Ultraljud inom livsmedelsindustrin

Effektultraljud används för många tillämpningar inom livsmedelsbearbetning, inklusive extraktion, homogenisering, pastörisering och fermentering. Som en icke-termisk behandling förbättrar ultraljudsbehandling livsmedelsproduktionen genom högre utbyte, högre kvalitet, förbättrade närings- och smakprofiler samt tids- och kostnadsbesparande bearbetning.

Ultraljudstillämpningar inom livsmedelsbearbetning

Effektultraljud har ett brett användningsområde inom livsmedelsbearbetning, inklusive extraktion, blandning, emulgering, pastörisering, avgasning och mörning av kött. Utöver dessa huvudsakliga tillämpningar används effektultraljud även för att förbättra frysning, upptining och torkning av livsmedelsprodukter.
De främsta fördelarna med högintensivt ultraljud är kopplade till förbättringar av olika moment inom livsmedelsbearbetning, såsom kortare bearbetningstid, högre utbyte och förbättrad produktkvalitet, vilket möjliggör en mer kostnads- och tidsbesparande, ekonomisk bearbetning.

I följande avsnitt hittar du de huvudsakliga tillämpningarna av högintensivt ultraljud inom livsmedelsindustrin:

• Extraktion: Ultraljud kan användas för att extrahera bioaktiva föreningar ur växtmaterial, såsom antioxidanter, pigment och eteriska oljor. Denna process kallas ultraljudsassisterad extraktion och kan användas för att framställa högkvalitativa extrakt på kortare tid och med lägre lösningsmedelsförbrukning än traditionella metoder.
  Läs mer om fördelarna med ultraljudsextraktion av växtmaterial!
• Homogenisering och emulgering: Ultraljudshomogenisering kan användas för att framställa stabila emulsioner och suspensioner, såsom salladsdressingar, majonnäs, krämer och mejeriprodukter. Processen innebär att högfrekventa ljudvågor används för att sönderdela fettkulorna i vätskan, vilket ger en slät och enhetlig konsistens.
  Läs mer om ultraljudsbehandling för livsmedelsemulsioner!
  Här hittar du en stegvis instruktion och en video om emulgering av majonnäs med ultraljud!
• Konservering: Högintensivt ultraljud kan användas för att inaktivera mikroorganismer, såsom bakterier och jästsvampar, i livsmedelsprodukter. Processen, som kallas ultraljudsassisterad pastörisering, kan förlänga livsmedelsprodukters hållbarhet och minska risken för livsmedelsburna sjukdomar. Som en icke-termisk bearbetningsteknik undviker ultraljudsbehandling användningen av mycket höga temperaturer och förhindrar därmed den nedbrytning av värmekänsliga näringsämnen som dessa temperaturer medför.
  Läs mer om förlängd hållbarhet och bevarande av näringsämnen med ultraljudsbehandling!

• Avgasning: När ultraljud appliceras på en vätska sätts gasbubblor som är inneslutna i vätskan i rörelse. Följaktligen närmar sig dessa luft- och gasbubblor varandra och smälter samman. Det innebär att bubblorna växer sig större, vilket gör att de kan stiga till vätskans yta och enkelt avlägsnas.
• Upplösning: Tack vare sin enastående förmåga att blanda och sammanblanda är ultraljud mycket effektivt för att framställa lösningar med hög mättnadsgrad och till och med övermättade lösningar. Detta används i kristallisationsprocesser samt vid framställning av saltlösningar.
• Fermentering: När ultraljudsvågor perforerar och bryter ned mikroorganismernas cellväggar blir mikroorganismerna mer mottagliga för fermenteringsprocessen. Samtidigt påskyndar ultraljud transporten av näringsämnen och syre till mikroorganismerna, vilket ökar deras metaboliska aktivitet. Sammantaget ökar ultraljudsbehandling fermenteringshastigheten, förkortar fermenteringstiden och förbättrar utbytet av den önskade slutprodukten. Denna teknik är särskilt användbar vid tillverkning av livsmedel och drycker, såsom mejeriprodukter, yoghurt, öl, kombucha och vin.
• Viskositetsminskning före spraytorkning: Ultraljudets skjuvkrafter kan avsevärt minska viskositeten i skjuvförtunnande och tixotropa suspensioner. Genom att använda ultraljudsinducerad skjuvförtunning före sprayning och spraytorkning kan genomströmningen genom sprayutrustningen ökas avsevärt. Spraytorkningstorn är ofta flaskhalsen i produktionslinjen. Med ultraljud kan kapaciteten hos befintliga spraytorkar ökas.

• Infrysning: Ultraljudsassisterad infrysning kan användas för att minska bildningen av iskristaller i livsmedel under infrysningsprocessen. Processen innebär att livsmedlet utsätts för högfrekventa ljudvågor medan det fryses. Ultraljudsvågorna skapar vibrationer som förhindrar bildningen av stora iskristaller, vilket ger en produkt med jämnare konsistens och bättre kvalitet.
• Upptining: Ultraljudsassisterad upptining kan användas för att minska upptiningstiden för frysta livsmedel. Processen innebär att den frysta produkten utsätts för ultraljudsvågor, som alstrar värme och påskyndar upptiningsprocessen. Eftersom ultraljud främjar en mycket jämn energifördelning kan ultraljudsassisterad upptining vara särskilt användbar för produkter som är svåra att tina jämnt, såsom kött, fisk och skaldjur, frukt och grönsaker.
  Vid infrysning, upptining och torkning ger effektultraljud avsevärda förbättringar av mass- och energiöverföringen, vilket påskyndar dessa processer och gör dem mer ekonomiska.
• Läckagedetektering i flaskor: Ultraljud är ett mycket effektivt sätt att upptäcka läckor och sprickor i flaskor och burkar med kolsyrade drycker såsom läsk, öl, mousserande vin osv. Ultraljud används också för avgasning av kolsyrade drycker, t.ex. öl före buteljering, en process som kallas de-fobbing.
• Saltning i lake / Inläggning: Saltning i lake är en vanlig process vid konservering och tillverkning av livsmedel, särskilt kött, fisk, ost och grönsaker. Ultraljudsbehandling förkortar tiden för saltning i lake och gör det möjligt att använda mindre mängder natriumklorid jämfört med traditionellt lakesaltade och inlagda livsmedel.
• Hydrering / Rehydrering: Effektultraljud är en enkel men mycket effektiv metod för att hydrera eller rehydrera livsmedel såsom torkade baljväxter (t.ex. bönor, kikärter) eller torkad svamp. Eftersom ultraljud öppnar porer i livsmedlens celler kan vatten snabbt tränga in. Detta gör att baljväxterna sväller snabbare och därefter kräver kortare koktid.
• Avkristallisering av honung: Som en icke-termisk behandling används ultraljud effektivt för att förhindra bildningen av stora sockerkristaller i honung. Dessutom kan stora kristaller som redan har bildats i honung avkristalliseras genom ultraljudsbehandling. Som en mycket effektiv upplösningsteknik löser ultraljudsapparater av sondtyp upp sockerkristaller, vilket ger honungen en jämn och slät konsistens. Dessutom förbättrar ultraljud honungens mikrobiologiska kvalitet eftersom oönskade mikroorganismer inaktiveras genom ultraljudets cellsönderdelande verkan.
• Fritering: Ultraljudsassisterad fritering kan användas för att minska oljeupptaget i friterade livsmedel. Processen innebär att köttet eller grönsaken sänks ned i het olja samtidigt som det utsätts för högfrekventa ljudvågor. Ultraljudsvågorna skapar små bubblor på livsmedlets yta, vilket minskar kontaktytan mellan grönsaken / köttet och oljan och resulterar i mindre oljeupptag och en hälsosammare slutprodukt. Ultraljudsassisterad fritering gör det möjligt att tillaga livsmedel vid lägre temperaturer, vilket ger överlägsna smakprofiler och bevarar näringsämnen.
  Läs om hur ultraljudsassisterad fritering ger hälsosammare, smakrikare och krispigare pommes frites och potatischips!

Högpresterande ultraljudsapparater för livsmedelsbearbetning

Hielscher Ultrasonics industriella ultraljudsprocessorer är högpresterande ultraljudsapparater som kan styras exakt och därmed möjliggör reproducerbara resultat och jämn produktkvalitet. Eftersom Hielschers ultraljudsprocessorer kan leverera mycket höga amplituder kan de användas för mycket krävande tillämpningar.
Kunderna är nöjda med den enastående robustheten och tillförlitligheten hos Hielscher Ultrasonics system. Hielschers ultraljudsapparater fungerar tillförlitligt vid tung industriell användning, i krävande miljöer och vid drift dygnet runt, alla dagar, och säkerställer därmed effektiv och ekonomisk livsmedelsbearbetning. Processintensifiering med ultraljud förkortar bearbetningstiden och ger bättre resultat, dvs. högre kvalitet, högre utbyten och nya produkter.
Genom konsekvent användning av specialmaterial, exempelvis titan, rostfritt stål, keramik eller glas av olika kvaliteter, garanteras teknikens kompatibilitet med processen.
Ultraljudsprocessorer är användarvänliga och lättanvända maskiner med litet underhållsbehov och relativt låg kostnad.

Tabellen nedan ger en uppfattning om den ungefärliga bearbetningskapaciteten hos våra ultraljudsapparater:

Konstruktion, tillverkning och rådgivning – kvalitet tillverkad i Tyskland

Hielschers ultraljudsapparater är välkända för att uppfylla de högsta kvalitets- och konstruktionsstandarderna. Robusthet och enkel användning möjliggör smidig integrering av våra ultraljudsapparater i industrianläggningar. Hielschers ultraljudsapparater klarar enkelt tuffa förhållanden och krävande miljöer.

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

Fakta som är värda att känna till

Hur fungerar ultraljud vid livsmedelsbearbetning?

Livsmedelsbearbetning med ultraljud är en väletablerad teknik som används för tillämpningar inom livsmedelsbearbetning såsom blandning och homogenisering, emulgering, extraktion, upplösning, avgasning och avluftning, mörning av kött, kristallisering samt funktionalisering och modifiering av mellanprodukter och slutliga livsmedelsprodukter. Hielschers ultraljudsprocessorer för livsmedel har installerats i livsmedelsproduktionsanläggningar i årtionden och är avancerade och utvecklade för att uppfylla branschens krav. Ultraljudsprocessorer utnyttjar fysikaliska krafter som skapas av effektultraljudsvågor, vilket leder till att kavitation uppstår.

Vilka drycker framställs vanligen med ultraljudsbehandling?

Ultraljudsbehandling används ofta för att framställa eller bearbeta drycker såsom kallbryggt kaffe, te (inklusive yerba mate), frukt- och grönsaksjuicer, infusioner av växtmaterial, funktionella drycker (örtextrakt), växtbaserade mjölkdrycker, fermenterade drycker (för processintensifiering) och dryckeskoncentrat för produktion av drickfärdiga drycker (RTD).
Här hittar du mer information om produktionen av följande drycker:

• Kaffe / Grönt kaffe
• Teinfusioner
• Yerba mate
• Juicer
• Smoothies
• Kombucha
• Nötmjölk

Vad är akustisk kavitation?

Akustisk kavitation, även kallad ultraljudskavitation, innebär att mycket små vakuumbubblor växer och kollapsar i ett ultraljudsfält som genereras i vätskor eller uppslamningar. Kavitationsbubblorna växer under de växlande högtrycks- och lågtryckscyklerna, som motsvarar kompressions- respektive förtunningsfaser. Efter att ha vuxit under flera växlande tryckcykler når vakuumbubblan en punkt där den inte kan absorbera mer energi, så att bubblan imploderar våldsamt under en högtryckscykel. När bubblan kollapsar uppstår lokalt extrema förhållanden, bland annat extrema temperaturer på upp till 5 000K med mycket höga uppvärmnings- och kylningshastigheter, tryck på upp till 2000atm och motsvarande tryckskillnader samt vätskestrålar med hastigheter på upp till 280m/s. I dessa kavitationsbetingade ”heta punkter” skapar lokalt extrema krafter fysikaliska förhållanden som leder till blandning, extraktion och ökad massöverföring.

Akustisk kavitation, som genereras av högintensivt, lågfrekvent ultraljud, skapar starka skjuvkrafter och lokalt förekommande stora tryck- och temperaturskillnader som ger den påverkan som krävs för intensiv blandning och massöverföring. Dessa ultraljudsinducerade skjuvkrafter används framgångsrikt vid 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.