Ultrasoon geluid in de voedingsindustrie

Ultrasoon geluid met hoog vermogen wordt gebruikt voor talrijke toepassingen in de voedselverwerking, waaronder extractie, homogenisatie, pasteurisatie en fermentatie. Als niet-thermische behandeling verbetert sonicatie voedselproductieprocessen door hogere opbrengsten, hogere kwaliteit, verbeterde voedingsstoffen- en smaakprofielen en een tijd- en kostenbesparende verwerking.

Ultrasone toepassingen in de voedselverwerking

Ultrasoon geluid met hoog vermogen kent een breed scala aan toepassingen in de voedselverwerking, waaronder extractie, mengen, emulgeren, pasteurisatie, ontgassen en het mals maken van vlees. Naast deze hoofdtoepassingen wordt ultrasoon geluid met hoog vermogen ook toegepast om het invriezen, ontdooien en drogen van voedingsproducten te verbeteren.
De belangrijkste voordelen van ultrasoon geluid met hoge intensiteit houden verband met de verbetering van diverse voedselverwerkingsprocessen, zoals het verkorten van de verwerkingstijd, het verhogen van de opbrengst en het verbeteren van de productkwaliteit. Hierdoor wordt een economischere verwerking mogelijk die meer tijd en kosten bespaart.

In de volgende alinea vindt u de belangrijkste toepassingen van ultrasoon geluid met hoge intensiteit in de voedingsindustrie:

• Extractie: Ultrasoon geluid kan worden gebruikt om bioactieve verbindingen, zoals antioxidanten, pigmenten en etherische oliën, uit plantaardige materialen te extraheren. Dit proces staat bekend als sonicatieondersteunde extractie en kan worden gebruikt om hoogwaardige extracten te produceren in een kortere tijd en met een lager oplosmiddelverbruik dan bij traditionele methoden.
  Lees meer over de voordelen van ultrasone extractie van plantaardige stoffen!
• Homogenisatie en emulgering: Ultrasone homogenisatie kan worden gebruikt om stabiele emulsies en suspensies te produceren, zoals saladedressings, mayonaise, crèmes en zuivelproducten. Bij dit proces worden hoogfrequente geluidsgolven gebruikt om de vetbolletjes in de vloeistof te verkleinen, wat resulteert in een gladde en gelijkmatige textuur.
  Lees meer over sonicatie voor voedselemulsies!
  Hier vindt u de stapsgewijze instructie en een video voor het ultrasoon emulgeren van mayonaise!
• Conservering: Ultrasoon geluid met hoge intensiteit kan worden gebruikt om micro-organismen, zoals bacteriën en gisten, in voedingsproducten te inactiveren. Dit proces, dat bekendstaat als sonicatieondersteunde pasteurisatie, kan de houdbaarheid van voedingsproducten verlengen en het risico op door voedsel overgedragen ziekten verminderen. Als niet-thermische verwerkingstechniek vermijdt sonicatie het gebruik van zeer hoge temperaturen en voorkomt daarmee de bijbehorende afbraak van warmtegevoelige voedingsstoffen.
  Lees meer over een langere houdbaarheid en het behoud van voedingsstoffen met sonicatie!

• Ontgassen: Wanneer ultrasoon geluid op een vloeistof wordt toegepast, worden gasbellen die in de vloeistof zijn opgesloten in beweging gebracht. Hierdoor komen deze lucht- en gasbellen dicht bij elkaar en vloeien ze samen. Dit betekent dat ze uitgroeien tot grotere bellen, waardoor ze naar het vloeistofoppervlak kunnen stijgen en gemakkelijk kunnen worden verwijderd.
• Oplossen: Dankzij zijn uitstekende meng- en vermengingsmogelijkheden is ultrasoon geluid zeer effectief voor het produceren van sterk verzadigde en zelfs oververzadigde oplossingen. Dit wordt gebruikt bij kristallisatieprocessen en bij de productie van pekel.
• Fermentatie: Doordat ultrasone golven de celwanden van de micro-organismen perforeren en afbreken, worden deze ontvankelijker voor het fermentatieproces. Tegelijkertijd versnelt ultrasoon geluid het transport van voedingsstoffen en zuurstof naar de micro-organismen, waardoor hun stofwisselingsactiviteit wordt verhoogd. Over het geheel genomen verhoogt sonicatie de fermentatiesnelheid, verkort de fermentatietijd en verbetert de opbrengst van het gewenste eindproduct. Deze technologie is bijzonder nuttig voor de productie van voedingsmiddelen en dranken, zoals zuivel, yoghurt, bier, kombucha en wijn.
• Viscositeitsverlaging vóór sproeidrogen: Ultrasone afschuifkrachten kunnen de viscositeit van afschuifverdunnende en thixotrope slurries aanzienlijk verlagen. Het toepassen van ultrasone afschuifverdunning vóór het sproeien en vóór sproeidrogers maakt het mogelijk de doorvoer door de sproeiapparatuur aanzienlijk te verhogen. Sproeidroogtorens vormen vaak het knelpunt in de productielijn. Met ultrasoon geluid kan de capaciteit van bestaande sproeidrogers worden verhoogd.

