L'ultrasonication et ses multiples applications dans la transformation des aliments

Les ultrasons de puissance offrent de nombreuses possibilités pour des applications efficaces et fiables dans l'industrie alimentaire. Les applications les plus courantes dans l'industrie alimentaire comprennent le mélange & l'homogénéisation, l'émulsification, la dispersion, la désintégration des cellules et l'extraction du matériel intracellulaire, l'activation ou la désactivation des enzymes (qui dépend de l'intensité des ultrasons), la conservation, la stabilisation, la dissolution et la cristallisation, l'hydrogénation, l'attendrissement de la viande, la maturation, le vieillissement et l'oxydation, ainsi que le dégazage et le séchage par pulvérisation.

Nous vous présentons ci-dessous une sélection d'applications des sonicateurs Hielscher dans l'industrie alimentaire. Veuillez cliquer sur les liens spécifiques pour obtenir des informations approfondies sur l'application qui vous intéresse !

Extraction d'arômes et de composés bioactifs par ultrasons

L'ultrasonication est une méthode bien connue et fiable pour l'extraction de la matière intracellulaire.
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Fermentation ultrasonique du yaourt

Le yaourt est un produit laitier fermenté qui peut être produit à partir du lait seul ou par l'ajout de cultures bactériennes. Les souches de bifidobactéries (par exemple BB-12, BB-46, B breve) sont des probiotiques couramment utilisés pour la fermentation du yaourt. La cavitation ultrasonique appliquée aux cellules bactériennes peut entraîner leur destruction et, simultanément, la libération de la β-galactosidase. La β-galactosidase est une enzyme hydrolase très utilisée dans l'industrie de transformation du lait. La fermentation assistée par ultrasons est accélérée en raison d'une hydrolyse plus rapide du lactose résultant de la libération de la β-galactosidase des cellules de bifidobactéries induite par les ultrasons.
L'homogénéisation par ultrasons permet de briser les globules de graisse du lait et de les répartir très finement.
L'ultrasonication peut accélérer le taux de fermentation (réduction du temps de production total jusqu'à 40 %) et améliorer les caractéristiques qualitatives du yaourt, ce qui se traduit par une viscosité plus élevée, un coagulum plus fort et une texture supérieure.

Homogénéisation ultrasonique du lait

Le lait (de vache, de bufflonne, de chèvre ou de chamelle) est une émulsion ou un système colloïdal composé de globules de matière grasse dans un liquide à base d'eau qui contient des hydrates de carbone, des protéines et des minéraux dissous. Comme la graisse et l'eau ont tendance à se séparer en deux phases, le lait doit être homogénéisé pour obtenir un produit homogène. L'homogénéisation consiste à répartir uniformément les molécules de graisse dans le liquide laitier. Les ultrasons sont une méthode bien connue utilisée pour diverses applications dans la transformation des produits laitiers. Le traitement du lait par ultrasons permet d'homogénéiser les globules gras, qui sont uniformément répartis. L'homogénéisation par ultrasons de forte puissance est également efficace pour les substituts de lait (végétaliens ou sans produits laitiers) dérivés de plantes, tels que le lait de coco ou le lait de soja.
L'étude de Sfakianakis et Tzia (2012) montre que l'homogénéisation ultrasonique réduit la taille des globules de matière grasse du lait (MFG). Les images microscopiques ci-dessous montrent les effets de la sonication sur la taille des gouttelettes de matière grasse laitière. Une faible amplitude (150W) n'a pas eu un effet d'homogénéisation satisfaisant (Fig.2) ; la taille des MFG et leur distribution étaient similaires à celles du lait non traité (comparer les fig. 1 et 2). Les ultrasons d'amplitude moyenne (267,5, 375 W) ont eu un bon effet d'homogénéisation ; le diamètre moyen des MFG était de 2 μm (fig. 3, 4). Les ultrasons d'amplitude plus élevée (750 W) ont réduit la taille des MFG de façon cruciale (fig. 6), les rendant à peine visibles au microscope optique (grossissement 100x) ; leur diamètre moyen était de 0,3 μm.

Les ultrasons de haute puissance sont une technique d'homogénéisation douce et non thermique. Sfakianakis et al. (2011) montrent l'effet impressionnant de l'homogénéisation ultrasonique sur le lait.

Chandrapala et al. (2012) ont étudié l'effet des ultrasons sur la caséine et le calcium. Ils ont appliqué des ondes ultrasoniques (20kHz) à des échantillons de lait écrémé frais, de caséine micellaire reconstituée et de caséine en poudre. Ils ont soni les échantillons jusqu'à ce que les globules de graisse du lait soient réduits à environ 10 nm. L'analyse du lait sonifié montre que la taille des micelles de caséine reste inchangée. Une légère augmentation des protéines de lactosérum solubles et une diminution correspondante de la viscosité se sont également produites au cours des premières minutes de sonification. L'étude a déterminé que les micelles de caséine sont stables pendant la sonication et que la concentration en calcium soluble n'est pas affectée par le traitement ultrasonique. [Chandrapala et al. 2012]

Cristallisation du sucre par ultrasons pour la confiserie

La sonication contrôlée permet d'initier l'ensemencement des cristaux (création de noyaux) et d'influencer la croissance des cristaux. Sous irradiation ultrasonique, des cristaux plus petits et donc plus nombreux sont formés. Les ultrasons assistent le processus de cristallisation de deux manières : Premièrement, les ultrasons de puissance sont un outil très efficace pour créer une solution homogène, qui est la substance de départ de la cristallisation. Dans un deuxième temps, les ultrasons favorisent la formation d'un grand nombre de noyaux. Alors qu'une nucléation médiocre crée un nombre réduit de gros cristaux, une nucléation efficace forme une grande quantité de petits cristaux de taille fine. Dans le champ acoustique, il est même possible d'initier la nucléation de sucres qui ne cristallisent normalement pas (par exemple, le D-fructose, le sorbitol).
La modification ultrasonique de la cristallisation est intéressante pour la formulation de bonbons, confiseries, pâtes à tartiner, crèmes glacées, crèmes fouettées et chocolats.

Hydrogénation ultrasonique des huiles alimentaires

L'hydrogénation des huiles végétales est un processus industriel important à grande échelle. Par hydrogénation, les huiles végétales liquides sont transformées en graisses solides ou semi-solides (par exemple, la margarine). Chimiquement, les acides gras insaturés sont convertis au cours du processus d'hydrogénation. transfert de phase catalysé La réaction d'hydrogénation en acides gras saturés correspondants par l'ajout d'atomes d'hydrogène au niveau des doubles liaisons. Ce processus catalytique peut être accéléré par des ultrasons puissants. Le nickel est un catalyseur couramment utilisé. Les graisses hydrogénées sont largement utilisées comme agents de raccourcissement dans les produits de boulangerie. Les graisses saturées présentent l'avantage d'une moindre tendance à l'oxydation et donc d'un moindre risque de rancissement.

Liquéfaction du miel par ultrasons

Les ultrasons offrent une méthode non thermique efficace, les cristaux dans le miel permettant de liquéfier et de détruire la levure, sans affecter la qualité du miel.
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Stabilisation par ultrasons des jus et des smoothies

En tant que technique alimentaire non thermique, les ultrasons constituent un traitement doux mais efficace qui intensifie les saveurs, stabilise et conserve les jus, les smoothies, les sauces et les purées. Le traitement des jus par ultrasons permet d'améliorer les arômes, la stabilisation et la conservation.
En savoir plus sur l'amélioration des jus par ultrasons & smoothies !
En savoir plus sur le traitement des tomates par ultrasons !

Vieillissement du vin par ultrasons & liqueur

Les ultrasons de puissance facilitent la macération du vin et des spiritueux grâce à leur capacité d'extraction efficace et à l'intensification significative du transfert de masse entre les tissus du bois et la boisson alcoolisée.
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Le processus de fermentation du vin, du moût, de la bière et du saké peut également être considérablement accéléré. Des taux d'accélération de 50 à 65 % ont été atteints !
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Congélation de crème glacée accélérée par ultrasons

