Proteiinien ultraäänikäsittely elintarvikkeisiin ja ravintolisiin
Ultraäänikäsittely on tehokas prosessiteknologia, jolla parannetaan elintarvikkeissa ja ravintolisissä käytettävien proteiinien toiminnallisuutta, dispergoituvuutta, liukoisuutta ja stabiiliutta. Voimakas ultraääni auttaa valmistajia optimoimaan proteiinijärjestelmien käsiteltävyyttä ja tuotteiden suorituskykyä niin kasviproteiineissa, kuten kaura-, herne-, soija-, hamppu- ja riisiproteiineissa, kuin maitoproteiineissa ja seoskoostumuksissakin.
Proteiinien käsittelyssä ultraääni on enemmän kuin sekoituksen apuväline. Asianmukaisesti hallittu ultraäänikäsittely voi pienentää hiukkaskokoa, parantaa hydratoitumista ja dispersiota, kasvattaa liuenneen proteiinin osuutta ja parantaa suspension stabiiliutta. Nämä vaikutukset ovat erityisen merkityksellisiä nautintavalmiissa juomissa, proteiinikonsentraateissa, täydennetyissä elintarvikkeissa ja jauhemaisissa ravintolisäkoostumuksissa. Vuonna 2025 julkaistussa tutkimuksessa (Höhme-Matthes et al.), jossa tutkittiin kauraproteiinin ultraäänikäsittelyä, ultraäänikäsittely lisäsi kauraproteiinikonsentraatin liuennutta määrää ja vähensi suspension epästabiiliutta energiatiheyden kasvaessa.
Miksi proteiinien ultraäänikäsittely on tärkeää
Elintarvikkeiden ja ravintolisien valmistajat kohtaavat usein haasteita, kuten heikkoa kostumista, epätäydellistä hydratoitumista, sedimentaatiota, suurta viskositeettia, epästabiileja suspensioita ja vaihtelevaa toiminnallisuutta. Nämä ongelmat korostuvat entisestään runsasproteiinisissa, kasvipohjaisissa ja clean label -koostumuksissa.
Voimakas, matalataajuinen ultraääni synnyttää nesteissä akustista kavitaatiota. Mikroskooppisten kuplien luhistuminen synnyttää paikallisia leikkausvoimia, turbulenssia ja mikrosekoittumista. Proteiinijärjestelmissä nämä vaikutukset voivat hajottaa agglomeraatteja, pienentää hiukkaskokoa, parantaa aineensiirtoa ja muuttaa proteiinipitoisten suspensioiden fysikaalista rakennetta. Tuloksena on proteiinijärjestelmä, jota on helpompi käsitellä ja joka toimii usein paremmin valmiissa tuotteessa.
Elintarvikkeiden ultraäänihomogenisaattori UIP16000 proteiinien teolliseen käsittelyyn saantojen kasvattamiseksi ja toiminnallisten ominaisuuksien parantamiseksi
Miten ultraäänikäsittely parantaa proteiinien käsittelyä elintarviketeollisuudessa
- Parempi dispersio ja hydratoituminen
Proteiinijauheet hydratoituvat usein epätasaisesti ja muodostavat agglomeraatteja. Ultraäänikäsittely auttaa hajottamaan hiukkasagglomeraatteja ja edistää tasaisempaa kostumista, mikä voi lyhentää hydratoitumisaikoja ja parantaa käsiteltävyyttä myöhemmissä prosessivaiheissa. - Hiukkaskoon pienentäminen
Pienempi hiukkaskoko liittyy usein pehmeämpään suutuntumaan, suspension parempaan käyttäytymiseen ja veden parempaan pääsyyn proteiinien pinnoille. Kauraproteiinia käsittelevässä artikkelissa todetaan nimenomaisesti, että ultraääni on hyödyllinen kasviproteiinien teollisen mittakaavan käsittelyssä hiukkaskoon pienentämisen kannalta. - Suurempi proteiinien liukoisuus
Ultraäänikäsittely voi kasvattaa proteiinien liuennutta osuutta ja parantaa näennäistä liukoisuutta haastavissa järjestelmissä. Kauraproteiinitutkimuksen tekijät raportoivat, että ultraäänikäsittely lisäsi kauraproteiinikonsentraatin liuennutta määrää ja että liukoisuus oli jo noin kolminkertainen energiatiheydellä 200 J/mL. - Parempi suspension stabiilius
Parantamalla dispersiota ja vähentämällä liukenemattomien hiukkasten osuuksia ultraääni auttaa vähentämään sedimentaatiota ja faasien erottumista. Ladatussa artikkelissa raportoidaan, että ultraäänikäsittely vähensi kauraproteiinikonsentraattisuspensioiden epästabiiliutta ja että jatkuva virtauskennokäsittely paransi suspension stabiiliutta huomattavasti samalla energiatiheydellä.
