אולטרסאונד בתעשיית המזון

אולטרסאונד רב־עוצמה משמש ליישומים רבים בעיבוד מזון, ובהם מיצוי, הומוגניזציה, פסטור ותסיסה. כטיפול לא תרמי, סוניקציה משפרת את תהליכי ייצור המזון באמצעות תפוקות גבוהות יותר, איכות גבוהה יותר, שיפור בפרופיל התזונתי ובפרופיל הטעמים, וכן עיבוד החוסך זמן ועלויות.

יישומים אולטרסוניים בעיבוד מזון

לאולטרסאונד רב־עוצמה מגוון רחב של יישומים בעיבוד מזון, ובהם מיצוי, ערבוב, תחלוב, פסטור, סילוק גזים וריכוך בשר. מלבד יישומים עיקריים אלה, אולטרסאונד רב־עוצמה משמש גם לשיפור ההקפאה, ההפשרה והייבוש של מוצרי מזון.
היתרונות העיקריים של אולטרסאונד בעוצמה גבוהה קשורים לשיפור פעולות שונות של עיבוד מזון, כגון קיצור זמן העיבוד, הגדלת התפוקות ושיפור איכות המוצר, ומאפשרים עיבוד חסכוני יותר בזמן ובעלויות.

בפסקה הבאה תוכלו למצוא את היישומים העיקריים של אולטרסאונד בעוצמה גבוהה בתעשיית המזון:

• מיצוי: ניתן להשתמש באולטרסאונד למיצוי תרכובות פעילות ביולוגית מחומרים צמחיים, כגון נוגדי חמצון, פיגמנטים ושמנים אתריים. תהליך זה מוכר כמיצוי בסיוע סוניקציה, וניתן להשתמש בו להפקת תמציות באיכות גבוהה בזמן קצר יותר ובצריכת ממסים נמוכה יותר בהשוואה לשיטות מסורתיות.
  קראו עוד על היתרונות של מיצוי אולטרסוני של חומרים צמחיים!
• הומוגניזציה ותחלוב: ניתן להשתמש בהומוגניזציה אולטרסונית לייצור תחליבים ותרחיפים יציבים, כגון רטבים לסלט, מיונז, קרמים ומוצרי חלב. התהליך כולל שימוש בגלי קול בתדר גבוה לפירוק כדוריות השומן בנוזל, והתוצאה היא מרקם חלק ואחיד.
  למדו עוד על סוניקציה להכנת תחליבי מזון!
  כאן תמצאו הוראות שלב אחר שלב וסרטון לתחלוב אולטרסוני של מיונז!
• שימור: ניתן להשתמש באולטרסאונד בעוצמה גבוהה להשבתת מיקרואורגניזמים, כגון חיידקים ושמרים, במוצרי מזון. התהליך, המוכר כפסטור בסיוע סוניקציה, יכול להאריך את חיי המדף של מוצרי מזון ולהפחית את הסיכון למחלות המועברות במזון. כטכניקת עיבוד לא תרמית, סוניקציה מונעת את הצורך בשימוש בטמפרטורות גבוהות מאוד, ובכך מונעת את הפירוק הנלווה של רכיבי תזונה רגישים לחום.
  קראו עוד על הארכת חיי המדף ושימור רכיבי תזונה באמצעות סוניקציה!

