Ultraskaņa pārtikas rūpniecībā

Lieljaudas ultraskaņu izmanto daudzos pārtikas pārstrādes procesos, tostarp ekstrakcijā, homogenizācijā, pasterizācijā un fermentācijā. Apstrāde ar ultraskaņu kā netermiska apstrādes metode uzlabo pārtikas ražošanas procesus, palielinot iznākumu, paaugstinot kvalitāti, uzlabojot uzturvielu un garšas profilus, kā arī ietaupot apstrādes laiku un izmaksas.

Ultraskaņas lietojumi pārtikas pārstrādē

Lieljaudas ultraskaņai ir plašs lietojumu klāsts pārtikas pārstrādē, tostarp ekstrakcija, sajaukšana, emulģēšana, pasterizācija, degazēšana un gaļas mīkstināšana. Papildus šiem galvenajiem lietojumiem lieljaudas ultraskaņu izmanto arī pārtikas produktu sasaldēšanas, atkausēšanas un žāvēšanas uzlabošanai.
Augstas intensitātes ultraskaņas galvenās priekšrocības ir saistītas ar dažādu pārtikas pārstrādes darbību uzlabošanu, piemēram, apstrādes laika samazināšanu, iznākuma palielināšanu un produktu kvalitātes uzlabošanu, nodrošinot ekonomiskāku apstrādi ar lielāku laika un izmaksu ietaupījumu.

Turpmākajā sadaļā ir aprakstīti galvenie augstas intensitātes ultraskaņas lietojumi pārtikas rūpniecībā:

• Ekstrakcija: Ultraskaņu var izmantot bioaktīvo savienojumu, piemēram, antioksidantu, pigmentu un ēterisko eļļu, ekstrakcijai no augu materiāliem. Šo procesu sauc par ekstrakciju ar ultraskaņas palīdzību, un to var izmantot augstas kvalitātes ekstraktu iegūšanai īsākā laikā un ar mazāku šķīdinātāju patēriņu nekā ar tradicionālajām metodēm.
  Lasiet vairāk par augu materiālu ultraskaņas ekstrakcijas priekšrocībām!
• Homogenizācija un emulģēšana: Ultraskaņas homogenizāciju var izmantot stabilu emulsiju un suspensiju, piemēram, salātu mērču, majonēzes, krēmu un piena produktu, ražošanai. Procesā izmanto augstfrekvences skaņas viļņus, lai sasmalcinātu šķidrumā esošās tauku lodītes, iegūstot gludu un viendabīgu tekstūru.
  Uzziniet vairāk par apstrādi ar ultraskaņu pārtikas emulsiju iegūšanai!
  Šeit atradīsiet detalizētu instrukciju un video par majonēzes emulģēšanu ar ultraskaņu!
• Konservēšana: Augstas intensitātes ultraskaņu var izmantot mikroorganismu, piemēram, baktēriju un raugu, inaktivēšanai pārtikas produktos. Šis process, ko sauc par pasterizāciju ar ultraskaņas palīdzību, var pagarināt pārtikas produktu derīguma termiņu un samazināt ar pārtiku pārnēsātu slimību risku. Apstrāde ar ultraskaņu kā netermiska apstrādes metode ļauj izvairīties no ļoti augstas temperatūras izmantošanas, tādējādi novēršot ar to saistīto siltumjutīgo uzturvielu noārdīšanos.
  Lasiet vairāk par derīguma termiņa pagarināšanu un uzturvielu saglabāšanu, izmantojot apstrādi ar ultraskaņu!

