Ultraljud inom livsmedelsindustrin

Tillämpningen av kraftultraljud används för många tillämpningar inom livsmedelsbearbetning, inklusive extraktion, homogenisering, pastörisering och jäsning. Som en icke-termisk behandling förbättrar ultraljud livsmedelsproduktionsprocesser genom högre avkastning, högre kvalitet, förbättrade närings- och smakprofiler samt tids- och kostnadsbesparande bearbetning.

Ultraljudstillämpningar inom livsmedelsindustrin

Power ultrasound har ett brett användningsområde inom livsmedelsbearbetning, inklusive extraktion, blandning, emulgering, pastörisering, avgasning och mörning av kött. Förutom dessa huvudapplikationer används också kraftultraljud för att förbättra frysning, upptining och torkning av livsmedelsprodukter.
De stora fördelarna med högintensivt ultraljud är relaterade till förbättringen av olika livsmedelsbearbetningsoperationer, såsom att minska bearbetningstiden, öka avkastningen, förbättra produktkvaliteten och möjliggöra mer kostnads- och tidsbesparande, ekonomisk bearbetning.

I följande stycke kan du hitta de viktigaste tillämpningarna av högintensiva ultraljud inom livsmedelsindustrin:

• Extraktion: Ultraljud kan användas för att extrahera bioaktiva föreningar från växtmaterial, såsom antioxidanter, pigment och eteriska oljor. Denna process är känd som ultraljudsbehandling assisterad extraktion och kan användas för att producera högkvalitativa extrakt på kortare tid och med lägre lösningsmedelsförbrukning än traditionella metoder.
• Homogenisering och emulgering: Ultraljudshomogenisering kan användas för att producera stabila emulsioner och suspensioner, såsom salladsdressingar, majonnäs, krämer och mejeriprodukter. Processen innebär att man använder högfrekventa ljudvågor för att bryta ner fettkulorna i vätskan, vilket resulterar i en jämn och enhetlig konsistens.
  Här hittar du en steg-för-steg-instruktion och en video för emulgering av ultraljudmajonnäs!
• Bevarande: Högintensivt ultraljud kan användas för att inaktivera mikroorganismer, såsom bakterier och jäst, i livsmedelsprodukter. Processen, känd som ultraljudsbehandling-assisterad pastörisering, kan förlänga hållbarheten för livsmedelsprodukter och minska risken för livsmedelsburna sjukdomar. Som en icke-termisk bearbetningsteknik, ultraljudsbehandling undviker användningen av mycket höga temperaturer och därmed förhindrar den relaterade nedbrytningen av värmekänsliga näringsämnen.

• Avgasning: Med applicering av ultraljud på en vätska rörs gasbubblor som är instängda i vätskor om. Som en följd kommer dessa luft- och gasbubblor nära varandra och smälter samman. Detta innebär att de växer till en större bubbelstorlek som gör att de kan flyta till toppen av vätskan och lätt kan tas bort.
• Upplösning: På grund av dess enastående blandnings- och blandningsförmåga är ultraljud mycket effektivt för att producera mycket mättade och till och med övermättade lösningar. Detta används i kristallisationsprocesser såväl som vid produktion av saltlösningar.
• Jäsning: När ultraljudsvågor perforerar och bryter ner mikroorganismernas cellväggar blir de mer mottagliga för jäsningsprocessen. Samtidigt påskyndar ultraljud transporten av näringsämnen och syre till mikroorganismerna och förbättrar därmed deras metaboliska aktivitet. Sammantaget ökar ultraljud jäsningshastigheten, minskar jäsningstiden och förbättrar utbytet av den önskade slutprodukten. Denna teknik är särskilt användbar för produktion av livsmedels- och dryckesprodukter, såsom mejeriprodukter, yoghurt, öl, kombucha och vin.
• Viskositetsreduktion före spraytorkning: Ultraljudsskjuvkrafter kan minska viskositeten i skjuvförtunning och tixotropa uppslamningar avsevärt. Applicering av ultraljudsskjuvning före sprutning och spraytorkar gör det möjligt att öka genomströmningen genom sprututrustningen avsevärt. Spraytorkningstorn är ofta flaskhalsen i produktionslinjen. Med ultraljud kan kapaciteten i befintliga spraytorkar ökas.

• Frysning: Ultraljudsfrysning kan användas för att minska bildningen av iskristaller i livsmedelsprodukter under frysningsprocessen. Processen innebär att maten utsätts för högfrekventa ljudvågor medan den fryses. Ultraljudsvågor skapar vibrationer som förhindrar bildandet av stora iskristaller, vilket resulterar i en produkt med en jämnare konsistens och bättre kvalitet.
• Upptining: Ultraljudsupptining kan användas för att minska upptiningstiden för frysta livsmedelsprodukter. Processen innebär att den frysta produkten utsätts för ultraljudsvågor, som genererar värme och påskyndar upptiningsprocessen. Eftersom ultraljud främjar en mycket jämn fördelning av energi kan ultraljudsupptining vara särskilt användbart för produkter som är svåra att tina jämnt, såsom kött, skaldjur, frukt och grönsaker.
  Vid frysning, upptining och torkning orsakar kraftultraljud betydande förbättringar i massa- och energiöverföringsprocesser, vilket påskyndar dessa processer och gör dem mer ekonomiska.
• Detektering av flaskläckage: Ultraljud är ett mycket effektivt sätt att upptäcka läckor och sprickor i flaskor och burkar med kolhaltiga drycker som läsk, öl, mousserande vin etc. Ultraljud används också vid avgasning av kolsyrade drycker, t.ex. öl före buteljering, en process som kallas de-fobbing.
• Saltlake / Betning: Saltlake är en vanlig process vid konservering och tillverkning av livsmedel, särskilt för kött, fisk, ost och grönsaker. Ultraljud förkortar saltningstiden och gör det möjligt att använda minskade mängder natriumklorid jämfört med traditionellt saltade livsmedel och pickles.
• Återfuktning / rehydrering: Power ultrasound är en enkel men mycket effektiv metod för att återfukta eller återfukta livsmedelsprodukter som torkade baljväxter (t.ex. bönor, kikärter) eller torkade svampar. Eftersom ultraljud öppnar cellulära porer i maten kan vatten tränga in snabbt. Detta leder till en accelererad svullnad av baljväxter och därmed en kortare tillagningstid.
• Avkristallisation av honung: Som en icke-termisk behandling används ultraljud effektivt för att förhindra bildandet av stora sockerkristaller i honung. Dessutom kan redan bildade stora kristaller i honung avkristalliseras genom ultraljudsbehandling. Som mycket effektiv upplösningsteknik löser ultraljudsapparater av sondtyp upp sockerkristaller vilket resulterar i en jämnt slät honung. Dessutom förbättrar ultraljud den mikrobiologiska kvaliteten hos honung eftersom oönskade mikrober inaktiveras på grund av effekten av ultraljudscellstörningar.
• Stekning: Ultraljudsstekning kan användas för att minska oljeabsorptionen i stekta livsmedelsprodukter. Processen innebär att köttet eller grönsakerna sänks ner i het olja samtidigt som de utsätts för högfrekventa ljudvågor. Ultraljudsvågorna skapar små bubblor på matens yta, vilket minskar kontaktytan mellan grönsaken/köttet och oljan, vilket resulterar i mindre oljeabsorption och en hälsosammare slutprodukt. Ultraljudsstekning gör det möjligt att laga mat vid lägre temperaturer, vilket skapar överlägsna smakprofiler och bevarar näringsämnena.
  Lär dig hur ultraljudsassisterad stekning ger hälsosammare, mer smakrika, krispigare pommes frites och potatischips!

Högpresterande ultraljudsapparater för livsmedelsbearbetning

Hielscher Ultrasonics industriella ultraljudsprocessorer är högpresterande ultraljudsapparater, som är exakt kontrollerbara och möjliggör därmed reproducerbara resultat och kontinuerlig produktkvalitet. Hielscher ultraljudsprocessorer kan leverera mycket höga amplituder och kan användas för mycket krävande applikationer.
Kunderna är nöjda med den enastående robustheten och tillförlitligheten hos Hielscher Ultrasonics-system. Hielscher ultraljudsapparater körs på ett tillförlitligt sätt inom områden med tunga applikationer, krävande miljöer och 24/7 drift och säkerställer därmed effektiv och ekonomisk livsmedelsbearbetning. Ultraljudsprocessintensifiering minskar bearbetningstiden och uppnår bättre resultat, dvs. högre kvalitet, högre avkastning, nya produkter.
Genom konsekvent användning av specialmaterial, som t.ex. titan, rostfritt stål, keramik eller glas av olika kvaliteter, garanteras teknikens kompatibilitet med processen.
Ultraljudsprocessorer är operatörsvänliga och bekväma maskiner med lågt underhåll och en relativt låg kostnad.

Tabellen nedan ger dig en indikation på den ungefärliga bearbetningskapaciteten hos våra ultraljudsapparater:

Design, tillverkning och rådgivning – Kvalitet tillverkad i Tyskland

Hielscher ultraljudsapparater är välkända för sina högsta kvalitets- och designstandarder. Robusthet och enkel drift möjliggör en smidig integration av våra ultraljudsapparater i industriella anläggningar. Tuffa förhållanden och krävande miljöer hanteras enkelt av Hielscher ultraljudsapparater.

Hielscher Ultrasonics är ett ISO-certifierat företag och lägger särskild vikt vid högpresterande ultraljudsapparater med den senaste tekniken och användarvänligheten. Naturligtvis är Hielscher ultraljudsapparater CE-kompatibla och uppfyller kraven i UL, CSA och RoHs.

Fakta som är värda att veta

Hur fungerar ultraljud inom livsmedelsbearbetning?

Ultraljud livsmedelsbearbetning är en väletablerad teknik som används för livsmedelsbearbetning applikationer såsom blandning och homogenisering, emulgering, extraktion, upplösning, avgasning & Avluftning, mörning av kött, kristallisering samt funktionalisering och modifiering av intermediärer och slutprodukter. Hielscher ultraljudsmatberedare har installerats sedan årtionden i livsmedelsproduktionsanläggningar och är sofistikerade och utvecklade för att uppfylla branschens krav. Ultraljudsprocessorer applicerar fysiska krafter som skapas av ultraljudsvågor, vilket resulterar i generering av kavitation.

Vad är akustisk kavitation?

Akustisk kavitation, även känd som ultraljudskavitation, är tillväxten och kollapsen av små vakuumbubblor i ett ultraljudsfält som genereras i vätskor eller uppslamningar. Kavitationsbubblorna växer under de växlande högtrycks- och lågtryckscyklerna, som är kompressions- respektive sällsynthetsfaser. Efter att ha odlats över flera alternerande tryckcykler når vakuumbubblan en punkt där den inte kan absorbera mer energi så att bubblan imploderar våldsamt under en högtryckscykel. Under bubbelkollapsen uppstår lokalt extrema förhållanden inklusive extrema temperaturer på upp till 5 000 K med mycket höga värme- och kylhastigheter, tryck på upp till 2000 atm och motsvarande tryckskillnader och vätskestrålar med en hastighet på upp till 280 m/s. I dessa kavitationella “Hot-spots”skapar lokalt extrema krafter fysiska förhållanden som resulterar i blandning, extraktion och ökad massöverföring.

Akustisk kavitation, genererad av högintensivt, lågfrekvent ultraljud, skapar intensiva skjuvkrafter och lokalt förekommande högtrycks- och temperaturskillnader, vilket ger den nödvändiga effekten för intensiv blandning och massöverföring. Dessa ultraljudsskjuvkrafter används framgångsrikt för livsmedelsbearbetning.

Litteratur/Referenser

• 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.