• סילוק גזים: כאשר מפעילים אולטרסאונד על נוזל, בועות גז הכלואות בנוזל נכנסות לתנועה. כתוצאה מכך, בועות האוויר והגז הללו מתקרבות זו לזו ומתאחדות. כך הן גדלות לבועות גדולות יותר, מה שמאפשר להן לצוף אל פני הנוזל, וניתן להסירן בקלות.
• המסה: הודות ליכולות הערבוב והמיזוג יוצאות הדופן שלו, אולטרסאונד יעיל מאוד בהכנת תמיסות בעלות דרגת רוויה גבוהה ואף תמיסות ברוויית יתר. יכולת זו משמשת בתהליכי גיבוש וכן בייצור תמלחות.
• תסיסה: כאשר גלי האולטרסאונד מנקבים ומפרקים את דופנות התאים של המיקרואורגניזמים, המיקרואורגניזמים נעשים רגישים יותר לתהליך התסיסה. במקביל, האולטרסאונד מאיץ את העברת רכיבי התזונה והחמצן אל המיקרואורגניזמים, ובכך מגביר את פעילותם המטבולית. בסך הכול, סוניקציה מגבירה את קצב התסיסה, מקצרת את זמן התסיסה ומשפרת את תפוקת התוצר הסופי הרצוי. טכנולוגיה זו שימושית במיוחד לייצור מוצרי מזון ומשקאות, כגון מוצרי חלב, יוגורט, בירה, קומבוצ'ה ויין.
• הפחתת צמיגות לפני ייבוש בהתזה: כוחות גזירה אולטרסוניים יכולים להפחית במידה ניכרת את הצמיגות של תרחיפים המתדלדלים בגזירה ושל תרחיפים תיקסוטרופיים. יישום דילול בגזירה באמצעות אולטרסאונד לפני ריסוס ולפני ייבוש במייבשי ריסוס מאפשר להגדיל במידה ניכרת את התפוקה דרך ציוד הריסוס. מגדלי ייבוש בריסוס הם לעיתים קרובות צוואר הבקבוק בקו הייצור. באמצעות אולטרסאונד ניתן להגדיל את הקיבולת של מייבשי ריסוס קיימים.

• הקפאה: ניתן להשתמש בהקפאה אולטרסונית כדי להפחית את היווצרותם של גבישי קרח במוצרי מזון במהלך תהליך ההקפאה. התהליך כולל חשיפת המזון לגלי קול בתדירות גבוהה בזמן הקפאתו. גלי האולטרסאונד יוצרים תנודות המונעות היווצרות גבישי קרח גדולים, וכך מתקבל מוצר בעל מרקם חלק יותר ואיכות טובה יותר.
• הפשרה: ניתן להשתמש בהפשרה אולטרסונית כדי לקצר את זמן ההפשרה של מוצרי מזון קפואים. התהליך כולל חשיפת המוצר הקפוא לגלי אולטרסאונד, המייצרים חום ומאיצים את תהליך ההפשרה. מאחר שאולטרסאונד מקדם פיזור אחיד מאוד של אנרגיה, הפשרה אולטרסונית יכולה להיות שימושית במיוחד למוצרים שקשה להפשיר באופן אחיד, כגון בשר, פירות ים, פירות וירקות.
  בהקפאה, בהפשרה ובייבוש, אולטרסאונד רב־עוצמה מביא לשיפורים ניכרים בתהליכי מעבר מסה ואנרגיה, וכך מאיץ תהליכים אלה והופך אותם לחסכוניים יותר.
• זיהוי דליפות בבקבוקים: אולטרסאונד הוא דרך יעילה מאוד לזיהוי דליפות וסדקים בבקבוקים ובפחיות של משקאות מוגזים כגון משקאות קלים מוגזים, בירה, יין מבעבע וכדומה. אולטרסאונד משמש גם לסילוק גזים ממשקאות מוגזים, למשל מבירה לפני הביקבוק, בתהליך המכונה de-fobbing.
• השריה בתמלחת / כבישה: השריה בתמלחת היא תהליך נפוץ בשימור ובייצור של מזון, במיוחד בשר, דגים, גבינה וירקות. טיפול באולטרסאונד מקצר את זמן ההשריה בתמלחת ומאפשר להשתמש בכמויות מופחתות של נתרן כלורי בהשוואה למזונות המושרים בתמלחת ולחמוצים המוכנים בשיטות מסורתיות.
• הידרציה / הידרציה מחדש: אולטרסאונד רב־עוצמה הוא שיטה פשוטה אך יעילה ביותר להידרציה או להידרציה מחדש של מוצרי מזון כגון קטניות מיובשות (למשל שעועית וגרגרי חומוס) או פטריות מיובשות. מאחר שאולטרסאונד פותח נקבוביות בתאי המזון, מים יכולים לחדור במהירות. הדבר מוביל לתפיחה מואצת של הקטניות ובהמשך לזמן בישול קצר יותר.
• המסת גבישים בדבש: כטיפול שאינו תרמי, אולטרסאונד משמש ביעילות למניעת היווצרותם של גבישי סוכר גדולים בדבש. יתרה מכך, ניתן להמיס גבישים גדולים שכבר נוצרו בדבש באמצעות טיפול באולטרסאונד. מכשירים אולטרסוניים מסוג גשושית מספקים שיטת המסה יעילה ביותר וממיסים גבישי סוכר, וכך מתקבל דבש בעל מרקם חלק ואחיד. בנוסף, אולטרסאונד משפר את האיכות המיקרוביולוגית של הדבש, שכן מיקרואורגניזמים בלתי רצויים מושבתים עקב השפעת פירוק התאים האולטרסוני.
• טיגון: ניתן להשתמש בטיגון אולטרסוני כדי להפחית את ספיגת השמן במוצרי מזון מטוגנים. התהליך כולל טבילת הבשר או הירק בשמן חם תוך חשיפתו לגלי קול בתדירות גבוהה. גלי האולטרסאונד יוצרים בועות קטנות על פני המזון, המקטינות את שטח המגע בין הירק / הבשר לבין השמן, וכך מתקבלים ספיגת שמן מופחתת ומוצר סופי בריא יותר. טיגון אולטרסוני מאפשר לבשל מזון בטמפרטורות נמוכות יותר, תוך יצירת פרופילי טעם משובחים יותר ושימור רכיבי תזונה.
  גלו כיצד טיגון בסיוע אולטרסאונד מפיק צ'יפס וחטיפי תפוחי אדמה בריאים יותר, עשירים יותר בטעם ופריכים יותר!

