Ultradźwięki i ich różnorodne zastosowania w przetwórstwie żywności

Ultradźwięki mocy oferują różnorodne możliwości skutecznego i niezawodnego przetwarzania żywności. Najczęstsze zastosowania w przemyśle spożywczym obejmują mieszanie & homogenizacja, emulgowanie, dyspergowanie, rozbijanie komórek i ekstrakcja materiału wewnątrzkomórkowego, aktywacja lub dezaktywacja enzymów (zależna od intensywności ultradźwięków), konserwacja, stabilizacja, rozpuszczanie i krystalizacja, uwodornianie, zmiękczanie mięsa, dojrzewanie, starzenie i utlenianie, a także odgazowywanie i suszenie rozpyłowe.

Poniżej przedstawiamy różne wybrane zastosowania sonikatorów Hielscher w przetwórstwie spożywczym. Kliknij na konkretne linki, aby uzyskać szczegółowe informacje na temat interesującej Cię aplikacji!

Ekstrakcja aromatów i związków bioaktywnych za pomocą ultradźwięków

Ultradźwięki są dobrze znaną i niezawodną metodą ekstrakcji materii wewnątrzkomórkowej.
Kliknij tutaj, aby dowiedzieć się więcej o liza ultradźwiękowa & ekstracji oraz przykłady ultradźwiękowej ekstrakcji związków aktywnych z szafran, kawa, konopie indyjskie, grzyby lub glony!

Ultradźwiękowy fermentacji jogurtu

Jogurt to sfermentowany produkt mleczny, który może być wytwarzany z samego mleka lub z dodatkiem kultur bakterii. Szczepy Bifidobacteria (np. BB-12, BB-46, B breve) są powszechnymi probiotykami stosowanymi do fermentacji jogurtu. Kawitacja ultradźwiękowa zastosowana do komórek bakteryjnych może spowodować ich zniszczenie, a jednocześnie uwolnienie β-galaktozydazy. β-galaktozydaza jest enzymem hydrolazowym, który jest szeroko stosowany w przemyśle mleczarskim. Fermentacja wspomagana ultradźwiękami jest przyspieszana dzięki szybszej hydrolizie laktozy wynikającej z indukowanego ultradźwiękami uwalniania β-galaktozydazy z komórek bifidobakterii.
Homogenizacja ultradźwiękowa wpływa na rozbicie kuleczek tłuszczu mlecznego i bardzo drobną dystrybucję.
Ultradźwięki mogą przyspieszyć szybkość fermentacji (skrócenie całkowitego czasu produkcji nawet o 40%) i poprawić cechy jakościowe jogurtu, co skutkuje wyższą lepkością, silniejszym koagulatem i lepszą teksturą.

Ultradźwiękowa homogenizacja mleka

Mleko (np. krowie, bawole, kozie lub wielbłądzie) jest emulsją lub układem koloidalnym, który składa się z kuleczek tłuszczu maślanego w płynie na bazie wody, który zawiera rozpuszczone węglowodany, białka i minerały. Ponieważ tłuszcz i woda mają tendencję do rozdzielania się na dwie fazy, mleko musi być homogenizowane w celu uzyskania jednolitego produktu. Homogenizacja oznacza równomierne rozprowadzenie cząsteczek tłuszczu w płynie mlecznym. Ultradźwięki są dobrze znaną metodą wykorzystywaną do różnych zastosowań w przetwórstwie mleczarskim. Ultradźwiękowa obróbka mleka skutkuje homogenizacją kuleczek tłuszczu, które są równomierne i równomiernie rozmieszczone. Homogenizacja za pomocą ultradźwięków o dużej mocy jest również skuteczna w przypadku (wegańskich / bezmlecznych) substytutów mleka pochodzących z roślin, takich jak mleko kokosowe lub mleko sojowe.
Badanie Sfakianakis i Tzia (2012) pokazuje, że homogenizacja ultradźwiękowa zmniejsza rozmiar kuleczek tłuszczu mlecznego (MFG). Poniższe obrazy mikroskopowe pokazują wpływ sonikacji na wielkość kropelek tłuszczu mlecznego. Niska amplituda (150 W) nie miała zadowalającego efektu homogenizacji (rys. 2); wielkość MFG i ich rozkład były podobne do nietraktowanego mleka (porównaj rys. 1 i 2). Ultradźwięki o średniej amplitudzie (267,5, 375 W) miały dobry efekt homogenizacji; średnia średnica MFG wynosiła 2 μm (rys. 3, 4). Ultradźwięki o wyższej amplitudzie (750 W) znacznie zmniejszyły rozmiar MFG (ryc. 6), czyniąc je ledwo widocznymi pod mikroskopem optycznym (powiększenie 100x); ich średnia średnica wynosiła 0,3 μm.

Ultradźwięki o dużej mocy są łagodną nietermiczną techniką homogenizacji. Sfakianakis et al. (2011) pokazują imponujący efekt homogenizacji ultradźwiękowej na mleku.

Chandrapala et al. (2012) zbadali wpływ ultradźwięków na kazeinę i wapń. Zastosowali fale ultradźwiękowe (20 kHz) do próbek świeżego odtłuszczonego mleka, odtworzonej kazeiny micelarnej i kazeiny w proszku. Próbki poddawano działaniu ultradźwięków do momentu, aż kuleczki tłuszczu mlecznego zostały zredukowane do ok. 10 nm. Analiza mleka poddanego sonikacji wykazała, że wielkość miceli kazeinowych pozostała niezmieniona. Niewielki wzrost rozpuszczalnego białka serwatkowego i odpowiadający mu spadek lepkości również wystąpił w ciągu pierwszych kilku minut sonikacji. W badaniu ustalono, że micele kazeinowe są stabilne podczas sonikacji, a na stężenie rozpuszczalnego wapnia nie ma wpływu obróbka ultradźwiękowa. [Chandrapala et al. 2012].

Ultradźwiękowa krystalizacja cukru dla wyrobów cukierniczych

Kontrolowana sonikacja pozwala zainicjować wysiew kryształów (tworzenie jąder) i wpływać na wzrost kryształów. Pod wpływem promieniowania ultradźwiękowego powstają mniejsze, a tym samym większe kryształy. Ultradźwięki wspomagają proces krystalizacji na dwa sposoby: Po pierwsze, ultradźwięki mocy są bardzo skutecznym narzędziem do tworzenia równomiernego roztworu, który jest substancją wyjściową do krystalizacji. W drugim etapie ultradźwięki wspomagają tworzenie dużej liczby jąder. Podczas gdy słaba nukleacja tworzy mniejszą liczbę dużych kryształów, skuteczna nukleacja tworzy dużą ilość małych, drobnych kryształów. W polu akustycznym możliwe jest nawet zainicjowanie zarodkowania cukrów, które normalnie nie krystalizują (np. D-fruktoza, sorbitol).
Ultradźwiękowa modyfikacja krystalizacji jest interesująca dla formułowania cukierków, wyrobów cukierniczych, past do smarowania, lodów, bitej śmietany i czekolady.

Ultradźwiękowe uwodornienie olejów jadalnych

Uwodornianie olejów roślinnych jest ważnym procesem przemysłowym na dużą skalę. Poprzez uwodornienie, płynne oleje roślinne są przekształcane w stałe lub półstałe tłuszcze (np. margarynę). Z chemicznego punktu widzenia, nienasycone kwasy tłuszczowe są przekształcane podczas procesu uwodornienia. katalizowany transfer fazowy reakcja uwodornienia do odpowiadających im nasyconych kwasów tłuszczowych poprzez dodanie atomów wodoru na podwójnych wiązaniach. Ten proces katalityczny można przyspieszyć za pomocą ultradźwięków o dużej mocy. Powszechnie stosowanym katalizatorem jest nikiel. Uwodornione tłuszcze są szeroko stosowane jako środki skracające w produktach piekarniczych. Zaletą tłuszczów nasyconych jest ich mniejsza tendencja do utleniania, a tym samym mniejsze ryzyko jełczenia.

