Vrhunska učinkovitost i kvaliteta u proizvodnji mlijeka od orašastih plodova primjenom ultrazvuka
Mlijeka od orašastih plodova i biljne alternative mlijeku rastući su segment prehrambenih proizvoda. U proizvodnji mlijeka od orašastih plodova i biljnih zamjena za mlijeko ultrazvučna ekstrakcija i homogenizacija pokazale su velike prednosti u odnosu na konvencionalne tehnike. Ultrazvuk velike snage povećava prinos, stabilnost proizvoda, sadržaj hranjivih tvari i ukupnu učinkovitost obrade.
Veći prinosi mlijeka od orašastih plodova uz ultrazvuk velike snage
Ultrazvučna ekstrakcija dobro je poznata kao pouzdana i vrlo učinkovita metoda za povećanje prinosa biljnih ulja, proteina, polisaharida i mikronutrijenata. Stoga se sonikacija primjenjuje u proizvodnji biljnih zamjena za mlijeko, primjerice od badema, indijskih oraščića, kokosa, lješnjaka, kikirikija, sezama, soje, tigrastih oraščića, zobi, riže, konoplje, graška, pistacija, oraha, amaranta ili kvinoje. Sirovine za mlijeka od orašastih plodova i druge biljne alternative mlijeku često su skupe, a veći ekstrakcijski prinosi iz tih sirovina smanjuju troškove proizvodnje i poboljšavaju učinkovitost proizvodnje.
Industrijski ultrazvučni procesor UIP2000hdT za homogenizaciju mlijeka od orašastih plodova.
Kako ultrazvučna ekstrakcija povećava prinos?
Načelo rada ultrazvučne ekstrakcije temelji se na akustičnoj kavitaciji. Mehanizam kojim ultrazvuk niske frekvencije i visokog intenziteta intenzivira ekstrakciju uglavnom se pripisuje pojavi akustične kavitacije. Kada kavitacijski mjehurići kolabiraju na površini biljnog materijala, erozija i sonoporacija razaraju matriks biljnih stanica (primjerice u maceriranim orašastim plodovima, sjemenkama, mahunarkama i lišću), što dovodi do uništenja stanične strukture i oslobađanja unutarstaničnih tvari poput proteina, lipida, polisaharida, vlakana, vitamina, minerala i fitokemikalija. Time intenzivirani prijenos tvari olakšava oslobađanje molekula poput proteina, lipida, polisaharida i fitokemikalija.
Smične sile nastale djelovanjem ultrazvuka poboljšavaju prodiranje otapala u stanični matriks biljnog materijala te propusnost staničnih membrana. (Napominjemo da se pojam otapalo upotrebljava u širokom smislu i obuhvaća svaku tekućinu, primjerice vodu). Ti mehanizmi ultrazvuka velike snage odgovorni su za znatno intenziviranje procesa koje se postiže primjenom sonikacije za ekstrakciju prehrambenih proizvoda iz biljnih sirovina. Budući da ultrazvučna kavitacija stvara tako intenzivne sile, ona omogućuje vrlo učinkovito razaranje stanica i miješanje na makro i mikro razini. Nadalje, znatno se poboljšavaju prodiranje otapala, otapanje bioaktivnih spojeva i prijenos tvari. Zbog toga je ekstrakcija potpomognuta ultrazvukom vrlo djelotvorna te omogućuje vrhunske prinose ekstrakta uz kratko vrijeme obrade.
Poboljšana stabilnost mlijeka od orašastih plodova primjenom ultrazvuka
Sonikacija visokog intenziteta i niske frekvencije djelotvorna je i pouzdana metoda za poboljšanje fizičke stabilnosti suspenzija te mikrobiološke stabilnosti prehrambenih proizvoda (primjerice mlijeka od orašastih plodova i drugih zamjena za mlijeko).
Ultrazvučno poboljšana fizikalno-kemijska stabilnost mlijeka od orašastih plodova
Ultrazvuk velike snage, koji se široko primjenjuje za homogenizaciju i emulgiranje prehrambenih proizvoda, vrlo je učinkovita netoplinska tehnika za proizvodnju izrazito homogenih i dugoročno stabilnih prehrambenih proizvoda. Ultrazvučna homogenizacija smanjuje promjer kapljica masti na ujednačenu, vrlo malu veličinu i ravnomjerno raspršuje čvrste čestice poput škroba, šećera i vlakana. Time ultrazvučna homogenizacija znatno poboljšava fizikalno-kemijsku stabilnost mlijeka od orašastih plodova i drugih biljnih mlijeka te sprječava neželjeno razdvajanje faza.
Lu i sur. (2019) istražuju učinke ultrazvučne obrade velike snage na kokosovo mlijeko. Obrada sonikacijom smanjila je veličinu čestica kokosova mlijeka i ujednačila raspodjelu kapljica i čvrstih tvari u sustavu. U usporedbi s mehanički emulgiranim kokosovim mlijekom, ultrazvučna obrada pokazala je značajan učinak na ujednačenost emulzijskog sustava (p < 0,05). Osim toga, uočeno je da sonikacija potiče inkapsulaciju amiloze u enzim amilazu u međufaznom sloju.
Iswarin i Permadi (2012) istraživali su kako ultrazvučna obrada utječe na promjer kapljica mliječnih napitaka na bazi kokosa, proučavajući različite kombinacije intenziteta ultrazvuka. Ultrazvučna obrada smanjila je promjer kapljica, a smanjenje veličine bilo je veće pri većem intenzitetu ultrazvuka.
Ultrazvučno poboljšana mikrobna stabilnost mlijeka od orašastih plodova
Dokazano je da ultrazvučna obrada smanjuje mikrobno opterećenje mliječnih proizvoda, voćnih sokova i druge tekuće hrane. Stoga je ultrazvučna pasterizacija uvedena i u postupak konzerviranja alternativa mlijeku radi poboljšanja mikrobne stabilnosti zamjena za mlijeko od orašastih plodova i drugih biljnih sirovina.
Iorio i sur. (2019) proučavali su ultrazvučnu inaktivaciju bakterija Escherichia coli O157:H7 i Listeria monocytogenes u bademovu mlijeku te su uspjeli pokazati da ultrazvučna pasterizacija uzrokuje subletalna oštećenja patogena, što dovodi do produljenja roka trajanja. Primjerice, obrada ultrazvučnom pasterizacijom znatno je smanjila razinu E. coli O157:H7 s 5,12 na 3,81 log CFU/mL te smanjila stopu rasta (µmax) (s 1,19 na 0,79 (log CFU/mL)/day).
- Veći prinosi
- Vrhunska kvaliteta
- Poboljšan nutritivni profil
- Fizikalno-kemijska i mikrobna stabilizacija
- Bez toplinske razgradnje
- Intenzifikacija procesa za veću ukupnu učinkovitost
- Uvjeti koji se mogu precizno kontrolirati
- Troškovno učinkovito
Multisonoreactor s 4x 4kW ultrazvučnim homogenizatorima za kontinuiranu obradu mlijeka od orašastih plodova
Veći sadržaj hranjivih tvari uz ultrazvučnu ekstrakciju mlijeka od orašastih plodova
Mikronutrijenti poput vitamina, polifenola i antioksidansa nalaze se unutar stanične matrice biljaka. Za učinkovito oslobađanje tih mikronutrijenata potrebno je potpuno razaranje stanica i intenzivno mikromiješanje stanične tvari i otapala. Kao što je prethodno opisano, ultrazvučna ekstrakcija vrlo je učinkovita u razaranju stanica i oslobađanju lipida, proteina, polisaharida, vlakana i fitokemikalija iz stanične matrice. Ultrazvučna ekstrakcija vrlo je učinkovita metoda za izdvajanje cjelokupne količine fitokemikalija iz biljnog materijala u brzom postupku ekstrakcije. Primjena ultrazvuka velike snage stvara snažne kavitacijske učinke, poremećaje / turbulencije i strujanje tekućine velikom brzinom, koji ispiru fitokemikalije iz unutrašnjosti stanica. Budući da je riječ o netoplinskoj metodi ekstrakcije, primjenom ultrazvučne obrade sprječava se toplinska razgradnja tih osjetljivih mikronutrijenata.
Kinetika ukupnog sadržaja fenolnih spojeva (izraženog kao eq mg naringenina/g badema) sa sonikacijom i bez nje uz primjenu uređaja UIP1000hdT. Ultrazvučna ekstrakcija povećala je ukupni sadržaj fenolnih spojeva za 258 %.
Podaci su srednje vrijednosti ± SD, n = 3. Ultrazvuk (žuto) u usporedbi s obradom bez ultrazvuka (narančasto).
Grafikon i istraživanje: Tabib i sur., 2020
Vrhunska učinkovitost u proizvodnji mlijeka od orašastih plodova primjenom ultrazvuka
Veći prinosi, poboljšani nutritivni profil i kraće trajanje obrade samo su neke od prednosti koje pridonose vrhunskoj učinkovitosti ultrazvučne obrade mlijeka od orašastih plodova i nemliječnih napitaka. Niska potrošnja energije, mali zahtjevi za održavanjem i rad 24/7 dodatni su čimbenici koji pridonose iznimnoj ukupnoj učinkovitosti ultrazvučne obrade. Hielscher ultrazvučni homogenizatori visokih performansi mogu raditi 24/7 u zahtjevnim uvjetima i obrađivati velike volumene u načinu rada s kontinuiranim protokom. Hielscher ultrazvučni procesori imaju izvanrednu ukupnu energetsku učinkovitost. Robusnost i mali zahtjevi za održavanjem također održavaju niske operativne troškove.
