Ультразвук в пищевой промышленности

Мощный ультразвук применяется для множества задач при переработке пищевых продуктов, включая экстракцию, гомогенизацию, пастеризацию и ферментацию. Как нетермический метод, обработка ультразвуком улучшает процессы производства пищевых продуктов, обеспечивая более высокий выход, более высокое качество, улучшенные питательные и вкусоароматические характеристики, а также сокращение времени обработки и затрат.

Применение ультразвука при переработке пищевых продуктов

Мощный ультразвук имеет широкий спектр применений при переработке пищевых продуктов, включая экстракцию, смешивание, эмульгирование, пастеризацию, дегазацию и размягчение мяса. Помимо этих основных применений, мощный ультразвук также используется для улучшения замораживания, размораживания и сушки пищевых продуктов.
Основные преимущества высокоинтенсивного ультразвука связаны с улучшением различных операций по переработке пищевых продуктов, например с сокращением времени обработки, повышением выхода и улучшением качества продукции, а также с возможностью более экономичной обработки с меньшими затратами времени и средств.

В следующем разделе представлены основные области применения высокоинтенсивного ультразвука в пищевой промышленности:

• Экстракция: Ультразвук может использоваться для извлечения биоактивных соединений из растительного сырья, таких как антиоксиданты, пигменты и эфирные масла. Этот процесс известен как экстракция с применением ультразвука и может использоваться для получения высококачественных экстрактов за более короткое время и с меньшим расходом растворителя, чем при использовании традиционных методов.
  Узнайте больше о преимуществах ультразвуковой экстракции растительного сырья!
• Гомогенизация и эмульгирование: Ультразвуковая гомогенизация может использоваться для получения стабильных эмульсий и суспензий, таких как салатные заправки, майонез, кремы и молочные продукты. Процесс предполагает использование высокочастотных звуковых волн для измельчения жировых шариков в жидкости, что обеспечивает гладкую и однородную текстуру.
  Узнайте больше об обработке ультразвуком для получения пищевых эмульсий!
  Здесь вы найдёте пошаговую инструкцию и видео по ультразвуковому эмульгированию майонеза!
• Консервирование: Высокоинтенсивный ультразвук может использоваться для инактивации микроорганизмов, таких как бактерии и дрожжи, в пищевых продуктах. Этот процесс, известный как пастеризация с применением ультразвука, может продлить срок хранения пищевых продуктов и снизить риск заболеваний, передающихся через пищу. Как нетермический метод обработки, обработка ультразвуком позволяет избежать использования очень высоких температур, предотвращая тем самым связанное с ними разрушение термочувствительных питательных веществ.
  Узнайте больше об увеличении срока хранения и сохранении питательных веществ с помощью обработки ультразвуком!

• Дегазация: При воздействии ультразвука на жидкость находящиеся в ней газовые пузырьки приводятся в движение. В результате эти пузырьки воздуха и газа сближаются и сливаются. Это означает, что их размер увеличивается, что позволяет им всплывать на поверхность жидкости, откуда их можно легко удалить.
• Растворение: Благодаря своим выдающимся возможностям перемешивания и смешивания ультразвук высокоэффективен при получении растворов с высокой степенью насыщения и даже пересыщенных растворов. Это используется в процессах кристаллизации, а также при производстве рассолов.
• Ферментация: Поскольку ультразвуковые волны перфорируют и разрушают клеточные стенки микроорганизмов, микроорганизмы становятся более восприимчивыми к процессу ферментации. Одновременно ультразвук ускоряет перенос питательных веществ и кислорода к микроорганизмам, тем самым усиливая их метаболическую активность. В целом обработка ультразвуком увеличивает скорость ферментации, сокращает её продолжительность и повышает выход желаемого конечного продукта. Эта технология особенно полезна при производстве пищевых продуктов и напитков, таких как молочные продукты, йогурт, пиво, комбуча и вино.
• Снижение вязкости перед распылительной сушкой: Ультразвуковые сдвиговые усилия могут значительно снижать вязкость суспензий, разжижающихся при сдвиге, и тиксотропных суспензий. Применение ультразвукового разжижения при сдвиге перед распылением и подачей в распылительные сушилки позволяет значительно увеличить производительность распылительного оборудования. Башни распылительной сушки часто являются узким местом производственной линии. С помощью ультразвука можно увеличить производительность существующих распылительных сушилок.

