Ultrasonication and Its Manifold Applications in Food Processing

Power ultrasound offers manifold possibilities for effective and reliable food processing applications. The most common applications in the food industry include mixing & omogeneizzazione, emulsificazione, dispersione, disgregazione delle cellule ed estrazione di materiale intracellulare, attivazione o disattivazione degli enzimi (che dipende dall'intensità degli ultrasuoni), conservazione, stabilizzazione, dissoluzione e cristallizzazione, idrogenazione, tenerizzazione della carne, maturazione, invecchiamento e ossidazione, nonché degassificazione ed essiccazione a spruzzo.

Di seguito vi presentiamo diverse applicazioni selezionate dei sonicatori Hielscher nella lavorazione degli alimenti. Cliccate sui link specifici per ottenere informazioni approfondite sull'applicazione di vostro interesse!

Estrazione di aromi e composti bioattivi con gli ultrasuoni

L'ultrasuonoterapia è un metodo noto e affidabile per l'estrazione di materia intracellulare.
Clicca qui per saperne di più sul Lisi a ultrasuoni & estrazione e gli esempi di estrazione a ultrasuoni di composti attivi da zafferano, caffè, cannabis, funghi o alghe!

Fermentazione a ultrasuoni dello yogurt

Lo yogurt è un prodotto lattiero-caseario fermentato che può essere prodotto dal solo latte o con l'aggiunta di colture batteriche. I ceppi di bifidobatteri (ad esempio BB-12, BB-46, B breve) sono probiotici comuni utilizzati per la fermentazione dello yogurt. La cavitazione ultrasonica applicata alle cellule batteriche può provocare la loro distruzione e, contemporaneamente, il rilascio di β-galattosidasi. La β-galattosidasi è un enzima idrolasi molto utilizzato nell'industria della lavorazione del latte. La fermentazione assistita dagli ultrasuoni è accelerata grazie a una più rapida idrolisi del lattosio derivante dal rilascio indotto dagli ultrasuoni della β-galattosidasi dalle cellule dei bifidobatteri.
L'omogeneizzazione a ultrasuoni provoca la rottura dei globuli di grasso del latte e una distribuzione di dimensioni molto fini.
Gli ultrasuoni possono accelerare la velocità di fermentazione (riduzione del tempo totale di produzione fino al 40%) e migliorare le caratteristiche qualitative dello yogurt, ottenendo una maggiore viscosità, un coagulo più forte e una consistenza superiore.

Omogeneizzazione a ultrasuoni del latte

Il latte (ad esempio di mucca, di bufala, di capra o di cammella) è un'emulsione o un sistema colloidale che consiste in globuli di grasso butirrico all'interno di un fluido a base di acqua che contiene carboidrati, proteine e minerali disciolti. Poiché il grasso e l'acqua tendono a separarsi in due fasi, il latte deve essere omogeneizzato per ottenere un prodotto uniforme. Per omogeneizzazione si intende la distribuzione uniforme delle molecole di grasso nel liquido del latte. Gli ultrasuoni sono un metodo ben noto, utilizzato per varie applicazioni nella lavorazione del latte. Il trattamento a ultrasuoni del latte consente di ottenere globuli di grasso omogeneizzati, distribuiti in modo uniforme. L'omogeneizzazione mediante ultrasuoni ad alta potenza è efficace anche per i sostituti del latte (vegani/ senza latticini) derivati dalle piante, come il latte di cocco o il latte di soia.
Lo studio di Sfakianakis e Tzia (2012) mostra che l'omogeneizzazione a ultrasuoni riduce le dimensioni dei globuli di grasso del latte (MFG). Le immagini microscopiche sotto riportate mostrano gli effetti della sonicazione sulle dimensioni delle gocce di grasso del latte. Gli ultrasuoni a bassa ampiezza (150W) non hanno avuto un effetto omogeneizzante soddisfacente (Fig. 2); le dimensioni dei MFG e la loro distribuzione erano simili a quelle del latte non trattato (confrontare le Fig. 1 e 2). Gli ultrasuoni di media ampiezza (267,5, 375 W) hanno avuto un buon effetto di omogeneizzazione; il diametro medio delle MFG era di 2 μm (Fig. 3, 4). Gli ultrasuoni a più alta ampiezza (750 W) hanno ridotto drasticamente le dimensioni delle MFG (Fig. 6), rendendole appena visibili al microscopio ottico (ingrandimento 100x); il loro diametro medio era di 0,3 μm.

Gli ultrasuoni ad alta potenza sono una tecnica di omogeneizzazione non termica. Sfakianakis et al. (2011) hanno dimostrato l'impressionante effetto dell'omogeneizzazione a ultrasuoni sul latte.

Chandrapala et al. (2012) hanno studiato l'effetto degli ultrasuoni su caseina e calcio. Hanno applicato onde ultrasoniche (20kHz) a campioni di latte scremato fresco, caseina micellare ricostituita e caseina in polvere. Hanno sonicato i campioni fino a ridurre i globuli di grasso del latte a circa 10 nm. L'analisi del latte sonicato mostra che le dimensioni delle micelle di caseina sono rimaste invariate. Nei primi minuti di sonicazione si è verificato anche un piccolo aumento delle proteine del siero di latte solubili e una corrispondente diminuzione della viscosità. Lo studio ha stabilito che le micelle di caseina sono stabili durante la sonicazione e la concentrazione di calcio solubile non viene influenzata dal trattamento a ultrasuoni. [Chandrapala et al. 2012]

Cristallizzazione dello zucchero a ultrasuoni per la pasticceria

La sonicazione controllata consente di avviare la semina dei cristalli (creazione di nuclei) e di influenzare la crescita dei cristalli. Con l'irradiazione a ultrasuoni si formano cristalli più piccoli e quindi più numerosi. Gli ultrasuoni favoriscono il processo di cristallizzazione in due modi: In primo luogo, gli ultrasuoni di potenza sono uno strumento molto efficace per creare una soluzione omogenea, che è la sostanza di partenza per la cristallizzazione. Nella seconda fase, gli ultrasuoni favoriscono la formazione di un gran numero di nuclei. Mentre una cattiva nucleazione crea un numero inferiore di cristalli grandi, una nucleazione efficiente forma una grande quantità di piccoli cristalli di dimensioni fini. In campo acustico, diventa persino possibile avviare la nucleazione di zuccheri che normalmente sono contrari alla cristallizzazione (ad es. D-fruttosio, sorbitolo).
La modifica ad ultrasuoni della cristallizzazione è interessante per la formulazione di caramelle, dolciumi, creme spalmabili, gelati, panna montata e cioccolato.

Ultrasuoni Idrogenazione di Oli Commestibili

L'idrogenazione degli oli vegetali è un importante processo industriale su larga scala. Con l'idrogenazione, gli oli vegetali liquidi vengono convertiti in grassi solidi o semisolidi (ad esempio, la margarina). Chimicamente, gli acidi grassi insaturi vengono convertiti durante il processo di idrogenazione. trasformazione catalizzata reazione di idrogenazione nei corrispondenti acidi grassi saturi mediante l'aggiunta di atomi di idrogeno ai doppi legami. Questo processo catalitico può essere accelerato da ultrasuoni ad alta potenza. Un catalizzatore comunemente utilizzato è il nichel. I grassi idrogenati sono ampiamente utilizzati come agenti accorcianti nei prodotti da forno. Un vantaggio dei grassi saturi è la loro minore tendenza all'ossidazione e quindi un minor rischio di irrancidimento.

Liquefazione a ultrasuoni del miele

Gli ultrasuoni offrono un efficace metodo non termico, cristalli nel miele per liquefare e distruggere il lievito, senza intaccare la qualità del miele.
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Stabilizzazione a ultrasuoni di succhi e frullati

Come tecnica di processo alimentare non termica, gli ultrasuoni forniscono un trattamento delicato ma efficace che intensifica i sapori, stabilizza e conserva succhi, frullati, salse e puree. I risultati del trattamento ad ultrasuoni dei succhi includono il miglioramento dei sapori, della stabilizzazione e della conservazione.
Per saperne di più sul miglioramento dei succhi di frutta con gli ultrasuoni, leggi qui & frullati!
Per saperne di più sulla lavorazione dei pomodori a ultrasuoni!

Invecchiamento a ultrasuoni del vino & liquore

Gli ultrasuoni favoriscono la vinificazione di vini e liquori grazie alla loro efficace capacità di estrazione e all'intensificazione del trasferimento di massa tra il tessuto legnoso e la bevanda alcolica.
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Anche il processo di fermentazione di vino, mosto, birra e sakè può essere aumentato in modo sostanziale. Sono stati raggiunti tassi di accelerazione dal 50% al 65%!
Per maggiori informazioni sulla fermentazione assistita da ultrasuoni, cliccate qui!

