अल्ट्रासोनिकेशन और खाद्य प्रसंस्करण में इसके विविध अनुप्रयोग

उच्च-शक्ति अल्ट्रासाउंड प्रभावी और विश्वसनीय खाद्य प्रसंस्करण अनुप्रयोगों के लिए विविध संभावनाएँ प्रदान करता है। खाद्य उद्योग में सबसे आम अनुप्रयोगों में मिश्रण और समांगीकरण, पायसीकरण, परिक्षेपण, कोशिका विघटन और अंतःकोशिकीय पदार्थ का निष्कर्षण, एंजाइमों का सक्रियण या निष्क्रियण (जो अल्ट्रासाउंड की तीव्रता पर निर्भर करता है), परिरक्षण, स्थिरीकरण, घोलना और क्रिस्टलीकरण, हाइड्रोजनीकरण, मांस को मुलायम बनाना, परिपक्वन, एजिंग और ऑक्सीकरण, साथ ही विगैसन और स्प्रे शुष्कन शामिल हैं।

नीचे हम खाद्य प्रसंस्करण में Hielscher सोनिकेटरों के विभिन्न चुनिंदा अनुप्रयोगों से आपका परिचय कराते हैं। अपनी रुचि के अनुप्रयोग के बारे में विस्तृत जानकारी प्राप्त करने के लिए कृपया संबंधित लिंक पर क्लिक करें!

अल्ट्रासाउंड का उपयोग करके स्वाद और जैवसक्रिय यौगिकों का निष्कर्षण

खाद्य उद्योग में जैवसक्रिय यौगिकों, स्वाद प्रदान करने वाले अणुओं और प्रोटीनों को कुशलतापूर्वक प्राप्त करने के लिए अल्ट्रासोनिक निष्कर्षण का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है। इसमें उच्च-तीव्रता वाला अल्ट्रासाउंड लगाया जाता है, जो द्रव्यमान अंतरण को बढ़ाता है और कोशिकीय संरचनाओं को विघटित करता है। इससे उत्पन्न कैविटेशन प्रभाव कम तापमान पर काम करते हुए निष्कर्षण की उपज और गति बढ़ाते हैं, जिससे संवेदनशील यौगिकों को सुरक्षित रखने में मदद मिलती है और आक्रामक विलायकों के बिना स्वच्छ तथा बड़े पैमाने तक विस्तारित किया जा सकने वाला प्रसंस्करण संभव होता है।

जैवसक्रिय यौगिकों के निष्कर्षण के लिए अल्ट्रासोनिक निष्कर्षण का आमतौर पर उपयोग किया जाता है। अल्ट्रासोनिक निष्कर्षण के प्रमुख उदाहरणों में शामिल हैं:

 

इस प्रस्तुति में हम आपको वनस्पति अर्कों के निर्माण से परिचित कराते हैं। हम उच्च गुणवत्ता वाले वनस्पति अर्क बनाने की चुनौतियाँ और उनसे निपटने में सोनिकेटर की भूमिका समझाते हैं। यह प्रस्तुति आपको दिखाएगी कि अल्ट्रासोनिक निष्कर्षण कैसे काम करता है। आप जानेंगे कि निष्कर्षण के लिए सोनिकेटर के उपयोग से आपको क्या लाभ मिल सकते हैं और आप अपने अर्क उत्पादन में अल्ट्रासोनिक निष्कर्षक को कैसे शामिल कर सकते हैं।

 

सॉस, ड्रेसिंग और क्रीम का अल्ट्रासोनिक पायसीकरण

तेल/पानी के मिश्रणों पर सोनिकेशन लागू करके शेफ़ और खाद्य वैज्ञानिक अत्यंत सूक्ष्म, स्थिर पायस प्राप्त कर रहे हैं – अत्यधिक ऊष्मा या संश्लेषित योजकों के बिना। मलाईदार सॉस और मखमली विनैग्रेट से लेकर दुग्ध-मुक्त क्रीम और नाज़ुक फोम तक, अल्ट्रासोनिक कैविटेशन बूंदों के आकार और परिक्षेपण पर सटीक नियंत्रण की सुविधा देता है।
अल्ट्रासोनिक खाद्य पायसों के बारे में अधिक जानें!

