Överlägsen effektivitet och kvalitet vid produktion av nötmjölk med ultraljud

Nötmjölk och växtbaserade mjölkalternativ är ett växande livsmedelssegment. Vid produktion av nötmjölk och växtbaserade mjölkmotsvarigheter har ultraljudsextraktion och ultraljudshomogenisering visat stora fördelar jämfört med konventionella tekniker. Ultraljud med hög effekt ökar utbytet, produktstabiliteten, näringsinnehållet och den totala processeffektiviteten.

Högre utbyte av nötmjölk med högeffektsultraljud

Ultraljudsextraktion är välkänd som en tillförlitlig och mycket effektiv metod för att öka utbytet av växtbaserade oljor, proteiner, polysackarider och mikronäringsämnen. Därför används ultraljudsbehandling vid produktion av växtbaserade mjölkersättningar, exempelvis framställda av mandel, cashewnötter, kokosnötter, hasselnötter, jordnötter, sesam, soja, jordmandel, havre, ris, hampa, ärtor, pistaschnötter, valnötter, amarant eller quinoa. Råvaran till nötmjölk och andra växtbaserade mjölkalternativ är ofta dyr, och högre extraktionsutbyten från dessa råvaror sänker produktionskostnaderna och förbättrar produktionseffektiviteten.

Hur ökar ultraljudsextraktion utbytet?

Funktionsprincipen för ultraljudsextraktion är akustisk kavitation. Den extraktionsintensifierande mekanismen hos lågfrekvent ultraljud med hög intensitet tillskrivs huvudsakligen fenomenet akustisk kavitation. När kavitationsbubblor kollapsar på växtmaterialets yta bryter erosion och sonoporation sönder växtcellernas matris (exempelvis i macererade nötter, frön, baljväxter och blad), vilket leder till att cellstrukturen förstörs och intracellulära ämnen som proteiner, lipider, polysackarider, fibrer, vitaminer, mineraler och fytokemikalier frigörs. Den därigenom intensifierade massöverföringen underlättar frisättningen av molekyler som proteiner, lipider, polysackarider och fytokemikalier.
Skjuvkrafter som genereras av ultraljud förbättrar lösningsmedlets inträngning i växtmaterialets cellmatris respektive cellmembranens genomsläpplighet. (Observera att termen lösningsmedel används i vid bemärkelse och omfattar alla vätskor, exempelvis vatten). Dessa mekanismer hos högeffektsultraljud ligger bakom den betydande processintensifiering som uppnås när ultraljudsbehandling används för att extrahera livsmedelsprodukter ur växtråvaror. Eftersom ultraljudskavitation genererar så intensiva krafter åstadkommer den mycket effektiv cellsönderdelning och blandning på makro- och mikronivå. Dessutom förbättras lösningsmedlets inträngning, upplösningen av bioaktiva föreningar och massöverföringen avsevärt. Detta gör ultraljudsassisterad extraktion mycket effektiv och ger överlägsna extraktionsutbyten med kort processtid.

Förbättrad stabilitet hos nötmjölk med ultraljud

Högintensiv, lågfrekvent ultraljudsbehandling är en effektiv och tillförlitlig metod för att förbättra såväl suspensioners fysikaliska stabilitet som livsmedelsprodukters mikrobiella stabilitet (exempelvis nötmjölk och andra mjölkersättningar).

Förbättrad fysikalisk-kemisk stabilitet hos nötmjölk genom ultraljudsbehandling

Högeffektsultraljud används i stor utsträckning för homogenisering och emulgering av livsmedel och är en mycket effektiv icke-termisk teknik för att framställa mycket homogena livsmedel med långtidsstabilitet. Ultraljudshomogenisering minskar fettdropparnas diameter till en enhetlig, mycket liten storlek och fördelar fasta partiklar som stärkelse, sockerarter och fibrer jämnt. Därigenom förbättrar ultraljudshomogenisering avsevärt de fysikalisk-kemiska egenskaperna hos nötmjölk och annan växtbaserad mjölk, så att oönskad fasseparation förhindras.
Lu et al. (2019) undersöker effekterna av ultraljudsbehandling med hög effekt på kokosmjölk. Ultraljudsbehandlingen minskade partikelstorleken i kokosmjölken och homogeniserade fördelningen av droppar och fasta ämnen i systemet. Jämfört med mekaniskt emulgerad kokosmjölk visade ultraljudsbehandlingen en signifikant effekt på emulsionssystemets enhetlighet (p < 0,05). Dessutom observerades att ultraljudsbehandlingen främjade inkapslingen av amylos i enzymet amylas i gränsskiktet.
Iswarin och Permadi (2012) undersökte hur ultraljudsbehandling påverkar droppdiametern i kokosbaserade mjölkdrycker genom att studera olika kombinationer av ultraljudsintensitet. Ultraljudsbehandlingen minskade dropparnas diameter, och storleksminskningen ökade vid högre ultraljudsintensitet.

Förbättrad mikrobiell stabilitet hos nötmjölk med ultraljud

Ultraljudsbehandling har visats minska den mikrobiella belastningen i mejeriprodukter, fruktjuicer och andra flytande livsmedel. Därför har ultraljudspastörisering även införts i konserveringsprocessen för mjölkalternativ för att förbättra den mikrobiella stabiliteten hos nötbaserade och andra växtbaserade mjölkersättningar.
Iorio et al. (2019) studerade inaktivering av Escherichia coli O157:H7 och Listeria monocytogenes med ultraljud i mandelmjölk och kunde visa att ultraljudspastörisering orsakar subletala skador på patogenerna, vilket leder till längre hållbarhet. Exempelvis minskade ultraljudspastöriseringen signifikant halten av E. coli O157:H7 från 5,12 till 3,81 log CFU/mL och sänkte tillväxthastigheten (µmax) (från 1,19 till 0,79 (log CFU/mL)/dag).

Högre näringsinnehåll genom ultraljudsextraktion av nötmjölk

Mikronäringsämnen som vitaminer, polyfenoler och antioxidanter finns i växternas cellmatris. För att frigöra dessa mikronäringsämnen effektivt krävs fullständig cellsönderdelning och intensiv mikroblandning mellan cellmaterial och lösningsmedel. Som beskrivits ovan är ultraljudsextraktion mycket effektiv för att sönderdela celler och frigöra lipider, proteiner, polysackarider, fibrer och fytokemikalier från cellmatrisen. Ultraljudsextraktion är en mycket effektiv metod för att isolera hela mängden fytokemikalier från växtmaterial i en snabb extraktionsprocess. Användningen av högeffektsultraljud ger upphov till kraftiga kavitationseffekter, störningar / turbulens och vätskeströmning med hög hastighet, som sköljer ut fytokemikalierna ur cellernas inre. Eftersom ultraljudsextraktion är en icke-termisk extraktionsmetod förhindras termisk nedbrytning av dessa känsliga mikronäringsämnen vid ultraljudsbehandling.

Kinetik för totalt fenolinnehåll (uttryckt som eq mg Naringenin/g mandlar) med och utan ultraljudsbehandling med UIP1000hdT. Ultraljudsextraktion ökade det totala fenolinnehållet med 258 %.
Data är medelvärden ± SD, n = 3. Ultraljud (gult) jämfört med utan ultraljud (orange).
Diagram och studie: Tabib et al., 2020

Överlägsen effektivitet vid produktion av nötmjölk med ultraljud

Högre utbyten, förbättrad näringsprofil och kortare bearbetningstid är bara några av fördelarna med den överlägsna effektiviteten vid ultraljudsbearbetning av nötmjölk och mejerifria drycker. Låg energiförbrukning, litet underhållsbehov och drift dygnet runt är ytterligare faktorer som bidrar till ultraljudsbearbetningens exceptionella totala effektivitet. Hielschers högpresterande ultraljudshomogenisatorer kan köras dygnet runt under krävande förhållanden och bearbeta stora volymer i kontinuerlig flödesdrift. Hielschers ultraljudsprocessorer har en enastående total energieffektivitet. Robusthet och litet underhållsbehov håller också driftskostnaderna låga.

Vad forskningen säger om ultraljudsbearbetning av livsmedel

”Ultraljudstekniken har utvecklats i ovillkorlig omfattning under det senaste decenniet. Den har fått användning inom fruktjuice- och dryckesindustrin tack vare sina mångfunktionella önskade effekter. Tekniken är billig, enkel, tillförlitlig och miljövänlig samt mycket effektiv för konservering av juicer med förbättrade kvalitetsegenskaper.” (Dolas et al., 2019)

”Ultraljudsbehandling är en framväxande teknik som kan förbättra livsmedelskvaliteten och minska näringsförlusterna.” (Cheok et al., 2013)

Ultraljudsprocessorer för livsmedel för industriell produktion av nötmjölk

Hielscher Ultrasonics utvecklar, tillverkar och distribuerar högpresterande system för ultraljudsbearbetning av livsmedel för kontinuerlig industriell produktion av nötmjölk (såsom cashew-, mandel-, hasselnöts-, valnöts-, jordnöts- och kokosmjölk) och växtbaserade mjölkersättningar (såsom ris-, soja-, dinkel-, havre-, sesam-, linfrö- och ärtmjölk samt fermenterad jordmandelmjölk).
Ultraljudsbearbetning av livsmedel erbjuder stora fördelar eftersom det är en icke-termisk, rent mekanisk metod som ger förbättrade slutprodukter, förkortar bearbetningstiden och är miljövänligare.
Hielschers system för ultraljudsbearbetning av livsmedel används för många olika tillämpningar och utgör en säker, tillförlitlig och kostnadseffektiv teknik för att producera livsmedel och drycker av hög kvalitet. Alla Hielschers ultraljudsprocessorer är enkla att installera och använda: De kräver endast litet utrymme och kan enkelt eftermonteras i befintliga bearbetningsanläggningar.
Hielscher Ultrasonics har lång erfarenhet av att använda högeffektsultraljud inom livsmedels- och dryckesindustrin samt många andra industrigrenar. Våra ultraljudsprocessorer är utrustade med lättrengjorda sonotroder och flödesceller (de vätskeberörda delarna) för rengöring på plats (CIP) / sterilisering på plats (SIP). Hielscher Ultrasonics industriella ultraljudsprocessorer kan leverera mycket höga amplituder. Amplituder på upp till 200µm kan enkelt upprätthållas kontinuerligt vid drift dygnet runt. Höga amplituder är viktiga för att uppnå en homogen partikelfördelning och för att inaktivera mer motståndskraftiga mikroorganismer (t.ex. grampositiva bakterier). För ännu högre amplituder finns kundanpassade ultraljudssonotroder. Alla sonotroder och ultraljudsreaktorer med flödesceller kan användas vid förhöjda temperaturer och tryck, vilket möjliggör tillförlitlig termo-mano-sonikering (ultraljudsbehandling i kombination med förhöjd temperatur och förhöjt tryck) samt mycket effektiv extraktion och stabilisering.
Toppmodern teknik, hög prestanda och avancerad programvara gör Hielscher Ultrasonics utrustning till pålitliga arbetshästar i er produktionslinje för extraktion, homogenisering och pastörisering av livsmedel. Med litet utrymmesbehov och mångsidiga installationsmöjligheter kan Hielschers ultraljudsapparater enkelt integreras eller eftermonteras i befintliga produktionslinjer.
Kontakta oss nu för att få veta mer om funktionerna och kapaciteten hos våra system för ultraljudsextraktion, homogenisering och pastörisering. Vi diskuterar gärna er tillämpning med er!

Tabellen nedan ger en uppfattning om våra ultraljudsapparaters ungefärliga bearbetningskapacitet: