Produksi Es Krim yang Ditingkatkan dengan Ultrasonik

Penerapan ultrasonik berdaya tinggi memberikan beberapa manfaat bagi produksi es krim berkualitas tinggi. Keunggulan utama sonikasi mencakup pengurangan ukuran kristal dan percepatan pembekuan es krim. Dengan demikian, ultrasonikasi meningkatkan kualitas dan sensasi yang dirasakan konsumen sekaligus mengurangi biaya produksi.

Efek Ultrasonik pada Pembuatan Es Krim

Produksi es krim melibatkan pengolahan yang canggih untuk menghasilkan produk pangan manis berkualitas tinggi yang memenuhi permintaan pelanggan. Tahapan pengolahan yang rumit terutama disebabkan oleh fakta bahwa es krim merupakan salah satu pangan yang paling kompleks: es krim merupakan busa sekaligus emulsi. Es krim mengandung kristal es dan campuran cair yang tidak membeku. Ultrasonik berdaya tinggi yang diterapkan selama pembuatan es krim dapat mendorong nukleasi kristal es untuk mempercepat proses perpindahan panas dan massa yang menyertai proses pembekuan. Dengan demikian, sonikasi mengurangi ukuran kristal dan mempersingkat waktu pembekuan dalam produksi es krim. Penelitian oleh Mortazavi dan Tabatabaie menunjukkan bahwa waktu pembekuan dalam pengolahan es krim dapat dikurangi sekitar 30% dengan sonikasi selama 20 min.

Produksi Es Krim dan Manfaat Ultrasonik

Produksi es krim memerlukan adonan es krim. Adonan es krim ini terdiri atas susu, susu bubuk, krim, mentega atau lemak nabati, gula, bahan kering, pengemulsi, penstabil, serta bahan tambahan seperti buah, kacang, perisa, dan pewarna. Campuran khusus ini harus dihomogenisasi dan dipasteurisasi, kemudian diaduk perlahan selama proses pembekuan untuk mencegah pembentukan kristal es berukuran besar. Dalam proses ini, gelembung udara yang sangat kecil dicampurkan ke dalam adonan (disebut proses aerasi) untuk membentuk busa pada es krim sehingga menghasilkan hidangan penutup dingin bertekstur halus. Ultrasonikasi mendorong distribusi yang merata dari seluruh bahan dalam adonan es krim sekaligus berkontribusi pada pasteurisasi. Baca lebih lanjut tentang pasteurisasi ultrasonik pada pangan cair di sini!
Selanjutnya, ultrasonikasi diterapkan pada tahap pembekuan selama produksi es krim. Ultrasonikasi mendorong nukleasi dan pertumbuhan kristal es sehingga proses pembekuan dipercepat secara signifikan. Pada saat yang sama, sonikasi mengurangi ukuran kristal es sehingga diperoleh kristal es yang kecil dan seragam. Hal ini memberikan tekstur halus dan sensasi yang menyenangkan di mulut pada es krim – kedua atribut kualitas ini sangat dihargai oleh konsumen.

Tahapan Produksi Es Krim

Pembuatan es krim terdiri atas lima tahap:

1. penyiapan adonan es krim
2. homogenisasi, pasteurisasi, dan pematangan adonan es krim
3. pembekuan dan aerasi
4. pembentukan dan pencetakan
5. pengerasan dan pengemasan

Tahapan Produksi Es Krim.
Sumber: Dairy Processing Handbook. Diterbitkan oleh Tetra Pak Processing Systems AB, Lund, Swedia. hlm.387.

Pembekuan Es Krim yang Didorong oleh Ultrasonik

Selama proses pembekuan, kristal terbentuk dari air yang didinginkan hingga di bawah titik bekunya tanpa membeku. Morfologi kristal es berperan penting dalam sifat tekstur dan sifat fisik pangan beku dan setengah beku. Ukuran dan distribusi kristal es sangat penting bagi kualitas produk pangan berstruktur jaringan yang telah dicairkan; untuk es krim, kristal es yang lebih kecil lebih disukai karena kristal berukuran besar menghasilkan tekstur seperti es. Nukleasi merupakan faktor terpenting untuk mengendalikan distribusi ukuran kristal selama kristalisasi. Oleh karena itu, laju pembekuan biasanya menjadi parameter yang digunakan untuk mengendalikan ukuran dan distribusi ukuran kristal es dalam es krim. Selama pengocokan dan pembekuan, udara diinjeksikan untuk menghasilkan tekstur es krim yang halus. Jumlah udara yang diinjeksikan, yang disebut “over-run”, ditetapkan – secara khusus sesuai resep yang digunakan – secara proporsional terhadap volume gabungan padatan dan air. Jadi, over-run bervariasi sesuai perbedaan formulasi es krim dan aliran pengolahannya. Es krim standar memiliki over-run sebesar 100%, yang berarti produk akhir terdiri atas adonan es krim dan gelembung udara dengan volume yang sama.
Penggunaan prosesor ultrasonik berkinerja tinggi dari Hielscher menghasilkan kualitas es krim yang lebih baik dengan mendorong kristalisasi, mengurangi ukuran kristal es, dan mencegah pembentukan kerak pada permukaan pembekuan. Konsistensi yang lebih baik dan sensasi yang lebih lembut seperti krim di mulut dicapai berkat berkurangnya ukuran kristal es pada es krim dan meningkatnya pemerataan distribusi gelembung udara. Pembekuan yang jauh lebih singkat dengan pengurangan waktu pembekuan sekitar 30% menghasilkan kapasitas proses yang lebih tinggi dan proses produksi yang lebih hemat energi.

Terbukti Secara Ilmiah: Peningkatan Kualitas Es Krim berkat Sonikasi

Aslan dan Dogan (2021) meneliti efek sonikasi pada produksi es krim menggunakan sonikator tipe probe Hielscher UP400St (lihat gambar di sebelah kiri). Hasil penelitian menunjukkan bahwa ultrasonik mendorong pengurangan ukuran partikel akibat kavitasi. Terbukti bahwa sonikasi meningkatkan kualitas es krim dan produk pangan beku karena menghasilkan kristal es berukuran lebih kecil. Karena kristal es memberikan sensasi yang khas di mulut pada es krim, sangat penting untuk memperoleh kristal sekecil mungkin dalam proses pembekuan guna mencegah struktur berpasir serta mencapai kehalusan dan kelembutan es krim yang diinginkan. Penelitian ini juga menyimpulkan bahwa homogenisasi ultrasonik menghasilkan emulsi yang terdispersi dengan baik. Pengujian oleh panel konsumen terhadap sifat sensori dan cita rasa pangan menunjukkan bahwa homogenisasi es krim secara ultrasonik membantu memenuhi preferensi konsumen melalui kristal es yang lebih kecil dan sensasi menyenangkan di mulut yang berkaitan dengannya.
(lihat Aslan dan Dogan, 2021)

Prosesor Pangan Ultrasonik Berkinerja Tinggi untuk Produksi Es Krim

Hielscher Ultrasonics memiliki pengalaman panjang dalam penerapan ultrasonik berdaya tinggi di industri makanan dan minuman serta berbagai cabang industri lainnya. Prosesor ultrasonik kami dilengkapi dengan sonotrode dan sel alir (bagian yang bersentuhan dengan cairan) yang mudah dibersihkan (pembersihan di tempat CIP / sterilisasi di tempat SIP).
Sonikator industri Hielscher Ultrasonics dapat menghasilkan amplitudo yang sangat tinggi dalam pengoperasian kontinu 24/7. Pengendalian amplitudo secara presisi dari intensitas rendah hingga tinggi penting untuk menyetel proses sonikasi secara cermat sesuai karakteristik produk yang ditargetkan dalam formulasi es krim.
Dengan prosesor pangan ultrasonik dalam berbagai ukuran, Hielscher menawarkan sistem yang andal untuk pengolahan produk makanan dan minuman secara batch maupun kontinu, termasuk es krim. Untuk usaha kecil pembuat gelato artisan, model sonikator UP400ST (400 watts) atau UIP1000hdT (1000 watts) memberikan kapasitas pemrosesan yang memadai, sedangkan fasilitas pembuatan es krim industri akan memasang model sonikator berkapasitas pemrosesan tinggi UIP6000hdT (6000 watts) atau UIP16000hdT (16.000 watts).
Tabel di bawah ini memberikan gambaran perkiraan kapasitas pemrosesan ultrasonikator kami:

Literatur / Referensi

• Mortazavi, A. and Tabatabaie, F. (2008): Study of Ice Cream Freezing Process after Treatment with Ultrasound. World Appl. Sci. J 4, 188-190.
• Aslan Türker, Duygu; Dogan, Mahmut (2021): Effects of ultrasound homogenization on the structural and sensorial attributes of ice cream: optimization with Taguchi and data envelopment analysis. Journal of Food Measurement and Characterization 15, 2021, 1-11.
• Vildan Akdeniz, A. Sibel Akalın (2019): New approach for yoghurt and ice cream production: High-intensity ultrasound. Trends in Food Science & Technology, Volume 86, 2019. 392-398.
• Petzold, G. and Aguilera, J. M. (2009): Ice Morphology: Fundamentals and Technological Applications in Foods. Food Biophysics Vol.4, No. 4, 378-396.
• Dairy Processing Handbook. Published by Tetra Pak Processing Systems AB, S-221 86 Lund, Sweden. p.387.