Ultradźwiękowe przetwarzanie miodu
Miód cieszy się dużym popytem jako żywność i lekarstwo. Przetwarzanie ultradźwiękowe jest skutecznym sposobem niszczenia niepożądanych składników, takich jak kryształy i komórki drobnoustrojów w miodzie. Jako nietermiczna technologia przetwarzania, ultradźwiękowa dekrystalizacja miodu zapobiega niepożądanemu wzrostowi HFM, a także lepszemu zachowaniu diastazy, aromatu i smaku.
Zalety ultradźwiękowej dekrystalizacji miodu
Ultradźwiękowa dekrystalizacja jest skuteczną alternatywą dla tradycyjnych metod ogrzewania do dekrystalizacji miodu. Ultradźwiękowa dekrystalizacja miodu oferuje liczne zalety w porównaniu z konwencjonalną metodą ogrzewania, co sprawia, że ultradźwiękowa obróbka miodu jest doskonałą metodą upłynniania, dekrystalizacji i stabilizacji miodu:
Dekrystalizacja ultradźwiękowa oferuje kilka zalet i może być dostosowana do wszystkich rodzajów miodu i skali produkcji. Ultradźwięki Hielscher są precyzyjnie kontrolowane i mogą być dostosowane do czynników takich jak lepkość miodu, wielkość kryształów i standardy jakości. W ten sposób ultradźwięki Hielscher zapewniają wysoką skuteczność i prostą, bezpieczną obsługę.
Przemysłowy ultrasonograf do dekrystalizacji i stabilizacji miodu w wysoce jednolitej obróbce liniowej.
Obrazy mikroskopowe miodu poddanego obróbce:
(a) Próbka kontrolna. Przed obróbką miód wygląda jak sieć kryształów w kształcie igieł. Ciemne okręgi to pęcherzyki powietrza. (b) Próbki poddane obróbce cieplnej w temperaturze 40°C po 20 minutach obróbki termicznej; (c) Próbki poddane obróbce ultradźwiękowej w temperaturze 40°C+ po 20 minutach obróbki.
(Dokument badawczy i zdjęcie: ©Deora et al., 2013)
Ultradźwiękowe przetwarzanie miodu
Ultradźwięki są nietermiczną alternatywą przetwarzania dla wielu płynnych produktów spożywczych. Jego moc mechaniczna jest wykorzystywana do delikatnej, ale skutecznej inaktywacji drobnoustrojów i redukcji wielkości cząstek. Gdy miód jest poddawany działaniu ultradźwięków, większość komórek drożdży ulega zniszczeniu. Komórki drożdży, które przetrwają sonikację, zazwyczaj tracą zdolność do wzrostu. Zmniejsza to znacznie tempo fermentacji miodu.
Ultradźwięki również upłynniają miód, eliminując istniejące kryształy i hamując dalszą krystalizację w miodzie. W tym aspekcie jest to porównywalne z podgrzewaniem miodu. Skraplanie wspomagane ultradźwiękami może pracować przy znacznie niższych temperaturach procesu wynoszących około 35°C i może skrócić czas skraplania do mniej niż 30 sekund. Kai (2000) badał ultradźwiękowe upłynnianie australijskich miodów (Brush box, Stringy bark, Yapunyah i Yellow box). Badania wykazały, że sonikacja o częstotliwości 20 kHz całkowicie upłynniła kryształy w miodzie. Próbki poddane działaniu ultradźwięków pozostawały w stanie upłynnionym przez około 350 dni (+20% w porównaniu z obróbką cieplną). Ze względu na minimalną ekspozycję na ciepło, upłynnianie ultradźwiękowe skutkuje większą retencją aromatu i smaku. Sonikowane próbki wykazują jedynie bardzo niski wzrost HMF i niewielki spadek aktywności diastazy. Ponieważ potrzebna jest mniejsza ilość energii cieplnej, zastosowanie ultradźwięków pomaga obniżyć koszty przetwarzania w porównaniu z konwencjonalnym ogrzewaniem i chłodzeniem.
Przemysłowy ultrasonograf UIP6000hdT do upłynniania i stabilizacji mikrobiologicznej miodu.
Badania Kai (2000) wykazały również, że różne rodzaje miodu wymagają różnej intensywności i czasu sonikacji. Z tego powodu zalecamy przeprowadzenie prób przy użyciu systemu sonikacji typu bench-top. Wstępne testy powinny być przeprowadzane w trybie wsadowym, podczas gdy dalsze próby przetwarzania wymagają komory przepływowej do recyrkulacji pod ciśnieniem lub testowania w linii.
Co badania mówią o ultradźwiękowej de-krystalizacji miodu?
Miód jest przesyconym roztworem glukozy i ma tendencję do spontanicznej krystalizacji w temperaturze pokojowej w postaci monohydratu glukozy. Obróbka cieplna była tradycyjnie stosowana w celu rozpuszczenia kryształów monohydratu D-glukozy w miodzie i opóźnienia krystalizacji. Jednak takie podejście negatywnie wpływa na delikatny smak miodu. Korzystne zastosowanie ultradźwięków mocy w miodzie zostało zgłoszone przez wielu badaczy. Wykazano, że zastosowanie ultradźwięków eliminuje istniejące kryształy, a także opóźnia proces krystalizacji, co skutkuje opłacalną technologią. Analiza procesu krystalizacji sugeruje, że sonikowane próbki miodu pozostawały w stanie ciekłym przez dłuższy czas niż miód poddany obróbce cieplnej. Ponadto nie zaobserwowano znaczącego wpływu na parametry jakościowe miodu, takie jak zawartość wilgoci, przewodność elektryczna czy pH. Badania wykazały, że ogólnie obróbka ultradźwiękowa (np. za pomocą sondy ultradźwiękowej 24 kHz modelu UP400St, w obróbce wsadowej) prowadzi do szybszego rozpuszczania kryształów niż obróbka termiczna.
(por. Deora et al., 2013)
Basmacı (2010) porównał ultradźwięki i wysokie ciśnienie hydrostatyczne jako opcje leczenia upłynniania miodu. Podczas gdy leczenie wysokim ciśnieniem hydrostatycznym okazało się zbyt kosztowne i nieskuteczne, ultradźwięki dały bardzo dobre wyniki. W związku z tym sonikacja była zalecana jako alternatywa dla tradycyjnej obróbki termicznej miodu.
Önur i in. (2018) doszli do tego samego wniosku, porównując konwencjonalną obróbkę cieplną w temperaturze 50ºC, upłynnianie ultradźwiękowe i zalecają ultradźwiękowe przetwarzanie miodu w porównaniu z obróbką termiczną i obróbką ciśnieniową ze względu na wygodę, krótszy czas przetwarzania i mniejszą utratę jakości.
Sidor et al. (2021) porównali upłynnianie ultradźwiękowe z ogrzewaniem mikrofalowym w celu rozpuszczenia kryształów cukru w miodach lipowych, akacjowych i wielokwiatowych. Główną wadą ogrzewania mikrofalowego były znacznie zwiększone wartości HMF, zmiany aktywności enzymatycznej i duże straty liczby diastaz. W przeciwieństwie do tego, upłynnianie ultradźwiękowe spowodowało jedynie najmniejsze zmiany we właściwościach miodu, więc zespół badawczy wyraźnie zalecił ultradźwiękowe przetwarzanie miodu w celu opóźnienia procesu krystalizacji.
Przyspiesza czas upłynniania stałych miodów bez uszczerbku dla ich jakości.
Ultrasonikator napowietrzny UIP2000hdT z kaskadą na ruchomym stojaku do upłynniania miodu i rozpuszczania cukru w trybie wsadowym i liniowym.
Wysokowydajne ultradźwięki do dekrystalizacji i stabilizacji miodu
Hielscher Ultrasonics produkuje i dostarcza wysokowydajne ultrasonografy do przetwarzania płynnej żywności, takie jak upłynnianie miodu, redukcja kryształów (rozpuszczanie cukru, dekrystalizacja) i stabilizacja mikrobiologiczna. Specjalnie opracowany sprzęt ultradźwiękowy do obróbki miodu pozwala na jednolite i niezawodne przetwarzanie. Zapewnia to produkcję najwyższej jakości miodu przy zachowaniu standardów jakości. Do obróbki miodu firma Hielscher Ultrasonics oferuje specjalne sonotrody (sondy ultradźwiękowe), które są idealne do bardzo równomiernej obróbki lepkich cieczy, takich jak miód.
Projektowanie, produkcja i doradztwo – Jakość Made in Germany
Ultradźwięki Hielscher są dobrze znane z najwyższej jakości i standardów projektowych. Solidność i łatwa obsługa pozwalają na płynną integrację naszych ultradźwiękowców z obiektami przemysłowymi. Trudne warunki i wymagające środowiska są łatwo obsługiwane przez ultradźwięki Hielscher.
Hielscher Ultrasonics jest firmą posiadającą certyfikat ISO i kładzie szczególny nacisk na wysokowydajne ultradźwięki z najnowocześniejszą technologią i łatwością obsługi. Oczywiście ultradźwięki Hielscher są zgodne z CE i spełniają wymagania UL, CSA i RoHs.
- wysoka wydajność
- najnowocześniejsza technologia
- niezawodność & solidność
- partia & inline
- dla dowolnego wolumenu – Od małych partii do dużych przepływów na godzinę
- naukowo udowodnione
- inteligentne oprogramowanie
- proste, liniowe skalowanie
- inteligentne funkcje (np. protokołowanie danych)
- CIP (clean-in-place)
Poniższa tabela przedstawia przybliżoną wydajność przetwarzania naszych ultradźwiękowców:
| Wielkość partii | natężenie przepływu | Polecane urządzenia |
|---|---|---|
| 10 do 2000mL | 20-400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 do 20L | 0.2 do 4L/min | UIP2000hdT |
| 10-100L | 2 do 10L/min | UIP4000hdT |
| 15 do 150 l | 3 do 15 l/min | UIP6000hdT |
| b.d. | 10-100L/min | UIP16000 |
| b.d. | większe | klaster UIP16000 |
Skontaktuj się z nami! / Zapytaj nas!
Hielscher Ultrasonics produkuje wysokowydajne homogenizatory ultradźwiękowe do mieszania, dyspersji, emulgowania i ekstrakcji na skalę laboratoryjną, pilotażową i przemysłową.
Literatura / Referencje
- Basmacı, İpek (2010): Effect of Ultrasound and High Hydrostatic Pressure (Hhp) on Liquefaction and Quality Parameters of Selected Honey Varieties. Master of Science Thesis, Middle East Technical University, 2010.
- D’Arcy, Bruce R. (2017): High-power Ultrasound to Control of Honey Crystallisation. Rural Industries Research and Development Corporation 2007.
- İpek Önür, N.N. Misra, Francisco J. Barba, Predrag Putnik, Jose M. Lorenzo, Vural Gökmen, Hami Alpas (2018): Effects of ultrasound and high pressure on physicochemical properties and HMF formation in Turkish honey types. Journal of Food Engineering, Volume 219, 2018. 129-136.
- Deora, Navneet S.; Misra, N.N.; Deswal, A.; Mishra, H.N.; Cullen, P.J.; Tiwari, B.K. (2013): Ultrasound for Improved Crystallisation in Food Processing. Food Engineering Reviews, 5(1), 2013. 36-44.
- Sidor, Ewelina; Tomczyk, Monika; Dżugan, Małgorzata (2021): Application Of Ultrasonic Or Microwave Radiation To Delay Crystallization And Liquefy Solid Honey. Journal of Apicultural Science, Volume 65, Issue 2, December 2021.
- Alex Patist, Darren Bates (2008): Ultrasonic innovations in the food industry: From the laboratory to commercial production. Innovative Food Science & Emerging Technologies, Volume 9, Issue 2, 2008. 147-154.
- Subramanian, R., Umesh Hebbar, H., Rastogi, N.K. (2007): Processing of Honey: A Review. in: International Journal of Food Properties 10, 2007. 127-143.
- Kai, S. (2000): Investigation into Ultrasonic Liquefaction of Australian Honeys. The University of Queensland (Australia), Department of Chemical Engineering.
- National Honey Board (2007): Fact Sheets.
Fakty, które warto znać
Kontekst przetwarzania miodu
Miód jest produktem o wysokiej lepkości, charakterystycznym smaku i aromacie, kolorze i konsystencji.
Miód składa się z glukozy, fruktozy, wody, maltozy, trójcukrów i innych węglowodanów, sacharozy, minerałów, białek, witamin i enzymów, drożdży i innych mikroorganizmów odpornych na ciepło oraz niewielkich ilości kwasów organicznych (patrz tabela poniżej). Wysoki poziom tetracyklin, związków fenolowych i nadtlenku wodoru w miodzie nadaje mu właściwości przeciwdrobnoustrojowe.
Profil odżywczy i skład cukrowy miodu (©www.honey.com)
Enzymy miodu
Miód zawiera enzymy trawiące skrobię. Enzymy są wrażliwe na ciepło i dlatego służą jako wskaźnik jakości miodu i stopnia obróbki termicznej. Główne enzymy obejmują inwertazę (α-glukozydazę), diastazę (α-amylazę) i oksydazę glukozy. Są to enzymy ważne z żywieniowego punktu widzenia. Diastaza hydrolizuje węglowodany, ułatwiając ich trawienie. Inwertaza hydrolizuje sacharozę i maltozę do glukozy i fruktozy. Oksydaza glukozowa katalizuje glukozę, tworząc kwas glukonowy i nadtlenek wodoru. Miód zawiera również katalazę i kwaśną fosfatazę. Aktywność enzymu jest zazwyczaj mierzona jako aktywność diastazy i jest wyrażana liczbą diastazową (DN). Normy dotyczące miodu określają minimalną liczbę diastaz na poziomie 8 w przetworzonym miodzie.
Drożdże i mikroorganizmy w miodzie
Ekstrahowany miód zawiera niepożądane substancje, takie jak drożdże (zazwyczaj osmofilne, tolerujące cukier) i inne mikroorganizmy odporne na ciepło. Są one odpowiedzialne za psucie się miodu podczas przechowywania. Wysoka liczba drożdży prowadzi do szybkiej fermentacji miodu. Szybkość fermentacji miodu jest również skorelowana z zawartością wody/wilgoci. Zawartość wilgoci na poziomie 17% jest uważana za bezpieczny poziom opóźniający aktywność drożdży. Z drugiej strony, szansa na krystalizację wzrasta wraz ze spadkiem zawartości wilgoci. Liczba drożdży wynosząca 500cfu/mL lub mniej jest uważana za poziom akceptowalny z handlowego punktu widzenia.
Krystalizacja / granulacja w miodzie
Miód naturalnie krystalizuje, ponieważ jest przesyconym roztworem cukru, z ponad 70% zawartością cukru w stosunku do zawartości wody wynoszącej około 18%. Glukoza spontanicznie wytrąca się ze stanu przesyconego, tracąc wodę, gdy staje się bardziej stabilnym nasyconym stanem monohydratu glukozy. Prowadzi to do powstania dwóch faz – faza ciekła na górze i bardziej stała forma krystaliczna poniżej. Kryształy tworzą siatkę, która unieruchamia inne składniki miodu w zawiesinie, tworząc w ten sposób stan półstały (National Honey Board, 2007). Krystalizacja lub granulacja jest niepożądana, ponieważ stanowi poważny problem w przetwarzaniu i sprzedaży miodu. Ponadto krystalizacja ogranicza przepływ nieprzetworzonego miodu z pojemników magazynowych.
Obróbka cieplna w przetwórstwie miodu
Po ekstrakcji i filtracji miód poddawany jest obróbce termicznej w celu zmniejszenia poziomu wilgoci i zniszczenia drożdży. Ogrzewanie pomaga upłynnić kryształy w miodzie. Chociaż obróbka cieplna może skutecznie zmniejszyć redukcję wilgoci, zmniejszyć i opóźnić krystalizację oraz całkowicie zniszczyć komórki drożdży, powoduje również pogorszenie jakości produktu. Ogrzewanie znacznie zwiększa poziom hydroksymetylofurfuralu (HMF). Maksymalny dopuszczalny poziom HMF wynosi 40mg/kg. Ponadto ogrzewanie zmniejsza aktywność enzymów (np. diastazy) i wpływa na właściwości sensoryczne oraz zmniejsza świeżość miodu. Obróbka cieplna przyciemnia również naturalny kolor miodu (brązowienie). W szczególności ogrzewanie powyżej 90°C powoduje karmelizację cukru. Ze względu na nierównomierne przenoszenie temperatury i ekspozycję, obróbka cieplna nie jest w stanie zniszczyć mikroorganizmów odpornych na ciepło.
Ze względu na ograniczenia obróbki cieplnej, wysiłki badawcze koncentrują się na alternatywach nietermicznych, takich jak promieniowanie mikrofalowe, ogrzewanie podczerwone, ultrafiltracja i ultradźwięki. Ultradźwięki oferują jako obróbka nietermiczna duże korzyści w porównaniu z alternatywnymi technikami przetwarzania miodu.
Hielscher Ultrasonics produkuje wysokowydajne homogenizatory ultradźwiękowe od laboratorium do rozmiar przemysłowy.