Esimerkki: kauraproteiinin käsittely ultraäänilaitteilla, joiden valmistaja on Hielscher
Vuoden 2025 kauraproteiinikonsentraatin käsittelyä koskevassa tutkimuksessa karakterisoitiin sekä eräkäsittelynä että virtauskennossa toteutettua ultraäänikäsittelyä käyttäen Hielscher laitteiden valmistajana. Tutkijat käyttivät kokeissaan laitteita Hielscher UIP1500hdT ja Hielscher UP200St. He havaitsivat, että ultraäänikäsittely lisäsi kauraproteiinikonsentraatin liuennutta määrää ja vähensi samalla suspension epästabiiliutta energiatiheyden kasvaessa. He havaitsivat myös, että ultraäänikäsittely virtauskennossa mahdollisti suuremman käsittelykapasiteetin ja oli teollisesti merkityksellinen tavanomaiseen eräprosessiratkaisuun verrattuna.
Tutkimuksessa todetaan lisäksi, että ultraääni on hyödyllinen työkalu kasviproteiinikonsentraattien teollisen mittakaavan prosessisovelluksissa. Siinä korostetaan tehokkaampaa hiukkaskoon pienentämistä, parempaa suspension stabiiliutta sekä jatkuvan ultraäänikäsittelyn merkitystä virtauskennoratkaisuissa prosessitehokkuuden ja mittakaavan suurentamisen kannalta.
Esimerkki: ultraäänikäsittelyllä parannettu herneproteiinin toiminnallisuus
Ultraäänikäsittely tarjoaa herneproteiinijärjestelmille useita selviä etuja: se parantaa dispergoituvuutta ja liukoisuutta hajottamalla aggregaatteja ja pienentämällä hiukkaskokoa, mikä voi vahvistaa toiminnallista suorituskykyä elintarvikkeissa heikentämättä proteiinin sulavuutta tai biologista saavutettavuutta. Kuitua sisältävissä koostumuksissa ultraääni voi myös edistää hyödyllisen proteiini–kuituverkoston muodostumista ja kuitutyypistä riippuen lisätä viskositeettia ja kykyä muodostaa rakennetta. Fermentoiduissa herneproteiinipohjaisissa jogurtin vaihtoehdoissa ultraääni paransi edelleen tuotteen laatua vähentämällä keskeisiä sivumakuyhdisteitä, kuten heksanaalia ja 2-pentyylifuraania, ja lisäämällä samalla toivottuja jogurttimaisia aromiyhdisteitä, kuten diasetyyliä ja asetoiinia. Tämä tekee siitä lupaavan clean label -työkalun sekä toiminnallisuuden että aistinvaraisen laadun parantamiseen.
