Gli ultrasuoni nell'industria alimentare

L'applicazione degli ultrasuoni di potenza è utilizzata per numerose applicazioni nella lavorazione degli alimenti, tra cui l'estrazione, l'omogeneizzazione, la pastorizzazione e la fermentazione. In quanto trattamento non termico, l'ultrasuono migliora i processi di produzione degli alimenti grazie a rese più elevate, maggiore qualità, migliori profili di nutrienti e sapori, oltre a ridurre i tempi e i costi di lavorazione.

Applicazioni degli ultrasuoni nella lavorazione degli alimenti

Gli ultrasuoni hanno un'ampia gamma di applicazioni nella lavorazione degli alimenti, tra cui l'estrazione, la miscelazione, l'emulsificazione, la pastorizzazione, la degassificazione e la tenerizzazione della carne. Oltre a queste applicazioni principali, gli ultrasuoni vengono applicati anche per migliorare il congelamento, lo scongelamento e l'essiccazione dei prodotti alimentari.
I principali vantaggi degli ultrasuoni ad alta intensità sono legati al miglioramento di varie operazioni di lavorazione degli alimenti, come la riduzione dei tempi di lavorazione, l'aumento della resa, il miglioramento della qualità del prodotto e la possibilità di risparmiare sui costi e sui tempi di lavorazione.

Nel paragrafo seguente sono riportate le principali applicazioni degli ultrasuoni ad alta intensità nell'industria alimentare:

• Estrazione: Gli ultrasuoni possono essere utilizzati per estrarre composti bioattivi dai materiali vegetali, come antiossidanti, pigmenti e oli essenziali. Questo processo è noto come estrazione assistita da sonicazione e può essere utilizzato per produrre estratti di alta qualità in tempi più brevi e con un consumo di solventi inferiore rispetto ai metodi tradizionali.
• Omogeneizzazione ed emulsificazione: L'omogeneizzazione a ultrasuoni può essere utilizzata per produrre emulsioni e sospensioni stabili, come condimenti per insalata, maionese, creme e prodotti caseari. Il processo prevede l'utilizzo di onde sonore ad alta frequenza per rompere i globuli di grasso nel liquido, ottenendo una consistenza liscia e uniforme.
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• Conservazione: Gli ultrasuoni ad alta intensità possono essere utilizzati per inattivare i microrganismi, come batteri e lieviti, nei prodotti alimentari. Il processo, noto come pastorizzazione assistita da sonicazione, può prolungare la durata di conservazione dei prodotti alimentari e ridurre il rischio di malattie di origine alimentare. Essendo una tecnica di lavorazione non termica, la sonicazione evita l'uso di temperature molto elevate, prevenendo così la relativa degradazione dei nutrienti sensibili al calore.

• Degassificazione: Con l'applicazione degli ultrasuoni a un liquido, le bolle di gas intrappolate nei liquidi vengono agitate. Di conseguenza, queste bolle d'aria e di gas si avvicinano l'una all'altra e si coalizzano. Ciò significa che le bolle raggiungono una dimensione maggiore che consente loro di galleggiare in cima al liquido e di essere facilmente rimosse.
• Scioglimento: Grazie alle sue eccezionali capacità di miscelazione e mescolamento, gli ultrasuoni sono molto efficaci per produrre soluzioni altamente sature e persino supersature. Ciò viene utilizzato nei processi di cristallizzazione e nella produzione di salamoia.
• Fermentazione: Poiché gli ultrasuoni perforano e rompono le pareti cellulari dei microrganismi, questi diventano più sensibili al processo di fermentazione. Allo stesso tempo, gli ultrasuoni accelerano il trasporto di sostanze nutritive e ossigeno ai microrganismi, potenziando così la loro attività metabolica. In generale, gli ultrasuoni aumentano il tasso di fermentazione, riducono il tempo di fermentazione e migliorano la resa del prodotto finale desiderato. Questa tecnologia è particolarmente utile per la produzione di prodotti alimentari e bevande, come latticini, yogurt, birra, kombucha e vino.
• Riduzione della viscosità prima dell'essiccazione a spruzzo: Le forze di taglio ultrasoniche possono ridurre significativamente la viscosità degli impasti shear-thinning e tissotropici. L'applicazione della diluizione al taglio a ultrasuoni prima della spruzzatura e degli essiccatori a spruzzo consente di aumentare notevolmente la portata attraverso l'apparecchiatura di spruzzatura. Le torri di essiccazione a spruzzo sono spesso il collo di bottiglia della linea di produzione. Con gli ultrasuoni, è possibile aumentare la capacità degli essiccatori a spruzzo esistenti.

• Congelamento: Il congelamento a ultrasuoni può essere utilizzato per ridurre la formazione di cristalli di ghiaccio nei prodotti alimentari durante il processo di congelamento. Il processo consiste nel sottoporre gli alimenti a onde sonore ad alta frequenza mentre vengono congelati. Le onde ultrasonore creano vibrazioni che impediscono la formazione di grossi cristalli di ghiaccio, ottenendo un prodotto dalla consistenza più liscia e di migliore qualità.
• Scongelamento: Lo scongelamento a ultrasuoni può essere utilizzato per ridurre i tempi di scongelamento dei prodotti alimentari surgelati. Il processo consiste nel sottoporre il prodotto congelato a onde di ultrasuoni, che generano calore e accelerano il processo di scongelamento. Poiché gli ultrasuoni favoriscono una distribuzione molto uniforme dell'energia, lo scongelamento a ultrasuoni può essere particolarmente utile per i prodotti difficili da scongelare in modo uniforme, come carne, frutti di mare, frutta e verdura.
  Nel congelamento, nello scongelamento e nell'essiccazione, gli ultrasuoni di potenza migliorano notevolmente i processi di trasferimento della massa e dell'energia, accelerando questi processi e rendendoli più economici.
• Rilevamento perdite da bottiglie: Gli ultrasuoni sono un metodo molto efficace per rilevare perdite e crepe in bottiglie e lattine di bevande gassate come soda, birra, spumante ecc. Gli ultrasuoni trovano applicazione anche nella degassificazione delle bevande gassate, ad esempio la birra, prima dell'imbottigliamento, un processo noto come de-fobbing.
• Salamoia / Decapaggio: La salamoia è un processo comune nella conservazione e nella produzione di alimenti, soprattutto per carne, pesce, formaggi e verdure. Gli ultrasuoni accorciano i tempi di salatura e consentono di utilizzare quantità ridotte di cloruro di sodio rispetto agli alimenti in salamoia e ai sottaceti tradizionali.
• Idratazione / Reidratazione: Gli ultrasuoni sono un metodo semplice ma molto efficace per idratare o reidratare prodotti alimentari come legumi secchi (ad esempio fagioli, ceci) o funghi disidratati. Poiché gli ultrasuoni aprono i pori cellulari degli alimenti, l'acqua può penetrare rapidamente. Questo porta a un rigonfiamento accelerato dei legumi e quindi a un tempo di cottura più breve.
• Decristallizzazione del miele: Come trattamento non termico, gli ultrasuoni sono utilizzati efficacemente per prevenire la formazione di grossi cristalli di zucchero nel miele. Inoltre, i cristalli di grandi dimensioni già formati nel miele possono essere decristallizzati con il trattamento a ultrasuoni. Come tecnica di dissoluzione altamente efficace, gli ultrasuoni a sonda dissolvono i cristalli di zucchero, ottenendo un miele uniformemente liscio. Inoltre, gli ultrasuoni migliorano la qualità microbiologica del miele, poiché i microbi indesiderati vengono inattivati grazie all'effetto di disgregazione cellulare degli ultrasuoni.
• Frittura: La frittura a ultrasuoni può essere utilizzata per ridurre l'assorbimento di olio nei prodotti alimentari fritti. Il processo consiste nell'immergere la carne o la verdura in olio caldo sottoponendola a onde sonore ad alta frequenza. Gli ultrasuoni creano piccole bolle sulla superficie dell'alimento, che riducono l'area di contatto tra la verdura o la carne e l'olio, con conseguente minore assorbimento di olio e un prodotto finale più sano. La frittura a ultrasuoni consente di cuocere gli alimenti a temperature più basse, creando profili di sapore superiori e preservando i nutrienti.
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Ultrasuonatori ad alte prestazioni per la lavorazione degli alimenti

I processori industriali a ultrasuoni Hielscher Ultrasonics sono ultrasuoni ad alte prestazioni, controllabili con precisione, che consentono di ottenere risultati riproducibili e una qualità costante del prodotto. Essendo in grado di erogare ampiezze molto elevate, i processori a ultrasuoni Hielscher possono essere utilizzati per applicazioni molto impegnative.
I clienti sono soddisfatti dell'eccezionale robustezza e affidabilità dei sistemi Hielscher Ultrasonics. Gli ultrasonici Hielscher funzionano in modo affidabile in campi di applicazione gravosi, in ambienti difficili e con un funzionamento 24 ore su 24, 7 giorni su 7, garantendo così una lavorazione degli alimenti efficiente ed economica. L'intensificazione del processo a ultrasuoni riduce i tempi di lavorazione e consente di ottenere risultati migliori, vale a dire una qualità superiore, rese più elevate e prodotti nuovi.
Grazie all'applicazione coerente di materiali speciali, come ad esempio il titanio, l'acciaio inossidabile, la ceramica o il vetro di diverse qualità, è garantita la compatibilità della tecnica con il processo.
I processori a ultrasuoni sono macchine comode e facili da usare, con una manutenzione ridotta e un costo relativamente basso.

La tabella seguente fornisce un'indicazione della capacità di lavorazione approssimativa dei nostri ultrasonori:

Progettazione, produzione e consulenza – Qualità Made in Germany

Gli ultrasuoni Hielscher sono noti per i loro elevati standard di qualità e design. La robustezza e la facilità d'uso consentono un'agevole integrazione dei nostri ultrasuoni negli impianti industriali. Gli ultrasuonatori Hielscher sono in grado di gestire facilmente condizioni difficili e ambienti impegnativi.

Hielscher Ultrasonics è un'azienda certificata ISO e pone particolare enfasi sugli ultrasuonatori ad alte prestazioni, caratterizzati da tecnologia all'avanguardia e facilità d'uso. Naturalmente, gli ultrasuoni Hielscher sono conformi alla normativa CE e soddisfano i requisiti UL, CSA e RoH.

Particolarità / Cose da sapere

Come funzionano gli ultrasuoni nella lavorazione degli alimenti?

La lavorazione degli alimenti con gli ultrasuoni è una tecnologia consolidata, utilizzata per applicazioni di lavorazione degli alimenti come miscelazione e omogeneizzazione, emulsificazione, estrazione, dissoluzione, degassificazione. & disaerazione, intenerimento della carne, cristallizzazione, nonché funzionalizzazione e modifica di intermedi e prodotti alimentari finali. Installati da decenni negli impianti di produzione alimentare, i processori alimentari a ultrasuoni Hielscher sono sofisticati e sviluppati per soddisfare le esigenze del settore. I processori a ultrasuoni applicano forze fisiche create da onde ultrasonore di potenza, con conseguente generazione di cavitazione.

Che cos'è la cavitazione acustica?

La cavitazione acustica, nota anche come cavitazione ultrasonica, è la crescita e il collasso di minuscole bolle di vuoto in un campo ultrasonico generato in liquidi o fanghi. Le bolle di cavitazione si sviluppano durante i cicli alternati di alta e bassa pressione, che rappresentano rispettivamente le fasi di compressione e rarefazione. Dopo essere cresciuta per diversi cicli di pressione alternati, la bolla di cavitazione raggiunge un punto in cui non può più assorbire energia, per cui la bolla implode violentemente durante un ciclo di alta pressione. Durante il collasso della bolla, si verificano condizioni localmente estreme, tra cui temperature estreme fino a 5.000 K con tassi di riscaldamento e raffreddamento molto elevati, pressioni fino a 2.000atm e corrispondenti differenziali di pressione e getti di liquido con velocità fino a 280 m/s. In queste condizioni di cavitazione “punti caldi”Le forze localmente estreme creano condizioni fisiche che portano alla miscelazione, all'estrazione e a un maggiore trasferimento di massa.

La cavitazione acustica, generata da ultrasuoni ad alta intensità e bassa frequenza, crea intense forze di taglio e differenziali di pressione e temperatura elevati a livello locale, che forniscono l'impatto necessario per un'intensa miscelazione e trasferimento di massa. Queste forze di taglio ultrasoniche sono applicate con successo alla lavorazione degli alimenti.

Letteratura/riferimenti

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