खाद्य पदार्थों और पोषण पूरकों के लिए अल्ट्रासोनिक प्रोटीन प्रसंस्करण

सोनिकेशन खाद्य पदार्थों और पोषण पूरकों में उपयोग किए जाने वाले प्रोटीनों के कार्यात्मक गुणों, परिक्षेपणशीलता, विलेयता और स्थिरता को बेहतर बनाने की एक शक्तिशाली प्रक्रिया प्रौद्योगिकी है। जई, मटर, सोया, हेम्प और चावल जैसे पादप प्रोटीनों से लेकर दुग्ध प्रोटीनों और मिश्रित फ़ॉर्मूलेशनों तक, उच्च तीव्रता वाला अल्ट्रासाउंड निर्माताओं को बेहतर प्रसंस्करण व्यवहार और बेहतर उत्पाद प्रदर्शन के लिए प्रोटीन प्रणालियों को अनुकूलित करने में मदद करता है।

प्रोटीन प्रसंस्करण में अल्ट्रासाउंड की भूमिका केवल मिश्रण में सहायता करने तक सीमित नहीं है। उचित रूप से नियंत्रित सोनिकेशन कणों का आकार घटा सकता है, जलयोजन और परिक्षेपण में सुधार कर सकता है, प्रोटीन के घुले हुए अंश को बढ़ा सकता है और निलंबन की स्थिरता में सुधार कर सकता है। ये प्रभाव विशेष रूप से सीधे पीने के लिए तैयार पेयों, प्रोटीन सांद्रों, पोषक तत्वों से संवर्धित खाद्य पदार्थों और चूर्ण रूप में पूरकों के फ़ॉर्मूलेशनों के लिए प्रासंगिक हैं। अल्ट्रासोनिक जई प्रोटीन प्रसंस्करण की जाँच करने वाले 2025 में प्रकाशित एक अध्ययन (Höhme-Matthes et al.) में, ऊर्जा घनत्व बढ़ने के साथ अल्ट्रासोनिकेशन ने जई प्रोटीन सांद्र की घुली हुई मात्रा बढ़ाई और निलंबन की अस्थिरता घटाई।

अल्ट्रासोनिक प्रोटीन प्रसंस्करण क्यों महत्वपूर्ण है

खाद्य पदार्थों और पूरकों के निर्माताओं को अक्सर ठीक से गीला न होने, अधूरे जलयोजन, अवसादन, उच्च श्यानता, अस्थिर निलंबनों और कार्यात्मक गुणों में असंगति जैसी चुनौतियों का सामना करना पड़ता है। उच्च प्रोटीन वाले, पादप आधारित और क्लीन-लेबल फ़ॉर्मूलेशनों में ये समस्याएँ और भी महत्वपूर्ण हो जाती हैं।
उच्च तीव्रता और कम आवृत्ति वाला अल्ट्रासाउंड तरल पदार्थों में ध्वनिक कैविटेशन उत्पन्न करता है। सूक्ष्म बुलबुलों के अंतःस्फोट से स्थानीय अपरूपण बल, विक्षोभ और सूक्ष्म स्तर पर मिश्रण उत्पन्न होते हैं। प्रोटीन प्रणालियों में ये प्रभाव कणपुंजों को तोड़ सकते हैं, कणों का आकार घटा सकते हैं, द्रव्यमान स्थानांतरण में सुधार कर सकते हैं और प्रोटीन से भरपूर निलंबनों की भौतिक संरचना को बदल सकते हैं। परिणामस्वरूप ऐसी प्रोटीन प्रणाली प्राप्त होती है जिसे संसाधित करना आसान होता है और जो अक्सर तैयार उत्पाद में बेहतर प्रदर्शन करती है।