(vrt. Kalla-Berthold et al., 2023; Matysek et al., 2024)
Ultraäänilaite UIP4000hdT kasvipohjaisten proteiinien suurella käsittelykapasiteetilla tapahtuvaan uuttoon ja muokkaukseen
Esimerkki: ultraäänikäsitellyn hamppuproteiinin edut
Hamppuproteiinin ultraääniuutto tarjoaa useita merkittäviä etuja erityisesti silloin, kun rasvattomasta hampunsiemenjätteestä jalostetaan arvokkaampia ainesosia. Ladatussa tutkimuksessa ultraääniavusteinen uutto paransi proteiinin kokonaistalteenottoa ja puhtautta tavanomaiseen uuttoon verrattuna. Parhaalla yhdistelmäprosessilla saavutettiin noin 62 %:n proteiinin talteenotto ja noin 76 %:n puhtaus, kun siihen yhdistettiin HPP-esikäsittely. Se tehosti myös aminohappojen uuttoa eri isolaateissa, mikä viittaa parempaan ravitsemukselliseen saantoon, eikä proteiinien vyöhykekuvioissa havaittu merkittäviä näkyviä vaurioita SDS-PAGE-analyysissä. Kokonaisuutena tulokset tukevat ultraäänen käyttöä ympäristöystävällisempänä ja tehokkaampana uuttomenetelmänä, joka voi vähentää käsittelyn intensiteettiä ja auttaa jalostamaan hampun sivutuotteista hyödyllisiä proteiiniaineksia elintarvikkeisiin ja terveysvaikutteisiin ravintotuotteisiin.
(vrt. Cabral et al. 2023)
Esimerkki: proteiinihydrolysaatin ultraääniuutto riisileseestä
Riisiproteiinihydrolysaatin ultraääniuutto tarjoaa selviä toiminnallisia etuja, koska ultraääni parantaa proteiinin vapautumista riisileseestä hajottamalla solurakenteita ja tehostamalla aineensiirtoa, mikä tekee uutosta tavanomaisia menetelmiä tehokkaampaa. Tutkimuksessa uutto optimoitiin onnistuneesti kiinteän aineen ja nesteen suhteella 0,43, amplitudilla 48,25 % ja käsittelyajalla 29,89 minuuttia. Ultraääniavusteinen entsymaattinen hydrolyysi tuki myös voimakkaasti bioaktiivisten hydrolysaattien muodostumista; niiden ominaisuuksiin kuuluivat suuri ACE:tä estävä aktiivisuus ja antioksidatiivinen potentiaali. Tekijät toteavat, että ultraääni on tehokas tekniikka paitsi proteiinin uuttoon myös entsymaattisen hydrolyysin nopeuttamiseen, mikä auttaa jalostamaan riisileseestä arvokkaampia bioaktiivisia proteiiniaineksia.
(vrt. Hayta et al., 2020)
Edut elintarvikkeiden ja ravintolisien valmistajille
- Parempi tuotelaatu
Ultraäänikäsittely voi edistää nestemäisten proteiinituotteiden pehmeämpää rakennetta ja suutuntumaa, suspensioiden ja esiseosten parempaa homogeenisuutta, vähäisempää näkyvää sedimentaatiota proteiinijuomissa sekä tasaisempaa toiminnallista suorituskykyä erien välillä. - Tehokkaampi käsittely
Ultraääni voi tehostaa käsittelyä nopeuttamalla dispersiota ja hydratoitumista sekä mahdollistamalla jatkuvan käsittelyn prosessilinjassa. Kauraproteiinitutkimuksessa raportoidaan, että virtauskennoratkaisu mahdollistaa suuremmat tiheydet suuresta massakäsittelykapasiteetista huolimatta ja voi siksi tukea suurempaa tehokkuutta ja parempaa teollista soveltuvuutta kuin tavanomainen eräprosessiratkaisu. - Joustavampi koostumusten kehittäminen
Ultraäänikäsittely on hyödyllinen haastaville kasviproteiinikoostumuksille, runsasproteiinisille nautintavalmiille RTD-juomille, ravintolisäpohjille sekä homogenointia, hydrolyysiä tai kuivausta edeltäville prosesseille. Artikkelissa todetaan sen merkitys kasvipohjaisille juomille, lietteille ja myöhemmille hydrolyysivaiheille. - Paremmat mahdollisuudet mittakaavan suurentamiseen
Määritellyt ultraäänikäsittelyparametrit, kuten amplitudi, intensiteetti, energiatiheys, viipymäaika ja vastapaine, tukevat prosessin siirtämistä laboratoriotyöstä pilotti- ja teolliseen tuotantoon. Ladatussa tutkimuksessa korostetaan erityisesti näitä parametreja skaalautuvan jatkuvan käsittelyn suunnittelussa.
Teollinen ultraäänilaite UIP6000hdT (6 kW) proteiinisuspensioiden käsittelyyn prosessilinjassa
Hielscher: miksi sen ultraäänilaitteiden käyttö tuo etuja
Hielscher-ultraäänilaitteet ovat houkutteleva vaihtoehto proteiinien käsittelyyn, koska ne mahdollistavat hallitun ja toistettavan ultraäänikäsittelyn. Valmistajille todellinen etu ei ole pelkästään kavitaation synnyttäminen, vaan sen synnyttäminen määritellyissä ja skaalautuvissa olosuhteissa.
- Hallitut ultraäänikäsittelyparametrit
Tutkimuksessa käytetyt järjestelmät, joiden valmistaja on Hielscher, mahdollistivat tutkijoille työskentelyn määritellyillä amplitudeilla, intensiteeteillä ja energiatiheyksillä sekä eräkäsittelyssä että virtauskennokäsittelyssä. Tämä tukee järjestelmällistä prosessikehitystä ja mittakaavan suurentamista. - Erä- ja virtauskennokäsittelyn mahdollisuus
Valmistajat voivat arvioida ultraäänikäsittelyä eräprosessissa ja siirtyä sitten kohti jatkuvaa käsittelyä prosessilinjassa. Ladattu artikkeli osoittaa, että jatkuva ultraäänikäsittely virtauskennossa voi ylittää eräkäsittelyn suspension stabiiliuden ja teollisen soveltuvuuden osalta. - Prosessisuunnittelu teollista käsittelykapasiteettia varten
Tutkimus osoittaa, että vastapaine, viipymäaika ja massavirta ovat tärkeitä muuttujia jatkuvassa ultraäänikäsittelyssä. Tämä on valmistajille merkityksellistä, koska se tekee ultraäänikäsittelystä todellisen prosessitekniikan työkalun pelkän laboratoriotekniikan sijaan. - Tukea haastaville proteiinijärjestelmille
Artikkelissa korostetaan, että tuotteen ominaisuuksien, kuten hiukkaskoon, suspension stabiiliuden, liukoisuuden ja viskositeetin, räätälöinti on erittäin tärkeää kasvipohjaisille suspensioille. Siinä todetaan myös, että ultraäänilaitteet tarvitsevat vähän tilaa, pystyvät käsittelemään suuria kiintoainepitoisuuksia ja tarjoavat ainutlaatuisen yhdistelmän fysikaalisia ja kemiallisia vaikutuksia.
Tyypilliset sovellukset
Proteiinien ultraäänikäsittely soveltuu seuraaviin käyttökohteisiin:
- kauraan, herneeseen, soijaan, riisiin, härkäpapuun tai seoksiin perustuvat kasviproteiinijuomat;
- proteiinilla täydennetyt maitojuomat ja maidottomat juomat;
- ravintolisäsuspensiot ja nestemäiset kerta-annokset;
- proteiinidispersiot ennen homogenointia tai emulgointia;
- sekä esiseokset sumutuskuivausta tai toiminnallisten ominaisuuksien jatkomuokkausta varten.
Ultraääni skaalautuvana proteiinien käsittelyteknologiana
Ultraäänikäsittely auttaa elintarvikkeiden ja ravintolisien valmistajia parantamaan proteiinien toiminnallisuutta tilanteissa, joissa pelkkä tavanomainen sekoitus saavuttaa usein rajansa. Tehostamalla dispersiota, pienentämällä hiukkaskokoa, kasvattamalla liuenneen proteiinin osuuksia ja stabiloimalla suspensioita ultraääni voi tuottaa mitattavia etuja tuotelaatuun ja prosessitehokkuuteen. Ladattu tutkimus tukee tätä näkemystä kauraproteiinikonsentraattien osalta ja osoittaa, että jatkuva ultraäänikäsittely virtauskennossa on erityisen lupaava teollisessa käsittelyssä.
Hielscher-ultraäänilaitteet tarjoavat käytännöllisen reitin laboratoriossa todetusta toteutettavuudesta teolliseen toteutukseen. Niiden käyttö julkaistuissa proteiinien käsittelyä koskevissa tutkimuksissa, mukaan lukien ladattu kauraproteiinitutkimus, osoittaa, miten ultraäänikäsittelystä voidaan kehittää hallittu ja skaalautuva tuotantovaihe elintarvikkeiden ja ravintolisien valmistajille.
Alla oleva taulukko antaa käsityksen ultraäänilaitteidemme likimääräisestä käsittelykapasiteetista:
| Erätilavuus | Tilavuusvirta | Suositellut laitteet |
|---|---|---|
| 1–500 mL | 10–200 mL/min | UP100H |
| 10–2 000 mL | 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 | UIP16000hdT |
| n.a. | suurempi | laiteryhmä, jonka laitteet ovat UIP16000hdT |
Suunnittelu, valmistus ja konsultointi – Saksassa valmistettua laatua
Hielscher-ultraäänilaitteet tunnetaan korkeimmista laatu- ja suunnittelustandardeistaan. Kestävyys ja helppokäyttöisyys mahdollistavat ultraäänilaitteidemme sujuvan integroinnin teollisuuslaitoksiin. Hielscher-ultraäänilaitteet selviytyvät helposti ankarista olosuhteista ja vaativista ympäristöistä.
Hielscher Ultrasonics on ISO-sertifioitu yritys, joka painottaa erityisesti tehokkaita ultraäänilaitteita, joissa yhdistyvät huipputeknologia ja käyttäjäystävällisyys. Hielscher-ultraäänilaitteet ovat luonnollisesti CE-vaatimusten mukaisia ja täyttävät UL-, CSA- ja RoHs-vaatimukset.
Usein kysytyt kysymykset
Mitä eroa on kasvipohjaisilla ja eläinperäisillä proteiineilla?
Kasvipohjaiset ja eläinperäiset proteiinit eroavat toisistaan pääasiassa aminohappoprofiilin, sulavuuden ja niihin liittyvän elintarvikematriisin osalta. Eläinproteiineja pidetään yleensä täysipainoisina proteiineina, koska ne tarjoavat kaikkia välttämättömiä aminohappoja suhteissa, jotka vastaavat läheisesti ihmisen tarpeita, ja niiden sulavuus on usein hyvä. Monissa kasviproteiineissa on vähemmän yhtä tai useampaa välttämätöntä aminohappoa, kuten viljoissa lysiiniä tai palkokasveissa metioniinia, ja niiden sulavuus voi olla heikompi kuidun, polyfenolien tai ravitsemusta heikentävien tekijöiden vuoksi. Ravitsemuksellisesti kasviproteiinit voivat kuitenkin täyttää ihmisen tarpeet kokonaan, kun niitä nautitaan riittävästi ja yhdessä toisiaan täydentävien lähteiden kanssa.
Millaisia ominaisuuksia kasvipohjaisilla proteiineilla tulisi olla elintarvikkeiden lisäaineina?
Elintarvikkeiden lisäaineina kasvipohjaisten proteiinien tulisi tarjota sekä ravitsemuksellista että toiminnallista laatua. Niiden välttämättömien aminohappojen tasapainon tulisi olla hyvä, sulavuuden korkea ja ravitsemusta heikentävien yhdisteiden pitoisuuksien alhaisia, ja turvallisuuden sekä allergeenien hallinnan tulisi olla hyvällä tasolla. Teknologisesti niiden tulisi tarjota hyödyllisiä ominaisuuksia, kuten liukoisuutta, emulgointia, vaahtoamista, geeliytymistä, vedensidontaa ja lämmönkestävyyttä sekä neutraali tai hyväksyttävä maku ja väri, jotta niitä voidaan lisätä elintarvikkeisiin heikentämättä rakennetta tai aistinvaraista laatua.
Mitä proteiini-isolaatti on?
