Ultrasoontechnologie en de vele toepassingen in de voedselverwerking
Krachtig ultrageluid biedt talloze mogelijkheden voor effectieve en betrouwbare toepassingen in de voedselverwerkende industrie. De meest voorkomende toepassingen in de voedingsmiddelenindustrie zijn het mengen van & homogeniseren, emulgeren, dispergeren, celdisruptie en extractie van intracellulair materiaal, activeren of deactiveren van enzymen (wat afhankelijk is van de ultrasone intensiteit), conserveren, stabiliseren, oplossen en kristalliseren, hydrogeneren, malser maken van vlees, rijpen, verouderen en oxideren, evenals ontgassen en sproeidrogen.
Hieronder laten we u kennismaken met verschillende geselecteerde toepassingen van Hielscher sonicators in de voedselverwerking. Klik op de specifieke links voor uitgebreide informatie over de toepassing van uw interesse!
Extractie van aroma's en bioactieve stoffen met behulp van ultrageluid
Ultrasoon is een bekende en betrouwbare methode om intracellulair materiaal te extraheren.
Klik hier om meer te lezen over de ultrasone lysis & Extractie en de voorbeelden van ultrasone extractie van actieve bestanddelen uit saffraan, koffie, cannabis, paddenstoelen of algen!
Ultrasone fermentatie van yoghurt
Yoghurt is een gefermenteerd melkproduct dat kan worden geproduceerd door alleen melk of door toevoeging van bacterieculturen. Bifidobacteriestammen (bijv. BB-12, BB-46, B breve) zijn veelgebruikte probiotica voor yoghurtfermentatie. Ultrasone cavitatie toegepast op de bacteriecellen kan hun vernietiging veroorzaken en tegelijkertijd het vrijkomen van β-galactosidase. β-galactosidase is een hydrolase enzym dat veel gebruikt wordt in de melkverwerkende industrie. De ultrasoon geassisteerde fermentatie wordt versneld door een snellere lactosehydrolyse als gevolg van het ultrasoon geïnduceerde vrijkomen van β-galactosidase uit de bifidobacteriecellen.
De ultrasone homogenisatie zorgt voor het breken van de melkvetbolletjes en een zeer fijne verdeling.
Ultrasoon kan de fermentatiesnelheid versnellen (vermindering van de totale productietijd tot 40%) en de kwaliteitskenmerken van yoghurt verbeteren, wat resulteert in een hogere viscositeit, sterker coagulum en een superieure textuur.
Ultrasone homogenisering van melk
Melk (bijvoorbeeld koe-, buffel-, geiten- of kamelenmelk) is een emulsie of colloïdaal systeem dat bestaat uit botervetbolletjes in een vloeistof op waterbasis die opgeloste koolhydraten, eiwitten en mineralen bevat. Omdat vet en water de neiging hebben om zich in twee fasen te scheiden, moet melk gehomogeniseerd worden om een gelijkmatig product te verkrijgen. Homogeniseren betekent het gelijkmatig verdelen van de vetmoleculen in de melkvloeistof. Ultrasoon geluid is een bekende methode die wordt gebruikt voor verschillende toepassingen in zuivelverwerking. Ultrasone behandeling van melk resulteert in gehomogeniseerde vetbolletjes, die gelijkmatig en uniform verdeeld zijn. De homogenisering door ultrageluid met een hoog vermogen is ook effectief voor (veganistische/zuivelvrije) melkvervangers afkomstig van planten, zoals kokosmelk of sojamelk.
De studie van Sfakianakis en Tzia (2012) toont aan dat ultrasone homogenisatie de grootte van melkvetbolletjes (MFG) vermindert. De microscopische beelden hieronder tonen de effecten van sonicatie op de grootte van melkvetdruppels. Lage amplitude (150W) had geen bevredigend homogeniseringseffect (Fig.2); de MFG-grootte en hun verdeling waren vergelijkbaar met onbehandelde melk (vergelijk Fig. 1 en 2). Ultrasoon geluid met gemiddelde amplitude (267,5, 375 W) had een goed homogeniseringseffect; de gemiddelde diameter van de MFG was 2 μm (Fig. 3, 4). Ultrasoon geluid met een hogere amplitude (750 W) verminderde de grootte van de MFG's aanzienlijk (fig. 6), waardoor ze nauwelijks zichtbaar waren onder de optische microscoop (100x vergroting); hun gemiddelde diameter was 0,3 μm.

Ultrageluid met hoog vermogen is een milde niet-thermische homogenisatietechniek. Sfakianakis et al. (2011) laten het indrukwekkende effect van ultrasone homogenisatie op melk zien.
Chandrapala et al. (2012) onderzochten het effect van ultrasoon op caseïne en calcium. Ze pasten ultrasone golven (20 kHz) toe op monsters van verse magere melk, gereconstitueerde micellaire caseïne en caseïnepoeder. Ze sonificeerden de monsters tot de melkvetbolletjes gereduceerd waren tot ongeveer 10 nm. De analyse van de gesoniseerde melk laat zien dat de grootte van de caseïnemicellen onveranderd is. Een kleine toename in oplosbaar wei-eiwit en een overeenkomstige afname in viscositeit trad ook op binnen de eerste paar minuten van sonificatie. In het onderzoek werd vastgesteld dat caseïnemicellen stabiel zijn tijdens sonicatie en dat de oplosbare calciumconcentratie niet wordt beïnvloed door de ultrasone behandeling. [Chandrapala et al. 2012]
Ultrasone suikerkristallisatie voor snoepgoed
Gecontroleerde sonicatie maakt het mogelijk om kristalzaaiing te initiëren (het creëren van kernen) en de kristalgroei te beïnvloeden. Onder ultrasone bestraling worden kleinere en daardoor meer kristallen gevormd. Ultrasoon helpt het kristallisatieproces op twee manieren: Ten eerste is krachtige ultrasone straling een zeer effectief middel om een gelijkmatige oplossing te creëren, wat de uitgangssubstantie voor kristallisatie is. In de tweede fase ondersteunt ultrasoon de vorming van een groot aantal kernen. Terwijl een slechte nucleatie een kleiner aantal grote kristallen creëert, vormt een efficiënte nucleatie een groot aantal kleine kristallen van fijne grootte. In het akoestische veld wordt het zelfs mogelijk om de nucleatie te starten van suikers die normaal gesproken niet kristalliseren (bijv. D-fructose, sorbitol).
De ultrasone modificatie van kristallisatie is interessant voor de formulering van snoep, snoepgoed, spreads, ijs, slagroom en chocolade.

De ultrasoonreiniger UIP4000hdT is een krachtige keukenmachine met een vermogen van 4kW. voor industriële voedselproductie, zoals pectine- en smaakextractie en homogenisatie.
Ultrasone hydrogenering van eetbare oliën
De hydrogenatie van plantaardige oliën is een belangrijk industrieel grootschalig proces. Door hydrogenatie worden vloeibare plantaardige oliën omgezet in vaste of halfvaste vetten (bijv. margarine). Chemisch gezien worden de onverzadigde vetzuren omgezet tijdens het gekatalyseerde faseoverdracht hydrogeneringsreactie in hun corresponderende verzadigde vetzuren door waterstofatomen toe te voegen aan de dubbele bindingen. Dit katalytische proces kan worden versneld door krachtige ultrasoonbehandeling. Een veelgebruikte katalysator is nikkel. Gehydrogeneerde vetten worden veel gebruikt als verkorting in bakkerijproducten. Een voordeel van verzadigde vetten is dat ze minder snel oxideren en daardoor minder kans hebben op ranzigheid.
Ultrasone vloeibaarmaking van honing
Ultrageluid biedt een effectieve niet-thermische methode, kristallen in honing om de gist vloeibaar te maken en te vernietigen, zonder de kwaliteit van de honing aan te tasten.
Klik hier voor meer informatie!
Ultrasone stabilisatie van sappen en Smoothies
Als niet-thermische voedselverwerkingstechniek biedt ultrasoon geluid een milde maar effectieve behandeling die smaken intensiveert en sappen, smoothies, sauzen en purees stabiliseert en conserveert. De resultaten van ultrasone sapbehandelingen zijn onder andere verbeterde smaken, stabilisatie en conservering.
Lees hier meer over de ultrasone verbetering van sappen & smoothies!
Lees meer over ultrasone tomatenverwerking!
Ultrasone veroudering van wijn & drank
Krachtig ultrageluid helpt bij het eiken van wijn en gedistilleerde dranken vanwege de effectieve extractiecapaciteit en de aanzienlijk intensievere massaoverdracht tussen houtweefsel en de alcoholische drank.
Klik hier voor meer informatie over de mogelijkheden van ultrasone wijnbehandeling!
Het fermentatieproces van wijn, most, bier en sake kan ook aanzienlijk worden versneld. Er zijn versnellingspercentages van 50% tot 65% bereikt!
Klik hier voor meer informatie over ultrasoon ondersteunde fermentatie!
Ultrasoon versneld invriezen van ijs
Voor de productie van softijs is een softijsmix nodig. Dit softijsmengsel bestaat uit melk, melkpoeder, room, boter of plantaardig vet, suiker, droge massa, emulgator, stabilisator en additieven zoals fruit, noten, smaakstoffen en kleurstoffen. Dit speciale mengsel moet gehomogeniseerd en gepasteuriseerd worden, waarna het langzaam geroerd wordt tijdens het vriesproces om de vorming van grote ijskristallen te voorkomen. Daarbij worden zeer kleine luchtbelletjes gemengd (het zogenaamde beluchtingsproces) om het ijs op te schuimen en een glad dessert met textuur te verkrijgen. Dit is de processtap waarbij ultrasoon kan worden toegepast om de ijskwaliteit te verbeteren.
Tijdens het vriesproces worden kristallen gevormd uit onderkoeld water. De morfologie van de ijskristallen speelt een belangrijke rol bij de texturale en fysieke eigenschappen van bevroren en halfbevroren voedsel. Aangezien de grootte en de verdeling van de ijskristallen van bijzonder belang zijn voor de kwaliteit van ontdooide weefselproducten, wordt voor ijs de voorkeur gegeven aan kleinere ijskristallen omdat grote kristallen resulteren in een ijzige textuur. Nucleatie is de belangrijkste factor om de kristalgrootteverdeling tijdens kristallisatie te controleren. Daarom is de vriessnelheid meestal de parameter die gebruikt wordt om de grootte en de grootteverdeling van de ijskristallen in ijs te regelen. Tijdens het opkloppen en invriezen wordt lucht geïnjecteerd om de gladde textuur van ijs te verkrijgen. De zogenaamde "over-run", de hoeveelheid lucht die wordt geïnjecteerd, is - specifiek voor het specifieke recept - evenredig aan het gecombineerde volume van vaste stoffen en water. De overloop varieert dus door de verschillende softijsformules en de verwerkingsstromen. Standaard roomijs heeft een overloop van 100%, wat betekent dat het eindproduct bestaat uit een gelijk volume van softijsmengsel en luchtbellen.
Het gebruik van Hielscher ultrasone homogenisatoren met hoog vermogen zorgt voor een betere ijskwaliteit door de ijskristallen te verkleinen en korstvorming op een bevroren oppervlak te voorkomen. Er wordt een betere consistentie en een romiger mondgevoel bereikt door de kleinere ijskristallen en de verbeterde luchtbelverdeling. Aanzienlijk kortere invriestijden leiden tot een hogere procescapaciteit en een energiezuiniger productieproces.

Ultrasone UP400St voor snelle extractie van botanische middelen in batches.
Ultrasone beluchting van beslag
De toepassing van ultrasone trillingen tijdens het mengen van het beslag verbetert de kwaliteit van de biscuit in termen van een lagere hardheid en een hogere veerkracht, cohesie en veerkracht. Voor de tests zijn alle ingrediënten gemengd volgens de "all-in" methode, wat betekent dat eiwitarme hele bloem, emulgator, maïszetmeel, suiker, bakpoeder, zout en verse hele eieren tegelijkertijd zijn toegevoegd om het beslag te formuleren. Voor de sonificatie werden de ingrediënten gelijkmatig door elkaar geroerd zodat het ultrasone geluid werd toegepast op een gelijkmatig beslagmengsel. De ultrasoon beluchte cake vertoonde een lagere hardheid, minder gomachtig en minder kauwbaar, terwijl de veerkracht, cohesie en veerkracht van de cake iets hoger waren dan die van de controlecake.
Ultrasone kristallisatie en concheren van chocolade
Sonificatie staat bekend om zijn extractiecapaciteit. Uit de cacaoboon kan cacaoboter vrijkomen uit de cellen door ultrasoon malen en extraheren.
Ultrasoon geluid is een alternatieve techniek om de suikerkristallen in chocolade te breken en heeft daarbij dezelfde effecten als concheren.
Ultrasone vermalsing van vlees
De toepassing van krachtige ultrasone golven op vlees resulteert in een malsere vleesstructuur. Een aanzienlijke malsheid wordt bereikt door het vrijkomen van myofibrillaire proteïnen uit de spiercellen. Naast het malsmakende effect verbetert ultrasound ook het waterbindende vermogen en de cohesie van vlees.
Vind hier meer informatie over vlees malser maken met power ultrasound en de sonicator MeatBuzzer!
Sonificatie in keukens en bars
Ultrasone keukenmachines hebben ook hun weg gevonden naar de fijnproeverskeuken. Hielscher ultrasone keukenmachines worden gebruikt door topkoks zoals de met twee Michelinsterren bekroonde chef-kok Sang-Hoon Degeimbre.
Klik hier als je geïnteresseerd bent in het recept van zijn beroemde ultrasone garnalenbouillon!
Klik hier voor ultrasone cocktailrecepten!
Sonicators voor koshere en halal voedselverwerking
Hielscher Ultrasonics kan op verzoek een koosjer of halal certificaat leveren voor zijn sonicators. Dit betekent dat de sonicators zijn geproduceerd en verwerkt in overeenstemming met de strikte richtlijnen van deze religieuze dieetwetten. De koshere certificering garandeert dat de sonicators zijn geproduceerd zonder dierlijke bijproducten of derivaten, terwijl de halal-certificering verifieert dat de sonicators zijn behandeld op een manier die in overeenstemming is met de islamitische dieetprincipes.
Als u een koosjer of halal gecertificeerde Hielscher sonicator nodig hebt, neem dan contact met ons op en wij zorgen graag voor de benodigde certificering.
Neem contact met ons op! / Vraag het ons!
Literatuur / Referenties
- Chandrapala, Jayani et al. (2012): The effect of ultrasound on casein micelle integrity. Journal of Dairy Science 95/12, 2012. 6882-6890.
- Chandrapala, Jayani et al. (2011): Effects of ultrasound on the thermal and structural characteristics of proteins in reconstituted whey protein concentrate. Ultrasonics Sonochemistry 18/5, 2011. 951-957.
- Dairy Processing Handbook. Published by Tetra Pak Processing Systems AB, S-221 86 Lund, Sweden. 387.
- Feng, Hao; Barbosa-Cánovas, Gustavo V.; Weiss, Jochen (2010): Ultrasound Technologies for Food and Bioprocessing. New York: Springer, 2010.
- Huang, B. X.; Zhou, W. B. (2009): Ultrasound Aided Yogurt Fermentation with Probiotics. NUROP Congress, Singapore, 2009.
- Keshava Prakash, M. N.; Ramana, K. V. R. (2003): Ultrasound and Its Application in the Food Industry. J. Food Sci Technol. 40/6, 2003. 563-570.
- Mortazavi, A.; Tabatabaie, F. (2008): Study of Ice Cream Freezing Process after Treatment with Ultrasound. World Applied Science Journal 4, 2008. 188-190.
- Petzold, G. and Aguilera, J. M. (2009): Ice Morphology: Fundamentals and Technological Applications in Foods. Food Biophysics Vol.4, No. 4, 378-396.
- Sfakianakis, Panagiotis; Tzia, Constantina (2011): Yogurt from ultrasound treated milk: monitoring of fermentation process and evaluation of product quality characteristics. ICEF 2011.

Hielscher Ultrasonics produceert hoogwaardige ultrasone homogenisatoren van lab naar industrieel formaat.