Hiệu quả và chất lượng vượt trội trong sản xuất sữa hạt bằng siêu âm

Sữa hạt và các sản phẩm thay thế sữa có nguồn gốc thực vật là một phân khúc thực phẩm đang phát triển. Trong sản xuất sữa hạt và các sản phẩm tương tự sữa có nguồn gốc thực vật, chiết xuất và đồng nhất hóa bằng siêu âm đã cho thấy những ưu điểm lớn so với các kỹ thuật thông thường. Siêu âm công suất cao làm tăng hiệu suất thu hồi, độ ổn định của sản phẩm, hàm lượng chất dinh dưỡng và hiệu quả xử lý tổng thể.

Hiệu suất thu hồi sữa hạt cao hơn nhờ siêu âm công suất cao

Chiết xuất bằng siêu âm được biết đến rộng rãi là một phương pháp đáng tin cậy và có hiệu quả cao để tăng hiệu suất thu hồi dầu, protein, polysaccharide và vi chất dinh dưỡng có nguồn gốc thực vật. Vì vậy, xử lý bằng siêu âm được sử dụng trong sản xuất các sản phẩm thay thế sữa có nguồn gốc thực vật, chẳng hạn như từ hạnh nhân, hạt điều, dừa, hạt phỉ, đậu phộng, mè, đậu nành, củ hổ, yến mạch, gạo, gai dầu, đậu Hà Lan, hạt dẻ cười, óc chó, hạt dền hoặc diêm mạch. Nguyên liệu để sản xuất sữa hạt và các sản phẩm thay thế sữa có nguồn gốc thực vật khác thường đắt tiền, và hiệu suất chiết xuất cao hơn từ các nguyên liệu này giúp giảm chi phí sản xuất và cải thiện hiệu quả sản xuất.

Chiết xuất bằng siêu âm làm tăng hiệu suất thu hồi như thế nào?

Nguyên lý hoạt động của chiết xuất bằng siêu âm là xâm thực âm. Cơ chế tăng cường chiết xuất của siêu âm tần số thấp, cường độ cao chủ yếu được quy cho hiện tượng xâm thực âm. Khi các bong bóng xâm thực sụp đổ trên bề mặt nguyên liệu thực vật, sự xói mòn và tạo lỗ bằng siêu âm phá vỡ nền cấu trúc tế bào thực vật (chẳng hạn trong các loại hạt quả hạch, hạt giống, hạt họ đậu và lá đã được ngâm mềm), dẫn đến phá hủy cấu trúc tế bào và giải phóng các chất nội bào như protein, lipid, polysaccharide, chất xơ, vitamin, khoáng chất và các hợp chất hóa thực vật. Quá trình truyền khối được tăng cường nhờ đó tạo điều kiện giải phóng các phân tử như protein, lipid, polysaccharide và các hợp chất hóa thực vật.
Lực cắt do siêu âm tạo ra giúp dung môi thâm nhập tốt hơn vào nền cấu trúc tế bào của nguyên liệu thực vật, đồng thời cải thiện tính thấm của màng tế bào. (Xin lưu ý rằng thuật ngữ dung môi được sử dụng theo nghĩa rộng và bao gồm bất kỳ chất lỏng nào, ví dụ như nước). Các cơ chế này của siêu âm công suất cao tạo nên sự tăng cường quá trình đáng kể đạt được khi áp dụng xử lý bằng siêu âm để chiết xuất các sản phẩm thực phẩm từ nguyên liệu thực vật. Do xâm thực siêu âm tạo ra lực mạnh như vậy, hiện tượng này thúc đẩy quá trình phá vỡ tế bào và trộn với hiệu quả rất cao ở cấp độ vĩ mô và vi mô. Hơn nữa, sự thâm nhập của dung môi, sự hòa tan các hợp chất có hoạt tính sinh học và quá trình truyền khối đều được cải thiện đáng kể. Điều này giúp chiết xuất có hỗ trợ siêu âm đạt hiệu quả rất cao, mang lại hiệu suất thu hồi dịch chiết vượt trội trong thời gian xử lý ngắn.

Cải thiện độ ổn định của sữa hạt bằng siêu âm

Xử lý bằng siêu âm cường độ cao, tần số thấp là một phương pháp hiệu quả và đáng tin cậy để cải thiện độ ổn định vật lý của huyền phù cũng như độ ổn định vi sinh của các sản phẩm thực phẩm (ví dụ như sữa hạt và các sản phẩm thay thế sữa khác).

Độ ổn định lý hóa của sữa hạt được cải thiện bằng siêu âm

Được sử dụng rộng rãi để đồng nhất hóa và nhũ hóa thực phẩm, siêu âm công suất cao là một kỹ thuật phi nhiệt có hiệu quả rất cao để tạo ra các sản phẩm thực phẩm có độ đồng nhất cao và ổn định lâu dài. Đồng nhất hóa bằng siêu âm làm giảm đường kính các giọt chất béo xuống kích thước rất nhỏ và đồng đều, đồng thời phân tán đều các hạt rắn như tinh bột, đường và chất xơ. Nhờ đó, đồng nhất hóa bằng siêu âm cải thiện đáng kể độ ổn định hóa lý của sữa hạt và các loại sữa thực vật khác, ngăn ngừa hiện tượng tách pha không mong muốn.
Lu và cộng sự (2019) nghiên cứu ảnh hưởng của xử lý siêu âm công suất cao đối với sữa dừa. Xử lý siêu âm làm giảm kích thước hạt của sữa dừa và làm đồng đều sự phân bố của các giọt và chất rắn trong hệ. So với sữa dừa được nhũ hóa bằng phương pháp cơ học, xử lý siêu âm cho thấy tác động có ý nghĩa thống kê đối với độ đồng đều của hệ nhũ tương (p < 0,05). Ngoài ra, người ta quan sát thấy xử lý siêu âm thúc đẩy sự bao bọc amylose bên trong enzyme amylase tại lớp liên bề mặt.
Iswarin và Permadi (2012) nghiên cứu ảnh hưởng của xử lý siêu âm đến đường kính giọt trong đồ uống từ sữa dừa bằng cách khảo sát các tổ hợp cường độ siêu âm khác nhau. Xử lý siêu âm làm giảm đường kính giọt, và mức giảm kích thước tăng lên khi cường độ siêu âm cao hơn.

Cải thiện độ ổn định vi sinh của sữa hạt bằng siêu âm

Xử lý siêu âm đã được chứng minh là làm giảm tải lượng vi sinh vật trong các sản phẩm sữa, nước ép trái cây và các thực phẩm dạng lỏng khác. Vì vậy, thanh trùng bằng siêu âm cũng đã được áp dụng trong quy trình bảo quản các sản phẩm thay thế sữa nhằm cải thiện độ ổn định vi sinh của các sản phẩm thay thế sữa từ hạt và các nguồn thực vật khác.
Iorio và cộng sự (2019) nghiên cứu việc bất hoạt Escherichia coli O157:H7 và Listeria monocytogenes bằng siêu âm trong sữa hạnh nhân và đã chứng minh được rằng thanh trùng bằng siêu âm gây tổn thương dưới mức gây chết cho các vi sinh vật gây bệnh, qua đó kéo dài thời hạn bảo quản. Ví dụ, xử lý thanh trùng bằng siêu âm làm giảm đáng kể mức E. coli O157:H7 từ 5,12 xuống 3,81 log CFU/mL và giảm tốc độ tăng trưởng (µmax) (từ 1,19 xuống 0,79 (log CFU/mL)/day).

Hàm lượng dinh dưỡng cao hơn nhờ chiết xuất sữa hạt bằng siêu âm

Các vi chất dinh dưỡng như vitamin, polyphenol và chất chống oxy hóa nằm trong ma trận tế bào thực vật. Để giải phóng hiệu quả các vi chất dinh dưỡng này, cần phá vỡ hoàn toàn tế bào và trộn mạnh ở cấp độ vi mô giữa vật chất tế bào và dung môi. Như đã mô tả ở trên, chiết xuất bằng siêu âm rất hiệu quả trong việc phá vỡ tế bào và giải phóng lipid, protein, polysaccharide, chất xơ và các hợp chất hóa thực vật khỏi ma trận tế bào. Chiết xuất bằng siêu âm là một phương pháp có hiệu quả rất cao để tách toàn bộ lượng hợp chất hóa thực vật từ nguyên liệu thực vật trong một quy trình chiết xuất nhanh chóng. Việc sử dụng siêu âm công suất cao tạo ra các hiệu ứng xâm thực mạnh, các nhiễu động / dòng chảy rối và dòng chất lỏng tốc độ cao, cuốn các hợp chất hóa thực vật ra khỏi bên trong tế bào. Vì đây là phương pháp chiết xuất phi nhiệt, việc sử dụng siêu âm ngăn ngừa sự phân hủy do nhiệt của các vi chất dinh dưỡng nhạy cảm này.

Động học hàm lượng phenolic tổng số (biểu thị bằng mg đương lượng Naringenin/g hạnh nhân) khi có và không xử lý siêu âm bằng thiết bị UIP1000hdT. Chiết xuất bằng siêu âm làm tăng hàm lượng phenolic tổng số thêm 258 %.
Dữ liệu là các giá trị trung bình ± SD, n = 3. Có siêu âm (màu vàng) so với không siêu âm (màu cam).
Đồ thị và nghiên cứu: Tabib và cộng sự, 2020

Hiệu quả vượt trội trong sản xuất sữa hạt bằng siêu âm

Hiệu suất thu hồi cao hơn, thành phần dinh dưỡng được cải thiện và thời gian xử lý được rút ngắn chỉ là một vài ưu điểm góp phần tạo nên hiệu quả vượt trội của quá trình xử lý sữa hạt và đồ uống không chứa sữa bằng siêu âm. Mức tiêu thụ năng lượng thấp, nhu cầu bảo trì thấp và khả năng vận hành 24/7 là những yếu tố bổ sung góp phần tạo nên hiệu quả tổng thể đặc biệt cao của quá trình xử lý bằng siêu âm. Máy đồng hóa siêu âm hiệu năng cao của Hielscher có thể hoạt động 24/7 trong điều kiện tải nặng và xử lý thể tích lớn ở chế độ dòng chảy liên tục. Các thiết bị xử lý siêu âm Hielscher có hiệu suất năng lượng tổng thể vượt trội. Độ bền và nhu cầu bảo trì thấp cũng giúp duy trì chi phí vận hành ở mức thấp.

Các nghiên cứu nói gì về xử lý thực phẩm bằng siêu âm

“Siêu âm đã phát triển ở mức độ vô điều kiện trong thập kỷ qua. Công nghệ này đã được ứng dụng trong ngành nước ép trái cây và đồ uống nhờ nhiều tác dụng mong muốn. Công nghệ này có chi phí thấp, đơn giản, đáng tin cậy, thân thiện với môi trường và có hiệu quả cao trong việc bảo quản nước ép với các đặc tính chất lượng được cải thiện.” (Dolas et al., 2019)

“Xử lý bằng siêu âm là một công nghệ đang phát triển, có thể nâng cao chất lượng thực phẩm và giảm thất thoát chất dinh dưỡng.” (Cheok et al., 2013)

Thiết bị xử lý thực phẩm bằng siêu âm dành cho sản xuất sữa hạt công nghiệp

Hielscher Ultrasonics thiết kế, sản xuất và phân phối hệ thống xử lý thực phẩm bằng siêu âm hiệu năng cao để sản xuất liên tục ở quy mô công nghiệp các loại sữa hạt (như sữa hạt điều, hạnh nhân, hạt phỉ, óc chó, đậu phộng, dừa) và sản phẩm thay thế sữa có nguồn gốc thực vật (như sữa gạo, đậu nành, lúa mì spelt, yến mạch, mè, hạt lanh, đậu Hà Lan, củ hổ lên men).
Việc xử lý thực phẩm bằng siêu âm mang lại những ưu điểm lớn vì đây là phương pháp không dùng nhiệt, hoàn toàn cơ học, giúp cải thiện thành phẩm, giảm thời gian xử lý và thân thiện hơn với môi trường.
Các hệ thống xử lý thực phẩm bằng siêu âm Hielscher được sử dụng cho nhiều ứng dụng, cung cấp công nghệ an toàn, đáng tin cậy và tiết kiệm chi phí để sản xuất thực phẩm và đồ uống chất lượng cao. Việc lắp đặt và vận hành tất cả các thiết bị xử lý siêu âm Hielscher đều đơn giản: Chúng chỉ cần ít không gian và có thể dễ dàng lắp bổ sung vào các cơ sở xử lý hiện có.
Hielscher Ultrasonics có kinh nghiệm lâu năm trong việc ứng dụng siêu âm công suất cao trong ngành thực phẩm và đồ uống cũng như nhiều ngành công nghiệp khác. Các thiết bị xử lý siêu âm của chúng tôi được trang bị đầu dò siêu âm và buồng dòng chảy (các bộ phận tiếp xúc với chất lỏng) dễ vệ sinh (vệ sinh tại chỗ CIP / tiệt trùng tại chỗ SIP). Các thiết bị xử lý siêu âm công nghiệp của Hielscher Ultrasonics có thể tạo ra biên độ rất cao. Có thể dễ dàng duy trì liên tục biên độ lên đến 200µm khi vận hành 24/7. Biên độ cao đóng vai trò quan trọng trong việc đạt được sự phân bố hạt đồng nhất và bất hoạt các vi sinh vật có sức đề kháng cao hơn (ví dụ: vi khuẩn gram dương). Đối với biên độ cao hơn nữa, có các đầu dò siêu âm được chế tạo theo yêu cầu. Tất cả các đầu dò siêu âm và thiết bị phản ứng siêu âm dạng buồng dòng chảy đều có thể vận hành ở nhiệt độ và áp suất cao, cho phép xử lý siêu âm kết hợp nhiệt và áp suất một cách đáng tin cậy (xử lý siêu âm kết hợp với nhiệt độ và áp suất cao), đồng thời chiết xuất và ổn định với hiệu quả cao.
Công nghệ tiên tiến nhất, hiệu năng cao và phần mềm tinh vi giúp các thiết bị của Hielscher Ultrasonics trở thành những cỗ máy chủ lực đáng tin cậy trong dây chuyền chiết xuất, đồng hóa và thanh trùng thực phẩm của bạn. Với diện tích lắp đặt nhỏ và các phương án lắp đặt linh hoạt, máy siêu âm Hielscher có thể dễ dàng được tích hợp hoặc lắp bổ sung vào các dây chuyền sản xuất hiện có.
Vui lòng liên hệ với chúng tôi ngay để tìm hiểu thêm về các tính năng và khả năng của hệ thống chiết xuất, đồng hóa và thanh trùng bằng siêu âm của chúng tôi. Chúng tôi rất sẵn lòng trao đổi với bạn về ứng dụng của bạn!

Bảng dưới đây cung cấp thông tin tham khảo về công suất xử lý gần đúng của các máy siêu âm của chúng tôi: