Sonikacja i jej liczne zastosowania w przetwórstwie spożywczym

Ultradźwięki o dużej mocy oferują liczne możliwości skutecznego i niezawodnego przetwarzania żywności. Najczęstsze zastosowania w przemyśle spożywczym obejmują mieszanie i homogenizację, emulgowanie, dyspergowanie, rozbijanie komórek i ekstrakcję materiału wewnątrzkomórkowego, aktywację lub dezaktywację enzymów (zależnie od intensywności ultradźwięków), utrwalanie, stabilizację, rozpuszczanie i krystalizację, uwodornienie, zmiękczanie mięsa, dojrzewanie, starzenie i utlenianie, a także odgazowywanie i suszenie rozpyłowe.

Poniżej przedstawiamy różne wybrane zastosowania sonikatorów Hielscher w przetwórstwie spożywczym. Kliknij odpowiednie linki, aby uzyskać szczegółowe informacje o interesującym Cię zastosowaniu!

Ekstrakcja związków aromatycznych i bioaktywnych z użyciem ultradźwięków

Ekstrakcja ultradźwiękowa jest szeroko stosowana w przemyśle spożywczym do efektywnego odzyskiwania związków bioaktywnych, cząsteczek aromatycznych i białek poprzez zastosowanie ultradźwięków o wysokiej intensywności, które zwiększają przenoszenie masy i rozbijają struktury komórkowe. Powstające efekty kawitacyjne zwiększają wydajność i szybkość ekstrakcji przy prowadzeniu procesu w niskich temperaturach, pomagając zachować wrażliwe związki i umożliwiając czyste, skalowalne przetwarzanie bez agresywnych rozpuszczalników.

Ekstrakcja ultradźwiękowa jest powszechnie stosowana do pozyskiwania związków bioaktywnych. Do głównych przykładów ekstrakcji ultradźwiękowej należą:

 

W tej prezentacji przedstawiamy produkcję ekstraktów roślinnych. Wyjaśniamy wyzwania związane z wytwarzaniem wysokiej jakości ekstraktów roślinnych oraz sposób, w jaki sonikator pomaga im sprostać. Prezentacja pokazuje, jak działa ekstrakcja ultradźwiękowa. Dowiesz się, jakich korzyści można oczekiwać po zastosowaniu sonikatora do ekstrakcji i jak wdrożyć ekstraktor ultradźwiękowy w produkcji ekstraktów.

 

Ultradźwiękowe emulgowanie sosów, dressingów i kremów

Stosując sonikację mieszanin oleju i wody, szefowie kuchni i naukowcy zajmujący się żywnością uzyskują ultradrobne, stabilne emulsje – bez nadmiernego ogrzewania lub syntetycznych dodatków. Od kremowych sosów i aksamitnych sosów winegret po kremy bez nabiału i delikatne pianki, kawitacja ultradźwiękowa umożliwia precyzyjną kontrolę wielkości kropelek i ich rozproszenia.
Dowiedz się więcej o ultradźwiękowych emulsjach spożywczych!

Ultradźwiękowa fermentacja jogurtu

Jogurt jest fermentowanym produktem mlecznym, który można wytwarzać z samego mleka lub z dodatkiem kultur bakteryjnych. Szczepy bifidobakterii (np. BB-12, BB-46, B breve) są powszechnie stosowanymi probiotykami w fermentacji jogurtu. Kawitacja ultradźwiękowa oddziałująca na komórki bakteryjne może spowodować ich zniszczenie i jednoczesne uwolnienie β-galaktozydazy. β-galaktozydaza jest enzymem z grupy hydrolaz, szeroko stosowanym w przemyśle przetwórstwa mleka. Fermentacja wspomagana ultradźwiękami ulega przyspieszeniu dzięki szybszej hydrolizie laktozy, wynikającej z wywołanego ultradźwiękami uwalniania β-galaktozydazy z komórek bifidobakterii.
Homogenizacja ultradźwiękowa powoduje rozbijanie kuleczek tłuszczu mlecznego i powstanie rozkładu wielkości obejmującego bardzo drobne kuleczki.
Sonikacja może przyspieszyć fermentację (skrócenie całkowitego czasu produkcji nawet o 40%) i poprawić cechy jakościowe jogurtu, zapewniając większą lepkość, mocniejszy skrzep i lepszą teksturę.

