, suurempia saantoja ja uudenlaisia tuotteita.
Tekniikan yhteensopivuus prosessin kanssa varmistetaan käyttämällä johdonmukaisesti erikoismateriaaleja, kuten titaania, ruostumatonta terästä sekä eri laatuisia keramiikka- tai lasimateriaaleja.
Ultraääniprosessorit ovat käyttäjäystävällisiä ja helppokäyttöisiä laitteita, joiden huoltotarve on vähäinen ja kustannukset suhteellisen alhaiset.

Alla oleva taulukko antaa käsityksen ultraäänilaitteidemme likimääräisestä käsittelykapasiteetista:

Panostilavuus	Tilavuusvirta	Suositellut laitteet
0,5–1,5 mL	n.a.	VialTweeter
1–500 mL	10–200 mL/min	UP100H
10–2000mL	20–400 mL/min	UP200Ht, UP400St
0,1–20 L	0,2–4 L/min	UIP2000hdT
10–100 L	2–10 L/min	UIP4000hdT
15–150 L	3–15 L/min	UIP6000hdT
n.a.	10–100 L/min	UIP16000
n.a.	suurempi	laiteryhmä, jonka laitteet ovat UIP16000

Ota yhteyttä! / Kysy meiltä!

Suunnittelu, valmistus ja konsultointi – Saksassa valmistettua laatua

Yrityksen Hielscher ultraäänilaitteet tunnetaan korkeimmista laatu- ja suunnittelustandardeistaan. Kestävyys ja helppokäyttöisyys mahdollistavat ultraäänilaitteidemme sujuvan integroinnin teollisuuslaitoksiin. Yrityksen Hielscher ultraäänilaitteet selviytyvät helposti ankarista olosuhteista ja vaativista ympäristöistä.

Hielscher Ultrasonics on ISO-sertifioitu yritys, joka painottaa erityisesti suorituskykyisiä ultraäänilaitteita, joissa yhdistyvät huipputeknologia ja käyttäjäystävällisyys. Yrityksen Hielscher ultraäänilaitteet ovat luonnollisesti CE-vaatimusten mukaisia ja täyttävät UL-, CSA- ja RoHs-vaatimukset.

Liittyvät aiheet

Hyödyllistä tietoa

Miten ultraääni toimii elintarvikkeiden käsittelyssä?

Elintarvikkeiden ultraäänikäsittely on vakiintunut tekniikka, jota käytetään elintarvikkeiden käsittelysovelluksissa, kuten sekoituksessa ja homogenoinnissa, emulgoinnissa, uutossa, liuottamisessa, kaasun- ja ilmanpoistossa, lihan mureuttamisessa ja kiteytyksessä sekä elintarvikkeiden välituotteiden ja lopputuotteiden funktionalisoinnissa ja muokkauksessa. Yrityksen Hielscher elintarvikkeiden käsittelyyn tarkoitettuja ultraääniprosessoreita on asennettu elintarviketuotantolaitoksiin jo vuosikymmenten ajan, ja ne ovat pitkälle kehitettyjä laitteita, jotka on suunniteltu täyttämään teollisuuden vaatimukset. Ultraääniprosessorit hyödyntävät tehoultraääniaaltojen synnyttämiä fysikaalisia voimia, jotka aiheuttavat kavitaatiota.

Mitä juomia valmistetaan yleisesti ultraäänikäsittelyllä?

Ultraäänikäsittelyä käytetään yleisesti juomien valmistukseen tai käsittelyyn. Tällaisia juomia ovat esimerkiksi kylmäuutettu kahvi, tee (mukaan lukien yerba mate), hedelmä- ja vihannesmehut, kasvihaudukkeet, funktionaaliset juomat (yrttiuutteet), kasvipohjaiset maidot, fermentoidut juomat (prosessin tehostamiseksi) sekä juomatiivisteet valmiiden juomien eli RTD-juomien tuotantoon.
Lue lisää seuraavien juomien valmistuksesta:

Mitä akustinen kavitaatio on?

Akustinen kavitaatio, jota kutsutaan myös ultraäänikavitaatioksi, tarkoittaa pienten tyhjiökuplien kasvua ja luhistumista nesteisiin tai lietteisiin muodostetussa ultraäänikentässä. Kavitaatiokuplat kasvavat vuorottelevien korkeapaine- ja matalapainejaksojen aikana, jotka ovat vastaavasti puristus- ja harvenemisvaiheita. Kasvettuaan useiden vuorottelevien painejaksojen ajan tyhjiökupla saavuttaa pisteen, jossa se ei enää pysty absorboimaan energiaa, jolloin kupla luhistuu rajusti korkeapainejakson aikana. Kuplan luhistuessa syntyy paikallisesti äärimmäisiä olosuhteita: jopa 5 000K:n lämpötiloja sekä erittäin suuria kuumenemis- ja jäähtymisnopeuksia, jopa 2000atm:n paineita ja vastaavia paine-eroja sekä nestesuihkuja, joiden nopeus on jopa 280m/s. Näissä kavitaation ”kuumissa pisteissä” paikalliset äärimmäiset voimat luovat fysikaalisia olosuhteita, jotka saavat aikaan sekoittumista, uuttoa ja tehostunutta aineensiirtoa.

Akustinen kavitaatio eli ultraäänikavitaatio: kuplan kasvu ja luhistuminen

Voimakkaan, matalataajuisen ultraäänen synnyttämä akustinen kavitaatio aiheuttaa voimakkaita leikkausvoimia sekä paikallisesti suuria paine- ja lämpötilaeroja, jotka tuottavat tehokkaan sekoittumisen ja aineensiirron edellyttämän vaikutuksen. Näitä ultraäänen leikkausvoimia hyödynnetään menestyksekkäästi elintarvikkeiden käsittelyssä.

Kirjallisuus/Viitteet

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.