• Degazēšana: Iedarbojoties uz šķidrumu ar ultraskaņu, tajā ieslēgtie gāzes burbuļi tiek iekustināti. Rezultātā šie gaisa un gāzes burbuļi satuvinās un saplūst. Tas nozīmē, ka tie kļūst lielāki, tādēļ var uzpeldēt šķidruma virspusē un tos var viegli noņemt.
• Šķīdināšana: Pateicoties izcilajām sajaukšanas un samaisīšanas spējām, ultraskaņa ir ļoti efektīva šķīdumu ar augstu piesātinājuma pakāpi un pat pārsātinātu šķīdumu iegūšanai. To izmanto kristalizācijas procesos, kā arī sāls šķīdumu ražošanā.
• Fermentācija: Tā kā ultraskaņas viļņi perforē un noārda mikroorganismu šūnu sieniņas, mikroorganismi kļūst uzņēmīgāki pret fermentācijas procesu. Vienlaikus ultraskaņa paātrina uzturvielu un skābekļa transportu uz mikroorganismiem, tādējādi palielinot to vielmaiņas aktivitāti. Kopumā apstrāde ar ultraskaņu palielina fermentācijas ātrumu, samazina fermentācijas laiku un uzlabo vēlamā galaprodukta iznākumu. Šī tehnoloģija ir īpaši noderīga tādu pārtikas produktu un dzērienu ražošanā kā piena produkti, jogurts, alus, kombuča un vīns.
• Viskozitātes samazināšana pirms žāvēšanas ar izsmidzināšanu: Ultraskaņas radītie bīdes spēki var ievērojami samazināt viskozitāti suspensijās, kuru viskozitāte samazinās bīdes ietekmē, un tiksotropās suspensijās. Viskozitātes samazināšana ar ultraskaņas radītu bīdi pirms izsmidzināšanas un žāvēšanas izsmidzinot ļauj ievērojami palielināt izsmidzināšanas iekārtu caurlaidspēju. Izsmidzināšanas žāvēšanas torņi bieži ir ražošanas līnijas posms, kas ierobežo tās ražīgumu. Ar ultraskaņu var palielināt esošo izsmidzināšanas žāvētāju jaudu.

• Sasaldēšana: Sasaldēšanu ar ultraskaņu var izmantot, lai sasaldēšanas procesā samazinātu ledus kristālu veidošanos pārtikas produktos. Procesā pārtiku sasaldēšanas laikā pakļauj augstfrekvences skaņas viļņu iedarbībai. Ultraskaņas viļņi rada vibrācijas, kas novērš lielu ledus kristālu veidošanos, tādējādi iegūstot produktu ar viendabīgāku tekstūru un labāku kvalitāti.
• Atkausēšana: Atkausēšanu ar ultraskaņu var izmantot, lai saīsinātu saldētu pārtikas produktu atkausēšanas laiku. Procesā saldēto produktu pakļauj ultraskaņas viļņu iedarbībai, kas rada siltumu un paātrina atkausēšanas procesu. Tā kā ultraskaņa veicina ļoti vienmērīgu enerģijas sadalījumu, atkausēšana ar ultraskaņu var būt īpaši noderīga produktiem, kurus ir grūti vienmērīgi atkausēt, piemēram, gaļai, jūras veltēm, augļiem un dārzeņiem.
  Sasaldēšanas, atkausēšanas un žāvēšanas laikā jaudas ultraskaņa būtiski uzlabo masas un enerģijas pārneses procesus, tādējādi paātrinot šos procesus un padarot tos ekonomiskākus.
• Pudeļu noplūžu noteikšana: Ultraskaņa ir ļoti efektīvs veids, kā noteikt noplūdes un plaisas gāzēto dzērienu, piemēram, limonādes, alus, dzirkstošā vīna u. c., pudelēs un skārdenēs. Ultraskaņu izmanto arī gāzēto dzērienu, piemēram, alus, degazēšanai pirms pildīšanas pudelēs – procesam, ko dēvē par de-fobbing.
• Sālīšana / marinēšana: Sālīšana ir izplatīts pārtikas konservēšanas un ražošanas process, ko īpaši izmanto gaļai, zivīm, sieram un dārzeņiem. Apstrāde ar ultraskaņu saīsina sālīšanas laiku un ļauj izmantot mazāku nātrija hlorīda daudzumu salīdzinājumā ar tradicionāli sālītiem un marinētiem pārtikas produktiem.
• Hidratācija / rehidratācija: Jaudas ultraskaņa ir vienkārša, taču ļoti efektīva metode tādu pārtikas produktu hidratācijai vai rehidratācijai kā kaltēti pākšaugi (piemēram, pupiņas, turku zirņi) vai dehidratētas sēnes. Tā kā ultraskaņa atver pārtikas produktu šūnu poras, ūdens var ātri iekļūt tajos. Tas paātrina pākšaugu uzbriešanu un attiecīgi saīsina gatavošanas laiku.
• Medus dekristalizācija: Ultraskaņu efektīvi izmanto kā netermisku apstrādi, lai novērstu lielu cukura kristālu veidošanos medū. Turklāt ar ultraskaņas apstrādi var dekristalizēt medū jau izveidojušos lielos kristālus. Zondes tipa ultraskaņas ierīces nodrošina ļoti efektīvu šķīdināšanu, izšķīdinot cukura kristālus un tādējādi iegūstot vienmērīgi gludu medu. Turklāt ultraskaņa uzlabo medus mikrobioloģisko kvalitāti, jo ultraskaņas izraisītās šūnu sagraušanas ietekmē tiek inaktivēti nevēlamie mikroorganismi.
• Cepšana eļļā: Cepšanu eļļā ar ultraskaņu var izmantot, lai samazinātu eļļas uzsūkšanos ceptos pārtikas produktos. Procesā gaļu vai dārzeņus iegremdē karstā eļļā, vienlaikus pakļaujot tos augstfrekvences skaņas viļņu iedarbībai. Ultraskaņas viļņi uz pārtikas virsmas rada mazus burbulīšus, kas samazina saskares laukumu starp dārzeņiem / gaļu un eļļu, tādējādi samazinot eļļas uzsūkšanos un nodrošinot veselīgāku galaproduktu. Cepšana eļļā ar ultraskaņu ļauj gatavot pārtiku zemākā temperatūrā, radot izcilākus garšas profilus un saglabājot uzturvielas.
  Uzziniet, kā cepšana eļļā ar ultraskaņas palīdzību ļauj iegūt veselīgākus, garšīgākus un kraukšķīgākus frī kartupeļus un kartupeļu čipsus!