מכשירים אולטרסוניים בעלי ביצועים גבוהים לעיבוד מזון

המעבדים האולטרסוניים התעשייתיים של Hielscher Ultrasonics הם מכשירים אולטרסוניים בעלי ביצועים גבוהים, הניתנים לבקרה מדויקת ובכך מאפשרים תוצאות הניתנות לשחזור ואיכות מוצר עקבית. הודות ליכולתם לספק אמפליטודות גבוהות מאוד, ניתן להשתמש במעבדים האולטרסוניים של Hielscher ליישומים תובעניים מאוד.
הלקוחות מרוצים מהעמידות ומהאמינות יוצאות הדופן של מערכות Hielscher Ultrasonics. המכשירים האולטרסוניים של Hielscher פועלים באמינות ביישומים בעומס כבד, בסביבות תובעניות ובהפעלה 24/7, ובכך מבטיחים עיבוד מזון יעיל וחסכוני. הגברת תהליכים באמצעות אולטרסאונד מקצרת את זמן העיבוד ומשיגה תוצאות טובות יותר, כלומר איכות גבוהה יותר, תפוקות גבוהות יותר ומוצרים חדשניים.
שימוש עקבי בחומרים מיוחדים, כגון טיטניום, פלדת אל־חלד, קרמיקה או זכוכית בדרגות שונות, מבטיח את התאמת הטכניקה לתהליך.
מעבדים אולטרסוניים הם מכשירים ידידותיים למפעיל ונוחים לשימוש, בעלי דרישות תחזוקה נמוכות ועלות נמוכה יחסית.

הטבלה שלהלן נותנת מושג על כושר העיבוד המשוער של המכשירים האולטרסוניים שלנו:

תכנון, ייצור וייעוץ – איכות תוצרת גרמניה

המכשירים האולטרסוניים של Hielscher ידועים בסטנדרטים הגבוהים ביותר של איכות ותכנון. עמידות ותפעול קל מאפשרים שילוב חלק של המכשירים האולטרסוניים שלנו במתקנים תעשייתיים. המכשירים האולטרסוניים של Hielscher מתמודדים בקלות עם תנאים קשים וסביבות תובעניות.

Hielscher Ultrasonics היא חברה בעלת הסמכת ISO, והיא שמה דגש מיוחד על מכשירים אולטרסוניים בעלי ביצועים גבוהים, המשלבים טכנולוגיה מתקדמת ביותר וידידותיות למשתמש. כמובן, המכשירים האולטרסוניים של Hielscher תואמים לדרישות CE ועומדים בדרישות UL, CSA ו־RoHs.

עובדות שכדאי לדעת

כיצד פועל אולטרסאונד בעיבוד מזון?

עיבוד מזון אולטרסוני הוא טכנולוגיה מבוססת היטב המשמשת ליישומי עיבוד מזון כגון ערבוב והומוגניזציה, תחלוב, מיצוי, המסה, סילוק גזים ואוויר, ריכוך בשר, גיבוש וכן הקניית תכונות תפקודיות ושינוי תכונות של מוצרי ביניים ומוצרי מזון סופיים. מעבדי המזון האולטרסוניים של Hielscher, המותקנים במפעלי ייצור מזון זה עשרות שנים, הם מתוחכמים ומפותחים כדי לעמוד בדרישות התעשייה. מעבדים אולטרסוניים מפעילים כוחות פיזיקליים הנוצרים באמצעות גלי אולטרסאונד בהספק גבוה, וכתוצאה מכך נוצרת קוויטציה.

