Ylivertainen tehokkuus ja laatu pähkinämaitojen tuotannossa ultraäänen avulla

Pähkinämaidot ja kasvipohjaiset maidon vaihtoehdot ovat kasvava elintarvikesegmentti. Ultraääniuutto ja ultraäänihomogenointi ovat osoittaneet merkittäviä etuja perinteisiin tekniikoihin verrattuna pähkinämaitojen ja kasvipohjaisten maidon vastineiden tuotannossa. Suuritehoinen ultraääni lisää saantoa, tuotteen stabiilisuutta, ravintoainepitoisuutta ja käsittelyn kokonaistehokkuutta.

Suuremmat pähkinämaitojen saannot teho-ultraäänellä

Ultraääniuutto tunnetaan luotettavana ja erittäin tehokkaana menetelmänä kasvipohjaisten öljyjen, proteiinien, polysakkaridien ja mikroravintoaineiden saannon lisäämiseksi. Siksi ultraäänikäsittelyä käytetään kasvipohjaisten maidonkorvikkeiden tuotannossa esimerkiksi mantelista, cashewpähkinästä, kookoksesta, hasselpähkinästä, maapähkinästä, seesamista, soijasta, tiikeripähkinästä, kaurasta, riisistä, hampusta, herneistä, pistaasipähkinöistä, saksanpähkinästä, amarantista tai kvinoasta. Pähkinämaitojen ja muiden kasvipohjaisten maidon vaihtoehtojen raaka-aine on usein kallista, ja suuremmat uuttosaannot näistä raaka-aineista alentavat tuotantokustannuksia ja parantavat tuotannon tehokkuutta.

Miten ultraääniuutto lisää saantoa?

Ultraääniuuton toimintaperiaate on akustinen kavitaatio. Matalataajuisen, suuritehoisen ultraäänen uuttoa tehostava mekanismi perustuu pääasiassa akustiseen kavitaatioon. Kun kavitaatiokuplat luhistuvat kasvimateriaalin pinnalla, eroosio ja sonoporaatio rikkovat kasvisolujen matriisin esimerkiksi maseroiduissa pähkinöissä, siemenissä, palkokasveissa ja lehdissä. Tämä tuhoaa solurakenteen ja vapauttaa solunsisäisiä aineita, kuten proteiineja, lipidejä, polysakkarideja, kuituja, vitamiineja, kivennäisaineita ja fytokemikaaleja. Näin tehostunut aineensiirto helpottaa molekyylien, kuten proteiinien, lipidien, polysakkaridien ja fytokemikaalien, vapautumista.
Ultraäänen tuottamat leikkausvoimat parantavat liuottimen tunkeutumista kasvimateriaalin solumatriisiin sekä solukalvojen läpäisevyyttä. (Huomaa, että termiä liuotin käytetään tässä laajassa merkityksessä ja se kattaa kaikki nesteet, esimerkiksi veden.) Nämä teho-ultraäänen mekanismit saavat aikaan merkittävän prosessin tehostumisen, kun ultraäänikäsittelyä käytetään elintarvikkeiden uuttamiseen kasviraaka-aineista. Koska ultraäänikavitaatio synnyttää näin voimakkaita voimia, se saa aikaan erittäin tehokkaan solujen hajotuksen ja sekoittumisen makro- ja mikrotasolla. Lisäksi liuottimen tunkeutuminen, bioaktiivisten yhdisteiden liukeneminen ja aineensiirto paranevat merkittävästi. Tämä tekee ultraääniavusteisesta uutosta erittäin tehokasta ja tuottaa erinomaisia uuttosaantoja lyhyessä käsittelyajassa.

Parempi pähkinämaitojen stabiilisuus ultraäänen avulla

Suuritehoinen, matalataajuinen ultraäänikäsittely on tehokas ja luotettava menetelmä suspensioiden fysikaalisen stabiilisuuden sekä elintarvikkeiden, esimerkiksi pähkinämaitojen ja muiden maidonkorvikkeiden, mikrobiologisen stabiilisuuden parantamiseen.

