Ultrasone eiwitverwerking voor voedingsmiddelen en voedingssupplementen

Sonificatie is een krachtige procestechnologie voor het verbeteren van de functionaliteit, dispergeerbaarheid, oplosbaarheid en stabiliteit van eiwitten die worden gebruikt in voedingsmiddelen en voedingssupplementen. Van plantaardige eiwitten zoals haver, erwten, soja, hennep en rijst tot zuiveleiwitten en gemengde formules, ultrasoon geluid met hoge intensiteit helpt fabrikanten bij het optimaliseren van eiwitsystemen voor een beter verwerkingsgedrag en betere productprestaties.

Bij het verwerken van eiwitten is ultrageluid meer dan een hulpmiddel bij het mengen. Goed gecontroleerde sonicatie kan de deeltjesgrootte verkleinen, hydratatie en dispersie verbeteren, de opgeloste eiwitfractie vergroten en de stabiliteit van de suspensie verbeteren. Deze effecten zijn vooral relevant voor kant-en-klare dranken, eiwitconcentraten, verrijkte voedingsmiddelen en poedersupplementformuleringen. In het in 2025 gepubliceerde onderzoek (Höhme-Matthes et al.) waarin ultrasone verwerking van havereiwit werd onderzocht, bleek dat ultrasoonbehandeling de opgeloste hoeveelheid havereiwitconcentraat verhoogde en de instabiliteit van de suspensie verminderde naarmate de energiedichtheid toenam.

Waarom ultrasone eiwitverwerking belangrijk is

Producenten van voedingsmiddelen en supplementen worden vaak geconfronteerd met uitdagingen zoals slechte bevochtiging, onvolledige hydratatie, bezinking, hoge viscositeit, onstabiele suspensies en inconsistente functionaliteit. Deze problemen worden nog belangrijker bij eiwitrijke, plantaardige en clean-label formules.
Ultrasoon geluid met hoge intensiteit en lage frequentie genereert akoestische cavitatie in vloeistoffen. De implosie van microscopische belletjes creëert lokale schuifkrachten, turbulentie en micro-menging. In eiwitsystemen kunnen deze effecten agglomeraten breken, de deeltjesgrootte verkleinen, de massaoverdracht verbeteren en de fysische organisatie van eiwitrijke suspensies wijzigen. Het resultaat is een eiwitsysteem dat gemakkelijker te verwerken is en vaak beter presteert in het eindproduct.

Hoe Sonication de eiwitverwerking in de voedingsmiddelenindustrie verbetert

• Verbeterde dispersie en hydratatie
  Eiwitpoeders hydrateren vaak ongelijkmatig en vormen agglomeraten. Sonificatie helpt de deeltjes te deagglomereren en bevordert een gelijkmatigere bevochtiging, wat de hydratatietijd kan verkorten en de verwerking stroomafwaarts kan verbeteren.
• deeltjesgrootte reductie
  Een kleinere deeltjesgrootte wordt vaak geassocieerd met een gladder mondgevoel, een beter suspensiegedrag en een betere toegang van water tot eiwitoppervlakken. Het artikel over havereiwit concludeert specifiek dat ultrageluid nuttig is voor het verwerken van plantaardige eiwitten op industriële schaal met betrekking tot het verkleinen van de deeltjesgrootte.
• Hogere oplosbaarheid van eiwitten
  Sonificatie kan de opgeloste fractie van eiwitten verhogen en de schijnbare oplosbaarheid in moeilijke systemen verbeteren. In het onderzoek naar haverproteïnen rapporteerden de auteurs dat ultrasoonbehandeling de opgeloste hoeveelheid haverproteïneconcentraat verhoogde, waarbij de oplosbaarheid al ongeveer drie keer zo hoog was bij een energiedichtheid van 200 J/mL.
• Verbeterde veerstabiliteit
  Door de dispersie te verbeteren en onopgeloste deeltjesfracties te verminderen, helpt ultrasoon geluid bezinking en fasescheiding te verminderen. Het geüploade artikel meldt dat ultrasone trillingen de instabiliteit van suspensies van haver-eiwitconcentraten verminderden en dat continue flow-celbehandeling de stabiliteit van de suspensie sterk verbeterde bij dezelfde energiedichtheid.

Voorbeeld: Verwerking van havereiwitten met Hielscher Sonicators

In een onderzoek uit 2025 naar de verwerking van haverproteïneconcentraten werden zowel batch- als flowcelultrasering met Hielscher-apparatuur gekarakteriseerd. De onderzoekers gebruikten een Hielscher UIP1500hdT en een Hielscher UP200St in hun experimenten. Ze ontdekten dat ultrasoonbehandeling de opgeloste hoeveelheid havereiwitconcentraat verhoogde terwijl de instabiliteit van de suspensie afnam met toenemende energiedichtheid. Ze ontdekten ook dat flow-cell sonicatie een hogere verwerkingscapaciteit mogelijk maakte en industriële relevantie bood in vergelijking met het gebruikelijke batchontwerp.
Het onderzoek concludeert verder dat ultrageluid een nuttig hulpmiddel is bij procestoepassingen op industriële schaal voor plantaardige eiwitconcentraten. Het benadrukt een verbeterde verkleining van de deeltjesgrootte, een betere stabiliteit van de suspensie en het belang van continue sonificatie in flow-cel configuraties voor procesefficiëntie en opschaling.

Voorbeeld: Sonificatie - verbeterde functionaliteit van erwteneiwit

Ultrasone verwerking biedt verschillende duidelijke voordelen voor erwteneiwitsystemen: het verbetert de dispergeerbaarheid en oplosbaarheid door aggregaten af te breken en de deeltjesgrootte te verkleinen, wat de functionele prestaties in voedingsmiddelen kan versterken zonder de eiwitverteerbaarheid of biotoegankelijkheid te schaden. In vezelbevattende samenstellingen kan ultrageluid ook de vorming van nuttige eiwit-vezelnetwerken bevorderen en, afhankelijk van het vezeltype, de viscositeit en textuuropbouwende capaciteit verhogen. In gefermenteerde erwteneiwityoghurtalternatieven verbeterde ultrageluid de productkwaliteit verder door het verminderen van belangrijke off-flavour verbindingen zoals hexanal en 2-pentylfuran en het verhogen van gewenste yoghurtachtige aroma-verbindingen zoals diacetyl en acetoïne, waardoor het een veelbelovend clean-label hulpmiddel is voor zowel functionaliteit als sensorische verbetering.
(vgl. Kalla-Berthold et al., 2023; Matysek et al., 2024)

FE-SEM-afbeeldingen (vergrotingen 400x en 2000x, schaalbalk: 10 µm) van onbehandelde (UT) en
ultrasoon behandelde (T) erwteneiwitmonsters (PP).
Studie en beeld: ©Kalla-Berthold et al., 2023

Voorbeeld: Voordelen van ultrasoon behandeld hennep Proteïne

Ultrasone hennep proteïne-extractie biedt een aantal opmerkelijke voordelen, vooral voor de valorisatie van ontvet hennepzaadafval tot ingrediënten met een hogere waarde. In het geüploade onderzoek verbeterde ultrasone extractie het totale eiwitherstel en de zuiverheid in vergelijking met conventionele extractie, waarbij het beste gecombineerde proces ongeveer 62% eiwitherstel en ongeveer 76% zuiverheid bereikte in combinatie met een HPP voorbehandeling. Het verbeterde ook de extractie van aminozuren in de isolaten, wat duidt op een betere voedingsopbrengst, terwijl grote zichtbare schade aan de eiwitbandpatronen op SDS-PAGE werd voorkomen. Over het geheel genomen ondersteunen de bevindingen ultrasone trillingen als een groenere, efficiëntere extractiemethode die de verwerkingsintensiteit kan verkorten en kan helpen om hennepnevenproducten om te zetten in nuttige voedings- en nutraceutische eiwitingrediënten.
(vgl. Cabral et al. 2023)

Voorbeeld: Ultrasone extractie van eiwithydrolysaat uit rijstzemelen

Ultrasone extractie van rijsteiwithydrolysaat biedt duidelijke functionele voordelen omdat ultrasoon geluid het vrijkomen van eiwitten uit rijstzemelen verbetert door celstructuren te verstoren en de massaoverdracht te verbeteren, waardoor extractie efficiënter is dan bij conventionele benaderingen. In het onderzoek werd de extractie met succes geoptimaliseerd bij een vaste/vloeibare verhouding van 0,43, 48,25% amplitude en 29,89 minuten. Ultrasone enzymatische hydrolyse ondersteunde ook het genereren van hydrolysaten met een sterke bioactiviteit, waaronder een hoge ACE-remmende activiteit en antioxidantpotentieel. De auteurs concluderen dat ultrageluid niet alleen een effectieve techniek is voor eiwitextractie, maar ook voor het versnellen van enzymatische hydrolyse, wat helpt om rijstzemelen om te zetten in bioactieve eiwitingrediënten met een hogere waarde.
(vgl. Hayta et al., 2020)

Voordelen voor fabrikanten van voedingsmiddelen en supplementen

• Betere productkwaliteit
  Sonicatie kan zorgen voor een gladdere textuur en een beter mondgevoel in vloeibare eiwitproducten, verbeterde homogeniteit in suspensies en premixen, minder zichtbare bezinking in eiwitdranken en consistentere functionele prestaties tussen batches.
• Efficiëntere verwerking
  Ultrasoon geluid kan de verwerking intensiveren door dispersie en hydratatie te versnellen en door continue inline behandeling mogelijk te maken. Het havereiwitonderzoek meldt dat het flowcelontwerp hogere dichtheden mogelijk maakt ondanks een hoge massadoorvoer en daarom een hogere efficiëntie en een grotere industriële relevantie kan ondersteunen dan een gebruikelijk batchontwerp.
• Grotere flexibiliteit in formulering
  Sonificatie is nuttig voor uitdagende plantaardige eiwitformules, eiwitrijke RTD-dranken, supplementen als basis en processen voorafgaand aan homogenisatie, hydrolyse of drogen. Het artikel beschrijft de relevantie voor dranken op plantaardige basis, slurries en daaropvolgende hydrolysestappen.
• Beter opschalingspotentieel
  Gedefinieerde sonicatieparameters zoals amplitude, intensiteit, energiedichtheid, verblijftijd en tegendruk ondersteunen de procesoverdracht van laboratoriumwerk naar pilot- en industriële productie. De geüploade studie legt bijzondere nadruk op deze parameters voor het ontwerpen van schaalbare continue verwerking.

Waarom het gebruik van Hielscher Sonicators voordelen biedt

Hielscher sonicators zijn aantrekkelijk voor eiwitverwerking omdat ze een gecontroleerde en reproduceerbare ultrasone behandeling mogelijk maken. Voor fabrikanten is het echte voordeel niet alleen het genereren van cavitatie, maar het genereren ervan onder gedefinieerde en schaalbare omstandigheden.

• Gecontroleerde sonicatieparameters
  Met de Hielscher systemen die in het onderzoek werden gebruikt, konden de onderzoekers werken met gedefinieerde amplitudes, intensiteiten en energiedichtheden in zowel batch- als flowcelmodus. Dit ondersteunt systematische procesontwikkeling en opschaling.
• Batch- en flowcelmogelijkheden
  Fabrikanten kunnen sonicatie in batch evalueren en vervolgens overgaan op continue inline verwerking. Het geüploade artikel laat zien dat continue flow-cell sonicatie beter kan presteren dan batchbehandeling wat betreft suspensiestabiliteit en industriële relevantie.
• Procesontwerp voor industriële doorvoer
  Het onderzoek toont aan dat tegendruk, verblijftijd en massastroom belangrijke variabelen zijn bij continue sonificatie. Dit is belangrijk voor fabrikanten omdat het ultrasone behandeling tot een echt procestechnologisch hulpmiddel maakt in plaats van slechts een laboratoriumtechniek.
• Ondersteuning voor moeilijke eiwitsystemen
  Het artikel benadrukt dat het op maat maken van producteigenschappen zoals deeltjesgrootte, suspensiestabiliteit, oplosbaarheid en viscositeit van groot belang is voor plantaardige suspensies. Er wordt ook opgemerkt dat sonicators weinig ruimte innemen, hoge vaste concentraties aankunnen en een unieke combinatie van fysische en chemische effecten bieden.

 
Typische toepassingen
Ultrasone eiwitverwerking is relevant voor

• plantaardige eiwitdranken op basis van haver, erwt, soja, rijst, fababoon of mengsels;
• met eiwit verrijkte zuivel- en niet-zuiveldranken;
• suspensies van voedingssupplementen en vloeibare shots;
• eiwitdispersies vóór homogenisatie of emulgering;
• en premixen voor sproeidrogen of verdere functionalisering.

Ultrageluid als een schaalbare technologie voor eiwitverwerking

Sonificatie helpt fabrikanten van voedingsmiddelen en supplementen de eiwitfunctionaliteit te verbeteren waar conventionele menging alleen vaak de grenzen bereikt. Door de dispersie te intensiveren, de deeltjesgrootte te verkleinen, opgeloste eiwitfracties te vergroten en suspensies te stabiliseren, kan ultrageluid meetbare voordelen opleveren voor de productkwaliteit en procesefficiëntie. Het geüploade onderzoek ondersteunt deze positie voor haver-eiwitconcentraten en geeft aan dat continue flow-cel sonicatie bijzonder veelbelovend is voor industriële verwerking.
Hielscher sonicators bieden een praktische route van laboratorium haalbaarheid naar industriële implementatie. Het gebruik ervan in gepubliceerd eiwitverwerkingswerk, waaronder het geüploade havereiwitonderzoek, laat zien hoe ultrasone behandeling kan worden ontwikkeld tot een gecontroleerde en schaalbare productiestap voor fabrikanten van voedingsmiddelen en voedingssupplementen.

De onderstaande tabel geeft een indicatie van de verwerkingscapaciteit van onze ultrasone machines:

Ontwerp, productie en advies – Kwaliteit Made in Germany

Hielscher ultrasone machines staan bekend om hun hoge kwaliteit en ontwerpnormen. Robuustheid en eenvoudige bediening zorgen voor een soepele integratie van onze ultrasoonapparatuur in industriële faciliteiten. Ruwe omstandigheden en veeleisende omgevingen worden gemakkelijk door Hielscher ultrasoontoestellen aangepakt.

Hielscher Ultrasonics is een ISO-gecertificeerd bedrijf en legt speciale nadruk op hoogwaardige ultrasone apparaten met state-of-the-art technologie en gebruiksvriendelijkheid. Uiteraard zijn de Hielscher ultrasoonapparaten CE-conform en voldoen ze aan de eisen van UL, CSA en RoHs.

Literatuur / Referenties