La sonicazione e le sue molteplici applicazioni nella lavorazione degli alimenti

Gli ultrasuoni di potenza offrono molteplici possibilità per applicazioni efficaci e affidabili nella lavorazione degli alimenti. Le applicazioni più comuni nell’industria alimentare comprendono miscelazione e omogeneizzazione, emulsificazione, dispersione, disgregazione cellulare ed estrazione di materiale intracellulare, attivazione o disattivazione degli enzimi (che dipende dall’intensità degli ultrasuoni), conservazione, stabilizzazione, dissoluzione e cristallizzazione, idrogenazione, intenerimento della carne, maturazione, invecchiamento e ossidazione, nonché degasaggio ed essiccazione a spruzzo.

Di seguito presentiamo alcune applicazioni selezionate dei sonicatori Hielscher nella lavorazione degli alimenti. Fate clic sui singoli link per ottenere informazioni approfondite sull’applicazione di vostro interesse!

Estrazione di aromi e composti bioattivi mediante ultrasuoni

L’estrazione a ultrasuoni è ampiamente utilizzata nell’industria alimentare per recuperare efficacemente composti bioattivi, molecole aromatiche e proteine mediante l’applicazione di ultrasuoni ad alta intensità che favoriscono il trasferimento di massa e disgregano le strutture cellulari. Gli effetti di cavitazione risultanti aumentano la resa e la velocità di estrazione operando a basse temperature, contribuendo a preservare i composti sensibili e consentendo una lavorazione pulita e scalabile senza solventi aggressivi.

L’estrazione a ultrasuoni è comunemente utilizzata per estrarre composti bioattivi. Tra gli esempi principali di estrazione a ultrasuoni figurano:

 

In questa presentazione illustriamo la produzione di estratti vegetali. Spieghiamo le difficoltà legate alla produzione di estratti vegetali di alta qualità e come un sonicatore possa aiutarvi a superarle. Questa presentazione mostra il funzionamento dell’estrazione a ultrasuoni. Scoprirete quali vantaggi potete aspettarvi dall’impiego di un sonicatore per l’estrazione e come integrare un estrattore a ultrasuoni nella vostra produzione di estratti.

 

Emulsificazione a ultrasuoni di salse, condimenti e creme

Applicando la sonicazione a miscele di olio/acqua, chef e scienziati alimentari ottengono emulsioni ultrafini e stabili – senza calore eccessivo né additivi sintetici. Dalle salse cremose e dalle vinaigrette vellutate alle creme senza latticini e alle schiume delicate, la cavitazione ultrasonica consente un controllo preciso delle dimensioni e della dispersione delle goccioline.
Scoprite di più sulle emulsioni alimentari a ultrasuoni!

Fermentazione dello yogurt assistita da ultrasuoni

Lo yogurt è un prodotto a base di latte fermentato che può essere ottenuto dal solo latte oppure mediante l’aggiunta di colture batteriche. I ceppi di bifidobatteri (ad es. BB-12, BB-46, B breve) sono probiotici comunemente utilizzati per la fermentazione dello yogurt. La cavitazione ultrasonica applicata alle cellule batteriche può causarne la distruzione e, contemporaneamente, il rilascio di β-galattosidasi. La β-galattosidasi è un enzima della classe delle idrolasi ampiamente utilizzato nell’industria della lavorazione del latte. La fermentazione assistita da ultrasuoni viene accelerata grazie a un’idrolisi più rapida del lattosio, conseguente al rilascio di β-galattosidasi dalle cellule dei bifidobatteri indotto dagli ultrasuoni.
L’omogeneizzazione a ultrasuoni provoca la rottura dei globuli di grasso del latte e una distribuzione dimensionale molto fine.
La sonicazione può accelerare la fermentazione (riduzione del tempo totale di produzione fino al 40%) e migliorare le caratteristiche qualitative dello yogurt, ottenendo una viscosità maggiore, un coagulo più consistente e una struttura migliore.

Omogeneizzazione del latte a ultrasuoni

Il latte (ad es. latte vaccino, di bufala, di capra o di cammella) è un’emulsione o un sistema colloidale costituito da globuli di grasso del latte all’interno di un fluido a base acquosa contenente carboidrati, proteine e minerali disciolti. Poiché grasso e acqua tendono a separarsi in due fasi, il latte deve essere omogeneizzato per ottenere un prodotto uniforme. L’omogeneizzazione consiste nella distribuzione uniforme delle molecole di grasso nel liquido del latte. Gli ultrasuoni sono un metodo ben noto, utilizzato per diverse applicazioni nella lavorazione dei prodotti lattiero-caseari. Il trattamento del latte a ultrasuoni produce globuli di grasso omogeneizzati, uniformi e distribuiti in modo omogeneo. L’omogeneizzazione mediante ultrasuoni ad alta potenza è efficace anche per i sostituti vegetali del latte (vegani / senza latticini), 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 riportate di seguito mostrano gli effetti della sonicazione sulle dimensioni delle goccioline di grasso del latte. Una bassa ampiezza (150W) non ha prodotto un effetto di omogeneizzazione soddisfacente (Fig.2); le dimensioni degli MFG e la loro distribuzione erano simili a quelle del latte non trattato (confrontare le fig. 1 e 2). Gli ultrasuoni ad ampiezza media (267,5, 375 W) hanno prodotto un buon effetto di omogeneizzazione; il diametro medio degli MFG era di 2 μm (Fig. 3, 4). Gli ultrasuoni ad ampiezza maggiore (750W) hanno ridotto notevolmente le dimensioni degli MFG (Fig. 6), rendendoli appena visibili al microscopio ottico (ingrandimento 100x); il loro diametro medio era di 0,3 μm.

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

Cristallizzazione dello zucchero a ultrasuoni per i prodotti dolciari

La sonicazione controllata consente di avviare l’inseminazione cristallina (creazione di nuclei) e di influenzare la crescita dei cristalli. Sotto irradiazione ultrasonica si formano cristalli più piccoli e, di conseguenza, più numerosi. Gli ultrasuoni favoriscono il processo di cristallizzazione in due modi: innanzitutto, gli ultrasuoni di potenza sono uno strumento molto efficace per creare una soluzione uniforme, che costituisce il materiale di partenza per la cristallizzazione. Nella seconda fase, gli ultrasuoni favoriscono la formazione di un gran numero di nuclei. Mentre una nucleazione scarsa genera un numero inferiore di cristalli grandi, una nucleazione efficiente forma una grande quantità di cristalli piccoli e fini. Nel campo acustico diventa persino possibile avviare la nucleazione di zuccheri che normalmente tendono a non cristallizzare (ad es. D-fruttosio, sorbitolo).
La modifica della cristallizzazione mediante ultrasuoni è interessante per la formulazione di caramelle, prodotti dolciari, creme spalmabili, gelato, panna montata e cioccolato.

Idrogenazione a ultrasuoni degli oli alimentari

L’idrogenazione degli oli vegetali è un importante processo industriale su larga scala. Mediante idrogenazione, gli oli vegetali liquidi vengono convertiti in grassi solidi o semisolidi (ad es. margarina). Dal punto di vista chimico, gli acidi grassi insaturi vengono convertiti, durante la reazione di idrogenazione catalizzata per trasferimento di fase , nei corrispondenti acidi grassi saturi mediante l’aggiunta di atomi di idrogeno ai doppi legami. Questo processo catalitico può essere accelerato mediante sonicazione ad alta potenza. Un catalizzatore comunemente utilizzato è il nichel. I grassi idrogenati sono ampiamente utilizzati come grassi per conferire friabilità ai prodotti da forno. Un vantaggio dei grassi saturi è la loro minore tendenza all’ossidazione e, di conseguenza, un rischio inferiore di irrancidimento.

Liquefazione del miele a ultrasuoni

Gli ultrasuoni offrono un metodo efficace e non termico per sciogliere i cristalli presenti nel miele e distruggere i lieviti, senza alterare la qualità del miele.
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Stabilizzazione a ultrasuoni di succhi e frullati

Come tecnica non termica di lavorazione degli alimenti, gli ultrasuoni offrono un trattamento delicato ma efficace che intensifica gli aromi, stabilizza e conserva succhi, frullati, salse e puree. I risultati dei trattamenti a ultrasuoni dei succhi comprendono il miglioramento degli aromi, la stabilizzazione e la conservazione.
Leggete qui ulteriori informazioni sul miglioramento di succhi e frullati mediante ultrasuoni!
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Scoprite come la sonicazione conserva il succo di fragola dolcificato con stevia migliorandone al contempo il profilo nutrizionale!

Invecchiamento a ultrasuoni di vino e liquori

Gli ultrasuoni di potenza favoriscono l’affinamento con legno di quercia del vino e dei distillati grazie alla loro efficace capacità di estrazione e al trasferimento di massa notevolmente intensificato tra il tessuto legnoso e la bevanda alcolica.
Fate clic qui per saperne di più sulle possibilità del trattamento del vino a ultrasuoni!
Anche il processo di fermentazione di vino, mosto, birra e sake può essere accelerato in modo sostanziale. Sono stati raggiunti incrementi della velocità dal 50% al 65%!
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Congelamento del gelato accelerato dagli ultrasuoni

Per produrre il gelato è necessaria una miscela per gelato. Questa miscela è composta da latte, latte in polvere, panna, burro o grassi vegetali, zucchero, sostanza secca, emulsionante, stabilizzante e additivi quali frutta, frutta a guscio, aromi e coloranti. Questa speciale miscela deve essere omogeneizzata e pastorizzata, quindi agitata lentamente durante il processo di congelamento per impedire la formazione di grandi cristalli di ghiaccio. Durante questa fase vengono incorporate bolle d’aria molto piccole (il cosiddetto processo di aerazione) per rendere spumoso il gelato, ottenendo un dessert freddo dalla consistenza liscia. È in questa fase del processo che si può applicare la sonicazione per migliorare la qualità del gelato.
Durante il processo di congelamento, dall’acqua sopraffusa si formano cristalli. La morfologia dei cristalli di ghiaccio svolge un ruolo importante nelle proprietà strutturali e fisiche degli alimenti congelati e semicongelati. Poiché le dimensioni e la distribuzione dei cristalli di ghiaccio sono particolarmente importanti per la qualità dei prodotti a struttura tissutale dopo lo scongelamento, nel gelato si preferiscono cristalli di ghiaccio più piccoli, perché quelli grandi producono una consistenza ghiacciata. La nucleazione è il fattore più importante per controllare la distribuzione dimensionale dei cristalli durante la cristallizzazione. Pertanto, la velocità di congelamento è solitamente il parametro utilizzato per controllare le dimensioni e la distribuzione dimensionale dei cristalli di ghiaccio nel gelato. Durante la montatura e il congelamento viene immessa aria per ottenere la consistenza liscia del gelato. Il cosiddetto “over-run”, ossia la quantità di aria immessa, viene dosato – in funzione della specifica ricetta – in proporzione al volume complessivo dei solidi e dell’acqua. L’over-run varia quindi in base alle diverse formulazioni del gelato e ai flussi di lavorazione. Il gelato standard presenta un over-run del 100%, il che significa che il prodotto finale è costituito da volumi uguali di miscela per gelato e bolle d’aria.
L’utilizzo degli omogeneizzatori a ultrasuoni ad alta potenza Hielscher migliora la qualità del gelato riducendo le dimensioni dei cristalli di ghiaccio ed evitando la formazione di incrostazioni sulla superficie di congelamento. Grazie alle dimensioni ridotte dei cristalli di ghiaccio e alla migliore distribuzione delle bolle d’aria, si ottengono una consistenza migliore e una sensazione più cremosa in bocca. Tempi di congelamento significativamente più brevi comportano una maggiore capacità di processo e una produzione più efficiente dal punto di vista energetico.

Aerazione degli impasti a ultrasuoni

I prodotti alimentari aerati, come il pan di Spagna, possono essere notevolmente migliorati mediante sonicazione. L’applicazione degli ultrasuoni di potenza durante la fase di miscelazione dell’impasto migliora la qualità del pan di Spagna in termini di minore durezza e maggiore elasticità, coesività e resilienza. Per le prove, tutti gli ingredienti sono stati miscelati insieme secondo il metodo “all-in”, il che significa che farina integrale a basso contenuto proteico, emulsionante, amido di mais, zucchero, lievito chimico, sale e uova intere fresche sono stati aggiunti contemporaneamente per preparare l’impasto. Prima della sonicazione, gli ingredienti sono stati mescolati uniformemente, in modo da applicare gli ultrasuoni a un impasto omogeneo. Il dolce aerato a ultrasuoni ha mostrato minore durezza, gommosità e masticabilità, mentre elasticità, coesività e resilienza erano leggermente superiori a quelle del dolce di controllo.

Cristallizzazione e concaggio del cioccolato a ultrasuoni

La sonicazione è ben nota per la sua capacità di estrazione. Il burro di cacao può essere liberato dalle cellule delle fave di cacao mediante macinazione ed estrazione a ultrasuoni.
Gli ultrasuoni costituiscono una tecnica alternativa per frantumare i cristalli di zucchero nel cioccolato, producendo così effetti simili a quelli del concaggio.

Intenerimento della carne a ultrasuoni

L’applicazione di potenti onde ultrasoniche alla carne ne intenerisce la struttura. Un significativo intenerimento si ottiene grazie al rilascio delle proteine miofibrillari dalle cellule muscolari. Oltre all’effetto di intenerimento, gli ultrasuoni migliorano anche la capacità di trattenere l’acqua e la coesività della carne.
Trovate qui ulteriori informazioni sull’intenerimento della carne con gli ultrasuoni di potenza e il sonicatore MeatBuzzer!

Sonicazione nelle cucine e nei bar

I processori alimentari a ultrasuoni sono entrati anche nelle cucine gourmet. I sonicatori Hielscher sono utilizzati da chef di alto livello, come Sang-Hoon Degeimbre, premiato con due stelle Michelin.
Fate clic qui se vi interessa la ricetta del suo famoso brodo di gamberi preparato a ultrasuoni!
Per le ricette di cocktail a ultrasuoni, fate clic qui!

 

Sonicatori per la lavorazione di alimenti kosher e halal

Hielscher Ultrasonics può fornire, su richiesta, la certificazione kosher o halal per i propri sonicatori. Ciò significa che i sonicatori sono stati fabbricati e sottoposti a lavorazione in conformità alle rigorose linee guida di queste norme alimentari religiose. La certificazione kosher garantisce che i sonicatori siano stati prodotti senza alcun sottoprodotto o derivato animale, mentre la certificazione halal verifica che i sonicatori siano stati trattati in modo conforme ai principi alimentari islamici.

Se avete bisogno di un sonicatore Hielscher certificato kosher o halal, contattateci e saremo lieti di provvedere alla certificazione necessaria.