Ультразвукова обробка та її різноманітні застосування у харчовій промисловості

Потужний ультразвук пропонує різноманітні можливості для ефективних і надійних застосувань у харчовій промисловості. Найпоширеніші застосування у харчовій промисловості включають змішування та гомогенізацію, емульгування, диспергування, руйнування клітин та екстракцію внутрішньоклітинного матеріалу, активацію або деактивацію ферментів (що залежить від інтенсивності ультразвуку), консервацію, стабілізацію, розчинення та кристалізацію, гідрогенізацію, м’якшення м’яса, дозрівання, витримку та окиснення, а також дегазацію та розпилювальне сушіння.

Нижче ми представляємо вам різноманітні вибрані застосування Hielscher sonicators у харчовій промисловості. Будь ласка, натисніть на конкретні посилання, щоб отримати детальну інформацію про застосування, яке вас цікавить!

Екстракція ароматизаторів та біоактивних сполук за допомогою ультразвуку

Ультразвукова екстракція широко використовується у харчовій промисловості для ефективного відновлення біоактивних сполук, молекул аромату та білків шляхом застосування високоінтенсивного ультразвуку, який покращує масоперенесення та руйнує клітинні структури. Отримані ефекти кавітації збільшують вихід екстракції та швидкість, працюючи при низьких температурах, допомагаючи зберегти чутливі сполуки та забезпечуючи чисту, масштабовану обробку без агресивних розчинників.

Ультразвукову екстракцію зазвичай використовують для екстракції біоактивних сполук. Помітними прикладами ультразвукової екстракції є:

 

У цій презентації ми ознайомимо вас із виробництвом рослинних екстрактів. Ми пояснимо, які труднощі виникають під час виробництва високоякісних рослинних екстрактів і як сонікатор допомагає їх подолати. Ця презентація покаже, як працює ультразвукова екстракція. Ви дізнаєтеся, які переваги дає використання сонікатора для екстракції та як інтегрувати ультразвуковий екстрактор у виробництво екстрактів.

 

Ультразвукове емульгування соусів, заправок та кремів

Застосовуючи ультразвукову обробку до сумішей олії/води, шеф-кухарі та вчені у галузі харчових продуктів досягають надтонких, стабільних емульсій – без надмірного нагрівання або синтетичних добавок. Від вершкових соусів, оксамитових вінегретів до безмолочних кремів та делікатних пінок, ультразвукова кавітація дозволяє точно контролювати розмір крапель та дисперсію.
Дізнайтеся більше про ультразвукові харчові емульсії!

Ультразвукова ферментація йогурту

Йогурт – це ферментований молочний продукт, який можна виробляти лише з молока або з додаванням бактеріальних культур. Штами біфідобактерій (наприклад, BB-12, BB-46, B breve) є поширеними пробіотиками, що використовуються для ферментації йогурту. Ультразвукова кавітація, застосована до бактеріальних клітин, може спричинити їхнє руйнування та одночасно вивільнення β-галактозидази. β-галактозидаза – це фермент гідролаза, який широко використовується у молочній промисловості. Ультразвуково-асистована ферментація прискорюється завдяки швидшому гідролізу лактози, що є результатом ультразвуково-індукованого вивільнення β-галактозидази з клітин біфідобактерій.
Ультразвукова гомогенізація спричиняє розрив кульок молочного жиру та дуже дрібний розподіл розмірів.
Ультразвукова обробка може прискорити швидкість ферментації (скорочення загального часу виробництва до 40%) та покращити якісні характеристики йогурту, що призводить до вищої в’язкості, міцнішого згустку та кращої текстури.

Ультразвукова гомогенізація молока

Молоко (наприклад, коров’яче, буйляче, козяче або верблюже) є емульсією або колоїдною системою, що складається з кульок молочного жиру у водній рідині, яка містить розчинені вуглеводи, білки та мінерали. Оскільки жир і вода мають тенденцію розділятися на дві фази, молоко необхідно гомогенізувати, щоб отримати однорідний продукт. Гомогенізація означає рівномірний розподіл молекул жиру в рідкому молоці. Ультразвук є добре відомим методом, що використовується для різних застосувань у молочній промисловості. Ультразвукова обробка молока призводить до гомогенізованих жирових кульок, які є рівномірними та однорідно розподіленими. Гомогенізація за допомогою високоефективного ультразвуку також ефективна для (веганських/безмолочних) замінників молока, отриманих із рослин, таких як кокосове молоко або соєве молоко.
Дослідження Sfakianakis і Tzia (2012) показує, що ультразвукова гомогенізація зменшує розмір жирових кульок молока (MFG). Мікроскопічні зображення нижче демонструють вплив ультразвукової обробки на розмір крапель молочного жиру. Низька амплітуда (150W) не мала задовільного ефекту гомогенізації (рис. 2); розмір MFG та їх розподіл були подібними до необробленого молока (порівняйте рис. 1 і 2). Середня амплітуда ультразвуку (267,5, 375 W) мала добрий ефект гомогенізації; середній діаметр MFG становив 2 μm (рис. 3, 4). Вища амплітуда (750W) ультразвуку критично зменшила розмір MFG (рис. 6), зробивши їх ледь видимими в оптичному мікроскопі (збільшення 100x); їхній середній розмір діаметра становив 0,3 μm.

Chandrapala et al. (2012) досліджували вплив ультразвукової обробки на казеїн і кальцій. Вони застосовували ультразвукові хвилі (20kHz) до зразків свіжого знежиреного молока, реконструйованого міцелярного казеїну та казеїнового порошку. Вони обробляли зразки ультразвуком до тих пір, поки жирові кульки молока не зменшилися приблизно до 10nm. Аналіз обробленого ультразвуком молока показує, що розмір міцел казеїну залишається незмінним. Невелике збільшення розчинного сироваткового білка та відповідне зниження в’язкості також відбувалися протягом перших кількох хвилин ультразвукової обробки. Було встановлено, що міцели казеїну є стабільними під час ультразвукової обробки, а концентрація розчинного кальцію не залежить від ультразвукового впливу. [Chandrapala et al. 2012]

Ультразвукова кристалізація цукру для кондитерських виробів

Контрольована ультразвукова обробка дозволяє ініціювати посів кристалів (створення ядер) і впливати на ріст кристалів. Під дією ультразвукового опромінення утворюються менші і, таким чином, більша кількість кристалів. Ультразвук сприяє процесу кристалізації двома способами: по-перше, високоефективний ультразвук є дуже ефективним інструментом для створення однорідного розчину, який є вихідною речовиною для кристалізації. На другому етапі ультразвук сприяє утворенню великої кількості ядер. Тоді як погана нуклеація створює меншу кількість великих кристалів, ефективна нуклеація формує велику кількість дрібних кристалів малого розміру. В акустичному полі навіть стає можливим ініціювати нуклеацію цукрів, які зазвичай не схильні до кристалізації (наприклад, D-фруктоза, сорбітол).
Ультразвукова модифікація кристалізації цікава для формування цукерок, кондитерських виробів, паст, морозива, збитих вершків та шоколаду.

Ультразвукове гідрування харчових олій

Гідрування рослинних олій є важливим промисловим процесом великого масштабу. За допомогою гідрування рідкі рослинні олії перетворюються на тверді або напівтверді жири (наприклад, маргарин). Хімічно ненасичені жирні кислоти перетворюються під час каталізованого фазового перенесення реакції гідрогенізації в відповідні насичені жирні кислоти шляхом додавання атомів водню до подвійних зв’язків. Цей каталітичний процес можна прискорити за допомогою високоефективної ультразвукової обробки. Звичайним каталізатором є нікель. Гідрогенізовані жири широко використовуються як емульгатори в кондитерських виробах. Перевага насичених жирів полягає в їхній нижчій схильності до окиснення, а отже, і в нижчому ризику прогіркнення.

Ультразвукове розрідження меду

Ультразвук пропонує ефективний нетермічний метод, щоб розрідити кристали в меді та знищити дріжджі, не впливаючи на якість меду.
Натисніть тут, щоб дізнатися більше!

Ультразвукова стабілізація соків і смузі

Як нетермічна технологія обробки харчових продуктів, ультразвук забезпечує м’яке, але ефективне оброблення, яке інтенсифікує смаки, стабілізує та зберігає соки, смузі, соуси та пюре. Результати ультразвукової обробки соків включають покращені смаки, стабілізацію та збереження.
Читайте тут більше про ультразвукове покращення соків і смузі!
Читайте більше про ультразвукову обробку томатів!
Дізнайтеся, як ультразвукова обробка зберігає полуничний сір, підсолоджений стевією, одночасно покращуючи поживний профіль!

Ультразвукове витримування вина та міцних напоїв

Потужний ультразвук сприяє витримуванню вина та міцних напоїв у дубових бочках завдяки своїй ефективній екстракційній здатності та значно інтенсифікованому масопереносу між деревною тканиною та алкогольним напоєм.
Натисніть тут, щоб дізнатися більше про можливості ультразвукової обробки вина!
Процес ферментації вина, сусла, пива та саке також можна суттєво прискорити. Було досягнуто рівнів прискорення від 50% до 65%!
Щоб отримати більше інформації про ультразвуково-асистовану ферментацію, будь ласка, натисніть тут!

Ультразвуково прискорене заморожування морозива

Для виробництва морозива необхідна суміш для морозива. Ця суміш складається з молока, сухого молока, вершків, масла або рослинного жиру, цукру, сухої маси, емульгатора, стабілізатора, а також добавок, таких як фрукти, горіхи, ароматизатори та барвники. Цю спеціальну суміш необхідно гомогенізувати та пастеризувати, після чого її повільно перемішують під час процесу заморожування, щоб запобігти утворенню великих кристалів льоду. При цьому вводяться дуже маленькі повітряні бульбашки (так званий процес аерування), щоб збити морозиво, досягаючи холодного десерту з гладкою текстурою. Це етап процесу, де можна застосувати ультразвукову обробку для покращення якості морозива.
Під час процесу заморожування утворюються кристали 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 тканинних продуктів, 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. При цьому швидкість заморожування зазвичай є параметром, що використовується для контролю розміру та розподілу розмірів кристалів льоду в морозиві. Під час збивання та заморожування вводиться повітря для досягнення гладкої текстури морозива. Так званий «over-run» (коефіцієнт збиття), тобто кількість введеного повітря, пропорційний – конкретно до певного рецепту – пропорційно до загального об’єму твердих речовин і води. Отже, over-run варіюється залежно від різних рецептур морозива та технологічних потоків. Стандартне морозиво має over-run 100%, що означає, що кінцевий продукт складається з рівного об’єму суміші для морозива та повітряних бульбашок.
Використання високоефективних ультразвукових гомогенізаторів Hielscher забезпечує кращу якість морозива за рахунок зменшення розміру кристалів льоду та запобігання утворенню крижаної кірки на поверхні заморожування. Краща консистенція та більш вершкове відчуття в роті досягаються завдяки зменшеному розміру кристалів у морозиві та покращеному розподілу повітряних бульбашок. Значно коротші часи заморожування призводять до вищої пропускної здатності процесу та більш енергоефективного виробничого процесу.

Ультразвукове аерування тіста

Аеровані харчові продукти, такі як бісквіт, можна суттєво покращити за допомогою ультразвукової обробки. Застосування потужного ультразвуку на етапі змішування тіста покращує якість бісквіта, знижуючи його твердість та підвищуючи пружність, когезивність і стійкість до деформації. Для тестів усі інгредієнти змішували разом, дотримуючись методу «all-in», що означає одночасне додавання цільнозернового борошна з низьким вмістом білка, емульгатора, кукурудзяного крохмалю, цукру, розпушувача, солі та свіжих цілих яєць для приготування тіста. Перед ультразвуковою обробкою інгредієнти рівномірно перемішували, щоб ультразвук застосовувався до однорідної суміші тіста. Бісквіт, аерований ультразвуком, мав нижчу твердість, меншу gumminess (гумоподібність) і меншу chewiness (жувальність), тоді як пружність, когезивність і стійкість до деформації були трохи вищими, ніж у контрольному зразку бісквіта.

Ультразвукова кристалізація та коншування шоколаду

Ультразвукова обробка відома своїми екстракційними можливостями. З какао-бобів какао-масло можна вивільнити з клітин за допомогою ультразвукового подрібнення та екстракції.
Ультразвук є альтернативною технікою для руйнування кристалів цукру в шоколаді, забезпечуючи тим самим ефекти, подібні до коншування.

Ультразвукове пом’якшення м’яса

Застосування потужних ультразвукових хвиль до м’яса призводить до пом’якшення структури м’яса. Значне пом’якшення досягається завдяки вивільненню міофібрилярних білків з м’язових клітин. Крім ефекту пом’якшення, ультразвук також покращує вологозв’язувальну здатність і когезивність м’яса.
Дізнайтеся більше про пом’якшення м’яса за допомогою потужного ультразвуку та ультразвукового обробника MeatBuzzer тут!

Ультразвукова обробка на кухнях та в барах

Ультразвукові харчові процесори також знайшли своє місце у гастрономічних кухнях. Ультразвукові обробники Hielscher використовуються преміальними шеф-кухарями, такими як шеф-кухар із двома зірками Мішлен Санг-Хун Деґеймбр.
Натисніть тут, якщо вас цікавить рецепт його відомого ультразвукового креветкового бульйону!
Для рецептів ультразвукових коктейлів натисніть тут!

 

Ультразвукові обробники для виробництва кошерних та халяльних продуктів

Hielscher Ultrasonics може надати сертифікацію кошер або халяль для своїх ультразвукових обробників на запит. Це означає, що обробники були виготовлені та оброблені відповідно до суворих рекомендацій цих релігійних дієтичних законів. Сертифікація кошер гарантує, що обробники були вироблені без будь-яких тваринних побічних продуктів або дериватів, тоді як сертифікація халяль підтверджує, що обробники були оброблені у спосіб, сумісний з ісламськими дієтичними принципами.

Якщо вам потрібен сертифікований за стандартами кошер або халяль ультразвуковий обробник Hielscher, будь ласка, зв’яжіться з нами, і ми будемо раді організувати необхідну сертифікацію.