Wykorzystanie
ultradźwięków w
technologii żywności
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