La sonication et ses multiples applications dans la transformation alimentaire

Les ultrasons de puissance offrent de multiples possibilités pour des applications efficaces et fiables dans la transformation alimentaire. Les applications les plus courantes dans l’industrie alimentaire comprennent le mélange et l’homogénéisation, l’émulsification, la dispersion, la rupture cellulaire et l’extraction de matières intracellulaires, l’activation ou la désactivation des enzymes (selon 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 atomisation.

Nous vous présentons ci-dessous une sélection d’applications des sonicateurs Hielscher dans la transformation alimentaire. Cliquez sur les liens correspondants pour obtenir des informations détaillées sur l’application qui vous intéresse !

Extraction d’arômes et de composés bioactifs par ultrasons

L’extraction par ultrasons est largement utilisée dans l’industrie alimentaire pour récupérer efficacement des composés bioactifs, des molécules aromatiques et des protéines grâce à l’application d’ultrasons de haute intensité qui améliorent le transfert de matière et désorganisent les structures cellulaires. Les effets de cavitation qui en résultent augmentent le rendement et la vitesse d’extraction tout en permettant de travailler à basse température, ce qui contribue à préserver les composés sensibles et permet un traitement propre, adaptable à plus grande échelle et sans solvants agressifs.

L’extraction par ultrasons est couramment utilisée pour extraire des composés bioactifs. Parmi les exemples représentatifs d’extraction par ultrasons figurent :

 

Dans cette présentation, nous vous présentons la fabrication d’extraits végétaux. Nous expliquons les difficultés liées à la production d’extraits végétaux de haute qualité et comment un sonicateur peut vous aider à les surmonter. Cette présentation vous montrera le fonctionnement de l’extraction ultrasonore. Vous découvrirez les avantages que vous pouvez attendre de l’utilisation d’un sonicateur pour l’extraction et comment intégrer un extracteur à ultrasons à votre production d’extraits.

 

Émulsification par ultrasons des sauces, des sauces pour salade et des crèmes

En appliquant la sonication à des mélanges huile/eau, les chefs et les spécialistes des sciences alimentaires obtiennent des émulsions ultrafines et stables – sans chaleur excessive ni additifs synthétiques. Des sauces crémeuses aux vinaigrettes veloutées, en passant par les crèmes sans produits laitiers et les mousses délicates, la cavitation ultrasonore permet de contrôler précisément la taille et la dispersion des gouttelettes.
En savoir plus sur les émulsions alimentaires obtenues par ultrasons !

Fermentation du yaourt assistée par ultrasons

Le yaourt est un produit laitier fermenté qui peut être fabriqué à partir de lait seul ou avec 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 ultrasonore appliquée aux cellules bactériennes peut provoquer leur destruction et, simultanément, la libération de β-galactosidase. La β-galactosidase est une enzyme de la famille des hydrolases largement utilisée dans l’industrie de transformation du lait. La fermentation assistée par ultrasons est accélérée grâce à une hydrolyse plus rapide du lactose, résultant de la libération de β-galactosidase par les cellules de bifidobactéries sous l’effet des ultrasons.
L’homogénéisation par ultrasons provoque la fragmentation des globules gras du lait et permet d’obtenir une distribution granulométrique très fine.
La sonication peut accélérer la fermentation (réduction du temps total de production pouvant atteindre 40%) et améliorer les caractéristiques qualitatives du yaourt, avec une viscosité plus élevée, un coagulum plus ferme et une meilleure texture.

Homogénéisation du lait par ultrasons

Le lait (par exemple le lait de vache, de bufflonne, de chèvre ou de chamelle) est une émulsion ou un système colloïdal constitué de globules de matière grasse laitière dans un liquide aqueux contenant des glucides dissous, des protéines et des minéraux. Comme la matière grasse et l’eau ont tendance à se séparer en deux phases, le lait doit être homogénéisé pour obtenir un produit uniforme. L’homogénéisation consiste à répartir uniformément les molécules de matière grasse dans la phase liquide du lait. Les ultrasons sont une méthode bien connue utilisée pour diverses applications dans la transformation laitière. Le traitement du lait par ultrasons produit des globules gras homogénéisés, de taille uniforme et répartis de manière homogène. L’homogénéisation par ultrasons de forte puissance est également efficace pour les substituts végétaux du lait (véganes / sans produits laitiers), tels que le lait de coco ou le lait de soja.
L’étude de Sfakianakis et Tzia (2012) montre que l’homogénéisation par ultrasons réduit la taille des globules gras du lait (MFG). Les images microscopiques ci-dessous montrent les effets de la sonication sur la taille des gouttelettes de matière grasse du lait. Une faible amplitude (150W) n’a pas produit 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 produit un bon effet d’homogénéisation ; le diamètre moyen des MFG était de 2 μm (Fig. 3, 4). Les ultrasons d’amplitude plus élevée (750W) ont considérablement réduit la taille des MFG (Fig. 6), les rendant à peine visibles au microscope optique (grossissement 100x) ; leur diamètre moyen était de 0,3 μm.

Chandrapala et al. (2012) ont étudié l’effet de la sonication sur la caséine et le calcium. Ils ont appliqué des ondes ultrasonores (20kHz) à des échantillons de lait écrémé frais, de caséine micellaire reconstituée et de caséine en poudre. Ils ont soumis les échantillons à la sonication jusqu’à ce que la taille des globules gras du lait soit réduite à environ 10nm. L’analyse du lait soniqué montre que la taille des micelles de caséine reste inchangée. Une légère augmentation des protéines sériques solubles et une diminution correspondante de la viscosité ont également été observées au cours des premières minutes de sonication. L’étude a établi que les micelles de caséine restent stables pendant la sonication et que la concentration en calcium soluble n’est pas affectée par le traitement ultrasonore. [Chandrapala et al. 2012]

Cristallisation du sucre par ultrasons pour la confiserie

Une sonication contrôlée permet d’amorcer la formation des germes cristallins (création de noyaux) et d’influencer la croissance des cristaux. Sous irradiation ultrasonore, les cristaux formés sont plus petits et donc plus nombreux. Les ultrasons favorisent le processus de cristallisation de deux façons : tout d’abord, les ultrasons de puissance sont un outil très efficace pour créer une solution homogène, qui constitue le milieu de départ de la cristallisation. Dans un second temps, les ultrasons favorisent la formation d’un grand nombre de noyaux. Alors qu’une nucléation faible produit un petit nombre de gros cristaux, une nucléation efficace forme un grand nombre de petits cristaux fins. Dans le champ acoustique, il devient même possible d’amorcer la nucléation de sucres qui cristallisent normalement difficilement (par exemple le D-fructose et le sorbitol).
La modification de la cristallisation par ultrasons présente un intérêt pour la formulation de bonbons, de confiseries, de pâtes à tartiner, de crèmes glacées, de crème fouettée et de chocolat.

Hydrogénation des huiles alimentaires par ultrasons

L’hydrogénation des huiles végétales est un procédé industriel important réalisé à grande échelle. Par hydrogénation, les huiles végétales liquides sont transformées en matières grasses solides ou semi-solides (par exemple la margarine). Sur le plan chimique, les acides gras insaturés sont transformés, au cours de la réaction d’hydrogénation catalysée par transfert de phase , en leurs acides gras saturés correspondants par l’ajout d’atomes d’hydrogène au niveau des doubles liaisons. Ce processus catalytique peut être accéléré par une sonication de forte puissance. Le nickel est un catalyseur couramment utilisé. Les matières grasses hydrogénées sont largement utilisées comme agents de texture friable dans les produits de boulangerie-pâtisserie. Les matières grasses saturées présentent l’avantage d’être moins sujettes à l’oxydation et donc de présenter un risque de rancissement plus faible.

Liquéfaction du miel par ultrasons

Les ultrasons offrent une méthode non thermique efficace pour dissoudre les cristaux présents dans le miel et détruire les levures, sans affecter la qualité du miel.
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Stabilisation des jus et des smoothies par ultrasons

En tant que technique non thermique de transformation alimentaire, les ultrasons permettent un traitement doux mais efficace qui intensifie les saveurs, stabilise et conserve les jus, les smoothies, les sauces et les purées. Les résultats des traitements des jus par ultrasons comprennent l’amélioration des saveurs, la stabilisation et la conservation.
Découvrez ici comment les ultrasons améliorent les jus et les smoothies !
En savoir plus sur la transformation des tomates par ultrasons !
Découvrez comment la sonication préserve le jus de fraise sucré à la stévia tout en améliorant son profil nutritionnel !

Vieillissement du vin et des spiritueux par ultrasons

Les ultrasons de puissance favorisent l’apport de notes boisées au vin et aux spiritueux grâce à leur capacité d’extraction efficace et à l’intensification significative du transfert de matière entre le tissu du bois et la boisson alcoolisée.
Cliquez ici pour en savoir plus sur les possibilités de traitement du vin par ultrasons !
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 obtenus !
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Congélation de la crème glacée accélérée par ultrasons

La production de crème glacée nécessite un mélange de base. Ce mélange est composé de lait, de lait en poudre, de crème, de beurre ou de matière grasse végétale, de sucre, de matière sèche, d’un émulsifiant, d’un stabilisant ainsi que d’additifs tels que des fruits, des fruits à coque, des arômes et des colorants. Ce mélange particulier doit être homogénéisé et pasteurisé, puis agité lentement pendant la congélation afin d’empêcher la formation de gros cristaux de glace. De très petites bulles d’air y sont incorporées (procédé dit d’aération) pour faire foisonner la crème glacée et obtenir un dessert glacé à la texture lisse. C’est à cette étape du procédé que la sonication peut être appliquée pour améliorer la qualité de la crème glacée.
Pendant la congélation, des cristaux se forment à partir d’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 revêtent une importance particulière pour la qualité des produits à structure tissulaire après décongélation ; pour la crème glacée, on privilégie de petits cristaux de glace, car les gros cristaux donnent une texture glacée et cristalline. La nucléation est le facteur le plus important pour contrôler la distribution des tailles de cristaux pendant la cristallisation. La vitesse de congélation est donc généralement le paramètre utilisé pour contrôler la taille et la distribution des tailles des cristaux de glace dans la crème glacée. Pendant le fouettage et la congélation, de l’air est injecté pour obtenir la texture lisse de la crème glacée. Le « foisonnement », qui correspond à la quantité d’air injectée, est ajusté – en fonction de la recette particulière – proportionnellement au volume cumulé des solides et de l’eau. Le foisonnement varie donc selon les différentes formulations de crème glacée et les flux de production. Une crème glacée standard présente un foisonnement de 100%, ce qui signifie que le produit final contient des volumes égaux de mélange de base pour crème glacée et de bulles d’air.
L’utilisation des homogénéisateurs à ultrasons de forte puissance Hielscher améliore la qualité de la crème glacée en réduisant la taille des cristaux de glace et en évitant l’encroûtement de la surface de congélation. Une meilleure consistance et une sensation en bouche plus crémeuse sont obtenues grâce à la réduction de la taille des cristaux de glace et à une meilleure répartition des bulles d’air. Des temps de congélation nettement plus courts permettent d’augmenter la capacité de traitement et de rendre le procédé de production plus économe en énergie.

Aération des pâtes à gâteau par ultrasons

Les produits alimentaires aérés, tels que la génoise, peuvent être considérablement améliorés par sonication. L’application d’ultrasons de puissance pendant le mélange de la pâte améliore la qualité de la génoise en réduisant sa dureté et en augmentant son élasticité, sa cohésion et sa résilience. Pour les essais, tous les ingrédients ont été mélangés selon la méthode « tout-en-un » : de la farine complète à faible teneur en protéines, un émulsifiant, de l’amidon de maïs, du sucre, de la levure chimique, du sel et des œufs entiers frais ont été ajoutés simultanément pour préparer la pâte. Avant la sonication, les ingrédients ont été mélangés uniformément afin que les ultrasons soient appliqués à une pâte homogène. Le gâteau aéré par ultrasons présentait une dureté, une gommiosité et une masticabilité plus faibles, tandis que son élasticité, sa cohésion et sa résilience 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. Le beurre de cacao peut être libéré des cellules de la fève de cacao par broyage et extraction ultrasonores.
Les ultrasons constituent une technique alternative pour fragmenter 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 ultrasonores puissantes à la viande entraîne un attendrissement de sa structure. Un attendrissement significatif est obtenu par la libération de protéines myofibrillaires des cellules musculaires. Outre cet effet d’attendrissement, les ultrasons améliorent également la capacité de rétention d’eau et la cohésion de la viande.
Vous trouverez ici davantage d’informations sur l’attendrissement de la viande par ultrasons de puissance et sur le sonicateur MeatBuzzer !

La sonication dans les cuisines et les bars

Les appareils de transformation alimentaire à ultrasons ont également fait leur entrée dans la cuisine gastronomique. Les sonicateurs Hielscher sont utilisés par des chefs de renom, comme Sang-Hoon Degeimbre, chef récompensé de deux étoiles Michelin.
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Sonicateurs pour la transformation d’aliments casher et halal

Hielscher Ultrasonics peut fournir une certification casher ou halal pour ses sonicateurs sur demande. 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 ni dérivé d’origine animale, tandis que la certification halal atteste qu’ils ont été manipulés conformément aux principes alimentaires islamiques.

Si vous avez besoin d’un sonicateur Hielscher certifié casher ou halal, contactez-nous et nous serons heureux d’organiser l’obtention de la certification nécessaire.