Što istraživanja govore o ultrazvučnoj obradi hrane
“Ultrazvučna tehnologija u posljednjem se desetljeću uvelike afirmirala. Primjenu je pronašla u industriji voćnih sokova i napitaka zahvaljujući svojim višestrukim poželjnim učincima. Tehnologija je jeftina, jednostavna, pouzdana, ekološki prihvatljiva i vrlo učinkovita u konzerviranju sokova uz poboljšana svojstva kvalitete.” (Dolas et al., 2019)
“Sonikacija je tehnologija u usponu koja može poboljšati kvalitetu hrane i smanjiti gubitak hranjivih tvari.” (Cheok et al., 2013)
Ultrazvučni procesori za obradu hrane za industrijsku proizvodnju mlijeka od orašastih plodova
Hielscher Ultrasonics projektira, proizvodi i distribuira sustave za ultrazvučnu obradu hrane visokih performansi za kontinuiranu industrijsku proizvodnju mlijeka od orašastih plodova (poput mlijeka od indijskih oraščića, badema, lješnjaka, oraha, kikirikija i kokosa) te biljnih zamjena za mlijeko (poput mlijeka od riže, soje, pira, zobi, sezama, lanenih sjemenki i graška te fermentiranog mlijeka od tigrovog oraščića).
Primjena ultrazvučne obrade hrane pruža velike prednosti jer je riječ o netoplinskoj, isključivo mehaničkoj metodi koja poboljšava konačne proizvode, skraćuje vrijeme obrade i prihvatljivija je za okoliš.
Hielscher sustavi za ultrazvučnu obradu hrane upotrebljavaju se za brojne primjene kao sigurna, pouzdana i troškovno učinkovita tehnologija za proizvodnju visokokvalitetne hrane i napitaka. Ugradnja i rad svih Hielscher ultrazvučnih procesora jednostavni su: zahtijevaju malo prostora i lako se mogu naknadno ugraditi u postojeća postrojenja za obradu.
Hielscher Ultrasonics ima dugogodišnje iskustvo u primjeni ultrazvuka velike snage u industriji hrane i pića te u mnogim drugim industrijskim granama. Naši ultrazvučni procesori opremljeni su sonotrodama i protočnim ćelijama (dijelovima u dodiru s tekućinom) koje je lako čistiti (čišćenje na mjestu CIP / sterilizacija na mjestu SIP). Industrijski ultrazvučni procesori tvrtke Hielscher Ultrasonics mogu postići vrlo visoke amplitude. Pri amplitudama do 200µm lako se može kontinuirano raditi u režimu 24/7. Visoke amplitude važne su za postizanje homogene raspodjele čestica i inaktivaciju otpornijih mikroorganizama (npr. gram-pozitivnih bakterija). Za još više amplitude dostupne su prilagođene ultrazvučne sonotrode. Sve sonotrode i ultrazvučni reaktori s protočnim ćelijama mogu raditi pri povišenim temperaturama i tlakovima, što omogućuje pouzdanu termo-mano-sonikaciju (sonikaciju u kombinaciji s povišenom temperaturom i tlakom) te vrlo učinkovitu ekstrakciju i stabilizaciju.
Najsuvremenija tehnologija, visoke performanse i sofisticirani softver čine opremu tvrtke Hielscher Ultrasonics pouzdanim radnim strojevima u vašoj liniji za ekstrakciju, homogenizaciju i pasterizaciju hrane. Zahvaljujući malim prostornim zahtjevima i raznovrsnim mogućnostima ugradnje, Hielscher ultrazvučni uređaji mogu se lako integrirati ili naknadno ugraditi u postojeće proizvodne linije.
Kontaktirajte nas sada kako biste saznali više o značajkama i mogućnostima naših sustava za ultrazvučnu ekstrakciju, homogenizaciju i pasterizaciju. Rado ćemo s vama razgovarati o vašoj primjeni!
Tablica u nastavku daje pregled približnog kapaciteta obrade naših ultrazvučnih uređaja:
| Volumen šarže | Protok | Preporučeni uređaji |
|---|---|---|
| 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 |
| n.a. | 10 do 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | veći | skupina uređaja UIP16000 |
Kontaktirajte nas! / Pitajte nas!
Hielscher Ultrasonics proizvodi ultrazvučne homogenizatore visokih performansi za primjene miješanja, dispergiranje, emulgiranje i ekstrakciju u laboratorijskom, pilotnom i industrijskom mjerilu.
Literatura / Reference
- Tabib, Malak, Yang Tao, Christian Ginies, Isabelle Bornard, Njara Rakotomanomana, Adnane Remmal, Farid Chemat (2020): A One-Pot Ultrasound-Assisted Almond Skin Separation/Polyphenols Extraction and its Effects on Structure, Polyphenols, Lipids, and Proteins Quality. Applied Sciences 10, no. 10: 3628.
- Iswarin, S.J.; Permadi, B. (2012): Coconut milk’s fat breaking by means of ultrasound. Int. J. Basic Appl. Sci. 12, 2012. 1–5.
- Maria Clara Iorio, Antonio Bevilacqua, Maria Rosaria Corbo, Daniela Campaniello, Milena Sinigaglia, Clelia Altieri (2019): A case study on the use of ultrasound for the inhibition of Escherichia coli O157:H7 and Listeria monocytogenes in almond milk. Ultrasonics Sonochemistry, Volume 52, 2019. 477-483.
- Rupali Dolas, Chakkaravarthi Saravanan, Barjinder Pal Kaur (2019): Emergence and era of ultrasonic’s in fruit juice preservation: A review. Ultrasonics Sonochemistry, Volume 58, 2019.
- Xu Lu, Jinghao Chen, Mingjing Zheng, Juanjuan Guo, Jingxuan Qi, Yingtong Chen, Song Miao, Baodong Zheng (2019): Effect of high-intensity ultrasound irradiation on the stability and structural features of coconut-grain milk composite systems utilizing maize kernels and starch with different amylose contents. Ultrasonics Sonochemistry Volume 55, 2019. 135-148.
Korisne činjenice
Proizvodnja mlijeka od orašastih plodova i biljnih zamjena za mliječne proizvode
Proizvodnja mlijeka od orašastih plodova i drugih biljnih, nemliječnih napitaka (npr. od badema, indijskih oraščića, kokosa, lješnjaka, kikirikija, sezama, soje, tigrastog oraščića, zobi, pira, riže, konoplje, graška, lanenih sjemenki, sjemenki lana, oraha) obično uključuje sljedeće korake obrade: mokro mljevenje i usitnjavanje radi ekstrakcije, filtraciju, dodavanje prehrambenih aditiva i sastojaka, pasterizaciju / sterilizaciju, homogenizaciju i aseptičko pakiranje.
Često korišteni aditivi su gume i lecitin, koji se upotrebljavaju za poboljšanje stabilnosti, te sol i sladila, koji se upotrebljavaju za promjenu teksture i profila okusa. Biljne zamjene za mlijeko često se obogaćuju proteinima, vitaminima i mineralima kako bi se postigao uravnotežen nutritivni profil biljnog nemliječnog napitka.
Ovisno o vrsti biljne zamjene za mlijeko, kao osnova upotrebljava se različita sirovina (npr. orašasti plodovi, žitarice, mahunarke). Ta se sirovina (npr. bademi, zrna soje ili zob) miješa s određenom količinom vode i melje postupkom mokrog mljevenja pri povišenim temperaturama. Tijekom tog postupka mljevenja uz zagrijavanje iz sirovine se ekstrahiraju vrijedni biljni spojevi poput proteina, lipida, vlakana i vitamina, što je dugotrajno i često prilično neučinkovito. Zbog nepotpune ekstrakcije može biti potreban drugi korak ekstrakcije kako bi se povećao prinos mlijeka od orašastih plodova ili biljne zamjene za mlijeko. Kada se ultrazvučna ekstrakcija uvede u postupak mljevenja, ekstrakcija biljnih spojeva znatno se povećava i ubrzava.
Nakon mljevenja i ekstrakcije biljno mlijeko odvaja se od ekstrahiranih biljnih vlakana u velikim centrifugama. Radi poboljšanja teksture i senzorskih svojstava, biljno mlijeko može se homogenizirati s jestivim uljem ili zgusnuti dodavanjem guma, pomiješati s raznim aditivima (vitaminima, mineralima), a na kraju se pasterizira toplinskom obradom i zatim pakira.
Sonikacija se može upotrebljavati za homogeno dispergiranje guma i drugih prehrambenih aditiva u biljnom napitku te za poticanje mikrobne stabilizacije ultrazvučnom pasterizacijom.
Nadalje, sonikacija se upotrebljava za ekstrakciju i modifikaciju proteina radi dobivanja visokofunkcionalnih prehrambenih aditiva i dodataka prehrani. Pročitajte više o ultrazvučnoj obradi biljnih proteina!
Hielscher Ultrasonics proizvodi ultrazvučne homogenizatore visokih performansi od laboratorijskih do industrijskih veličina.