Superieure efficiëntie en kwaliteit bij de productie van notenmelk met ultrasone technologie

Notenmelk en plantaardige melkalternatieven vormen een groeiend voedingssegment. Bij de productie van notenmelk en plantaardige melkvervangers hebben ultrasone extractie en homogenisatie grote voordelen ten opzichte van conventionele technieken laten zien. Ultrasoon geluid met hoog vermogen verhoogt de opbrengst, de productstabiliteit, het gehalte aan voedingsstoffen en de algehele verwerkingsefficiëntie.

Hogere opbrengsten van notenmelk met ultrasoon geluid met hoog vermogen

Ultrasone extractie staat bekend als een betrouwbare en zeer efficiënte methode om de opbrengst van plantaardige oliën, eiwitten, polysachariden en micronutriënten te verhogen. Daarom wordt sonicatie gebruikt bij de productie van plantaardige melkvervangers, bijvoorbeeld op basis van amandel, cashewnoot, kokosnoot, hazelnoot, pinda, sesam, soja, tijgernoot, haver, rijst, hennep, erwten, pistachenoten, walnoot, amarant of quinoa. De grondstoffen voor notenmelk en andere plantaardige melkalternatieven zijn vaak duur. Hogere extractieopbrengsten uit deze grondstoffen verlagen de productiekosten en verbeteren de productie-efficiëntie.

Hoe verhoogt ultrasone extractie de opbrengst?

Het werkingsprincipe van ultrasone extractie is akoestische cavitatie. Het extractieversterkende mechanisme van ultrasoon geluid met een lage frequentie en hoge intensiteit wordt voornamelijk toegeschreven aan het verschijnsel akoestische cavitatie. Wanneer cavitatiebellen aan het oppervlak van het plantaardige materiaal imploderen, breken erosie en sonoporatie de matrix van plantencellen af (zoals die in gemacereerde noten, zaden, peulvruchten en bladeren). Dit leidt tot de vernietiging van de celstructuur en het vrijkomen van intracellulaire stoffen zoals eiwitten, lipiden, polysachariden, vezels, vitaminen, mineralen en fytochemicaliën. De daardoor versterkte massaoverdracht bevordert het vrijkomen van moleculen zoals eiwitten, lipiden, polysachariden en fytochemicaliën.
Ultrasoon opgewekte afschuifkrachten verbeteren respectievelijk de penetratie van het oplosmiddel in de celmatrix van het plantaardige materiaal en de doorlaatbaarheid van de celmembranen. (Let op: de term oplosmiddel wordt hier in brede zin gebruikt en omvat elke vloeistof, bijvoorbeeld water). Deze mechanismen van ultrasoon geluid met hoog vermogen zijn verantwoordelijk voor de aanzienlijke procesintensivering die wordt bereikt wanneer sonicatie wordt toegepast voor de extractie van voedingsproducten uit plantaardige grondstoffen. Doordat ultrasone cavitatie zulke intense krachten opwekt, zorgt deze voor zeer effectieve celontsluiting en menging op macro- en microniveau. Bovendien worden de penetratie van het oplosmiddel, het oplossen van bioactieve verbindingen en de massaoverdracht aanzienlijk verbeterd. Hierdoor is ultrasoon ondersteunde extractie zeer doeltreffend en levert deze superieure extractopbrengsten binnen een korte procestijd op.

Verbeterde stabiliteit van notenmelk met ultrasone technologie

Sonicatie met een hoge intensiteit en lage frequentie is een doeltreffende en betrouwbare methode om zowel de fysische stabiliteit van suspensies als de microbiële stabiliteit van voedingsproducten (bijvoorbeeld notenmelk en andere melkvervangers) te verbeteren.

Ultrasoon verbeterde fysisch-chemische stabiliteit van notenmelk

Ultrasoon geluid met hoog vermogen wordt veel gebruikt voor de homogenisatie en emulgering van voedingsproducten en is een zeer efficiënte, niet-thermische techniek om zeer homogene voedingsproducten te produceren die langdurig stabiel blijven. Ultrasone homogenisatie verkleint de diameter van vetdruppeltjes tot een uniforme, uiterst kleine grootte en verdeelt vaste deeltjes zoals zetmeel, suikers en vezels gelijkmatig. Daardoor verbetert ultrasone homogenisatie de fysisch-chemische stabiliteit van notenmelk en andere plantaardige melk aanzienlijk, zodat ongewenste fasescheiding wordt voorkomen.
Lu et al. (2019) onderzoeken de effecten van sonicatie met hoog vermogen op kokosmelk. De sonicatiebehandeling verkleinde de deeltjesgrootte van de kokosmelk en homogeniseerde de verdeling van druppeltjes en vaste stoffen in het systeem. In vergelijking met mechanisch geëmulgeerde kokosmelk vertoonde de ultrasone behandeling een significant effect op de uniformiteit van het emulsiesysteem (p < 0,05). Daarnaast werd waargenomen dat sonicatie de inkapseling van amylose in het enzym amylase in de grenslaag bevorderde.
Iswarin en Permadi (2012) onderzochten hoe sonicatie de druppeldiameter van melkdranken op basis van kokos beïnvloedt, waarbij zij verschillende combinaties van ultrasone intensiteit bestudeerden. Ultrasone verwerking verkleinde de druppeldiameter en de verkleining nam toe bij een hogere ultrasone intensiteit.

Ultrasoon verbeterde microbiële stabiliteit van notenmelk

Het is aangetoond dat sonicatie de microbiële belasting in zuivel, vruchtensappen en andere vloeibare voedingsmiddelen vermindert. Daarom is ultrasone pasteurisatie ook opgenomen in het conserveringsproces van melkalternatieven om de microbiële stabiliteit van melkvervangers op basis van noten en andere plantaardige grondstoffen te verbeteren.
Iorio et al. (2019) onderzochten de ultrasone inactivering van Escherichia coli O157:H7 en Listeria monocytogenes in amandelmelk en konden aantonen dat ultrasone pasteurisatie subletale schade aan de ziekteverwekkers veroorzaakt, wat tot een langere houdbaarheid leidt. Zo verlaagde een ultrasone pasteurisatiebehandeling het niveau van E. coli O157:H7 significant van 5,12 tot 3,81 log CFU/mL en verlaagde deze de groeisnelheid (µmax) (van 1,19 tot 0,79 (log CFU/mL)/dag).

Hoger gehalte aan voedingsstoffen door ultrasone extractie van notenmelk

Micronutriënten zoals vitaminen, polyfenolen en antioxidanten bevinden zich in de celmatrix van planten. Om deze micronutriënten efficiënt vrij te maken, zijn volledige celontsluiting en intensieve micromenging tussen celmateriaal en oplosmiddel vereist. Zoals hierboven beschreven, is ultrasone extractie zeer efficiënt bij het desintegreren van cellen en het vrijmaken van lipiden, eiwitten, polysachariden, vezels en fytochemicaliën uit de celmatrix. Ultrasone extractie is een zeer efficiënte methode om de volledige hoeveelheid fytochemicaliën uit plantaardig materiaal te isoleren binnen een snel extractieproces. De toepassing van ultrasoon geluid met hoog vermogen veroorzaakt sterke cavitatie-effecten, verstoringen / turbulentie en vloeistofstromingen met hoge snelheid, die de fytochemicaliën uit het celinterieur spoelen. Omdat sonicatie een niet-thermische extractiemethode is, wordt thermische afbraak van deze gevoelige micronutriënten bij toepassing ervan voorkomen.

Kinetiek van het totale fenolgehalte (uitgedrukt als eq mg naringenine/g amandelen) met en zonder sonicatie met de UIP1000hdT. Ultrasone extractie verhoogde het totale fenolgehalte met 258 %.
De gegevens zijn de gemiddelden ± SD, n = 3. Met ultrasoon geluid (geel) versus zonder ultrasoon geluid (oranje).
Grafiek en onderzoek: Tabib et al., 2020

Superieure efficiëntie bij de productie van notenmelk met ultrasone technologie

Hogere opbrengsten, een verbeterd voedingsprofiel en een kortere verwerkingsduur zijn slechts enkele voordelen van de superieure efficiëntie van ultrasone verwerking van notenmelk en zuivelvrije dranken. Een laag energieverbruik, weinig onderhoud en 24/7-bedrijf zijn aanvullende factoren die bijdragen aan de uitzonderlijke algehele efficiëntie van ultrasone verwerking. De ultrasone homogenisatoren van Hielscher met hoge prestaties kunnen 24/7 onder zware belasting werken en grote volumes in een continue doorstroommodus verwerken. De ultrasone processors van Hielscher hebben een uitstekende algehele energie-efficiëntie. Robuustheid en een geringe onderhoudsbehoefte houden ook de bedrijfskosten laag.

Wat onderzoek zegt over ultrasone voedselverwerking

“Ultrasone technologie heeft in het afgelopen decennium op grote schaal haar intrede gedaan. Dankzij de vele gewenste effecten wordt zij toegepast in de vruchtensap- en drankenindustrie. De technologie is goedkoop, eenvoudig, betrouwbaar, milieuvriendelijk en zeer effectief bij het conserveren van sappen met verbeterde kwaliteitskenmerken.” (Dolas et al., 2019)

“Sonicatie is een opkomende technologie die de kwaliteit van voedingsmiddelen kan verbeteren en het verlies van voedingsstoffen kan verminderen.” (Cheok et al., 2013)

Ultrasone voedselprocessors voor industriële productie van notenmelk

Hielscher Ultrasonics ontwerpt, produceert en distribueert ultrasone voedselverwerkingssystemen met hoge prestaties voor de continue industriële productie van notenmelk (zoals cashew-, amandel-, hazelnoot-, walnoot-, pinda- en kokosmelk) en plantaardige melkvervangers (zoals rijst-, soja-, spelt-, haver-, sesam-, lijnzaad-, erwtenmelk en gefermenteerde tijgernotenmelk).
Ultrasone voedselverwerking biedt grote voordelen als niet-thermische, zuiver mechanische methode die verbeterde eindproducten oplevert, de verwerkingstijd verkort en milieuvriendelijker is.
De ultrasone voedselverwerkingssystemen van Hielscher worden voor uiteenlopende toepassingen gebruikt en vormen een veilige, betrouwbare en kostenefficiënte technologie voor de productie van hoogwaardige voedingsmiddelen en dranken. De installatie en bediening van alle ultrasone processors van Hielscher zijn eenvoudig: ze nemen slechts weinig ruimte in en kunnen gemakkelijk achteraf in bestaande verwerkingsinstallaties worden ingebouwd.
Hielscher Ultrasonics heeft jarenlange ervaring met de toepassing van ultrasoon geluid met hoog vermogen in de voedingsmiddelen- en drankenindustrie en in vele andere industriële sectoren. Onze ultrasone processors zijn uitgerust met gemakkelijk te reinigen sonotrodes en doorstroomcellen (de onderdelen die met het product in contact komen), geschikt voor reiniging ter plaatse (clean-in-place CIP) / sterilisatie ter plaatse (sterilize-in-place SIP). De industriële ultrasone processors van Hielscher Ultrasonics kunnen zeer hoge amplitudes leveren. Amplitudes tot 200µm kunnen gemakkelijk continu in 24/7-bedrijf worden toegepast. Hoge amplitudes zijn belangrijk om een homogene deeltjesverdeling te bereiken en resistentere micro-organismen (bijvoorbeeld grampositieve bacteriën) te inactiveren. Voor nog hogere amplitudes zijn op maat gemaakte ultrasone sonotrodes beschikbaar. Alle sonotrodes en ultrasone doorstroomcelreactoren kunnen bij verhoogde temperaturen en drukken worden gebruikt, wat betrouwbare thermo-mano-sonicatie (sonicatie in combinatie met verhoogde temperatuur en druk) en zeer effectieve extractie en stabilisatie mogelijk maakt.
Geavanceerde technologie, hoge prestaties en uitgekiende software maken de apparaten van Hielscher Ultrasonics tot betrouwbare werkpaarden in uw lijn voor extractie, homogenisatie en pasteurisatie van voedingsmiddelen. Dankzij hun geringe ruimtebeslag en veelzijdige installatiemogelijkheden kunnen de ultrasone apparaten van Hielscher gemakkelijk in bestaande productielijnen worden geïntegreerd of achteraf worden ingebouwd.
Neem nu contact met ons op om meer te weten te komen over de eigenschappen en mogelijkheden van onze ultrasone extractie-, homogenisatie- en pasteurisatiesystemen. Wij bespreken uw toepassing graag met u!

De onderstaande tabel geeft u een indicatie van de geschatte verwerkingscapaciteit van onze ultrasone apparaten: