Ultraäänikäsittely ja sen monipuoliset sovellukset elintarvikkeiden käsittelyssä

Tehoultraääni tarjoaa monipuolisia mahdollisuuksia tehokkaaseen ja luotettavaan elintarvikkeiden käsittelyyn. Elintarviketeollisuuden yleisimpiä sovelluksia ovat sekoitus ja homogenisointi, emulgointi, dispergointi, solujen hajotus ja solunsisäisen materiaalin uutto, entsyymien aktivointi tai deaktivointi (ultraäänen intensiteetistä riippuen), säilöntä, stabilointi, liuottaminen ja kiteytys, hydraus, lihan mureutus, kypsytys, vanhentaminen ja hapetus sekä kaasunpoisto ja sumutuskuivaus.

Esittelemme alla erilaisia valikoituja valmistajan Hielscher ultraäänilaitteiden sovelluksia elintarvikkeiden käsittelyssä. Napsauta kyseisiä linkkejä saadaksesi perusteellista tietoa sinua kiinnostavasta sovelluksesta!

Makuaineiden ja bioaktiivisten yhdisteiden uutto ultraäänellä

Ultraääniuuttoa käytetään laajasti elintarviketeollisuudessa bioaktiivisten yhdisteiden, makumolekyylien ja proteiinien tehokkaaseen talteenottoon voimakkaan ultraäänen avulla. Ultraääni tehostaa aineensiirtoa ja hajottaa solurakenteita. Syntyvät kavitaatiovaikutukset lisäävät uuttosaantoa ja nopeuttavat uuttoa alhaisissa käsittelylämpötiloissa, mikä auttaa säilyttämään herkät yhdisteet ja mahdollistaa puhtaan, skaalattavan käsittelyn ilman voimakkaita liuottimia.

Ultraääniuuttoa käytetään yleisesti bioaktiivisten yhdisteiden uuttamiseen. Merkittäviä esimerkkejä ultraääniuutosta ovat:

 

Tässä esityksessä tutustutaan kasviuutteiden valmistukseen. Selitämme laadukkaiden kasviuutteiden valmistuksen haasteet ja sen, miten ultraäänilaite auttaa ratkaisemaan ne. Esityksessä näytetään, miten ultraääniuutto toimii. Opit, mitä hyötyjä ultraäänilaitteen käytöstä uuttamisessa voi odottaa ja miten ultraääniuutin voidaan ottaa käyttöön uutetuotannossa.

 

Kastikkeiden, salaattikastikkeiden ja kermojen ultraääniemulgointi

Kokit ja elintarviketutkijat valmistavat erittäin hienojakoisia, stabiileja emulsioita käsittelemällä öljy-vesiseoksia ultraäänellä – ilman liiallista lämpöä tai synteettisiä lisäaineita. Ultraäänikavitaatio mahdollistaa pisarakoon ja dispersion tarkan hallinnan kermaisista kastikkeista ja samettisista vinegreteistä maidottomiin kermoihin ja herkkiin vaahtoihin.
Lue lisää elintarvikkeiden ultraääniemulsioista!

Jogurtin ultraääniavusteinen fermentointi

Jogurtti on fermentoitu maitotuote, jota voidaan valmistaa pelkästä maidosta tai lisäämällä bakteeriviljelmiä. Bifidobakteerikannat (esim. BB-12, BB-46, B breve) ovat yleisiä jogurtin fermentoinnissa käytettäviä probiootteja. Bakteerisoluihin kohdistuva ultraäänikavitaatio voi aiheuttaa niiden tuhoutumisen ja samalla β-galaktosidaasin vapautumisen. β-galaktosidaasi on maidonjalostusteollisuudessa runsaasti käytetty hydrolaasientsyymi. Ultraääniavusteinen fermentointi nopeutuu, koska ultraäänen aiheuttama β-galaktosidaasin vapautuminen bifidobakteerisoluista nopeuttaa laktoosin hydrolyysiä.
Ultraäänihomogenisointi hajottaa maidon rasvapalloset ja tuottaa erittäin hienojakoisen kokojakauman.
Ultraäänikäsittely voi nopeuttaa fermentointia (kokonaistuotantoaika lyhenee jopa 40 %) ja parantaa jogurtin laatuominaisuuksia, jolloin viskositeetti on korkeampi, hyytymä vahvempi ja rakenne parempi.

Maidon ultraäänihomogenisointi

Maito (esim. lehmän, puhvelin, vuohen tai kamelin maito) on emulsio tai kolloidinen järjestelmä, joka koostuu maitorasvapallosista vesipohjaisessa nesteessä, joka sisältää liuenneita hiilihydraatteja, proteiineja ja kivennäisaineita. Koska rasva ja vesi pyrkivät erottumaan kahdeksi faasiksi, maito on homogenisoitava tasalaatuisen tuotteen saamiseksi. Homogenisointi tarkoittaa rasvamolekyylien tasaista jakautumista maitonesteeseen. Ultraääni on tunnettu menetelmä, jota käytetään maidonjalostuksen eri sovelluksissa. Maidon ultraäänikäsittely tuottaa homogenisoituja rasvapallosia, jotka ovat tasakokoisia ja jakautuneet tasaisesti. Tehoultraäänellä tehtävä homogenisointi soveltuu tehokkaasti myös kasviperäisiin (vegaanisiin / maidottomiin) maidonkorvikkeisiin, kuten kookosmaitoon tai soijamaitoon.
Sfakianakisin ja Tzian (2012) tutkimus osoittaa, että ultraäänihomogenisointi pienentää maidon rasvapallosten (MFG) kokoa. Alla olevat mikroskooppikuvat osoittavat ultraäänikäsittelyn vaikutukset maidon rasvapisaroiden kokoon. Pienellä amplitudilla (150W) ei saavutettu tyydyttävää homogenisointivaikutusta (kuva 2); MFG:n koko ja jakauma olivat samanlaiset kuin käsittelemättömässä maidossa (vertaa kuvia 1 ja 2). Keskisuuren amplitudin ultraäänellä (267,5, 375 W) saavutettiin hyvä homogenisointivaikutus; MFG:n keskimääräinen halkaisija oli 2 μm (kuvat 3, 4). Suuremman amplitudin (750W) ultraääni pienensi MFG:n kokoa huomattavasti (kuva 6), jolloin ne olivat tuskin näkyvissä optisessa mikroskoopissa (100x suurennus); niiden keskimääräinen halkaisija oli 0,3 μm.

Chandrapala ym. (2012) tutkivat ultraäänikäsittelyn vaikutusta kaseiiniin ja kalsiumiin. He kohdistivat ultraääniaaltoja (20kHz) tuoreen rasvattoman maidon, uudelleen liuotetun misellaarisen kaseiinin ja kaseiinijauheen näytteisiin. He käsittelivät näytteitä ultraäänellä, kunnes maidon rasvapalloset olivat pienentyneet noin 10nm:n kokoisiksi. Ultraäänikäsitellyn maidon analyysi osoittaa, että kaseiinimisellien koko pysyy muuttumattomana. Ultraäänikäsittelyn ensimmäisten minuuttien aikana havaittiin myös liukoisen heraproteiinin määrän vähäinen kasvu ja vastaava viskositeetin lasku. Tutkimuksessa todettiin, että kaseiinimisellit ovat stabiileja ultraäänikäsittelyn aikana eikä ultraäänikäsittely vaikuta liukoisen kalsiumin pitoisuuteen. [Chandrapala et al. 2012]

Sokerin ultraäänikiteytys makeisten valmistuksessa

Hallittu ultraäänikäsittely mahdollistaa kiteiden siementämisen (ytimien muodostumisen) käynnistämisen ja kiteiden kasvuun vaikuttamisen. Ultraäänisäteilytyksessä muodostuu pienempiä ja siten myös enemmän kiteitä. Ultraääni edistää kiteytymisprosessia kahdella tavalla: ensinnäkin tehoultraääni on erittäin tehokas väline tasalaatuisen liuoksen valmistamiseen kiteytyksen lähtöaineeksi. Toisessa vaiheessa ultraääni edistää suuren määrän kideytimiä muodostumista. Heikko ydintyminen tuottaa pienemmän määrän suuria kiteitä, kun taas tehokas ydintyminen muodostaa suuren määrän pieniä, hienojakoisia kiteitä. Akustisessa kentässä on jopa mahdollista käynnistää sellaisten sokereiden ydintyminen, jotka tavallisesti kiteytyvät huonosti (esim. D-fruktoosi, sorbitoli).
Kiteytymisen muokkaaminen ultraäänellä on kiinnostava vaihtoehto karkkien, muiden makeisten, levitteiden, jäätelön, kermavaahdon ja suklaan koostumusten kehittämisessä.

Ruokaöljyjen ultraääniavusteinen hydraus

Kasviöljyjen hydraus on tärkeä suuren mittakaavan teollinen prosessi. Hydrauksessa nestemäiset kasviöljyt muutetaan kiinteiksi tai puolikiinteiksi rasvoiksi (esim. margariiniksi). Kemiallisesti tyydyttymättömät rasvahapot muuttuvat faasinsiirtokatalysoidun hydrausreaktion aikana vastaaviksi tyydyttyneiksi rasvahapoiksi, kun kaksoissidoksiin lisätään vetyatomeja. Tätä katalyyttistä prosessia voidaan nopeuttaa tehoultraäänikäsittelyllä. Yleisesti käytetty katalyytti on nikkeli. Hydrattuja rasvoja käytetään laajasti leivonnaisten mureutusrasvoina. Tyydyttyneiden rasvojen etuna on vähäisempi hapettumistaipumus ja siten pienempi härskiintymisriski.

Hunajan nesteyttäminen ultraäänellä

Ultraääni tarjoaa tehokkaan, ei-termisen menetelmän hunajan kiteiden nesteyttämiseen ja hiivan tuhoamiseen vaikuttamatta hunajan laatuun.
Napsauta tästä ja lue lisää!

Mehujen ja smoothien ultraäänistabilointi

Ei-termisenä elintarvikkeiden käsittelytekniikkana ultraääni tarjoaa hellävaraisen mutta tehokkaan käsittelyn, joka voimistaa makuja sekä stabiloi ja säilöö mehuja, smoothieita, kastikkeita ja soseita. Mehujen ultraäänikäsittelyn tuloksia ovat paremmat maut, stabilointi ja säilöntä.
Lue tästä lisää mehujen ja smoothien laadun parantamisesta ultraäänellä!
Lue lisää tomaattien ultraäänikäsittelystä!
Lue, miten ultraäänikäsittely säilöö stevialla makeutetun mansikkamehun ja samalla parantaa sen ravintoainekoostumusta!

Viinin ja väkevien alkoholijuomien vanhentaminen ultraäänellä

Tehoultraääni edistää viinin ja väkevien alkoholijuomien tammikäsittelyä tehokkaan uuttokykynsä ja puukudoksen ja alkoholijuoman välisen merkittävästi tehostuneen aineensiirron ansiosta.
Napsauta tästä ja lue lisää viinin ultraäänikäsittelyn mahdollisuuksista!
Myös viinin, rypälemehun, oluen ja saken käymisprosessia voidaan nopeuttaa huomattavasti. Käymistä on onnistuttu nopeuttamaan 50 %:sta 65 %:iin!
Napsauta tästä saadaksesi lisätietoja ultraääniavusteisesta fermentoinnista!

Ultraäänellä nopeutettu jäätelön jäädytys

Jäätelön valmistukseen tarvitaan jäätelöseos. Tämä jäätelöseos koostuu maidosta, maitojauheesta, kermasta, voista tai kasvirasvasta, sokerista, kuiva-aineesta, emulgointiaineesta, stabilointiaineesta sekä lisäyksistä, kuten hedelmistä, pähkinöistä, makuaineista ja väriaineista. Tämä erityinen seos on homogenisoitava ja pastöroitava, minkä jälkeen sitä sekoitetaan hitaasti jäädytyksen aikana suurten jääkiteiden muodostumisen estämiseksi. Samalla seokseen sekoitetaan hyvin pieniä ilmakuplia (niin kutsuttu ilmastusprosessi), jolloin jäätelö vaahtoutuu ja muodostaa rakenteeltaan sileän kylmän jälkiruoan. Tässä prosessivaiheessa ultraäänikäsittelyä voidaan käyttää jäätelön laadun parantamiseen.
Jäädytysprosessin aikana alijäähtyneestä vedestä muodostuu kiteitä. Jääkiteiden morfologialla on tärkeä merkitys jäädytettyjen ja puolijäädytettyjen elintarvikkeiden rakenteellisille ja fysikaalisille ominaisuuksille. Koska jääkiteiden koko ja jakauma ovat erityisen tärkeitä sulatettujen kudostuotteiden laadulle, jäätelössä suositaan pienempiä jääkiteitä, sillä suuret kiteet aiheuttavat jäisen rakenteen. Ydintyminen on tärkein tekijä kidekokojakauman hallinnassa kiteytymisen aikana. Siksi jäädytysnopeus on yleensä parametri, jolla säädetään jäätelön jääkiteiden kokoa ja kokojakaumaa. Vatkauksen ja jäädytyksen aikana seokseen syötetään ilmaa jäätelön sileän rakenteen saavuttamiseksi. Niin kutsuttu ”over-run” eli syötetyn ilman määrä suhteutetaan – kunkin reseptin mukaisesti – kiinteiden aineiden ja veden yhteenlaskettuun tilavuuteen. Siten over-run vaihtelee jäätelön eri koostumusten ja prosessivirtojen mukaan. Tavanomaisen jäätelön over-run on 100 %, mikä tarkoittaa, että lopputuotteessa on tilavuudeltaan yhtä paljon jäätelöseosta ja ilmakuplia.
Hielscherin tehokkaiden ultraäänihomogenisaattorien käyttö parantaa jäätelön laatua pienentämällä jääkiteiden kokoa ja estämällä jäädytyspinnan karstoittumista. Pienempi jääkiteiden koko ja parempi ilmakuplien jakauma tuottavat paremman koostumuksen ja kermaisemman suutuntuman. Huomattavasti lyhyemmät jäädytysajat lisäävät prosessin kapasiteettia ja tekevät tuotantoprosessista energiatehokkaamman.

Taikinan ultraääni-ilmastus

Ilmastettujen elintarvikkeiden, kuten sokerikakun, laatua voidaan parantaa merkittävästi ultraäänikäsittelyllä. Tehoultraäänen käyttö taikinan sekoitusvaiheessa parantaa sokerikakun laatua vähentämällä kovuutta sekä lisäämällä kakun joustavuutta, koossapysyvyyttä ja palautuvuutta. Kokeissa kaikki ainekset sekoitettiin yhteen ”all-in”-menetelmällä, mikä tarkoittaa, että vähäproteiininen täysjyväjauho, emulgointiaine, maissitärkkelys, sokeri, leivinjauhe, suola ja tuoreet kokonaiset kananmunat lisättiin samanaikaisesti taikinan valmistamiseksi. Ennen ultraäänikäsittelyä ainekset sekoitettiin tasaisesti yhteen, jotta ultraääni kohdistuu tasalaatuiseen taikinaseokseen. Ultraäänellä ilmastetun kakun kovuus, kumimaisuus ja pureskeltavuus olivat vähäisempiä, kun taas kakun joustavuus, koossapysyvyys ja palautuvuus olivat hieman suurempia kuin vertailukakun.

Suklaan ultraäänikiteytys ja konssaus

Ultraäänikäsittely tunnetaan hyvin uuttokyvystään. Kaakaopavun soluista voidaan vapauttaa kaakaovoita ultraäänijauhatuksella ja -uutolla.
Ultraääni on vaihtoehtoinen tekniikka suklaan sokerikiteiden rikkomiseen ja tuottaa siten samanlaisia vaikutuksia kuin konssaus.

Lihan ultraäänimureutus

Voimakkaiden ultraääniaaltojen kohdistaminen lihaan mureuttaa sen rakennetta. Merkittävä mureutuminen saavutetaan vapauttamalla myofibrillaarisia proteiineja lihassoluista. Mureutusvaikutuksen lisäksi ultraääni parantaa myös lihan vedensidontakykyä ja koossapysyvyyttä.
Lue tästä lisää lihan mureuttamisesta tehoultraäänellä ja MeatBuzzer-ultraäänilaitteella!

Ultraäänikäsittely keittiöissä ja baareissa

Elintarvikkeiden ultraäänikäsittelylaitteet ovat löytäneet tiensä myös gourmet-keittiöihin. Valmistajan Hielscher ultraäänilaitteita käyttävät huippukokit, kuten kahdella Michelin-tähdellä palkittu kokki Sang-Hoon Degeimbre.
Napsauta tästä, jos olet kiinnostunut hänen kuuluisan ultraäänellä valmistetun katkarapuliemensä reseptistä!
Napsauta tästä saadaksesi ultraäänellä valmistettavien cocktailien reseptejä!

 

Ultraäänilaitteet kosher- ja halal-elintarvikkeiden käsittelyyn

Hielscher Ultrasonics voi toimittaa ultraäänilaitteilleen kosher- tai halal-sertifioinnin pyynnöstä. Tämä tarkoittaa, että ultraäänilaitteet on valmistettu ja käsitelty näiden uskonnollisten ruokasääntöjen tiukkojen ohjeiden mukaisesti. Kosher-sertifiointi varmistaa, että ultraäänilaitteet on valmistettu ilman eläinperäisiä sivutuotteita tai johdannaisia, kun taas halal-sertifiointi todentaa, että ultraäänilaitteita on käsitelty islamilaisten ruokavalioperiaatteiden mukaisesti.

Jos tarvitset valmistajan Hielscher kosher- tai halal-sertifioidun ultraäänilaitteen, ota meihin yhteyttä, niin järjestämme mielellämme tarvittavan sertifioinnin.