Siêu âm trong ngành công nghiệp thực phẩm

Siêu âm công suất được sử dụng cho nhiều ứng dụng trong chế biến thực phẩm, bao gồm chiết xuất, đồng nhất hóa, thanh trùng và lên men. Là một phương pháp xử lý không nhiệt, xử lý bằng siêu âm cải thiện các quy trình sản xuất thực phẩm nhờ sản lượng cao hơn, chất lượng cao hơn, thành phần dinh dưỡng và hương vị được cải thiện, đồng thời tiết kiệm thời gian và chi phí chế biến.

Các ứng dụng siêu âm trong chế biến thực phẩm

Siêu âm công suất có nhiều ứng dụng trong chế biến thực phẩm, bao gồm chiết xuất, trộn, nhũ hóa, thanh trùng, khử khí và làm mềm thịt. Ngoài các ứng dụng chính này, siêu âm công suất còn được áp dụng để cải thiện quá trình cấp đông, rã đông và sấy các sản phẩm thực phẩm.
Các ưu điểm chính của siêu âm cường độ cao liên quan đến việc cải thiện nhiều công đoạn chế biến thực phẩm, chẳng hạn như giảm thời gian chế biến, tăng sản lượng, cải thiện chất lượng sản phẩm và cho phép chế biến tiết kiệm chi phí, thời gian hơn và có tính kinh tế cao hơn.

Trong phần dưới đây, bạn có thể tìm thấy các ứng dụng chính của siêu âm cường độ cao trong ngành công nghiệp thực phẩm:

• Chiết xuất: Siêu âm có thể được sử dụng để chiết xuất các hợp chất có hoạt tính sinh học từ nguyên liệu thực vật, chẳng hạn như chất chống oxy hóa, sắc tố và tinh dầu. Quá trình này được gọi là chiết xuất có hỗ trợ siêu âm và có thể được sử dụng để tạo ra các dịch chiết chất lượng cao trong thời gian ngắn hơn và với lượng dung môi tiêu thụ thấp hơn so với các phương pháp truyền thống.
  Đọc thêm về các ưu điểm của chiết xuất thực vật bằng siêu âm!
• Đồng nhất hóa và nhũ hóa: Đồng nhất hóa bằng siêu âm có thể được sử dụng để tạo ra các nhũ tương và huyền phù ổn định, chẳng hạn như nước xốt salad, mayonnaise, kem và các sản phẩm từ sữa. Quá trình này sử dụng sóng âm tần số cao để phá nhỏ các cầu chất béo trong chất lỏng, tạo ra kết cấu mịn và đồng đều.
  Tìm hiểu thêm về xử lý bằng siêu âm cho nhũ tương thực phẩm!
  Xem hướng dẫn từng bước và video về nhũ hóa mayonnaise bằng siêu âm tại đây!
• Bảo quản: Siêu âm cường độ cao có thể được sử dụng để bất hoạt các vi sinh vật, chẳng hạn như vi khuẩn và nấm men, trong các sản phẩm thực phẩm. Quá trình này, được gọi là thanh trùng có hỗ trợ siêu âm, có thể kéo dài thời hạn sử dụng của các sản phẩm thực phẩm và giảm nguy cơ mắc các bệnh lây truyền qua thực phẩm. Là một kỹ thuật chế biến không nhiệt, xử lý bằng siêu âm tránh sử dụng nhiệt độ rất cao, qua đó ngăn ngừa sự phân hủy các chất dinh dưỡng nhạy nhiệt do nhiệt độ cao gây ra.
  Đọc thêm về việc kéo dài thời hạn sử dụng và bảo toàn chất dinh dưỡng bằng siêu âm!

• Khử khí: Khi siêu âm được tác động vào chất lỏng, các bọt khí bị giữ trong chất lỏng được khuấy động. Kết quả là các bọt không khí và khí này tiến lại gần nhau và hợp nhất. Điều này có nghĩa là chúng phát triển thành các bọt có kích thước lớn hơn, giúp chúng nổi lên bề mặt chất lỏng và có thể dễ dàng được loại bỏ.
• Hòa tan: Nhờ khả năng trộn và phối trộn vượt trội, siêu âm có hiệu quả cao trong việc tạo ra các dung dịch có độ bão hòa cao và thậm chí cả dung dịch quá bão hòa. Điều này được ứng dụng trong các quá trình kết tinh cũng như trong sản xuất nước muối.
• Lên men: Khi sóng siêu âm tạo lỗ và phá vỡ thành tế bào của các vi sinh vật, chúng trở nên dễ chịu tác động của quá trình lên men hơn. Đồng thời, siêu âm đẩy nhanh quá trình vận chuyển chất dinh dưỡng và oxy đến các vi sinh vật, qua đó tăng cường hoạt động trao đổi chất của chúng. Nhìn chung, xử lý bằng siêu âm làm tăng tốc độ lên men, giảm thời gian lên men và cải thiện hiệu suất tạo thành sản phẩm cuối mong muốn. Công nghệ này đặc biệt hữu ích trong sản xuất các sản phẩm thực phẩm và đồ uống, chẳng hạn như các sản phẩm từ sữa, sữa chua, bia, kombucha và rượu vang.
• Giảm độ nhớt trước khi sấy phun: Lực cắt siêu âm có thể làm giảm đáng kể độ nhớt của các huyền phù có tính giảm nhớt khi chịu cắt và tính xúc biến. Áp dụng phương pháp giảm nhớt bằng lực cắt siêu âm trước khi phun và trước khi đưa vào máy sấy phun cho phép tăng đáng kể năng suất xử lý qua thiết bị phun. Tháp sấy phun thường là điểm nghẽn trong dây chuyền sản xuất. Với siêu âm, có thể tăng công suất của các máy sấy phun hiện có.

• Cấp đông: Cấp đông bằng siêu âm có thể được sử dụng để giảm sự hình thành tinh thể băng trong thực phẩm trong quá trình cấp đông. Quá trình này cho thực phẩm tiếp xúc với sóng âm tần số cao trong khi đang được cấp đông. Sóng siêu âm tạo ra các dao động ngăn sự hình thành tinh thể băng lớn, tạo ra sản phẩm có kết cấu mịn hơn và chất lượng tốt hơn.
• Rã đông: Rã đông bằng siêu âm có thể được sử dụng để rút ngắn thời gian rã đông thực phẩm đông lạnh. Quá trình này cho sản phẩm đông lạnh tiếp xúc với sóng siêu âm, tạo ra nhiệt và đẩy nhanh quá trình rã đông. Vì siêu âm thúc đẩy sự phân bố năng lượng rất đồng đều, rã đông bằng siêu âm có thể đặc biệt hữu ích đối với các sản phẩm khó rã đông đồng đều như thịt, hải sản, trái cây và rau củ.
  Trong cấp đông, rã đông và sấy, siêu âm công suất cải thiện đáng kể các quá trình truyền khối và truyền năng lượng, giúp đẩy nhanh các quá trình này và nâng cao hiệu quả kinh tế.
• Phát hiện rò rỉ ở chai: Siêu âm là phương pháp rất hiệu quả để phát hiện các chỗ rò rỉ và vết nứt trên chai và lon đựng đồ uống có ga như nước ngọt có ga, bia, rượu vang sủi bọt, v.v. Siêu âm cũng được ứng dụng để khử khí trong đồ uống có ga, ví dụ như bia trước khi đóng chai, một quá trình được gọi là khử bọt (de-fobbing).
• Ngâm nước muối / Muối chua: Ngâm nước muối là quá trình phổ biến trong bảo quản và sản xuất thực phẩm, đặc biệt đối với thịt, cá, phô mai và rau củ. Xử lý bằng siêu âm rút ngắn thời gian ngâm nước muối và cho phép sử dụng lượng natri clorua ít hơn so với thực phẩm ngâm nước muối và muối chua theo phương pháp truyền thống.
• Hydrat hóa / Tái hydrat hóa: Siêu âm công suất là phương pháp đơn giản nhưng có hiệu quả cao để hydrat hóa hoặc tái hydrat hóa các sản phẩm thực phẩm như hạt đậu khô (ví dụ: đậu, đậu gà) hoặc nấm đã khử nước. Vì siêu âm mở các lỗ trên tế bào trong thực phẩm, nước có thể thâm nhập nhanh chóng. Điều này giúp hạt đậu trương nở nhanh hơn và nhờ đó rút ngắn thời gian nấu.
• Phá kết tinh mật ong: Là một phương pháp xử lý không dùng nhiệt, siêu âm được sử dụng hiệu quả để ngăn sự hình thành các tinh thể đường lớn trong mật ong. Hơn nữa, các tinh thể lớn đã hình thành trong mật ong có thể được phá kết tinh bằng xử lý siêu âm. Với khả năng hòa tan hiệu quả cao, máy siêu âm dạng đầu dò hòa tan các tinh thể đường, tạo ra mật ong mịn đồng nhất. Ngoài ra, siêu âm cải thiện chất lượng vi sinh của mật ong vì các vi sinh vật không mong muốn bị bất hoạt nhờ tác động phá vỡ tế bào bằng siêu âm.
• Chiên: Chiên bằng siêu âm có thể được sử dụng để giảm sự hấp thụ dầu trong các sản phẩm thực phẩm chiên. Quá trình này bao gồm việc nhúng thịt hoặc rau củ vào dầu nóng đồng thời cho tiếp xúc với sóng âm tần số cao. Sóng siêu âm tạo ra các bọt nhỏ trên bề mặt thực phẩm, làm giảm diện tích tiếp xúc giữa rau củ / thịt và dầu, nhờ đó giảm sự hấp thụ dầu và tạo ra sản phẩm cuối cùng tốt hơn cho sức khỏe. Chiên bằng siêu âm cho phép nấu thực phẩm ở nhiệt độ thấp hơn, tạo ra đặc tính hương vị vượt trội và bảo toàn các chất dinh dưỡng.
  Tìm hiểu cách chiên có hỗ trợ siêu âm tạo ra khoai tây chiên dạng thanh và khoai tây lát chiên tốt hơn cho sức khỏe, đậm đà hương vị hơn và giòn hơn!

