Lavorazione del Miele ad Ultrasuoni

Il miele è molto richiesto come alimento e medicina. La lavorazione a ultrasuoni è un mezzo efficace per distruggere i componenti indesiderati, come i cristalli e le cellule microbiche nel miele. Come tecnologia di lavorazione non termica, la decristallizzazione ad ultrasuoni del miele previene l'aumento indesiderato dell'HFM e consente di trattenere meglio la diastasi, l'aroma e il sapore.

Vantaggi della decristallizzazione del miele a ultrasuoni

La decristallizzazione a ultrasuoni è un'alternativa efficace ai metodi di riscaldamento tradizionali per la decristallizzazione del miele. La decristallizzazione del miele a ultrasuoni offre numerosi vantaggi rispetto al metodo di riscaldamento tradizionale, che rendono la lavorazione del miele a ultrasuoni il trattamento superiore per la liquefazione, la decristallizzazione e la stabilizzazione del miele:

  • Conservazione dei valori nutrizionali del miele: I metodi di riscaldamento tradizionali prevedono l'esposizione del miele a temperature elevate, che possono degradarne il valore nutrizionale. La decristallizzazione a ultrasuoni opera a temperature più basse, riducendo al minimo il rischio di perdita di nutrienti indotta dal calore e preservando gli enzimi, le vitamine e gli antiossidanti naturali del miele.
  • Processo più rapido ed efficiente: La decristallizzazione a ultrasuoni può ridurre significativamente il tempo necessario per decristallizzare il miele rispetto ai metodi di riscaldamento tradizionali. L'applicazione di onde ultrasoniche crea bolle di cavitazione nel miele, provocando un riscaldamento rapido e uniforme in tutto il volume. Questo porta a una decristallizzazione più rapida ed efficiente.
  • Dissoluzione e decristallizzazione uniformi: Il riscaldamento tradizionale del miele comporta un trattamento non uniforme, poiché il calore viene applicato alla massa di miele in fusti o barili. Il risultato è un miele parzialmente surriscaldato, mentre altre parti del miele nel fusto raggiungono a malapena un aumento di temperatura sufficiente per ottenere la dissoluzione dei cristalli di zucchero e l'inattivazione microbica. La lavorazione del miele a ultrasuoni viene applicata in flusso continuo, in modo che l'intera massa di miele sia esposta uniformemente agli ultrasuoni. In questo modo si ottiene un trattamento ben controllato di liquefazione, decristallizzazione e stabilizzazione mediante sonicazione.
  • Qualità e sapore migliorati: Il calore può alterare il sapore, il colore e l'aroma del miele. La decristallizzazione a ultrasuoni, con il suo approccio di riscaldamento delicato, aiuta a mantenere le caratteristiche sensoriali originali del miele. Riduce al minimo il rischio di surriscaldamento, di caramellizzazione o di degradazione del sapore, ottenendo un prodotto finale di qualità superiore.
  • Riduzione del rischio di formazione di HMF: L'idrossimetilfurfurale (HMF) è un composto che si forma nel miele quando viene esposto a temperature elevate. Livelli eccessivi di HMF indicano una scarsa qualità del miele. La decristallizzazione a ultrasuoni, operando a temperature più basse, riduce il rischio di formazione di HMF, garantendo che il miele mantenga la sua composizione naturale e la sua alta qualità.
  • Efficienza energetica: I metodi di riscaldamento tradizionali richiedono un notevole consumo di energia per portare la temperatura del miele al livello desiderato. La decristallizzazione a ultrasuoni, invece, può ottenere lo stesso risultato con un apporto energetico inferiore grazie alla sua capacità di generare un riscaldamento localizzato ed efficiente all'interno del miele.
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    La decristallizzazione a ultrasuoni offre numerosi vantaggi e può essere adattata a tutti i tipi di miele e a tutte le scale di produzione. Gli ultrasuoni Hielscher sono controllabili con precisione e possono essere regolati in base a fattori quali la viscosità del miele, la dimensione dei cristalli e gli standard di qualità. In questo modo, gli ultrasuoni Hielscher garantiscono un'elevata efficacia e un funzionamento semplice e sicuro.

     

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    Gli ultrasuoni di potenza sono un metodo non termico per dissolvere i cristalli di zucchero nel miele, garantendo una leggera decristallizzazione e liquefazione senza deteriorare la qualità del miele.

    Immagini microscopiche del miele trattato:
    (a) Campione di controllo. Prima del trattamento, il miele appare come una rete di cristalli aghiformi. I cerchi scuri sono bolle d'aria. (b) Campioni trattati a 40°C dopo 20 minuti di trattamento termico; (c) campioni trattati a 40°C+ ultrasuoni dopo 20 minuti di trattamento.
    (Documento di ricerca e immagine: ©Deora et al., 2013)

    Lavorazione del Miele ad Ultrasuoni

    L'ultrasonorizzazione è una tecnica non termica per liquefare il miele. Le onde degli ultrasuoni penetrano nel miele e dissolvono i cristalli.Gli ultrasuoni sono un'alternativa di trattamento non termico per molti prodotti alimentari liquidi. La sua potenza meccanica viene utilizzata per un'inattivazione microbica delicata ma efficace e per la riduzione delle dimensioni delle particelle. Quando il miele viene esposto agli ultrasuoni, la maggior parte delle cellule di lievito viene distrutta. Le cellule di lievito che sopravvivono alla sonicazione perdono generalmente la capacità di crescere. Ciò riduce sostanzialmente il tasso di fermentazione del miele.
    Gli ultrasuoni, inoltre, liquefanno il miele eliminando i cristalli esistenti e inibendo l'ulteriore cristallizzazione del miele. Sotto questo aspetto, è paragonabile al riscaldamento del miele. La liquefazione assistita dagli ultrasuoni può funzionare a temperature di processo sostanzialmente inferiori, pari a circa 35°C, e può ridurre il tempo di liquefazione a meno di 30 secondi. Kai (2000) ha studiato la liquefazione a ultrasuoni di mieli australiani (Brush box, Stringy bark, Yapunyah e Yellow box). Gli studi hanno dimostrato che la sonicazione a una frequenza di 20 kHz ha liquefatto completamente i cristalli del miele. I campioni trattati con ultrasuoni sono rimasti allo stato liquefatto per circa 350 giorni (+20% rispetto al trattamento termico). Grazie alla minima esposizione al calore, la liquefazione a ultrasuoni determina una maggiore ritenzione di aroma e sapore. I campioni sonicati mostrano solo un aumento molto basso di HMF e una piccola diminuzione dell'attività della diastasi. Poiché è necessaria una minore quantità di energia termica, l'applicazione degli ultrasuoni aiuta a risparmiare sui costi di lavorazione rispetto al riscaldamento e al raffreddamento convenzionali.

    La dissoluzione ad ultrasuoni e l'inattivazione microbica sono utilizzate per migliorare la qualità del miele. Gli ultrasuoni ad alta intensità prevengono la cristallizzazione, aiutano a invertire i cristalli già formati (decristallizzazione) e a inattivare i microbi indesiderati.

    Ultrasuonatore industriale UIP6000hdT per la liquefazione e la stabilizzazione microbica del miele.

    Gli studi di Kai (2000) hanno anche rivelato che diversi tipi di miele richiedono intensità e tempi di sonicazione diversi. Per questo motivo, si consiglia di condurre le prove utilizzando un sistema di sonicazione da banco. I test preliminari dovrebbero essere condotti in modalità batch, mentre le prove di lavorazione successive richiedono una cella a flusso per il ricircolo pressurizzato o test in linea.

    Cosa dice la ricerca sulla de-cristallizzazione del miele a ultrasuoni

    Il miele è una soluzione supersatura di glucosio e tende a cristallizzare spontaneamente a temperatura ambiente sotto forma di glucosio monoidrato. Il trattamento termico è stato utilizzato tradizionalmente per sciogliere i cristalli di D-glucosio monoidrato nel miele e ritardare la cristallizzazione. Tuttavia, questo approccio influisce negativamente sul sapore fine del miele. L'applicazione benefica degli ultrasuoni nel miele è stata segnalata da molti ricercatori. È stato dimostrato che l'applicazione degli ultrasuoni elimina i cristalli esistenti e ritarda il processo di cristallizzazione, risultando una tecnologia economicamente vantaggiosa. L'analisi del processo di cristallizzazione suggerisce che i campioni di miele sonicati sono rimasti allo stato liquido per periodi più lunghi rispetto al miele trattato termicamente. Inoltre, non sono stati osservati effetti significativi sui parametri di qualità del miele, come il contenuto di umidità, la conducibilità elettrica o il pH. Gli studi hanno dimostrato che, in generale, il trattamento a ultrasuoni (ad esempio con una sonda a ultrasuoni da 24 kHz del modello UP400St, in trattamento discontinuo) porta a una dissoluzione più rapida dei cristalli rispetto al trattamento termico.
    (cfr. Deora et al., 2013)
    Basmacı (2010) ha confrontato gli ultrasuoni e la pressione idrostatica come opzioni di trattamento per la liquefazione del miele. Mentre il trattamento ad alta pressione idrostatica è risultato troppo costoso e inefficace, gli ultrasuoni hanno dato ottimi risultati. Pertanto, la sonicazione è stata raccomandata come alternativa al tradizionale trattamento termico del miele.
    Önur et al. (2018) sono giunti alla stessa conclusione confrontando il trattamento termico convenzionale a 50 ºC, la liquefazione a ultrasuoni e il trattamento a ultrasuoni del miele rispetto al trattamento termico e al trattamento a pressione, grazie alla convenienza, ai tempi di lavorazione più brevi e alla minore perdita di qualità.
    Sidor et al. (2021) hanno confrontato la liquefazione a ultrasuoni con il riscaldamento a microonde per sciogliere i cristalli di zucchero nei mieli di tiglio, acacia e multiflorale. I principali svantaggi del riscaldamento a microonde sono stati l'aumento significativo dei valori di HMF, le variazioni dell'attività enzimatica e le grandi perdite di numero di diastasi. Al contrario, la liquefazione a ultrasuoni ha comportato solo cambiamenti minimi nelle proprietà del miele, tanto che il team di ricerca ha chiaramente raccomandato la lavorazione del miele a ultrasuoni per ritardare il processo di cristallizzazione.
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    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.

    Perché gli ultrasuoni Hielscher per la lavorazione del miele?

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    • caratteristiche intelligenti (per esempio, protocollatura dei dati)
    • CIP (clean-in-place)

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

    Volume di batch Portata Dispositivi raccomandati
    10 - 2000mL 20 - 400mL/min UP200Ht, UP400St
    0,1 - 20L 0,2 - 4L/min UIP2000hdT
    10 - 100L 2 - 10L/min UIP4000hdT
    Da 15 a 150L Da 3 a 15L/min UIP6000hdT
    n.a. 10 - 100L/min UIP16000
    n.a. più grande cluster di UIP16000

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    Gli omogeneizzatori a ultrasuoni ad alto potere di taglio sono utilizzati in laboratorio, su banco, in processi pilota e industriali.

    Hielscher Ultrasonics produce omogeneizzatori ad ultrasuoni ad alte prestazioni per applicazioni di miscelazione, dispersione, emulsificazione ed estrazione in laboratorio, pilota e su scala industriale.



    Letteratura / Referenze

    Particolarità / Cose da sapere

    Contesto della lavorazione del miele

    Il miele è un prodotto ad alta viscosità dal sapore e dall'aroma caratteristici, dal colore e dalla consistenza.
    Il miele è composto da glucosio, fruttosio, acqua, maltosio, triacaridi e altri carboidrati, saccarosio, minerali, proteine, vitamine ed enzimi, lieviti e altri microrganismi resistenti al calore e piccole quantità di acidi organici (vedi tabella sottostante). L'alto livello di tetracicline, composti fenolici e perossido di idrogeno nel miele conferisce proprietà antimicrobiche.

    Profilo nutrizionale e composizione zuccherina del miele (©www.honey.com)

     

    Enzimi del miele

    Il miele contiene enzimi che digeriscono l'amido. Gli enzimi sono sensibili al calore e quindi servono come indicatore della qualità del miele e del grado di lavorazione termica. I principali enzimi includono l'invertasi (α-glucosidasi), la diastasi (α-amilasi) e la glucosio ossidasi. Si tratta di enzimi importanti dal punto di vista nutrizionale. La diastasi idrolizza i carboidrati per facilitarne la digeribilità. L'invertasi idrolizza il saccarosio e il maltosio in glucosio e fruttosio. La glucosio ossidasi catalizza il glucosio per formare acido gluconico e perossido di idrogeno. Il miele contiene anche catalasi e fosfatasi acida. L'attività enzimatica viene generalmente misurata come attività diastasica ed espressa in numero di diastasi (DN). Le norme sul miele prevedono un numero minimo di diastasi pari a 8 nel miele lavorato.

    Lieviti e microrganismi nel miele

    Il miele estratto contiene materiali indesiderati, come lieviti (generalmente osmofili, tolleranti allo zucchero) e altri microrganismi resistenti al calore. Essi sono responsabili del deterioramento del miele durante la conservazione. Un elevato numero di lieviti porta a una rapida fermentazione del miele. La velocità di fermentazione del miele è anche correlata al contenuto di acqua/umidità. Un contenuto di umidità del 17% è considerato un livello sicuro per ritardare l'attività dei lieviti. D'altra parte, la possibilità di cristallizzazione aumenta con la diminuzione del contenuto di umidità. Una conta dei lieviti pari o inferiore a 500 ufc/mL è considerata un livello commercialmente accettabile.

    Cristallizzazione / Granulazione nel miele

    Il miele cristallizza naturalmente in quanto è una soluzione zuccherina supersatura, con un contenuto di zucchero superiore al 70% rispetto a un contenuto di acqua di circa il 18%. Il glucosio precipita spontaneamente dallo stato supersaturo, perdendo acqua e diventando uno stato saturo più stabile di glucosio monoidrato. Ciò porta alla formazione di due fasi – una fase liquida in alto e una forma cristallina più solida in basso. I cristalli formano un reticolo che immobilizza gli altri componenti del miele in sospensione, creando così uno stato semisolido (National Honey Board, 2007). La cristallizzazione o granulazione è indesiderabile perché costituisce un serio problema nella lavorazione e nella commercializzazione del miele. Inoltre, la cristallizzazione limita la fuoriuscita del miele non lavorato dai contenitori di stoccaggio.
     

    Trattamento termico nella lavorazione del miele

    Dopo l'estrazione e la filtrazione, il miele viene sottoposto a un trattamento termico per ridurre il livello di umidità e distruggere i lieviti. Il riscaldamento contribuisce a liquefare i cristalli presenti nel miele. Sebbene il trattamento termico sia in grado di ridurre efficacemente l'umidità, di ridurre e ritardare la cristallizzazione e di distruggere completamente le cellule di lievito, esso comporta anche un deterioramento del prodotto. Il riscaldamento aumenta notevolmente il livello di idrossimetilfurfurale (HMF). Il livello massimo consentito per legge di HMF è di 40 mg/kg. Inoltre, il riscaldamento riduce l'attività degli enzimi (ad esempio la diastasi) e influisce sulle qualità sensoriali, riducendo la freschezza del miele. Il trattamento termico scurisce anche il colore naturale del miele (imbrunimento). In particolare, un riscaldamento superiore a 90°C provoca la caramellizzazione dello zucchero. A causa della trasmissione e dell'esposizione non uniforme alla temperatura, il trattamento termico non riesce a distruggere i microrganismi resistenti al calore.
    A causa delle limitazioni del trattamento termico, gli sforzi della ricerca si concentrano su alternative non termiche, come le radiazioni a microonde, il riscaldamento a infrarossi, l'ultrafiltrazione e l'ultrasonicazione. L'ultrasonicazione offre, come trattamento non termico, grandi vantaggi rispetto alle tecniche alternative di lavorazione del miele.


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