सोनिकेशन खाद्य उद्योग में प्रोटीन प्रसंस्करण को कैसे बेहतर बनाता है

• बेहतर परिक्षेपण और जलयोजन
  प्रोटीन चूर्ण अक्सर असमान रूप से जलयोजित होते हैं और कणपुंज बनाते हैं। सोनिकेशन कणों के पुंजों को अलग करने में मदद करता है और अधिक समान रूप से गीला होने को बढ़ावा देता है, जिससे जलयोजन का समय कम हो सकता है और आगे के चरणों में उन्हें संभालना बेहतर हो सकता है।
• कणों के आकार में कमी
  कणों का छोटा आकार अक्सर मुँह में अधिक चिकने अहसास, निलंबन के बेहतर व्यवहार और प्रोटीन की सतहों तक पानी की बेहतर पहुँच से जुड़ा होता है। जई प्रोटीन पर शोधपत्र विशेष रूप से यह निष्कर्ष निकालता है कि कणों का आकार घटाने के संबंध में अल्ट्रासाउंड औद्योगिक पैमाने पर पादप प्रोटीन प्रसंस्करण के लिए उपयोगी है।
• प्रोटीन की अधिक विलेयता
  सोनिकेशन प्रोटीनों के घुले हुए अंश को बढ़ा सकता है और कठिन प्रणालियों में प्रेक्षित विलेयता में सुधार कर सकता है। जई प्रोटीन के अध्ययन में लेखक बताते हैं कि अल्ट्रासोनिकेशन ने जई प्रोटीन सांद्र की घुली हुई मात्रा बढ़ाई, और 200 J/mL के ऊर्जा घनत्व पर ही विलेयता लगभग तीन गुना अधिक हो गई थी।
• निलंबन की बेहतर स्थिरता
  परिक्षेपण में सुधार करके और अघुले कणों के अंशों को घटाकर, अल्ट्रासाउंड अवसादन और प्रावस्था पृथक्करण को कम करने में मदद करता है। अपलोड किए गए शोधपत्र में बताया गया है कि अल्ट्रासोनिकेशन ने जई प्रोटीन सांद्र के निलंबनों की अस्थिरता घटाई और सतत प्रवाह सेल उपचार ने समान ऊर्जा घनत्व पर निलंबन की स्थिरता में काफी सुधार किया।

उदाहरण: Hielscher सोनिकेटरों से जई प्रोटीन का प्रसंस्करण

ओट प्रोटीन सांद्र के प्रसंस्करण पर 2025 के एक अध्ययन में Hielscher उपकरणों का उपयोग करके बैच और प्रवाह सेल, दोनों विधियों में अल्ट्रासोनिकेशन का अभिलक्षणन किया गया। शोधकर्ताओं ने अपने प्रयोगों में Hielscher UIP1500hdT और Hielscher UP200St का उपयोग किया। उन्होंने पाया कि ऊर्जा घनत्व बढ़ने के साथ अल्ट्रासोनिकेशन ने ओट प्रोटीन सांद्र की घुली हुई मात्रा बढ़ाई और निलंबन की अस्थिरता घटाई। उन्होंने यह भी पाया कि प्रवाह सेल में सोनिकेशन से अधिक प्रसंस्करण क्षमता प्राप्त हुई और यह सामान्य बैच विन्यास की तुलना में औद्योगिक उपयोग के लिए अधिक प्रासंगिक था।
अध्ययन आगे यह निष्कर्ष निकालता है कि पादप प्रोटीन सांद्रों के लिए औद्योगिक पैमाने के प्रक्रिया अनुप्रयोगों में अल्ट्रासाउंड एक उपयोगी साधन है। यह कण आकार में अधिक प्रभावी कमी, बेहतर निलंबन स्थिरता और प्रक्रिया दक्षता तथा पैमाना बढ़ाने के लिए प्रवाह सेल विन्यासों में निरंतर सोनिकेशन के महत्व को रेखांकित करता है।

उदाहरण: सोनिकेशन से मटर प्रोटीन की कार्यात्मकता में सुधार

अल्ट्रासोनिक प्रसंस्करण मटर प्रोटीन प्रणालियों के लिए कई स्पष्ट लाभ प्रदान करता है: यह समुच्चयों को तोड़कर और कण आकार घटाकर परिक्षेपणीयता और घुलनशीलता में सुधार करता है, जिससे प्रोटीन की पाचनशीलता या जैवसुलभता को नुकसान पहुँचाए बिना खाद्य पदार्थों में उसका कार्यात्मक प्रदर्शन बेहतर हो सकता है। फाइबर युक्त फ़ॉर्मूलेशनों में अल्ट्रासाउंड उपयोगी प्रोटीन–फाइबर नेटवर्क के निर्माण को भी बढ़ावा दे सकता है और फाइबर के प्रकार के आधार पर श्यानता तथा बनावट विकसित करने की क्षमता बढ़ा सकता है। किण्वित मटर-प्रोटीन आधारित दही विकल्पों में अल्ट्रासाउंड ने hexanal और 2-pentylfuran जैसे अवांछित स्वाद और गंध के प्रमुख यौगिकों को घटाकर तथा diacetyl और acetoin जैसे वांछनीय, दही जैसी सुगंध वाले यौगिकों को बढ़ाकर उत्पाद की गुणवत्ता में और सुधार किया। इससे यह कार्यात्मकता और संवेदी गुणों, दोनों में सुधार के लिए एक आशाजनक क्लीन-लेबल साधन बनता है।
(तुलना करें: Kalla-Berthold et al., 2023; Matysek et al., 2024)

FE-SEM चित्रों (400x और 2000x आवर्धन, स्केल बार: 10 µm) में अनुपचारित (UT) और
अल्ट्रासाउंड-उपचारित (T) मटर प्रोटीन नमूने (PP)।
अध्ययन और चित्र: ©Kalla-Berthold et al., 2023

उदाहरण: अल्ट्रासोनिक उपचारित हेम्प प्रोटीन के लाभ

अल्ट्रासोनिक हेम्प प्रोटीन निष्कर्षण कई उल्लेखनीय लाभ प्रदान करता है, विशेष रूप से वसा निकाले गए हेम्प बीज के अपशिष्ट को अधिक मूल्यवान अवयवों में बदलने के लिए। अपलोड किए गए अध्ययन में अल्ट्रासाउंड-सहायित निष्कर्षण ने पारंपरिक निष्कर्षण की तुलना में समग्र प्रोटीन पुनर्प्राप्ति और शुद्धता में सुधार किया। HPP पूर्व-उपचार के साथ संयोजित किए जाने पर सर्वोत्तम संयुक्त प्रक्रिया में लगभग 62% प्रोटीन पुनर्प्राप्ति और लगभग 76% शुद्धता प्राप्त हुई। इसने विभिन्न आइसोलेटों में अमीनो अम्लों का निष्कर्षण भी बढ़ाया, जो बेहतर पोषणात्मक प्राप्ति का संकेत देता है, जबकि SDS-PAGE पर प्रोटीन बैंड पैटर्न में बड़ी दृश्य क्षति से बचा गया। समग्र रूप से, निष्कर्ष अल्ट्रासाउंड को अधिक पर्यावरण-अनुकूल और अधिक दक्ष निष्कर्षण विधि के रूप में समर्थन देते हैं, जो प्रसंस्करण की तीव्रता कम कर सकती है और हेम्प के उप-उत्पादों को खाद्य पदार्थों तथा न्यूट्रास्यूटिकल उत्पादों में उपयोगी प्रोटीन अवयवों में बदलने में मदद कर सकती है।
(तुलना करें: Cabral et al. 2023)

उदाहरण: चावल के चोकर से प्रोटीन हाइड्रोलाइसेट का अल्ट्रासोनिक निष्कर्षण

चावल के प्रोटीन हाइड्रोलाइसेट का अल्ट्रासोनिक निष्कर्षण स्पष्ट कार्यात्मक लाभ प्रदान करता है, क्योंकि अल्ट्रासाउंड कोशिकीय संरचनाओं को विघटित करके और द्रव्यमान स्थानांतरण बढ़ाकर चावल के चोकर से प्रोटीन की मुक्ति में सुधार करता है, जिससे निष्कर्षण पारंपरिक विधियों की तुलना में अधिक दक्ष हो जाता है। अध्ययन में निष्कर्षण को 0.43 के ठोस/तरल अनुपात, 48.25% आयाम और 29.89 मिनट पर सफलतापूर्वक अनुकूलित किया गया। अल्ट्रासाउंड-सहायित एंज़ाइमी जल-अपघटन ने उच्च ACE-अवरोधक सक्रियता और एंटीऑक्सीडेंट क्षमता सहित प्रबल जैवसक्रियता वाले हाइड्रोलाइसेटों के निर्माण में भी सहायता की। लेखकों का निष्कर्ष है कि अल्ट्रासाउंड न केवल प्रोटीन निष्कर्षण के लिए, बल्कि एंज़ाइमी जल-अपघटन को तेज करने के लिए भी एक प्रभावी तकनीक है, जो चावल के चोकर को अधिक मूल्यवान जैवसक्रिय प्रोटीन अवयवों में बदलने में मदद करती है।
(तुलना करें: Hayta et al., 2020)

