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Ultraschallreinigung für die Lebensmittelindustrie
In den letzten Jahren haben die Eigenschaften des Ultraschalls in der Lebensmittelindustrie zunehmendes Interesse geweckt, da die Induktion physikalischer und chemischer Reaktionen zu einem strategischen Vorteil in den verschiedenen Phasen der Lebensmittelverarbeitung führen kann. Ultraschall wurde aufgrund seiner mechanischen und/oder chemische Auswirkungen auf die Prozesse der Homogenisierung, Mischung, Extraktion, Filtration, Kristallisation, Dehydratation, Fermentation und Entgasung durch ihre Antischaumwirkung, Partikelgrößenreduzierung, vorübergehende oder dauerhafte Veränderung der Viskosität, Modulation des Wachstums lebender Zellen, Zellzerstörung und Dispersion von Aggregaten, Inaktivierung von Mikroorganismen und Enzymen und Sterilisation von Geräten.
Da diese Energieform zahlreiche Vorteile bietet, wird sie eingesetzt, um die qualitativen Eigenschaften hochwertiger Lebensmittel zu verbessern und die Sicherheit einer großen Vielfalt von Lebensmitteln zu gewährleisten, während gleichzeitig etwaige negative Auswirkungen auf die sensorischen Eigenschaften von Lebensmitteln minimiert werden. Darüber hinaus bietet die zerstörungsfreie Natur dieser Technologie zahlreiche Möglichkeiten zur Analyse der Lebensmittelzusammensetzung.
Wie alle anderen hochmodernen Verarbeitungstechnologien ist Hochleistungs-US keine Standardtechnologie und muss daher für jeden Anwendungstyp untersucht und entwickelt werden. Abhängig von der verwendeten Frequenz und der Amplitude der eingesetzten Schallwelle können eine Reihe physikalischer, chemischer und biochemischer Effekte für vielfältige Anwendungen genutzt werden. Durch die Anwendung von hochenergetischem/intensivem Ultraschall wird die Qualität verarbeiteter Lebensmittel verbessert und es ergeben sich Eigenschaften, die denen des frischen Produkts ähneln (Farbe, Konsistenz, Geschmack und Nährstoffe).
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In der Lebensmittelindustrie wird Ultraschall eingesetzt, um Produktionsprozesse zu steuern, Lebensmitteleigenschaften zu bewerten, Mängel zu erkennen, die Fruchtreife zu überwachen, den Ertrag und die Extraktionsgeschwindigkeit von Lebensmittelkomponenten zu verbessern und den Konservierungszustand zu beurteilen. Durch den Einsatz von Ultraschall lassen sich herkömmliche Prozesse der Lebensmittelverarbeitung verbessern, da der Energie- und Chemikalienbedarf gesenkt wird und somit eine umweltfreundlichere Alternative geboten wird. Bei der Lebensmittelverarbeitung lassen sich Ultraschallanwendungen in zwei Kategorien einteilen: als Ersatz für herkömmliche Technologien und als Unterstützung herkömmlicher Technologien. Im letzteren Fall verbessert der Einsatz von Ultraschall verschiedene Lebensmittelprozesse wie Extraktion, Einfrieren, Auftauen, Pökeln, Oxidation, Filtration und Trocknen/Dehydrierung und erhöht so die Verarbeitungseffizienz und vermeidet die Nachteile traditioneller Technologien, die bei der Verarbeitung zum Einsatz kommen.
Nachfolgend sind einige der Eigenschaften von Ultraschall in verschiedenen Prozessen aufgeführt:
Ultraschallreinigungsgeräte für die Lebensmittelindustrie
Da diese Energieform zahlreiche Vorteile bietet, wird sie eingesetzt, um die qualitativen Eigenschaften hochwertiger Lebensmittel zu verbessern und die Sicherheit einer großen Vielfalt von Lebensmitteln zu gewährleisten, während gleichzeitig etwaige negative Auswirkungen auf die sensorischen Eigenschaften von Lebensmitteln minimiert werden. Darüber hinaus bietet die zerstörungsfreie Natur dieser Technologie zahlreiche Möglichkeiten zur Analyse der Lebensmittelzusammensetzung.
Wie alle anderen hochmodernen Verarbeitungstechnologien ist Hochleistungs-US keine Standardtechnologie und muss daher für jeden Anwendungstyp untersucht und entwickelt werden. Abhängig von der verwendeten Frequenz und der Amplitude der eingesetzten Schallwelle können eine Reihe physikalischer, chemischer und biochemischer Effekte für vielfältige Anwendungen genutzt werden. Durch die Anwendung von hochenergetischem/intensivem Ultraschall wird die Qualität verarbeiteter Lebensmittel verbessert und es ergeben sich Eigenschaften, die denen des frischen Produkts ähneln (Farbe, Konsistenz, Geschmack und Nährstoffe).
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In der Lebensmittelindustrie wird Ultraschall eingesetzt, um Produktionsprozesse zu steuern, Lebensmitteleigenschaften zu bewerten, Mängel zu erkennen, die Fruchtreife zu überwachen, den Ertrag und die Extraktionsgeschwindigkeit von Lebensmittelkomponenten zu verbessern und den Konservierungszustand zu beurteilen. Durch den Einsatz von Ultraschall lassen sich herkömmliche Prozesse der Lebensmittelverarbeitung verbessern, da der Energie- und Chemikalienbedarf gesenkt wird und somit eine umweltfreundlichere Alternative geboten wird. Bei der Lebensmittelverarbeitung lassen sich Ultraschallanwendungen in zwei Kategorien einteilen: als Ersatz für herkömmliche Technologien und als Unterstützung herkömmlicher Technologien. Im letzteren Fall verbessert der Einsatz von Ultraschall verschiedene Lebensmittelprozesse wie Extraktion, Einfrieren, Auftauen, Pökeln, Oxidation, Filtration und Trocknen/Dehydrierung und erhöht so die Verarbeitungseffizienz und vermeidet die Nachteile traditioneller Technologien, die bei der Verarbeitung zum Einsatz kommen.
Anwendungen der Ultraschallreinigung in der Lebensmittelindustrie
- Entschäumer für Abfüllanlage
- Backbleche reinigen
- Kochplatten reinigen
- Desinfektion von Schneidwerkzeugen
- Reinigung und Desinfektion von Haken
- Entfetten von Teilen
- Entkalken
- Paellapfannen und Bratpfannen reinigen
- Herdreinigung
- Dunstabzugshaubenfilter reinigen
Nachfolgend sind einige der Eigenschaften von Ultraschall in verschiedenen Prozessen aufgeführt:
Merkmale – Ultraschallreinigung
Im Lebensmittelsektor werden bestehende Prozesse ständig verbessert und neue Technologien eingeführt. Ziel ist es, die Produktionseffizienz zu steigern, mehr Sicherheit und Qualität zu gewährleisten und die Energiekosten zu senken. Daher ist die Lebensmittelverarbeitungstechnologie ein Sektor, der sich ständig weiterentwickelt. Der veränderte Geschmack der Verbraucher und die Notwendigkeit, immer sicherere und qualitativ hochwertigere Produkte anzubieten, erfordern innovative und sich ständig weiterentwickelnde Forschung. Tatsächlich kann die Einführung neuer Technologien zu einer Verkürzung der Verarbeitungszeiten und einer Verbesserung des Managements der Verarbeitungsbedingungen führen.Diese Aspekte sind eng mit der Erzielung qualitativ hochwertiger Produkte verbunden, bei denen die natürlichen Eigenschaften des Produkts maximal bewahrt bleiben. Ein weiterer sehr wichtiger Aspekt, der berücksichtigt werden muss, ist die Reduzierung des Energiebedarfs der Prozesse, um sowohl die ökologischen als auch die wirtschaftlichen Kosten zu begrenzen. Ultraschall wurde bei Fleischprodukten, Gemüse und Obst, Getreideprodukten, kohlensäurehaltigen Lebensmitteln, Honig, Lebensmittelgelen, Lebensmittelproteinen und Lebensmittelenzymen zur mikrobiellen Inaktivierung, zum Einfrieren, Trocknen und zur Extraktion eingesetzt – mit überraschenden Ergebnissen.
Kristallisation
Hochintensiver Ultraschall beeinflusst den Kristallisationsprozess durch die Einleitung der Kristallisationskernbildung und kontrolliert die Entwicklung und Bildung kleiner Kristalle. Das ultraschallunterstützte Einfrieren verkürzt die zur Kristallbildung erforderliche Zeit und gewährleistet eine größere Homogenität, wodurch Zellschäden verringert und die Produktintegrität bewahrt werden. Durch die Anwendung von Ultraschall im Batch-Modus, d. h. durch Beschallung, wird der Zuckerkristallisationsprozess gesteuert, indem die Bildung zahlreicher Keime aus einer Zuckerlösung erleichtert wird und die Keime durch die Bildung wohldefinierter Kristalle verstärkt werden.
Dieser physikalische Kristallisationsprozess erfolgt ohne Zugabe von Fremdstoffen. Die Beschallung wird beim Gefrieren eingesetzt, um beispielsweise die Qualität von Speiseeis zu verbessern. Eiskristalle mit gleichmäßiger Größe und Verteilung tragen maßgeblich zur Produktqualität bei, und die Kristallisationskernbildung ist der wichtigste Faktor für die Steuerung der Kristallbildung und -verteilung während des Gefrierens.
Dieser physikalische Kristallisationsprozess erfolgt ohne Zugabe von Fremdstoffen. Die Beschallung wird beim Gefrieren eingesetzt, um beispielsweise die Qualität von Speiseeis zu verbessern. Eiskristalle mit gleichmäßiger Größe und Verteilung tragen maßgeblich zur Produktqualität bei, und die Kristallisationskernbildung ist der wichtigste Faktor für die Steuerung der Kristallbildung und -verteilung während des Gefrierens.
Emulsion
Emulsionen und Dispersionen enthalten oft Tenside, um die Stabilität zu erhöhen. Tenside verhindern die Agglomeration von dispergiertem Material in der flüssigen Phase. Tatsächlich bilden Tenside eine Schicht um jedes Partikel. Dieselben Tenside können jedoch auch in der flüssigen Phase suspendierte Gasbläschen einkapseln, wodurch diese weitgehend stabilisiert werden. Auf diese Weise wird das Tensid verbraucht, die Qualität der Emulsion oder Dispersion verringert sich und es entstehen fehlerhafte Partikelgrößenmesswerte. Um das Problem stabilisierter Gasbläschen zu verringern, werden Flüssigkeiten einfach mittels Ultraschall entgast.
Dadurch wird die Anzahl der Bläschen reduziert und die Emulgierung gefördert. Die Implosion einer Kavitationsblase entlang der Grenzfläche zwischen zwei nicht miteinander mischbaren Flüssigkeiten erzeugt selbst bei geringer Energie eine äußerst stabile Emulsion. Im Lebensmittelbereich werden niederfrequente, hochenergetische Ultraschallwellen außerdem gezielt zur Erzeugung von Emulsionen, Mayonnaise, Fruchtsäften, Ketchup und homogenisierter Milch eingesetzt.
Dadurch wird die Anzahl der Bläschen reduziert und die Emulgierung gefördert. Die Implosion einer Kavitationsblase entlang der Grenzfläche zwischen zwei nicht miteinander mischbaren Flüssigkeiten erzeugt selbst bei geringer Energie eine äußerst stabile Emulsion. Im Lebensmittelbereich werden niederfrequente, hochenergetische Ultraschallwellen außerdem gezielt zur Erzeugung von Emulsionen, Mayonnaise, Fruchtsäften, Ketchup und homogenisierter Milch eingesetzt.
Extraktion
Mechanische Effekte ermöglichen ein besseres Eindringen des Lösungsmittels in die Zellen und verbessern so den Transfer- und Kavitationseffekt, der zum Aufbrechen der Zellwände und zur Freisetzung des Inhalts in das Medium führt. Daher werden mit dieser Technologie höhere Erträge in kürzerer Zeit bei niedrigeren Verarbeitungstemperaturen erzielt. Darüber hinaus haben mehrere Anwendungen gezeigt, dass die ultraschallgestützte Extraktion eine ökologisch und ökonomisch tragfähige Alternative zu herkömmlichen Techniken für Lebensmittel und Naturprodukte darstellt.
Antischaumwirkung
Die Antischaum- und Entschäumungswirkung von Flüssigkeiten ist eine interessante Anwendung von Ultraschall. Tatsächlich zwingt der Ultraschall die in der Flüssigkeit schwebenden kleinen Bläschen, an die Oberfläche zu steigen und das eingeschlossene Gas in die Umgebung freizusetzen, wodurch der Anteil gelösten Gases unterhalb des Flüssigkeitsspiegels sinkt. Daher wird die Ultraschallbehandlung zur Herstellung schaumfreier kohlensäurehaltiger Getränke, in Fermentationssystemen oder in anderen Prozessen eingesetzt, bei denen Schaum die Qualität der Produkte verschlechtert.
Fermentation
Bei hoher Intensität zerstört Ultraschall Zellen und/oder denaturiert Enzyme. Bei geringer Intensität verstärkt es den Massentransfer von Reaktanten und Produkten über die Schnittstelle oder durch die Zellwand. Bei diesen Verfahren wird Ultraschall eingesetzt, um den Verlauf der Gärung zu überwachen oder Einfluss darauf zu nehmen. Darüber hinaus wird es auch verwendet, um Mikroorganismen zu eliminieren, die den Prozess sonst behindern könnten.
Pasteurisierung
Die Kombination von Ultraschall mit Wärmebehandlung ist bei niedrigen Temperaturen wirksam und verbessert anschließend die Produktqualität. Durch Ultraschallpasteurisierung bei 50 °C lässt sich die Qualität vieler Lebensmittel in Bezug auf physikochemischen Eigenschaften, Farbe und Geschmack im Vergleich zu herkömmlichen Pasteurisierungstechniken, die mit wesentlich höheren Temperaturen und höheren Energiekosten verbunden sind, bewahren.
Filtration
Die durch Ultraschall erzeugte Schwingungsenergie sorgt dafür, dass die Partikel in der Schwebe bleiben und sich weiter bewegen, wodurch die Filteroberflächen frei bleiben und der Durchgang des Lösungsmittels in die Poren erleichtert wird.
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