Ultraschallveraarbechtung vu Proteinne fir Liewensmëttel an Nahrungsergänzungsmëttel

D’Beschallung ass eng leeschtungsstaark Prozesstechnologie fir d’Funktionalitéit, d’Dispergéierbarkeet, d’Léislechkeet an d’Stabilitéit vu Proteinnen ze verbesseren, déi a Liewensmëttel an Nahrungsergänzungsmëttel agesat ginn. Vu planzleche Proteinne wéi Huewer-, Ierbessen-, Soja-, Hanf- a Räisproteinne bis zu Mëllechproteinnen a gemëschte Formuléierungen hëlleft Ultraschall mat héijer Intensitéit den Hiersteller, Proteinsystemer fir e bessert Veraarbechtungsverhalen a verbessert Produkteegenschaften ze optiméieren.

Bei der Proteinveraarbechtung ass Ultraschall méi wéi nëmmen eng Mëschhëllef. Eng richteg kontrolléiert Beschallung kann d’Partikelgréisst reduzéieren, d’Hydratatioun an d’Dispersioun verbesseren, den Undeel un opgeléiste Proteinnen erhéijen an d’Suspensiounsstabilitéit verbesseren. Dës Effekter si besonnesch relevant fir fäerdeg Gedrénks, Proteinkonzentrater, ugeräichert Liewensmëttel a Formuléierunge vun Nahrungsergänzungsmëttelen a Pudderform. An enger 2025 publizéierter Etüd (Höhme-Matthes et al.), déi d’Ultraschallveraarbechtung vun Huewerprotein ënnersicht huet, huet d’Ultraschallbehandlung d’Quantitéit un opgeléistem Huewerproteinkonzentrat erhéicht an d’Instabilitéit vun der Suspensioun mat zouhuelender Energiedicht reduzéiert.

Firwat d’Ultraschallveraarbechtung vu Proteinne wichteg ass

Hiersteller vu Liewensmëttel an Nahrungsergänzungsmëttele stinn dacks virun Erausfuerderunge wéi enger schlechter Benetzung, onvollstänneger Hydratatioun, Sedimentatioun, héijer Viskositéit, instabile Suspensiounen an ongläichméisseger Funktionalitéit. Dës Problemer ginn nach méi wichteg bei proteinräichen, planzlechen a Clean-Label-Formuléierungen.
Ultraschall mat héijer Intensitéit an niddreger Frequenz erzeugt akustesch Kavitatioun a Flëssegkeeten. D’Implosioun vu mikroskopesche Blosen erzeugt lokal Schéierkräften, Turbulenzen a Mikrovermëschung. A Proteinsystemer kënnen dës Effekter Agglomerater opbriechen, d’Partikelgréisst reduzéieren, de Stofftransport verbesseren an déi physikalesch Organisatioun vu proteinräiche Suspensioune veränneren. D’Resultat ass e Proteinsystem, dee méi einfach ze verschaffen ass an dacks besser Eegenschaften am fäerdege Produkt huet.

Wéi d’Beschallung d’Proteinveraarbechtung an der Liewensmëttelindustrie verbessert

• Verbessert Dispersioun an Hydratatioun
  Proteinpudder hydratiséiere sech dacks ongläichméisseg a bilden Agglomerater. D’Beschallung hëlleft, Partikelen ze deagglomeréieren, a fërdert eng méi gläichméisseg Benetzung, wat d’Hydratatiounszäite verkierzen an déi uschléissend Handhabung verbessere kann.
• Reduktioun vun der Partikelgréisst
  Eng reduzéiert Partikelgréisst gëtt dacks mat engem méi geschmeidege Mondgefill, engem verbesserte Suspensiounsverhalen an engem besseren Zougang vum Waasser zu de Proteinoberflächen a Verbindung bruecht. D’Publikatioun iwwer Huewerprotein kënnt ausdrécklech zur Konklusioun, datt Ultraschall fir d’Veraarbechtung vu planzleche Proteinnen am industrielle Moossstaf am Hibléck op d’Reduktioun vun der Partikelgréisst nëtzlech ass.
• Méi héich Proteinléislechkeet
  D’Beschallung kann den Undeel un opgeléiste Proteinnen erhéijen an déi scheinbar Léislechkeet a schwéiere Systemer verbesseren. An der Etüd iwwer Huewerprotein berichten d’Auteuren, datt d’Ultraschallbehandlung d’Quantitéit un opgeléistem Huewerproteinkonzentrat erhéicht huet, woubäi d’Léislechkeet scho bei enger Energiedicht vun 200 J/mL ongeféier dräimol esou héich war.
• Verbessert Suspensiounsstabilitéit
  Duerch d’Verbesserung vun der Dispersioun an d’Reduktioun vun den Undeeler un net opgeléiste Partikelen hëlleft Ultraschall, d’Sedimentatioun an d’Phasentrennung ze reduzéieren. Déi eropgeluede Publikatioun bericht, datt d’Ultraschallbehandlung d’Instabilitéit vu Suspensioune vun Huewerproteinkonzentrat reduzéiert huet an datt eng kontinuéierlech Behandlung an enger Duerchflosszell d’Suspensiounsstabilitéit bei der selwechter Energiedicht staark verbessert huet.

Beispill: Veraarbechtung vun Huewerprotein mat Hielscher Ultraschallapparater

Eng Etüd vun 2025 iwwer d’Veraarbechtung vun Huewerproteinkonzentrat huet souwuel d’Ultraschallbehandlung a Chargen ewéi och an Duerchflosszelle mat Hielscher-Geräter charakteriséiert. D’Fuerscher hunn an hiren Experimenter en Hielscher UIP1500hdT an en Hielscher UP200St benotzt. Si hu festgestallt, datt d’Ultraschallbehandlung d’Quantitéit u opgeléistem Huewerproteinkonzentrat erhéicht huet, wärend d’Instabilitéit vun der Suspensioun mat zouhuelender Energiedicht ofgeholl huet. Si hunn och festgestallt, datt d’Ultraschallbehandlung an Duerchflosszellen e méi héijen Duerchsaz erméiglecht huet an am Verglach mat enger üblecher Chargenkonfiguratioun industriell Relevanz hat.
D’Etüd kënnt weider zur Konklusioun, datt Ultraschall en nëtzlecht Instrument fir d’Veraarbechtung vu planzleche Proteinkonzentrater am industrielle Moossstaf ass. Si ënnersträicht déi verbessert Reduktioun vun der Partikelgréisst, déi besser Suspensiounsstabilitéit an d’Wichtegkeet vun der kontinuéierlecher Ultraschallbehandlung an Duerchflosszellkonfiguratioune fir d’Prozesseffizienz an d’Iwwerdroung op e méi grousse Moossstaf.

Beispill: Verbessert Funktionalitéit vun Ierbseprotein duerch Ultraschallbehandlung

D’Ultraschallveraarbechtung bitt e puer kloer Virdeeler fir Ierbseproteinsystemer: Si verbessert d’Dispergéierbarkeet an d’Léislechkeet, andeems si Aggregater ofbaut an d’Partikelgréisst reduzéiert, wat d’funktionell Leeschtung a Liewensmëttele verstäerke kann, ouni d’Verdaulechkeet oder d’Bioaccessibilitéit vum Protein ze beeinträchtegen. A Formuléierunge mat Ballaststoffer kann Ultraschall och d’Bildung vun nëtzleche Protein–Ballaststoff-Netzwierker fërderen an, jee no Ballaststoffaart, d’Viskositéit an d’Fäegkeet fir Textur opzebauen erhéijen. A fermentéierte Jughurtalternativen op Basis vun Ierbseprotein huet Ultraschall d’Produktqualitéit zousätzlech verbessert, andeems e wichteg Verbindunge mat ongewënschtem Aroma wéi Hexanal an 2-Pentylfuran reduzéiert a gläichzäiteg gewënschten, jughurtänlech Aromaverbindunge wéi Diacetyl an Acetoin erhéicht huet. Dat mécht en zu engem villverspriechenden Instrument fir Clean-Label-Produkter, souwuel fir d’Funktionalitéit ewéi och fir d’Sensorik ze verbesseren.
(vgl. Kalla-Berthold et al., 2023; Matysek et al., 2024)

FE-SEM-Biller (400x an 2000x Vergréisserungen, Moossstafsbalken: 10 µm) vun onbehandelten (UT) an
ultraschallbehandelten (T) Ierbseproteinprouwen (PP).
Etüd a Bild: ©Kalla-Berthold et al., 2023

