Wykorzystanie

ultradźwięków w

technologii żywności

Ultradźwięki



Ultradźwiękami nazywany fale dźwiękowe o

częstotliwości od 20kHz do 1GHz



Wysoka częstotliwość powoduje, że człowiek

ich nie słyszy



W naturze niektóre zwierzęta (np. delfin,

nietoperz, pies, szczur) mają zdolność
słyszenia i emitowania ultradźwięków,
wykorzystują je do echolokacji



Ultradźwięki są stosowane w różnych

dziedzinach, m.in. w medycynie, kosmetyce,
fizjoterapii, technice, elektronice, technologii
żywności

Ultradźwięki w technologii
żywności



Techniki ultradźwiękowe w ostatnich latach

cieszą się dużym zainteresowaniem w
przemyśle spożywczym zarówno w analizie
żywności, jak i w procesach jej przetwarzania i
utrwalania. Można się także nimi posłużyć w
celu zwiększenia poziomu bezpieczeństwa
produktów spożywczych.



Przy pomocy ultradźwięków wpływa się na

dyspersję, koagulowanie, ekstrakcję,
mieszanie



W technologii żywności wykorzystuje się przede
wszystkim zdolność fal ultradźwiękowych o dużej mocy i
małej częstotliwości (20 - 100 kHz) do wywoływania
efektu kawitacji, który wpływa na fizykochemiczne oraz
biochemiczne właściwości materiału, a w szczególności
na dezintegrację struktur komórkowych.



Kawitacją nazywamy zjawisko wywołane w obszarze płynącej
cieczy miejscowym obniżeniem się ciśnienia poniżej wartości
krytycznej, bliskiej ciśnieniu parowania cieczy przy danej
temperaturze i polegające na tworzeniu się pęcherzyków parowo-
gazowych w miejscach najniższego ciśnienia oraz ich zanikaniu w
strefie wyższego ciśnienia. Zanikanie pęcherzyków parowo-
gazowych następuje gwałtownie w czasie krótszym od 0,001 s i ma
charakter implozji.
Lokalne nagłe zmiany ciśnienia mogą przekraczać ciśnienie cieczy
nawet kilkusetkrotnie, a powstające podczas implozji bąbelków gazu
fale uderzeniowe powodują mikrouszkodzenia.



Niszczenie ścian i błon komórkowych przyczynia się

do inaktywacji mikroorganizmów, ale jest także
podstawą do łatwiejszego uwalniania zawartości
komórki do środowiska i w ten sposób staje się
ważnym etapem w procesie otrzymywania
polisacharydów czy wewnątrzkomórkowych białek,
w tym enzymów.

Podział fal dźwiękowych

Ze względu na intensywność:



Niska (poniżej 1 W/m2)



Średnia (od 1 do 10 W/m2)



Wysoka (powyżej 10 W/m2)

Zastosowanie



Wyróżnić można dwa główne kierunki

ultradźwięków stosowanych w technologii
żywności:



O niskim natężeniu (< 1 W/m

2

) przy

częstotliwości powyżej 100 kHz- badania
żywności



O wysokim natężeniu (>1 W/m

2

) przy

częstotliwości 20-100 kHz- bezpośrednie
wspomaganie procesów produkcyjnych i
przetwórczych

Badania żywności

Badane cechy

Przykład zastosowania

Skład żywności

Zawartość węglowodanów w

roztworach wodnych,

zawartość alkoholu w

napojach, skład mleka

Rozmiar cząsteczek

Powietrze w pianach, tłuszczu

w mleku, kazeiny

Jakość żywności

Świeżość jaj, dojrzałość

owoców

Inne

Temperatura w żywności

Wspomaganie procesów
produkcyjnych i przetwórczych



Powodują fizyczne zniszczenie materiału oraz

inicjują niektóre reakcje chemiczne, np.
utlenianie, zastosowanie do inaktywacji
mikroorganizmów i enzymów, tworzenie
emulsji, kruszenia mięsa oraz przyspieszania
suszenia, ekstrakcji, filtracji czy krystalizacji
(zamrażanie)

Krystalizacja -
zamrażanie



Ultradźwięki o wysokim natężeniu mogą wpływać

na przebieg krystalizacji, powodując redukcję
wielkości kryształów, co ma znaczenie dla
produktów zamrażanych/ mrożonych.



Ultradźwięki zastosowane w zamrażaniu powodują:



Zwiększenie szybkości procesu



Ograniczają powierzchniową ususzkę
zamrażalniczą



Wpływają na poprawę jakości produktów

Suszenie



Ultradźwięki zastosowane w suszeniu:



wspomagają suszenie w trakcie jego trwania-
zachowanie lepszej jakości suszu, ponieważ
nieodporny termicznie surowiec może być
wysuszony szybciej i w niższej temperaturze



są zabiegiem wstępnym przed usuwaniem
wody- modyfikują przebieg procesu oraz
właściwości tkanki

Zalety ultradźwięków



Szybkie, precyzyjne, nieinwazyjne działanie



Mogą być zastosowane do układów zagęszczonych i
optycznie nieprzezroczystych



Mogą być łatwo zaadoptowane do pomiarów on-line, co
umożliwia monitorowanie procesów przetwórczych



Technika wspomagająca, przyspieszająca lub poprzedzająca
tradycyjne operacje.



Możliwość wytwarzania produktów o zwiększonej zawartości
związków prozdrowotnych i takich, które odgrywają
szczególną rolę w kształtowaniu właściwości sensorycznych
produktów, np. barwy czy specyficznego smaku, oraz
wytwarzania żywności o dużej koncentracji funkcjonalnych
składników

Wady ultradźwięków



Wytwarzanie ciepła podczas ich aplikacji, co

może prowadzić do zmian właściwości
fizycznych produktu



Aby osiągnąć efekt konserwujący, należy

zastosować ultradźwięki o znacznej
intensywności, co może mieć negatywny
wpływ na teksturę i cechy sensoryczne

Bibliografia



Kapturowska A., Stolarzewicz I., Chmielewska I., Białecka-Florjańczyk
E., 2011, Ultradźwięki – narzędzie do inaktywacji komórek drożdży
oraz izolacji białek wewnątrzkomórkowych, Żywność. Nauka.
Technologia. Jakość, t. 4, nr 77, str.160-171



Maniak B., 2005, Zastosowanie ultradźwięków do dojrzewania
czerwonych win owocowych, Inżynieria Rolnicza, t. 9, nr 11, str.291-
299



Nowicka P., Wojdyło A., Oszmiański J., 2014, Zagrożenia powstające w
żywności minimalnie przetworzonej i skuteczne metody ich eliminacji,
Żywność. Nauka. Technologia. Jakość, t. 2, nr 93, str. 5-18



Sakowski P., Janiszewska E., 2013, Zmiany barwy soku marchwiowego
w czasie obróbki ultradźwiękami, Acta Agrophysica, t. 20, nr 1,
str. 161-171



Witrowa-Rajchert D., 2012, Ultradźwięki (US) zastosowane w produkcji
żywności projektowanej, Przemysł Spożywczy, t. 66, nr 11, str. 41-43