Удосконалене за допомогою ультразвуку виробництво морозива

Застосування потужного ультразвуку має кілька сприятливих ефектів на виробництво морозива високої якості. Основні переваги ультразвукової обробки включають зменшення розміру кристалів та прискорення заморожування в морозиві. Таким чином, ультразвукова обробка покращує якість та споживчі відчуття, одночасно знижуючи виробничі витрати.

Вплив ультразвуку на виробництво морозива

Виробництво морозива передбачає складну обробку для отримання солодкого харчового продукту високої якості, який задовольняє вимоги споживачів. Розроблені етапи обробки зумовлені переважно тим, що морозиво є одним із найскладніших продуктів: морозиво є піною, а також емульсією. Воно містить кристали льоду та незмерзлу рідку суміш. Потужний ультразвук, застосований під час виробництва морозива, може сприяти нуклеації кристалів льоду для прискорення процесів тепло- та масоперенесення, що супроводжують процес заморожування. Таким чином, ультразвукова обробка зменшує розмір кристалів і скорочує час заморожування при виробництві морозива. Дослідження Мортазаві та Табатабаї показали, що час заморожування при переробці морозива можна зменшити приблизно на 30% за допомогою ультразвукової обробки протягом 20 хв.

Виробництво морозива та переваги ультразвуку

Для виробництва морозива потрібна суміш для морозива. Ця суміш складається з молока, сухого молока, вершків, масла або рослинних жирів, цукру, сухої речовини, емульгатора, стабілізатора, а також добавок, таких як фрукти, горіхи, ароматизатори та барвники. Цю спеціальну суміш необхідно гомогенізувати та пастеризувати, а потім повільно перемішувати під час процесу заморожування, щоб запобігти утворенню великих кристалів льоду. При цьому вводяться дуже дрібні бульбашки повітря (так званий процес аерування), щоб збити морозиво, досягаючи холодного десерту з однорідною текстурою. Ультразвукова обробка сприяє рівномірному розподілу всіх інгредієнтів суміші для морозива і водночас сприяє пастеризації. Дізнайтеся більше про ультразвукову пастеризацію рідких харчових продуктів тут!
Наступним етапом ультразвукова обробка застосовується під час стадії заморожування при виробництві морозива. Ультразвукова обробка сприяє нуклеації та росту кристалів льоду, так що процес заморожування суттєво прискорюється. Водночас ультразвукова обробка зменшує розмір кристалів льоду, так що отримуються однорідно дрібні кристали льоду. Це надає морозиву гладку текстуру та приємне відчуття в роті – обидва атрибути якості, які високо цінуються споживачами.

Етапи виробництва морозива

Виробництво морозива має п’ять етапів:

1. підготовка суміші для морозива
2. гомогенізація, пастеризація, дозрівання суміші для морозива
3. заморожування та аерування
4. формування та molded
5. загартування та пакування

Етапи виробництва морозива.
Джерело: Dairy Processing Handbook. Published by Tetra Pak Processing Systems AB, Lund, Sweden. p.387.

Заморожування морозива, прискорене ультразвуком

Під час процесу заморожування кристали утворюються з переохолодженої води. Морфологія кристалів льоду відіграє важливу роль щодо текстурних і фізичних властивостей заморожених і напівзаморожених харчових продуктів. Оскільки розмір і розподіл кристалів льоду мають особливе значення для якості розморожених продуктів із тканинною структурою, для морозива перевага надається меншим кристалам льоду, тому що великі кристали призводять до крижаної текстури. Нуклеація є найважливішим фактором для контролю розподілу розмірів кристалів під час кристалізації. Таким чином, швидкість заморожування зазвичай є параметром, що використовується для контролю розміру та розподілу розмірів кристалів льоду в морозиві. Під час збивання та заморожування повітря вводиться для досягнення гладкої текстури морозива. Так званий «over-run», кількість введеного повітря, пропорційований – конкретно до конкретного рецепту – пропорційно до комбінованого об’єму твердих речовин і води. Отже, over-run змінюється через різні рецептури морозива та потоки обробки. Стандартне морозиво має over-run 100%, що означає, що кінцевий продукт складається з рівного об’єму суміші для морозива та бульбашок повітря.
Використання високоефективних ультразвукових процесорів Hielscher призводить до кращої якості морозива завдяки сприянню кристалізації, зменшенню розміру кристалів льоду та уникненню утворення наростів на поверхні заморожування. Краща консистенція та більш вершкове відчуття в роті досягаються завдяки зменшеному розміру кристалів морозива та покращеному розподілу бульбашок повітря. Значно коротше заморожування зі скороченням часу заморожування приблизно на 30% призводить до більшої пропускної здатності процесу та більш енергоефективного виробничого процесу.

Науково доведено: покращена якість морозива завдяки ультразвуковій обробці

Аслан і Доган (2021) досліджували вплив ультразвукової обробки на виробництво морозива, використовуючи ультразвуковий обробник Hielscher зондового типу UP400St (див. фото ліворуч). Результати досліджень продемонстрували, що ультразвук сприяє зменшенню розміру частинок завдяки кавітації. Було очевидним, що ультразвукова обробка покращує якість морозива та заморожених харчових продуктів, оскільки вона виробляла менший розмір кристалів льоду. Оскільки кристали льоду надають морозиву унікальне відчуття в роті, дуже важливо отримати найменші кристали в процесі заморожування для запобігання зернистій структурі, досягнення бажаної гладкості та м’якості морозива. Це дослідження також дійшло висновку, що ультразвукова гомогенізація забезпечує добре дисперговану емульсію. Протестовано споживчою панеллю на сенсорні та смакові якості харчових продуктів, було показано, що ультразвукова гомогенізація морозива допомагає задовольнити переваги споживачів завдяки меншим кристалам льоду та відповідному приємному відчуттю в роті від морозива.
(пор. Aslan and Dogan, 2021)

Високоефективні ультразвукові харчові процесори для виробництва морозива

Hielscher Ultrasonics має багаторічний досвід у застосуванні потужного ультразвуку в харчовій та напоївій промисловості, а також у багатьох інших галузях промисловості. Наші ультразвукові процесори оснащені легкими для очищення (clean-in-place CIP / sterilize-in-place SIP) сонотродами та проточними комірками (мокрими частинами).
Промислові ультразвукові обробники Hielscher Ultrasonics можуть забезпечувати дуже високі амплітуди в режимі безперервної роботи 24/7. Точний контроль амплітуди від помірних до високих інтенсивностей важливий для точного налаштування процесу ультразвукової обробки до цільових характеристик продукту рецептури морозива.
Завдяки ультразвуковим харчовим процесорам будь-якого розміру Hielscher пропонує надійні системи для партійної та безперервної обробки харчових продуктів і напоїв, включаючи морозиво. Хоча для невеликої ремісничої морозивної майстерні моделі ультразвукових обробників UP400ST (400 ват) або UIP1000hdT (1000 ват) забезпечують достатню потужність обробки, промислова фабрика з виробництва морозива встановить високоефективні моделі ультразвукових обробників UIP6000hdT (6000 ват) або UIP16000hdT (16 000 ват).
Нижче наведена таблиця дає вам уявлення про приблизну потужність обробки наших ультразвукових обробників:

Література / Посилання

• 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.