Pour la production de crème glacée, un mélange de crème glacée est nécessaire. Ce mélange se compose de lait, de lait en poudre, de crème, de beurre ou de graisse végétale, de sucre, de masse sèche, d'émulsifiant, de stabilisateur ainsi que d'additifs tels que des fruits, des noix, des arômes et des colorants. Ce mélange spécial doit être homogénéisé et pasteurisé, puis il est remué lentement pendant le processus de congélation afin d'éviter la formation de gros cristaux de glace. De très petites bulles d'air sont alors mélangées (processus dit d'aération) pour faire mousser la crème glacée et obtenir un dessert froid à la texture onctueuse. C'est à cette étape du processus que les ultrasons peuvent être appliqués pour améliorer la qualité de la crème glacée.
Au cours du processus de congélation, des cristaux se forment à partir de l'eau surfondue. La morphologie des cristaux de glace joue un rôle important dans les propriétés texturales et physiques des aliments congelés et semi-congelés. La taille et la distribution des cristaux de glace sont particulièrement importantes pour la qualité des produits tissulaires décongelés. Dans le cas de la crème glacée, les cristaux de glace plus petits sont préférables, car les gros cristaux donnent une texture glacée. La nucléation est le facteur le plus important pour contrôler la distribution de la taille des cristaux pendant la cristallisation. Par conséquent, la vitesse de congélation est généralement le paramètre utilisé pour contrôler la taille et la distribution des cristaux de glace dans les crèmes glacées. Pendant le fouettage et la congélation, de l'air est injecté pour obtenir la texture lisse de la crème glacée. La quantité d'air injectée est proportionnelle - en fonction de la recette - au volume combiné des solides et de l'eau. La quantité d'air injecté varie donc en fonction des différentes formulations de crème glacée et des flux de traitement. La crème glacée standard présente un dépassement de 100 %, ce qui signifie que le produit final est constitué d'un volume égal de mélange de crème glacée et de bulles d'air.
L'utilisation d'homogénéisateurs à ultrasons de grande puissance Hielscher permet d'obtenir une meilleure qualité de crème glacée en réduisant la taille des cristaux de glace et en évitant l'incrustation d'une surface de congélation. La réduction de la taille des cristaux de glace et l'amélioration de la distribution des bulles d'air permettent d'obtenir une meilleure consistance et une sensation en bouche plus crémeuse. Des temps de congélation nettement plus courts permettent d'augmenter la capacité de traitement et d'améliorer l'efficacité énergétique du processus de production.

Aération par ultrasons de la batterie

L'application d'ultrasons puissants au cours de l'étape de mélange de la pâte améliore la qualité de la génoise en termes de dureté, de souplesse, de cohésion et de résilience. Pour les tests, tous les ingrédients ont été mélangés ensemble en suivant la méthode "tout compris", ce qui signifie que la farine complète pauvre en protéines, l'émulsifiant, l'amidon de maïs, le sucre, la levure chimique, le sel et les œufs entiers frais ont été ajoutés simultanément pour formuler la pâte. Avant la sonication, les ingrédients ont été mélangés de manière homogène afin que les ultrasons soient appliqués à un mélange homogène de pâte à frire. Le gâteau aéré par ultrasons présentait une dureté, une gomme et une mâche plus faibles, tandis que l'élasticité, la cohésion et la résilience du gâteau étaient légèrement supérieures à celles du gâteau témoin.

Cristallisation et conchage du chocolat par ultrasons

La sonication est bien connue pour sa capacité d'extraction. À partir de la fève de cacao, le beurre de cacao peut être libéré des cellules par broyage et extraction ultrasoniques.
Les ultrasons sont une technique alternative pour briser les cristaux de sucre dans le chocolat et produisent ainsi des effets similaires à ceux du conchage.

Attendrissement de la viande par ultrasons

L'application d'ondes ultrasoniques puissantes à la viande permet d'attendrir la structure de la viande. Un attendrissement significatif est obtenu par la libération des protéines myofibrillaires des cellules musculaires. Outre l'effet d'attendrissement, les ultrasons améliorent également la capacité de liaison de l'eau et la cohésion de la viande.
Pour en savoir plus sur l'attendrissement de la viande par ultrasons de puissance et sur le sonicateur MeatBuzzer, cliquez ici !

Sonication dans les cuisines et les bars

Les robots à ultrasons ont également trouvé leur place dans les cuisines gastronomiques. Les appareils à ultrasons Hielscher sont utilisés par des chefs haut de gamme, comme le chef Sang-Hoon Degeimbre, récompensé par deux étoiles au guide Michelin.
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Sonicateurs pour la transformation des aliments casher et halal

Hielscher Ultrasonics peut fournir sur demande une certification kasher ou halal pour ses sonicateurs. Cela signifie que les sonicateurs ont été fabriqués et traités conformément aux directives strictes de ces lois alimentaires religieuses. La certification casher garantit que les sonicateurs ont été produits sans aucun sous-produit ou dérivé animal, tandis que la certification halal vérifie que les sonicateurs ont été manipulés d'une manière conforme aux principes alimentaires islamiques.

Si vous avez besoin d'un sonicateur Hielscher certifié kasher ou halal, veuillez nous contacter et nous nous ferons un plaisir d'organiser la certification nécessaire.