Ultrasunetele în industria alimentară

Ultrasunetele de putere sunt utilizate pentru numeroase aplicații în procesarea alimentelor, inclusiv extracție, omogenizare, pasteurizare și fermentare. Ca tratament netermic, ultrasonicarea îmbunătățește procesele de producție alimentară prin randamente mai mari, calitate superioară, profiluri nutriționale și de aromă îmbunătățite, precum și printr-o procesare care economisește timp și costuri.

Aplicații ale ultrasunetelor în procesarea alimentelor

Ultrasunetele de putere au o gamă largă de aplicații în procesarea alimentelor, inclusiv extracție, amestecare, emulsionare, pasteurizare, degazare și frăgezirea cărnii. Pe lângă aceste aplicații principale, ultrasunetele de putere sunt utilizate și pentru îmbunătățirea congelării, decongelării și uscării produselor alimentare.
Principalele avantaje ale ultrasunetelor de mare intensitate sunt legate de îmbunătățirea diferitelor operațiuni de procesare a alimentelor, cum ar fi reducerea timpului de procesare, creșterea randamentelor, îmbunătățirea calității produselor și posibilitatea unei procesări economice, cu economii mai mari de costuri și timp.

În paragraful următor puteți găsi principalele aplicații ale ultrasunetelor de mare intensitate în industria alimentară:

• Extracție: Ultrasunetele pot fi utilizate pentru extragerea compușilor bioactivi din materiale vegetale, cum ar fi antioxidanți, pigmenți și uleiuri esențiale. Acest proces este cunoscut sub numele de extracție asistată de sonicare și poate fi utilizat pentru a produce extracte de înaltă calitate într-un timp mai scurt și cu un consum mai redus de solvent decât metodele tradiționale.
  Citiți mai multe despre avantajele extracției botanice cu ultrasunete!
• Omogenizare și emulsionare: Omogenizarea cu ultrasunete poate fi utilizată pentru a produce emulsii și suspensii stabile, cum ar fi sosuri pentru salate, maioneză, creme și produse lactate. Procesul implică utilizarea undelor sonore de înaltă frecvență pentru a descompune globulele de grăsime din lichid, rezultând o textură fină și uniformă.
  Aflați mai multe despre ultrasonicarea pentru emulsii alimentare!
  Găsiți aici instrucțiunile pas cu pas și un videoclip pentru emulsionarea maionezei cu ultrasunete!
• Conservare: Ultrasunetele de mare intensitate pot fi utilizate pentru inactivarea microorganismelor, cum ar fi bacteriile și drojdiile, din produsele alimentare. Procesul, cunoscut sub numele de pasteurizare asistată de sonicare, poate prelungi termenul de valabilitate al produselor alimentare și poate reduce riscul de boli transmise prin alimente. Fiind o tehnică de procesare netermică, sonicarea evită utilizarea temperaturilor foarte ridicate, prevenind astfel degradarea asociată a nutrienților sensibili la căldură.
  Citiți mai multe despre prelungirea termenului de valabilitate și conservarea nutrienților prin sonicare!

• Degazare: Prin aplicarea ultrasunetelor într-un lichid, bulele de gaz captive în lichide sunt agitate. În consecință, aceste bule de aer și de gaz se apropie unele de altele și coalescează. Aceasta înseamnă că ele cresc până la o dimensiune mai mare, ceea ce le permite să se ridice la suprafața lichidului și să poată fi îndepărtate cu ușurință.
• Dizolvare: Datorită capacităților sale remarcabile de amestecare și combinare, ultrasunetele sunt extrem de eficiente pentru producerea de soluții foarte saturate și chiar suprasaturate. Acest lucru este utilizat în procesele de cristalizare, precum și în producția de saramuri.
• Fermentare: Deoarece undele ultrasonice perforează și descompun pereții celulari ai microorganismelor, acestea devin mai susceptibile la procesul de fermentare. În același timp, ultrasunetele accelerează transportul nutrienților și al oxigenului către microorganisme, sporindu-le astfel activitatea metabolică. În ansamblu, ultrasonicarea crește viteza de fermentare, reduce timpul de fermentare și îmbunătățește randamentul produsului final dorit. Această tehnologie este deosebit de utilă pentru producția de alimente și băuturi, cum ar fi produsele lactate, iaurtul, berea, kombucha și vinul.
• Reducerea vâscozității înainte de uscarea prin pulverizare: Forțele de forfecare ultrasonice pot reduce semnificativ vâscozitatea suspensiilor cu comportament de subțiere la forfecare și a celor tixotrope. Aplicarea subțierii la forfecare cu ultrasunete înainte de pulverizare și de uscătoarele prin pulverizare permite creșterea semnificativă a capacității de procesare prin echipamentul de pulverizare. Turnurile de uscare prin pulverizare reprezintă adesea punctul de strangulare al liniei de producție. Cu ajutorul ultrasunetelor, capacitatea uscătoarelor prin pulverizare existente poate fi mărită.

