Ultrazvukové spracovanie a jeho mnohostranné využitie pri spracovaní potravín

Výkonový ultrazvuk ponúka mnohostranné možnosti účinného a spoľahlivého spracovania potravín. Medzi najbežnejšie aplikácie v potravinárskom priemysle patria miešanie a homogenizácia, emulgácia, dispergovanie, rozrušovanie buniek a extrakcia vnútrobunkového materiálu, aktivácia alebo deaktivácia enzýmov (v závislosti od intenzity ultrazvuku), konzervácia, stabilizácia, rozpúšťanie a kryštalizácia, hydrogenácia, zjemňovanie mäsa, dozrievanie, zrenie a oxidácia, ako aj odplyňovanie a sušenie rozprašovaním.

Nižšie vám predstavujeme rôzne vybrané aplikácie sonikátorov Hielscher pri spracovaní potravín. Kliknutím na príslušné odkazy získate podrobné informácie o aplikácii, ktorá vás zaujíma!

Extrakcia aromatických látok a bioaktívnych zlúčenín pomocou ultrazvuku

Ultrazvuková extrakcia sa v potravinárskom priemysle široko využíva na účinné získavanie bioaktívnych zlúčenín, aromatických molekúl a bielkovín pôsobením ultrazvuku s vysokou intenzitou, ktorý zintenzívňuje prenos hmoty a rozrušuje bunkové štruktúry. Výsledné kavitačné účinky zvyšujú výťažnosť a rýchlosť extrakcie pri nízkych prevádzkových teplotách, čím pomáhajú zachovať citlivé zlúčeniny a umožňujú čisté spracovanie s možnosťou zväčšenia výrobnej mierky bez agresívnych rozpúšťadiel.

Ultrazvuková extrakcia sa bežne používa na extrakciu bioaktívnych zlúčenín. Medzi významné príklady ultrazvukovej extrakcie patria:

 

V tejto prezentácii vám predstavíme výrobu rastlinných extraktov. Vysvetlíme náročné aspekty výroby vysokokvalitných rastlinných extraktov a to, ako vám ich sonikátor pomôže zvládnuť. Prezentácia vám ukáže, ako funguje ultrazvuková extrakcia. Dozviete sa, aké výhody môžete očakávať pri použití sonikátora na extrakciu a ako môžete ultrazvukový extraktor začleniť do výroby extraktov.

 

Ultrazvuková emulgácia omáčok, dresingov a krémov

Sonikáciou zmesí oleja a vody dosahujú šéfkuchári a potravinárski vedci ultrajemné, stabilné emulzie – bez nadmerného tepla či syntetických prísad. Od krémových omáčok a zamatových zálievok vinaigrette až po bezmliečne krémy a jemné peny umožňuje ultrazvuková kavitácia presnú kontrolu veľkosti a rozptýlenia kvapôčok.
Zistite viac o ultrazvukovej príprave potravinových emulzií!

Ultrazvuková fermentácia jogurtu

Jogurt je fermentovaný mliečny výrobok, ktorý možno vyrobiť zo samotného mlieka alebo pridaním bakteriálnych kultúr. Kmene bifidobaktérií (napr. BB-12, BB-46, B breve) sú bežné probiotiká používané pri fermentácii jogurtu. Ultrazvuková kavitácia pôsobiaca na bakteriálne bunky môže spôsobiť ich deštrukciu a súčasne uvoľnenie β-galaktozidázy. β-galaktozidáza je enzým zo skupiny hydroláz, ktorý sa vo veľkej miere používa v mliekarenskom priemysle. Ultrazvukom podporovaná fermentácia sa urýchľuje vďaka rýchlejšej hydrolýze laktózy, ktorá je výsledkom ultrazvukom vyvolaného uvoľnenia β-galaktozidázy z buniek bifidobaktérií.
Ultrazvuková homogenizácia spôsobuje rozbíjanie globúl mliečneho tuku a ich rozdelenie na veľmi malé veľkosti.
Ultrazvukové spracovanie môže zvýšiť rýchlosť fermentácie (skrátenie celkového času výroby až o 40%) a zlepšiť kvalitatívne vlastnosti jogurtu, čo vedie k vyššej viskozite, pevnejšiemu koagulu a lepšej textúre.

Ultrazvuková homogenizácia mlieka

Mlieko (napr. kravské, byvolie, kozie alebo ťavie) je emulzia alebo koloidný systém pozostávajúci z guľôčok mliečneho tuku v kvapaline na báze vody, ktorá obsahuje rozpustené sacharidy, bielkoviny a minerálne látky. Keďže tuk a voda majú tendenciu oddeľovať sa na dve fázy, mlieko sa musí homogenizovať, aby sa získal rovnomerný produkt. Homogenizácia znamená rovnomerné rozptýlenie molekúl tuku v mliečnej kvapaline. Ultrazvuk je dobre známa metóda používaná pri rôznych aplikáciách spracovania mlieka. Výsledkom ultrazvukového ošetrenia mlieka sú homogenizované tukové guľôčky, ktoré majú rovnakú veľkosť a sú rovnomerne rozptýlené. Homogenizácia vysokovýkonným ultrazvukom je účinná aj pri rastlinných náhradách mlieka (vegánskych/bez mliečnych zložiek), ako sú kokosové alebo sójové mlieko.
Štúdia autorov Sfakianakis a Tzia (2012) ukazuje, že ultrazvuková homogenizácia zmenšuje veľkosť guľôčok mliečneho tuku (MFG). Mikroskopické snímky nižšie ukazujú účinky sonikácie na veľkosť kvapôčok mliečneho tuku. Nízka amplitúda (150W) nemala uspokojivý homogenizačný účinok (obr.2) ; veľkosť MFG a ich distribúcia boli podobné ako v neošetrenom mlieku (porovnajte obr. 1 a 2). Ultrazvuk so strednou amplitúdou (267,5, 375 W) mal dobrý homogenizačný účinok; priemerný priemer MFG bol 2 μm (obr. 3, 4). Ultrazvuk s vyššou amplitúdou (750W) výrazne zmenšil veľkosť MFG (obr. 6), takže boli v optickom mikroskope (100x zväčšenie) sotva viditeľné; ich priemerný priemer bol 0,3 μm.

Chandrapala a kol. (2012) skúmali vplyv sonikácie na kazeín a vápnik. Na vzorky čerstvého odstredeného mlieka, rekonštituovaného micelárneho kazeínu a kazeínového prášku pôsobili ultrazvukovými vlnami (20kHz). Vzorky sonikovali, kým sa veľkosť guľôčok mliečneho tuku nezmenšila na približne 10nm. Analýza sonikovaného mlieka ukazuje, že veľkosť kazeínových miciel zostáva nezmenená. Počas prvých niekoľkých minút sonikácie došlo aj k malému nárastu množstva rozpustných srvátkových bielkovín a zodpovedajúcemu poklesu viskozity. Štúdia zistila, že kazeínové micely sú počas sonikácie stabilné a ultrazvukové ošetrenie neovplyvňuje koncentráciu rozpustného vápnika. [Chandrapala et al. 2012]

Ultrazvuková kryštalizácia cukru pri výrobe cukroviniek

Riadená sonikácia umožňuje iniciovať tvorbu kryštalizačných zárodkov (vznik jadier) a ovplyvňovať rast kryštálov. Pri pôsobení ultrazvuku vznikajú menšie, a tým aj početnejšie kryštály. Ultrazvuk podporuje proces kryštalizácie dvoma spôsobmi: Po prvé, výkonový ultrazvuk je veľmi účinným nástrojom na vytvorenie homogénneho roztoku, ktorý je východiskovou látkou pre kryštalizáciu. V druhej fáze ultrazvuk podporuje tvorbu veľkého počtu jadier. Zatiaľ čo pri slabej nukleácii vzniká menší počet veľkých kryštálov, pri účinnej nukleácii vzniká veľké množstvo malých jemných kryštálov. V akustickom poli je dokonca možné iniciovať nukleáciu cukrov, ktoré bežne kryštalizujú neochotne (napr. D-fruktóza, sorbitol).
Ultrazvuková modifikácia kryštalizácie je zaujímavá pri tvorbe receptúr cukríkov, cukroviniek, nátierok, zmrzliny, šľahačky a čokolády.

Ultrazvuková hydrogenácia jedlých olejov

Hydrogenácia rastlinných olejov je dôležitý priemyselný proces vo veľkom meradle. Hydrogenáciou sa kvapalné rastlinné oleje premieňajú na tuhé alebo polotuhé tuky (napr. margarín). Z chemického hľadiska sa nenasýtené mastné kyseliny premieňajú počas katalýzou fázového prenosu katalyzovanej reakcie hydrogenácie na zodpovedajúce nasýtené mastné kyseliny pridaním atómov vodíka na dvojité väzby. Tento katalytický proces možno urýchliť pôsobením vysokovýkonného ultrazvuku. Bežne používaným katalyzátorom je nikel. Hydrogenované tuky sa vo veľkej miere používajú na dosiahnutie krehkosti pekárenských výrobkov. Výhodou nasýtených tukov je ich nižšia náchylnosť na oxidáciu, a tým aj nižšie riziko žltnutia.

Ultrazvukové skvapalňovanie medu

Ultrazvuk ponúka účinnú netepelnú metódu na rozpúšťanie kryštálov v mede a ničenie kvasiniek bez ovplyvnenia kvality medu.
Kliknite sem a dozviete sa viac!

Ultrazvuková stabilizácia štiav a smoothie

Ultrazvuk ako netepelná technológia spracovania potravín poskytuje šetrné, ale účinné ošetrenie, ktoré zintenzívňuje chuť a arómu a stabilizuje a konzervuje šťavy, smoothie, omáčky a pyré. Výsledky ultrazvukového ošetrenia štiav zahŕňajú zlepšenie chuti a arómy, stabilizáciu a konzerváciu.
Prečítajte si tu viac o zlepšovaní štiav a smoothie pomocou ultrazvuku!
Prečítajte si viac o ultrazvukovom spracovaní paradajok!
Zistite, ako sonikácia konzervuje jahodovú šťavu sladenú stéviou a zároveň zlepšuje jej nutričný profil!

Ultrazvukové zrenie vína a liehovín

Výkonový ultrazvuk podporuje zrenie vína a liehovín v kontakte s dubovým drevom vďaka svojej účinnej extrakčnej schopnosti a výrazne intenzívnejšiemu prenosu hmoty medzi drevným tkanivom a alkoholickým nápojom.
Kliknite sem a dozviete sa viac o možnostiach ultrazvukového ošetrenia vína!
Aj proces fermentácie vína, muštu, piva a saké možno výrazne urýchliť. Dosiahlo sa zrýchlenie o 50% až 65%!
Ak chcete získať viac informácií o fermentácii podporovanej ultrazvukom, kliknite sem!

Mrazenie zmrzliny urýchlené ultrazvukom

Na výrobu zmrzliny je potrebná zmrzlinová zmes. Táto zmrzlinová zmes pozostáva z mlieka, sušeného mlieka, smotany, masla alebo rastlinného tuku, cukru, sušiny, emulgátora, stabilizátora, ako aj prísad, ako sú ovocie, orechy, arómy a farbivá. Táto špeciálna zmes sa musí homogenizovať a pasterizovať a potom sa počas mrazenia pomaly mieša, aby sa zabránilo tvorbe veľkých kryštálov ľadu. Pritom sa do nej vmiešavajú veľmi malé vzduchové bubliny (takzvaný proces prevzdušňovania), ktoré zmrzlinu našľahajú, čím vzniká studený dezert s jemnou textúrou. Práve v tomto kroku procesu možno použiť ultrazvuk na zlepšenie kvality zmrzliny.
Počas mrazenia sa z podchladenej vody tvoria kryštály. Morfológia kryštálov ľadu zohráva dôležitú úlohu pri textúrnych a fyzikálnych vlastnostiach mrazených a čiastočne zmrazených potravín. Keďže veľkosť a rozloženie kryštálov ľadu sú obzvlášť dôležité pre kvalitu rozmrazených produktov s tkanivovou štruktúrou, pri zmrzline sa uprednostňujú menšie kryštály ľadu, pretože veľké kryštály vedú k ľadovej textúre. Nukleácia je najdôležitejším faktorom pri riadení distribúcie veľkosti kryštálov počas kryštalizácie. Rýchlosť mrazenia je preto zvyčajne parametrom používaným na riadenie veľkosti a distribúcie veľkosti kryštálov ľadu v zmrzline. Počas šľahania a mrazenia sa vháňa vzduch, aby sa dosiahla jemná textúra zmrzliny. Takzvaný „nášľah“ („over-run“), teda množstvo vháňaného vzduchu, sa stanovuje – osobitne pre konkrétnu receptúru – úmerne k celkovému objemu pevných látok a vody. Nášľah sa preto mení v závislosti od rôznych receptúr zmrzliny a priebehu spracovania. Štandardná zmrzlina má nášľah 100%, čo znamená, že konečný produkt pozostáva z rovnakého objemu zmrzlinovej zmesi a vzduchových bublín.
Použitie vysokovýkonných ultrazvukových homogenizátorov Hielscher zabezpečuje lepšiu kvalitu zmrzliny zmenšením kryštálov ľadu a zabránením tvorbe nánosov na mraziacom povrchu. Vďaka menším kryštálom ľadu v zmrzline a lepšiemu rozloženiu vzduchových bublín sa dosahuje lepšia konzistencia a krémovejší pocit v ústach. Výrazne kratšie časy mrazenia vedú k vyššej kapacite procesu a energeticky účinnejšiemu výrobnému procesu.

Ultrazvukové prevzdušňovanie liateho cesta

Prevzdušnené potravinárske výrobky, ako je piškótové pečivo, možno sonikáciou výrazne zlepšiť. Použitie výkonového ultrazvuku počas miešania liateho cesta zlepšuje kvalitu piškótového pečiva znížením tvrdosti a zvýšením pružnosti, súdržnosti a schopnosti obnoviť pôvodný tvar. Pri skúškach sa všetky prísady zmiešali metódou „all-in“, čo znamená, že celozrnná múka s nízkym obsahom bielkovín, emulgátor, kukuričný škrob, cukor, kypriaci prášok, soľ a čerstvé celé vajcia sa pridali súčasne na prípravu cesta. Pred sonikáciou sa prísady rovnomerne premiešali, aby ultrazvuk pôsobil na homogénnu zmes cesta. Ultrazvukom prevzdušnené piškótové pečivo vykazovalo nižšiu tvrdosť, nižšiu gumovitosť a nižšiu žuvateľnosť, zatiaľ čo jeho pružnosť, súdržnosť a schopnosť obnoviť pôvodný tvar boli mierne vyššie než pri kontrolnom piškótovom pečive.

Ultrazvuková kryštalizácia a konšovanie čokolády

Sonikácia je dobre známa svojou extrakčnou schopnosťou. Ultrazvukovým mletím a extrakciou možno z buniek kakaových bôbov uvoľniť kakaové maslo.
Ultrazvuk je alternatívna technika rozrušovania kryštálov cukru v čokoláde a poskytuje tak podobné účinky ako konšovanie.

Ultrazvukové zjemňovanie mäsa

Pôsobenie silných ultrazvukových vĺn na mäso vedie k zjemneniu jeho štruktúry. Výrazné zjemnenie sa dosahuje uvoľnením myofibrilárnych bielkovín zo svalových buniek. Okrem zjemňujúceho účinku ultrazvuk zlepšuje aj schopnosť mäsa viazať vodu a jeho súdržnosť.
Viac informácií o zjemňovaní mäsa výkonovým ultrazvukom a sonikátorom MeatBuzzer nájdete tu!

Sonikácia v kuchyniach a baroch

Ultrazvukové zariadenia na spracovanie potravín si našli cestu aj do gurmánskej kuchyne. Ultrazvukové prístroje Hielscher používajú špičkoví šéfkuchári, ako napríklad Sang-Hoon Degeimbre, ocenený dvoma michelinskými hviezdičkami.
Kliknite sem, ak vás zaujíma recept na jeho slávny krevetový vývar pripravený pomocou ultrazvuku!
Recepty na koktaily pripravené pomocou ultrazvuku nájdete po kliknutí sem!

 

Sonikátory na spracovanie kóšer a halal potravín

Hielscher Ultrasonics môže na požiadanie poskytnúť pre svoje sonikátory certifikáciu kóšer alebo halal. To znamená, že sonikátory boli vyrobené a spracované v súlade s prísnymi pravidlami týchto náboženských stravovacích predpisov. Certifikácia kóšer zaručuje, že sonikátory boli vyrobené bez akýchkoľvek vedľajších produktov živočíšneho pôvodu alebo ich derivátov, zatiaľ čo certifikácia halal potvrdzuje, že sa so sonikátormi zaobchádzalo spôsobom, ktorý je v súlade s islamskými stravovacími zásadami.

Ak potrebujete sonikátor Hielscher s certifikáciou kóšer alebo halal, kontaktujte nás a radi zabezpečíme potrebnú certifikáciu.