Proteiini-isolaatti on puhdistettu proteiiniaineosa, josta on poistettu suurin osa muista kuin proteiinikomponenteista, kuten rasvasta, tärkkelyksestä ja kuidusta. Jäljelle jää suuri proteiinipitoisuus, joka on usein yli noin 80–90 % kuiva-aineesta. Proteiini-isolaatteja valmistetaan tuottamaan väkevöityä proteiinia, jonka toiminnallisuus on parempi ja koostumus ennustettavampi elintarvike-, ravitsemus- tai teolliseen käyttöön.
Mitä hydrolysoitu proteiini on?
Hydrolysoitu proteiini on proteiinia, joka on osittain hajotettu pienemmiksi peptideiksi ja vapaiksi aminohapoiksi entsymaattisella, happokäsittelyllä tai joskus lämpökäsittelyllä. Tämä prosessi parantaa sulavuutta ja muuttaa usein toiminnallisia ominaisuuksia, kuten liukoisuutta, emulgointikäyttäytymistä ja bioaktiivisuutta. Joissakin tapauksissa hydrolysoidut proteiinit sisältävät myös peptidejä, joilla on erityisiä biologisia vaikutuksia, kuten antioksidatiivista tai ACE:tä estävää aktiivisuutta.
Kirjallisuus / viitteet
- Höhme-Matthes, L., A.Krause, F. Schulnies, S. Kleinschmidt, T. Kleinschmidt (2025): Characterization of Batch and Flow Cell Ultrasonication in the Processing of Oat Protein Concentrates to Obtain Higher Efficiency and Scalability. Journal of Food Process Engineering 48, no. 6: e70164.
- Cabral, E.M.; Zhu, X.; Garcia-Vaquero, M.; Pérez-Vila, S.; Tang, J.; Gómez-Mascaraque, L.G.; Poojary, M.M.; Curtin, J.; Tiwari, B.K. (2023): Recovery of Protein from Industrial Hemp Waste (Cannabis sativa, L.) Using High-Pressure Processing and Ultrasound Technologies. Foods 2023, 12, 2883.
- Hayta, M., Benli, B., İşçimen, E.M. et al. (2020): Optimization of antihypertensive and antioxidant hydrolysate extraction from rice bran proteins using ultrasound assisted enzymatic hydrolysis. Journal of Food Measurement and Characterization 14, 2020. 2578–2589.
- Antonio J. Vela, Marina Villanueva, Ángela García Solaesa, Felicidad Ronda (2021): Impact of high-intensity ultrasound waves on structural, functional, thermal and rheological properties of rice flour and its biopolymers structural features. Food Hydrocolloids, Volume 113, 2021.
- Kalla-Bertholdt, A.-M.; Baier, A.K.; Rauh, C. (2023): Influence of High-Intensity Ultrasound on Characteristics and Bioaccessibility of Pea Protein in Fiber-Enriched Suspensions. Foods 2023, 12, 3160.
- Julia Matysek, Anne Baier, Ann-Marie Kalla-Bertholdt, Sandra Grebenteuch, Sascha Rohn, Cornelia Rauh (2024): Effect of ultrasound and fibre enrichment on aroma profile and texture characteristics of pea protein-based yoghurt alternatives. Innovative Food Science & Emerging Technologies, Volume 93, 2024.
Ultraäänilaite UIP4000hdT kasvipohjaisten proteiinien suurella käsittelykapasiteetilla tapahtuvaan uuttoon ja muokkaukseen
- korkea hyötysuhde
- huipputeknologia
- luotettavuus ja kestävyys
- säädettävä, tarkka prosessinohjaus
- eräkäsittely ja käsittely prosessilinjassa
- kaikille tilavuuksille
- älykäs ohjelmisto
- älykkäät ominaisuudet (esim. ohjelmoitavuus, tietojen kirjaaminen, etäohjaus)
- helppo ja turvallinen käyttää
- vähäinen huoltotarve
- CIP (puhdistus paikallaan)
Hielscher Ultrasonics valmistaa tehokkaita ultraäänihomogenisaattoreita laboratoriomittakaavasta aina teolliseen mittakaavaan asti.