Congelamento del gelato accelerato dagli ultrasuoni

Per la produzione di gelati è necessaria una miscela per gelati. Questa miscela è composta da latte, latte in polvere, panna, burro o grasso vegetale, zucchero, massa secca, emulsionante, stabilizzante e additivi come frutta, noci, aromi e coloranti. Questa speciale miscela deve essere omogeneizzata e pastorizzata, quindi viene mescolata lentamente durante il processo di congelamento per evitare la formazione di grossi cristalli di ghiaccio. In questo modo, vengono mescolate piccolissime bolle d'aria (il cosiddetto processo di aerazione) per far schiumare il gelato e ottenere un dessert freddo dalla consistenza omogenea. Questa è la fase del processo in cui si possono applicare gli ultrasuoni per migliorare la qualità del gelato.
Durante il processo di congelamento, dall'acqua superraffreddata si formano dei cristalli. La morfologia dei cristalli di ghiaccio gioca un ruolo importante per quanto riguarda le proprietà fisiche e testuali degli alimenti congelati e semicongelati. Poiché le dimensioni e la distribuzione dei cristalli di ghiaccio sono particolarmente importanti per la qualità dei prodotti tissutali scongelati, per i gelati si preferiscono cristalli di ghiaccio più piccoli, perché quelli più grandi danno luogo a una consistenza ghiacciata. La nucleazione è il fattore più importante per controllare la distribuzione delle dimensioni dei cristalli durante la cristallizzazione. Pertanto, la velocità di congelamento è di solito il parametro utilizzato per controllare la dimensione e la distribuzione dei cristalli di ghiaccio nel gelato. Durante la montatura e il congelamento, viene iniettata aria per ottenere una consistenza liscia del gelato. Il cosiddetto "over-run", la quantità di aria iniettata, è proporzionata - in base alla ricetta specifica - al volume combinato di solidi e acqua. Pertanto, l'overrun varia a seconda delle diverse formulazioni di gelato e dei flussi di lavorazione. Il gelato standard presenta un overrun del 100%, il che significa che il prodotto finale è costituito da un volume uguale di miscela di gelato e bolle d'aria.
L'uso degli omogeneizzatori a ultrasuoni ad alta potenza Hielscher garantisce una migliore qualità del gelato, riducendo le dimensioni dei cristalli di ghiaccio ed evitando l'incrostazione della superficie di congelamento. Grazie alla riduzione delle dimensioni dei cristalli di ghiaccio e alla migliore distribuzione delle bolle d'aria, si ottiene una consistenza migliore e una sensazione di maggiore cremosità in bocca. Tempi di congelamento significativamente più brevi portano a una maggiore capacità di processo e a un processo di produzione più efficiente dal punto di vista energetico.

Aerazione a ultrasuoni della pastella

L'applicazione di ultrasuoni durante la fase di miscelazione della pastella migliora la qualità del pan di Spagna in termini di minore durezza, maggiore elasticità, coesione e resilienza. Per i test, tutti gli ingredienti sono stati mescolati insieme seguendo il metodo "all-in", ovvero farina integrale a basso contenuto proteico, emulsionante, amido di mais, zucchero, lievito in polvere, sale e uova intere fresche sono stati aggiunti simultaneamente per formulare la pastella. Prima della sonicazione, gli ingredienti sono stati mescolati in modo uniforme in modo che gli ultrasuoni venissero applicati a una miscela omogenea di pastella. La torta aerata con ultrasuoni ha mostrato una minore durezza, una minore gommosità e una minore masticabilità, mentre l'elasticità, la coesione e la resilienza della torta erano leggermente superiori a quelle della torta di controllo.

Cristallizzazione e concaggio a ultrasuoni del cioccolato

La sonicazione è ben nota per la sua capacità di estrazione. Dalla fava di cacao, il burro di cacao può essere rilasciato dalle cellule mediante macinazione ed estrazione a ultrasuoni.
Gli ultrasuoni sono una tecnica alternativa per rompere i cristalli di zucchero nel cioccolato e forniscono quindi effetti simili al concaggio.

Tenerizzazione della carne con ultrasuoni

L'applicazione di potenti onde ultrasoniche alla carne ne rende più tenera la struttura. L'effetto di tenerezza è ottenuto grazie al rilascio di proteine miofibrillari dalle cellule muscolari. Oltre all'effetto di intenerimento, gli ultrasuoni migliorano anche la capacità di legare l'acqua e la coesione della carne.
Per maggiori informazioni sulla tenerizzazione della carne con gli ultrasuoni e il sonicatore MeatBuzzer, cliccate qui!

La sonicazione nelle cucine e nei bar

I robot da cucina a ultrasuoni hanno trovato spazio anche nella cucina gourmet. I robot a ultrasuoni Hielscher sono utilizzati da chef di alto livello, come lo chef Sang-Hoon Degeimbre, premiato con due stelle Michelin.
Cliccate qui, se siete interessati alla ricetta del suo famoso brodo di gamberi a ultrasuoni!
Per le ricette dei cocktail a ultrasuoni, cliccate qui!

Sonicatori per la lavorazione di alimenti kosher e halal

Hielscher Ultrasonics può fornire su richiesta la certificazione kosher o halal per i suoi sonicatori. Ciò significa che i sonicatori sono stati prodotti e lavorati in conformità alle severe linee guida di queste leggi alimentari religiose. La certificazione kosher garantisce che i sonicatori sono stati prodotti senza derivati o sottoprodotti animali, mentre la certificazione halal verifica che i sonicatori sono stati trattati in modo coerente con i principi dietetici islamici.

Se desiderate un sonicatore Hielscher certificato kosher o halal, contattateci e saremo lieti di organizzare la certificazione necessaria.