Производство мороженого, улучшенное с помощью ультразвука

Применение мощного ультразвука оказывает несколько благоприятных воздействий на производство высококачественного мороженого. Основные преимущества обработки ультразвуком включают уменьшение размера кристаллов и ускорение замораживания мороженого. Таким образом, обработка ультразвуком улучшает качество и ощущения потребителей, одновременно снижая производственные затраты.

Воздействие ультразвука на производство мороженого

Производство мороженого требует сложной технологической обработки для получения высококачественного сладкого пищевого продукта, отвечающего требованиям потребителей. Сложность технологических этапов обусловлена главным образом тем, что мороженое является одним из самых сложных пищевых продуктов: мороженое представляет собой одновременно пену и эмульсию. Оно содержит кристаллы льда и незамёрзшую жидкую смесь. Мощный ультразвук, применяемый при производстве мороженого, может способствовать образованию зародышей кристаллов льда, ускоряя процессы тепло- и массопереноса, сопровождающие замораживание. Таким образом, обработка ультразвуком уменьшает размер кристаллов и сокращает время замораживания при производстве мороженого. Исследование Mortazavi и Tabatabaie показало, что время замораживания при производстве мороженого можно сократить примерно на 30% посредством обработки ультразвуком в течение 20 min.

Производство мороженого и преимущества ультразвука

Для производства мороженого необходима смесь для мороженого. Эта смесь состоит из молока, сухого молока, сливок, сливочного масла или растительного жира, сахара, сухих веществ, эмульгатора, стабилизатора, а также добавок, таких как фрукты, орехи, ароматизаторы и красители. Эту специальную смесь необходимо гомогенизировать и пастеризовать, затем её медленно перемешивают во время замораживания, чтобы предотвратить образование крупных кристаллов льда. При этом в смесь вводят очень мелкие пузырьки воздуха (так называемый процесс аэрации), чтобы взбить мороженое и получить холодный десерт с гладкой текстурой. Обработка ультразвуком способствует равномерному распределению всех ингредиентов смеси для мороженого и одновременно способствует пастеризации. Подробнее об ультразвуковой пастеризации жидких пищевых продуктов читайте здесь!
Затем при производстве мороженого обработку ультразвуком применяют на этапе замораживания. Обработка ультразвуком способствует образованию зародышей и росту кристаллов льда, благодаря чему процесс замораживания значительно ускоряется. Одновременно обработка ультразвуком уменьшает размер кристаллов льда, обеспечивая получение равномерно мелких кристаллов. Это придаёт мороженому гладкую текстуру и приятные ощущения во рту – оба этих показателя качества высоко ценятся потребителями.

Этапы производства мороженого

Производство мороженого включает пять этапов:

1. подготовка смеси для мороженого
2. гомогенизация, пастеризация, созревание смеси для мороженого
3. замораживание и аэрация
4. придание формы и формование
5. закаливание и упаковка

Этапы производства мороженого.
Источник: Dairy Processing Handbook. Издано Tetra Pak Processing Systems AB, Lund, Sweden. p.387.

Замораживание мороженого, ускоряемое ультразвуком

В процессе замораживания из переохлаждённой воды образуются кристаллы. Морфология кристаллов льда играет важную роль в формировании текстурных и физических свойств замороженных и частично замороженных пищевых продуктов. Поскольку размер и распределение кристаллов льда имеют особое значение для качества размороженных продуктов с тканевой структурой, для мороженого предпочтительны более мелкие кристаллы льда, так как крупные кристаллы приводят к образованию льдистой текстуры. Образование зародышей кристаллов является наиболее важным фактором управления распределением кристаллов по размерам при кристаллизации. Поэтому скорость замораживания обычно служит параметром для управления размером и распределением по размерам кристаллов льда в мороженом. Во время взбивания и замораживания вводят воздух, чтобы получить гладкую текстуру мороженого. Так называемая «взбитость», то есть количество введённого воздуха, определяется – в соответствии с конкретной рецептурой – пропорционально суммарному объёму твёрдых веществ и воды. Поэтому взбитость варьируется в зависимости от рецептуры мороженого и технологических потоков. Стандартное мороженое имеет взбитость 100%, что означает, что конечный продукт состоит из равных объёмов смеси для мороженого и воздушных пузырьков.
Применение высокопроизводительных ультразвуковых процессоров Hielscher улучшает качество мороженого, способствуя кристаллизации, уменьшая размер кристаллов льда и предотвращая образование отложений на поверхности замораживания. Улучшенная консистенция и более сливочные ощущения во рту достигаются благодаря уменьшению размера кристаллов льда в мороженом и улучшенному распределению воздушных пузырьков. Значительно более быстрое замораживание с сокращением времени замораживания примерно на 30% повышает производительность процесса и энергоэффективность производства.

Научно доказано: улучшение качества мороженого благодаря обработке ультразвуком

Aslan и Dogan (2021) исследовали влияние обработки ультразвуком на производство мороженого с использованием зондового ультразвукового аппарата Hielscher UP400St (см. изображение слева). Результаты исследования показали, что ультразвук способствует уменьшению размера частиц за счёт кавитации. Было очевидно, что обработка ультразвуком улучшает качество мороженого и замороженных пищевых продуктов, поскольку обеспечивает получение более мелких кристаллов льда. Поскольку кристаллы льда придают мороженому особые ощущения во рту, очень важно получать мельчайшие кристаллы в процессе замораживания, чтобы предотвратить зернистую структуру и добиться желаемой гладкости и мягкости мороженого. В этом исследовании также был сделан вывод, что ультразвуковая гомогенизация обеспечивает получение хорошо диспергированной эмульсии. Испытания с участием группы потребителей, оценивавших органолептические свойства и вкус, показали, что ультразвуковая гомогенизация мороженого помогает удовлетворить предпочтения потребителей благодаря более мелким кристаллам льда и связанным с ними приятным ощущениям от мороженого во рту.
(см. Aslan и Dogan, 2021)

Высокопроизводительные ультразвуковые процессоры для пищевых продуктов при производстве мороженого

Hielscher Ultrasonics обладает многолетним опытом применения мощного ультразвука в пищевой промышленности и производстве напитков, а также во многих других отраслях промышленности. Наши ультразвуковые процессоры оснащены легко очищаемыми сонотродами и проточными ячейками (частями, контактирующими с продуктом), допускающими безразборную мойку CIP / безразборную стерилизацию SIP.
Промышленные ультразвуковые аппараты Hielscher Ultrasonics могут обеспечивать очень высокие амплитуды при непрерывной работе 24/7. Точное регулирование амплитуды от низкой до высокой интенсивности важно для тонкой настройки процесса обработки ультразвуком в соответствии с целевыми характеристиками продукта, заданными рецептурой мороженого.
Предлагая ультразвуковые процессоры для пищевых продуктов любых размеров, Hielscher обеспечивает надёжные системы для периодической и непрерывной обработки пищевых продуктов и напитков, включая мороженое. Для небольшого ремесленного производства мороженого модели ультразвуковых аппаратов UP400St (400 ватт) или UIP1000hdT (1000 ватт) обеспечивают достаточную производительность обработки, тогда как на промышленном предприятии по производству мороженого устанавливают высокопроизводительные модели ультразвуковых аппаратов UIP6000hdT (6000 ватт) или UIP16000hdT (16 000 ватт).
Приведённая ниже таблица даёт представление о приблизительной производительности обработки наших ультразвуковых аппаратов:

Литература / Источники

• Mortazavi, A. and Tabatabaie, F. (2008): Study of Ice Cream Freezing Process after Treatment with Ultrasound. World Appl. Sci. J 4, 188-190.
• Aslan Türker, Duygu; Dogan, Mahmut (2021): Effects of ultrasound homogenization on the structural and sensorial attributes of ice cream: optimization with Taguchi and data envelopment analysis. Journal of Food Measurement and Characterization 15, 2021, 1-11.
• Vildan Akdeniz, A. Sibel Akalın (2019): New approach for yoghurt and ice cream production: High-intensity ultrasound. Trends in Food Science & Technology, Volume 86, 2019. 392-398.
• Petzold, G. and Aguilera, J. M. (2009): Ice Morphology: Fundamentals and Technological Applications in Foods. Food Biophysics Vol.4, No. 4, 378-396.
• Dairy Processing Handbook. Published by Tetra Pak Processing Systems AB, S-221 86 Lund, Sweden. p.387.