Ultrasone behandeling en de vele toepassingen ervan in de voedselverwerking

Ultrageluid met hoog vermogen biedt talrijke mogelijkheden voor effectieve en betrouwbare toepassingen in de voedselverwerking. De meest voorkomende toepassingen in de voedingsindustrie omvatten mengen & homogeniseren, emulgeren, dispergeren, celontsluiting en extractie van intracellulair materiaal, activering of deactivering van enzymen (afhankelijk van de intensiteit van het ultrageluid), conservering, stabilisatie, oplossen en kristallisatie, hydrogenering, het mals maken van vlees, rijping, veroudering en oxidatie, evenals ontgassen en sproeidrogen.

Hieronder laten we u kennismaken met verschillende geselecteerde toepassingen van sonicatoren van Hielscher in de voedselverwerking. Klik op de betreffende links voor uitgebreide informatie over de toepassing waarin u geïnteresseerd bent!

Extractie van smaakstoffen en bioactieve verbindingen met ultrageluid

Ultrasone extractie wordt veelvuldig gebruikt in de voedingsindustrie om bioactieve verbindingen, smaakmoleculen en eiwitten efficiënt te winnen door toepassing van ultrageluid met hoge intensiteit, dat de massaoverdracht verbetert en celstructuren ontwricht. De daaruit voortkomende cavitatie-effecten verhogen de extractieopbrengst en -snelheid bij lage verwerkingstemperaturen. Dit helpt gevoelige verbindingen te behouden en maakt een schone, schaalbare verwerking zonder agressieve oplosmiddelen mogelijk.

Ultrasone extractie wordt vaak gebruikt om bioactieve verbindingen te extraheren. Belangrijke voorbeelden van ultrasone extractie zijn:

 

In deze presentatie laten we u kennismaken met de productie van plantaardige extracten. We leggen uit welke uitdagingen er zijn bij het produceren van hoogwaardige plantaardige extracten en hoe een sonicator u kan helpen deze te overwinnen. Deze presentatie laat zien hoe ultrasone extractie werkt. U leert welke voordelen een sonicator bij extractie biedt en hoe u een ultrasone extractor in uw extractproductie kunt integreren.

 

Ultrasoon emulgeren van sauzen, dressings en crèmes

Door sonicatie toe te passen op olie/watermengsels verkrijgen chef-koks en voedingswetenschappers ultrafijne, stabiele emulsies – zonder overmatige verhitting of synthetische toevoegingen. Van romige sauzen en fluweelzachte vinaigrettes tot zuivelvrije crèmes en delicate schuimen: ultrasone cavitatie maakt nauwkeurige controle over de druppelgrootte en dispersie mogelijk.
Lees meer over ultrasone voedselemulsies!

Ultrasone fermentatie van yoghurt

Yoghurt is een gefermenteerd melkproduct dat kan worden geproduceerd uit uitsluitend melk of door toevoeging van bacterieculturen. Bifidobacteriestammen (bijv. BB-12, BB-46, B breve) zijn veelgebruikte probiotica voor yoghurtfermentatie. Ultrasone cavitatie die op de bacteriecellen wordt toegepast, kan hun vernietiging veroorzaken en tegelijkertijd leiden tot het vrijkomen van β-galactosidase. β-galactosidase is een hydrolase-enzym dat veelvuldig wordt gebruikt in de melkverwerkende industrie. De ultrasoon ondersteunde fermentatie wordt versneld doordat lactose sneller wordt gehydrolyseerd als gevolg van het ultrasoon geïnduceerde vrijkomen van β-galactosidase uit de bifidobacteriecellen.
De ultrasone homogenisatie zorgt voor het opbreken van de melkvetbolletjes en een zeer fijne grootteverdeling.
Ultrasone behandeling kan de fermentatiesnelheid verhogen (verkorting van de totale productietijd met maximaal 40%) en de kwaliteitskenmerken van yoghurt verbeteren, wat resulteert in een hogere viscositeit, een steviger coagulum en een superieure textuur.

Ultrasone homogenisatie van melk

Melk (bijv. koe-, buffel-, geiten- of kamelenmelk) is een emulsie of colloïdaal systeem dat bestaat uit melkvetbolletjes in een vloeistof op waterbasis die opgeloste koolhydraten, eiwitten en mineralen bevat. Omdat vet en water de neiging hebben zich in twee fasen te scheiden, moet melk worden gehomogeniseerd om een uniform product te verkrijgen. Homogenisatie betekent dat de vetmoleculen gelijkmatig over de melkvloeistof worden verdeeld. Ultrageluid is een bekende methode die voor verschillende toepassingen in de zuivelverwerking wordt gebruikt. Ultrasone behandeling van melk resulteert in gehomogeniseerde vetbolletjes die uniform zijn en gelijkmatig worden verdeeld. Homogenisatie met ultrageluid met hoog vermogen is ook effectief voor (veganistische/zuivelvrije) melkvervangers van plantaardige oorsprong, zoals kokosmelk of sojamelk.
Het onderzoek van Sfakianakis en Tzia (2012) laat zien dat ultrasone homogenisatie de grootte van melkvetbolletjes (MFG) verkleint. De onderstaande microscopische beelden tonen de effecten van sonicatie op de grootte van melkvetdruppels. Een lage amplitude (150W) had geen bevredigend homogenisatie-effect (Fig.2) ; de grootte van de MFG en hun verdeling waren vergelijkbaar met die in onbehandelde melk (vergelijk fig. 1 en 2). Ultrageluid met een gemiddelde amplitude (267,5, 375 W) had een goed homogenisatie-effect; de gemiddelde diameter van de MFG was 2 μm (Fig. 3, 4). Ultrageluid met een hogere amplitude (750W) verkleinde de MFG aanzienlijk (Fig. 6), waardoor ze onder de lichtmicroscoop nauwelijks zichtbaar waren (100x vergroting); hun gemiddelde diameter was 0,3 μm.

Chandrapala et al. (2012) onderzochten het effect van ultrasone behandeling op caseïne en calcium. Ze pasten ultrasone golven (20kHz) toe op monsters van verse magere melk, gereconstitueerde micellaire caseïne en caseïnepoeder. Ze soniceerden de monsters totdat de melkvetbolletjes waren verkleind tot ongeveer 10nm. De analyse van de gesoniceerde melk laat zien dat de grootte van de caseïnemicellen onveranderd is. Binnen de eerste paar minuten van de sonicatie traden ook een kleine toename van oplosbaar wei-eiwit en een daarmee samenhangende afname van de viscositeit op. Uit het onderzoek bleek dat caseïnemicellen tijdens sonicatie stabiel zijn en dat de concentratie oplosbaar calcium niet door de ultrasone behandeling wordt beïnvloed. [Chandrapala et al. 2012]

Ultrasone suikerkristallisatie voor zoetwaren

Gecontroleerde sonicatie maakt het mogelijk het enten van kristallen (vorming van kiemen) te initiëren en de kristalgroei te beïnvloeden. Onder ultrasone bestraling ontstaan kleinere en daardoor meer kristallen. Ultrageluid ondersteunt het kristallisatieproces op twee manieren: ten eerste is ultrageluid met hoog vermogen een zeer effectief hulpmiddel om een uniforme oplossing te creëren, die het uitgangsmateriaal voor kristallisatie vormt. In de tweede fase ondersteunt ultrageluid de vorming van een groot aantal kiemen. Terwijl gebrekkige kiemvorming een kleiner aantal grote kristallen oplevert, zorgt efficiënte kiemvorming voor een groot aantal kleine, fijne kristallen. In het akoestische veld wordt het zelfs mogelijk om de kiemvorming te initiëren van suikers die normaal gesproken moeilijk kristalliseren (bijv. D-fructose, sorbitol).
De ultrasone modificatie van kristallisatie is interessant voor de formulering van snoep, zoetwaren, smeersels, roomijs, slagroom en chocolade.

Ultrasone hydrogenering van eetbare oliën

De hydrogenering van plantaardige oliën is een belangrijk grootschalig industrieel proces. Door hydrogenering worden vloeibare plantaardige oliën omgezet in vaste of halfvaste vetten (bijv. margarine). Chemisch gezien worden de onverzadigde vetzuren tijdens de door faseoverdracht gekatalyseerde hydrogeneringsreactie omgezet in de overeenkomstige verzadigde vetzuren door waterstofatomen aan de dubbele bindingen toe te voegen. Dit katalytische proces kan worden versneld door ultrasone behandeling met hoog vermogen. Een veelgebruikte katalysator is nikkel. Gehydrogeneerde vetten worden veelvuldig gebruikt als bakvetten om bakkerijproducten een broze textuur te geven. Een voordeel van verzadigde vetten is hun geringere neiging tot oxidatie en daardoor een lager risico op ranzigheid.

Ultrasoon vloeibaar maken van honing

Ultrageluid biedt een effectieve, niet-thermische methode om kristallen in honing vloeibaar te maken en de gist te vernietigen, zonder de kwaliteit van de honing te beïnvloeden.
Klik hier voor meer informatie!

Ultrasone stabilisatie van sappen en smoothies

Als niet-thermische techniek voor voedselverwerking biedt ultrageluid een milde maar effectieve behandeling die smaken intensiveert en sappen, smoothies, sauzen en purees stabiliseert en conserveert. De resultaten van ultrasone sapbehandelingen omvatten verbeterde smaken, stabilisatie en conservering.
Lees hier meer over de ultrasone verbetering van sappen & smoothies!
Lees meer over ultrasone tomatenverwerking!
Ontdek hoe sonicatie met stevia gezoet aardbeiensap conserveert en tegelijkertijd het voedingsstoffenprofiel verbetert!

Ultrasone veroudering van wijn & sterke drank

Ultrageluid met hoog vermogen ondersteunt het verkrijgen van een eikenhoutkarakter in wijn en sterke drank dankzij de effectieve extractiecapaciteit en de aanzienlijk geïntensiveerde massaoverdracht tussen houtweefsel en de alcoholische drank.
Klik hier voor meer informatie over de mogelijkheden van ultrasone wijnbehandeling!
Ook het fermentatieproces van wijn, most, bier en sake kan aanzienlijk worden versneld. Er zijn versnellingen van 50% tot 65% bereikt!
Klik hier voor meer informatie over ultrasoon ondersteunde fermentatie!

Ultrasoon versneld bevriezen van roomijs

Voor de productie van roomijs is een roomijsmengsel nodig. Dit roomijsmengsel 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 en wordt vervolgens tijdens het vriesproces langzaam geroerd om de vorming van grote ijskristallen te voorkomen. Daarbij worden zeer kleine luchtbelletjes ingemengd (het zogeheten beluchtingsproces) om het roomijs op te schuimen en zo een koud dessert met een gladde textuur te verkrijgen. Dit is de processtap waarin ultrasone behandeling kan worden toegepast om de kwaliteit van het roomijs te verbeteren.
Tijdens het vriesproces ontstaan kristallen uit onderkoeld water. De morfologie van de ijskristallen speelt een belangrijke rol bij de textuur en fysieke eigenschappen van bevroren en halfbevroren levensmiddelen. Aangezien de grootte en verdeling van de ijskristallen van bijzonder belang zijn voor de kwaliteit van ontdooide weefselproducten, hebben kleinere ijskristallen in roomijs de voorkeur, omdat grote kristallen een ijzige textuur veroorzaken. Kiemvorming is de belangrijkste factor voor het beheersen van de kristalgrootteverdeling tijdens kristallisatie. De vriessnelheid is daarbij doorgaans de parameter die wordt gebruikt om de grootte en grootteverdeling van de ijskristallen in roomijs te regelen. Tijdens het opkloppen en bevriezen wordt lucht geïnjecteerd om de gladde textuur van roomijs te verkrijgen. De zogeheten “overrun”, de hoeveelheid geïnjecteerde lucht, wordt – specifiek voor het betreffende recept – gedoseerd in verhouding tot het gezamenlijke volume van vaste stoffen en water. De overrun varieert dus door de verschillende roomijsformuleringen en processtromen. Standaardroomijs heeft een overrun van 100%, wat betekent dat het eindproduct uit gelijke volumes roomijsmengsel en luchtbelletjes bestaat.
Het gebruik van ultrasone homogenisatoren met hoog vermogen van Hielscher zorgt voor een betere kwaliteit van roomijs door de ijskristallen te verkleinen en korstvorming op een vriesoppervlak te voorkomen. Door de kleinere ijskristallen en de verbeterde verdeling van luchtbelletjes worden een betere consistentie en een romiger mondgevoel bereikt. Aanzienlijk kortere vriestijden leiden tot een hogere procescapaciteit en een energiezuiniger productieproces.

Ultrasone beluchting van beslag

Beluchte voedingsproducten zoals biscuitgebak kunnen aanzienlijk worden verbeterd door sonicatie. De toepassing van ultrageluid met hoog vermogen tijdens het mengen van het beslag verbetert de kwaliteit van biscuitgebak door een lagere hardheid en een hogere veerkracht, cohesie en herstelvermogen van het gebak. Voor de proeven zijn alle ingrediënten volgens de “all-in”-methode gemengd. Dit betekent dat volkorenmeel met een laag eiwitgehalte, een emulgator, maïszetmeel, suiker, bakpoeder, zout en verse hele eieren gelijktijdig zijn toegevoegd om het beslag samen te stellen. Vóór de sonicatie zijn de ingrediënten gelijkmatig door elkaar geroerd, zodat het ultrageluid op een uniform beslagmengsel wordt toegepast. Het ultrasoon beluchte gebak vertoonde een lagere hardheid, een lagere gomachtigheid en een lagere kauwweerstand, terwijl de veerkracht, cohesie en het herstelvermogen iets hoger waren dan die van het controlegebak.

Ultrasone kristallisatie en concheren van chocolade

Sonicatie staat bekend om haar extractiecapaciteit. Cacaoboter kan door ultrasoon malen en extraheren uit de cellen van de cacaoboon worden vrijgemaakt.
Ultrageluid is een alternatieve techniek om de suikerkristallen in chocolade te breken en heeft daardoor effecten die vergelijkbaar zijn met die van concheren.

Ultrasoon mals maken van vlees

De toepassing van krachtige ultrasone golven op vlees maakt de vleesstructuur malser. Een aanzienlijke verbetering van de malsheid wordt bereikt door het vrijkomen van myofibrillaire eiwitten uit de spiercellen. Naast het effect op de malsheid verbetert ultrageluid ook het waterbindend vermogen en de cohesie van vlees.
Vind hier meer informatie over het mals maken van vlees met ultrageluid met hoog vermogen en de sonicator MeatBuzzer!

Sonicatie in keukens en bars

Ultrasone voedselprocessors hebben ook hun weg naar de gastronomische keuken gevonden. Ultrasonicators van Hielscher worden gebruikt door topchefs, zoals de met twee Michelinsterren bekroonde chef-kok Sang-Hoon Degeimbre.
Klik hier als u geïnteresseerd bent in het recept van zijn beroemde ultrasone garnalenbouillon!
Klik hier voor ultrasone cocktailrecepten!

 

Sonicatoren voor koosjere en halal voedselverwerking

Hielscher Ultrasonics kan op verzoek koosjere of halal certificering voor zijn sonicatoren verzorgen. Dit betekent dat de sonicatoren zijn vervaardigd en verwerkt volgens de strikte richtlijnen van deze religieuze spijswetten. Koosjere certificering garandeert dat de sonicatoren zonder dierlijke bijproducten of derivaten zijn geproduceerd, terwijl halal certificering bevestigt dat de sonicatoren zijn behandeld op een manier die overeenkomt met islamitische voedingsprincipes.

Als u een koosjer of halal gecertificeerde sonicator van Hielscher nodig heeft, neem dan contact met ons op. Wij regelen graag de benodigde certificering voor u.