• Invriezen: Ultrasoon invriezen kan worden gebruikt om de vorming van ijskristallen in voedingsproducten tijdens het invriesproces te verminderen. Bij dit proces wordt het voedsel tijdens het invriezen blootgesteld aan hoogfrequente geluidsgolven. Ultrasone golven veroorzaken trillingen die de vorming van grote ijskristallen voorkomen, wat resulteert in een product met een gladdere textuur en betere kwaliteit.
• Ontdooien: Ultrasoon ontdooien kan worden gebruikt om de ontdooitijd van bevroren voedingsproducten te verkorten. Bij dit proces wordt het bevroren product blootgesteld aan ultrasone golven, die warmte genereren en het ontdooiproces versnellen. Omdat ultrasoon geluid een zeer gelijkmatige energieverdeling bevordert, kan ultrasoon ontdooien bijzonder nuttig zijn voor producten die moeilijk gelijkmatig te ontdooien zijn, zoals vlees, vis en zeevruchten, fruit en groenten.
  Bij invriezen, ontdooien en drogen zorgt ultrasoon geluid met hoog vermogen voor aanzienlijke verbeteringen in massa- en energieoverdrachtsprocessen, waardoor deze processen worden versneld en economischer worden.
• Lekdetectie bij flessen: Ultrasoon geluid is een zeer efficiënte manier om lekken en scheuren op te sporen in flessen en blikjes met koolzuurhoudende dranken, zoals frisdrank, bier, mousserende wijn enz. Ultrasoon geluid wordt ook toegepast bij het ontgassen van koolzuurhoudende dranken, bijvoorbeeld bier vóór het bottelen, een proces dat bekendstaat als de-fobbing.
• Pekelen / Inleggen: Pekelen is een veelgebruikt proces bij het conserveren en produceren van voedingsmiddelen, vooral vlees, vis, kaas en groenten. Sonicatie verkort de pekeltijd en maakt het mogelijk kleinere hoeveelheden natriumchloride te gebruiken dan bij traditioneel gepekelde en ingelegde voedingsmiddelen.
• Hydratatie / Rehydratatie: Ultrasoon geluid met hoog vermogen is een eenvoudige, maar zeer effectieve methode om voedingsproducten zoals gedroogde peulvruchten (bijvoorbeeld bonen en kikkererwten) of gedroogde paddenstoelen te hydrateren of te rehydrateren. Omdat ultrasoon geluid de poriën in de cellen van voedsel opent, kan water snel binnendringen. Dit leidt tot een snellere zwelling van peulvruchten en vervolgens tot een kortere kooktijd.
• Dekristallisatie van honing: Als niet-thermische behandeling wordt ultrasoon geluid effectief gebruikt om de vorming van grote suikerkristallen in honing te voorkomen. Bovendien kunnen reeds gevormde grote kristallen in honing door ultrasone behandeling worden gedekristalliseerd. Sonicators met een sonde vormen een zeer effectieve oplostechniek en lossen suikerkristallen op, waardoor een gelijkmatig gladde honing ontstaat. Daarnaast verbetert ultrasoon geluid de microbiologische kwaliteit van honing, doordat ongewenste micro-organismen door het effect van ultrasone celontsluiting worden geïnactiveerd.
• Frituren: Ultrasoon frituren kan worden gebruikt om de olieopname van gefrituurde voedingsproducten te verminderen. Bij dit proces wordt het vlees of de groente in hete olie ondergedompeld en tegelijkertijd blootgesteld aan hoogfrequente geluidsgolven. De ultrasone golven creëren kleine belletjes op het oppervlak van het voedsel, die het contactoppervlak tussen de groente / het vlees en de olie verkleinen, wat resulteert in minder olieopname en een gezonder eindproduct. Ultrasoon frituren maakt het mogelijk voedsel bij lagere temperaturen te bereiden, waardoor superieure smaakprofielen ontstaan en voedingsstoffen behouden blijven.
  Ontdek hoe ultrasoon ondersteund frituren gezondere, smaakvollere en krokantere friet en chips oplevert!

Sonicators met hoge prestaties voor voedselverwerking

De industriële ultrasone processoren van Hielscher Ultrasonics zijn sonicators met hoge prestaties die nauwkeurig kunnen worden geregeld en daardoor reproduceerbare resultaten en een constante productkwaliteit mogelijk maken. Doordat ultrasone processoren van Hielscher zeer hoge amplitudes kunnen leveren, kunnen ze voor zeer veeleisende toepassingen worden gebruikt.
Klanten zijn tevreden over de uitzonderlijke robuustheid en betrouwbaarheid van de systemen van Hielscher Ultrasonics. Sonicators van Hielscher werken betrouwbaar bij zware toepassingen, in veeleisende omgevingen en tijdens 24/7-bedrijf en zorgen daarmee voor een efficiënte en economische voedselverwerking. Ultrasone procesintensivering verkort de verwerkingstijd en levert betere resultaten op, namelijk hogere kwaliteit, hogere opbrengsten en nieuwe producten.
Door het consequente gebruik van speciale materialen, zoals titanium, roestvast staal, keramiek of glas van verschillende kwaliteiten, wordt de compatibiliteit van de techniek met het proces gegarandeerd.
Ultrasone processoren zijn bedieningsvriendelijke en praktische machines met weinig onderhoud en relatief lage kosten.

De onderstaande tabel geeft u een indicatie van de verwerkingscapaciteit van onze sonicators bij benadering:

Ontwerp, productie en advies – Kwaliteit uit Duitsland

Sonicators van Hielscher staan bekend om hun hoogste kwaliteits- en ontwerpnormen. Robuustheid en eenvoudige bediening maken een soepele integratie van onze sonicators in industriële installaties mogelijk. Sonicators van Hielscher kunnen moeiteloos omgaan met zware omstandigheden en veeleisende omgevingen.

Hielscher Ultrasonics is een ISO-gecertificeerd bedrijf en legt bijzondere nadruk op sonicators met hoge prestaties met de modernste technologie en gebruiksvriendelijkheid. Uiteraard voldoen sonicators van Hielscher aan de CE-voorschriften en aan de eisen van UL, CSA en RoHs.

Wetenswaardigheden

Hoe werkt ultrasoon geluid bij voedselverwerking?

Ultrasone voedselverwerking is een gevestigde technologie die wordt gebruikt voor voedselverwerkingstoepassingen zoals mengen en homogeniseren, emulgeren, extractie, oplossen, ontgassen en ontluchten, het mals maken van vlees, kristallisatie en het functionaliseren en modificeren van tussenproducten en uiteindelijke voedingsproducten. De ultrasone voedselprocessoren van Hielscher, die al tientallen jaren in voedselproductie-installaties worden geïnstalleerd, zijn geavanceerd en ontwikkeld om aan de eisen van de industrie te voldoen. Ultrasone processoren oefenen fysieke krachten uit die door ultrasone golven met hoog vermogen worden opgewekt, wat resulteert in het ontstaan van cavitatie.

Welke dranken worden doorgaans met sonicatie bereid?

Sonicatie wordt vaak gebruikt om dranken te bereiden of te verwerken, zoals cold-brewkoffie, thee (waaronder yerba mate), fruit- en groentesappen, plantaardige infusies, functionele dranken (kruidenextracten), plantaardige melk, gefermenteerde dranken (voor procesintensivering) en drankconcentraten voor RTD-productie.
Meer informatie over de productie van de volgende dranken vindt u hier:

• Koffie / Groene koffie
• Thee-infusies
• Yerba mate
• Sappen
• Smoothies
• Kombucha
• Notenmelk

Wat is akoestische cavitatie?

Akoestische cavitatie, ook bekend als ultrasone cavitatie, is het groeien en ineenstorten van minuscule vacuümbellen in een ultrasoon veld dat in vloeistoffen of slurries wordt opgewekt. De cavitatiebellen groeien tijdens afwisselende hogedruk- en lagedrukcycli, die respectievelijk compressie- en verdunningsfasen zijn. Nadat de vacuümbel gedurende meerdere afwisselende drukcycli is gegroeid, bereikt deze een punt waarop zij geen energie meer kan opnemen, waardoor de bel tijdens een hogedrukcyclus heftig implodeert. Tijdens het ineenstorten van de bel treden lokaal extreme omstandigheden op, waaronder extreme temperaturen tot 5.000K met zeer hoge opwarm- en afkoelsnelheden, drukken tot 2000atm en bijbehorende drukverschillen, en vloeistofstralen met snelheden tot 280m/s. In deze cavitatie-“hotspots” creëren lokaal extreme krachten fysieke omstandigheden die leiden tot mengen, extractie en verhoogde massaoverdracht.

Akoestische cavitatie, opgewekt door laagfrequent ultrasoon geluid met hoge intensiteit, creëert intense afschuifkrachten en lokaal optredende grote druk- en temperatuurverschillen, die de benodigde werking voor intensief mengen en massaoverdracht leveren. Deze ultrasone afschuifkrachten worden met succes toegepast bij voedselverwerking.

Literatuur/Referenties

• 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.