• Замораживание: Ультразвуковое замораживание может использоваться для уменьшения образования кристаллов льда в пищевых продуктах в процессе замораживания. Процесс предполагает воздействие высокочастотных звуковых волн на пищевой продукт во время его замораживания. Ультразвуковые волны создают колебания, которые предотвращают образование крупных кристаллов льда, обеспечивая более гладкую текстуру и лучшее качество продукта.
• Размораживание: Ультразвуковое размораживание может использоваться для сокращения времени размораживания замороженных пищевых продуктов. Процесс предполагает воздействие на замороженный продукт ультразвуковых волн, которые выделяют тепло и ускоряют размораживание. Поскольку ультразвук способствует очень равномерному распределению энергии, ультразвуковое размораживание может быть особенно полезно для продуктов, которые трудно разморозить равномерно, таких как мясо, морепродукты, фрукты и овощи.
  При замораживании, размораживании и сушке мощный ультразвук существенно улучшает процессы переноса массы и энергии, что ускоряет эти процессы и делает их более экономичными.
• Обнаружение утечек в бутылках: Ультразвук является очень эффективным способом обнаружения утечек и трещин в бутылках и банках с газированными напитками, такими как газированная вода, пиво, игристое вино и т. д. Ультразвук также применяется для дегазации газированных напитков, например пива перед розливом в бутылки, – процесса, известного как de-fobbing.
• Посол в рассоле / маринование: Посол в рассоле – распространённый процесс консервирования и производства пищевых продуктов, особенно мяса, рыбы, сыра и овощей. Обработка ультразвуком сокращает время посола в рассоле и позволяет использовать меньше хлорида натрия по сравнению с традиционным посолом и маринованием пищевых продуктов.
• Гидратация / регидратация: Мощный ультразвук – простой, но высокоэффективный метод гидратации или регидратации пищевых продуктов, таких как сушёные бобовые (например, фасоль, нут) или обезвоженные грибы. Поскольку ультразвук открывает клеточные поры в пищевых продуктах, вода может быстро проникать внутрь. Это ускоряет набухание бобовых и впоследствии сокращает время приготовления.
• Декристаллизация мёда: Как нетермический метод, ультразвук эффективно используется для предотвращения образования крупных кристаллов сахара в мёде. Кроме того, уже сформировавшиеся крупные кристаллы в мёде могут быть декристаллизованы посредством обработки ультразвуком. Обеспечивая высокоэффективное растворение, ультразвуковые аппараты зондового типа растворяют кристаллы сахара, придавая мёду равномерно гладкую консистенцию. Кроме того, ультразвук улучшает микробиологическое качество мёда, поскольку нежелательные микроорганизмы инактивируются в результате ультразвукового разрушения клеток.
• Жарка: Ультразвуковая жарка может использоваться для уменьшения поглощения масла жареными пищевыми продуктами. Процесс предполагает погружение мяса или овощей в горячее масло с одновременным воздействием высокочастотных звуковых волн. Ультразвуковые волны создают мелкие пузырьки на поверхности продукта, которые уменьшают площадь контакта между овощами / мясом и маслом, обеспечивая меньшее поглощение масла и более полезный для здоровья конечный продукт. Ультразвуковая жарка позволяет готовить пищу при более низких температурах, формируя превосходные вкусоароматические характеристики и сохраняя питательные вещества.
  Узнайте, как жарка с применением ультразвука позволяет получать более полезные для здоровья, более вкусные и более хрустящие картофель фри и картофельные чипсы!

Высокопроизводительные ультразвуковые аппараты для переработки пищевых продуктов

Промышленные ультразвуковые процессоры Hielscher Ultrasonics – это высокопроизводительные ультразвуковые аппараты, параметры которых можно точно контролировать, что обеспечивает воспроизводимые результаты и неизменно высокое качество продукции. Благодаря способности обеспечивать очень высокие амплитуды ультразвуковые процессоры Hielscher могут использоваться для задач с очень высокими требованиями.
Клиенты довольны выдающейся прочностью и надёжностью систем Hielscher Ultrasonics. Ультразвуковые аппараты Hielscher надёжно работают при высоких нагрузках, в сложных условиях и в режиме 24/7, обеспечивая эффективную и экономичную переработку пищевых продуктов. Ультразвуковая интенсификация процессов сокращает время обработки и обеспечивает лучшие результаты, то есть более высокое качество, более высокий выход и новые продукты.
Последовательное применение специальных материалов, например титана, нержавеющей стали, керамики или стекла различных марок, гарантирует совместимость технологии с процессом.
Ультразвуковые процессоры – удобные и простые в эксплуатации аппараты, требующие небольшого объёма технического обслуживания и имеющие относительно низкую стоимость.

Таблица ниже даёт представление о приблизительной производительности наших ультразвуковых аппаратов:

Проектирование, производство и консультирование – качество из Германии

Ультразвуковые аппараты Hielscher хорошо известны высочайшими стандартами качества и проектирования. Прочность и простота эксплуатации позволяют легко интегрировать наши ультразвуковые аппараты в промышленные установки. Ультразвуковые аппараты Hielscher легко справляются с суровыми условиями и сложной эксплуатационной средой.

Hielscher Ultrasonics – компания, сертифицированная по ISO, которая уделяет особое внимание высокопроизводительным ультразвуковым аппаратам, оснащённым передовыми технологиями и удобным в использовании. Разумеется, ультразвуковые аппараты Hielscher соответствуют требованиям CE и выполняют требования UL, CSA и RoHs.

Полезные сведения

Как работает ультразвук при переработке пищевых продуктов?

Ультразвуковая переработка пищевых продуктов – хорошо зарекомендовавшая себя технология, используемая для таких задач, как смешивание и гомогенизация, эмульгирование, экстракция, растворение, дегазация и деаэрация, размягчение мяса, кристаллизация, а также функционализация и модификация промежуточных и конечных пищевых продуктов. Ультразвуковые процессоры Hielscher для пищевых продуктов, устанавливаемые на пищевых производствах уже несколько десятилетий, представляют собой технически совершенное оборудование, разработанное с учётом требований отрасли. Ультразвуковые процессоры воздействуют физическими силами, создаваемыми волнами мощного ультразвука, что приводит к возникновению кавитации.

Какие напитки обычно готовят с помощью обработки ультразвуком?

Обработка ультразвуком широко используется для приготовления или обработки таких напитков, как кофе холодного заваривания, чай (включая мате), фруктовые и овощные соки, растительные настои, функциональные напитки (травяные экстракты), растительное молоко, ферментированные напитки (для интенсификации процесса), а также концентраты напитков для производства готовых к употреблению напитков (RTD).
Узнайте больше о производстве следующих напитков:

• Кофе / Зелёный кофе
• Чайные настои
• Мате
• Соки
• Смузи
• Комбуча
• Ореховое молоко

Что такое акустическая кавитация?

Акустическая кавитация, также известная как ультразвуковая кавитация, – это рост и схлопывание мельчайших вакуумных пузырьков в ультразвуковом поле, создаваемом в жидкостях или суспензиях. Кавитационные пузырьки растут во время чередующихся циклов высокого / низкого давления, которые представляют собой фазы сжатия и разрежения соответственно. После роста в течение нескольких чередующихся циклов давления вакуумный пузырёк достигает состояния, при котором он больше не может поглощать энергию, поэтому пузырёк резко схлопывается во время цикла высокого давления. При схлопывании пузырька локально возникают экстремальные условия, включая экстремальные температуры до 5 000K с очень высокими скоростями нагрева и охлаждения, давления до 2000atm и соответствующие перепады давления, а также струи жидкости со скоростью до 280m/s. В этих кавитационных «горячих точках» локальные экстремальные силы создают физические условия, которые приводят к смешиванию, экстракции и усилению массопереноса.

Акустическая кавитация, создаваемая высокоинтенсивным низкочастотным ультразвуком, вызывает интенсивные сдвиговые усилия и локальные высокие перепады давления и температуры, которые обеспечивают необходимое воздействие для интенсивного смешивания и массопереноса. Эти ультразвуковые сдвиговые усилия успешно применяются для переработки пищевых продуктов.

Литература / ссылки

• 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.