Ultraäänellä parannettu pähkinämaitojen fysikaalis-kemiallinen stabiilisuus

Elintarvikkeiden homogenointiin ja emulgointiin laajalti käytetty suuritehoinen ultraääni on erittäin tehokas ei-terminen tekniikka hyvin homogeenisten ja pitkään stabiilien elintarvikkeiden valmistamiseen. Ultraäänihomogenointi pienentää rasvapisaroiden halkaisijan tasaisen pieneksi ja dispergoi kiinteät hiukkaset, kuten tärkkelykset, sokerit ja kuidut, tasaisesti. Näin ultraäänihomogenointi parantaa pähkinämaitojen ja muiden kasvipohjaisten maitojen fysikaalis-kemiallista stabiilisuutta merkittävästi ja estää ei-toivotun faasierottumisen.
Lu et al. (2019) tutkivat suuritehoisen ultraäänikäsittelyn vaikutuksia kookosmaitoon. Ultraäänikäsittely pienensi kookosmaidon hiukkaskokoa ja tasasi pisaroiden ja kiinteiden aineiden jakautumista järjestelmässä. Mekaanisesti emulgoituun kookosmaitoon verrattuna ultraäänikäsittelyllä oli merkittävä vaikutus emulsiojärjestelmän tasaisuuteen (p < 0,05). Lisäksi havaittiin, että ultraäänikäsittely edisti amyloosin kapseloitumista amylaasientsyymin sisään rajapintakerroksessa.
Iswarin ja Permadi (2012) tutkivat ultraäänikäsittelyn vaikutusta kookospohjaisten maitojuomien pisaroiden halkaisijaan tarkastelemalla ultraäänen intensiteetin erilaisia yhdistelmiä. Ultraäänikäsittely pienensi pisaroiden halkaisijaa, ja koon pieneneminen lisääntyi ultraäänen intensiteetin kasvaessa.

Ultraäänellä parannettu pähkinämaitojen mikrobiologinen stabiilisuus

Ultraäänikäsittelyn on osoitettu vähentävän maitotuotteiden, hedelmämehujen ja muiden nestemäisten elintarvikkeiden mikrobikuormaa. Siksi ultraäänipastörointia on otettu käyttöön myös maidon vaihtoehtojen säilöntäprosessissa pähkinäpohjaisten ja muiden kasvipohjaisten maidonkorvikkeiden mikrobiologisen stabiilisuuden parantamiseksi.
Iorio et al. (2019) tutkivat Escherichia coli O157:H7:n ja Listeria monocytogenesin inaktivointia ultraäänellä mantelimaidossa ja pystyivät osoittamaan, että ultraäänipastörointi aiheuttaa taudinaiheuttajille subletaaleja vaurioita, mikä pidentää säilyvyysaikaa. Esimerkiksi ultraäänipastörointi vähensi merkittävästi E. coli O157:H7:n määrää arvosta 5,12 arvoon 3,81 log CFU/mL ja alensi kasvunopeutta (µmax) (arvosta 1,19 arvoon 0,79 (log CFU/mL)/päivä).

Suurempi ravintoainepitoisuus pähkinämaitojen ultraääniuutolla

Mikroravintoaineet, kuten vitamiinit, polyfenolit ja antioksidantit, sijaitsevat kasvien solumatriisissa. Näiden mikroravintoaineiden tehokas vapauttaminen edellyttää solujen täydellistä hajotusta ja voimakasta mikrosekoittumista solumateriaalin ja liuottimen välillä. Kuten edellä kuvattiin, ultraääniuutto hajottaa soluja ja vapauttaa lipidejä, proteiineja, polysakkarideja, kuituja ja fytokemikaaleja solumatriisista erittäin tehokkaasti. Ultraääniuutto on erittäin tehokas menetelmä kasvimateriaalin sisältämien fytokemikaalien koko määrän eristämiseen nopeassa uuttoprosessissa. Suuritehoisen ultraäänen käyttö tuottaa voimakkaita kavitaatiovaikutuksia, häiriöitä / turbulenssia ja nopeita nestevirtauksia, jotka huuhtovat fytokemikaalit solujen sisältä. Koska ultraäänikäsittely on ei-terminen uuttomenetelmä, sen käyttö estää näiden herkkien mikroravintoaineiden lämpöhajoamisen.

Fenolisten yhdisteiden kokonaispitoisuuden (ilmaistuna naringeniiniekvivalentteina, mg/g manteleita) kinetiikka ultraäänikäsittelyllä ja ilman sitä käytettäessä laitetta UIP1000hdT. Ultraääniuutto lisäsi fenolisten yhdisteiden kokonaispitoisuutta 258 %.
Tulokset ovat keskiarvoja ± keskihajonta, n = 3. Ultraäänikäsittely (keltainen) verrattuna käsittelyyn ilman ultraääntä (oranssi).
Kuvaaja ja tutkimus: Tabib et al., 2020

Ylivertainen tehokkuus pähkinämaitojen tuotannossa ultraäänen avulla

Suuremmat saannot, parempi ravintoaineprofiili ja lyhyempi käsittelyaika ovat vain muutamia etuja, jotka liittyvät pähkinämaitojen ja maidottomien juomien ultraäänikäsittelyn ylivertaiseen tehokkuuteen. Vähäinen energiankulutus, vähäinen huoltotarve ja 24/7-käyttö ovat lisätekijöitä, jotka edistävät ultraäänikäsittelyn poikkeuksellista kokonaistehokkuutta. Hielscherin suuritehoiset ultraäänihomogenisaattorit voivat toimia 24/7 raskaassa käytössä ja käsitellä suuria tilavuuksia jatkuvassa virtaustilassa. Hielscherin ultraääniprosessoreilla on erinomainen kokonaisenergiatehokkuus. Myös kestävyys ja vähäinen huoltotarve pitävät käyttökustannukset alhaisina.

