Ультразвук в пищевой промышленности

Применение силового ультразвука используется для многочисленных применений в пищевой промышленности, включая экстракцию, гомогенизацию, пастеризацию и ферментацию. Являясь нетермической обработкой, ультразвуковая обработка улучшает процессы производства продуктов питания за счет повышения производительности, качества, улучшения профилей питательных веществ и вкуса, а также экономии времени и средств на обработку.

Применение ультразвука в пищевой промышленности

Мощный ультразвук имеет широкий спектр применения в пищевой промышленности, включая экстракцию, смешивание, эмульгирование, пастеризацию, дегазацию и размягчение мяса. Помимо этих основных областей применения, силовой ультразвук также применяется для улучшения замораживания, размораживания и сушки пищевых продуктов.
Основные преимущества высокоинтенсивного ультразвука связаны с улучшением различных операций пищевой промышленности, таких как сокращение времени обработки, увеличение выхода, улучшение качества продукции, а также позволяют экономить деньги и время, экономичную обработку.

В следующем пункте вы можете ознакомиться с основными областями применения ультразвука высокой интенсивности в пищевой промышленности:

• Извлечение: Ультразвук можно использовать для извлечения биологически активных соединений из растительного сырья, таких как антиоксиданты, пигменты и эфирные масла. Этот процесс известен как экстракция с помощью ультразвука и может быть использован для получения высококачественных экстрактов за более короткое время и с меньшим расходом растворителя по сравнению с традиционными методами.
• Гомогенизация и эмульгирование: Ультразвуковая гомогенизация может быть использована для получения стабильных эмульсий и суспензий, таких как заправки для салатов, майонезы, кремы и молочные продукты. Процесс включает в себя использование высокочастотных звуковых волн для разрушения жировых шариков в жидкости, в результате чего получается гладкая и однородная текстура.
  Пошаговую инструкцию и видео по ультразвуковому эмульгированию майонеза можно найти здесь!
• Сохранение: Ультразвук высокой интенсивности может использоваться для инактивации микроорганизмов, таких как бактерии и дрожжи, в пищевых продуктах. Процесс, известный как пастеризация с помощью ультразвука, может продлить срок годности пищевых продуктов и снизить риск болезней пищевого происхождения. Являясь методом нетермической обработки, ультразвуковая обработка позволяет избежать использования очень высоких температур, тем самым предотвращая связанную с этим деградацию термочувствительных питательных веществ.

• Дегазация: При воздействии ультразвука на жидкость происходит возбуждение пузырьков газа, захваченных жидкостью. Как следствие, эти пузырьки воздуха и газа сближаются друг с другом и сливаются. Это означает, что они вырастают до большего размера пузырьков, что позволяет им плавать на поверхности жидкости и может быть легко удалено.
• Растворение: Благодаря своим превосходным возможностям смешивания и смешивания, ультразвук очень эффективен для получения высоконасыщенных и даже пересыщенных растворов. Это используется в процессах кристаллизации, а также при производстве рассолов.
• Брожение: По мере того, как ультразвуковые волны проникают через клеточные стенки микроорганизмов и разрушают их, они становятся более восприимчивыми к процессу ферментации. В то же время ультразвук ускоряет транспортировку питательных веществ и кислорода к микроорганизмам, тем самым усиливая их метаболическую активность. В целом, ультразвуковая обработка увеличивает скорость брожения, сокращает время брожения и улучшает выход желаемого конечного продукта. Эта технология особенно полезна для производства продуктов питания и напитков, таких как молочные продукты, йогурт, пиво, чайный гриб и вино.
• Снижение вязкости перед распылительной сушкой: Ультразвуковые силы сдвига могут значительно снизить вязкость в разжижающих сдвиг и тиксотропных суспензиях. Применение ультразвукового разбавления при сдвиге перед распылением и распылительными сушилками позволяет значительно увеличить пропускную способность через распылительное оборудование. Башни распылительной сушки часто являются узким местом в производственной линии. С помощью ультразвука можно увеличить производительность существующих распылительных сушилок.

• Замораживание: Ультразвуковая заморозка может быть использована для уменьшения образования кристаллов льда в пищевых продуктах в процессе замораживания. Процесс включает в себя воздействие на пищу высокочастотных звуковых волн во время ее замораживания. Ультразвуковые волны создают вибрации, которые предотвращают образование крупных кристаллов льда, в результате чего продукт имеет более гладкую текстуру и лучшее качество.
• Таяние: Ультразвуковое размораживание может быть использовано для сокращения времени размораживания замороженных продуктов. Процесс включает в себя воздействие на замороженный продукт ультразвуковых волн, которые генерируют тепло и ускоряют процесс размораживания. Поскольку ультразвук способствует очень равномерному распределению энергии, ультразвуковое размораживание может быть особенно полезным для продуктов, которые трудно разморозить равномерно, таких как мясо, морепродукты, фрукты и овощи.
  При замораживании, размораживании и сушке силовой ультразвук приводит к значительному улучшению процессов массо- и энергопереноса, что ускоряет эти процессы и делает их более экономичными.
• Обнаружение утечки из бутылки: Ультразвук является очень эффективным способом обнаружения утечек и трещин в бутылках и банках с углекислыми напитками, такими как газировка, пиво, игристое вино и т.д. Ультразвук также применяется при дегазации газированных напитков, например, пива перед розливом, процессе, известном как дефоббинг.
• Засолка / маринование: Засолка является распространенным процессом при консервировании и производстве продуктов питания, особенно мяса, рыбы, сыра и овощей. Ультразвуковое исследование сокращает время засолки и позволяет использовать меньшее количество хлорида натрия по сравнению с традиционными рассолами и соленьями.
• Гидратация / Регидратация: Ультразвуковое излучение — это простой, но очень эффективный метод гидратации или регидратации пищевых продуктов, таких как сушеные бобовые (например, фасоль, нут) или обезвоженные грибы. Поскольку ультразвук открывает клеточные поры в пище, вода может проникать быстро. Это приводит к ускоренному набуханию бобовых и, как следствие, к сокращению времени приготовления.
• Декристаллизация меда: В качестве нетермической обработки ультразвук эффективно используется для предотвращения образования крупных кристаллов сахара в меде. Кроме того, уже образовавшиеся крупные кристаллы в меде могут быть декристаллизованы с помощью ультразвуковой обработки. Являясь высокоэффективным методом растворения, ультразвуковые аппараты зондового типа растворяют кристаллы сахара, в результате чего получается равномерно однородный мед. Кроме того, ультразвук улучшает микробиологическое качество меда, так как нежелательные микробы инактивируются из-за воздействия ультразвукового разрушения клеток.
• Жарение: Ультразвуковая жарка может использоваться для снижения поглощения масла в жареных продуктах. Процесс включает в себя погружение мяса или овоща в горячее масло под воздействие высокочастотных звуковых волн. Ультразвуковые волны создают небольшие пузырьки на поверхности пищи, которые уменьшают площадь контакта между овощем/мясом и маслом, что приводит к меньшему поглощению масла и получению более здорового конечного продукта. Ультразвуковая жарка позволяет готовить пищу при более низких температурах, создавая превосходные вкусовые профили, сохраняя питательные вещества.
  Узнайте, как ультразвуковая жарка позволяет получить более полезный, ароматный и хрустящий картофель фри и картофельные чипсы!

Высокопроизводительные ультразвуковые аппараты для пищевой промышленности

Промышленные ультразвуковые процессоры Hielscher Ultrasonics представляют собой высокопроизводительные ультразвуковые аппараты, которые точно управляются и позволяют получать воспроизводимые результаты и постоянное качество продукции. Ультразвуковые процессоры Hielscher способны обеспечивать очень высокую амплитуду, их можно использовать в очень требовательных приложениях.
Клиенты довольны исключительной прочностью и надежностью ультразвуковых систем Hielscher. Ультразвуковые аппараты Hielscher надежно работают в тяжелых условиях эксплуатации, в сложных условиях и в режиме 24/7 и тем самым обеспечивают эффективную и экономичную обработку пищевых продуктов. Ультразвуковая интенсификация процесса сокращает время обработки и позволяет достичь лучших результатов, т.е. более высокого качества, более высокого выхода новых продуктов.
Благодаря последовательному применению специальных материалов, таких как титан, нержавеющая сталь, керамика или стекло различных марок, гарантируется совместимость технологии с технологическим процессом.
Ультразвуковые процессоры – это удобные и удобные в эксплуатации машины с низкими эксплуатационными расходами и относительно низкой стоимостью.

В таблице ниже приведена примерная производительность обработки наших ультразвуковых аппаратов:

Проектирование, производство и консалтинг – Качество «Сделано в Германии»

Ультразвуковые аппараты Hielscher хорошо известны своими высочайшими стандартами качества и дизайна. Надежность и простота в эксплуатации позволяют без проблем интегрировать наши ультразвуковые аппараты в промышленные объекты. Ультразвуковые аппараты Hielscher легко справляются с суровыми условиями и требовательными условиями окружающей среды.

Hielscher Ultrasonics является компанией, сертифицированной по стандарту ISO, и уделяет особое внимание высокопроизводительным ультразвуковым аппаратам, отличающимся самыми современными технологиями и удобством в использовании. Конечно, ультразвуковые аппараты Hielscher соответствуют требованиям CE и соответствуют требованиям UL, CSA и RoHs.

Факты, которые стоит знать

Как работает ультразвук в пищевой промышленности?

Ультразвуковая обработка пищевых продуктов — это хорошо зарекомендовавшая себя технология, используемая для таких применений в пищевой промышленности, как смешивание и гомогенизация, эмульгирование, экстракция, растворение, дегазация & деаэрация, размягчение мяса, кристаллизация, а также функционализация и модификация промежуточных и конечных пищевых продуктов. Ультразвуковые кухонные комбайны Hielscher, устанавливаемые на протяжении десятилетий на предприятиях по производству продуктов питания, являются сложными и разработаны в соответствии с отраслевыми требованиями. Ультразвуковые процессоры прикладывают физические силы, создаваемые мощными ультразвуковыми волнами, что приводит к образованию кавитации.

Что такое акустическая кавитация?

Акустическая кавитация, также известная как ультразвуковая кавитация, представляет собой рост и схлопывание мельчайших вакуумных пузырьков в ультразвуковом поле, образующихся в жидкостях или суспензиях. Кавитационные пузырьки растут во время чередования циклов высокого и низкого давления, которые являются фазами сжатия и разрежения соответственно. После выращивания в течение нескольких циклов переменного давления вакуумный пузырь достигает точки, когда он не может поглощать больше энергии, поэтому пузырь сильно взрывается во время цикла высокого давления. Во время схлопывания пузырьков возникают локально экстремальные условия, включая экстремальные температуры до 5000 К с очень высокими скоростями нагрева и охлаждения, давления до 2000 атм и соответствующими перепадами давления, а также струи жидкости со скоростью до 280 м/с. В этих кавитационных “Горячие точки”, локально экстремальные силы создают физические условия, которые приводят к перемешиванию, экстракции и увеличению массообмена.

Акустическая кавитация, генерируемая высокоинтенсивным низкочастотным ультразвуком, создает интенсивные сдвиговые силы и локально возникающие высокие перепады давления и температуры, которые обеспечивают необходимое воздействие для интенсивного перемешивания и массообмена. Эти ультразвуковые усилия сдвига успешно применяются в пищевой промышленности.

Литература/Литература

• 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.