Ultrazvuk v potravinárskom priemysle

Výkonový ultrazvuk sa využíva pri mnohých aplikáciách v spracovaní potravín vrátane extrakcie, homogenizácie, pasterizácie a fermentácie. Ako netepelná metóda sonikácia zlepšuje procesy výroby potravín vďaka vyšším výťažkom, vyššej kvalite, lepším nutričným a chuťovým profilom, ako aj spracovaniu, ktoré šetrí čas a náklady.

Ultrazvukové aplikácie pri spracovaní potravín

Výkonový ultrazvuk má široké spektrum využitia pri spracovaní potravín vrátane extrakcie, miešania, emulgácie, pasterizácie, odplyňovania a zjemňovania mäsa. Okrem týchto hlavných aplikácií sa výkonový ultrazvuk používa aj na zlepšenie zmrazovania, rozmrazovania a sušenia potravinárskych výrobkov.
Hlavné výhody ultrazvuku s vysokou intenzitou súvisia so zlepšovaním rôznych operácií pri spracovaní potravín, ako je skracovanie času spracovania, zvyšovanie výťažkov a zlepšovanie kvality výrobkov, a umožňujú hospodárnejšie spracovanie s väčšou úsporou nákladov a času.

V nasledujúcom odseku nájdete hlavné aplikácie ultrazvuku s vysokou intenzitou v potravinárskom priemysle:

Extrakcia: Ultrazvuk možno použiť na extrakciu bioaktívnych zlúčenín z rastlinných materiálov, napríklad antioxidantov, pigmentov a éterických olejov. Tento proces je známy ako extrakcia podporovaná sonikáciou a možno ho použiť na výrobu vysokokvalitných extraktov za kratší čas a s nižšou spotrebou rozpúšťadla než pri tradičných metódach.
Prečítajte si viac o výhodách ultrazvukovej extrakcie rastlinných látok!
Homogenizácia a emulgácia: Ultrazvukovú homogenizáciu možno použiť na výrobu stabilných emulzií a suspenzií, ako sú šalátové dresingy, majonéza, krémy a mliečne výrobky. Proces zahŕňa použitie vysokofrekvenčných zvukových vĺn na rozbíjanie tukových guľôčok v kvapaline, čím vzniká hladká a rovnomerná textúra.
Zistite viac o sonikácii potravinárskych emulzií!
Tu nájdete podrobný návod a video o ultrazvukovej emulgácii majonézy!
Konzervácia: Ultrazvuk s vysokou intenzitou možno použiť na inaktiváciu mikroorganizmov, ako sú baktérie a kvasinky, v potravinárskych výrobkoch. Tento proces, známy ako pasterizácia podporovaná sonikáciou, môže predĺžiť trvanlivosť potravinárskych výrobkov a znížiť riziko ochorení prenášaných potravinami. Ako netepelná technika spracovania sonikácia nevyžaduje použitie veľmi vysokých teplôt, čím zabraňuje súvisiacemu rozkladu živín citlivých na teplo.
Prečítajte si viac o predĺžení trvanlivosti a zachovaní živín pomocou sonikácie!

Chcete vyrábať vlastné extrakty z korenín alebo omáčky? Či už ide o reštauračnú kuchyňu, ambiciózneho zástupcu šéfkuchára alebo komerčných výrobcov, s ultrazvukovými zariadeniami Hielscher môžete v krátkom čase vyrábať vysokokvalitné extrakty a omáčky. Vyrobte si vlastné bio extrakty! Vynechajte konzervačné látky! Používajte iba suroviny, ktoré si sami vyberiete!

Odplyňovanie: Pri pôsobení ultrazvuku na kvapalinu sa plynové bubliny zachytené v kvapaline rozkmitajú. V dôsledku toho sa tieto vzduchové a plynové bubliny k sebe približujú a spájajú sa. To znamená, že sa zväčšujú, čo im umožňuje vyplávať na povrch kvapaliny, odkiaľ ich možno ľahko odstrániť.
Rozpúšťanie: Vďaka svojim vynikajúcim schopnostiam miešania a premiešavania je ultrazvuk vysoko účinný pri príprave vysoko nasýtených a dokonca aj presýtených roztokov. To sa využíva pri kryštalizačných procesoch, ako aj pri výrobe soľných roztokov.
Fermentácia: Keďže ultrazvukové vlny perforujú a narúšajú bunkové steny mikroorganizmov, mikroorganizmy sa stávajú vnímavejšími na fermentačný proces. Ultrazvuk zároveň urýchľuje transport živín a kyslíka k mikroorganizmom, čím zvyšuje ich metabolickú aktivitu. Celkovo sonikácia zvyšuje rýchlosť fermentácie, skracuje čas fermentácie a zlepšuje výťažok požadovaného konečného produktu. Táto technológia je obzvlášť užitočná pri výrobe potravín a nápojov, ako sú mliečne výrobky, jogurt, pivo, kombucha a víno.
Zníženie viskozity pred sušením rozprašovaním: Ultrazvukové šmykové sily môžu výrazne znížiť viskozitu šmykovo rednúcich a tixotropných suspenzií. Použitie ultrazvukového šmykového zrieďovania pred rozprašovaním a sušením v rozprašovacích sušiarňach umožňuje výrazne zvýšiť spracovateľskú kapacitu rozprašovacieho zariadenia. Rozprašovacie sušiace veže sú často úzkym miestom výrobnej linky. Pomocou ultrazvuku možno zvýšiť kapacitu existujúcich rozprašovacích sušiarní.

Ultrazvukové prístroje Hielscher dokážu homogenizovať a pasterizovať tekuté vaječné výrobky (celé vajcia, bielky, žĺtky), čím zabezpečujú bezpečnosť potravín a mechanickú stabilitu. Ultrazvukové homogenizátory Hielscher vytvárajú intenzívnu kavitáciu a vysoké šmykové sily na ničenie mikroorganizmov. Ultrazvuková pasterizácia je veľmi účinnou a efektívnou alternatívou nízkoteplotnej pasterizácie. Tekuté vajcia pasterizované ultrazvukom vykazujú menšiu denaturáciu bielkovín, menšiu stratu chuti, lepšiu homogenitu a výrazne vyššiu energetickú účinnosť.

Zmrazovanie: Ultrazvukové zmrazovanie možno použiť na zníženie tvorby ľadových kryštálov v potravinách počas procesu zmrazovania. Tento proces zahŕňa pôsobenie vysokofrekvenčných zvukových vĺn na potraviny počas ich zmrazovania. Ultrazvukové vlny vytvárajú vibrácie, ktoré zabraňujú tvorbe veľkých ľadových kryštálov, čím vzniká výrobok s jemnejšou textúrou a lepšou kvalitou.
Rozmrazovanie: Ultrazvukové rozmrazovanie možno použiť na skrátenie času rozmrazovania mrazených potravín. Tento proces zahŕňa pôsobenie ultrazvukových vĺn na mrazený výrobok, pričom tieto vlny vytvárajú teplo a urýchľujú proces rozmrazovania. Keďže ultrazvuk podporuje veľmi rovnomerné rozloženie energie, ultrazvukové rozmrazovanie môže byť obzvlášť užitočné pri výrobkoch, ktoré sa ťažko rozmrazujú rovnomerne, ako sú mäso, morské plody, ovocie a zelenina.
Pri zmrazovaní, rozmrazovaní a sušení výkonový ultrazvuk výrazne zlepšuje procesy prenosu hmoty a energie, čím tieto procesy urýchľuje a zvyšuje ich hospodárnosť.
Detekcia netesností fliaš: Ultrazvuk je veľmi účinný spôsob detekcie netesností a prasklín vo fľašiach a plechovkách sýtených nápojov, ako sú sóda, pivo, šumivé víno atď. Ultrazvuk sa používa aj na odplyňovanie sýtených nápojov, napr. piva pred plnením do fliaš, čo je proces známy ako de-fobbing.
Solenie v náleve / Nakladanie: Solenie v náleve je bežný proces pri konzervovaní a výrobe potravín, najmä mäsa, rýb, syrov a zeleniny. Pôsobenie ultrazvuku skracuje čas solenia v náleve a umožňuje používať menšie množstvá chloridu sodného v porovnaní s potravinami solenými v náleve a nakladanými potravinami pripravenými tradičnými postupmi.
Hydratácia / Rehydratácia: Výkonový ultrazvuk je jednoduchá, no vysoko účinná metóda hydratácie alebo rehydratácie potravín, ako sú sušené strukoviny (napr. fazuľa, cícer) alebo dehydrované huby. Keďže ultrazvuk otvára bunkové póry v potravinách, voda môže rýchlo prenikať dovnútra. To vedie k urýchlenému napučiavaniu strukovín a následne ku kratšiemu času varenia.
Dekryštalizácia medu: Ultrazvuk sa ako netepelné ošetrenie účinne používa na zabránenie tvorbe veľkých kryštálov cukru v mede. Okrem toho možno ultrazvukovým ošetrením rozpustiť aj už vytvorené veľké kryštály v mede. Ultrazvukové prístroje so sondou ako vysoko účinná technika rozpúšťania rozpúšťajú kryštály cukru, čím vzniká med s rovnomerne hladkou konzistenciou. Ultrazvuk navyše zlepšuje mikrobiologickú kvalitu medu, pretože nežiaduce mikroorganizmy sa inaktivujú v dôsledku ultrazvukového narušenia buniek.
Vyprážanie: Ultrazvukové vyprážanie možno použiť na zníženie absorpcie oleja vo vyprážaných potravinách. Tento proces zahŕňa ponorenie mäsa alebo zeleniny do horúceho oleja za súčasného pôsobenia vysokofrekvenčných zvukových vĺn. Ultrazvukové vlny vytvárajú na povrchu potraviny malé bublinky, ktoré zmenšujú kontaktnú plochu medzi zeleninou / mäsom a olejom, čo vedie k menšej absorpcii oleja a zdravšiemu konečnému výrobku. Ultrazvukové vyprážanie umožňuje tepelnú úpravu potravín pri nižších teplotách, pričom vytvára vynikajúce chuťové profily a zachováva živiny.
Zistite, ako vyprážanie s podporou ultrazvuku umožňuje pripraviť zdravšie, chutnejšie a chrumkavejšie hranolčeky a zemiakové lupienky!

Vysokovýkonné ultrazvukové prístroje na spracovanie potravín

Priemyselné ultrazvukové procesory Hielscher Ultrasonics sú vysokovýkonné ultrazvukové zariadenia, ktoré možno presne riadiť, čo umožňuje dosahovať reprodukovateľné výsledky a stálu kvalitu produktov. Keďže ultrazvukové procesory Hielscher dokážu dosahovať veľmi vysoké amplitúdy, možno ich použiť pri veľmi náročných aplikáciách.
Zákazníci sú spokojní s výnimočnou robustnosťou a spoľahlivosťou systémov Hielscher Ultrasonics. Ultrazvukové zariadenia Hielscher spoľahlivo pracujú pri aplikáciách s vysokým zaťažením, v náročných prostrediach a v nepretržitej prevádzke 24/7, čím zabezpečujú efektívne a hospodárne spracovanie potravín. Intenzifikácia procesov ultrazvukom skracuje čas spracovania a prináša lepšie výsledky, t. j. vyššiu kvalitu, vyššie výťažky a nové produkty.
Dôsledné používanie špeciálnych materiálov, ako sú napr. titán, nehrdzavejúca oceľ, keramika alebo sklo rôznych akostných tried, zaručuje kompatibilitu technológie s procesom.
Ultrazvukové procesory sú praktické stroje s jednoduchou obsluhou, nízkymi nárokmi na údržbu a relatívne nízkymi nákladmi.

Nasledujúca tabuľka poskytuje prehľad o približnej spracovateľskej kapacite našich ultrazvukových zariadení:

Objem dávky	Prietok	Odporúčané zariadenia
0,5 až 1,5mL	n.a.	VialTweeter
1 až 500mL	10 až 200mL/min	UP100H
10 až 2000mL	20 až 400mL/min	UP200Ht, UP400St
0,1 až 20L	0,2 až 4L/min	UIP2000hdT
10 až 100L	2 až 10L/min	UIP4000hdT
15 až 150L	3 až 15L/min	UIP6000hdT
n.a.	10 až 100L/min	UIP16000
n.a.	vyšší	zoskupenie zariadení UIP16000

Kontaktujte nás! / Opýtajte sa nás!

Návrh, výroba a poradenstvo – kvalita vyrobená v Nemecku

Ultrazvukové zariadenia Hielscher sú známe svojimi najvyššími štandardmi kvality a konštrukčného vyhotovenia. Robustnosť a jednoduchá obsluha umožňujú bezproblémovú integráciu našich ultrazvukových zariadení do priemyselných prevádzok. Ultrazvukové zariadenia Hielscher ľahko zvládajú drsné podmienky a náročné prostredia.

Hielscher Ultrasonics je spoločnosť s certifikáciou ISO a kladie osobitný dôraz na vysokovýkonné ultrazvukové zariadenia s najmodernejšou technológiou a jednoduchou obsluhou. Ultrazvukové zariadenia Hielscher sú samozrejme v súlade s požiadavkami CE a spĺňajú požiadavky UL, CSA a RoHs.

Súvisiace témy

Užitočné fakty

Ako funguje ultrazvuk pri spracovaní potravín?

Ultrazvukové spracovanie potravín je osvedčená technológia používaná pri spracovaní potravín na aplikácie, ako sú miešanie a homogenizácia, emulgácia, extrakcia, rozpúšťanie, odplyňovanie a odvzdušňovanie, zjemňovanie mäsa, kryštalizácia, ako aj funkcionalizácia a modifikácia medziproduktov a konečných potravinových produktov. Ultrazvukové procesory Hielscher na spracovanie potravín sa už desaťročia inštalujú v potravinárskych výrobných závodoch, sú technicky prepracované a vyvinuté tak, aby spĺňali požiadavky priemyslu. Ultrazvukové procesory využívajú fyzikálne sily vytvárané vlnami výkonového ultrazvuku, čo vedie k vzniku kavitácie.

Aké nápoje sa bežne pripravujú pomocou sonikácie?

Sonikácia sa bežne používa na prípravu alebo spracovanie nápojov, ako sú káva lúhovaná za studena, čaj (vrátane yerba maté), ovocné a zeleninové šťavy, rastlinné výluhy, funkčné nápoje (bylinné extrakty), rastlinné mlieka, fermentované nápoje (na intenzifikáciu procesu) a nápojové koncentráty na výrobu nápojov pripravených na priamu konzumáciu (RTD).
Ďalšie informácie o výrobe nasledujúcich nápojov nájdete tu:

Čo je akustická kavitácia?

Akustická kavitácia, známa aj ako ultrazvuková kavitácia, je rast a kolaps drobných vákuových bublín v ultrazvukovom poli vytvorenom v kvapalinách alebo suspenziách. Kavitačné bubliny rastú počas striedajúcich sa vysokotlakových / nízkotlakových cyklov, ktoré zodpovedajú fázam stláčania a zrieďovania. Po raste počas niekoľkých striedajúcich sa tlakových cyklov dosiahne vákuová bublina bod, v ktorom už nedokáže absorbovať ďalšiu energiu, takže počas vysokotlakového cyklu prudko imploduje. Pri kolapse bubliny vznikajú lokálne extrémne podmienky vrátane extrémnych teplôt až do 5 000K s veľmi vysokými rýchlosťami ohrevu a ochladzovania, tlakov až do 2000atm a zodpovedajúcich tlakových rozdielov a prúdov kvapaliny s rýchlosťou až do 280m/s. V týchto kavitačných „horúcich bodoch“ vytvárajú lokálne extrémne sily fyzikálne podmienky, ktoré vedú k miešaniu, extrakcii a zvýšenému prenosu hmoty.

Akustická alebo ultrazvuková kavitácia: rast a implózia bublín

Akustická kavitácia vytváraná ultrazvukom s vysokou intenzitou a nízkou frekvenciou spôsobuje intenzívne šmykové sily a lokálne vysoké rozdiely tlaku a teploty, ktoré poskytujú potrebný účinok na intenzívne miešanie a prenos hmoty. Tieto ultrazvukové šmykové sily sa úspešne využívajú pri spracovaní potravín.

Literatúra/Odkazy

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.