อัลตราซาวนด์กำลังสูงเพื่อปรับปรุงน้ำผลไม้ น้ำผัก และสมูทตี

นักวิจัยจากมหาวิทยาลัยเทคนิคเบอร์ลินพบว่า การใช้คลื่นอัลตราซาวนด์เป็นวิธีแปรรูปที่มีประสิทธิภาพสูงมากในการปรับปรุงน้ำผลไม้ น้ำผัก และสมูทตี เนื่องจากเป็นเทคนิคการแปรรูปอาหารแบบไม่ใช้ความร้อน อัลตราซาวนด์จึงให้การแปรรูปที่อ่อนโยนแต่มีประสิทธิภาพ ช่วยเพิ่มความเข้มข้นของรสชาติ ทำให้น้ำผลไม้ น้ำผัก และอาหารบดละเอียดมีความคงตัว และช่วยถนอมผลิตภัณฑ์เหล่านี้ ผลของการแปรรูปน้ำผลไม้และน้ำผักด้วยอัลตราซาวนด์ ได้แก่ รสชาติที่ดีขึ้น การเพิ่มความคงตัว และการถนอมผลิตภัณฑ์

การประยุกต์ใช้อัลตราซาวนด์ในกระบวนการผลิตอาหารเป็นสาขาที่ผู้ผลิตอาหารให้ความสนใจเพิ่มขึ้น อัลตราซาวนด์ความเข้มต่ำ (ความเข้ม < 1 W/cm²) สามารถใช้ในการทดสอบแบบไม่ทำลายและการสร้างภาพได้ ส่วนอัลตราซาวนด์กำลังสูง (ความเข้ม > 5 W/cm²) ทำให้วัสดุเกิดการเปลี่ยนแปลง และสามารถใช้ปรับปรุงกระบวนการหลากหลายประเภทในอุตสาหกรรมอาหารได้ คลื่นอัลตราซาวนด์เป็นคลื่นอัดที่มีปฏิสัมพันธ์เชิงกลกับผลิตภัณฑ์ขณะได้รับคลื่นอัลตราซาวนด์ การอัดตัวและการขยายตัวสลับกันเป็นวัฏจักรสามารถส่งผลต่อโครงสร้างเซลล์ได้ เมื่อมีแอมพลิจูดความดันสูง อัลตราซาวนด์กำลังสูงจะทำให้เกิดคาวิเทชัน ซึ่งเป็นการเติบโตและการยุบตัวอย่างรุนแรงของฟองก๊าซ โดยมีความดันและอุณหภูมิพุ่งสูงร่วมด้วย และทำให้ระบบกระจายตัวเป็นเนื้อเดียวกันและมีความคงตัว Hielscher Ultrasonics และนักวิจัยจากภาควิชาเทคโนโลยีชีวภาพทางอาหารและวิศวกรรมกระบวนการอาหาร มหาวิทยาลัยเทคนิคเบอร์ลิน ได้ศึกษาผลเชิงบวกของอัลตราซาวนด์ในการปรับปรุงคุณภาพ ความคงตัว และรสชาติของสมูทตี ซึ่งเป็นเครื่องดื่มปั่นผสมและแช่เย็นที่ทำจากน้ำผลไม้ น้ำผัก และอาหารบดละเอียดจากผลไม้และผัก

แม้จะไม่มีสิทธิทางกฎหมายที่จำกัดส่วนผสมของสมูทตีให้เป็นผลิตภัณฑ์จากผลไม้และผักล้วนเท่านั้น แต่ผู้ผลิตก็ตั้งใจนำสมูทตีเข้าสู่ตลาดในฐานะผลิตภัณฑ์ที่ดีต่อสุขภาพและมีคุณค่า ดังนั้น จึงมุ่งผลิตโดยไม่เติมสารทำให้คงตัว สารเสริมรสชาติ หรือสารให้สี อย่างไรก็ตาม น้ำผลไม้ น้ำผัก และอาหารบดละเอียดมักมีเนื้อผลไม้หรือเนื้อผักอยู่ในปริมาณสูง จึงมีแนวโน้มที่จะแยกเฟส ทำให้ผลิตภัณฑ์มีลักษณะที่น่าดึงดูดน้อยลง ด้วยเหตุนี้ สมูทตีส่วนใหญ่ที่มีจำหน่ายในปัจจุบันจึงมีกล้วยเป็นส่วนผสมหลัก ซึ่งช่วยลดการแยกเฟสเนื่องจากทำให้ความหนืดเพิ่มขึ้น

 
สามารถใช้อัลตราซาวนด์เพื่อทำให้อนุภาคเนื้อผลไม้หรือเนื้อผักแตกตัวและส่งผลต่อการกระจายขนาดอนุภาคได้ ขนาดอนุภาคที่เล็กลงทำให้ความเร็วในการตกตะกอนลดลง ส่งผลให้การตกตะกอนลดลงและความคงตัวระหว่างการเก็บรักษาดีขึ้น นอกจากนี้ การแตกตัวของอนุภาคดังกล่าวอาจทำให้มีการปลดปล่อยองค์ประกอบที่ให้รสชาติ สารสี และองค์ประกอบของเซลล์ เช่น น้ำตาลหรือสารประกอบให้กลิ่นที่ระเหยได้ ออกมาในน้ำผลไม้หรือน้ำผักมากขึ้น ผลที่ได้คือความเข้มของสี ความหวาน และการรับรู้กลิ่นที่ดีขึ้น อีกทั้งขนาดอนุภาคที่ลดลงยังส่งผลต่อความรู้สึกในปาก ทำให้รู้สึกถึงเนื้อสัมผัสที่นุ่มเนียนขึ้นโดยรวม
เพื่อให้มั่นใจว่าสมูทตีมีอายุการเก็บรักษาตามที่กำหนด ส่วนผสมจะต้องผ่านการพาสเจอไรซ์ อย่างไรก็ตาม การแปรรูปด้วยความร้อนส่งผลต่อคุณภาพผลิตภัณฑ์ สี และการรับรู้ความสดเสมอ ดังนั้น การลดอุณหภูมิในการแปรรูปจึงเป็นหนึ่งในประเด็นหลักที่อุตสาหกรรมอาหารให้ความสำคัญ อัลตราซาวนด์มีผลเสริมฤทธิ์ในการทำให้จุลินทรีย์และเอนไซม์หมดฤทธิ์เมื่อใช้ร่วมกับอุณหภูมิ ซึ่งเรียกว่าเทอร์โมโซนิเคชัน หรือร่วมกับความดันที่สูงขึ้น ซึ่งเรียกว่ามาโนโซนิเคชัน นอกจากนี้ ยังมีรายงานผลเชิงบวกจากการใช้พารามิเตอร์ทั้งสามร่วมกัน ซึ่งเรียกว่ามาโนเทอร์โมโซนิเคชัน มีข้อสันนิษฐานว่าเซลล์ที่ผ่านการแปรรูปด้วยอัลตราซาวนด์จะไวต่อปัจจัยความเครียดอื่น ๆ เช่น ความดันและความร้อนมากขึ้น อีกทั้งคลื่นอัลตราซาวนด์ยังสามารถทำลายชั้นขอบเขตและกระตุ้นให้เกิดการผสม ส่งผลให้การถ่ายเทความร้อนดีขึ้น ดังนั้น อีกประเด็นที่โครงการวิจัยให้ความสำคัญคือการลดอุณหภูมิพาสเจอไรซ์ด้วยการพัฒนากระบวนการถนอมอาหารที่ใช้อัลตราซาวนด์ช่วย โดยมุ่งหวังที่จะปรับปรุงคุณภาพผลิตภัณฑ์และลดต้นทุนพลังงาน พร้อมทั้งรักษาหรือเพิ่มความปลอดภัยของผลิตภัณฑ์และอายุการเก็บรักษา
ผลของอัลตราซาวนด์ที่ครอบคลุมหลายด้าน ซึ่งอาจช่วยปรับปรุงลักษณะการตกตะกอน รสชาติ ลักษณะปรากฏ ความรู้สึกในปาก ตลอดจนความคงตัวทางจุลชีววิทยาและทางเอนไซม์ของสมูทตีในฐานะผลิตภัณฑ์มูลค่าสูงได้พร้อมกัน อาจเป็นข้อได้เปรียบที่สำคัญสำหรับอุตสาหกรรมอาหารและการทำตลาดเครื่องดื่มจากผลไม้และผักสดในอนาคต นอกจากนี้ เมื่อความคงตัวของผลิตภัณฑ์ดีขึ้นด้วยการแปรรูปด้วยอัลตราซาวนด์ ก็อาจลดสัดส่วนของกล้วยหรือส่วนผสมอื่นที่มีความหนืดสูงลงได้ และเอื้อให้สร้างสรรค์สมูทตีชนิดใหม่ ๆ ได้
 
ผู้ติดต่อที่ TU Berlin:
K. Schoessler
katharina.schoessler(at)tu-berlin.de
โทรศัพท์:+49 (0)30-3147 1847
 

ซ้าย: น้ำส้มที่ไม่ผ่านการแปรรูป; ขวา: น้ำส้มที่ผ่านการแปรรูปด้วยอัลตราซาวนด์
การทำให้เป็นเนื้อเดียวกันด้วยอัลตราซาวนด์แรงเฉือนสูงทำให้ได้น้ำผลไม้หรือน้ำผักที่มีความคงตัวโดยไม่มีการตกตะกอน