Ultrahangos fehérjefeldolgozás élelmiszerekhez és étrend-kiegészítőkhöz

Az ultrahangos kezelés hatékony feldolgozási technológia az élelmiszerekben és étrend-kiegészítőkben használt fehérjék funkcionalitásának, diszpergálhatóságának, oldhatóságának és stabilitásának javítására. A növényi fehérjéktől, például a zab-, borsó-, szója-, kender- és rizsfehérjéktől kezdve a tejfehérjékig és a kevert készítményekig a nagy intenzitású ultrahang segít a gyártóknak optimalizálni a fehérjerendszereket a jobb feldolgozhatóság és a kedvezőbb terméktulajdonságok érdekében.

A fehérjefeldolgozásban az ultrahang több mint keverési segédeszköz. A megfelelően szabályozott ultrahangos kezelés csökkentheti a részecskeméretet, javíthatja a hidratációt és a diszpergálást, növelheti az oldott fehérje arányát, és javíthatja a szuszpenzió stabilitását. Ezek a hatások különösen fontosak a fogyasztásra kész italok, a fehérjekoncentrátumok, a dúsított élelmiszerek és a por alakú étrend-kiegészítő készítmények esetében. Egy 2025-ben megjelent, a zabfehérje ultrahangos feldolgozását vizsgáló tanulmányban (Höhme-Matthes et al.) az ultrahangos kezelés növelte a zabfehérje-koncentrátum oldott mennyiségét, és az energiasűrűség növekedésével csökkentette a szuszpenzió instabilitását.

Miért fontos az ultrahangos fehérjefeldolgozás?

Az élelmiszerek és étrend-kiegészítők gyártói gyakran szembesülnek olyan kihívásokkal, mint a gyenge nedvesedés, a nem teljes hidratáció, az ülepedés, a nagy viszkozitás, az instabil szuszpenziók és az ingadozó funkcionalitás. Ezek a problémák még nagyobb jelentőségűvé válnak a magas fehérjetartalmú, növényi alapú és egyszerű, átlátható összetevőlistájú készítmények esetében.
A nagy intenzitású, alacsony frekvenciájú ultrahang akusztikus kavitációt hoz létre a folyadékokban. A mikroszkopikus buborékok összeroppanása helyi nyíróerőket, turbulenciát és mikrokeveredést hoz létre. A fehérjerendszerekben ezek a hatások felbonthatják az agglomerátumokat, csökkenthetik a részecskeméretet, javíthatják az anyagátadást, és módosíthatják a fehérjében gazdag szuszpenziók fizikai szerveződését. Az eredmény egy könnyebben feldolgozható fehérjerendszer, amely a késztermékben gyakran jobb tulajdonságokat is mutat.

Ipari ultrahangos élelmiszer-feldolgozó berendezés fehérjével dúsított élelmiszerek és italok homogenizálására folyamatos átfolyásos üzemmódban.

UIP16000 ultrahangos élelmiszer-homogenizátor fehérjék ipari feldolgozásához, nagyobb kihozatal és jobb funkcionális tulajdonságok elérésére

Hogyan javítja az ultrahangos kezelés a fehérjefeldolgozást az élelmiszeriparban?

Jobb diszpergálás és hidratáció
A fehérjeporok gyakran egyenetlenül hidratálódnak, és agglomerátumokat képeznek. Az ultrahangos kezelés segít felbontani a részecske-agglomerátumokat, és elősegíti az egyenletesebb nedvesedést, ami lerövidítheti a hidratációs időt, és javíthatja a kezelhetőséget a további feldolgozási lépésekben.
Részecskeméret-csökkentés
A kisebb részecskeméret gyakran simább szájérzettel, kedvezőbb szuszpenziós viselkedéssel és a fehérjefelületek jobb vízhozzáférhetőségével jár együtt. A zabfehérjéről szóló tanulmány kifejezetten arra a következtetésre jut, hogy az ultrahang a részecskeméret csökkentése szempontjából hasznos a növényi fehérjék ipari léptékű feldolgozásában.
Nagyobb fehérjeoldhatóság
Az ultrahangos kezelés növelheti a fehérjék oldott hányadát, és javíthatja a látszólagos oldhatóságot a nehezen kezelhető rendszerekben. A zabfehérjéről szóló tanulmányban a szerzők arról számolnak be, hogy az ultrahangos kezelés növelte a zabfehérje-koncentrátum oldott mennyiségét, és az oldhatóság már 200 J/mL energiasűrűségnél körülbelül háromszoros volt.
Fokozott szuszpenzióstabilitás
A diszpergálás javításával és a fel nem oldódott részecskék arányának csökkentésével az ultrahang segít mérsékelni az ülepedést és a fázisszétválást. A feltöltött tanulmány arról számol be, hogy az ultrahangos kezelés csökkentette a zabfehérje-koncentrátum szuszpenzióinak instabilitását, és a folyamatos, átfolyó cellás kezelés azonos energiasűrűségnél jelentősen javította a szuszpenzió stabilitását.

Ismerje meg, hogyan javítja a nagy teljesítményű ultrahang a lencse és más hüvelyesek feldolgozását ebben a Hielscher UP400ST szondás ultrahangos készülékkel végzett bemutatóban. A videóban a lencsét szabályozott ultrahangos kavitációnak tesszük ki: ez a hatékony fizikai mechanizmus javítja a hidratálást, felgyorsítja a diffúziós folyamatokat és elősegíti az értékes vegyületek felszabadulását. Az ultrahangos kezelés elősegíti a magvak gyors hidratálását, a sejtfalak szonoporációját és az anyagátadás javulását, így hatékony módszer a vetőmagok előkondicionálásában, az élelmiszer-feldolgozásban és az extrakciós alkalmazásokban. Amikor a kavitációs buborékok a mag felszíne közelében összeomlanak, mikrosugarakat és nyíróerőket hoznak létre, amelyek mikrocsatornákat nyitnak a maghéjban – így a víz és az oldott anyagok hatékonyabban hatolhatnak be. Az ultrahangos feldolgozást széles körben alkalmazzák az élelmiszer-tudományban, a mezőgazdaságban, a biotechnológiában és a növényi alapú összetevők gyártásában.

Példa: zabfehérje feldolgozása Hielscher ultrahangos készülékekkel

Egy, a zabfehérje-koncentrátum feldolgozásáról szóló 2025-ös tanulmány Hielscher berendezések használatával jellemezte mind a szakaszos, mind az átfolyó cellás ultrahangos kezelést. A kutatók Hielscher UIP1500hdT és Hielscher UP200St készülékeket használtak kísérleteikben. Megállapították, hogy az ultrahangos kezelés növelte a zabfehérje-koncentrátum oldott mennyiségét, miközben az energiasűrűség növekedésével csökkentette a szuszpenzió instabilitását. Azt is megállapították, hogy az átfolyó cellás ultrahangos kezelés nagyobb feldolgozási kapacitást tett lehetővé, és a szokásos szakaszos kialakításhoz képest ipari jelentőséggel bírt.
A tanulmány arra is következtet, hogy az ultrahang hasznos eszköz a növényi fehérjekoncentrátumok ipari léptékű feldolgozási alkalmazásaiban. Kiemeli a hatékonyabb részecskeméret-csökkentést, a jobb szuszpenzióstabilitást, valamint az átfolyó cellás elrendezésekben végzett folyamatos ultrahangos kezelés jelentőségét a folyamat hatékonysága és a léptéknövelés szempontjából.

Példa: a borsófehérje funkcionalitásának javítása ultrahangos kezeléssel

Az ultrahangos feldolgozás számos egyértelmű előnyt kínál a borsófehérje-rendszerek számára: az aggregátumok felbontásával és a részecskeméret csökkentésével javítja a diszpergálhatóságot és az oldhatóságot, ami javíthatja az élelmiszerekben betöltött funkcionális szerepet anélkül, hogy rontaná a fehérje emészthetőségét vagy biológiai hozzáférhetőségét. A rosttartalmú készítményekben az ultrahang hasznos fehérje–rost hálózatok kialakulását is elősegítheti, és a rost típusától függően növelheti a viszkozitást és a textúraképző képességet. A fermentált, borsófehérje-alapú joghurtalternatívákban az ultrahang tovább javította a termékminőséget azáltal, hogy csökkentette a kellemetlen ízt és szagot okozó főbb vegyületek, például a hexanal és a 2-pentilfurán mennyiségét, miközben növelte a kívánatos, joghurtszerű aromát adó vegyületek, például a diacetil és az acetoin mennyiségét. Ez ígéretes, az egyszerű és átlátható összetevőlistával összeegyeztethető eszközzé teszi mind a funkcionalitás, mind az érzékszervi tulajdonságok javítására.
(vö. Kalla-Berthold et al., 2023; Matysek et al., 2024)

Az ultrahangos kezelés jelentős hatással van a borsófehérjére: az ultrahangos részecskeméret-csökkentés és módosítás jobb funkcionális tulajdonságokat eredményez élelmiszer-adalékanyagként.

FE-SEM-felvételek (400x és 2000x nagyítás, léptékjel: 10 µm) kezeletlen (UT) és
ultrahanggal kezelt (T) borsófehérje-mintákról (PP).
Tanulmány és kép: ©Kalla-Berthold et al., 2023

UIP4000hdT ultrahangos extraktor növényi alapú fehérjék nagy feldolgozási kapacitású extrakciójához és módosításához

UIP4000hdT ultrahangos készülék növényi alapú fehérjék nagy feldolgozási kapacitású extrakciójához és módosításához

Példa: az ultrahanggal kezelt kenderfehérje előnyei

A kenderfehérje ultrahangos extrakciója számos figyelemre méltó előnyt kínál, különösen a zsírtalanított kendermaghulladék nagyobb értékű összetevőkké történő hasznosításában. A feltöltött tanulmányban az ultrahanggal segített extrakció a hagyományos extrakcióhoz képest javította a teljes fehérjekinyerési arányt és a tisztaságot; a legjobb kombinált eljárás HPP-előkezeléssel párosítva körülbelül 62%-os fehérjekinyerési arányt és körülbelül 76%-os tisztaságot ért el. Az izolátumokban az aminosavak kinyerését is javította, ami a tápanyag-kihozatal javulására utal, miközben nem okozott jelentős, látható károsodást az SDS-PAGE fehérjesáv-mintázataiban. Összességében az eredmények alátámasztják, hogy az ultrahang környezetkímélőbb, hatékonyabb extrakciós megközelítés, amely csökkentheti a feldolgozás intenzitását, és segíthet a kender melléktermékeit hasznos élelmiszeripari és nutraceutikai fehérje-összetevőkké alakítani.
(vö. Cabral et al. 2023)

Példa: fehérjehidrolizátum ultrahangos extrakciója rizskorpából

A rizsfehérje-hidrolizátum ultrahangos extrakciója egyértelmű funkcionális előnyöket kínál, mivel az ultrahang a sejtszerkezetek megbontásával és az anyagátadás fokozásával javítja a fehérjék felszabadulását a rizskorpából, így az extrakció hatékonyabbá válik a hagyományos megközelítéseknél. A tanulmányban az extrakciót sikeresen optimalizálták 0,43 szilárd/folyadék arány, 48,25%-os amplitúdó és 29,89 perces kezelési idő mellett, és az ultrahanggal segített enzimes hidrolízis erős bioaktivitású hidrolizátumok előállítását is támogatta, beleértve a nagy ACE-gátló aktivitást és az antioxidáns potenciált. A szerzők arra a következtetésre jutnak, hogy az ultrahang nemcsak a fehérjeextrakció, hanem az enzimes hidrolízis gyorsításának is hatékony technikája, amely segít a rizskorpát nagyobb értékű bioaktív fehérje-összetevőkké alakítani.
(vö. Hayta et al., 2020)

Előnyök az élelmiszerek és étrend-kiegészítők gyártói számára

Jobb termékminőség
Az ultrahangos kezelés elősegítheti a simább textúrát és szájérzetet a folyékony fehérjetermékekben, a jobb homogenitást a szuszpenziókban és előkeverékekben, a kevésbé látható ülepedést a fehérjeitalokban, valamint az egyenletesebb funkcionális teljesítményt a gyártási tételek között.
Hatékonyabb feldolgozás
Az ultrahang a diszpergálás és a hidratáció gyorsításával, valamint a folyamatos, gyártósorba integrált kezelés lehetővé tételével intenzívebbé teheti a feldolgozást. A zabfehérjéről szóló tanulmány arról számol be, hogy az átfolyó cellás kialakítás nagy tömegfeldolgozási kapacitás mellett is nagyobb sűrűségeket tesz lehetővé, ezért a szokásos szakaszos kialakításhoz képest nagyobb hatékonyságot és nagyobb ipari jelentőséget támogathat.
Nagyobb rugalmasság a készítmények kialakításában
Az ultrahangos kezelés hasznos a nehezen kezelhető növényi fehérjekészítmények, a magas fehérjetartalmú, fogyasztásra kész (RTD) italok, az étrend-kiegészítő alapok, valamint a homogenizálást, hidrolízist vagy szárítást megelőző folyamatok esetében. A tanulmány megemlíti jelentőségét a növényi alapú italok, a zagyok és az ezt követő hidrolízislépések szempontjából.
Jobb léptéknövelési lehetőségek
A meghatározott ultrahangos kezelési paraméterek, például az amplitúdó, az intenzitás, az energiasűrűség, a tartózkodási idő és az ellennyomás támogatják a folyamat átvitelét a laboratóriumi munkából a kísérleti üzemi és ipari gyártásba. A feltöltött tanulmány különös hangsúlyt helyez ezekre a paraméterekre a léptéknövelésre alkalmas folyamatos feldolgozás tervezése során.

Növényi alapú fehérjék ipari feldolgozása a Hielscher UIP6000hdT gyártósorba integrált ultrahangos készülékkel

UIP6000hdT ipari ultrahangos készülék (6kW) fehérjeszuszpenziók gyártósorba integrált feldolgozásához

Miért előnyös a Hielscher ultrahangos készülékek használata?

A Hielscher ultrahangos készülékek vonzó megoldást jelentenek a fehérjefeldolgozásban, mert szabályozott és reprodukálható ultrahangos kezelést tesznek lehetővé. A gyártók számára a valódi előny nem csupán a kavitáció létrehozása, hanem annak meghatározott és léptéknövelésre alkalmas körülmények közötti előidézése.

Szabályozott ultrahangos kezelési paraméterek
A tanulmányban használt Hielscher rendszerek lehetővé tették a kutatók számára, hogy meghatározott amplitúdókkal, intenzitásokkal és energiasűrűségekkel dolgozzanak mind szakaszos, mind átfolyó cellás üzemmódban. Ez támogatja a szisztematikus folyamatfejlesztést és a léptéknövelést.
Szakaszos és átfolyó cellás üzemeltetési lehetőség
A gyártók szakaszos üzemben értékelhetik az ultrahangos kezelést, majd áttérhetnek a folyamatos, gyártósorba integrált feldolgozásra. A feltöltött tanulmány azt mutatja, hogy a folyamatos, átfolyó cellás ultrahangos kezelés a szuszpenzióstabilitás és az ipari jelentőség tekintetében felülmúlhatja a szakaszos kezelést.
Folyamattervezés ipari feldolgozási kapacitáshoz
A tanulmány azt mutatja, hogy az ellennyomás, a tartózkodási idő és a tömegáram fontos változók a folyamatos ultrahangos kezelésben. Ez azért lényeges a gyártók számára, mert az ultrahangos kezelést valódi folyamatmérnöki eszközzé teszi, nem csupán laboratóriumi technikává.
Támogatás a nehezen kezelhető fehérjerendszerekhez
A tanulmány hangsúlyozza, hogy az olyan terméktulajdonságok célzott alakítása, mint a részecskeméret, a szuszpenzióstabilitás, az oldhatóság és a viszkozitás, kiemelkedő jelentőségű a növényi alapú szuszpenziók esetében. Azt is megjegyzi, hogy az ultrahangos készülékek kis helyigényűek, nagy szilárdanyag-koncentrációkat is képesek kezelni, és a fizikai és kémiai hatások egyedülálló kombinációját kínálják.

Jellemző alkalmazások
Az ultrahangos fehérjefeldolgozás a következők esetében jelentős:

zab-, borsó-, szója-, rizs-, lóbab- vagy keverékalapú növényi fehérjeitalok;
fehérjével dúsított tejalapú és nem tejalapú italok;
étrend-kiegészítő szuszpenziók és kis adagú folyékony készítmények;
fehérjediszperziók homogenizálás vagy emulgeálás előtt;
valamint előkeverékek porlasztva szárításhoz vagy további funkcionalizáláshoz.

Az ultrahang mint léptéknövelésre alkalmas fehérjefeldolgozási technológia

Az ultrahangos kezelés segít az élelmiszerek és étrend-kiegészítők gyártóinak javítani a fehérjék funkcionalitását ott, ahol a hagyományos keverés önmagában gyakran eléri a korlátait. A diszpergálás fokozásával, a részecskeméret csökkentésével, az oldott fehérjefrakciók növelésével és a szuszpenziók stabilizálásával az ultrahang mérhető előnyöket nyújthat a termékminőség és a folyamathatékonyság terén. A feltöltött tanulmány alátámasztja ezt a megállapítást a zabfehérje-koncentrátumok esetében, és arra utal, hogy a folyamatos, átfolyó cellás ultrahangos kezelés különösen ígéretes az ipari feldolgozásban.
A Hielscher ultrahangos készülékek gyakorlati utat kínálnak a laboratóriumi megvalósíthatóságtól az ipari megvalósításig. A publikált fehérjefeldolgozási kutatásokban való alkalmazásuk, beleértve a feltöltött zabfehérje-tanulmányt is, megmutatja, hogyan fejleszthető az ultrahangos kezelés szabályozott és léptéknövelésre alkalmas gyártási lépéssé az élelmiszerek és étrend-kiegészítők gyártói számára.

Az alábbi táblázat tájékoztatást ad ultrahangos készülékeink hozzávetőleges feldolgozási kapacitásáról:

Szakaszosan kezelt térfogat	Térfogatáram	Ajánlott készülékek
1–500mL	10–200mL/min	UP100H
10–2000mL	20–400mL/min	UP200Ht, UP400St
0,1–20L	0,2–4L/min	UIP2000hdT
10–100L	2–10L/min	UIP4000hdT
15–150L	3–15L/min	UIP6000hdT
n.a.	10–100L/min	UIP16000hdT
n.a.	nagyobb	több összekapcsolt UIP16000hdT

Tervezés, gyártás és tanácsadás – Németországban készült minőség

A Hielscher ultrahangos készülékek a legmagasabb minőségi és tervezési követelményszintjükről ismertek. Robusztusságuk és egyszerű kezelésük lehetővé teszi ultrahangos készülékeink zökkenőmentes integrálását az ipari létesítményekbe. A Hielscher ultrahangos készülékek könnyedén megbirkóznak a mostoha körülményekkel és a nagy igénybevételt jelentő környezetekkel.

A Hielscher Ultrasonics ISO-tanúsítvánnyal rendelkező vállalat, amely különös hangsúlyt helyez a legkorszerűbb technológiát és felhasználóbarát működést kínáló, nagy teljesítményű ultrahangos készülékekre. A Hielscher ultrahangos készülékek természetesen megfelelnek a CE-előírásoknak, és teljesítik az UL, a CSA és a RoHs követelményeit.

A nagy nyíróhatású ultrahangos homogenizátorokat laboratóriumi, asztali, kísérleti üzemi és ipari feldolgozásban használják.

A Hielscher Ultrasonics nagy teljesítményű ultrahangos homogenizátorokat gyárt keverési alkalmazásokhoz, diszpergáláshoz, emulgeáláshoz és extrakcióhoz laboratóriumi, kísérleti üzemi és ipari léptékben.

Kapcsolódó témák

Gyakran ismételt kérdések

Mi a különbség a növényi és az állati eredetű fehérjék között?

A növényi és az állati eredetű fehérjék elsősorban aminosavprofiljukban, emészthetőségükben és a hozzájuk kapcsolódó élelmiszermátrixban különböznek. Az állati fehérjéket általában teljes értékű fehérjéknek tekintik, mert minden esszenciális aminosavat az emberi szükségletekhez szorosan igazodó arányban biztosítanak, és gyakran jól emészthetők. Sok növényi fehérje egy vagy több esszenciális aminosavat kisebb mennyiségben tartalmaz, például a gabonafélék lizint, a hüvelyesek pedig metionint, és a rostok, polifenolok vagy antinutritív tényezők miatt kevésbé emészthető lehet. Táplálkozási szempontból azonban a növényi fehérjék továbbra is teljes mértékben fedezhetik az emberi szükségleteket, ha elegendő mennyiségben és egymást kiegészítő forrásokból fogyasztják őket.

Milyen tulajdonságokkal kell rendelkezniük a növényi alapú fehérjéknek élelmiszer-adalékanyagként?

Élelmiszer-adalékanyagként a növényi alapú fehérjéknek táplálkozási és funkcionális szempontból egyaránt jó minőséget kell biztosítaniuk. Megfelelő esszenciálisaminosav-egyensúllyal, jó emészthetőséggel, alacsony antinutritívvegyület-tartalommal, valamint megfelelő biztonsági és allergénellenőrzéssel kell rendelkezniük. Technológiai szempontból olyan hasznos tulajdonságokat kell biztosítaniuk, mint az oldhatóság, az emulgeálás, a habképzés, a gélképzés, a vízmegkötés és a hőstabilitás, valamint semleges vagy elfogadható ízt és színt, hogy a textúra vagy az érzékszervi minőség romlása nélkül lehessen őket élelmiszerekbe beépíteni.

Mi a fehérjeizolátum?

A fehérjeizolátum olyan tisztított fehérje-összetevő, amelyből a nem fehérje jellegű komponensek, például a zsír, a keményítő és a rost nagy részét eltávolították, így magas, szárazanyagra vonatkoztatva gyakran a körülbelül 80–90%-ot meghaladó fehérjekoncentráció marad vissza. A fehérjeizolátumokat azért állítják elő, hogy javított funkcionalitású és kiszámíthatóbb összetételű koncentrált fehérjét biztosítsanak élelmiszeripari, táplálkozási vagy ipari felhasználásra.

Mi a hidrolizált fehérje?

A hidrolizált fehérje olyan fehérje, amelyet enzimes, savas vagy esetenként hőkezeléssel részlegesen kisebb peptidekre és szabad aminosavakra bontottak. Ez a folyamat javítja az emészthetőséget, és gyakran megváltoztatja az olyan funkcionális tulajdonságokat, mint az oldhatóság, az emulgeáló viselkedés és a bioaktivitás. Egyes esetekben a hidrolizált fehérjék sajátos biológiai hatású, például antioxidáns vagy ACE-gátló aktivitású peptideket is tartalmaznak.

Szakirodalom / Hivatkozások

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.