Výroba zmrzliny zdokonalená ultrazvukom

Použitie výkonového ultrazvuku má niekoľko priaznivých účinkov pri výrobe vysokokvalitnej zmrzliny. Medzi hlavné výhody sonikácie patrí zmenšenie kryštálov a urýchlenie zmrazovania zmrzliny. Ultrazvukové spracovanie tak zlepšuje kvalitu a senzorický zážitok spotrebiteľa a zároveň znižuje výrobné náklady.

Účinky ultrazvuku pri výrobe zmrzliny

Výroba zmrzliny zahŕňa zložité spracovanie s cieľom získať vysokokvalitný sladký potravinový výrobok, ktorý spĺňa požiadavky zákazníkov. Náročnosť jednotlivých krokov spracovania vyplýva najmä z toho, že zmrzlina patrí medzi najkomplexnejšie potraviny: zmrzlina je penou aj emulziou. Obsahuje ľadové kryštály a nezamrznutú kvapalnú zmes. Vysokovýkonný ultrazvuk aplikovaný počas výroby zmrzliny môže podporiť nukleáciu ľadových kryštálov, čím urýchľuje proces prenosu tepla a hmoty sprevádzajúci zmrazovanie. Sonikácia tak zmenšuje kryštály a skracuje čas zmrazovania pri výrobe zmrzliny. Výskum autorov Mortazavi a Tabatabaie ukázal, že čas zmrazovania pri spracovaní zmrzliny možno skrátiť približne o 30% sonikáciou počas 20 min.

Výroba zmrzliny a výhody ultrazvuku

Na výrobu zmrzliny je potrebná zmrzlinová zmes. Táto zmes pozostáva z mlieka, sušeného mlieka, smotany, masla alebo rastlinného tuku, cukru, sušiny, emulgátora, stabilizátora a prísad, ako sú ovocie, orechy, arómy a farbivá. Táto špeciálna zmes sa musí homogenizovať a pasterizovať a potom sa počas zmrazovania pomaly mieša, aby sa zabránilo tvorbe veľkých ľadových kryštálov. Pritom sa do nej vmiešavajú veľmi malé vzduchové bubliny (takzvaný proces prevzdušňovania), ktoré zmrzlinu napenia, čím vzniká studený dezert s hladkou textúrou. Ultrazvukové spracovanie podporuje rovnomerné rozloženie všetkých zložiek zmrzlinovej zmesi a zároveň prispieva k pasterizácii. Viac o ultrazvukovej pasterizácii kvapalných potravín si prečítajte tu!
Následne sa ultrazvukové spracovanie pri výrobe zmrzliny používa vo fáze zmrazovania. Ultrazvukové spracovanie podporuje nukleáciu a rast ľadových kryštálov, čím sa proces zmrazovania výrazne urýchľuje. Sonikácia zároveň zmenšuje ľadové kryštály, takže vznikajú rovnomerne malé ľadové kryštály. Zmrzlina tak získava hladkú textúru a príjemný pocit v ústach – oba tieto kvalitatívne atribúty spotrebitelia vysoko oceňujú.

Kroky výroby zmrzliny

Výroba zmrzliny má päť fáz:

1. príprava zmrzlinovej zmesi
2. homogenizácia, pasterizácia a zrenie zmrzlinovej zmesi
3. zmrazovanie a prevzdušňovanie
4. tvarovanie a formovanie
5. vytvrdzovanie a balenie

Kroky výroby zmrzliny.
Zdroj:Dairy Processing Handbook. Vydalo Tetra Pak Processing Systems AB, Lund, Švédsko. s.387.

Zmrazovanie zmrzliny podporované ultrazvukom

Počas procesu zmrazovania sa z podchladenej vody tvoria kryštály. Morfológia ľadových kryštálov zohráva dôležitú úlohu pri textúrnych a fyzikálnych vlastnostiach zmrazených a čiastočne zmrazených potravín. Keďže veľkosť a rozloženie ľadových kryštálov sú obzvlášť dôležité pre kvalitu rozmrazených výrobkov s tkanivovou štruktúrou, pri zmrzline sa uprednostňujú menšie ľadové kryštály, pretože veľké kryštály spôsobujú ľadovú textúru. Nukleácia je najdôležitejším faktorom regulácie rozdelenia veľkosti kryštálov počas kryštalizácie. Rýchlosť zmrazovania je preto zvyčajne parametrom používaným na reguláciu veľkosti a rozdelenia veľkosti ľadových kryštálov v zmrzline. Počas šľahania a zmrazovania sa vháňa vzduch, aby sa dosiahla hladká textúra zmrzliny. Takzvaný „nášľah“, teda množstvo vháňaného vzduchu, sa dávkuje – podľa konkrétnej receptúry – úmerne k celkovému objemu pevných látok a vody. Nášľah sa teda líši v závislosti od rôznych receptúr zmrzliny a procesných tokov. Štandardná zmrzlina má nášľah 100%, čo znamená, že konečný výrobok pozostáva z rovnakého objemu zmrzlinovej zmesi a vzduchových bublín.
Používanie vysokovýkonných ultrazvukových procesorov Hielscher vedie k lepšej kvalite zmrzliny vďaka podpore kryštalizácie, zmenšovaniu ľadových kryštálov a zabraňovaniu tvorbe nánosov na zmrazovacom povrchu. Vďaka menším ľadovým kryštálom v zmrzline a lepšiemu rozloženiu vzduchových bublín sa dosahuje lepšia konzistencia a krémovejší pocit v ústach. Výrazne kratšie zmrazovanie so skrátením času zmrazovania približne o 30% vedie k vyššej kapacite procesu a energeticky účinnejšiemu výrobnému procesu.

Vedecky preukázané: lepšia kvalita zmrzliny vďaka sonikácii

Aslan a Dogan (2021) skúmali účinky sonikácie na výrobu zmrzliny pomocou sondového sonikátora Hielscher UP400St (pozri obrázok vľavo). Výsledky výskumu preukázali, že ultrazvuk podporuje zmenšovanie častíc v dôsledku kavitácie. Bolo zrejmé, že sonikácia zlepšuje kvalitu zmrzliny a mrazených potravinových výrobkov, pretože viedla k menším ľadovým kryštálom. Keďže ľadové kryštály dodávajú zmrzline jedinečný pocit v ústach, je veľmi dôležité dosiahnuť počas zmrazovania čo najmenšie kryštály, aby sa zabránilo zrnitej štruktúre a dosiahla sa požadovaná hladkosť a jemnosť zmrzliny. Táto štúdia tiež dospela k záveru, že ultrazvuková homogenizácia poskytuje dobre dispergovanú emulziu. Hodnotenie senzorických vlastností a chuti spotrebiteľským panelom ukázalo, že ultrazvuková homogenizácia zmrzliny pomáha napĺňať preferencie spotrebiteľov vďaka menším ľadovým kryštálom a súvisiacemu príjemnému pocitu zmrzliny v ústach.
(porov. Aslan a Dogan, 2021)

Vysokovýkonné ultrazvukové potravinárske procesory na výrobu zmrzliny

Hielscher Ultrasonics má dlhoročné skúsenosti s využívaním výkonového ultrazvuku v potravinárskom a nápojovom priemysle, ako aj v mnohých ďalších priemyselných odvetviach. Naše ultrazvukové procesory sú vybavené ľahko čistiteľnými sonotródami a prietokovými celami (časťami v kontakte s médiom), ktoré umožňujú čistenie na mieste CIP / sterilizáciu na mieste SIP.
Priemyselné sonikátory Hielscher Ultrasonics môžu poskytovať veľmi vysoké amplitúdy v nepretržitej prevádzke 24/7. Presná regulácia amplitúdy od nízkych po vysoké intenzity je dôležitá na jemné doladenie procesu sonikácie podľa cieľových vlastností výrobku danej receptúrou zmrzliny.
Vďaka ultrazvukovým potravinárskym procesorom všetkých veľkostí ponúka Hielscher spoľahlivé systémy na dávkové aj kontinuálne spracovanie potravinových a nápojových výrobkov vrátane zmrzliny. Zatiaľ čo pre malú remeselnú zmrzlináreň poskytujú modely sonikátorov UP400ST (400 wattov) alebo UIP1000hdT (1000 wattov) dostatočnú kapacitu spracovania, priemyselný závod na výrobu zmrzliny si nainštaluje modely sonikátorov s vysokou kapacitou spracovania UIP6000hdT (6000 wattov) alebo UIP16000hdT (16 000 wattov).
Nasledujúca tabuľka uvádza orientačnú kapacitu spracovania našich ultrazvukových zariadení:

Literatúra / Referencie

• 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.