Ultradźwiękowe upłynnianie miodu

Ultradźwięki oferują skuteczną metodę nietermiczną, kryształy w miodzie, aby upłynnić i zniszczyć drożdże, bez wpływu na jakość miodu.
Kliknij tutaj, aby dowiedzieć się więcej!

Ultradźwiękowa stabilizacja soków i koktajli

Jako nietermiczna technika przetwarzania żywności, ultradźwięki zapewniają łagodną, ale skuteczną obróbkę, która intensyfikuje smaki oraz stabilizuje i konserwuje soki, koktajle, sosy i przeciery. Wyniki obróbki ultradźwiękowej soków obejmują ulepszone smaki, stabilizację i konserwację.
Przeczytaj tutaj więcej o ultradźwiękowej poprawie jakości soków & smoothies!
Przeczytaj więcej o ultradźwiękowej obróbce pomidorów!

Ultradźwiękowe dojrzewanie wina & alkohol

Ultradźwięki wspomagają proces wytłaczania wina i napojów spirytusowych dzięki skutecznej zdolności ekstrakcji i znacznie zintensyfikowanemu przenoszeniu masy między tkanką drzewną a napojem alkoholowym.
Kliknij tutaj, aby dowiedzieć się więcej o możliwościach ultradźwiękowej obróbki wina!
Proces fermentacji wina, moszczu, piwa i sake można również znacznie przyspieszyć. Osiągnięto przyspieszenie od 50% do 65%!
Aby uzyskać więcej informacji na temat fermentacji wspomaganej ultradźwiękami, kliknij tutaj!

Ultradźwiękowo przyspieszone zamrażanie lodów

Do produkcji lodów wymagana jest mieszanka lodowa. Mieszanka ta składa się z mleka, mleka w proszku, śmietany, masła lub tłuszczu roślinnego, cukru, suchej masy, emulgatora, stabilizatora, a także dodatków takich jak owoce, orzechy, aromaty i barwniki. Ta specjalna mieszanka musi być homogenizowana i pasteryzowana, a następnie powoli mieszana podczas procesu zamrażania, aby zapobiec tworzeniu się dużych kryształów lodu. W ten sposób bardzo małe pęcherzyki powietrza są mieszane (tak zwany proces napowietrzania), aby spienić lody, uzyskując zimny deser o gładkiej teksturze. Jest to etap procesu, w którym można zastosować ultradźwięki w celu poprawy jakości lodów.
Podczas procesu zamrażania z przechłodzonej wody powstają kryształy. Morfologia kryształów lodu odgrywa ważną rolę w odniesieniu do tekstury i właściwości fizycznych zamrożonej i częściowo zamrożonej żywności. Ponieważ rozmiar i rozmieszczenie kryształów lodu mają szczególne znaczenie dla jakości rozmrożonych produktów, w przypadku lodów preferowane są mniejsze kryształy lodu, ponieważ duże kryształy powodują lodowatą teksturę. Zarodkowanie jest najważniejszym czynnikiem kontrolującym rozkład wielkości kryształów podczas krystalizacji. W związku z tym szybkość zamrażania jest zwykle parametrem używanym do kontrolowania wielkości i rozkładu wielkości kryształów lodu w lodach. Podczas ubijania i zamrażania wtryskiwane jest powietrze, aby uzyskać gładką konsystencję lodów. Tak zwana "nadwyżka", czyli ilość wtryskiwanego powietrza, jest proporcjonalna - w szczególności do konkretnej receptury - proporcjonalnie do łącznej objętości ciał stałych i wody. Tak więc, nadmiar powietrza różni się ze względu na różne receptury lodów i strumienie przetwarzania. Standardowe lody wykazują przekroczenie 100%, co oznacza, że produkt końcowy składa się z równej objętości mieszanki lodowej i pęcherzyków powietrza.
Zastosowanie homogenizatorów ultradźwiękowych Hielscher o dużej mocy zapewnia lepszą jakość lodów dzięki zmniejszeniu wielkości kryształków lodu i uniknięciu inkrustacji powierzchni zamrażania. Lepszą konsystencję i bardziej kremowe odczucie w ustach uzyskuje się dzięki zmniejszeniu wielkości kryształów lodów i lepszemu rozprowadzaniu pęcherzyków powietrza. Znacznie krótsze czasy zamrażania prowadzą do większej wydajności procesu i bardziej energooszczędnego procesu produkcji.

Ultradźwiękowe napowietrzanie ciasta

Napowietrzone produkty spożywcze, takie jak ciasto biszkoptowe, można znacznie poprawić za pomocą sonikacji. Zastosowanie ultradźwięków mocy podczas etapu mieszania ciasta poprawia jakość ciasta biszkoptowego pod względem niższej twardości i wyższej sprężystości ciasta, spoistości i sprężystości. Do testów wszystkie składniki zostały zmieszane razem zgodnie z metodą "all-in", co oznacza, że mąka pełnoziarnista o niskiej zawartości białka, emulgator, skrobia kukurydziana, cukier, proszek do pieczenia, sól i świeże całe jaja zostały dodane jednocześnie w celu sformułowania ciasta. Przed sonikacją składniki zostały równomiernie wymieszane, dzięki czemu ultradźwięki są stosowane do równomiernej mieszanki ciasta. Ciasto napowietrzane ultradźwiękami wykazywało niższą twardość, niższą gumowatość i niższą żuwalność, podczas gdy sprężystość ciasta, spoistość i sprężystość były nieco wyższe niż w przypadku ciasta kontrolnego.

Ultradźwiękowa krystalizacja i konszowanie czekolady

Sonikacja jest dobrze znana ze swojej zdolności ekstrakcyjnej. Z ziarna kakaowego, masło kakaowe może być uwalniane z komórek poprzez ultradźwiękowe mielenie i ekstrakcję.
Ultradźwięki są alternatywną techniką rozbijania kryształów cukru w czekoladzie i zapewniają podobne efekty jak konszowanie.

Ultradźwiękowa obróbka mięsa

Zastosowanie silnych fal ultradźwiękowych do mięsa powoduje zmiękczenie jego struktury. Znaczne zmiękczenie uzyskuje się poprzez uwolnienie białek miofibrylarnych z komórek mięśniowych. Oprócz efektu zmiękczania, ultradźwięki poprawiają również zdolność wiązania wody i spoistość mięsa.
Więcej informacji na temat zmiękczania mięsa za pomocą ultradźwięków i sonikatora MeatBuzzer można znaleźć tutaj!

Sonikacja w kuchniach i barach

Ultradźwiękowe roboty kuchenne trafiły również do kuchni dla smakoszy. Ultradźwięki Hielscher są używane przez szefów kuchni premium, takich jak szef kuchni Sang-Hoon Degeimbre, który otrzymał dwie gwiazdki Michelin.
Kliknij tutaj, jeśli jesteś zainteresowany przepisem na jego słynny ultradźwiękowy wywar z krewetek!
Aby poznać przepisy na koktajle ultradźwiękowe, kliknij tutaj!

Sonikatory do przetwarzania żywności koszernej i halal

Firma Hielscher Ultrasonics może na życzenie dostarczyć certyfikat koszerności lub halal dla swoich sonikatorów. Oznacza to, że sonikatory zostały wyprodukowane i przetworzone zgodnie ze ścisłymi wytycznymi tych religijnych przepisów żywieniowych. Certyfikacja koszerności zapewnia, że sonikatory zostały wyprodukowane bez żadnych produktów ubocznych pochodzenia zwierzęcego lub pochodnych, podczas gdy certyfikacja halal weryfikuje, że sonikatory były obsługiwane w sposób zgodny z islamskimi zasadami żywieniowymi.

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