योगर्ट का अल्ट्रासोनिक किण्वन

योगर्ट एक किण्वित दुग्ध उत्पाद है जिसे केवल दूध से या जीवाणु कल्चर मिलाकर बनाया जा सकता है। बिफिडोबैक्टीरिया के स्ट्रेन (जैसे BB-12, BB-46, B breve) योगर्ट के किण्वन में उपयोग किए जाने वाले सामान्य प्रोबायोटिक्स हैं। जीवाणु कोशिकाओं पर लागू किया गया अल्ट्रासोनिक कैविटेशन उनका विनाश कर सकता है और साथ ही β-galactosidase को मुक्त कर सकता है। β-galactosidase एक हाइड्रोलेज़ एंजाइम है जिसका दुग्ध प्रसंस्करण उद्योग में बड़े पैमाने पर उपयोग किया जाता है। बिफिडोबैक्टीरिया की कोशिकाओं से अल्ट्रासाउंड द्वारा प्रेरित β-galactosidase के मुक्त होने के परिणामस्वरूप लैक्टोज़ का जलअपघटन अधिक तेज़ होता है, जिससे अल्ट्रासाउंड-सहायित किण्वन तेज़ हो जाता है।
अल्ट्रासोनिक समांगीकरण से दूध की वसा गोलिकाएँ टूटती हैं और अत्यंत सूक्ष्म आकार का वितरण प्राप्त होता है।
अल्ट्रासोनिकेशन किण्वन की दर बढ़ा सकता है (कुल उत्पादन समय में 40% तक की कमी) और योगर्ट की गुणवत्ता संबंधी विशेषताओं में सुधार कर सकता है, जिसके परिणामस्वरूप अधिक श्यानता, अधिक मज़बूत स्कंद और बेहतर बनावट प्राप्त होती है।

दूध का अल्ट्रासोनिक समांगीकरण

दूध (जैसे गाय, भैंस, बकरी या ऊँट का दूध) एक इमल्शन या कोलॉइडी तंत्र है, जिसमें घुले हुए कार्बोहाइड्रेट, प्रोटीन और खनिजों वाले जल-आधारित द्रव में दुग्ध वसा की गोलिकाएँ मौजूद होती हैं। चूँकि वसा और पानी दो प्रावस्थाओं में अलग होने की प्रवृत्ति रखते हैं, इसलिए एकसमान उत्पाद प्राप्त करने के लिए दूध का होमोजेनाइज़ेशन करना आवश्यक है। होमोजेनाइज़ेशन का अर्थ दूध के द्रव में वसा के अणुओं का एकसमान वितरण है। अल्ट्रासाउंड एक सुविख्यात विधि है, जिसका उपयोग डेयरी प्रसंस्करण में विभिन्न अनुप्रयोगों के लिए किया जाता है। दूध के अल्ट्रासोनिक उपचार से होमोजेनाइज़ की गई वसा गोलिकाएँ प्राप्त होती हैं, जो एकसमान होती हैं और समान रूप से वितरित रहती हैं। उच्च शक्ति वाले अल्ट्रासाउंड द्वारा होमोजेनाइज़ेशन पौधों से प्राप्त दूध के विकल्पों (वीगन/ डेयरी-मुक्त), जैसे नारियल के दूध या सोया दूध, के लिए भी प्रभावी है।
Sfakianakis और Tzia (2012) का अध्ययन दर्शाता है कि अल्ट्रासोनिक होमोजेनाइज़ेशन दूध की वसा गोलिकाओं (MFG) का आकार कम करता है। नीचे दिए गए सूक्ष्मदर्शीय चित्र दूध की वसा बूंदों के आकार पर सोनिकेशन के प्रभाव दिखाते हैं। कम आयाम (150W) का होमोजेनाइज़ेशन प्रभाव संतोषजनक नहीं था (चित्र 2) ; MFG का आकार और उनका वितरण अनुपचारित दूध के समान था (चित्र 1 और 2 की तुलना करें)। मध्यम आयाम वाले अल्ट्रासाउंड (267.5, 375 W) का होमोजेनाइज़ेशन प्रभाव अच्छा था; MFG का औसत व्यास 2 μm था (चित्र 3, 4)। अधिक आयाम (750W) वाले अल्ट्रासाउंड ने MFG का आकार काफी कम कर दिया (चित्र 6), जिससे वे प्रकाशीय सूक्ष्मदर्शी में बमुश्किल दिखाई दे रहे थे (100x आवर्धन); उनका औसत व्यास 0.3 μm था।

Chandrapala और सहकर्मियों (2012) ने कैसिइन और कैल्शियम पर अल्ट्रासोनिकेशन के प्रभाव की जाँच की। उन्होंने ताज़े मलाईरहित दूध, पुनर्गठित माइसेलीय कैसिइन और कैसिइन पाउडर के नमूनों पर अल्ट्रासोनिक तरंगें (20kHz) लागू कीं। उन्होंने नमूनों का सोनिकेशन तब तक किया, जब तक दूध की वसा गोलिकाओं का आकार घटकर लगभग 10nm नहीं हो गया। सोनिकेशन किए गए दूध का विश्लेषण दर्शाता है कि कैसिइन माइसेलों का आकार अपरिवर्तित रहता है। सोनिकेशन के शुरुआती कुछ मिनटों के भीतर घुलनशील व्हे प्रोटीन में थोड़ी वृद्धि और उसके अनुरूप श्यानता में कमी भी हुई। अध्ययन ने निर्धारित किया कि सोनिकेशन के दौरान कैसिइन माइसेल स्थिर रहते हैं और अल्ट्रासोनिक उपचार से घुलनशील कैल्शियम की सांद्रता प्रभावित नहीं होती है। [Chandrapala et al. 2012]

कन्फेक्शनरी के लिए शर्करा का अल्ट्रासोनिक क्रिस्टलीकरण

नियंत्रित सोनिकेशन से क्रिस्टल सीडिंग (नाभिकों का निर्माण) शुरू करना और क्रिस्टल की वृद्धि को प्रभावित करना संभव होता है। अल्ट्रासोनिक विकिरण के अंतर्गत छोटे और इस कारण अधिक संख्या में क्रिस्टल बनते हैं। अल्ट्रासाउंड दो तरीकों से क्रिस्टलीकरण प्रक्रिया में सहायता करता है: पहला, उच्च शक्ति वाला अल्ट्रासाउंड एकसमान विलयन बनाने का एक अत्यंत प्रभावी साधन है, और यह विलयन क्रिस्टलीकरण का प्रारंभिक पदार्थ होता है। दूसरे चरण में, अल्ट्रासाउंड बड़ी संख्या में नाभिकों के निर्माण में सहायता करता है। जहाँ कम प्रभावी नाभिकन से कम संख्या में बड़े क्रिस्टल बनते हैं, वहीं कुशल नाभिकन से बड़ी संख्या में छोटे, महीन क्रिस्टल बनते हैं। ध्वनिक क्षेत्र में उन शर्कराओं का नाभिकन शुरू करना भी संभव हो जाता है, जो सामान्यतः आसानी से क्रिस्टलीकृत नहीं होती हैं (जैसे D-फ्रक्टोज़, सॉर्बिटॉल)।
क्रिस्टलीकरण में अल्ट्रासोनिक संशोधन कैंडी, कन्फेक्शनरी, स्प्रेड, आइसक्रीम, व्हिप्ड क्रीम और चॉकलेट के फॉर्मूलेशन के लिए रुचिकर है।

खाद्य तेलों का अल्ट्रासोनिक हाइड्रोजनीकरण

वनस्पति तेलों का हाइड्रोजनीकरण बड़े पैमाने की एक महत्वपूर्ण औद्योगिक प्रक्रिया है। हाइड्रोजनीकरण द्वारा तरल वनस्पति तेलों को ठोस या अर्ध-ठोस वसा (जैसे मार्जरीन) में परिवर्तित किया जाता है। रासायनिक रूप से, असंतृप्त वसीय अम्लों को प्रावस्था स्थानांतरण द्वारा उत्प्रेरित हाइड्रोजनीकरण अभिक्रिया के दौरान द्विबंधों पर हाइड्रोजन परमाणु जोड़कर उनके संगत संतृप्त वसीय अम्लों में परिवर्तित किया जाता है। इस उत्प्रेरकीय प्रक्रिया को उच्च-शक्ति वाले अल्ट्रासोनिकेशन से तेज़ किया जा सकता है। निकेल आमतौर पर इस्तेमाल किया जाने वाला उत्प्रेरक है। हाइड्रोजनीकृत वसा का बेकरी उत्पादों में शॉर्टनिंग एजेंट के रूप में व्यापक उपयोग होता है। संतृप्त वसा का एक लाभ उनकी ऑक्सीकरण की कम प्रवृत्ति और इसके कारण बासीपन का कम जोखिम है।

शहद का अल्ट्रासोनिक द्रवीकरण

अल्ट्रासाउंड शहद की गुणवत्ता को प्रभावित किए बिना उसमें मौजूद क्रिस्टलों को द्रवीकृत करने और यीस्ट को नष्ट करने की एक प्रभावी गैर-तापीय विधि प्रदान करता है।
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रसों और स्मूदी का अल्ट्रासोनिक स्थिरीकरण

एक गैर-तापीय खाद्य प्रसंस्करण तकनीक के रूप में, अल्ट्रासाउंड सौम्य लेकिन प्रभावी उपचार प्रदान करता है, जो स्वाद को तीव्र करता है और रसों, स्मूदी, सॉस तथा प्यूरी को स्थिर और संरक्षित करता है। रसों के अल्ट्रासोनिक उपचार के परिणामों में बेहतर स्वाद, स्थिरीकरण और परिरक्षण शामिल हैं।
रसों और स्मूदी की गुणवत्ता में अल्ट्रासोनिक सुधार के बारे में यहाँ और पढ़ें!
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वाइन और मदिरा का अल्ट्रासोनिक परिपक्वन

अपनी प्रभावी निष्कर्षण क्षमता और लकड़ी के ऊतक तथा मादक पेय के बीच उल्लेखनीय रूप से तीव्र किए गए द्रव्यमान अंतरण के कारण, पावर अल्ट्रासाउंड वाइन और स्पिरिट्स को ओक की लकड़ी के संपर्क में रखकर परिपक्व करने में सहायता करता है।
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वाइन, मस्ट, बीयर और साके की किण्वन प्रक्रिया को भी काफ़ी तेज़ किया जा सकता है। 50% से 65% तक त्वरण दरें प्राप्त की गई हैं!
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अल्ट्रासोनिक रूप से त्वरित आइसक्रीम जमाना

आइसक्रीम के उत्पादन के लिए आइसक्रीम मिश्रण की आवश्यकता होती है। इस आइसक्रीम मिश्रण में दूध, दूध पाउडर, क्रीम, मक्खन या वनस्पति वसा, चीनी, शुष्क पदार्थ, पायसीकारक, स्थिरक तथा फल, मेवे, स्वादकारी पदार्थ और रंग जैसे योजक होते हैं। इस विशेष मिश्रण को समांगीकृत और पाश्चुरीकृत करना होता है, फिर जमाने की प्रक्रिया के दौरान इसे धीरे-धीरे हिलाया जाता है ताकि बड़े बर्फ क्रिस्टल न बनें। इस दौरान हवा के बहुत छोटे बुलबुले मिलाए जाते हैं (जिसे वातन प्रक्रिया कहा जाता है), जिससे आइसक्रीम में झाग बनता है और चिकनी बनावट वाली ठंडी मिठाई प्राप्त होती है। प्रक्रिया के इसी चरण में आइसक्रीम की गुणवत्ता बढ़ाने के लिए अल्ट्रासोनिकेशन का उपयोग किया जा सकता है।
जमाने की प्रक्रिया के दौरान अतिशीतित पानी से क्रिस्टल बनते हैं। बर्फ क्रिस्टलों की आकारिकी जमे हुए और अर्ध-जमे खाद्य पदार्थों की बनावट तथा भौतिक गुणों में महत्वपूर्ण भूमिका निभाती है। चूँकि बर्फ क्रिस्टलों का आकार और वितरण हिम-विगलित ऊतक उत्पादों की गुणवत्ता के लिए विशेष महत्व रखते हैं, इसलिए आइसक्रीम के लिए छोटे बर्फ क्रिस्टलों को प्राथमिकता दी जाती है, क्योंकि बड़े क्रिस्टलों से बर्फीली बनावट बनती है। क्रिस्टलीकरण के दौरान क्रिस्टलों के आकार-वितरण को नियंत्रित करने का सबसे महत्वपूर्ण कारक नाभिकन है। इसलिए आइसक्रीम में बर्फ क्रिस्टलों के आकार और आकार-वितरण को नियंत्रित करने के लिए आमतौर पर जमने की दर को प्राचल के रूप में इस्तेमाल किया जाता है। फेंटने और जमाने के दौरान आइसक्रीम की चिकनी बनावट प्राप्त करने के लिए हवा प्रविष्ट कराई जाती है। तथाकथित “ओवर-रन”, यानी प्रविष्ट कराई गई हवा की मात्रा, ठोस पदार्थों और पानी के संयुक्त आयतन के अनुपात में – विशेष रूप से संबंधित विधि के अनुसार – निर्धारित की जाती है। इसलिए आइसक्रीम के अलग-अलग संघटनों और प्रसंस्करण धाराओं के कारण ओवर-रन भिन्न होता है। मानक आइसक्रीम में 100% ओवर-रन होता है, जिसका अर्थ है कि अंतिम उत्पाद में आइसक्रीम मिश्रण और हवा के बुलबुलों का आयतन बराबर होता है।
Hielscher के उच्च-शक्ति वाले अल्ट्रासोनिक होमोजेनाइज़र का उपयोग बर्फ क्रिस्टलों का आकार घटाकर और जमाने वाली सतह पर परत जमने से बचाकर आइसक्रीम की बेहतर गुणवत्ता प्रदान करता है। आइसक्रीम में क्रिस्टलों के छोटे आकार और हवा के बुलबुलों के बेहतर वितरण से बेहतर गाढ़ापन और मुँह में अधिक मलाईदार अनुभूति प्राप्त होती है। जमने में लगने वाला समय उल्लेखनीय रूप से कम होने से प्रक्रिया क्षमता बढ़ती है और उत्पादन प्रक्रिया अधिक ऊर्जा-कुशल बनती है।

बैटर का अल्ट्रासोनिक वातन

स्पंज केक जैसे वातित खाद्य उत्पादों में सोनिकेशन से उल्लेखनीय सुधार किया जा सकता है। बैटर मिलाने के चरण के दौरान उच्च शक्ति वाले अल्ट्रासाउंड का उपयोग स्पंज केक की कठोरता कम करके और उसकी प्रत्यास्थता, संसंजन तथा पुनर्प्राप्ति क्षमता बढ़ाकर उसकी गुणवत्ता में सुधार करता है। परीक्षणों के लिए सभी सामग्रियों को एक साथ मिलाने की विधि अपनाई गई, जिसका अर्थ है कि बैटर तैयार करने के लिए कम प्रोटीन वाला साबुत अनाज का आटा, पायसीकारक, मक्के का स्टार्च, चीनी, बेकिंग पाउडर, नमक और ताज़े साबुत अंडे एक साथ मिलाए गए। सोनिकेशन से पहले सामग्रियों को समान रूप से मिलाया गया, ताकि अल्ट्रासाउंड एक समान बैटर मिश्रण पर लागू हो। अल्ट्रासोनिक रूप से वातित केक में कठोरता, गोंद जैसी चिपचिपाहट और चबाने के लिए आवश्यक बल कम था, जबकि केक की प्रत्यास्थता, संसंजन और पुनर्प्राप्ति क्षमता नियंत्रण केक की तुलना में थोड़ी अधिक थी।

चॉकलेट का अल्ट्रासोनिक क्रिस्टलीकरण और कॉन्चिंग

सोनिकेशन अपनी निष्कर्षण क्षमता के लिए सुविख्यात है। कोको बीज की कोशिकाओं से अल्ट्रासोनिक पिसाई और निष्कर्षण द्वारा कोको बटर मुक्त किया जा सकता है।
अल्ट्रासाउंड चॉकलेट में चीनी के क्रिस्टलों को तोड़ने की एक वैकल्पिक तकनीक है और इस प्रकार कॉन्चिंग के समान प्रभाव उत्पन्न करता है।

मांस को अल्ट्रासोनिक रूप से मुलायम बनाना

मांस पर शक्तिशाली अल्ट्रासोनिक तरंगों का प्रयोग उसकी संरचना को मुलायम बनाता है। मांसपेशियों की कोशिकाओं से मायोफाइब्रिलर प्रोटीन मुक्त होने से मांस उल्लेखनीय रूप से मुलायम होता है। मुलायम बनाने के प्रभाव के अलावा, अल्ट्रासाउंड मांस की जल-बंधन क्षमता और संसंजन में भी सुधार करता है।
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रसोई और बार में सोनिकेशन

अल्ट्रासोनिक खाद्य प्रोसेसर अब उत्कृष्ट व्यंजन बनाने वाली रसोइयों में भी उपयोग किए जाते हैं। Hielscher अल्ट्रासोनिकेटर का उपयोग दो मिशेलिन सितारों से सम्मानित शेफ़ Sang-Hoon Degeimbre जैसे शीर्ष श्रेणी के शेफ़ करते हैं।
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कोशर और हलाल खाद्य प्रसंस्करण के लिए सोनिकेटर

Hielscher Ultrasonics अनुरोध पर अपने सोनिकेटर के लिए कोशर या हलाल प्रमाणन प्रदान कर सकता है। इसका अर्थ है कि सोनिकेटर का निर्माण और प्रसंस्करण इन धार्मिक आहार संबंधी नियमों के कड़े दिशानिर्देशों के अनुसार किया गया है। कोशर प्रमाणन सुनिश्चित करता है कि सोनिकेटर का उत्पादन किसी भी पशु उपोत्पाद या व्युत्पन्न के बिना किया गया है, जबकि हलाल प्रमाणन सत्यापित करता है कि सोनिकेटर को इस्लामी आहार संबंधी सिद्धांतों के अनुरूप संभाला गया है।

यदि आपको कोशर या हलाल प्रमाणित Hielscher सोनिकेटर की आवश्यकता है, तो कृपया हमसे संपर्क करें और हमें आवश्यक प्रमाणन की व्यवस्था करके खुशी होगी।