Ультразвук у харчовій промисловості

Застосування потужного ультразвуку використовується для численних застосувань у харчовій промисловості, включаючи екстракцію, гомогенізацію, пастеризацію та ферментацію. Як нетермічна обробка, ультразвукова обробка покращує процеси виробництва харчових продуктів за рахунок вищої врожайності, вищої якості, покращених профілів поживних речовин та смаку, а також економії часу та коштів у процесі обробки.

Ультразвукові застосування у харчовій промисловості

Потужний ультразвук має широкий спектр застосувань у харчовій промисловості, включаючи екстракцію, змішування, емульгацію, пастеризацію, дегазацію та пом’якшення м’яса. Окрім цих основних застосувань, потужний ультразвук також використовується для покращення заморожування, розморожування та сушіння харчових продуктів.
Основні переваги високоінтенсивного ультразвуку пов’язані з покращенням різних операцій харчової промисловості, таких як скорочення часу обробки, збільшення виходу продукції, покращення якості продукту та забезпечення більш економного обробки з економії часу та коштів.

У наступному абзаці ви можете знайти основні застосування високоінтенсивного ультразвуку у харчовій промисловості:

• Екстракція: Ультразвук можна використовувати для екстракції біоактивних сполук із рослинної сировини, таких як антиоксиданти, пігменти та ефірні олії. Цей процес відомий як екстракція, що супроводжується ультразвуковою обробкою, і може використовуватися для отримання високоякісних екстрактів за коротший час та з меншою витратою розчинника, ніж традиційні методи.
  Дізнайтеся більше про переваги ультразвукової ботанічної екстракції!
• Гомогенізація та емульгація: Ультразвукова гомогенізація може використовуватися для виробництва стабільних емульсій та суспензій, таких як заправки для салатів, майонез, креми та молочні продукти. Процес передбачає використання високочастотних звукових хвиль для руйнування жирових крапель у рідині, що призводить до гладкої та однорідної текстури.
  Дізнайтеся більше про ультразвукову обробку для харчових емульсій!
  Знайдіть покрокову інструкцію та відео для ультразвукової емульгації майонезу тут!
• Збереження: Високоінтенсивний ультразвук можна використовувати для інактивації мікроорганізмів, таких як бактерії та дріжджі, у харчових продуктах. Цей процес, відомий як пастеризація, що супроводжується ультразвуковою обробкою, може продовжити термін придатності харчових продуктів та зменшити ризик харчових отруєнь. Як нетермічна техніка обробки, ультразвукова обробка уникає використання дуже високих температур, тим самим запобігаючи пов’язаній деградації термочутливих поживних речовин.
  Дізнайтеся більше про збільшення терміну придатності та збереження поживних речовин за допомогою ультразвукової обробки!

• Дегазація: При застосуванні ультразвуку до рідини, газові бульбашки, захоплені в рідинах, приводяться в рух. Як наслідок, ці повітряні та газові бульбашки зближуються та зливаються. Це означає, що вони зростають до більшого розміру бульбашки, що дозволяє їм спливати на верхівку рідини, де їх можна легко видалити.
• Розчинення: Завдяки своїм видатним можливостям змішування та комбінування, ультразвук є високоефективним для виробництва високонасичених та навіть пересичених розчинів. Це використовується в процесах кристалізації, а також у виробництві розсолів.
• Ферментація: Оскільки ультразвукові хвилі пробивають та руйнують клітинні стінки мікроорганізмів, вони стають більш сприйнятливими до процесу ферментації. Водночас ультразвук прискорює транспорт поживних речовин та кисню до мікроорганізмів, тим самим підвищуючи їхню метаболічну активність. Загалом, ультразвукова обробка збільшує швидкість ферментації, скорочує час ферментації та покращує вихід бажаного кінцевого продукту. Ця технологія особливо корисна для виробництва харчових та напоїв, таких як молочні продукти, йогурт, пиво, комбуча та вино.
• Зниження в’язкості перед розпилювальним сушінням: Ультразвукові зсувні сили можуть значно знизити в’язкість у псевдопластичних і тиксотропних суспензіях. Застосування ультразвукового розрідження перед розпиленням і сушінням розпиленням дозволяє значно збільшити пропускну здатність розпилювального обладнання. Башти сушарок розпиленням часто є вузьким місцем виробничої лінії. Завдяки ультразвуку можна збільшити потужність існуючих сушарок розпиленням.

• Заморожування: Ультразвукове заморожування можна використовувати для зменшення утворення кристалів льоду в харчових продуктах під час процесу заморожування. Процес передбачає піддавання продукту харчової промисловості дії високочастотних звукових хвиль під час заморожування. Ультразвукові хвилі створюють вібрації, які перешкоджають утворенню великих кристалів льоду, що призводить до отримання продукту з більш гладкою текстурою та кращою якістю.
• Розморожування: Ультразвукове розморожування можна використовувати для скорочення часу розморожування заморожених харчових продуктів. Процес передбачає піддавання замороженого продукту дії ультразвукових хвиль, які генерують тепло та прискорюють процес розморожування. Оскільки ультразвук сприяє дуже рівномірному розподілу енергії, ультразвукове розморожування може бути особливо корисним для продуктів, які важко розморозити рівномірно, таких як м’ясо, морепродукти, фрукти та овочі.
  Під час заморожування, розморожування та сушіння потужний ультразвук забезпечує значне покращення процесів масо- та енергопереносу, що прискорює ці процеси та робить їх більш економічними.
• Виявлення витоків у пляшках: Ультразвук є дуже ефективним способом виявлення витоків і тріщин у пляшках і банках з газованими напоями, такими як сода, пиво, ігристі вина тощо. Ультразвук також застосовується для дегазації газованих напоїв, наприклад, пива перед розливом у пляшки, процесу, відомого як дефобінг.
• Посол / маринування: Посол є поширеним процесом у консервації та виробництві харчових продуктів, особливо для м’яса, риби, сиру та овочів. Ультразвукова обробка скорочує час посолу та дозволяє використовувати зменшені кількості хлориду натрію порівняно з традиційно соленими продуктами та маринадами.
• Гідратація / регідратація: Потужний ультразвук є простим, але надзвичайно ефективним методом гідратації або регідратації харчових продуктів, таких як сушені бобові (наприклад, квасоля, нут) або сушені гриби. Оскільки ультразвук відкриває клітинні пори в продуктах харчування, вода може швидко проникати всередину. Це призводить до прискореного набухання бобових і, як наслідок, до скорочення часу приготування.
• Декристалізація меду: Як нетермічна обробка, ультразвук ефективно використовується для запобігання утворенню великих кристалів цукру в меді. Крім того, вже утворені великі кристали в меді можна декристалізувати за допомогою ультразвукової обробки. Як високоефективна техніка розчинення, зондові ультразвукові процесори розчиняють кристали цукру, забезпечуючи однорідно гладкий мед. Додатково ультразвук покращує мікробіологічну якість меду, оскільки небажані мікроорганізми інактивуються внаслідок ефекту ультразвукового руйнування клітин.
• Смаження: Ультразвукове смаження можна використовувати для зменшення поглинання олії у смажених харчових продуктах. Процес передбачає занурення м’яса або овочів у гарячу олію під час піддавання їх дії високочастотних звукових хвиль. Ультразвукові хвилі створюють маленькі бульбашки на поверхні продукту, які зменшують площу контакту між овочем / м’ясом та олією, що призводить до меншого поглинання олії та більш здорового кінцевого продукту. Ультразвукове смаження дозволяє готувати їжу при нижчих температурах, створюючи кращі смакові профілі та зберігаючи поживні речовини.
  Дізнайтеся, як ультразвукове смаження допомагає отримати більш здорову, ароматну та хрустку картоплю фрі та чіпси!

Високопродуктивні ультразвукові процесори для харчової промисловості

Промислові ультразвукові процесори Hielscher Ultrasonics є високоефективними ультразвуковими обробниками, які точно контролюються та забезпечують відтворювані результати і безперервну якість продукту. Здатні генерувати дуже високі амплітуди, ультразвукові процесори Hielscher можуть використовуватися для надзвичайно складних застосувань.
Клієнтів задовольняє виняткова надійність та стабільність систем Hielscher Ultrasonics. Ультразвукові обробники Hielscher надійно працюють у сферах важких умов експлуатації, вимогливих середовищах та режимі 24/7, забезпечуючи ефективну та економічну переробку харчових продуктів. Інтенсифікація процесу за допомогою ультразвуку скорочує час обробки та досягає кращих результатів, тобто вищої якості, вищих виходів, нових продуктів.
Завдяки послідовному застосуванню спеціальних матеріалів, таких як титан, нержавіюча сталь, кераміка або скло різних марок, гарантується сумісність технології з процесом.
Ультразвукові процесори є зручними для оператора та комфортними в експлуатації машинами з низьким рівнем обслуговування та відносно невисокою вартістю.

Наведена нижче таблиця дає уявлення про приблизну продуктивність обробки наших ультразвукових обробників:

Дизайн, виробництво та консалтинг – якість, зроблена в Німеччині

Ультразвукові обробники Hielscher відомі своєю найвищою якістю та стандартами дизайну. Надійність та простота експлуатації дозволяють легко інтегрувати наші ультразвукові обробники в промислові об’єкти. Суворі умови та вимогливі середовища легко витримуються ультразвуковими обробниками Hielscher.

Hielscher Ultrasonics є компанією, сертифікованою за ISO, і приділяє особливу увагу високоефективним ультразвуковим обробникам, що мають передові технології та зручність у використанні. Звичайно, ультразвукові обробники Hielscher відповідають вимогам CE та задовольняють вимоги UL, CSA та RoHs.

Факти, які варто знати

Як працює ультразвук у харчовій промисловості?

Ультразвукова обробка харчових продуктів є добре встановленою технологією, що використовується для таких застосувань, як змішування та гомогенізація, емульгування, екстракція, розчинення, дегазація та деаерація, пом’якшення м’яса, кристалізація, а також функціоналізація та модифікація напівфабрикатів і кінцевих харчових продуктів. Встановлені протягом десятиліть на заводах з виробництва харчових продуктів, ультразвукові харчові процесори Hielscher є складними та розробленими для задоволення галузевих вимог. Ультразвукові процесори застосовують фізичні сили, створені хвилями потужного ультразвуку, що призводить до генерації кавітації.

Які напої зазвичай готують за допомогою ультразвукової обробки?

Ультразвукова обробка зазвичай використовується для приготування або обробки напоїв, таких як холодний заварений кофе, чай (включаючи йерба мате), фруктові та овочеві соки, ботанічні настої, функціональні напої (трав’яні екстракти), рослинне молоко, ферментовані напої (для інтенсифікації процесу) та концентрати напоїв для виробництва RTD.
Дізнайтеся більше про виробництво наступних напоїв:

• Кава / Зелена кава
• Чайні настої
• Йерба мате
• Соки
• Смузі
• Комбуча
• Рослинне молоко

Що таке акустична кавітація?

Акустична кавітація, також відома як ультразвукова кавітація, – це зростання та колапс крихітних вакуумних бульбашок в ультразвуковому полі, що генерується в рідинах або суспензіях. Бульбашки кавітації зростають під час чергування циклів високого тиску / низького тиску, які є фазами стиснення та розрідження відповідно. Після того, як бульбашка зростала протягом кількох чергувань циклів тиску, вакуумна бульбашка досягає точки, де вона не може поглинати більше енергії, так що бульбашка імплосує (різко руйнується) під час циклу високого тиску. Під час колапсу бульбашки локально виникають екстремальні умови, включаючи екстремальні температури до 5 000K з дуже високими швидкостями нагрівання та охолодження, тиски до 2000atm та відповідні перепади тиску, а також рідинні струмені зі швидкістю до 280m/s. У цих кавітаційних “гарячих точках” локальні екстремальні сили створюють фізичні умови, які призводять до змішування, екстракції та посилення масопереносу.

Акустична кавітація, що генерується високим інтенсивним низькочастотним ультразвуком, створює інтенсивні зсувні сили та локально виникаючі високі перепади тиску та температури, які забезпечують необхідний вплив для інтенсивного змішування та масопереносу. Ці ультразвукові зсувні сили успішно застосовуються для переробки харчових продуктів.

Література/Посилання

• Li, Fei (2012): Development of Nano-material for Food Packaging. PhD Dissertation at Università degli Studi di Milano.
• Kentish, Sandra; Ashokkumar, Meiyazhagan (2011): The Use of Power Ultrasound to enhance Food Processing Technologies.
• Liu, C.F.; Zhou, W.B. (2008): Stimulating Bio-yogurt Fermentation by High Intensity Ultrasound Processing. Food Science Technology 2008.
• Misra, N.N.; Deora, Navneet Singh; Tiwari, Brijesh, Cullen, Patrick J. (2013): Ultrasound for Improved Crystallisation in Food Processing. Food Engineering Reviews 5(1), 2013. 36-44.
• Shalmashi, Anvar (2009): Ultrasound-Assisted Extraction of Oil from Tea Seeds. Journal of Food Lipids 16, 2009. 465–474.
• Uppala, Shivani; Kaur, Khushwinder; Kumar, Rajendra; Kaur Kahlon, Nakshdeep; Singh, Rachna; Mehta, S.K. (2017): Encompassment of Benzyl Isothiocyanate in cyclodextrin using ultrasonication methodology to enhance its stability for biological applications. Ultrasonics Sonochemistry 39, 2017. 25-33.
• Wu, J.; Gamage, T.V; Vilkhu, K.S:; Simons, L.K.; Mawson, R. (2007): Effect of thermosonication on quality improvement of tomato juice. Innovative Food Science and Emerging Technologies 9, 2008. 186–195.