Ultraljudsbehandling och dess mångsidiga tillämpningar inom livsmedelsbearbetning

Effektultraljud erbjuder många möjligheter till effektiv och tillförlitlig livsmedelsbearbetning. De vanligaste tillämpningarna inom livsmedelsindustrin omfattar blandning & homogenisering, emulgering, dispergering, celluppslutning och extraktion av intracellulärt material, aktivering eller inaktivering av enzymer (vilket beror på ultraljudets intensitet), konservering, stabilisering, upplösning och kristallisation, hydrering, mörning av kött, mognad, lagring och oxidation samt avgasning och spraytorkning.

Nedan presenterar vi ett urval av olika tillämpningar för Hielschers ultraljudsapparater inom livsmedelsbearbetning. Klicka på respektive länk för att få ingående information om den tillämpning som intresserar dig!

Extraktion av smakämnen och bioaktiva föreningar med ultraljud

Ultraljudsextraktion används i stor utsträckning inom livsmedelsindustrin för att effektivt utvinna bioaktiva föreningar, smakmolekyler och proteiner genom att applicera högintensivt ultraljud som förbättrar massöverföringen och bryter sönder cellstrukturer. De resulterande kavitationseffekterna ökar extraktionsutbytet och extraktionshastigheten vid låga processtemperaturer, vilket bidrar till att bevara känsliga föreningar och möjliggör ren, skalbar bearbetning utan aggressiva lösningsmedel.

Ultraljudsextraktion används ofta för att extrahera bioaktiva föreningar. Framträdande exempel på ultraljudsextraktion omfattar:

 

I denna presentation ger vi en introduktion till framställning av växtextrakt. Vi förklarar utmaningarna med att framställa växtextrakt av hög kvalitet och hur en ultraljudsprocessor kan hjälpa er att övervinna dem. Presentationen visar hur ultraljudsextraktion fungerar. Ni får veta vilka fördelar ni kan förvänta er av att använda en ultraljudsprocessor för extraktion och hur ni kan integrera en ultraljudsextraktor i er extraktproduktion.

 

Ultraljudsemulgering av såser, dressingar och krämer

Genom att ultraljudsbehandla olje-/vattenblandningar framställer kockar och livsmedelsforskare ultrafina, stabila emulsioner – utan överdriven värme eller syntetiska tillsatser. Från krämiga såser och sammetslena vinägretter till mjölkfria krämer och delikata skum möjliggör ultraljudskavitation exakt kontroll över droppstorlek och dispergering.
Läs mer om ultraljudsframställda livsmedelsemulsioner!

Ultraljudsfermentering av yoghurt

Yoghurt är en fermenterad mjölkprodukt som kan framställas av enbart mjölk eller genom tillsats av bakteriekulturer. Bifidobakteriestammar (t.ex. BB-12, BB-46, B breve) är vanliga probiotika som används vid yoghurtfermentering. Ultraljudskavitation som appliceras på bakteriecellerna kan förstöra dem och samtidigt frigöra β-galaktosidas. β-galaktosidas är ett hydrolasenzym som används i stor utsträckning inom mjölkbearbetningsindustrin. Den ultraljudsassisterade fermenteringen påskyndas genom snabbare laktoshydrolys till följd av den ultraljudsinducerade frisättningen av β-galaktosidas från bifidobakteriecellerna.
Ultraljudshomogeniseringen sönderdelar mjölkfettglobulerna och ger en storleksfördelning med mycket små globuler.
Ultraljudsbehandling kan öka fermenteringshastigheten (minskning av den totala produktionstiden med upp till 40%) och förbättra yoghurtens kvalitetsegenskaper, vilket ger högre viskositet, starkare koagel och överlägsen textur.

Ultraljudshomogenisering av mjölk

Mjölk (t.ex. ko-, buffel-, get- eller kamelmjölk) är en emulsion eller ett kolloidalt system som består av mjölkfettskulor i en vattenbaserad vätska som innehåller lösta kolhydrater, proteiner och mineraler. Eftersom fett och vatten tenderar att separera i två faser måste mjölk homogeniseras för att ge en enhetlig produkt. Homogenisering innebär att fettmolekylerna fördelas jämnt i mjölkvätskan. Ultraljud är en välkänd metod som används för olika tillämpningar inom mejeribearbetning. Ultraljudsbehandling av mjölk ger homogeniserade fettkulor som är jämnstora och jämnt fördelade. Homogenisering med högeffektultraljud är också effektiv för växtbaserade mjölkersättningar (veganska/mjölkfria), såsom kokosmjölk eller sojamjölk.
Studien av Sfakianakis och Tzia (2012) visar att ultraljudshomogenisering minskar storleken på mjölkfettskulor (MFG). Mikroskopbilderna nedan visar effekterna av ultraljudsbehandling på mjölkfettets droppstorlek. Låg amplitud (150W) gav ingen tillfredsställande homogeniseringseffekt (fig.2) ; MFG-storleken och fördelningen liknade dem i obehandlad mjölk (jämför fig. 1 och 2). Ultraljud med medelhög amplitud (267,5, 375 W) gav en god homogeniseringseffekt; MFG:s genomsnittliga diameter var 2 μm (fig. 3, 4). Ultraljud med högre amplitud (750W) minskade MFG-storleken avsevärt (fig. 6), så att de knappt var synliga i ljusmikroskop (100x förstoring); deras genomsnittliga diameter var 0,3 μm.

Chandrapala et al. (2012) undersökte effekten av ultraljudsbehandling på kasein och kalcium. De applicerade ultraljudsvågor (20kHz) på prover av färsk skummjölk, rekonstituerat micellärt kasein och kaseinpulver. De ultraljudsbehandlade proverna tills mjölkfettskulornas storlek hade minskat till cirka 10nm. Analysen av den ultraljudsbehandlade mjölken visar att kaseinmicellernas storlek är oförändrad. En liten ökning av lösligt vassleprotein och en motsvarande minskning av viskositeten inträffade också under de första minuterna av ultraljudsbehandlingen. Studien visade att kaseinmiceller är stabila under ultraljudsbehandling och att koncentrationen av lösligt kalcium inte påverkas av ultraljudsbehandlingen. [Chandrapala et al. 2012]

Sockerkristallisation med ultraljud för konfektyr

Kontrollerad ultraljudsbehandling gör det möjligt att initiera kristallkärnbildningen (bildandet av kärnor) och påverka kristalltillväxten. Vid ultraljudsbestrålning bildas mindre och därmed fler kristaller. Ultraljud underlättar kristallisationsprocessen på två sätt: För det första är högeffektultraljud ett mycket effektivt verktyg för att skapa en homogen lösning, som är utgångsmaterialet för kristallisation. I det andra steget främjar ultraljud bildandet av ett stort antal kärnor. Medan svag kärnbildning ger ett mindre antal stora kristaller ger effektiv kärnbildning en stor mängd små, fina kristaller. I det akustiska fältet blir det till och med möjligt att initiera kärnbildning hos sockerarter som normalt har svårt att kristallisera (t.ex. D-fruktos, sorbitol).
Modifiering av kristallisation med ultraljud är intressant för formulering av godis, konfektyr, bredbara produkter, glass, vispgrädde och choklad.

Hydrering av matoljor med ultraljud

Hydrering av vegetabiliska oljor är en viktig storskalig industriell process. Genom hydrering omvandlas flytande vegetabiliska oljor till fasta eller halvfasta fetter (t.ex. margarin). Kemiskt omvandlas de omättade fettsyrorna under den fasöverföringskatalyserade hydrogeneringsreaktionen till motsvarande mättade fettsyror genom att väteatomer adderas till dubbelbindningarna. Denna katalytiska process kan påskyndas med högeffektsultraljud. En vanligt använd katalysator är nickel. Hydrogenerade fetter används i stor utsträckning som mörningsfett i bageriprodukter. En fördel med mättade fetter är deras lägre benägenhet att oxidera och därmed en lägre risk för härskning.

Ultraljudsbaserad förvätskning av honung

Ultraljud erbjuder en effektiv icke-termisk metod för att lösa upp kristaller i honung och avdöda jäst utan att påverka honungens kvalitet.
Klicka här för att läsa mer!

Ultraljudsstabilisering av juicer och smoothies

Som en icke-termisk teknik för livsmedelsbearbetning ger ultraljud en skonsam men effektiv behandling som intensifierar smaker samt stabiliserar och konserverar juicer, smoothies, såser och puréer. Resultaten av ultraljudsbehandling av juice omfattar förbättrade smaker, stabilisering och konservering.
Läs mer här om hur ultraljud förbättrar juicer och smoothies!
Läs mer om ultraljudsbaserad tomatbearbetning!
Läs om hur ultraljudsbehandling konserverar steviasötad jordgubbsjuice och samtidigt förbättrar näringsprofilen!

Ultraljudsbaserad lagring av vin och sprit

Högeffektsultraljud underlättar ekbehandling av vin och sprit tack vare sin effektiva extraktionsförmåga och den avsevärt intensifierade massöverföringen mellan trävävnaden och den alkoholhaltiga drycken.
Klicka här för att läsa mer om möjligheterna med ultraljudsbehandling av vin!
Även jäsningen av vin, must, öl och sake kan påskyndas avsevärt. En acceleration på 50% till 65% har uppnåtts!
Klicka här för mer information om ultraljudsassisterad jäsning!

Ultraljudsaccelererad frysning av glass

För glasstillverkning krävs en glassmix. Denna glassmix består av mjölk, mjölkpulver, grädde, smör eller vegetabiliskt fett, socker, torrsubstans, emulgeringsmedel, stabiliseringsmedel samt tillsatser som frukt, nötter, smakämnen och färgämnen. Denna speciella blandning måste homogeniseras och pastöriseras. Därefter rörs den långsamt under frysningen för att förhindra att stora iskristaller bildas. Samtidigt blandas mycket små luftbubblor in (så kallad luftning) för att skumma upp glassen och få en kall dessert med slät konsistens. Det är i detta processteg som ultraljudsbehandling kan användas för att förbättra glassens kvalitet.
Under frysningen bildas kristaller av underkylt vatten. Iskristallernas morfologi spelar en viktig roll för de texturella och fysikaliska egenskaperna hos frysta och halvfrysta livsmedel. Eftersom iskristallernas storlek och fördelning är särskilt viktiga för kvaliteten hos upptinade vävnadsprodukter föredras mindre iskristaller i glass, eftersom stora kristaller ger en isig konsistens. Kärnbildning är den viktigaste faktorn för att styra kristallstorleksfördelningen under kristalliseringen. Fryshastigheten är därför vanligtvis den parameter som används för att styra iskristallernas storlek och storleksfördelning i glass. Under vispningen och frysningen injiceras luft för att ge glassen en slät konsistens. Den så kallade luftinblandningen (”over-run”), mängden injicerad luft, anpassas – specifikt till det aktuella receptet – i proportion till den sammanlagda volymen av fasta ämnen och vatten. Luftinblandningen varierar därför med olika glassrecept och processflöden. Standardglass har en luftinblandning på 100%, vilket innebär att slutprodukten består av lika stora volymer glassmix och luftbubblor.
Användningen av Hielschers homogenisatorer med högeffektsultraljud ger glass av bättre kvalitet genom att minska iskristallernas storlek och förhindra isbeläggningar på en frysyta. Bättre konsistens och en krämigare munkänsla uppnås tack vare de mindre iskristallerna i glassen och den förbättrade fördelningen av luftbubblor. Avsevärt kortare frystider leder till högre processkapacitet och en mer energieffektiv tillverkningsprocess.

Luftinblandning i smet med ultraljud

Livsmedel med inblandad luft, såsom sockerkaka, kan förbättras avsevärt genom ultraljudsbehandling. Användning av effektultraljud under blandningen av smeten förbättrar sockerkakans kvalitet genom lägre hårdhet samt högre fjädringsförmåga, sammanhållning och återhämtningsförmåga. Vid försöken blandades alla ingredienser enligt ”allt-i-ett”-metoden, vilket innebär att fullkornsmjöl med låg proteinhalt, emulgeringsmedel, majsstärkelse, socker, bakpulver, salt och färska hela ägg tillsattes samtidigt för att bereda smeten. Före ultraljudsbehandlingen rördes ingredienserna ihop jämnt så att ultraljudet applicerades på en homogen smet. Kakan där luft blandats in med ultraljud uppvisade lägre hårdhet, lägre gummiaktighet och lägre tuggmotstånd, medan kakans fjädringsförmåga, sammanhållning och återhämtningsförmåga var något högre än hos kontrollkakan.

Kristallisering och conchning av choklad med ultraljud

Ultraljudsbehandling är välkänd för sin extraktionsförmåga. Kakaosmör kan frigöras från kakaobönans celler genom malning och extraktion med ultraljud.
Ultraljud är en alternativ teknik för att bryta sönder sockerkristallerna i choklad och ger därmed liknande effekter som conchning.

Mörning av kött med ultraljud

När kraftfulla ultraljudsvågor appliceras på kött blir köttstrukturen mörare. En betydande mörning uppnås genom att myofibrillära proteiner frigörs från muskelcellerna. Utöver mörningseffekten förbättrar ultraljud även köttets vattenbindande förmåga och sammanhållning.
Här hittar du mer information om mörning av kött med effektultraljud och ultraljudsapparaten MeatBuzzer!

Ultraljudsbehandling i kök och barer

Ultraljudsutrustning för livsmedelsbearbetning har även hittat till gourmetköken. Hielscher ultraljudsapparater används av toppkockar som Sang-Hoon Degeimbre, vars restaurang har tilldelats två Michelinstjärnor.
Klicka här om du är intresserad av receptet på hans berömda räkfond tillagad med ultraljud!
Klicka här för cocktailrecept med ultraljud!

 

Ultraljudsapparater för kosher- och halalenlig livsmedelsbearbetning

Hielscher Ultrasonics kan på begäran tillhandahålla kosher- eller halalcertifiering för sina ultraljudsapparater. Detta innebär att ultraljudsapparaterna har tillverkats och bearbetats i enlighet med de strikta riktlinjerna i dessa religiösa kostlagar. Koshercertifiering säkerställer att ultraljudsapparaterna har tillverkats utan några animaliska biprodukter eller derivat, medan halalcertifiering verifierar att ultraljudsapparaterna har hanterats på ett sätt som överensstämmer med islamiska kostprinciper.

Om du behöver en kosher- eller halalcertifierad ultraljudsapparat från Hielscher är du välkommen att kontakta oss, så ordnar vi gärna den nödvändiga certifieringen.