Augstas veiktspējas ultraskaņas ierīces pārtikas pārstrādei

Hielscher Ultrasonics rūpnieciskie ultraskaņas procesori ir augstas veiktspējas ultraskaņas apstrādes iekārtas, kuru darbību var precīzi kontrolēt, tādējādi nodrošinot reproducējamus rezultātus un nemainīgu produktu kvalitāti. Tā kā Hielscher ultraskaņas procesori spēj nodrošināt ļoti lielas amplitūdas, tos var izmantot lietojumos ar ļoti augstām prasībām.
Klienti ir apmierināti ar Hielscher Ultrasonics sistēmu izcilo izturību un uzticamību. Hielscher ultraskaņas apstrādes iekārtas uzticami darbojas lielas slodzes lietojumos, sarežģītos vides apstākļos un 24/7 darbības režīmā, tādējādi nodrošinot efektīvu un ekonomisku pārtikas pārstrādi. Procesu intensifikācija ar ultraskaņu samazina apstrādes laiku un ļauj sasniegt labākus rezultātus, proti, augstāku kvalitāti, lielāku iznākumu un jaunus produktus.
Konsekventi izmantojot īpašus materiālus, piemēram, titānu, nerūsējošo tēraudu, keramiku vai dažādu marku stiklu, tiek garantēta tehnoloģijas saderība ar procesu.
Ultraskaņas procesori ir operatoram ērti lietojamas iekārtas ar nelielām apkopes prasībām un salīdzinoši zemām izmaksām.

Tālāk redzamā tabula sniedz priekšstatu par mūsu ultraskaņas apstrādes iekārtu aptuveno apstrādes jaudu:

Projektēšana, ražošana un konsultācijas – Vācijā radīta kvalitāte

Hielscher ultraskaņas apstrādes iekārtas ir labi pazīstamas ar saviem visaugstākajiem kvalitātes un konstrukcijas standartiem. Izturība un vienkārša lietošana ļauj mūsu ultraskaņas apstrādes iekārtas netraucēti integrēt rūpnieciskajās ražotnēs. Hielscher ultraskaņas apstrādes iekārtas viegli tiek galā ar skarbiem apstākļiem un sarežģītu darba vidi.

Hielscher Ultrasonics ir ISO sertificēts uzņēmums, kas īpašu uzmanību pievērš augstas veiktspējas ultraskaņas apstrādes iekārtām ar vismodernākajām tehnoloģijām un ērtu lietošanu. Protams, Hielscher ultraskaņas apstrādes iekārtas atbilst CE prasībām un izpilda UL, CSA un RoHs prasības.

Fakti, kurus vērts zināt

Kā darbojas ultraskaņa pārtikas pārstrādē?

Pārtikas apstrāde ar ultraskaņu ir labi nostiprinājusies tehnoloģija, ko izmanto tādos pārtikas pārstrādes procesos kā sajaukšana un homogenizācija, emulģēšana, ekstrakcija, šķīdināšana, degazācija un deaerācija, gaļas mīkstināšana, kristalizācija, kā arī pārtikas starpproduktu un galaproduktu funkcionalizācija un modificēšana. Hielscher ultraskaņas pārtikas apstrādes iekārtas pārtikas ražotnēs tiek uzstādītas jau gadu desmitiem; tās ir tehnoloģiski pilnveidotas un izstrādātas atbilstoši nozares prasībām. Ultraskaņas procesori izmanto lieljaudas ultraskaņas viļņu radītos fizikālos spēkus, kuru iedarbības rezultātā rodas kavitācija.

Kādus dzērienus parasti gatavo, izmantojot apstrādi ar ultraskaņu?

Apstrādi ar ultraskaņu parasti izmanto tādu dzērienu gatavošanai vai pārstrādei kā auksti pagatavota kafija, tēja (tostarp mate), augļu un dārzeņu sulas, augu uzlējumi, funkcionālie dzērieni (augu ekstrakti), augu izcelsmes pieni, fermentēti dzērieni (procesa intensifikācijai) un dzērienu koncentrāti lietošanai gatavu dzērienu (RTD) ražošanai.
Atrodiet vairāk informācijas par šādu dzērienu ražošanu:

• Kafija / Zaļā kafija
• Tējas uzlējumi
• Mate
• Sulas
• Smūtiji
• Kombuča
• Riekstu pieni

Kas ir akustiskā kavitācija?

Akustiskā kavitācija, kas pazīstama arī kā ultraskaņas kavitācija, ir sīku vakuuma burbuļu augšana un sabrukšana šķidrumos vai suspensijās radītā ultraskaņas laukā. Kavitācijas burbuļi aug mainīgos augsta spiediena / zema spiediena ciklos, kas attiecīgi ir saspiešanas un retinājuma fāzes. Pēc augšanas vairāku mainīga spiediena ciklu laikā vakuuma burbulis sasniedz stāvokli, kurā tas vairs nevar absorbēt enerģiju, tāpēc augsta spiediena ciklā tas strauji implodē. Burbuļa sabrukšanas laikā lokāli rodas ekstremāli apstākļi, tostarp ārkārtīgi augsta temperatūra līdz pat 5 000K ar ļoti lielu uzsilšanas un atdzišanas ātrumu, spiediens līdz pat 2000atm un atbilstošas spiediena starpības, kā arī šķidruma strūklas ar ātrumu līdz pat 280m/s. Šajos kavitācijas „karstajos punktos” lokāli ārkārtīgi spēcīgi spēki rada fizikālus apstākļus, kas nodrošina sajaukšanu, ekstrakciju un pastiprinātu masas pārnesi.

Akustiskā kavitācija, ko rada augstas intensitātes zemfrekvences ultraskaņa, rada intensīvus bīdes spēkus un lokāli lielas spiediena un temperatūras starpības, kas nodrošina intensīvai sajaukšanai un masas pārnesei nepieciešamo iedarbību. Šos ultraskaņas radītos bīdes spēkus veiksmīgi izmanto pārtikas pārstrādē.

Literatūra/atsauces

• Li, Fei (2012): Development of Nano-material for Food Packaging. PhD Dissertation at Università degli Studi di Milano.
• Kentish, Sandra; Ashokkumar, Meiyazhagan (2011): The Use of Power Ultrasound to enhance Food Processing Technologies.
• Liu, C.F.; Zhou, W.B. (2008): Stimulating Bio-yogurt Fermentation by High Intensity Ultrasound Processing. Food Science Technology 2008.
• Misra, N.N.; Deora, Navneet Singh; Tiwari, Brijesh, Cullen, Patrick J. (2013): Ultrasound for Improved Crystallisation in Food Processing. Food Engineering Reviews 5(1), 2013. 36-44.
• Shalmashi, Anvar (2009): Ultrasound-Assisted Extraction of Oil from Tea Seeds. Journal of Food Lipids 16, 2009. 465–474.
• Uppala, Shivani; Kaur, Khushwinder; Kumar, Rajendra; Kaur Kahlon, Nakshdeep; Singh, Rachna; Mehta, S.K. (2017): Encompassment of Benzyl Isothiocyanate in cyclodextrin using ultrasonication methodology to enhance its stability for biological applications. Ultrasonics Sonochemistry 39, 2017. 25-33.
• Wu, J.; Gamage, T.V; Vilkhu, K.S:; Simons, L.K.; Mawson, R. (2007): Effect of thermosonication on quality improvement of tomato juice. Innovative Food Science and Emerging Technologies 9, 2008. 186–195.