Beispill: Virdeeler vun ultraschallbehandeltem Hanfprotein

D’Extraktioun vun Hanfprotein mat Ultraschall bitt e puer bemierkenswäert Virdeeler, besonnesch fir entfette Reschter vun Hanfsomen zu méi héichwäertegen Zutate weiderzeveraarbechten. An der eropgeluedener Etüd huet d’ultraschallënnerstëtzt Extraktioun d’Gesamtausbezuelung u Protein an d’Rengheet am Verglach mat der konventioneller Extraktioun verbessert. De beschte kombinéierte Prozess huet a Verbindung mat enger HPP-Virbehandlung eng Proteinausbezuelung vu ronn 62% an eng Rengheet vu ronn 76% erreecht. Si huet och d’Extraktioun vun Aminosaieren an de verschiddenen Isolate verbessert, wat op eng besser Ausbezuelung un Nährstoffer hiweist, ouni dobäi gréisser siichtbar Schied un de Proteinbandemusteren op der SDS-PAGE ze verursaachen. Insgesamt ënnerstëtzen d’Resultater Ultraschall als eng méi ëmweltfrëndlech a méi effizient Extraktiounsmethod, déi d’Veraarbechtungsintensitéit reduzéiere kann an hëllefe kann, Hanfnieweprodukter an nëtzlech Proteinzutate fir Liewensmëttel an nutraceutesch Produkter ëmzewandelen.
(vgl. Cabral et al. 2023)

Beispill: Ultraschallextraktioun vu Proteinhydrolysat aus Reisklie

D’Extraktioun vu Reisproteinhydrolysat mat Ultraschall bitt kloer funktionell Virdeeler, well Ultraschall d’Fräisetzung vu Protein aus Reisklie verbessert, andeems en Zellstrukturen opbrécht an de Stofftransport verstäerkt, wouduerch d’Extraktioun méi effizient gëtt wéi mat konventionelle Methoden. An der Etüd gouf d’Extraktioun erfollegräich bei engem Feststoff/Flëssegkeet-Verhältnis vun 0,43, enger Amplitud vun 48,25% an enger Dauer vun 29,89 Minutten optiméiert. D’ultraschallënnerstëtzt enzymatesch Hydrolys huet och d’Produktioun vun Hydrolysater mat staarker Bioaktivitéit ënnerstëtzt, dorënner eng héich ACE-hemmend Aktivitéit an antioxidatiivt Potenzial. D’Auteure kommen zur Konklusioun, datt Ultraschall eng effikass Technik ass, net nëmme fir d’Proteinextraktioun, mee och fir d’Beschleunegung vun der enzymatescher Hydrolys, an domat hëlleft, Reisklie a méi héichwäerteg bioaktiv Proteinzutaten ëmzewandelen.
(vgl. Hayta et al., 2020)

Virdeeler fir Hiersteller vu Liewensmëttelen an Nahrungsergänzungsmëttelen

• Besser Produktqualitéit
  D’Beschallung mat Ultraschall kann eng méi glat Textur an e méi glat Mondgefill a flëssege Proteinprodukter, eng verbessert Homogenitéit a Suspensiounen a Virmëschungen, manner siichtbar Sedimentatioun a Proteingedrénks an eng méi gläichméisseg funktionell Leeschtung iwwer verschidde Chargen ënnerstëtzen.
• Méi effizient Veraarbechtung
  Ultraschall kann d’Veraarbechtung intensivéieren, andeems en d’Dispersioun an d’Hydratatioun beschleunegt an eng kontinuéierlech Inline-Behandlung erméiglecht. D’Etüd iwwer Huewerprotein bericht, datt d’Bauweis mat enger Duerchflusszell trotz héijem Massenduerchsaz méi héich Dichten erméiglecht an dofir eng méi héich Effizienz an eng méi grouss industriell Relevanz wéi eng üblech Charge-Bauweis ënnerstëtze kann.
• Méi grouss Flexibilitéit bei der Formuléierung
  D’Beschallung mat Ultraschall ass nëtzlech fir usprochsvoll Formuléierunge mat planzleche Proteinnen, proteinräich RTD-Gedrénks, Basisse fir Nahrungsergänzungsmëttel a Prozesser virun der Homogeniséierung, Hydrolys oder Dréchnung. D’Publikatioun weist op d’Relevanz fir planzlech Gedrénks, Schlämm an uschléissend Hydrolysschrëtt hin.
• Bessert Potenzial fir d’Iwwerdroung op e méi grousse Moossstaf
  Definéiert Parameter vun der Beschallung mat Ultraschall, wéi Amplitud, Intensitéit, Energiedicht, Openthaltszäit a Géigendrock, ënnerstëtzen d’Iwwerdroung vum Prozess aus dem Labo an d’Pilotproduktioun an d’industriell Produktioun. Déi eropgelueden Etüd leet besonnesche Wäert op dës Parameter fir d’Ausleeë vu skaléierbare kontinuéierleche Veraarbechtungsprozesser.

Firwat den Asaz vun Hielscher Ultraschallapparater Virdeeler bréngt

Hielscher Ultraschallapparater sinn attraktiv fir d’Proteinveraarbechtung, well si eng kontrolléiert a reproduzéierbar Ultraschallbehandlung erméiglechen. Fir Hiersteller läit de wierkleche Virdeel net nëmmen doran, Kavitatioun ze erzeugen, mee se ënner definéierten a skaléierbare Bedéngungen ze erzeugen.

• Kontrolléiert Parameter vun der Beschallung mat Ultraschall
  D’Hielscher Systemer, déi an der Etüd agesat goufen, hunn de Fuerscher erlaabt, mat definéierten Amplituden, Intensitéiten an Energiedichten ze schaffen, souwuel am Chargebetrib wéi och am Betrib mat enger Duerchflusszell. Dëst ënnerstëtzt eng systematesch Prozessentwécklung an d’Iwwerdroung op e méi grousse Moossstaf.
• Asaz am Chargebetrib a mat enger Duerchflusszell
  Hiersteller kënnen d’Beschallung mat Ultraschall am Chargebetrib evaluéieren an duerno op eng kontinuéierlech Inline-Veraarbechtung iwwergoen. Déi eropgeluede Publikatioun weist, datt eng kontinuéierlech Beschallung mat Ultraschall an enger Duerchflusszell eng Behandlung am Chargebetrib bei der Suspensiounsstabilitéit an der industrieller Relevanz iwwertrëffe kann.
• Prozessausleeung fir industriellen Duerchsaz
  D’Etüd weist, datt Géigendrock, Openthaltszäit a Massestroum wichteg Variabele bei der kontinuéierlecher Beschallung mat Ultraschall sinn. Dëst ass fir Hiersteller relevant, well et d’Ultraschallbehandlung zu engem richtege verfahrenstechneschen Instrument mécht, amplaz nëmmen zu enger Labortechnik.
• Ënnerstëtzung fir schwiereg Proteinsystemer
  D’Publikatioun betount, datt d’Upassung vu Produkteegenschafte wéi Partikelgréisst, Suspensiounsstabilitéit, Opléislechkeet a Viskositéit fir planzlech Suspensioune vu grousser Bedeitung ass. Si weist och drop hin, datt Ultraschallapparater wéineg Plaz brauchen, héich Feststoffkonzentratioune verschaffe kënnen an eng eenzegaarteg Kombinatioun vu physikaleschen a cheemeschen Effekter bidden.

 
Typesch Uwendungen
D’Proteinveraarbechtung mat Ultraschall ass relevant fir

• Gedrénks mat planzleche Proteinnen op Basis vun Huewer, Ierbessen, Soja, Räis, Saubounen oder Mëschungen;
• Mëllechgedrénks a Gedrénks ouni Mëllech, déi mat Protein ugeräichert sinn;
• Nahrungsergänzungsmëttel a Form vu Suspensiounen a flëssege Shots;
• Proteindispersioune virun der Homogeniséierung oder Emulgéierung;
• a Virmëschunge fir d’Sprëtzdréchnung oder eng weider Funktionaliséierung.

Ultraschall als skaléierbar Technologie fir d’Proteinveraarbechtung

D’Beschallung hëlleft Hiersteller vu Liewensmëttelen an Nahrungsergänzungsmëttelen, d’Funktionalitéit vu Proteinnen ze verbesseren, wou konventionellt Mëschen eleng dacks u seng Grenze stéisst. Andeems Ultraschall d’Dispersioun verstäerkt, d’Partikelgréisst reduzéiert, den Undeel u opgeléiste Proteinnen erhéicht a Suspensioune stabiliséiert, kann en noweisbar Virdeeler fir d’Produktqualitéit an d’Prozesseffizienz bréngen. Déi eropgeluede Studie ënnerstëtzt dës Ausso fir Huewerproteinkonzentrater a weist drop hin, datt eng kontinuéierlech Beschallung an enger Duerchflosszell besonnesch villverspriechend fir d’industriell Veraarbechtung ass.
Hielscher Ultraschallapparater bidden e praktesche Wee vun der Machbarkeet am Labo bis zur industrieller Ëmsetzung. Hiren Asaz a publizéierten Aarbechten iwwer d’Proteinveraarbechtung, dorënner déi eropgeluede Studie iwwer Huewerprotein, weist, wéi eng Ultraschallbehandlung zu engem kontrolléierten a skaléierbare Produktiounsschrëtt fir Hiersteller vu Liewensmëttelen an Nahrungsergänzungsmëttelen entwéckelt ka ginn.

Déi follgend Tabell gëtt Iech en Unhaltspunkt iwwer déi ongeféier Veraarbechtungskapazitéit vun eisen Ultraschallapparater:

Design, Fabrikatioun a Berodung – Qualitéit aus Däitschland

Hielscher Ultraschallapparater si fir hir héchst Qualitéits- an Designstandarde bekannt. Robustheet an einfach Bedéngung erméiglechen eng reiwungslos Integratioun vun eisen Ultraschallapparater an industriell Anlagen. Hielscher Ultraschallapparater kommen ouni Schwieregkeete mat haarde Bedéngungen an usprochsvollen Ëmfelder eens.

Hielscher Ultrasonics ass en ISO-zertifizéiert Betrib a leet besonnesche Wäert op héichleeschtungsfäeg Ultraschallapparater mat modernster Technologie a Benotzerfrëndlechkeet. Selbstverständlech sinn Hielscher Ultraschallapparater CE-konform an erfëllen d’Ufuerderunge vun UL, CSA a RoHs.

Literatur / Referenzen

• Höhme-Matthes, L., A.Krause, F. Schulnies, S. Kleinschmidt, T. Kleinschmidt (2025): Characterization of Batch and Flow Cell Ultrasonication in the Processing of Oat Protein Concentrates to Obtain Higher Efficiency and Scalability. Journal of Food Process Engineering 48, no. 6: e70164.
• Cabral, E.M.; Zhu, X.; Garcia-Vaquero, M.; Pérez-Vila, S.; Tang, J.; Gómez-Mascaraque, L.G.; Poojary, M.M.; Curtin, J.; Tiwari, B.K. (2023): Recovery of Protein from Industrial Hemp Waste (Cannabis sativa, L.) Using High-Pressure Processing and Ultrasound Technologies. Foods 2023, 12, 2883.
• Hayta, M., Benli, B., İşçimen, E.M. et al. (2020): Optimization of antihypertensive and antioxidant hydrolysate extraction from rice bran proteins using ultrasound assisted enzymatic hydrolysis. Journal of Food Measurement and Characterization 14, 2020. 2578–2589.
• Antonio J. Vela, Marina Villanueva, Ángela García Solaesa, Felicidad Ronda (2021): Impact of high-intensity ultrasound waves on structural, functional, thermal and rheological properties of rice flour and its biopolymers structural features. Food Hydrocolloids, Volume 113, 2021.
• Kalla-Bertholdt, A.-M.; Baier, A.K.; Rauh, C. (2023): Influence of High-Intensity Ultrasound on Characteristics and Bioaccessibility of Pea Protein in Fiber-Enriched Suspensions. Foods 2023, 12, 3160.
• Julia Matysek, Anne Baier, Ann-Marie Kalla-Bertholdt, Sandra Grebenteuch, Sascha Rohn, Cornelia Rauh (2024): Effect of ultrasound and fibre enrichment on aroma profile and texture characteristics of pea protein-based yoghurt alternatives. Innovative Food Science & Emerging Technologies, Volume 93, 2024.