Doskonała wydajność i jakość w produkcji mleka orzechowego z wykorzystaniem ultradźwięków

Mleka orzechowe i roślinne alternatywy dla mleka stanowią rozwijający się segment żywności. W produkcji mleka orzechowego i roślinnych odpowiedników mleka ekstrakcja i homogenizacja ultradźwiękowa wykazały znaczne korzyści w porównaniu z technikami konwencjonalnymi. Ultradźwięki o dużej mocy zwiększają uzysk, stabilność produktu, zawartość składników odżywczych i ogólną wydajność przetwarzania.

Wyższy uzysk mleka orzechowego dzięki ultradźwiękom o dużej mocy

Ekstrakcja ultradźwiękowa jest dobrze znana jako niezawodna i wysoce wydajna metoda zwiększania uzysku olejów, białek, polisacharydów i mikroskładników odżywczych pochodzenia roślinnego. Dlatego sonikację stosuje się w produkcji roślinnych zamienników mleka, np. z migdałów, orzechów nerkowca, kokosów, orzechów laskowych, orzeszków ziemnych, sezamu, soi, orzechów tygrysich, owsa, ryżu, konopi, grochu, pistacji, orzechów włoskich, amarantusa lub komosy ryżowej. Surowce do produkcji mleka orzechowego i innych roślinnych alternatyw dla mleka są często drogie, a wyższy uzysk ekstrakcji z tych surowców obniża koszty produkcji i zwiększa jej wydajność.

Jak ekstrakcja ultradźwiękowa zwiększa uzysk?

Zasadą działania ekstrakcji ultradźwiękowej jest kawitacja akustyczna. Mechanizm intensyfikacji ekstrakcji przez ultradźwięki o niskiej częstotliwości i wysokiej intensywności przypisuje się głównie zjawisku kawitacji akustycznej. Gdy pęcherzyki kawitacyjne zapadają się na powierzchni materiału roślinnego, erozja i sonoporacja rozbijają matrycę komórek roślinnych (np. w macerowanych orzechach, nasionach, roślinach strączkowych i liściach), co prowadzi do zniszczenia struktury komórkowej i uwolnienia substancji wewnątrzkomórkowych, takich jak białka, lipidy, polisacharydy, błonnik, witaminy, minerały i związki fitochemiczne. Zintensyfikowany w ten sposób transport masy ułatwia uwalnianie cząsteczek, takich jak białka, lipidy, polisacharydy i związki fitochemiczne.
Siły ścinania generowane ultradźwiękowo poprawiają wnikanie rozpuszczalnika do matrycy komórkowej materiału roślinnego oraz przepuszczalność błon komórkowych. (Należy pamiętać, że termin rozpuszczalnik jest używany w szerokim znaczeniu i obejmuje dowolną ciecz, np. wodę). Te mechanizmy działania ultradźwięków o dużej mocy odpowiadają za znaczną intensyfikację procesu osiąganą przy stosowaniu sonikacji do ekstrakcji produktów spożywczych z surowców roślinnych. Ponieważ kawitacja ultradźwiękowa generuje tak intensywne siły, powoduje wysoce skuteczne rozbijanie komórek i mieszanie w skali makro i mikro. Ponadto znacząco poprawia wnikanie rozpuszczalnika, rozpuszczanie związków bioaktywnych i transport masy. Dzięki temu ekstrakcja wspomagana ultradźwiękami jest wysoce skuteczna i zapewnia doskonały uzysk ekstraktu w krótkim czasie procesu.

Poprawa stabilności mleka orzechowego dzięki ultradźwiękom

Sonikacja o wysokiej intensywności i niskiej częstotliwości jest skuteczną i niezawodną metodą poprawy stabilności fizycznej zawiesin oraz stabilności mikrobiologicznej produktów spożywczych (np. mleka orzechowego i innych zamienników mleka).

Ultradźwiękowa poprawa stabilności fizykochemicznej mleka orzechowego

Ultradźwięki o dużej mocy, szeroko stosowane do homogenizacji i emulgowania produktów spożywczych, są wysoce wydajną techniką nietermiczną umożliwiającą wytwarzanie produktów spożywczych o wysokiej jednorodności i długotrwałej stabilności. Homogenizacja ultradźwiękowa zmniejsza średnicę kropelek tłuszczu do jednakowego, bardzo małego rozmiaru i równomiernie rozprasza cząstki stałe, takie jak skrobie, cukry i błonnik. W ten sposób homogenizacja ultradźwiękowa znacząco poprawia stabilność fizykochemiczną mleka orzechowego i innych rodzajów mleka roślinnego, zapobiegając niepożądanemu rozdzielaniu faz.
Lu i in. (2019) badają wpływ sonikacji o dużej mocy na mleko kokosowe. Sonikacja zmniejszyła rozmiar cząstek mleka kokosowego i ujednorodniła rozkład kropelek oraz cząstek stałych w układzie. W porównaniu z mlekiem kokosowym emulgowanym mechanicznie obróbka ultradźwiękowa wykazała istotny wpływ na jednorodność układu emulsyjnego (p < 0,05). Ponadto zaobserwowano, że sonikacja sprzyjała enkapsulacji amylozy wewnątrz enzymu amylazy w warstwie międzyfazowej.
Iswarin i Permadi (2012) badali wpływ sonikacji na średnicę kropelek napojów na bazie mleka kokosowego, analizując różne kombinacje intensywności ultradźwięków. Obróbka ultradźwiękowa zmniejszała średnicę kropelek, a redukcja rozmiaru była większa przy wyższej intensywności ultradźwięków.

Ultradźwiękowa poprawa stabilności mikrobiologicznej mleka orzechowego

Wykazano, że sonikacja zmniejsza obciążenie mikrobiologiczne produktów mlecznych, soków owocowych i innych płynnych produktów spożywczych. Dlatego pasteryzację ultradźwiękową włączono również do procesu utrwalania alternatyw dla mleka w celu poprawy stabilności mikrobiologicznej mleka orzechowego i innych roślinnych zamienników mleka.
Iorio i in. (2019) badali ultradźwiękową inaktywację Escherichia coli O157:H7 i Listeria monocytogenes w mleku migdałowym i zdołali wykazać, że pasteryzacja ultradźwiękowa powoduje subletalne uszkodzenia patogenów, co prowadzi do wydłużenia okresu przydatności do spożycia. Na przykład pasteryzacja ultradźwiękowa znacząco zmniejszyła poziom E. coli O157:H7 z 5,12 do 3,81 log CFU/mL i obniżyła szybkość wzrostu (µmax) (z 1,19 do 0,79 (log CFU/mL)/day).

Wyższa zawartość składników odżywczych dzięki ultradźwiękowej ekstrakcji mleka orzechowego

Mikroskładniki odżywcze, takie jak witaminy, polifenole i przeciwutleniacze, znajdują się w matrycy komórkowej roślin. Aby skutecznie uwolnić te mikroskładniki odżywcze, konieczne są całkowite rozbijanie komórek oraz intensywne mieszanie w skali mikro pomiędzy materiałem komórkowym a rozpuszczalnikiem. Jak opisano powyżej, ekstrakcja ultradźwiękowa jest bardzo wydajna w rozbijaniu komórek i uwalnianiu lipidów, białek, polisacharydów, błonnika oraz związków fitochemicznych z matrycy komórkowej. Ekstrakcja ultradźwiękowa jest wysoce wydajną metodą izolowania całej ilości związków fitochemicznych z materiału roślinnego w krótkim procesie ekstrakcji. Zastosowanie ultradźwięków o dużej mocy wywołuje silne efekty kawitacyjne, zaburzenia / turbulencje oraz przepływ cieczy z dużą prędkością, które wypłukują związki fitochemiczne z wnętrza komórek. Ponieważ sonikacja jest nietermiczną metodą ekstrakcji, jej zastosowanie zapobiega degradacji termicznej tych wrażliwych mikroskładników odżywczych.

Kinetyka całkowitej zawartości związków fenolowych (wyrażonej jako eq mg naringeniny/g migdałów) z sonikacją i bez niej przy użyciu UIP1000hdT. Ekstrakcja ultradźwiękowa zwiększyła całkowitą zawartość związków fenolowych o 258 %.
Dane przedstawiają średnie ± SD, n = 3. Ultradźwięki (kolor żółty) w porównaniu z brakiem ultradźwięków (kolor pomarańczowy).
Wykres i badanie: Tabib i in., 2020

Doskonała wydajność produkcji mleka orzechowego z wykorzystaniem ultradźwięków

Wyższy uzysk, lepszy profil odżywczy i krótszy czas przetwarzania to tylko niektóre korzyści składające się na doskonałą wydajność ultradźwiękowego przetwarzania mleka orzechowego i napojów bezmlecznych. Niskie zużycie energii, niewielkie wymagania konserwacyjne i praca 24/7 to dodatkowe czynniki, które przyczyniają się do wyjątkowej ogólnej wydajności obróbki ultradźwiękowej. Wysokowydajne homogenizatory ultradźwiękowe Hielscher mogą pracować 24/7 w trudnych warunkach eksploatacyjnych i przetwarzać duże objętości w trybie ciągłego przepływu. Procesory ultradźwiękowe Hielscher charakteryzują się znakomitą ogólną efektywnością energetyczną. Solidna konstrukcja i niewielkie wymagania konserwacyjne również utrzymują koszty eksploatacji na niskim poziomie.

Co mówią badania o ultradźwiękowym przetwarzaniu żywności

„W ostatniej dekadzie ultradźwięki zyskały szerokie zastosowanie. Znalazły zastosowanie w przemyśle soków owocowych i napojów dzięki swoim wielofunkcyjnym, pożądanym efektom. Technologia ta jest niedroga, prosta, niezawodna, przyjazna dla środowiska i wysoce skuteczna w utrwalaniu soków o ulepszonych cechach jakościowych.” (Dolas i in., 2019)

„Sonikacja jest rozwijającą się technologią, która może poprawić jakość żywności i zmniejszyć straty składników odżywczych.” (Cheok i in., 2013)

Ultradźwiękowe procesory do żywności do przemysłowej produkcji mleka orzechowego

Hielscher Ultrasonics projektuje, produkuje i dystrybuuje wysokowydajne systemy ultradźwiękowego przetwarzania żywności do ciągłej przemysłowej produkcji mleka orzechowego (np. z orzechów nerkowca, migdałów, orzechów laskowych, orzechów włoskich, orzeszków ziemnych i kokosów) oraz roślinnych zamienników mleka (np. mleka ryżowego, sojowego, orkiszowego, owsianego, sezamowego, z nasion lnu, grochowego i fermentowanego mleka z orzechów tygrysich).
Ultradźwiękowe przetwarzanie żywności oferuje istotne korzyści jako metoda nietermiczna i wyłącznie mechaniczna, która zapewnia lepsze produkty końcowe, skraca czas przetwarzania i jest bardziej przyjazna dla środowiska.
Systemy ultradźwiękowego przetwarzania żywności Hielscher są stosowane w licznych zastosowaniach jako bezpieczna, niezawodna i opłacalna technologia produkcji wysokiej jakości żywności i napojów. Instalacja i obsługa wszystkich procesorów ultradźwiękowych Hielscher są proste: urządzenia zajmują niewiele miejsca i można je łatwo włączyć do istniejących instalacji przetwórczych.
Hielscher Ultrasonics ma wieloletnie doświadczenie w stosowaniu ultradźwięków o dużej mocy w przemyśle spożywczym i napojowym oraz w wielu innych branżach przemysłu. Nasze procesory ultradźwiękowe są wyposażone w łatwe do czyszczenia sonotrody i komory przepływowe (części mające kontakt z cieczą), umożliwiające czyszczenie na miejscu CIP / sterylizację na miejscu SIP. Przemysłowe procesory ultradźwiękowe Hielscher Ultrasonics mogą zapewniać bardzo wysokie amplitudy. Amplitudy do 200µm można z łatwością utrzymywać w sposób ciągły podczas pracy 24/7. Wysokie amplitudy są istotne dla uzyskania jednorodnego rozkładu cząstek i inaktywacji bardziej odpornych drobnoustrojów (np. bakterii Gram-dodatnich). Do uzyskania jeszcze wyższych amplitud dostępne są sonotrody ultradźwiękowe dostosowane do indywidualnych potrzeb. Wszystkie sonotrody i reaktory z ultradźwiękowymi komorami przepływowymi mogą pracować w podwyższonych temperaturach i pod zwiększonym ciśnieniem, co umożliwia niezawodną termo-mano-sonikację (sonikację w połączeniu z podwyższoną temperaturą i zwiększonym ciśnieniem) oraz wysoce skuteczną ekstrakcję i stabilizację.
Najnowocześniejsza technologia, wysoka wydajność i zaawansowane oprogramowanie sprawiają, że urządzenia Hielscher Ultrasonics niezawodnie wykonują intensywną pracę w liniach ekstrakcji, homogenizacji i pasteryzacji żywności. Dzięki niewielkiej zajmowanej powierzchni i wszechstronnym możliwościom instalacji sonikatory Hielscher można łatwo zintegrować z istniejącymi liniami produkcyjnymi lub zamontować w nich w ramach modernizacji.
Skontaktuj się z nami już teraz, aby dowiedzieć się więcej o funkcjach i możliwościach naszych systemów ekstrakcji, homogenizacji i pasteryzacji ultradźwiękowej. Chętnie omówimy z Tobą Twoje zastosowanie!

Poniższa tabela przedstawia orientacyjną wydajność przetwarzania naszych sonikatorów: