Xử lý bằng siêu âm và các ứng dụng đa dạng trong chế biến thực phẩm
Siêu âm công suất cao mang đến nhiều khả năng ứng dụng để chế biến thực phẩm hiệu quả và đáng tin cậy. Các ứng dụng phổ biến nhất trong ngành thực phẩm bao gồm trộn và đồng nhất hóa, nhũ hóa, phân tán, phá vỡ tế bào và chiết xuất vật chất nội bào, hoạt hóa hoặc bất hoạt enzyme (tùy thuộc vào cường độ siêu âm), bảo quản, ổn định, hòa tan và kết tinh, hydro hóa, làm mềm thịt, ủ chín, ủ lâu và oxy hóa, cũng như khử khí và sấy phun.
Dưới đây, chúng tôi giới thiệu một số ứng dụng tiêu biểu của thiết bị siêu âm Hielscher trong chế biến thực phẩm. Vui lòng nhấp vào các liên kết cụ thể để tìm hiểu chuyên sâu về ứng dụng mà bạn quan tâm!
Chiết xuất các chất tạo hương vị và hợp chất có hoạt tính sinh học bằng siêu âm
Chiết xuất bằng siêu âm được sử dụng rộng rãi trong ngành thực phẩm để thu hồi hiệu quả các hợp chất có hoạt tính sinh học, phân tử tạo hương vị và protein bằng cách áp dụng siêu âm cường độ cao nhằm tăng cường truyền khối và phá vỡ cấu trúc tế bào. Các hiệu ứng xâm thực tạo ra giúp tăng hiệu suất và tốc độ chiết xuất trong khi vận hành ở nhiệt độ thấp, giúp bảo toàn các hợp chất nhạy cảm và cho phép xử lý sạch, có thể mở rộng quy mô mà không cần dung môi có tính tác động mạnh.
Máy đồng nhất hóa siêu âm được sử dụng rộng rãi trong chế biến thực phẩm. Các ứng dụng điển hình bao gồm chiết xuất, trộn, nhũ hóa và ủ lâu / ủ chín.
| Cà phê | Cần sa | Pectin |
| Leghemoglobin từ đậu nành | Vani | Nấm |
| Dầu tảo | Nhụy hoa nghệ tây | Thảo mộc |
| Protein ruồi lính | Protein từ nấm | Dầu ô liu |
Nhũ hóa nước xốt, xốt trộn salad và kem bằng siêu âm
Bằng cách xử lý hỗn hợp dầu/nước bằng siêu âm, các đầu bếp và nhà khoa học thực phẩm tạo ra các nhũ tương siêu mịn, ổn định – không cần nhiệt độ quá cao hay phụ gia tổng hợp. Từ nước xốt sánh mịn, xốt dầu giấm mượt mà đến kem không chứa sữa và các lớp bọt mịn nhẹ, hiện tượng xâm thực do siêu âm cho phép kiểm soát chính xác kích thước và sự phân tán của các giọt.
Tìm hiểu thêm về nhũ tương thực phẩm được tạo bằng siêu âm!
Lên men sữa chua bằng siêu âm
Sữa chua là sản phẩm sữa lên men có thể được sản xuất chỉ từ sữa hoặc bằng cách bổ sung các chủng vi khuẩn nuôi cấy. Các chủng Bifidobacteria (ví dụ: BB-12, BB-46, B breve) là những lợi khuẩn thường được sử dụng để lên men sữa chua. Hiện tượng xâm thực do siêu âm tác động lên tế bào vi khuẩn có thể phá hủy chúng, đồng thời giải phóng β-galactosidase. β-galactosidase là một enzyme thủy phân được sử dụng rộng rãi trong ngành chế biến sữa. Quá trình lên men có hỗ trợ siêu âm diễn ra nhanh hơn nhờ sự thủy phân lactose nhanh hơn, do siêu âm gây giải phóng β-galactosidase từ các tế bào bifidobacteria.
Quá trình đồng nhất hóa bằng siêu âm phá vỡ các cầu mỡ sữa và tạo ra sự phân bố các cầu mỡ có kích thước rất nhỏ.
Xử lý bằng siêu âm có thể đẩy nhanh tốc độ lên men (giảm tổng thời gian sản xuất tới 40%) và cải thiện các đặc tính chất lượng của sữa chua, mang lại độ nhớt cao hơn, khối đông chắc hơn và kết cấu vượt trội.
Đồng nhất hóa sữa bằng siêu âm
Sữa (ví dụ: sữa bò, trâu, dê hoặc lạc đà) là một hệ nhũ tương hoặc hệ keo gồm các cầu chất béo sữa nằm trong một chất lỏng nền nước có chứa carbohydrate, protein và khoáng chất hòa tan. Vì chất béo và nước có xu hướng tách thành hai pha, sữa phải được đồng hóa để thu được sản phẩm đồng nhất. Đồng hóa có nghĩa là phân bố đều các phân tử chất béo trong dịch sữa. Siêu âm là một phương pháp phổ biến được sử dụng cho nhiều ứng dụng trong chế biến sữa. Xử lý sữa bằng siêu âm tạo ra các cầu chất béo được đồng hóa, có kích thước đồng đều và phân bố đồng nhất. Đồng hóa bằng siêu âm công suất cao cũng có hiệu quả đối với các sản phẩm thay thế sữa (thuần chay/không chứa sữa động vật) có nguồn gốc thực vật như nước cốt dừa hoặc sữa đậu nành.
Nghiên cứu của Sfakianakis và Tzia (2012) cho thấy đồng hóa bằng siêu âm làm giảm kích thước các cầu chất béo sữa (MFG). Các ảnh hiển vi bên dưới cho thấy tác động của xử lý siêu âm lên kích thước giọt chất béo sữa. Biên độ thấp (150W) không mang lại hiệu quả đồng hóa thỏa đáng (Hình 2); kích thước MFG và sự phân bố của chúng tương tự như ở sữa chưa xử lý (so sánh hình 1 và 2). Siêu âm biên độ trung bình (267,5, 375 W) mang lại hiệu quả đồng hóa tốt; đường kính trung bình của MFG là 2 μm (Hình 3, 4). Siêu âm biên độ cao hơn (750W) làm giảm đáng kể kích thước MFG (Hình 6), khiến chúng hầu như không nhìn thấy được dưới kính hiển vi quang học (độ phóng đại 100x); đường kính trung bình của chúng là 0,3 μm.
Siêu âm công suất cao là một kỹ thuật đồng hóa phi nhiệt nhẹ nhàng. Sfakianakis và cộng sự (2011) cho thấy hiệu quả đồng hóa ấn tượng của siêu âm đối với sữa.
Chandrapala và cộng sự (2012) đã nghiên cứu tác động của xử lý siêu âm lên casein và canxi. Họ áp dụng sóng siêu âm (20kHz) cho các mẫu sữa tách béo tươi, casein dạng micelle hoàn nguyên và bột casein. Họ xử lý các mẫu bằng siêu âm cho đến khi kích thước các cầu chất béo sữa giảm xuống còn khoảng 10nm. Phân tích sữa đã xử lý siêu âm cho thấy kích thước các micelle casein không thay đổi. Trong vài phút đầu xử lý siêu âm, lượng protein whey hòa tan cũng tăng nhẹ và độ nhớt giảm tương ứng. Nghiên cứu xác định rằng các micelle casein ổn định trong quá trình xử lý siêu âm và nồng độ canxi hòa tan không bị ảnh hưởng bởi việc xử lý siêu âm. [Chandrapala et al. 2012]
Kết tinh đường bằng siêu âm trong sản xuất bánh kẹo
Xử lý siêu âm có kiểm soát cho phép khởi phát quá trình tạo mầm tinh thể (hình thành các mầm) và tác động đến sự phát triển của tinh thể. Dưới tác động của sóng siêu âm, các tinh thể hình thành có kích thước nhỏ hơn và do đó có số lượng nhiều hơn. Siêu âm hỗ trợ quá trình kết tinh theo hai cách: Thứ nhất, siêu âm công suất cao là một công cụ rất hiệu quả để tạo ra dung dịch đồng nhất, là nguyên liệu ban đầu cho quá trình kết tinh. Ở giai đoạn thứ hai, siêu âm hỗ trợ hình thành một số lượng lớn các mầm tinh thể. Trong khi quá trình tạo mầm kém hiệu quả tạo ra ít tinh thể lớn hơn, quá trình tạo mầm hiệu quả hình thành nhiều tinh thể nhỏ, mịn. Trong trường âm, thậm chí có thể khởi phát quá trình tạo mầm của các loại đường vốn khó kết tinh (ví dụ: D-fructose, sorbitol).
Việc biến đổi quá trình kết tinh bằng siêu âm là một hướng đáng quan tâm trong xây dựng công thức kẹo, bánh kẹo, thực phẩm dạng phết, kem, kem đánh bông và sô cô la.
Thiết bị siêu âm UIP4000hdT là một thiết bị chế biến thực phẩm mạnh mẽ có công suất 4kW dành cho sản xuất thực phẩm công nghiệp, chẳng hạn như chiết xuất pectin và hương liệu cũng như đồng hóa.
Hydro hóa dầu ăn bằng siêu âm
Hydro hóa dầu thực vật là một quá trình công nghiệp quy mô lớn quan trọng. Thông qua quá trình hydro hóa, dầu thực vật dạng lỏng được chuyển thành chất béo rắn hoặc bán rắn (ví dụ: bơ thực vật). Về mặt hóa học, các axit béo không bão hòa được chuyển đổi trong phản ứng có xúc tác chuyển pha phản ứng hydro hóa thành các axit béo bão hòa tương ứng bằng cách bổ sung các nguyên tử hydro vào các liên kết đôi. Quá trình xúc tác này có thể được đẩy nhanh bằng xử lý siêu âm công suất cao. Niken là chất xúc tác thường được sử dụng. Chất béo hydro hóa được sử dụng rộng rãi làm chất tạo độ xốp giòn trong các sản phẩm bánh. Một ưu điểm của chất béo bão hòa là ít có xu hướng bị oxy hóa hơn và do đó có nguy cơ bị ôi thấp hơn.
Hóa lỏng mật ong bằng siêu âm
Siêu âm cung cấp một phương pháp phi nhiệt hiệu quả để hóa lỏng các tinh thể trong mật ong và tiêu diệt nấm men mà không ảnh hưởng đến chất lượng mật ong.
Nhấp vào đây để tìm hiểu thêm!
Ổn định nước ép và sinh tố bằng siêu âm
Là một kỹ thuật chế biến thực phẩm phi nhiệt, siêu âm mang lại phương pháp xử lý nhẹ nhàng nhưng hiệu quả, giúp tăng cường hương vị, đồng thời ổn định và bảo quản nước ép, sinh tố, nước xốt và thực phẩm nghiền nhuyễn. Kết quả xử lý nước ép bằng siêu âm bao gồm cải thiện hương vị, ổn định và bảo quản.
Đọc thêm tại đây về việc cải thiện nước ép và sinh tố bằng siêu âm!
Đọc thêm về chế biến cà chua bằng siêu âm!
Tìm hiểu cách xử lý siêu âm bảo quản nước ép dâu tây được tạo ngọt bằng cỏ ngọt đồng thời cải thiện thành phần dinh dưỡng!
Ủ chín rượu vang và rượu mạnh bằng siêu âm
Siêu âm công suất cao hỗ trợ quá trình ủ gỗ sồi cho rượu vang và rượu mạnh nhờ khả năng chiết xuất hiệu quả và sự tăng cường đáng kể quá trình truyền khối giữa mô gỗ và đồ uống có cồn.
Nhấp vào đây để tìm hiểu thêm về các khả năng xử lý rượu vang bằng siêu âm!
Quá trình lên men rượu vang, dịch nho chưa lên men, bia và sake cũng có thể được đẩy nhanh đáng kể. Mức tăng tốc từ 50% đến 65% đã đạt được!
Để biết thêm thông tin về quá trình lên men có hỗ trợ siêu âm, vui lòng nhấp vào đây!
Đẩy nhanh quá trình đông lạnh kem bằng siêu âm
Để sản xuất kem, cần có hỗn hợp nguyên liệu làm kem. Hỗn hợp này gồm sữa, sữa bột, kem sữa, bơ hoặc chất béo thực vật, đường, chất khô, chất nhũ hóa, chất ổn định cũng như các phụ gia như trái cây, các loại hạt, hương liệu và chất tạo màu. Hỗn hợp đặc biệt này phải được đồng nhất hóa và thanh trùng, sau đó được khuấy chậm trong quá trình đông lạnh để ngăn hình thành các tinh thể đá lớn. Trong quá trình này, các bọt khí rất nhỏ được trộn vào (gọi là quá trình sục khí) để tạo độ bông xốp cho kem, tạo ra món tráng miệng lạnh có kết cấu mịn. Đây là công đoạn có thể áp dụng xử lý siêu âm để nâng cao chất lượng kem.
Trong quá trình đông lạnh, các tinh thể hình thành từ nước siêu lạnh. Hình thái của các tinh thể đá đóng vai trò quan trọng đối với các đặc tính kết cấu và vật lý của thực phẩm đông lạnh và bán đông lạnh. Vì kích thước và sự phân bố của các tinh thể đá có tầm quan trọng đặc biệt đối với chất lượng của các sản phẩm có cấu trúc mô sau khi rã đông, nên đối với kem, các tinh thể đá nhỏ được ưu tiên hơn vì các tinh thể lớn tạo ra kết cấu dăm đá. Sự tạo mầm là yếu tố quan trọng nhất để kiểm soát sự phân bố kích thước tinh thể trong quá trình kết tinh. Do đó, tốc độ đông lạnh thường là thông số được sử dụng để kiểm soát kích thước và sự phân bố kích thước của các tinh thể đá trong kem. Trong quá trình đánh bông và đông lạnh, không khí được bơm vào để tạo kết cấu mịn cho kem. Cái gọi là “độ nở do khí” (over-run), tức lượng không khí được bơm vào, được định lượng – tùy theo từng công thức cụ thể – theo tỷ lệ với tổng thể tích của chất rắn và nước. Vì vậy, độ nở do khí thay đổi tùy theo các công thức kem và các dòng chế biến khác nhau. Kem tiêu chuẩn có độ nở do khí là 100%, nghĩa là sản phẩm cuối cùng gồm thể tích hỗn hợp nguyên liệu làm kem và thể tích bọt khí bằng nhau.
Việc sử dụng các máy đồng nhất hóa siêu âm công suất cao của Hielscher giúp cải thiện chất lượng kem bằng cách giảm kích thước tinh thể đá và tránh sự đóng cặn trên bề mặt đông lạnh. Độ đặc tốt hơn và cảm giác béo mịn hơn trong miệng đạt được nhờ kích thước tinh thể đá trong kem giảm và sự phân bố bọt khí được cải thiện. Thời gian đông lạnh ngắn hơn đáng kể giúp tăng năng suất xử lý và nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng của quy trình sản xuất.
Thiết bị siêu âm UP400St để chiết xuất nguyên liệu thực vật theo mẻ với tốc độ cao.
Sục khí vào bột nhão bằng siêu âm
Các sản phẩm thực phẩm được sục khí như bánh bông lan có thể được cải thiện đáng kể bằng xử lý siêu âm. Việc áp dụng siêu âm công suất cao trong giai đoạn trộn bột nhão giúp cải thiện chất lượng bánh bông lan bằng cách giảm độ cứng, tăng độ đàn hồi, độ kết dính và khả năng phục hồi của bánh. Trong các thử nghiệm, tất cả nguyên liệu được trộn với nhau theo phương pháp “cho tất cả vào cùng lúc”, nghĩa là bột mì nguyên cám có hàm lượng protein thấp, chất nhũ hóa, tinh bột ngô, đường, bột nở, muối và trứng tươi nguyên quả được thêm đồng thời để tạo thành bột nhão. Trước khi xử lý siêu âm, các nguyên liệu được khuấy trộn đều với nhau để siêu âm được áp dụng cho một hỗn hợp bột nhão đồng nhất. Bánh được sục khí bằng siêu âm có độ cứng, độ dính dẻo và độ dai thấp hơn, trong khi độ đàn hồi, độ kết dính và khả năng phục hồi của bánh cao hơn một chút so với bánh đối chứng.
Kết tinh và đảo trộn tinh luyện sô cô la bằng siêu âm
Xử lý siêu âm được biết đến rộng rãi nhờ khả năng chiết xuất. Bơ ca cao có thể được giải phóng khỏi các tế bào của hạt ca cao bằng phương pháp nghiền và chiết xuất siêu âm.
Siêu âm là một kỹ thuật thay thế để phá vỡ các tinh thể đường trong sô cô la, qua đó tạo ra các hiệu quả tương tự như quá trình đảo trộn tinh luyện.
Làm mềm thịt bằng siêu âm
Việc áp dụng sóng siêu âm công suất cao lên thịt giúp làm mềm cấu trúc thịt. Hiệu quả làm mềm đáng kể đạt được nhờ sự giải phóng các protein tơ cơ khỏi tế bào cơ. Bên cạnh tác dụng làm mềm, siêu âm còn cải thiện khả năng giữ nước và độ kết dính của thịt.
Tìm hiểu thêm tại đây về cách làm mềm thịt bằng siêu âm công suất cao và thiết bị siêu âm MeatBuzzer!
Xử lý siêu âm trong nhà bếp và quầy bar
Các thiết bị xử lý thực phẩm bằng siêu âm cũng đã được đưa vào các nhà bếp ẩm thực cao cấp. Thiết bị siêu âm Hielscher được các đầu bếp hàng đầu sử dụng, chẳng hạn như đầu bếp được trao hai sao Michelin Sang-Hoon Degeimbre.
Nhấp vào đây nếu bạn quan tâm đến công thức nước dùng tôm nổi tiếng của ông được chế biến bằng siêu âm!
Để xem các công thức cocktail sử dụng siêu âm, hãy nhấp vào đây!
Thiết bị siêu âm dùng trong chế biến thực phẩm Kosher và Halal
Hielscher Ultrasonics có thể cung cấp chứng nhận kosher hoặc halal cho các thiết bị siêu âm của mình theo yêu cầu. Điều này có nghĩa là các thiết bị siêu âm đã được sản xuất và xử lý theo các hướng dẫn nghiêm ngặt của những luật ăn uống tôn giáo này. Chứng nhận kosher đảm bảo rằng các thiết bị siêu âm đã được sản xuất mà không sử dụng bất kỳ phụ phẩm hoặc dẫn xuất nào từ động vật, trong khi chứng nhận halal xác nhận rằng các thiết bị siêu âm đã được xử lý theo cách phù hợp với các nguyên tắc ăn uống của Hồi giáo.
Nếu bạn cần một thiết bị siêu âm Hielscher được chứng nhận kosher hoặc halal, vui lòng liên hệ với chúng tôi và chúng tôi sẽ sẵn lòng thu xếp chứng nhận cần thiết.
Liên hệ với chúng tôi! / Đặt câu hỏi cho chúng tôi!
Hielscher Ultrasonics sản xuất các thiết bị đồng nhất hóa siêu âm hiệu năng cao cho các ứng dụng trộn, phân tán, nhũ hóa và chiết xuất ở quy mô phòng thí nghiệm, thí điểm và công nghiệp.
Tài liệu / Tài liệu tham khảo
- Chandrapala, Jayani et al. (2012): The effect of ultrasound on casein micelle integrity. Journal of Dairy Science 95/12, 2012. 6882-6890.
- Chandrapala, Jayani et al. (2011): Effects of ultrasound on the thermal and structural characteristics of proteins in reconstituted whey protein concentrate. Ultrasonics Sonochemistry 18/5, 2011. 951-957.
- Dairy Processing Handbook. Published by Tetra Pak Processing Systems AB, S-221 86 Lund, Sweden. 387.
- Feng, Hao; Barbosa-Cánovas, Gustavo V.; Weiss, Jochen (2010): Ultrasound Technologies for Food and Bioprocessing. New York: Springer, 2010.
- Huang, B. X.; Zhou, W. B. (2009): Ultrasound Aided Yogurt Fermentation with Probiotics. NUROP Congress, Singapore, 2009.
- Keshava Prakash, M. N.; Ramana, K. V. R. (2003): Ultrasound and Its Application in the Food Industry. J. Food Sci Technol. 40/6, 2003. 563-570.
- Mortazavi, A.; Tabatabaie, F. (2008): Study of Ice Cream Freezing Process after Treatment with Ultrasound. World Applied Science Journal 4, 2008. 188-190.
- Petzold, G. and Aguilera, J. M. (2009): Ice Morphology: Fundamentals and Technological Applications in Foods. Food Biophysics Vol.4, No. 4, 378-396.
- Sfakianakis, Panagiotis; Tzia, Constantina (2011): Yogurt from ultrasound treated milk: monitoring of fermentation process and evaluation of product quality characteristics. ICEF 2011.
Hielscher Ultrasonics sản xuất các thiết bị đồng nhất hóa siêu âm hiệu năng cao ở các quy mô từ phòng thí nghiệm đến công nghiệp.