Ultradźwiękowa homogenizacja mleka

Mleko (np. krowie, bawole, kozie lub wielbłądzie) jest emulsją lub układem koloidalnym składającym się z kuleczek tłuszczu mlecznego w płynie na bazie wody, który zawiera rozpuszczone węglowodany, białka i składniki mineralne. Ponieważ tłuszcz i woda mają tendencję do rozdzielania się na dwie fazy, mleko należy poddać homogenizacji, aby uzyskać jednorodny produkt. Homogenizacja oznacza równomierne rozmieszczenie cząsteczek tłuszczu w płynnej fazie mleka. Ultradźwięki są dobrze znaną metodą stosowaną do różnych celów w przetwórstwie mleczarskim. Obróbka ultradźwiękowa mleka prowadzi do uzyskania zhomogenizowanych kuleczek tłuszczu o jednakowej wielkości i równomiernym rozmieszczeniu. Homogenizacja ultradźwiękami o dużej mocy jest również skuteczna w przypadku roślinnych zamienników mleka (wegańskich / bez nabiału), takich jak mleko kokosowe lub sojowe.
Badanie Sfakianakisa i Tzii (2012) wykazuje, że homogenizacja ultradźwiękowa zmniejsza wielkość kuleczek tłuszczu mlecznego (MFG). Poniższe obrazy mikroskopowe pokazują wpływ sonikacji na wielkość kropelek tłuszczu mlecznego. Niska amplituda (150W) nie zapewniła zadowalającego efektu homogenizacji (rys.2) ; wielkość MFG i ich rozkład były podobne jak w mleku niepoddanym obróbce (porównaj rys. 1 i 2). Ultradźwięki o średniej amplitudzie (267,5, 375 W) zapewniły dobry efekt homogenizacji; średnia średnica MFG wynosiła 2 μm (rys. 3, 4). Ultradźwięki o wyższej amplitudzie (750W) znacznie zmniejszyły wielkość MFG (rys. 6), sprawiając, że były one ledwo widoczne pod mikroskopem optycznym (powiększenie 100x); ich średnia średnica wynosiła 0,3 μm.

Chandrapala i in. (2012) badali wpływ sonikacji na kazeinę i wapń. Zastosowali fale ultradźwiękowe (20kHz) do próbek świeżego mleka odtłuszczonego, odtworzonej kazeiny micelarnej i kazeiny w proszku. Poddawali próbki sonikacji do momentu zmniejszenia wielkości kuleczek tłuszczu mlecznego do ok. 10nm. Analiza mleka poddanego sonikacji wykazuje, że wielkość miceli kazeinowych pozostaje niezmieniona. W ciągu pierwszych kilku minut sonikacji wystąpił również niewielki wzrost zawartości rozpuszczalnych białek serwatkowych i odpowiadający mu spadek lepkości. W badaniu ustalono, że micele kazeinowe są stabilne podczas sonikacji, a obróbka ultradźwiękowa nie wpływa na stężenie rozpuszczalnego wapnia. [Chandrapala et al. 2012]

Ultradźwiękowa krystalizacja cukru w produkcji wyrobów cukierniczych

Kontrolowana sonikacja umożliwia zainicjowanie zaszczepiania kryształów (tworzenia zarodków) i wpływanie na wzrost kryształów. Pod wpływem działania ultradźwięków powstają mniejsze, a tym samym liczniejsze kryształy. Ultradźwięki wspomagają proces krystalizacji na dwa sposoby: po pierwsze, ultradźwięki o dużej mocy są bardzo skutecznym narzędziem do uzyskania jednorodnego roztworu, który stanowi substancję wyjściową do krystalizacji. W drugim etapie ultradźwięki wspomagają tworzenie dużej liczby zarodków. Podczas gdy słabe zarodkowanie prowadzi do powstania mniejszej liczby dużych kryształów, wydajne zarodkowanie tworzy dużą liczbę małych, drobnych kryształów. W polu akustycznym możliwe staje się nawet zainicjowanie zarodkowania cukrów, które zwykle trudno krystalizują (np. D-fruktozy, sorbitolu).
Ultradźwiękowa modyfikacja krystalizacji jest interesująca z punktu widzenia opracowywania receptur cukierków, wyrobów cukierniczych, produktów do smarowania, lodów, bitej śmietany i czekolady.

Ultradźwiękowe uwodornienie olejów jadalnych

Uwodornienie olejów roślinnych jest ważnym procesem przemysłowym prowadzonym na dużą skalę. W wyniku uwodornienia płynne oleje roślinne przekształcają się w tłuszcze stałe lub półstałe (np. margarynę). Pod względem chemicznym nienasycone kwasy tłuszczowe przekształcają się podczas katalizowanej przeniesieniem fazy reakcji uwodornienia w odpowiadające im nasycone kwasy tłuszczowe poprzez przyłączenie atomów wodoru do wiązań podwójnych. Ten proces katalityczny można przyspieszyć za pomocą sonikacji o dużej mocy. Powszechnie stosowanym katalizatorem jest nikiel. Tłuszcze uwodornione są szeroko stosowane jako tłuszcze nadające kruchość wyrobom piekarniczym. Zaletą tłuszczów nasyconych jest ich mniejsza podatność na utlenianie, a tym samym mniejsze ryzyko jełczenia.

Ultradźwiękowe upłynnianie miodu

Ultradźwięki oferują skuteczną nietermiczną metodę upłynniania kryształów w miodzie i niszczenia drożdży bez wpływu na jakość miodu.
Kliknij tutaj, aby dowiedzieć się więcej!

Ultradźwiękowa stabilizacja soków i smoothie

Jako nietermiczna technika przetwarzania żywności ultradźwięki zapewniają łagodną, lecz skuteczną obróbkę, która intensyfikuje smak i aromat oraz stabilizuje i utrwala soki, smoothie, sosy i przeciery. Efekty ultradźwiękowej obróbki soków obejmują poprawę smaku i aromatu, stabilizację oraz utrwalenie.
Przeczytaj tutaj więcej o ultradźwiękowej poprawie jakości soków i smoothie!
Przeczytaj więcej o ultradźwiękowym przetwarzaniu pomidorów!
Dowiedz się, jak sonikacja utrwala sok truskawkowy słodzony stewią, jednocześnie poprawiając jego profil składników odżywczych!

Ultradźwiękowe starzenie wina i napojów spirytusowych

Ultradźwięki o dużej mocy wspomagają nadawanie winu i napojom spirytusowym cech wynikających z kontaktu z drewnem dębowym dzięki skutecznej ekstrakcji oraz znacznie nasilonej wymianie masy między tkanką drewna a napojem alkoholowym.
Kliknij tutaj, aby dowiedzieć się więcej o możliwościach ultradźwiękowej obróbki wina!
Proces fermentacji wina, moszczu, piwa i sake również można znacznie przyspieszyć. Osiągnięto przyspieszenie o 50% do 65%!
Aby uzyskać więcej informacji o fermentacji wspomaganej ultradźwiękami, kliknij tutaj!

Zamrażanie lodów przyspieszane ultradźwiękami

Do produkcji lodów niezbędna jest mieszanka lodowa. Mieszanka ta składa się z mleka, mleka w proszku, śmietanki, masła lub tłuszczu roślinnego, cukru, suchej masy, emulgatora, stabilizatora oraz dodatków, takich jak owoce, orzechy, substancje aromatyczne i barwniki. Ta specjalna mieszanka musi zostać zhomogenizowana i poddana 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. Na tym etapie procesu można zastosować sonikację w celu poprawy jakości lodów.
Podczas zamrażania z przechłodzonej wody powstają kryształy. Morfologia kryształów lodu odgrywa ważną rolę w kształtowaniu właściwości teksturalnych i fizycznych żywności zamrożonej i częściowo zamrożonej. Ponieważ wielkość i rozkład kryształów lodu mają szczególne znaczenie dla jakości rozmrożonych produktów tkankowych, w przypadku lodów preferowane są mniejsze kryształy lodu, gdyż duże kryształy nadają teksturze lodowy charakter. Zarodkowanie jest najważniejszym czynnikiem umożliwiającym kontrolę rozkładu 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 wtłacza się powietrze, aby uzyskać gładką teksturę lodów. Tak zwany „over-run”, czyli ilość wtłoczonego powietrza, jest dobierany – odpowiednio do konkretnej receptury – proporcjonalnie do łącznej objętości substancji stałych i wody. W związku z tym over-run zmienia się zależnie od receptury lodów i strumieni procesowych. Standardowe lody wykazują over-run wynoszący 100%, co oznacza, że produkt końcowy składa się z równych objętości mieszanki lodowej i pęcherzyków powietrza.
Zastosowanie homogenizatorów ultradźwiękowych Hielscher o dużej mocy zapewnia lepszą jakość lodów dzięki zmniejszeniu wielkości kryształów lodu i zapobieganiu narastaniu osadów na powierzchni mrożącej. Lepszą konsystencję i bardziej kremowe odczucie w ustach uzyskuje się dzięki zmniejszonej wielkości kryształów lodu i lepszemu rozmieszczeniu pęcherzyków powietrza. Znacznie krótsze czasy zamrażania prowadzą do większej wydajności procesu i bardziej energooszczędnego procesu produkcyjnego.

Ultradźwiękowe napowietrzanie ciasta

Jakość napowietrzonych produktów spożywczych, takich jak biszkopt, można znacznie poprawić za pomocą sonikacji. Zastosowanie ultradźwięków o dużej mocy na etapie mieszania ciasta poprawia jakość biszkoptu dzięki mniejszej twardości oraz większej sprężystości, spójności i zdolności do odzyskiwania kształtu. Na potrzeby badań wszystkie składniki wymieszano metodą „all-in”, co oznacza, że pełnoziarnistą mąkę o niskiej zawartości białka, emulgator, skrobię kukurydzianą, cukier, proszek do pieczenia, sól i świeże całe jaja dodano jednocześnie w celu przygotowania ciasta. Przed sonikacją składniki równomiernie wymieszano, tak aby ultradźwięki oddziaływały na jednorodną mieszankę ciasta. Ciasto napowietrzone ultradźwiękami wykazywało mniejszą twardość, mniejszą gumowatość i mniejszą żuwalność, natomiast jego sprężystość, spójność i zdolność do odzyskiwania kształtu były nieco wyższe niż w przypadku ciasta kontrolnego.

Ultradźwiękowa krystalizacja i konszowanie czekolady

Sonikacja jest dobrze znana ze swojej zdolności do ekstrakcji. Masło kakaowe można uwolnić z komórek ziaren kakaowca poprzez ultradźwiękowe rozdrabnianie i ekstrakcję.
Ultradźwięki stanowią alternatywną technikę rozbijania kryształów cukru w czekoladzie, zapewniając tym samym efekty podobne do konszowania.

Ultradźwiękowe zmiękczanie mięsa

Zastosowanie fal ultradźwiękowych o dużej mocy do mięsa powoduje zmiękczenie jego struktury. Znaczne zmiękczenie uzyskuje się dzięki uwalnianiu białek miofibrylarnych z komórek mięśniowych. Oprócz efektu zmiękczania ultradźwięki poprawiają również zdolność wiązania wody i spójność mięsa.
Tutaj znajdziesz więcej informacji o zmiękczaniu mięsa za pomocą ultradźwięków o dużej mocy i sonikatora MeatBuzzer!

Sonikacja w kuchniach i barach

Ultradźwiękowe urządzenia do przetwarzania żywności trafiły również do kuchni dla smakoszy. Sonikatory Hielscher są używane przez czołowych szefów kuchni, takich jak Sang-Hoon Degeimbre, wyróżniony dwiema gwiazdkami Michelin.
Kliknij tutaj, jeśli interesuje Cię przepis na jego słynny wywar z krewetek przygotowywany z użyciem ultradźwięków!
Kliknij tutaj, aby poznać przepisy na koktajle przygotowywane z użyciem ultradźwięków!

 

Sonikatory do przetwarzania żywności koszernej i halal

Hielscher Ultrasonics może na życzenie zapewnić certyfikację koszerności lub halal dla swoich sonikatorów. Oznacza to, że sonikatory zostały wyprodukowane i poddane obróbce zgodnie ze ścisłymi wytycznymi tych religijnych przepisów żywieniowych. Certyfikacja koszerności gwarantuje, że sonikatory zostały wyprodukowane bez jakichkolwiek produktów ubocznych lub pochodnych pochodzenia zwierzęcego, natomiast certyfikacja halal potwierdza, że z sonikatorami postępowano zgodnie z islamskimi zasadami żywieniowymi.

Jeśli potrzebujesz sonikatora Hielscher z certyfikatem koszerności lub halal, skontaktuj się z nami, a chętnie zorganizujemy niezbędną certyfikację.