Ultrazvuk a jeho rozmanité aplikácie v spracovaní potravín

Výkonový ultrazvuk ponúka rozmanité možnosti pre efektívne a spoľahlivé aplikácie spracovania potravín. Medzi najbežnejšie aplikácie v potravinárskom priemysle patrí miešanie & homogenizácia, emulgácia, dispergácia, narušenie buniek a extrakcia vnútrobunkového materiálu, aktivácia alebo deaktivácia enzýmov (čo závisí od intenzity ultrazvuku), konzervácia, stabilizácia, rozpúšťanie a kryštalizácia, hydrogenácia, zmäkčenie mäsa, dozrievanie, starnutie a oxidácia, ako aj odplyňovanie a sušenie rozprašovaním.

Nižšie vám predstavujeme rôzne vybrané aplikácie Hielscher sonikátorov v potravinárskom priemysle. Kliknite na konkrétne odkazy a získajte podrobné informácie o aplikácii, ktorá vás zaujíma!

Extrakcia príchutí a bioaktívnych zlúčenín pomocou ultrazvuku

Ultrazvuk je známa a spoľahlivá metóda, pokiaľ ide o extrakciu intracelulárnej hmoty.
Kliknite sem a prečítajte si viac o ultrazvuková lýza & Extrakcia a príklady ultrazvukovej extrakcie účinných látok z šafran, káva, marihuana, Huby alebo Riasy!

Ultrazvuková fermentácia jogurtu

Jogurt je fermentovaný mliečny výrobok, ktorý sa môže vyrábať samotným mliekom alebo pridaním bakteriálnych kultúr. Kmene bifidobaktérií (napr. BB-12, BB-46, B breve) sú bežné probiotiká používané na fermentáciu jogurtov. Ultrazvuková kavitácia aplikovaná na bakteriálne bunky môže spôsobiť ich deštrukciu a súčasne uvoľňovanie β-galaktozídázy. β-galaktozidáza je enzým hydrolázy, ktorý sa intenzívne používa v mliekarenskom priemysle. Ultrazvukom asistovaná fermentácia sa urýchľuje vďaka rýchlejšej hydrolýze laktózy v dôsledku ultrazvukom indukovaného uvoľňovania β-galaktozídázy z buniek bifidobaktérií.
Ultrazvuková homogenizácia ovplyvňuje rozbitie guľôčok mliečneho tuku a veľmi jemnú distribúciu.
Ultrazvuk môže zvýšiť rýchlosť fermentácie (skrátenie celkového výrobného času až o 40 %) a zlepšiť kvalitatívne vlastnosti jogurtu, čo vedie k vyššej viskozite, silnejšiemu koagulu a vynikajúcej textúre.

Ultrazvuková homogenizácia mlieka

Mlieko (napr. kravské, byvolie, kozie alebo ťavie mlieko) je emulzný alebo koloidný systém, ktorý pozostáva z guľôčok mliečneho tuku v tekutine na vodnej báze, ktorá obsahuje rozpustené sacharidy, bielkoviny a minerály. Keďže tuk a voda majú tendenciu deliť sa na dve fázy, mlieko sa musí homogenizovať, aby sa získal rovnomerný produkt. Homogenizácia znamená rovnomerné rozloženie molekúl tuku v mliečnej tekutine. Ultrazvuk je dobre známa metóda používaná na rôzne aplikácie pri spracovaní mlieka a mliečnych výrobkov. Ultrazvukové ošetrenie mlieka má za následok homogenizované tukové guľôčky, ktoré sú rovnomerne a rovnomerne rozložené. Homogenizácia vysokovýkonným ultrazvukom je účinná aj pre (vegánske/bezmliečne) náhrady mlieka získané z rastlín, ako je kokosové mlieko alebo sójové mlieko.
Štúdia Sfakianakisa a Tzia (2012) ukazuje, že ultrazvuková homogenizácia zmenšuje veľkosť guľôčok mliečneho tuku (MFG). Mikroskopické obrázky nižšie ukazujú účinky sonikácie na veľkosť kvapôčok mliečneho tuku. Nízka amplitúda (150 W) nemala uspokojivý homogenizačný účinok (obr. 2); veľkosť MFG a ich distribúcia boli podobné ako u neošetreného mlieka (porovnaj 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 (750 W) zásadne zmenšil veľkosť MFG (obr. 6), vďaka čomu boli sotva viditeľné na optickom mikroskope (zväčšenie 100x); ich priemerná veľkosť priemeru bola 0,3 μm.

Vysokovýkonný ultrazvuk je mierna netepelná homogenizačná technika. Sfakianakis et al. (2011) ukazujú pôsobivý účinok ultrazvukovej homogenizácie na mlieko.

Chandrapala et al. (2012) skúmali účinok ultrazvuku na kazeín a vápnik. Aplikovali ultrazvukové vlny (20 kHz) na vzorky čerstvého odstredeného mlieka, rekonštituovaného micelárneho kazeínu a kazeínového prášku. Sonikovali vzorky, kým sa guľôčky mliečneho tuku nezredukovali na cca. 10 nm. Analýza sonikovaného mlieka ukazuje, že veľkosť kazeínových micel sa nemení. Malé zvýšenie rozpustného srvátkového proteínu a zodpovedajúci pokles viskozity sa tiež vyskytlo počas prvých minút sonikácie. Štúdia zistila, že kazeínové micely sú počas sonikácie stabilné a ultrazvuková liečba nemá vplyv na koncentráciu rozpustného vápnika. [Chandrapala et al. 2012]

Ultrazvuková kryštalizácia cukru pre cukrovinky

Riadená sonikácia umožňuje iniciovať výsev kryštálov (tvorbu jadier) a ovplyvniť rast kryštálov. Pri ultrazvukovom ožarovaní vznikajú menšie a tým aj ďalšie kryštály. Ultrazvuk pomáha procesu kryštalizácie dvoma spôsobmi: Po prvé, výkonový ultrazvuk je veľmi účinným nástrojom na vytvorenie rovnomerného riešenia, ktoré je východiskovou látkou pre kryštalizáciu. V druhom štádiu ultrazvuk podporuje tvorbu veľkého počtu jadier. Zatiaľ čo slabá nukleácia vytvára nižší počet veľkých kryštálov, efektívna nukleácia vytvára veľké množstvo malých kryštálov jemnej veľkosti. V akustickom poli je dokonca možné iniciovať nukleáciu cukrov, ktoré sú normálne proti kryštalizácii (napr. D-fruktóza, sorbitol).
Ultrazvuková modifikácia kryštalizácie je zaujímavá pre formuláciu cukroviniek, cukroviniek, nátierok, zmrzliny, šľahačky a čokolády.

Ultrazvuková hydrogenácia jedlých olejov

Hydrogenácia rastlinných olejov je dôležitým priemyselným procesom vo veľkom meradle. Hydrogenáciou sa tekuté rastlinné oleje premieňajú na tuhé alebo polotuhé tuky (napr. margarín). Chemicky sa nenasýtené mastné kyseliny premieňajú počas Fázový prenos katalyzovaný reakcia hydrogenácie na ich zodpovedajúce nasýtené mastné kyseliny pridaním atómov vodíka na dvojných väzbách. Tento katalytický proces je možné urýchliť vysokovýkonnou ultrazvukovou signalizáciou. Bežne používaným katalyzátorom je nikel. Hydrogenované tuky sa vo veľkej miere používajú ako tukové činidlá v pekárenských výrobkoch. Výhodou nasýtených tukov je ich nižšia tendencia k oxidácii a tým aj nižšie riziko žltnutia.

Ultrazvukové skvapalnenie medu

Ultrazvuk ponúka účinnú netepelnú metódu, kryštály v mede na skvapalnenie a zničenie kvasiniek bez ovplyvnenia kvality medu.
Kliknite sem a dozviete sa viac!

Ultrazvuková stabilizácia štiav a smoothies

Ako netermálna technika potravinárskeho procesu poskytuje ultrazvuk mierne, ale účinné ošetrenie, ktoré zintenzívňuje chute a stabilizuje a konzervuje džúsy, smoothies, omáčky a pyré. Výsledky ultrazvukových ošetrení šťavou zahŕňajú zlepšenie chuti, stabilizáciu a konzerváciu.
Prečítajte si viac o ultrazvukovom vylepšení štiav & Smoothies!
Prečítajte si viac o ultrazvukovom spracovaní paradajok!

Ultrazvukové zrenie vína & nápoj

Výkonový ultrazvuk pomáha pri dubovaní vína a liehovín vďaka svojej účinnej extrakčnej kapacite a výrazne zintenzívnenému prenosu hmoty medzi dreveným tkanivom a alkoholickým nápojom.
Kliknite sem a dozviete sa viac o možnostiach ultrazvukovej úpravy vína!
Proces kvasenia vína, muštu, piva a saké sa tiež môže výrazne zvýšiť. Bola dosiahnutá miera zrýchlenia 50 % až 65 %!
Ak chcete získať viac informácií o ultrazvukom asistovanej fermentácii, kliknite tu!

Ultrazvukom zrýchlené mrazenie zmrzliny

Na výrobu zmrzliny je potrebná zmrzlinová zmes. Táto zmrzlinová zmes pozostáva z mlieka, sušeného mlieka, smotany, masla alebo rastlinného tuku, cukru, suchej hmoty, emulgátora, stabilizátora, ako aj prísad ako ovocie, orechy, arómy a farbivá. Táto špeciálna zmes sa musí homogenizovať a pasterizovať, potom sa počas procesu zmrazovania pomaly mieša, aby sa zabránilo tvorbe veľkých ľadových kryštálov. Tým sa primiešajú veľmi malé vzduchové bubliny (takzvaný prevzdušňovací proces), aby sa zmrzlina napenila, čím sa dosiahne hladko textúrovaný studený dezert. Toto je krok procesu, v ktorom je možné použiť ultrazvuk na zvýšenie kvality zmrzliny.
Počas procesu zmrazovania sa z podchladenej vody vytvárajú kryštály. Morfológia ľadových kryštálov hrá dôležitú úlohu, pokiaľ ide o textúrne a fyzikálne vlastnosti mrazených a polozmrazených potravín. Keďže veľkosť a rozloženie ľadových kryštálov majú osobitný význam pre kvalitu rozmrazených výrobkov z tissue papiera, v prípade zmrzliny sa uprednostňujú menšie ľadové kryštály, pretože veľké kryštály majú za následok ľadovú textúru. Nukleácia je najdôležitejším faktorom na riadenie distribúcie veľkosti kryštálov počas kryštalizácie. Rýchlosť zmrazovania je teda zvyčajne parametrom používaným na kontrolu veľkosti a distribúcie veľkosti ľadových kryštálov v zmrzline. Počas šľahania a mrazenia sa vstrekuje vzduch, aby sa dosiahla hladká textúra zmrzliny. Takzvané "prekročenie", množstvo vstrekovaného vzduchu, je úmerné – konkrétne konkrétnej receptúre – úmerne kombinovanému objemu pevných látok a vody. Prekročenie sa teda líši v dôsledku rôznych formulácií zmrzliny a tokov spracovania. Štandardná zmrzlina vykazuje prekročenie o 100 %, čo znamená, že konečný produkt pozostáva z rovnakého objemu zmrzlinovej zmesi a vzduchových bublín.
Použitie vysokovýkonných ultrazvukových homogenizátorov Hielscher poskytuje lepšiu kvalitu zmrzliny zmenšením veľkosti ľadových kryštálov a zabránením inkrustácii mraziaceho povrchu. Lepšia konzistencia a krémovejší pocit v ústach sa dosiahne vďaka zmenšenej veľkosti kryštálov zmrzliny a zlepšenej distribúcii vzduchových bublín. Výrazne kratšie časy mrazenia vedú k vyššej kapacite procesu a energeticky efektívnejšiemu výrobnému procesu.

Ultrazvukové prevzdušňovanie cesta

Sýtené potravinárske výrobky, ako je piškóta, je možné výrazne zlepšiť sonikáciou. Aplikácia výkonového ultrazvuku počas fázy miešania cesta zlepšuje kvalitu piškóty z hľadiska nižšej tvrdosti a vyššej pružnosti, súdržnosti a odolnosti koláča. Pri testoch boli všetky ingrediencie zmiešané metódou "all-in", čo znamená, že celozrnná múka s nízkym obsahom bielkovín, emulgátor, kukuričný škrob, cukor, prášok do pečiva, soľ a čerstvé celé vajcia boli pridané súčasne, aby sa vytvorilo cesto. Pred sonikáciou boli ingrediencie rovnomerne premiešané, aby sa ultrazvuk aplikoval na rovnomernú zmes cesta. Ultrazvukom prevzdušnený koláč vykazoval nižšiu tvrdosť, nižšiu gumovosť a nižšiu žuvaciu chuť, zatiaľ čo pružnosť, súdržnosť a odolnosť koláča boli o niečo vyššie ako u kontrolného koláča.

Ultrazvuková kryštalizácia a konšovanie čokolády

Sonikácia je dobre známa svojou extrakčnou kapacitou. Z kakaových bôbov sa kakaové maslo môže uvoľňovať z buniek ultrazvukovým mletím a extrakciou.
Ultrazvuk je alternatívna technika na rozbitie kryštálov cukru v čokoláde a poskytuje tak podobné účinky ako konšovanie.

Ultrazvukové zmäkčenie mäsa

Aplikácia silných ultrazvukových vĺn na mäso má za následok zmäkčenie štruktúry mäsa. Výrazné zmäkčenie sa dosiahne uvoľnením myofibrilárnych proteínov zo svalových buniek. Okrem zmäkčovacieho účinku ultrazvuk zlepšuje schopnosť viazať vodu a súdržnosť mäsa.
Viac informácií o zmäkčovaní mäsa pomocou výkonového ultrazvuku a sonikátora MeatBuzzer nájdete tu!

Sonikácia v kuchyniach a baroch

Ultrazvukové kuchynské roboty si našli cestu aj do gurmánskej kuchyne. Ultrazvukové prístroje Hielscher používa prémiový šéfkuchár, ako napríklad šéfkuchár ocenený dvoma michelinskými hviezdami Sang-Hoon Degeimbre.
Kliknite sem, ak vás zaujíma recept na jeho slávny ultrazvukový krevetový vývar!
Recepty na ultrazvukové koktaily nájdete tu!

Sonikátory na kóšer a halal spracovanie potravín

Spoločnosť Hielscher Ultrasonics môže na požiadanie poskytnúť kóšer alebo halal certifikáciu pre svoje sonikátory. To znamená, že sonikátory boli vyrobené a spracované v súlade s prísnymi pokynmi týchto náboženských stravovacích zákonov. Kóšer certifikácia zaručuje, že sonikátory boli vyrobené bez akýchkoľvek vedľajších živočíšnych produktov alebo derivátov, zatiaľ čo halal certifikácia overuje, že so sonikátormi sa zaobchádzalo spôsobom, ktorý je v súlade s islamskými stravovacími zásadami.

Ak požadujete kóšer alebo halal certifikovaný Hielscher sonicator, kontaktujte nás a my vám radi zabezpečíme potrebnú certifikáciu.