Máy siêu âm hiệu suất cao dùng trong chế biến thực phẩm

Các bộ xử lý siêu âm công nghiệp của Hielscher Ultrasonics là những thiết bị siêu âm hiệu suất cao, có thể được điều khiển chính xác, nhờ đó cho phép đạt được kết quả có khả năng tái lập và chất lượng sản phẩm ổn định. Với khả năng tạo ra biên độ rất cao, các bộ xử lý siêu âm Hielscher có thể được sử dụng cho những ứng dụng có yêu cầu rất khắt khe.
Khách hàng hài lòng với độ bền vượt trội và độ tin cậy của các hệ thống Hielscher Ultrasonics. Các thiết bị siêu âm Hielscher vận hành đáng tin cậy trong các ứng dụng tải nặng, môi trường khắc nghiệt và chế độ hoạt động 24/7, qua đó bảo đảm quá trình chế biến thực phẩm hiệu quả và tiết kiệm. Việc tăng cường quá trình bằng siêu âm giúp giảm thời gian xử lý và đạt được kết quả tốt hơn, tức là chất lượng cao hơn, hiệu suất thu hồi cao hơn và các sản phẩm mới.
Việc sử dụng nhất quán các vật liệu đặc biệt, chẳng hạn như titan, thép không gỉ, gốm hoặc thủy tinh thuộc các cấp chất lượng khác nhau, bảo đảm tính tương thích của kỹ thuật này với quá trình.
Các bộ xử lý siêu âm là những thiết bị thuận tiện, thân thiện với người vận hành, ít cần bảo trì và có chi phí tương đối thấp.

Bảng dưới đây cho biết năng lực xử lý gần đúng của các thiết bị siêu âm của chúng tôi:

Thiết kế, sản xuất và tư vấn – Chất lượng sản xuất tại Đức

Các thiết bị siêu âm Hielscher nổi tiếng với chất lượng và tiêu chuẩn thiết kế cao nhất. Độ bền và khả năng vận hành dễ dàng cho phép tích hợp thuận lợi các thiết bị siêu âm của chúng tôi vào các cơ sở công nghiệp. Các thiết bị siêu âm Hielscher dễ dàng đáp ứng những điều kiện khắc nghiệt và môi trường đòi hỏi cao.

Hielscher Ultrasonics là công ty được chứng nhận ISO và đặc biệt chú trọng đến các thiết bị siêu âm hiệu suất cao có công nghệ tiên tiến nhất và thân thiện với người dùng. Tất nhiên, các thiết bị siêu âm Hielscher tuân thủ CE và đáp ứng các yêu cầu của UL, CSA và RoHs.

Những điều đáng biết

Siêu âm hoạt động như thế nào trong chế biến thực phẩm?

Chế biến thực phẩm bằng siêu âm là một công nghệ đã được ứng dụng rộng rãi trong các hoạt động chế biến thực phẩm như trộn và đồng nhất hóa, nhũ hóa, chiết xuất, hòa tan, khử khí và loại bỏ không khí, làm mềm thịt, kết tinh cũng như chức năng hóa và biến đổi các sản phẩm trung gian và sản phẩm thực phẩm cuối cùng. Đã được lắp đặt tại các nhà máy sản xuất thực phẩm trong nhiều thập kỷ, các bộ xử lý thực phẩm bằng siêu âm Hielscher có thiết kế tinh vi và được phát triển để đáp ứng các yêu cầu của ngành. Các bộ xử lý siêu âm tác động bằng các lực vật lý do sóng siêu âm công suất tạo ra, dẫn đến sự hình thành hiện tượng xâm thực.

Những đồ uống nào thường được pha chế bằng siêu âm?

Xử lý siêu âm thường được sử dụng để pha chế hoặc chế biến các loại đồ uống như cà phê ủ lạnh, trà (bao gồm yerba mate), nước ép trái cây và rau củ, nước ngâm chiết thực vật, đồ uống chức năng (chiết xuất thảo dược), sữa thực vật, đồ uống lên men (để tăng cường quá trình) và đồ uống cô đặc dùng trong sản xuất đồ uống uống liền (RTD).
Tìm thêm thông tin về việc sản xuất các loại đồ uống sau:

• Cà phê / Cà phê xanh
• Nước trà ngâm chiết
• Yerba mate
• Nước ép
• Sinh tố
• Kombucha
• Sữa hạt

Xâm thực âm học là gì?

Xâm thực âm, còn gọi là xâm thực siêu âm, là sự phát triển và sụp đổ của các bọt chân không cực nhỏ trong trường siêu âm được tạo ra trong chất lỏng hoặc huyền phù. Các bọt xâm thực phát triển trong các chu kỳ áp suất cao / áp suất thấp luân phiên, tương ứng với các pha nén và giãn. Sau khi phát triển qua một số chu kỳ áp suất luân phiên, bọt chân không đạt đến trạng thái không thể hấp thụ thêm năng lượng, khiến bọt sụp đổ dữ dội trong một chu kỳ áp suất cao. Trong quá trình bọt sụp đổ, các điều kiện cực đoan xuất hiện cục bộ, bao gồm nhiệt độ cực cao lên đến 5.000K với tốc độ gia nhiệt và làm nguội rất cao, áp suất lên đến 2000atm cùng các chênh lệch áp suất tương ứng, và các tia chất lỏng có vận tốc lên đến 280m/s. Tại những “điểm nóng” xâm thực này, các lực cực mạnh cục bộ tạo ra các điều kiện vật lý dẫn đến sự trộn, chiết xuất và tăng cường truyền khối.

Xâm thực âm, được tạo ra bởi siêu âm cường độ cao, tần số thấp, tạo ra các lực cắt mạnh cùng các chênh lệch áp suất và nhiệt độ lớn xuất hiện cục bộ, cung cấp tác động cần thiết cho quá trình trộn và truyền khối mạnh mẽ. Các lực cắt siêu âm này được ứng dụng thành công trong chế biến thực phẩm.

Tài liệu/Tài liệu tham khảo

• 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.