אילו משקאות נהוג להכין באמצעות סוניקציה?

סוניקציה משמשת בדרך כלל להכנה או לעיבוד של משקאות כגון קפה בחליטה קרה, תה (כולל ירבה מאטה), מיצי פירות וירקות, חליטות צמחים, משקאות פונקציונליים (תמציות צמחים), משקאות חלב צמחיים, משקאות מותססים (להגברת התהליך) ותרכיזי משקאות לייצור משקאות מוכנים לשתייה (RTD).
מצאו מידע נוסף על ייצור המשקאות הבאים:

• קפה / קפה ירוק
• חליטות תה
• ירבה מאטה
• מיצים
• שייקים
• קומבוצ'ה
• משקאות חלב מאגוזים

מהי קוויטציה אקוסטית?

קוויטציה אקוסטית, המכונה גם קוויטציה אולטרסונית, היא גדילה וקריסה של בועות ריק זעירות בשדה אולטרסוני הנוצר בנוזלים או בתרחיפים. בועות הקוויטציה גדלות במהלך מחזורי לחץ גבוה / לחץ נמוך לסירוגין, שהם שלבי דחיסה והקלשה, בהתאמה. לאחר שגדלה במשך כמה מחזורי לחץ מתחלפים, בועת הריק מגיעה לנקודה שבה אינה יכולה לספוג עוד אנרגיה, ולכן היא קורסת פנימה בעוצמה במהלך מחזור לחץ גבוה. במהלך קריסת הבועה נוצרים תנאים מקומיים קיצוניים, ובהם טמפרטורות קיצוניות של עד 5,000K עם קצבי חימום וקירור גבוהים מאוד, לחצים של עד 2000atm והפרשי לחץ תואמים, וסילוני נוזל במהירות של עד 280m/s. ב״מוקדים חמים״ אלה של קוויטציה, כוחות מקומיים קיצוניים יוצרים תנאים פיזיקליים המביאים לערבוב, למיצוי ולהגברת מעבר המסה.

קוויטציה אקוסטית, הנוצרת באמצעות אולטרסאונד בעוצמה גבוהה ובתדירות נמוכה, יוצרת כוחות גזירה עזים והפרשי לחץ וטמפרטורה גבוהים באופן מקומי, המספקים את ההשפעה הנדרשת לערבוב אינטנסיבי ולמעבר מסה. כוחות גזירה אולטרסוניים אלה מיושמים בהצלחה בעיבוד מזון.

ספרות/מקורות

• Li, Fei (2012): Development of Nano-material for Food Packaging. PhD Dissertation at Università degli Studi di Milano.
• Kentish, Sandra; Ashokkumar, Meiyazhagan (2011): The Use of Power Ultrasound to enhance Food Processing Technologies.
• Liu, C.F.; Zhou, W.B. (2008): Stimulating Bio-yogurt Fermentation by High Intensity Ultrasound Processing. Food Science Technology 2008.
• Misra, N.N.; Deora, Navneet Singh; Tiwari, Brijesh, Cullen, Patrick J. (2013): Ultrasound for Improved Crystallisation in Food Processing. Food Engineering Reviews 5(1), 2013. 36-44.
• Shalmashi, Anvar (2009): Ultrasound-Assisted Extraction of Oil from Tea Seeds. Journal of Food Lipids 16, 2009. 465–474.
• Uppala, Shivani; Kaur, Khushwinder; Kumar, Rajendra; Kaur Kahlon, Nakshdeep; Singh, Rachna; Mehta, S.K. (2017): Encompassment of Benzyl Isothiocyanate in cyclodextrin using ultrasonication methodology to enhance its stability for biological applications. Ultrasonics Sonochemistry 39, 2017. 25-33.
• Wu, J.; Gamage, T.V; Vilkhu, K.S:; Simons, L.K.; Mawson, R. (2007): Effect of thermosonication on quality improvement of tomato juice. Innovative Food Science and Emerging Technologies 9, 2008. 186–195.