Mitä tutkimus kertoo elintarvikkeiden ultraäänikäsittelystä

”Ultraäänitekniikka on noussut laajasti esiin viime vuosikymmenen aikana. Sitä on otettu käyttöön hedelmämehu- ja juomateollisuudessa sen monipuolisten toivottujen vaikutusten vuoksi. Tekniikka on edullinen, yksinkertainen, luotettava ja ympäristöystävällinen sekä erittäin tehokas mehujen säilönnässä, samalla kun niiden laatuominaisuudet paranevat.” (Dolas et al., 2019)

”Ultraäänikäsittely on kehittyvä tekniikka, joka voi parantaa elintarvikkeiden laatua ja vähentää ravintoainehävikkiä.” (Cheok et al., 2013)

Ultraääniprosessorit pähkinämaitojen teolliseen tuotantoon

Hielscher Ultrasonics suunnittelee, valmistaa ja jakelee tehokkaita elintarvikkeiden ultraäänikäsittelyjärjestelmiä pähkinämaitojen (kuten cashew-, manteli-, hasselpähkinä-, saksanpähkinä-, maapähkinä- ja kookosmaidon) sekä kasvipohjaisten maidonkorvikkeiden (kuten riisi-, soija-, speltti-, kaura-, seesami-, pellavansiemen- ja hernemaidon sekä fermentoidun tiikeripähkinämaidon) jatkuvatoimiseen teolliseen tuotantoon.
Elintarvikkeiden ultraäänikäsittely tarjoaa merkittäviä etuja, sillä se on ei-terminen, puhtaasti mekaaninen menetelmä, joka parantaa lopputuotteita, lyhentää käsittelyaikaa ja on ympäristöystävällisempi.
Hielscherin elintarvikkeiden ultraäänikäsittelyjärjestelmiä käytetään monenlaisiin sovelluksiin, sillä ne tarjoavat turvallisen, luotettavan ja kustannustehokkaan tekniikan korkealaatuisten elintarvikkeiden ja juomien valmistamiseen. Kaikkien Hielscherin ultraääniprosessorien asennus ja käyttö on yksinkertaista: ne vaativat vain vähän tilaa ja voidaan helposti jälkiasentaa olemassa oleviin käsittelylaitoksiin.
Hielscher Ultrasonicsilla on pitkä kokemus teho-ultraäänen soveltamisesta elintarvike- ja juomateollisuudessa sekä monilla muilla teollisuudenaloilla. Ultraääniprosessorimme on varustettu helposti puhdistettavilla sonotrodeilla ja virtauskennoilla eli nesteen kanssa kosketuksiin joutuvilla osilla (paikallaan puhdistus CIP / paikallaan sterilointi SIP). Hielscher Ultrasonicsin teolliset ultraääniprosessorit voivat tuottaa erittäin suuria amplitudeja. Jopa 200µm:n amplitudeja voidaan helposti käyttää jatkuvasti 24/7. Suuret amplitudit ovat tärkeitä homogeenisen hiukkasjakauman saavuttamiseksi ja vastustuskykyisempien mikrobien, esimerkiksi grampositiivisten bakteerien, inaktivoimiseksi. Vielä suurempia amplitudeja varten on saatavilla räätälöityjä ultraäänisonotrodeja. Kaikkia sonotrodeja ja ultraäänivirtauskennoreaktoreita voidaan käyttää korotetuissa lämpötiloissa ja paineissa, mikä mahdollistaa luotettavan lämpöä ja painetta hyödyntävän ultraäänikäsittelyn (ultraäänikäsittely yhdistettynä korotettuun lämpötilaan ja paineeseen) sekä erittäin tehokkaan uuton ja stabiloinnin.
Uusin tekniikka, suuri suorituskyky ja kehittynyt ohjelmisto tekevät Hielscher Ultrasonicsin laitteista luotettavia työjuhtia elintarvikkeiden uutto-, homogenointi- ja pastörointilinjallasi. Pienen tilantarpeen ja monipuolisten asennusvaihtoehtojen ansiosta Hielscherin ultraäänilaitteet voidaan helposti integroida tai jälkiasentaa olemassa oleviin tuotantolinjoihin.
Ota meihin yhteyttä nyt ja tutustu tarkemmin ultraääniuutto-, homogenointi- ja pastörointijärjestelmiemme ominaisuuksiin ja suorituskykyyn. Keskustelemme mielellämme sovelluksestasi kanssasi!

Alla oleva taulukko antaa suuntaa-antavan kuvan ultraäänilaitteidemme likimääräisestä käsittelykapasiteetista: