Produkcja lodów usprawniona dzięki ultradźwiękom

Zastosowanie ultradźwięków dużej mocy przynosi szereg korzyści w produkcji lodów wysokiej jakości. Główne zalety sonikacji obejmują zmniejszenie wielkości kryształów i przyspieszenie zamrażania lodów. Dzięki temu sonikacja poprawia jakość i wrażenia sensoryczne konsumentów, jednocześnie obniżając koszty produkcji.

Wpływ ultradźwięków na produkcję lodów

Produkcja lodów wymaga zaawansowanego przetwarzania w celu uzyskania słodkiego produktu spożywczego wysokiej jakości, który spełnia wymagania klientów. Złożone etapy przetwarzania wynikają przede wszystkim z faktu, że lody są jednym z najbardziej złożonych produktów spożywczych: są zarówno pianą, jak i emulsją. Zawierają kryształy lodu oraz niezamarzniętą mieszaninę cieczy. Ultradźwięki dużej mocy stosowane podczas produkcji lodów mogą wspomagać zarodkowanie kryształów lodu, przyspieszając proces wymiany ciepła i masy towarzyszący zamrażaniu. Dzięki temu sonikacja zmniejsza wielkość kryształów i skraca czas zamrażania podczas produkcji lodów. Badania Mortazavi i Tabatabaie wykazały, że czas zamrażania podczas przetwarzania lodów można skrócić o około 30% poprzez sonikację przez 20 min.

Produkcja lodów i korzyści ze stosowania ultradźwięków

Do produkcji lodów potrzebna jest mieszanka lodowa. Składa się ona z mleka, mleka w proszku, śmietanki, masła lub tłuszczu roślinnego, cukru, suchej masy, emulgatora, stabilizatora oraz dodatków, takich jak owoce, orzechy, substancje smakowo-zapachowe i barwniki. Ta specjalna mieszanka musi zostać poddana homogenizacji i pasteryzacji, a następnie jest powoli mieszana podczas zamrażania, aby zapobiec powstawaniu dużych kryształów lodu. Jednocześnie wprowadza się do niej bardzo małe pęcherzyki powietrza (tak zwany proces napowietrzania), aby spienić lody i uzyskać zimny deser o gładkiej teksturze. Sonikacja wspomaga równomierne rozmieszczenie wszystkich składników mieszanki lodowej i jednocześnie przyczynia się do jej pasteryzacji. Tutaj dowiesz się więcej o ultradźwiękowej pasteryzacji płynnych produktów spożywczych!
Następnie, podczas produkcji lodów, sonikację stosuje się na etapie zamrażania. Sonikacja wspomaga zarodkowanie i wzrost kryształów lodu, dzięki czemu proces zamrażania ulega znacznemu przyspieszeniu. Jednocześnie sonikacja zmniejsza wielkość kryształów lodu, co pozwala uzyskać równomiernie małe kryształy. Nadaje to lodom gładką teksturę i przyjemne odczucie w ustach – obie te cechy jakościowe są wysoko cenione przez konsumentów.

Etapy produkcji lodów

Produkcja lodów obejmuje pięć etapów:

1. przygotowanie mieszanki lodowej
2. homogenizacja, pasteryzacja i dojrzewanie mieszanki lodowej
3. zamrażanie i napowietrzanie
4. nadawanie kształtu i formowanie
5. utwardzanie i pakowanie

Etapy produkcji lodów.
Źródło:Dairy Processing Handbook. Wydane przez Tetra Pak Processing Systems AB, Lund, Szwecja. s.387.

Zamrażanie lodów wspomagane ultradźwiękami

Podczas procesu zamrażania z przechłodzonej wody powstają kryształy. Morfologia kryształów lodu odgrywa ważną rolę w kształtowaniu właściwości teksturalnych i fizycznych zamrożonej i częściowo zamrożonej żywności. Ponieważ wielkość i rozmieszczenie kryształów lodu mają szczególne znaczenie dla jakości rozmrożonych produktów o strukturze tkankowej, w przypadku lodów preferowane są mniejsze kryształy lodu, gdyż duże kryształy nadają im lodowatą teksturę. Zarodkowanie jest najważniejszym czynnikiem pozwalającym kontrolować rozkład wielkości kryształów podczas krystalizacji. Dlatego szybkość zamrażania jest zwykle parametrem wykorzystywanym do kontrolowania wielkości i rozkładu wielkości kryształów lodu w lodach. Podczas ubijania i zamrażania wprowadza się powietrze, aby uzyskać gładką teksturę lodów. Tak zwany „over-run”, czyli ilość wprowadzonego powietrza, jest dobierany – odpowiednio do konkretnej receptury – proporcjonalnie do łącznej objętości składników stałych i wody. Stopień napowietrzenia zmienia się więc w zależności od receptury lodów i strumieni procesowych. Standardowe lody mają stopień napowietrzenia wynoszący 100%, co oznacza, że produkt końcowy składa się z równych objętości mieszanki lodowej i pęcherzyków powietrza.
Zastosowanie wysokowydajnych procesorów ultradźwiękowych Hielscher poprawia jakość lodów poprzez wspomaganie krystalizacji, zmniejszanie wielkości kryształów lodu i zapobieganie osadzaniu się warstwy lodu na powierzchni zamrażającej. Dzięki zmniejszeniu wielkości kryształów lodu i poprawie rozmieszczenia pęcherzyków powietrza uzyskuje się lepszą konsystencję i bardziej kremowe odczucie w ustach. Znacznie krótsze zamrażanie, z czasem skróconym o ok. 30%, prowadzi do większej wydajności procesu i bardziej energooszczędnej produkcji.

Potwierdzone naukowo: poprawa jakości lodów dzięki sonikacji

Aslan i Dogan (2021) badali wpływ sonikacji na produkcję lodów z wykorzystaniem sonikatora Hielscher UP400St z sonotrodą (zob. zdjęcie po lewej). Wyniki badań wykazały, że ultradźwięki wspomagają zmniejszanie wielkości cząstek dzięki kawitacji. Stwierdzono, że sonikacja poprawia jakość lodów i mrożonych produktów spożywczych, ponieważ prowadzi do uzyskania mniejszych kryształów lodu. Ponieważ kryształy lodu nadają lodom wyjątkowe odczucie w ustach, bardzo ważne jest uzyskanie jak najmniejszych kryształów podczas zamrażania, aby zapobiec ziarnistej strukturze i osiągnąć pożądaną gładkość oraz miękkość lodów. W badaniu stwierdzono również, że homogenizacja ultradźwiękowa zapewnia uzyskanie dobrze zdyspergowanej emulsji. Ocena sensoryczna i smakowa przeprowadzona przez panel konsumentów wykazała, że ultradźwiękowa homogenizacja lodów pomaga spełniać preferencje konsumentów dzięki mniejszym kryształom lodu i związanemu z nimi przyjemnemu odczuciu lodów w ustach.
(por. Aslan i Dogan, 2021)

Wysokowydajne ultradźwiękowe procesory spożywcze do produkcji lodów

Hielscher Ultrasonics ma wieloletnie doświadczenie w stosowaniu ultradźwięków dużej mocy w przemyśle spożywczym i napojów oraz w wielu innych gałęziach przemysłu. Nasze procesory ultradźwiękowe są wyposażone w łatwe do czyszczenia sonotrody i komory przepływowe (części mające kontakt z przetwarzanym medium), przystosowane do czyszczenia na miejscu CIP / sterylizacji na miejscu SIP.
Przemysłowe sonikatory Hielscher Ultrasonics mogą zapewniać bardzo wysokie amplitudy w ciągłej pracy 24/7. Precyzyjna kontrola amplitudy od łagodnych do wysokich natężeń jest ważna dla dokładnego dostosowania procesu sonikacji do docelowych właściwości produktu wynikających z receptury lodów.
Dzięki ultradźwiękowym procesorom spożywczym wszystkich wielkości Hielscher oferuje niezawodne systemy do przetwarzania okresowego i ciągłego produktów spożywczych oraz napojów, w tym lodów. Podczas gdy w małej rzemieślniczej lodziarni sonikatory UP400ST (400 watów) lub UIP1000hdT (1000 watów) zapewniają wystarczającą wydajność przetwarzania, przemysłowy zakład produkcji lodów zainstaluje sonikatory o wysokiej wydajności przetwarzania UIP6000hdT (6000 watów) lub UIP16000hdT (16 000 watów).
Poniższa tabela przedstawia orientacyjną wydajność przetwarzania naszych sonikatorów:

Literatura / Źródła

• Mortazavi, A. and Tabatabaie, F. (2008): Study of Ice Cream Freezing Process after Treatment with Ultrasound. World Appl. Sci. J 4, 188-190.
• Aslan Türker, Duygu; Dogan, Mahmut (2021): Effects of ultrasound homogenization on the structural and sensorial attributes of ice cream: optimization with Taguchi and data envelopment analysis. Journal of Food Measurement and Characterization 15, 2021, 1-11.
• Vildan Akdeniz, A. Sibel Akalın (2019): New approach for yoghurt and ice cream production: High-intensity ultrasound. Trends in Food Science & Technology, Volume 86, 2019. 392-398.
• Petzold, G. and Aguilera, J. M. (2009): Ice Morphology: Fundamentals and Technological Applications in Foods. Food Biophysics Vol.4, No. 4, 378-396.
• Dairy Processing Handbook. Published by Tetra Pak Processing Systems AB, S-221 86 Lund, Sweden. p.387.