Ultrazvuk u prehrambenoj industriji

Ultrazvuk visoke snage koristi se u brojnim postupcima prerade hrane, uključujući ekstrakciju, homogenizaciju, pasterizaciju i fermentaciju. Kao netoplinski postupak, ultrazvučna obrada poboljšava procese proizvodnje hrane povećanjem prinosa i kvalitete, poboljšanjem nutritivnih i aromatskih profila te obradom koja štedi vrijeme i troškove.

Primjene ultrazvuka u preradi hrane

Ultrazvuk visoke snage ima širok raspon primjena u preradi hrane, uključujući ekstrakciju, miješanje, emulgiranje, pasterizaciju, otplinjavanje i omekšavanje mesa. Osim ovih glavnih primjena, ultrazvuk visoke snage primjenjuje se i za poboljšanje zamrzavanja, odmrzavanja i sušenja prehrambenih proizvoda.
Glavne prednosti ultrazvuka visokog intenziteta povezane su s poboljšanjem različitih postupaka prerade hrane, kao što su skraćivanje vremena obrade, povećanje prinosa i poboljšanje kvalitete proizvoda, te omogućuju ekonomičniju obradu uz veće uštede troškova i vremena.

U sljedećem odlomku možete pronaći glavne primjene ultrazvuka visokog intenziteta u prehrambenoj industriji:

Ekstrakcija: Ultrazvuk se može koristiti za ekstrakciju bioaktivnih spojeva iz biljnih materijala, kao što su antioksidansi, pigmenti i eterična ulja. Ovaj je postupak poznat kao ekstrakcija potpomognuta sonikacijom i može se koristiti za proizvodnju visokokvalitetnih ekstrakata u kraćem vremenu i uz manju potrošnju otapala nego tradicionalnim metodama.
Pročitajte više o prednostima ultrazvučne ekstrakcije biljnih materijala!
Homogenizacija i emulgiranje: Ultrazvučna homogenizacija može se koristiti za proizvodnju stabilnih emulzija i suspenzija, kao što su preljevi za salate, majoneza, kreme i mliječni proizvodi. Postupak uključuje primjenu visokofrekventnih zvučnih valova za usitnjavanje masnih globula u tekućini, čime se postiže glatka i ujednačena tekstura.
Saznajte više o ultrazvučnoj obradi prehrambenih emulzija!
Ovdje pronađite upute korak po korak i videozapis za ultrazvučno emulgiranje majoneze!
Konzerviranje: Ultrazvuk visokog intenziteta može se koristiti za inaktivaciju mikroorganizama, kao što su bakterije i kvasci, u prehrambenim proizvodima. Postupak, poznat kao pasterizacija potpomognuta sonikacijom, može produljiti rok trajanja prehrambenih proizvoda i smanjiti rizik od bolesti koje se prenose hranom. Kao netoplinska tehnika obrade, sonikacija izbjegava primjenu vrlo visokih temperatura te time sprječava povezanu razgradnju hranjivih tvari osjetljivih na toplinu.
Pročitajte više o produljenju roka trajanja i očuvanju hranjivih tvari primjenom sonikacije!

Želite li proizvoditi vlastite ekstrakte začina ili umake? Bilo da su namijenjeni restoranskoj kuhinji, ambicioznom pomoćnom šefu kuhinje ili komercijalnim proizvođačima, ultrazvučnom opremom Hielscher možete u kratkom vremenu proizvesti visokokvalitetne ekstrakte i umake. Izradite sami organske ekstrakte! Izbacite konzervanse! Upotrebljavajte samo sastojke koje sami odaberete!

Otplinjavanje: Primjenom ultrazvuka na tekućinu pokreću se mjehurići plina zarobljeni u tekućinama. Zbog toga se ti mjehurići zraka i plina međusobno približavaju i spajaju. To znači da nastaju veći mjehurići, što im omogućuje da isplivaju na površinu tekućine i lako se uklone.
Otapanje: Zahvaljujući izvanrednim sposobnostima miješanja i umješavanja, ultrazvuk je vrlo učinkovit u proizvodnji visoko zasićenih, pa čak i prezasićenih otopina. To se koristi u postupcima kristalizacije, kao i u proizvodnji salamura.
Fermentacija: Budući da ultrazvučni valovi perforiraju i razgrađuju stanične stijenke mikroorganizama, oni postaju podložniji procesu fermentacije. Istodobno ultrazvuk ubrzava prijenos hranjivih tvari i kisika do mikroorganizama, čime pojačava njihovu metaboličku aktivnost. Općenito, ultrazvučna obrada povećava brzinu fermentacije, skraćuje vrijeme fermentacije i povećava prinos željenog krajnjeg proizvoda. Ova je tehnologija osobito korisna za proizvodnju hrane i pića, kao što su mliječni proizvodi, jogurt, pivo, kombucha i vino.
Smanjenje viskoznosti prije sušenja raspršivanjem: Ultrazvučne smične sile mogu znatno smanjiti viskoznost suspenzija koje se razrjeđuju smicanjem i tiksotropnih suspenzija. Primjena ultrazvučnog razrjeđivanja smicanjem prije raspršivanja i obrade u sušionicima s raspršivanjem omogućuje znatno povećanje kapaciteta obrade opreme za raspršivanje. Tornjevi za sušenje raspršivanjem često su usko grlo proizvodne linije. Ultrazvukom se može povećati kapacitet postojećih sušionika s raspršivanjem.

Ultrazvučni uređaji Hielscher mogu homogenizirati i pasterizirati tekuće proizvode od jaja (cijela jaja, bjelanjke, žumanjke) radi osiguravanja sigurnosti hrane i mehaničke stabilnosti. Ultrazvučni homogenizatori Hielscher stvaraju intenzivnu kavitaciju i velike smične sile koje uništavaju mikroorganizme. Ultrazvučna pasterizacija vrlo je djelotvorna i učinkovita alternativa za pasterizaciju pri niskim temperaturama. Tekuća jaja pasterizirana ultrazvukom pokazuju manju denaturaciju proteina, manji gubitak okusa, bolju homogenost i znatno veću energetsku učinkovitost.

Zamrzavanje: Ultrazvučno zamrzavanje može se primijeniti za smanjenje stvaranja kristala leda u prehrambenim proizvodima tijekom zamrzavanja. Postupak uključuje izlaganje hrane visokofrekventnim zvučnim valovima dok se zamrzava. Ultrazvučni valovi stvaraju vibracije koje sprječavaju stvaranje velikih kristala leda, čime se dobiva proizvod glađe teksture i bolje kvalitete.
Odmrzavanje: Ultrazvučno odmrzavanje može se primijeniti za skraćivanje vremena odmrzavanja zamrznutih prehrambenih proizvoda. Postupak uključuje izlaganje zamrznutog proizvoda ultrazvučnim valovima, koji stvaraju toplinu i ubrzavaju postupak odmrzavanja. Budući da ultrazvuk potiče vrlo ravnomjernu raspodjelu energije, ultrazvučno odmrzavanje može biti osobito korisno za proizvode koje je teško ravnomjerno odmrznuti, poput mesa, plodova mora, voća i povrća.
Pri zamrzavanju, odmrzavanju i sušenju ultrazvuk velike snage znatno poboljšava procese prijenosa tvari i energije, čime ubrzava te procese i čini ih ekonomičnijima.
Otkrivanje propuštanja boca: Ultrazvuk je vrlo učinkovit način otkrivanja mjesta propuštanja i pukotina u bocama i limenkama gaziranih pića poput gaziranih bezalkoholnih pića, piva, pjenušavog vina itd. Ultrazvuk se primjenjuje i za otplinjavanje gaziranih pića, primjerice piva prije punjenja u boce, u postupku poznatom kao de-fobbing.
Salamurenje / kiseljenje: Salamurenje je uobičajen postupak konzerviranja i proizvodnje hrane, osobito mesa, ribe, sira i povrća. Sonikacija skraćuje vrijeme salamurenja i omogućuje uporabu manjih količina natrijeva klorida u usporedbi s tradicionalno salamurenim i ukiseljenim namirnicama.
Hidratacija / rehidratacija: Ultrazvuk velike snage jednostavna je, ali vrlo učinkovita metoda hidratacije ili rehidratacije prehrambenih proizvoda poput sušenih mahunarki (npr. graha, slanutka) ili dehidriranih gljiva. Budući da ultrazvuk otvara stanične pore u hrani, voda može brzo prodrijeti u nju. To dovodi do ubrzanog bubrenja mahunarki, a posljedično i kraćeg vremena kuhanja.
Dekristalizacija meda: Kao netoplinski postupak, ultrazvuk se učinkovito primjenjuje za sprječavanje stvaranja velikih kristala šećera u medu. Osim toga, već nastali veliki kristali u medu mogu se dekristalizirati ultrazvučnom obradom. Kao vrlo učinkovita tehnika otapanja, ultrazvučni uređaji sa sondom otapaju kristale šećera, čime se dobiva med ujednačeno glatke teksture. Uz to, ultrazvuk poboljšava mikrobiološku kvalitetu meda jer se neželjeni mikroorganizmi inaktiviraju djelovanjem ultrazvučnog razaranja stanica.
Prženje: Ultrazvučno prženje može se primijeniti za smanjenje upijanja ulja u prženim prehrambenim proizvodima. Postupak uključuje uranjanje mesa ili povrća u vruće ulje uz istodobno izlaganje visokofrekventnim zvučnim valovima. Ultrazvučni valovi stvaraju male mjehuriće na površini hrane, koji smanjuju dodirnu površinu između povrća / mesa i ulja, što rezultira manjim upijanjem ulja i zdravijim konačnim proizvodom. Ultrazvučno prženje omogućuje pripremu hrane na nižim temperaturama, čime se postižu vrhunski profili okusa i čuvaju hranjive tvari.
Saznajte kako se prženjem potpomognutim ultrazvukom dobivaju zdraviji, ukusniji i hrskaviji pomfrit i čips od krumpira!

Ultrazvučni uređaji visokih performansi za preradu hrane

Industrijski ultrazvučni procesori tvrtke Hielscher Ultrasonics ultrazvučni su uređaji visokih performansi kojima se može precizno upravljati, čime se omogućuju ponovljivi rezultati i ujednačena kvaliteta proizvoda. Budući da mogu postići vrlo visoke amplitude, Hielscher ultrazvučni procesori mogu se upotrebljavati za vrlo zahtjevne primjene.
Kupci su zadovoljni iznimnom robusnošću i pouzdanošću sustava Hielscher Ultrasonics. Hielscher ultrazvučni uređaji pouzdano rade u primjenama s velikim opterećenjem, zahtjevnim okruženjima i pri radu 24/7, čime osiguravaju učinkovitu i ekonomičnu preradu hrane. Intenzifikacija procesa ultrazvukom skraćuje vrijeme obrade i postiže bolje rezultate, odnosno višu kvalitetu, veće prinose i nove proizvode.
Dosljednom primjenom posebnih materijala, kao što su titanij, nehrđajući čelik, keramika ili staklo različitih kvaliteta, jamči se kompatibilnost ove tehnike s procesom.
Ultrazvučni procesori praktični su strojevi jednostavni za rukovanje, s malim zahtjevima za održavanje i relativno niskim troškovima.

Tablica u nastavku daje pregled približnog kapaciteta obrade naših ultrazvučnih uređaja:

Volumen šarže	Protok	Preporučeni uređaji
0,5 do 1,5mL	n.a.	VialTweeter
1 do 500mL	10 do 200mL/min	UP100H
10 do 2000mL	20 do 400mL/min	UP200Ht, UP400St
0,1 do 20L	0,2 do 4L/min	UIP2000hdT
10 do 100L	2 do 10L/min	UIP4000hdT
15 do 150L	3 do 15L/min	UIP6000hdT
n.a.	10 do 100L/min	UIP16000
n.a.	veći	skup uređaja UIP16000

Kontaktirajte nas! / Pitajte nas!

Projektiranje, proizvodnja i savjetovanje – kvaliteta proizvedena u Njemačkoj

Hielscher ultrazvučni uređaji poznati su po najvišim standardima kvalitete i dizajna. Robusnost i jednostavno rukovanje omogućuju nesmetanu integraciju naših ultrazvučnih uređaja u industrijska postrojenja. Hielscher ultrazvučni uređaji lako podnose teške uvjete i zahtjevna okruženja.

Hielscher Ultrasonics tvrtka je s ISO certifikatom koja poseban naglasak stavlja na ultrazvučne uređaje visokih performansi s najsuvremenijom tehnologijom i jednostavnim rukovanjem. Naravno, Hielscher ultrazvučni uređaji sukladni su zahtjevima CE i ispunjavaju zahtjeve UL, CSA i RoHs.

Povezane teme

Činjenice koje vrijedi znati

Kako djeluje ultrazvuk u preradi hrane?

Ultrazvučna prerada hrane dobro je etablirana tehnologija koja se upotrebljava u postupcima prerade hrane kao što su miješanje i homogenizacija, emulgiranje, ekstrakcija, otapanje, otplinjavanje i odzračivanje, omekšavanje mesa, kristalizacija te funkcionalizacija i modifikacija međuproizvoda i gotovih prehrambenih proizvoda. Hielscher ultrazvučni procesori za hranu, koji se već desetljećima ugrađuju u pogone za proizvodnju hrane, tehnološki su napredni i razvijeni kako bi zadovoljili zahtjeve industrije. Ultrazvučni procesori primjenjuju fizičke sile koje stvaraju valovi ultrazvuka velike snage, što dovodi do nastanka kavitacije.

Koji se napitci obično pripremaju sonikacijom?

Sonikacija se uobičajeno upotrebljava za pripremu ili obradu napitaka kao što su hladno ekstrahirana kava, čaj (uključujući yerba mate), voćni sokovi i sokovi od povrća, biljni infuzi, funkcionalni napitci (biljni ekstrakti), biljna mlijeka, fermentirani napitci (za intenzifikaciju procesa) i koncentrati napitaka za proizvodnju napitaka spremnih za konzumaciju (RTD).
Pronađite više informacija o proizvodnji sljedećih napitaka:

Što je akustična kavitacija?

Akustična kavitacija, poznata i kao ultrazvučna kavitacija, rast je i urušavanje sićušnih vakuumskih mjehurića u ultrazvučnom polju stvorenom u tekućinama ili suspenzijama. Kavitacijski mjehurići rastu tijekom izmjeničnih ciklusa visokog i niskog tlaka, koji odgovaraju fazama kompresije i razrjeđivanja. Nakon rasta tijekom nekoliko izmjeničnih tlačnih ciklusa, vakuumski mjehurić doseže točku u kojoj više ne može apsorbirati energiju te tijekom ciklusa visokog tlaka silovito implodira. Tijekom urušavanja mjehurića lokalno nastaju ekstremni uvjeti, uključujući ekstremne temperature do 5.000K uz vrlo velike brzine zagrijavanja i hlađenja, tlakove do 2000atm i odgovarajuće razlike tlaka te mlazove tekućine brzine do 280m/s. U tim kavitacijskim „vrućim točkama” lokalno ekstremne sile stvaraju fizikalne uvjete koji dovode do miješanja, ekstrakcije i povećanog prijenosa tvari.

Akustična ili ultrazvučna kavitacija: rast i implozija mjehurića

Akustična kavitacija, koju stvara ultrazvuk visokog intenziteta i niske frekvencije, stvara intenzivne smične sile te lokalno velike razlike tlaka i temperature, koje osiguravaju djelovanje potrebno za intenzivno miješanje i prijenos tvari. Te ultrazvučne smične sile uspješno se primjenjuju u preradi hrane.

Literatura/Reference

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.