Ultraljud och dess många tillämpningar inom livsmedelsindustrin

Kraftfullt ultraljud erbjuder många möjligheter för effektiva och tillförlitliga livsmedelsbearbetningsapplikationer. De vanligaste tillämpningarna inom livsmedelsindustrin är blandning av & homogenisering, emulgering, dispergering, cellstörning och extraktion av intracellulärt material, aktivering eller deaktivering av enzymer (vilket är beroende av ultraljudsintensiteten), konservering, stabilisering, upplösning och kristallisation, hydrering, mörning av kött, mognad, åldring och oxidation, samt avgasning och spraytorkning.

Vi presenterar dig nedan till olika utvalda tillämpningar av Hielscher sonikatorer inom livsmedelsbearbetning. Klicka på de specifika länkarna för att få fördjupad information om den ansökan du är intresserad av!

Extraktion av smaker och bioaktiva föreningar med hjälp av ultraljud

Ultraljud är en välkänd och pålitlig metod när det gäller utvinning av intracellulärt material.
Klicka här för att läsa mer om ultraljud lys & Extraktion och exemplen på ultraljud extraktion av aktiva föreningar från saffran, kaffe, cannabis, Svamp eller alger!

Ultraljudsjäsning 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 för jäsning av yoghurt. Ultraljud kavitation applicerad på bakteriecellerna kan orsaka deras förstörelse och samtidigt, frisättning av β-galaktosidas. β-galaktosidas är ett hydrolasenzym som används flitigt inom mjölkbearbetningsindustrin. Den ultraljudsassisterade jäsningen påskyndas på grund av en snabbare laktoshydrolys till följd av den ultraljudsinducerade frisättningen av β-galaktosidas från bifidobakteriecellerna.
Ultraljudshomogeniseringen påverkar nedbrytningen av mjölkfettkulorna och en mycket fin fördelning.
Ultraljud kan påskynda jäsningshastigheten (minskning av den totala produktionstiden med upp till 40%) och förbättra kvalitetsegenskaperna hos yoghurt, vilket resulterar i högre viskositet, starkare koagulum och överlägsen konsistens.

Ultraljudshomogenisering av mjölk

Mjölk (t.ex. ko-, buffel-, get- eller kamelmjölk) är ett emulsions- eller kolloidalt system som består av smörfettkulor i en vattenbaserad vätska som innehåller upplösta kolhydrater, proteiner och mineraler. Eftersom fett och vatten tenderar att separeras i två faser måste mjölken homogeniseras för att få en jämn produkt. Homogenisering innebär en jämn fördelning av fettmolekylerna i mjölkvätskan. Ultraljud är en välkänd metod som används för olika tillämpningar inom mejeribearbetning. Ultraljudsbehandling av mjölk resulterar i homogeniserade fettkulor, som är jämna och jämnt fördelade. Homogeniseringen med ultraljud med hög effekt är också effektiv för (veganska/mjölkfria) mjölksubstitues som härrör från växter som kokosmjölk eller sojamjölk.
Studien av Sfakianakis och Tzia (2012) visar att ultraljudshomogenisering minskar storleken på mjölkfettkulor (MFG). De mikroskopiska bilderna nedan visar effekterna av ultraljudsbehandling på mjölkfettdroppens storlek. Låg amplitud (150W) hade inte en tillfredsställande homogeniseringseffekt (Fig.2); MFG-storleken och deras fördelning liknade den för obehandlad mjölk (jämför fig. 1 och 2). Ultraljud med medelamplitud (267,5, 375 W) hade en bra homogeniseringseffekt; MFG:s genomsnittliga diameter var 2 μm (fig. 3, 4). Ultraljud med högre amplitud (750W) minskade MFG-storleken avsevärt (fig. 6), vilket gjorde dem knappt synliga vid det optiska mikroskopet (100x förstoring); Deras genomsnittliga diameterstorlek var 0,3 μm.

Ultraljud med hög effekt är en mild icke-termisk homogeniseringsteknik. Sfakianakis et al. (2011) visar den imponerande ultraljudshomogeniseringseffekten på mjölk.

Chandrapala et al. (2012) undersökte effekten av ultraljud på kasein och kalcium. De applicerade ultraljudsvågor (20 kHz) på prover av färsk skummjölk, rekonstituerat micellärt kasein och kaseinpulver. De sonikerade proverna tills mjölkfettkulorna reducerades till ca 10nm. Analysen av den sonikerade mjölken visar att storleken på kaseinmicellerna är oförändrad. En liten ökning av lösligt vassleprotein och en motsvarande minskning av viskositeten inträffade också inom de första minuterna av ultraljudsbehandling. Studien fastställdes att kasein miceller är stabila under ultraljudsbehandling och den lösliga kalciumkoncentrationen påverkas inte av ultraljudsbehandlingen. [Chandrapala et al. 2012]

Ultraljud sockerkristallisation för konfektyr

Kontrollerad ultraljudsbehandling gör det möjligt att initiera kristallsådd (skapande av kärnor) och att påverka kristalltillväxten. Under ultraljudsbestrålning bildas mindre och därmed fler kristaller. Ultraljud hjälper kristallisationsprocessen på två sätt: För det första är kraftultraljud ett mycket effektivt verktyg för att skapa en jämn lösning, vilket är utgångsämnet för kristallisation. I det andra steget stöder ultraljud bildandet av ett stort antal kärnor. Medan dålig kärnbildning skapar ett lägre antal stora kristaller, bildar effektiv kärnbildning en stor mängd små fina kristaller. I det akustiska fältet blir det till och med möjligt att initiera kärnbildningen av sockerarter som normalt är ovilliga att kristallisera (t.ex. D-fruktos, sorbitol).
Ultraljudsmodifieringen av kristallisation är intressant för formuleringen av godis, konfektyr, pålägg, glass, vispad grädde och choklad.

Ultraljud hydrering av ätliga oljor

Hydrering av vegetabiliska oljor är en viktig industriell storskalig process. Genom hydrogenering omvandlas flytande vegetabiliska oljor till fasta eller halvfasta fetter (t.ex. margarin). Kemiskt omvandlas de omättade fettsyrorna under Katalyserad fasöverföring reaktion av hydrogenering till deras motsvarande mättade fettsyror genom tillsats av väteatomer vid dubbelbindningarna. Denna katalytiska process kan påskyndas med ultraljud med hög effekt. En vanlig katalysator är nickel. Härdade fetter används i stor utsträckning som matfettsmedel i bageriprodukter. En fördel med mättade fetter är deras lägre tendens till oxidation och därmed en lägre risk för härskning.

Ultraljudsförvätskning av honung

Ultraljud erbjuder en effektiv icke-termisk metod, kristaller i honung för att göra jästen flytande och förstöra utan att påverka kvaliteten på honungen.
Klicka här för att läsa mer!

Ultraljudsstabilisering av juicer och smoothies

Som en icke-termisk livsmedelsprocessteknik ger ultraljud en mild men effektiv behandling som intensifierar smaker och stabiliserar och bevarar juicer, smoothies, såser och puréer. Resultaten av ultraljudsjuicebehandlingar inkluderar förbättrade smaker, stabilisering och konservering.
Här kan du läsa mer om ultraljudsförbättring av juicer & Smoothies!
Läs mer om ultraljudsbearbetning av tomater!
Lär dig hur ultraljudsbehandling bevarar stevia-sötad jordgubbsjuice samtidigt som näringsprofilen förbättras!

Ultraljudslagring av vin & sprit

Power ultraljud hjälper till vid ekning av vin och sprit på grund av dess effektiva extraktionskapacitet och avsevärt intensifierade massöverföring mellan trävävnad och den alkoholhaltiga drycken.
Klicka här för att lära dig mer om möjligheterna med ultraljudsbehandling av vin!
Jäsningsprocessen för vin, must, öl och sake kan också ökas avsevärt. Accelerationshastigheter på 50 % till 65 % har uppnåtts!
För att få mer information om ultraljudsassisterad jäsning, klicka här!

Ultraljudsaccelererad frysning av glass

För glassproduktion krävs en glassblandning. Denna glassblandning består av mjölk, mjölkpulver, grädde, smör eller vegetabiliskt fett, socker, torrmassa, emulgeringsmedel, stabiliseringsmedel samt tillsatser som frukt, nötter, smakämnen och färgämnen. Denna speciella blandning måste homogeniseras och pastöriseras, sedan rörs den långsamt under frysprocessen för att förhindra att stora iskristaller bildas. Därmed blandas mycket små luftbubblor i (så kallad luftningsprocess) för att skumma glassen och uppnå en slät texturerad kall dessert. Detta är processtegen, där ultraljud kan appliceras för att förbättra glasskvaliteten.
Under frysningsprocessen bildas kristaller av underkylt vatten. Iskristallernas morfologi spelar en viktig roll när det gäller de texturella och fysikaliska egenskaperna hos frysta och halvfrysta livsmedel. Eftersom storlek och fördelning av iskristallerna är av särskild betydelse för kvaliteten på tinade mjukpappersprodukter, är mindre iskristaller för glass att föredra eftersom stora kristaller ger en isig konsistens. Kärnbildning är den viktigaste faktorn för att kontrollera kristallstorleksfördelningen under kristallisation. Därmed är fryshastigheten vanligtvis den parameter som används för att styra storlek och storleksfördelning av iskristallerna i glass. Under vispning och frysning injiceras luft för att uppnå glassens släta konsistens. Den så kallade "over-run", den mängd luft som sprutas in, står i proportion till – specifikt till det specifika receptet – i proportion till den kombinerade volymen av fasta ämnen och vatten. Så överskridandet varierar på grund av de olika glassformuleringarna och bearbetningsströmmarna. Standardglass visar ett överskridande på 100 %, vilket innebär att slutprodukten består av en lika stor volym glassblandning och luftbubblor.
Användningen av Hielscher högeffekts ultraljudshomogenisatorer ger en bättre kvalitet på glassen genom att minska iskristallens storlek och undvika skorpbildning av en frysande yta. En bättre konsistens och en mer krämig munkänsla uppnås på grund av den minskade storleken på glasskristallerna och den förbättrade fördelningen av luftbubblor. Betydligt kortare frystider leder till en högre processkapacitet och en mer energieffektiv produktionsprocess.

Ultraljudsluftning av smeten

Luftade livsmedelsprodukter som sockerkaka kan förbättras avsevärt genom ultraljudsbehandling. Tillämpningen av kraftultraljud under blandningsstadiet förbättrar kvaliteten på sockerkakan när det gäller lägre hårdhet och högre kakfjädring, sammanhållning och motståndskraft. För testerna har alla ingredienser blandats ihop enligt "all-in"-metoden, vilket innebär att helmjöl med låg proteinhalt, emulgeringsmedel, majsstärkelse, socker, bakpulver, salt och färska hela ägg har tillsatts samtidigt för att formulera smeten. Innan ultraljudsbehandling har ingredienserna rörts om jämnt ihop så att ultraljud appliceras på en jämn smetblandning. Den ultraljudsluftade kakan visade en lägre hårdhet, lägre gummiighet och lägre tuggighet, medan kakans spänstighet, kohesivitet och spänst var något högre än för kontrollkakan.

Ultraljudskristallisation och conching av choklad

Ultraljudsbehandling är välkänt för sin utvinningskapacitet. Från kakaobönan kan kakaosmör frigöras från cellerna genom ultraljudsmalning och extraktion.
Ultraljud är en alternativ teknik för att bryta sönder sockerkristallerna i choklad och ger därmed liknande effekter som conching.

Ultraljudsmörning av kött

Appliceringen av kraftfulla ultraljudsvågor på kött resulterar i mörning av köttstrukturen. En betydande mörning uppnås genom frisättning av myofibrillära proteiner från muskelcellerna. Förutom mörningseffekten förbättrar ultraljud också den vattenbindande förmågan och sammanhållningen hos köttet.
Hitta mer information om köttmörning med power ultrasound och sonicator MeatBuzzer här!

Ultraljudsbehandling i kök och barer

Matberedare med ultraljud har också hittat sin väg till gourmetköket. Hielscher ultraljud används av premium kock som av de två Michelin-stjärniga kocken Sang-Hoon Degeimbre.
Klicka här om du är intresserad av receptet på hans berömda ultraljudsräkfond!
För recept på ultraljudscocktails, klicka här!

Ultraljudsbehandling för kosher och halal livsmedelsförädling

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

Om du behöver en kosher- eller halal-certifierad Hielscher sonicator, vänligen kontakta oss och vi ordnar gärna den nödvändiga certifieringen.