खाद्य पदार्थ और पूरक आहार निर्माताओं के लिए लाभ

• बेहतर उत्पाद गुणवत्ता
  सोनिकेशन तरल प्रोटीन उत्पादों में अधिक चिकनी बनावट और मुखानुभूति, निलंबनों और प्रीमिक्सों में बेहतर समरूपता, प्रोटीन पेय पदार्थों में कम दिखाई देने वाला अवसादन तथा विभिन्न बैचों में अधिक सुसंगत कार्यात्मक प्रदर्शन में सहायता कर सकता है।
• अधिक कुशल प्रसंस्करण
  अल्ट्रासाउंड परिक्षेपण और जलयोजन को तेज करके तथा निरंतर इनलाइन उपचार को संभव बनाकर प्रसंस्करण को तीव्र कर सकता है। जई प्रोटीन पर किए गए अध्ययन में बताया गया है कि प्रवाह सेल का डिज़ाइन उच्च द्रव्यमान प्रसंस्करण क्षमता के बावजूद अधिक घनत्व प्राप्त करने की अनुमति देता है और इसलिए सामान्य बैच डिज़ाइन की तुलना में अधिक दक्षता तथा अधिक औद्योगिक प्रासंगिकता में सहायक हो सकता है।
• फ़ॉर्मूलेशन में अधिक लचीलापन
  सोनिकेशन चुनौतीपूर्ण पादप प्रोटीन फ़ॉर्मूलेशनों, उच्च प्रोटीन वाले सीधे पीने के लिए तैयार (RTD) पेय पदार्थों, पूरक उत्पादों के आधार मिश्रणों तथा समांगीकरण, जल-अपघटन या सुखाने से पहले की प्रक्रियाओं के लिए उपयोगी है। शोधपत्र में पादप-आधारित पेय पदार्थों, स्लरियों और बाद के जल-अपघटन चरणों के लिए इसकी प्रासंगिकता का उल्लेख किया गया है।
• पैमाना बढ़ाने की बेहतर संभावना
  आयाम, तीव्रता, ऊर्जा घनत्व, निवास समय और प्रतिदाब जैसे निर्धारित सोनिकेशन मापदंड प्रयोगशाला कार्य से पायलट और औद्योगिक उत्पादन तक प्रक्रिया के हस्तांतरण में सहायता करते हैं। अपलोड किया गया अध्ययन ऐसी निरंतर प्रसंस्करण प्रक्रिया का डिज़ाइन तैयार करने के लिए इन मापदंडों पर विशेष ज़ोर देता है जिसका पैमाना बढ़ाया जा सके।

Hielscher सोनिकेटरों का उपयोग लाभकारी क्यों है

Hielscher सोनिकेटर प्रोटीन प्रसंस्करण के लिए आकर्षक हैं क्योंकि वे नियंत्रित और पुनरुत्पादनीय अल्ट्रासोनिक उपचार संभव बनाते हैं। निर्माताओं के लिए वास्तविक लाभ केवल कैविटेशन उत्पन्न करना नहीं, बल्कि उसे निर्धारित और ऐसी परिस्थितियों में उत्पन्न करना है जिनमें प्रक्रिया का पैमाना बढ़ाया जा सके।

• नियंत्रित सोनिकेशन मापदंड
  अध्ययन में उपयोग की गई Hielscher प्रणालियों ने शोधकर्ताओं को बैच और प्रवाह सेल, दोनों मोड में निर्धारित आयामों, तीव्रताओं और ऊर्जा घनत्वों के साथ काम करने की सुविधा दी। इससे व्यवस्थित प्रक्रिया विकास और पैमाना बढ़ाने में सहायता मिलती है।
• बैच और प्रवाह सेल में संचालन की क्षमता
  निर्माता बैच में सोनिकेशन का मूल्यांकन कर सकते हैं और फिर निरंतर इनलाइन प्रसंस्करण की ओर बढ़ सकते हैं। अपलोड किया गया शोधपत्र दर्शाता है कि निरंतर प्रवाह सेल सोनिकेशन निलंबन स्थिरता और औद्योगिक प्रासंगिकता के मामले में बैच उपचार से बेहतर प्रदर्शन कर सकता है।
• औद्योगिक प्रसंस्करण क्षमता के लिए प्रक्रिया डिज़ाइन
  अध्ययन दर्शाता है कि प्रतिदाब, निवास समय और द्रव्यमान प्रवाह निरंतर सोनिकेशन में महत्वपूर्ण चर हैं। निर्माताओं के लिए इसका महत्व है क्योंकि इससे अल्ट्रासोनिक उपचार केवल एक प्रयोगशाला तकनीक तक सीमित रहने के बजाय प्रक्रिया अभियांत्रिकी का एक वास्तविक साधन बन जाता है।
• चुनौतीपूर्ण प्रोटीन प्रणालियों के लिए सहायता
  शोधपत्र इस बात पर ज़ोर देता है कि पादप-आधारित निलंबनों के लिए कण आकार, निलंबन स्थिरता, घुलनशीलता और श्यानता जैसे उत्पाद गुणों को आवश्यकतानुसार समायोजित करना अत्यंत महत्वपूर्ण है। इसमें यह भी उल्लेख किया गया है कि सोनिकेटरों को स्थापित करने के लिए कम जगह चाहिए, वे उच्च ठोस सांद्रताओं को संभाल सकते हैं और भौतिक तथा रासायनिक प्रभावों का एक अनूठा संयोजन प्रदान करते हैं।

 
सामान्य अनुप्रयोग
अल्ट्रासोनिक प्रोटीन प्रसंस्करण निम्नलिखित के लिए प्रासंगिक है

• जई, मटर, सोया, चावल, बाकला या इनके मिश्रणों पर आधारित पादप प्रोटीन पेय पदार्थ;
• प्रोटीन से संवर्धित डेयरी और गैर-डेयरी पेय पदार्थ;
• पोषण पूरक निलंबन और थोड़ी मात्रा में पिए जाने वाले तरल शॉट;
• समांगीकरण या पायसीकरण से पहले प्रोटीन परिक्षेपण;
• और स्प्रे ड्राइंग या आगे के कार्यात्मक गुण संवर्धन के लिए प्रीमिक्स।

प्रोटीन प्रसंस्करण की ऐसी प्रौद्योगिकी के रूप में अल्ट्रासाउंड जिसका पैमाना बढ़ाया जा सकता है

सोनिकेशन खाद्य और पूरक उत्पाद निर्माताओं को प्रोटीन की कार्यात्मकता सुधारने में मदद करता है, जहाँ केवल पारंपरिक मिश्रण अक्सर अपनी सीमाओं तक पहुँच जाता है। परिक्षेपण को तीव्र करके, कणों का आकार घटाकर, घुलित प्रोटीन का अंश बढ़ाकर और निलंबनों को स्थिर करके, अल्ट्रासाउंड उत्पाद की गुणवत्ता और प्रक्रिया की दक्षता में मापने योग्य लाभ दे सकता है। अपलोड किया गया अध्ययन ओट प्रोटीन सांद्रों के लिए इस निष्कर्ष का समर्थन करता है और संकेत देता है कि निरंतर प्रवाह सेल सोनिकेशन औद्योगिक प्रसंस्करण के लिए विशेष रूप से आशाजनक है।
Hielscher सोनिकेटर प्रयोगशाला में व्यवहार्यता की जाँच से लेकर औद्योगिक कार्यान्वयन तक एक व्यावहारिक मार्ग प्रदान करते हैं। अपलोड किए गए ओट प्रोटीन अध्ययन सहित, प्रोटीन प्रसंस्करण पर प्रकाशित शोध में उनका उपयोग दर्शाता है कि खाद्य और पोषण पूरक निर्माताओं के लिए अल्ट्रासोनिक उपचार को एक नियंत्रित और बड़े पैमाने पर लागू किए जा सकने वाले उत्पादन चरण के रूप में कैसे विकसित किया जा सकता है।

नीचे दी गई तालिका हमारे अल्ट्रासोनिकेटरों की अनुमानित प्रसंस्करण क्षमता का संकेत देती है:

डिज़ाइन, विनिर्माण और परामर्श – जर्मनी में निर्मित गुणवत्ता

Hielscher अल्ट्रासोनिकेटर अपनी उच्चतम गुणवत्ता और डिज़ाइन मानकों के लिए प्रसिद्ध हैं। मज़बूती और आसान संचालन हमारे अल्ट्रासोनिकेटरों को औद्योगिक संयंत्रों में सुचारु रूप से एकीकृत करने में सहायता करते हैं। Hielscher अल्ट्रासोनिकेटर कठोर परिस्थितियों और चुनौतीपूर्ण परिवेशों में आसानी से काम करते हैं।

Hielscher Ultrasonics एक ISO प्रमाणित कंपनी है और अत्याधुनिक तकनीक तथा उपयोग में सुगमता वाले उच्च प्रदर्शन के अल्ट्रासोनिकेटरों पर विशेष ज़ोर देती है। निस्संदेह, Hielscher अल्ट्रासोनिकेटर CE के अनुरूप हैं और UL, CSA तथा RoHs की आवश्यकताओं को पूरा करते हैं।

साहित्य / संदर्भ

• 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.