การผลิตไอศกรีมที่ปรับปรุงด้วยอัลตราซาวนด์

การใช้อัลตราซาวนด์กำลังสูงมีผลดีหลายประการต่อการผลิตไอศกรีมคุณภาพสูง ข้อดีหลักของการใช้อัลตราซาวนด์ ได้แก่ การลดขนาดผลึกและการเร่งการแช่แข็งไอศกรีม ดังนั้น การใช้อัลตราซาวนด์จึงช่วยปรับปรุงคุณภาพและความรู้สึกที่ผู้บริโภคได้รับ พร้อมทั้งลดต้นทุนการผลิตไปพร้อมกัน

ผลของอัลตราซาวนด์ต่อการผลิตไอศกรีม

การผลิตไอศกรีมต้องอาศัยกระบวนการที่ซับซ้อนเพื่อให้ได้ผลิตภัณฑ์อาหารหวานคุณภาพสูงที่ตอบสนองความต้องการของลูกค้า ขั้นตอนการแปรรูปที่ละเอียดซับซ้อนนี้มีสาเหตุหลักจากการที่ไอศกรีมเป็นหนึ่งในอาหารที่มีความซับซ้อนมากที่สุด โดยไอศกรีมเป็นทั้งโฟมและอิมัลชัน ประกอบด้วยผลึกน้ำแข็งและส่วนผสมของเหลวที่ไม่แข็งตัว การใช้อัลตราซาวนด์กำลังสูงระหว่างการผลิตไอศกรีมสามารถส่งเสริมการเกิดนิวเคลียสของผลึกน้ำแข็ง เพื่อเร่งกระบวนการถ่ายเทความร้อนและมวลที่เกิดขึ้นควบคู่กับกระบวนการแช่แข็ง ดังนั้น การใช้อัลตราซาวนด์จึงลดขนาดผลึกและลดระยะเวลาการแช่แข็งในการผลิตไอศกรีม งานวิจัยของ Mortazavi และ Tabatabaie แสดงให้เห็นว่า การใช้อัลตราซาวนด์เป็นเวลา 20 min สามารถลดระยะเวลาการแช่แข็งในกระบวนการผลิตไอศกรีมได้ประมาณ 30%

การผลิตไอศกรีมและประโยชน์ของอัลตราซาวนด์

การผลิตไอศกรีมต้องใช้ส่วนผสมไอศกรีม ซึ่งประกอบด้วยนม นมผง ครีม เนยหรือไขมันพืช น้ำตาล ของแห้ง สารทำอิมัลชัน สารเพิ่มความคงตัว รวมถึงส่วนผสมเพิ่มเติม เช่น ผลไม้ ถั่ว สารแต่งกลิ่นรส และสารแต่งสี ส่วนผสมเฉพาะนี้ต้องผ่านการทำให้เป็นเนื้อเดียวกันและการพาสเจอไรซ์ จากนั้นจึงกวนอย่างช้า ๆ ระหว่างกระบวนการแช่แข็งเพื่อป้องกันการเกิดผลึกน้ำแข็งขนาดใหญ่ ในขั้นตอนนี้จะผสมฟองอากาศขนาดเล็กมากเข้าไปด้วย ซึ่งเรียกว่ากระบวนการเติมอากาศ เพื่อทำให้ไอศกรีมขึ้นฟูและได้ของหวานเย็นที่มีเนื้อสัมผัสเรียบเนียน การใช้อัลตราซาวนด์ส่งเสริมการกระจายตัวอย่างสม่ำเสมอของส่วนประกอบทั้งหมดในส่วนผสมไอศกรีม และมีส่วนช่วยในการพาสเจอไรซ์ไปพร้อมกัน อ่านเพิ่มเติมเกี่ยวกับการพาสเจอไรซ์อาหารเหลวด้วยอัลตราซาวนด์ได้ที่นี่!
จากนั้นจะใช้อัลตราซาวนด์ในขั้นตอนการแช่แข็งระหว่างการผลิตไอศกรีม อัลตราซาวนด์ส่งเสริมการเกิดนิวเคลียสและการเติบโตของผลึกน้ำแข็ง ทำให้กระบวนการแช่แข็งเร็วขึ้นอย่างมาก ในขณะเดียวกัน การใช้อัลตราซาวนด์จะลดขนาดผลึกน้ำแข็ง ทำให้ได้ผลึกน้ำแข็งขนาดเล็กอย่างสม่ำเสมอ ซึ่งทำให้ไอศกรีมมีเนื้อสัมผัสเรียบเนียนและให้ความรู้สึกที่น่าพึงพอใจในปาก – ทั้งสองประการเป็นคุณลักษณะด้านคุณภาพที่ผู้บริโภคให้คุณค่าอย่างสูง

ขั้นตอนการผลิตไอศกรีม

การผลิตไอศกรีมมีห้าขั้นตอน:

