Zastosowanie ultradźwięków mocy jest wykorzystywane do wielu zastosowań w przetwórstwie żywności, w tym do ekstrakcji, homogenizacji, pasteryzacji i fermentacji. Jako obróbka nietermiczna, ultradźwięki poprawiają procesy produkcji żywności poprzez wyższą wydajność, wyższą jakość, ulepszone profile odżywcze i smakowe, jak również oszczędność czasu i kosztów.

Zastosowania ultradźwięków w przetwórstwie żywności

Ultradźwięki mocy mają szeroki zakres zastosowań w przetwórstwie spożywczym, w tym ekstrakcji, mieszania, emulgowania, pasteryzacji, odgazowywania i zmiękczania mięsa. Oprócz tych głównych zastosowań, ultradźwięki mocy są również stosowane do poprawy zamrażania, rozmrażania i suszenia produktów spożywczych.
Główne zalety ultradźwięków o wysokiej intensywności związane są z usprawnieniem różnych operacji przetwarzania żywności, takich jak skrócenie czasu przetwarzania, zwiększenie wydajności, poprawa jakości produktu i pozwalają na bardziej oszczędne pod względem kosztów i czasu, ekonomiczne przetwarzanie.

W poniższym akapicie można znaleźć główne zastosowania ultradźwięków o wysokiej intensywności w przemyśle spożywczym:

• Ekstrakcja: Ultradźwięki mogą być stosowane do ekstrakcji związków bioaktywnych z materiałów roślinnych, takich jak antyoksydanty, pigmenty i olejki eteryczne. Proces ten znany jest jako ekstrakcja wspomagana sonikacją i może być stosowany do produkcji wysokiej jakości ekstraktów w krótszym czasie i przy mniejszym zużyciu rozpuszczalników niż w przypadku metod tradycyjnych.
• Homogenizacja i emulgacja: Homogenizacja ultradźwiękowa może być stosowana do produkcji stabilnych emulsji i zawiesin, takich jak sosy sałatkowe, majonez, kremy i produkty mleczne. Proces polega na wykorzystaniu fal dźwiękowych o wysokiej częstotliwości do rozbijania kulek tłuszczu w cieczy, dzięki czemu uzyskuje się gładką i jednolitą teksturę.
• Zachowanie: Ultradźwięki o wysokiej intensywności mogą być stosowane do inaktywacji mikroorganizmów, takich jak bakterie i drożdże, w produktach spożywczych. Proces ten, znany jako pasteryzacja wspomagana sonikacją, może przedłużyć okres trwałości produktów spożywczych i zmniejszyć ryzyko wystąpienia chorób przenoszonych przez żywność. Jako technika przetwarzania nietermicznego, sonikacja zapobiega stosowaniu bardzo wysokich temperatur i związanej z tym degradacji składników odżywczych wrażliwych na ciepło.

• Odgazowywanie: Przy zastosowaniu ultradźwięków do cieczy, pęcherzyki gazu uwięzione w cieczy są wzburzane. W wyniku tego pęcherzyki powietrza i gazu zbliżają się do siebie i łączą się. Oznacza to, że pęcherzyki zwiększają swój rozmiar, dzięki czemu unoszą się na powierzchni cieczy i mogą być łatwo usunięte.
• Rozpuszczanie: Dzięki wyjątkowym możliwościom mieszania i miksowania, ultradźwięki są bardzo skuteczne w wytwarzaniu roztworów o wysokim stopniu nasycenia, a nawet przesycenia. Wykorzystuje się to w procesach krystalizacji, jak również w produkcji solanek.
• Fermentacja: Ponieważ fale ultradźwiękowe perforują i rozbijają ściany komórkowe mikroorganizmów, stają się one bardziej podatne na proces fermentacji. Jednocześnie ultradźwięki przyspieszają transport składników odżywczych i tlenu do mikroorganizmów, zwiększając w ten sposób ich aktywność metaboliczną. Ogólnie rzecz biorąc, ultradźwięki zwiększają tempo fermentacji, skracają czas fermentacji i poprawiają wydajność pożądanego produktu końcowego. Technologia ta jest szczególnie przydatna w produkcji żywności i napojów, takich jak nabiał, jogurt, piwo, kombucha i wino.
• Redukcja lepkości przed suszeniem natryskowym: Ultradźwiękowe siły ścinające mogą znacznie zmniejszyć lepkość w zawiesinach ścinanych i tiksotropowych. Zastosowanie ultradźwiękowego rozrzedzania przed natryskiwaniem i suszarniami rozpyłowymi pozwala na znaczne zwiększenie przepustowości przez urządzenia rozpyłowe. Wieże suszenia rozpyłowego są często wąskim gardłem w linii produkcyjnej. Dzięki ultradźwiękom można zwiększyć wydajność istniejących suszarni rozpyłowych.

• Zamrażanie: Zamrażanie ultradźwiękowe może być stosowane w celu ograniczenia tworzenia się kryształów lodu w produktach spożywczych podczas procesu zamrażania. Proces ten polega na poddawaniu żywności działaniu fal dźwiękowych o wysokiej częstotliwości podczas jej zamrażania. Fale ultradźwiękowe tworzą wibracje, które zapobiegają tworzeniu się dużych kryształów lodu, co skutkuje produktem o gładszej teksturze i lepszej jakości.
• Rozmrażanie: Rozmrażanie ultradźwiękowe może być stosowane w celu skrócenia czasu rozmrażania zamrożonych produktów spożywczych. Proces ten polega na poddaniu zamrożonego produktu działaniu fal ultradźwiękowych, które generują ciepło i przyspieszają proces rozmrażania. Ponieważ ultradźwięki sprzyjają bardzo równomiernemu rozprowadzaniu energii, rozmrażanie ultradźwiękowe może być szczególnie przydatne w przypadku produktów, które trudno jest równomiernie rozmrozić, takich jak mięso, owoce morza, owoce i warzywa.
  W zamrażaniu, rozmrażaniu i suszeniu ultradźwięki mocy powodują znaczną poprawę procesów przenoszenia masy i energii, co przyspiesza te procesy i czyni je bardziej ekonomicznymi.
• Wykrywanie wycieków z butelek: Ultradźwięki są bardzo skutecznym sposobem wykrywania nieszczelności i pęknięć w butelkach i puszkach z napojami gazowanymi, takimi jak soda, piwo, wino musujące itp. Ultradźwięki znajdują również zastosowanie w odgazowywaniu napojów gazowanych, np. piwa przed rozlewem do butelek, proces ten znany jest jako de-fobbing.
• Brining / Pickling: Solenie jest powszechnym procesem w konserwacji i produkcji żywności, zwłaszcza mięsa, ryb, serów i warzyw. Ultradźwięki skracają czas solenia i pozwalają na użycie mniejszej ilości chlorku sodu w porównaniu do tradycyjnie solonych produktów i marynat.
• Nawodnienie / Rehydration: Ultradźwięki mocy to prosta, ale bardzo skuteczna metoda nawilżania lub ponownego nawilżania produktów spożywczych, takich jak suszone nasiona roślin strączkowych (np. fasola, ciecierzyca) lub odwodnione grzyby. Ponieważ ultradźwięki otwierają pory komórkowe w żywności, woda może szybko przeniknąć do środka. Prowadzi to do przyspieszonego pęcznienia nasion roślin strączkowych, a tym samym do skrócenia czasu gotowania.
• Dekrystalizacja miodu: Jako obróbka nietermiczna, ultradźwięki są skutecznie wykorzystywane do zapobiegania tworzeniu się dużych kryształów cukru w miodzie. Ponadto, już powstałe duże kryształy w miodzie mogą być dekrystalizowane przez obróbkę ultradźwiękową. Jako wysoce skuteczna technika rozpuszczania, ultradźwięki sondowe rozpuszczają kryształy cukru, co prowadzi do uzyskania jednolicie gładkiego miodu. Dodatkowo ultradźwięki poprawiają jakość mikrobiologiczną miodu, ponieważ niepożądane mikroorganizmy zostają unieszkodliwione w wyniku działania ultradźwięków na komórki.
• Smażenie: Smażenie ultradźwiękowe może być stosowane w celu zmniejszenia absorpcji oleju w smażonych produktach spożywczych. Proces ten polega na zanurzeniu mięsa lub warzywa w gorącym oleju przy jednoczesnym poddaniu go działaniu fal dźwiękowych o wysokiej częstotliwości. Fale ultradźwiękowe tworzą na powierzchni żywności małe pęcherzyki, które zmniejszają powierzchnię kontaktu warzywa/mięsa z olejem, co skutkuje mniejszą absorpcją oleju i zdrowszym produktem końcowym. Smażenie ultradźwiękowe pozwala na gotowanie żywności w niższych temperaturach tworząc doskonałe profile smakowe, zachowując składniki odżywcze.

Wysokowydajne ultradźwięki dla przetwórstwa spożywczego

Przemysłowe procesory ultradźwiękowe Hielscher Ultrasonics to wysokowydajne ultradźwięki, które są precyzyjnie sterowane i umożliwiają tym samym uzyskanie powtarzalnych wyników i stałej jakości produktu. Dzięki możliwości uzyskania bardzo wysokich amplitud procesory ultradźwiękowe Hielscher mogą być stosowane w bardzo wymagających aplikacjach.
Klienci są zadowoleni z wyjątkowej solidności i niezawodności systemów Hielscher Ultrasonics. Ultradźwięki firmy Hielscher pracują niezawodnie w ciężkich warunkach, w wymagającym otoczeniu i w trybie 24/7, zapewniając tym samym wydajną i ekonomiczną obróbkę żywności. Ultradźwiękowa intensyfikacja procesu skraca czas obróbki i pozwala osiągnąć lepsze rezultaty, tj. wyższą jakość, większą wydajność, nowatorskie produkty.
Dzięki konsekwentnemu stosowaniu specjalnych materiałów, takich jak np. tytan, stal nierdzewna, ceramika lub szkło różnych gatunków, zagwarantowana jest kompatybilność techniki z procesem.
Procesory ultradźwiękowe to przyjazne dla operatora i wygodne maszyny o niskich kosztach utrzymania i stosunkowo niskich kosztach.

Poniższa tabela daje wskazanie przybliżonej mocy przerobowych naszych ultrasonicators:

Projektowanie, produkcja i doradztwo – Jakość Made in Germany

Ultradźwięki firmy Hielscher są znane z najwyższej jakości i standardów konstrukcyjnych. Solidność i łatwa obsługa pozwalają na płynną integrację naszych ultradźwięków z obiektami przemysłowymi. Surowe warunki i wymagające środowiska są łatwo obsługiwane przez ultradźwięki Hielscher.

Hielscher Ultrasonics jest firmą posiadającą certyfikat ISO i kładzie szczególny nacisk na ultradźwięki o wysokiej wydajności, charakteryzujące się najnowocześniejszą technologią i łatwością obsługi. Oczywiście ultradźwięki Hielscher są zgodne z CE i spełniają wymagania UL, CSA i RoHs.

Fakty Warto wiedzieć

Jak działają ultradźwięki w przetwórstwie żywności?

Ultradźwiękowa obróbka żywności jest uznaną technologią stosowaną w przemyśle spożywczym w takich zastosowaniach jak mieszanie i homogenizacja, emulsyfikacja, ekstrakcja, rozpuszczanie, odgazowywanie. & odpowietrzanie, tenderyzowanie mięsa, krystalizacja oraz funkcjonalizacja i modyfikacja półproduktów i gotowych produktów spożywczych. Zainstalowane od dziesięcioleci w zakładach produkcji żywności, ultradźwiękowe urządzenia do przetwarzania żywności firmy Hielscher są wyrafinowane i opracowane, aby sprostać wymaganiom przemysłu. Procesory ultradźwiękowe wykorzystują siły fizyczne wytwarzane przez fale ultradźwiękowe, co powoduje powstanie kawitacji.

Czym jest kawitacja akustyczna?

Kawitacja akustyczna, znana również jako kawitacja ultradźwiękowa, to wzrost i upadek drobnych pęcherzyków próżniowych w polu ultradźwiękowym generowanym w cieczach lub szlamach. Pęcherzyki kawitacyjne rosną podczas zmiennych cykli wysokociśnieniowych / niskociśnieniowych, które są odpowiednio fazami kompresji i rzadkiej reakcji. Po wyhodowaniu w kilku zmiennych cyklach ciśnieniowych pęcherzyk próżniowy osiąga punkt, w którym nie może wchłonąć więcej energii, tak że pęcherzyk imploduje gwałtownie podczas cyklu wysokociśnieniowego. Podczas zawalenia się pęcherzyka występują ekstremalne warunki lokalne, w tym ekstremalne temperatury do 5.000K przy bardzo wysokich prędkościach ogrzewania i chłodzenia, ciśnieniach do 2000atm i odpowiadających im różnicach ciśnień oraz strumieniach cieczy o prędkości do 280m/s. W tych kawitacyjnych.... “hot-spoty”Lokalne ekstremalne siły tworzą warunki fizyczne, które powodują mieszanie, ekstrakcję i zwiększone przenoszenie masy.

Kawitacja akustyczna, generowana przez ultradźwięki o wysokiej intensywności i niskiej częstotliwości, tworzy intensywne siły ścinające i lokalnie występujące wysokie różnice ciśnienia i temperatury, które zapewniają niezbędne oddziaływanie dla intensywnego mieszania i transferu masy. Te ultradźwiękowe siły ścinające są z powodzeniem stosowane w przetwórstwie żywności.

Literatura / Referencje

• Li, Fei (2012): Development of Nano-material for Food Packaging. PhD Dissertation at Università degli Studi di Milano.
• Kentish, Sandra; Ashokkumar, Meiyazhagan (2011): The Use of Power Ultrasound to enhance Food Processing Technologies.
• Liu, C.F.; Zhou, W.B. (2008): Stimulating Bio-yogurt Fermentation by High Intensity Ultrasound Processing. Food Science Technology 2008.
• Misra, N.N.; Deora, Navneet Singh; Tiwari, Brijesh, Cullen, Patrick J. (2013): Ultrasound for Improved Crystallisation in Food Processing. Food Engineering Reviews 5(1), 2013. 36-44.
• Shalmashi, Anvar (2009): Ultrasound-Assisted Extraction of Oil from Tea Seeds. Journal of Food Lipids 16, 2009. 465–474.
• Uppala, Shivani; Kaur, Khushwinder; Kumar, Rajendra; Kaur Kahlon, Nakshdeep; Singh, Rachna; Mehta, S.K. (2017): Encompassment of Benzyl Isothiocyanate in cyclodextrin using ultrasonication methodology to enhance its stability for biological applications. Ultrasonics Sonochemistry 39, 2017. 25-33.
• Wu, J.; Gamage, T.V; Vilkhu, K.S:; Simons, L.K.; Mawson, R. (2007): Effect of thermosonication on quality improvement of tomato juice. Innovative Food Science and Emerging Technologies 9, 2008. 186–195.