Ultrasoon verbeterde ijsproductie

De toepassing van ultrageluid met hoog vermogen heeft verschillende gunstige effecten op de productie van hoogwaardig ijs. De belangrijkste voordelen van sonicatie zijn de verkleining van de kristalgrootte en de versnelling van het bevriezen van ijs. Daarmee verbetert ultrasone behandeling de kwaliteit en de zintuiglijke beleving van de consument, terwijl tegelijkertijd de productiekosten worden verlaagd.

Ultrasone effecten op de ijsproductie

De productie van ijs vereist een geavanceerd verwerkingsproces om een hoogwaardig zoet voedingsproduct te verkrijgen dat aan de eisen van de klant voldoet. De uitgebreide verwerkingsstappen zijn voornamelijk nodig omdat ijs een van de meest complexe voedingsmiddelen is: ijs is zowel een schuim als een emulsie. Het bevat ijskristallen en een niet-bevroren vloeibaar mengsel. Ultrageluid met hoog vermogen dat tijdens de ijsproductie wordt toegepast, kan de kiemvorming van ijskristallen bevorderen om het warmte- en stofoverdrachtsproces dat met het bevriezingsproces gepaard gaat, te versnellen. Daardoor verkleint sonicatie de kristalgrootte en verkort het de bevriezingstijd bij de ijsproductie. Onderzoek van Mortazavi en Tabatabaie toonde aan dat de bevriezingstijd bij de verwerking van ijs met ongeveer 30% kon worden verkort door sonicatie gedurende 20 min.

IJsproductie en de voordelen van ultrageluid

Voor de productie van ijs is een ijsmix nodig. Deze ijsmix bestaat uit melk, melkpoeder, room, boter of plantaardig vet, suiker, droge stof, een emulgator, een stabilisator en toevoegingen zoals fruit, noten, smaakstoffen en kleurstoffen. Dit speciale mengsel moet worden gehomogeniseerd en gepasteuriseerd. Vervolgens wordt het tijdens het bevriezingsproces langzaam geroerd om de vorming van grote ijskristallen te voorkomen. Daarbij worden zeer kleine luchtbelletjes ingemengd (het zogenoemde beluchtingsproces) om het ijs op te schuimen en een koud dessert met een gladde textuur te verkrijgen. Ultrasone behandeling bevordert de gelijkmatige verdeling van alle ingrediënten van de ijsmix en draagt tegelijkertijd bij aan de pasteurisatie. Lees hier meer over de ultrasone pasteurisatie van vloeibare voedingsmiddelen!
Vervolgens wordt tijdens de bevriezingsfase van de ijsproductie ultrasone behandeling toegepast. Ultrasone behandeling bevordert de kiemvorming en groei van ijskristallen, waardoor het bevriezingsproces aanzienlijk wordt versneld. Tegelijkertijd verkleint sonicatie de ijskristallen, zodat gelijkmatig kleine ijskristallen worden verkregen. Dit geeft het ijs een gladde textuur en een aangenaam mondgevoel – beide kwaliteitskenmerken die consumenten zeer waarderen.

Stappen in de ijsproductie

De productie van ijs omvat vijf fasen:

1. bereiding van de ijsmix
2. homogenisatie, pasteurisatie en rijping van de ijsmix
3. bevriezen en beluchten
4. vormgeven en vormen in mallen
5. harden en verpakken

Stappen in de ijsproductie.
Bron:Dairy Processing Handbook. Uitgegeven door Tetra Pak Processing Systems AB, Lund, Zweden. p.387.

Ultrasoon bevorderd bevriezen van ijs

Tijdens het bevriezingsproces worden kristallen gevormd uit onderkoeld water. De morfologie van de ijskristallen speelt een belangrijke rol bij de textuur en de fysische eigenschappen van bevroren en halfbevroren voedingsmiddelen. De grootte en verdeling van de ijskristallen zijn bijzonder belangrijk voor de kwaliteit van ontdooide producten met een weefselstructuur. Bij ijs wordt de voorkeur gegeven aan kleinere ijskristallen, omdat grote kristallen een ijzige textuur veroorzaken. Kiemvorming is de belangrijkste factor voor het beheersen van de kristalgrootteverdeling tijdens de kristallisatie. Daarom is de bevriezingssnelheid doorgaans de parameter die wordt gebruikt om de grootte en grootteverdeling van de ijskristallen in ijs te regelen. Tijdens het opkloppen en bevriezen wordt lucht ingebracht om de gladde textuur van ijs te verkrijgen. De zogenoemde ‘overrun’, de hoeveelheid ingebrachte lucht, wordt – specifiek voor het betreffende recept – afgestemd op het gezamenlijke volume van vaste stoffen en water. De overrun varieert dus door de verschillende ijsrecepturen en verwerkingsstromen. Standaardijs heeft een overrun van 100%, wat betekent dat het eindproduct uit gelijke volumes ijsmix en luchtbelletjes bestaat.
Het gebruik van de ultrasone processors met hoge prestaties van Hielscher leidt tot een betere ijskwaliteit doordat ze kristallisatie bevorderen, de ijskristallen verkleinen en korstvorming op een vriesoppervlak voorkomen. Door de kleinere ijskristallen en de verbeterde verdeling van luchtbelletjes worden een betere consistentie en een romiger mondgevoel bereikt. Aanzienlijk sneller bevriezen met een bevriezingstijd die met ongeveer 30% is verkort, leidt tot een hogere procescapaciteit en een energiezuiniger productieproces.

Wetenschappelijk bewezen: verbeterde ijskwaliteit door sonicatie

Aslan en Dogan (2021) onderzochten de effecten van sonicatie op de ijsproductie met behulp van de sonicator UP400St van Hielscher met sonde (zie afbeelding links). De onderzoeksresultaten toonden aan dat ultrageluid door cavitatie de verkleining van deeltjes bevordert. Het was duidelijk dat sonicatie de kwaliteit van ijs en bevroren voedingsproducten verbetert doordat het kleinere ijskristallen opleverde. Omdat ijskristallen ijs een uniek mondgevoel geven, is het zeer belangrijk om tijdens het bevriezingsproces de kleinste kristallen te verkrijgen. Zo wordt een korrelige structuur voorkomen en worden de gewenste gladheid en zachtheid van het ijs bereikt. Deze studie concludeerde ook dat ultrasone homogenisatie een goed gedispergeerde emulsie oplevert. Bij een beoordeling van de zintuiglijke eigenschappen en smaak door een consumentenpanel bleek dat ultrasone homogenisatie van ijs helpt om aan de voorkeuren van consumenten te voldoen, dankzij kleinere ijskristallen en het daarmee samenhangende aangename mondgevoel van het ijs.
(vgl. Aslan en Dogan, 2021)

Ultrasone processors met hoge prestaties voor de verwerking van voedingsmiddelen bij de ijsproductie

Hielscher Ultrasonics heeft jarenlange ervaring met de toepassing van ultrageluid met hoog vermogen in de voedingsmiddelen- en drankenindustrie en in vele andere industriële sectoren. Onze ultrasone processors zijn uitgerust met eenvoudig te reinigen sonotrodes en doorstroomcellen (de onderdelen die met het product in contact komen), geschikt voor reiniging ter plaatse (CIP) / sterilisatie ter plaatse (SIP).
De industriële sonicators van Hielscher Ultrasonics kunnen zeer hoge amplitudes leveren bij continu bedrijf, 24/7. De nauwkeurige regeling van de amplitude van lage tot hoge intensiteiten is belangrijk om het sonicatieproces nauwkeurig af te stemmen op de beoogde producteigenschappen van de ijsreceptuur.
Met ultrasone processors voor de verwerking van voedingsmiddelen in elke grootte biedt Hielscher betrouwbare systemen voor de batchgewijze en continue behandeling van voedingsmiddelen en dranken, waaronder ijs. Terwijl de sonicatormodellen UP400ST (400 watt) of UIP1000hdT (1000 watt) voldoende verwerkingscapaciteit bieden voor een kleine ambachtelijke ijsmakerij, zal een industriële ijsfabriek de sonicatormodellen UIP6000hdT (6000 watt) of UIP16000hdT (16.000 watt) met een hoge verwerkingscapaciteit installeren.
De onderstaande tabel geeft een indicatie van de geschatte verwerkingscapaciteit van onze ultrasone apparaten:

Literatuur / Referenties

• Mortazavi, A. and Tabatabaie, F. (2008): Study of Ice Cream Freezing Process after Treatment with Ultrasound. World Appl. Sci. J 4, 188-190.
• Aslan Türker, Duygu; Dogan, Mahmut (2021): Effects of ultrasound homogenization on the structural and sensorial attributes of ice cream: optimization with Taguchi and data envelopment analysis. Journal of Food Measurement and Characterization 15, 2021, 1-11.
• Vildan Akdeniz, A. Sibel Akalın (2019): New approach for yoghurt and ice cream production: High-intensity ultrasound. Trends in Food Science & Technology, Volume 86, 2019. 392-398.
• Petzold, G. and Aguilera, J. M. (2009): Ice Morphology: Fundamentals and Technological Applications in Foods. Food Biophysics Vol.4, No. 4, 378-396.
• Dairy Processing Handbook. Published by Tetra Pak Processing Systems AB, S-221 86 Lund, Sweden. p.387.