1. การเตรียมส่วนผสมไอศกรีม
2. การทำให้เป็นเนื้อเดียวกัน การพาสเจอไรซ์ และการบ่มส่วนผสมไอศกรีม
3. การแช่แข็งและการเติมอากาศ
4. การขึ้นรูปและการขึ้นรูปด้วยแม่พิมพ์
5. การทำให้แข็งและการบรรจุ

ขั้นตอนการผลิตไอศกรีม
ที่มา: คู่มือการแปรรูปผลิตภัณฑ์นม จัดพิมพ์โดย Tetra Pak Processing Systems AB เมืองลุนด์ ประเทศสวีเดน หน้า 387

การแช่แข็งไอศกรีมที่ส่งเสริมด้วยอัลตราซาวนด์

ระหว่างกระบวนการแช่แข็ง ผลึกจะเกิดขึ้นจากน้ำที่อยู่ในภาวะเย็นยิ่งยวด สัณฐานวิทยาของผลึกน้ำแข็งมีบทบาทสำคัญต่อคุณสมบัติด้านเนื้อสัมผัสและคุณสมบัติทางกายภาพของอาหารแช่แข็งและอาหารกึ่งแช่แข็ง เนื่องจากขนาดและการกระจายตัวของผลึกน้ำแข็งมีความสำคัญเป็นพิเศษต่อคุณภาพของผลิตภัณฑ์ที่มีโครงสร้างเนื้อเยื่อหลังการละลายน้ำแข็ง สำหรับไอศกรีมจึงต้องการผลึกน้ำแข็งที่มีขนาดเล็กกว่า เพราะผลึกขนาดใหญ่ทำให้เกิดเนื้อสัมผัสที่เป็นเกล็ดน้ำแข็ง การเกิดนิวเคลียสเป็นปัจจัยสำคัญที่สุดในการควบคุมการกระจายขนาดผลึกระหว่างการตกผลึก ดังนั้น อัตราการแช่แข็งจึงมักเป็นพารามิเตอร์ที่ใช้ควบคุมขนาดและการกระจายขนาดของผลึกน้ำแข็งในไอศกรีม ระหว่างการตีและการแช่แข็งจะฉีดอากาศเข้าไปเพื่อให้ไอศกรีมมีเนื้อสัมผัสเรียบเนียน สิ่งที่เรียกว่า “โอเวอร์รัน” ซึ่งหมายถึงปริมาณอากาศที่ฉีดเข้าไป จะกำหนดตามสัดส่วนของปริมาตรรวมของของแข็งและน้ำ – โดยกำหนดให้เหมาะกับแต่ละสูตรโดยเฉพาะ ดังนั้น โอเวอร์รันจึงแตกต่างกันตามสูตรไอศกรีมและกระแสการแปรรูปที่แตกต่างกัน ไอศกรีมมาตรฐานมีโอเวอร์รัน 100% ซึ่งหมายความว่าผลิตภัณฑ์สุดท้ายประกอบด้วยส่วนผสมไอศกรีมและฟองอากาศในปริมาตรที่เท่ากัน
การใช้เครื่องแปรรูปด้วยอัลตราซาวนด์สมรรถนะสูงของ Hielscher ทำให้ไอศกรีมมีคุณภาพดีขึ้น โดยส่งเสริมการตกผลึก ลดขนาดผลึกน้ำแข็ง และป้องกันการเกิดคราบสะสมบนพื้นผิวที่ใช้แช่แข็ง ขนาดผลึกน้ำแข็งในไอศกรีมที่ลดลงและการกระจายตัวของฟองอากาศที่ดีขึ้นทำให้ได้เนื้อสัมผัสที่ดีขึ้นและความรู้สึกในปากที่มีความเป็นครีมมากขึ้น การแช่แข็งที่เร็วขึ้นอย่างมาก โดยมีระยะเวลาการแช่แข็งลดลงประมาณ 30% ทำให้มีกำลังการแปรรูปสูงขึ้นและกระบวนการผลิตมีประสิทธิภาพด้านพลังงานมากขึ้น

พิสูจน์ทางวิทยาศาสตร์แล้ว: คุณภาพไอศกรีมดีขึ้นด้วยการใช้อัลตราซาวนด์

Aslan และ Dogan (2021) ศึกษาผลของการใช้อัลตราซาวนด์ต่อการผลิตไอศกรีม โดยใช้เครื่องอัลตราซาวนด์ชนิดโพรบ UP400St ของ Hielscher (ดูภาพด้านซ้าย) ผลการวิจัยแสดงให้เห็นว่าอัลตราซาวนด์ส่งเสริมการลดขนาดอนุภาคเนื่องจากการเกิดคาวิเทชัน เห็นได้ชัดว่าการใช้อัลตราซาวนด์ช่วยปรับปรุงคุณภาพของไอศกรีมและผลิตภัณฑ์อาหารแช่แข็ง เนื่องจากทำให้ผลึกน้ำแข็งมีขนาดเล็กลง เนื่องจากผลึกน้ำแข็งทำให้ไอศกรีมมีความรู้สึกในปากที่เป็นเอกลักษณ์ การทำให้ได้ผลึกที่เล็กที่สุดในกระบวนการแช่แข็งจึงมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการป้องกันโครงสร้างที่เป็นเม็ดสาก และทำให้ไอศกรีมมีความเรียบเนียนและความนุ่มตามต้องการ การศึกษานี้ยังสรุปว่า การทำให้เป็นเนื้อเดียวกันด้วยอัลตราซาวนด์ทำให้ได้อิมัลชันที่กระจายตัวได้ดี การทดสอบคุณลักษณะทางประสาทสัมผัสและกลิ่นรสของอาหารโดยคณะผู้บริโภคแสดงให้เห็นว่า การทำให้ไอศกรีมเป็นเนื้อเดียวกันด้วยอัลตราซาวนด์ช่วยตอบสนองความชอบของผู้บริโภค ด้วยผลึกน้ำแข็งที่เล็กลงและความรู้สึกที่น่าพึงพอใจในปากของไอศกรีมที่สัมพันธ์กัน
(เทียบกับ Aslan และ Dogan, 2021)

เครื่องแปรรูปอาหารด้วยอัลตราซาวนด์สมรรถนะสูงสำหรับการผลิตไอศกรีม

Hielscher Ultrasonics มีประสบการณ์ยาวนานในการประยุกต์ใช้อัลตราซาวนด์กำลังสูงในอุตสาหกรรมอาหารและเครื่องดื่ม รวมถึงอุตสาหกรรมอื่น ๆ อีกหลายสาขา เครื่องแปรรูปด้วยอัลตราซาวนด์ของเราติดตั้งโซโนโทรดและเซลล์การไหล ซึ่งเป็นส่วนที่สัมผัสของเหลว และทำความสะอาดได้ง่าย (การทำความสะอาดในตำแหน่งติดตั้ง CIP / การทำให้ปราศจากเชื้อในตำแหน่งติดตั้ง SIP)
เครื่องอัลตราซาวนด์ระดับอุตสาหกรรมของ Hielscher Ultrasonics สามารถให้แอมพลิจูดสูงมากในการทำงานต่อเนื่อง 24/7 การควบคุมแอมพลิจูดอย่างแม่นยำตั้งแต่ระดับความเข้มต่ำถึงสูงมีความสำคัญต่อการปรับกระบวนการใช้อัลตราซาวนด์อย่างละเอียด เพื่อให้ได้คุณลักษณะผลิตภัณฑ์ตามเป้าหมายของสูตรไอศกรีม
ด้วยเครื่องแปรรูปอาหารด้วยอัลตราซาวนด์ที่มีให้เลือกทุกขนาด Hielscher นำเสนอระบบที่เชื่อถือได้สำหรับการแปรรูปผลิตภัณฑ์อาหารและเครื่องดื่ม รวมถึงไอศกรีม ทั้งแบบเป็นรุ่นและแบบต่อเนื่อง สำหรับร้านเจลาโตขนาดเล็กที่ผลิตแบบงานฝีมือ เครื่องอัลตราซาวนด์รุ่น UP400ST (400 วัตต์) หรือ UIP1000hdT (1000 วัตต์) ให้กำลังการแปรรูปที่เพียงพอ ส่วนโรงงานผลิตไอศกรีมระดับอุตสาหกรรมจะติดตั้งเครื่องอัลตราซาวนด์ที่มีปริมาณการแปรรูปต่อหน่วยเวลาสูง รุ่น UIP6000hdT (6000 วัตต์) หรือ UIP16000hdT (16,000 วัตต์)
ตารางด้านล่างแสดงกำลังการแปรรูปโดยประมาณของเครื่องอัลตราซาวนด์ของเรา:

วรรณกรรม / เอกสารอ้างอิง

• Mortazavi, A. and Tabatabaie, F. (2008): Study of Ice Cream Freezing Process after Treatment with Ultrasound. World Appl. Sci. J 4, 188-190.
• Aslan Türker, Duygu; Dogan, Mahmut (2021): Effects of ultrasound homogenization on the structural and sensorial attributes of ice cream: optimization with Taguchi and data envelopment analysis. Journal of Food Measurement and Characterization 15, 2021, 1-11.
• Vildan Akdeniz, A. Sibel Akalın (2019): New approach for yoghurt and ice cream production: High-intensity ultrasound. Trends in Food Science & Technology, Volume 86, 2019. 392-398.
• Petzold, G. and Aguilera, J. M. (2009): Ice Morphology: Fundamentals and Technological Applications in Foods. Food Biophysics Vol.4, No. 4, 378-396.
• Dairy Processing Handbook. Published by Tetra Pak Processing Systems AB, S-221 86 Lund, Sweden. p.387.