• Congelare: Congelarea cu ultrasunete poate fi utilizată pentru a reduce formarea cristalelor de gheață în produsele alimentare în timpul procesului de congelare. Procesul implică expunerea alimentelor la unde sonore de înaltă frecvență în timp ce acestea sunt congelate. Undele ultrasonice creează vibrații care împiedică formarea cristalelor mari de gheață, rezultând un produs cu o textură mai fină și o calitate mai bună.
• Decongelare: Decongelarea cu ultrasunete poate fi utilizată pentru a reduce timpul de decongelare al produselor alimentare congelate. Procesul implică expunerea produsului congelat la unde ultrasonice, care generează căldură și accelerează procesul de decongelare. Deoarece ultrasunetele favorizează o distribuție foarte uniformă a energiei, decongelarea cu ultrasunete poate fi deosebit de utilă pentru produsele dificil de decongelat uniform, cum ar fi carnea, fructele de mare, fructele și legumele.
  În congelare, decongelare și uscare, ultrasunetele de putere determină îmbunătățiri semnificative ale proceselor de transfer de masă și de energie, ceea ce accelerează aceste procese și le face mai economice.
• Detectarea scurgerilor la sticle: Ultrasunetele reprezintă o metodă foarte eficientă de detectare a scurgerilor și fisurilor la sticlele și dozele de băuturi carbogazoase, cum ar fi sucurile carbogazoase, berea, vinul spumant etc. Ultrasunetele sunt aplicate și în degazarea băuturilor carbogazoase, de ex. a berii înainte de îmbuteliere, un proces cunoscut sub denumirea de „de-fobbing”.
• Saramurare / murare: Saramurarea este un proces obișnuit în conservarea și fabricarea alimentelor, în special pentru carne, pește, brânză și legume. Ultrasonicarea scurtează timpul de saramurare și permite utilizarea unor cantități reduse de clorură de sodiu în comparație cu alimentele saramurate și murăturile preparate în mod tradițional.
• Hidratare / rehidratare: Ultrasunetele de putere reprezintă o metodă simplă, dar extrem de eficientă de hidratare sau rehidratare a produselor alimentare, cum ar fi leguminoasele uscate (de ex. fasole, năut) sau ciupercile deshidratate. Deoarece ultrasunetele deschid porii celulari din alimente, apa poate pătrunde rapid. Acest lucru duce la umflarea accelerată a leguminoaselor și, ulterior, la un timp de gătire mai scurt.
• Decristalizarea mierii: Ca tratament netermic, ultrasunetele sunt utilizate eficient pentru a preveni formarea cristalelor mari de zahăr în miere. Mai mult, cristalele mari deja formate în miere pot fi decristalizate prin tratament cu ultrasunete. Ca tehnică de dizolvare extrem de eficientă, ultrasonicatoarele cu sondă dizolvă cristalele de zahăr, rezultând o miere uniform de fină. În plus, ultrasunetele îmbunătățesc calitatea microbiologică a mierii, deoarece microbii nedoriți sunt inactivați prin efectul de dezintegrare a celulelor cu ultrasunete.
• Prăjire: Prăjirea cu ultrasunete poate fi utilizată pentru a reduce absorbția uleiului în produsele alimentare prăjite. Procesul implică imersarea cărnii sau a legumei în ulei fierbinte, în timp ce aceasta este expusă la unde sonore de înaltă frecvență. Undele ultrasonice creează bule mici pe suprafața alimentului, care reduc suprafața de contact dintre legumă / carne și ulei, rezultând o absorbție mai redusă de ulei și un produs final mai sănătos. Prăjirea cu ultrasunete permite gătirea alimentelor la temperaturi mai scăzute, creând profiluri de aromă superioare și păstrând nutrienții.
  Aflați cum prăjirea asistată de ultrasunete produce cartofi prăjiți și chipsuri mai sănătoase, mai aromate și mai crocante!

Ultrasonicatoare de înaltă performanță pentru procesarea alimentelor

Procesoarele ultrasonice industriale Hielscher Ultrasonics sunt ultrasonicatoare de înaltă performanță, care pot fi controlate cu precizie și permit astfel rezultate reproductibile și o calitate constantă a produsului. Fiind capabile să furnizeze amplitudini foarte mari, procesoarele ultrasonice Hielscher pot fi utilizate pentru aplicații foarte solicitante.
Clienții sunt mulțumiți de robustețea și fiabilitatea remarcabile ale sistemelor Hielscher Ultrasonics. Ultrasonicatoarele Hielscher funcționează fiabil în domenii de aplicații grele, în medii solicitante și în regim de funcționare 24/7, asigurând astfel o procesare eficientă și economică a alimentelor. Intensificarea proceselor cu ultrasunete reduce timpul de procesare și obține rezultate mai bune, adică o calitate superioară, randamente mai mari, produse noi.
Prin utilizarea consecventă a unor materiale speciale, cum ar fi titanul, oțelul inoxidabil, ceramica sau sticla de diferite calități, este garantată compatibilitatea tehnicii cu procesul.
Procesoarele ultrasonice sunt aparate practice și ușor de utilizat, cu întreținere redusă și un cost relativ scăzut.

Tabelul de mai jos vă oferă o indicație privind capacitatea aproximativă de procesare a ultrasonicatoarelor noastre:

Proiectare, producție și consultanță – Calitate Made in Germany

Ultrasonicatoarele Hielscher sunt bine cunoscute pentru cele mai înalte standarde de calitate și design. Robustețea și operarea ușoară permit integrarea fără probleme a ultrasonicatoarelor noastre în instalațiile industriale. Condițiile dificile și mediile solicitante sunt gestionate cu ușurință de ultrasonicatoarele Hielscher.

Hielscher Ultrasonics este o companie certificată ISO și pune un accent deosebit pe ultrasonicatoare de înaltă performanță, dotate cu tehnologie de ultimă generație și ușor de utilizat. Desigur, ultrasonicatoarele Hielscher sunt conforme CE și îndeplinesc cerințele UL, CSA și RoHs.

Fapte care merită știute

Cum funcționează ultrasunetele în procesarea alimentelor?

Procesarea alimentelor cu ultrasunete este o tehnologie bine consacrată, utilizată pentru aplicații de procesare a alimentelor precum amestecarea și omogenizarea, emulsionarea, extracția, dizolvarea, degazarea și dezaerarea, frăgezirea cărnii, cristalizarea, precum și funcționalizarea și modificarea produselor alimentare intermediare și finale. Fiind instalate de decenii în fabricile de producție alimentară, procesoarele alimentare cu ultrasunete Hielscher sunt sofisticate și dezvoltate pentru a îndeplini cerințele industriei. Procesoarele ultrasonice aplică forțe fizice create de undele ultrasonice de putere, ceea ce duce la generarea cavitației.

Ce băuturi sunt preparate în mod obișnuit prin sonicare?

Sonicarea este utilizată în mod obișnuit pentru prepararea sau procesarea băuturilor precum cafeaua cold-brew, ceaiul (inclusiv yerba mate), sucurile de fructe și legume, infuziile botanice, băuturile funcționale (extracte din plante), laptele vegetal, băuturile fermentate (pentru intensificarea proceselor) și concentratele de băuturi pentru producția RTD.
Găsiți mai multe informații despre producția următoarelor băuturi:

• Cafea / Cafea verde
• Infuzii de ceai
• Yerba Mate
• Sucuri
• Smoothie-uri
• Kombucha
• Lapte din nuci

Ce este cavitația acustică?

Cavitația acustică, cunoscută și sub numele de cavitație ultrasonică, reprezintă creșterea și colapsul unor bule minuscule de vid într-un câmp ultrasonic generat în lichide sau suspensii. Bulele de cavitație cresc în timpul ciclurilor alternante de presiune înaltă / presiune joasă, care reprezintă fazele de compresie și, respectiv, de rarefiere. După ce a crescut pe parcursul mai multor cicluri alternante de presiune, bula de vid atinge un punct în care nu mai poate absorbi energie, astfel încât bula implodează violent în timpul unui ciclu de presiune înaltă. În timpul colapsului bulei apar local condiții extreme, inclusiv temperaturi extreme de până la 5.000K cu viteze foarte mari de încălzire și răcire, presiuni de până la 2000atm și diferențe de presiune corespunzătoare, precum și jeturi de lichid cu viteze de până la 280m/s. În aceste „puncte fierbinți” cavitaționale, forțele extreme locale creează condiții fizice care duc la amestecare, extracție și un transfer de masă crescut.

Cavitația acustică, generată de ultrasunete de mare intensitate și joasă frecvență, creează forțe de forfecare intense și diferențe mari de presiune și temperatură care apar local, oferind impactul necesar pentru amestecarea intensă și transferul de masă. Aceste forțe de forfecare ultrasonice sunt aplicate cu succes în procesarea alimentelor.

Literatură/Referințe

• Li, Fei (2012): Development of Nano-material for Food Packaging. PhD Dissertation at Università degli Studi di Milano.
• Kentish, Sandra; Ashokkumar, Meiyazhagan (2011): The Use of Power Ultrasound to enhance Food Processing Technologies.
• Liu, C.F.; Zhou, W.B. (2008): Stimulating Bio-yogurt Fermentation by High Intensity Ultrasound Processing. Food Science Technology 2008.
• Misra, N.N.; Deora, Navneet Singh; Tiwari, Brijesh, Cullen, Patrick J. (2013): Ultrasound for Improved Crystallisation in Food Processing. Food Engineering Reviews 5(1), 2013. 36-44.
• Shalmashi, Anvar (2009): Ultrasound-Assisted Extraction of Oil from Tea Seeds. Journal of Food Lipids 16, 2009. 465–474.
• Uppala, Shivani; Kaur, Khushwinder; Kumar, Rajendra; Kaur Kahlon, Nakshdeep; Singh, Rachna; Mehta, S.K. (2017): Encompassment of Benzyl Isothiocyanate in cyclodextrin using ultrasonication methodology to enhance its stability for biological applications. Ultrasonics Sonochemistry 39, 2017. 25-33.
• Wu, J.; Gamage, T.V; Vilkhu, K.S:; Simons, L.K.; Mawson, R. (2007): Effect of thermosonication on quality improvement of tomato juice. Innovative Food Science and Emerging Technologies 9, 2008. 186–195.