Slik fungerer ultralyd i matprosessering
Ultralyd er en trygg og miljøvennlig teknologi som kan brukes for å produsere matprodukter av høyere kvalitet enn ved tradisjonell prosessering.
Hva er ultralydteknologi?
Ultralydteknologi består av bruk av lydbølger med frekvens som overstiger terskelen for menneskelig hørsel (> 16 kHz). Avhengig av frekvensen og intensiteten kan ultralyd videre deles inn i lavfrekvent (20–100 kHz) høyeffekts (>1 W/cm2) ultralyd og høyfrekvent (> 100 kHz) laveffekts (<1 W/cm2) ultralyd.
Ultralyd med lav effekt brukes til ikke-invasive og ikke-destruktive analyser, blant annet innen medisin og kosmetikk. I næringsmiddelindustrien brukes denne typen ultralydbølger i utgangspunktet til prosess- og kvalitetskontroll (slik som væskestrøm- og beholderfyllingskontroll, identifisering av fremmedlegemer eller evaluering av homogeniserings- og/eller emulgeringseffektivitet).
Til sammenligning kan ultralyd med høy effekt produsere endringer i materialet eller prosessen det anvendes på, noe som brukes i en rekke ulike prosesser i næringsmiddelindustrien (i forbindelse med overflaterengjøring og dekontaminering, mikrobiell og enzymatisk inaktivering, avgassing, hindre skumming, ved ekstrahering og så videre).
Fremgangsmåte og utstyr
Ultralydbølger kan forplante seg gjennom luft, væske og faste stoffer, men forplantningsmediet har stor betydning for effekten den gir. I næringsmiddelindustri er det vanligst å bruke ultralyd i et flytende medium.
Kavitasjon (dannelse av gassbobler som klapper sammen – imploderer – i en væske) er det viktigste fenomenet for effekten av ultralyd i en væske. Kort sagt skjer kavitasjonen ved at små mikrobobler, som er til stede i væsken, øker i størrelse. Dette skjer som et resultat av at ultralydbølgene skaper sykluser med lokale høytrykk og lavtrykk. Mikroboblene i væsken øker i størrelse til de blir ustabile og kollapser. Implosjonen skaper sjokkbølger som, avhengig av intensiteten i behandlingen, kan føre til at celler ødelegges. Dette kan for eksempel være nyttig for å hente ut komponenter fra vegetabilske celler, eller til å frigjøre celler/partikler, for eksempel i forbindelse med rengjøring av overflater.
Avhengig av de parameterne som benyttes, kan ultralyd også føre til dannelse av frie radikaler. Dette bør derfor tas med i betraktningen når man utvikler ultralydbaserte behandlinger.
For ultralydbehandling i flytende medier kan to typer utstyr brukes: enten ultralydvannbad (mindre effektivt, men billigere og enklere å oppskalere) og prober, eller ultralydhorn (som er effektivt, men også dyrere og vanskelig å bruke i industriell skala).
Bruk av ultralyd i gasser er mer komplekst og begrenses av andre årsaker, blant annet spenningstapet dette medfører. Ultralyd har også andre interessante bruksområder innen for eksempel assistert tørking og til bruk for å hemme skumdannelse. Til dette spesifikke bruksområdet må ultralydhorn brukes. Ultralyd kan også brukes med faste stoffer, for eksempel for å bidra til å forbedre oppvarmings- eller nedkjølingseffekten.
Hvordan behandle mat med ultralyd?
En rekke faktorer spiller inn på hvor godeffekten av behandling med ultralyd er. Det inkluderer ulike behandlingsparametere (frekvens, amplitude, behandlingstemperatur og -tid) og egenskaper til selve mediet/matproduktet (viskositet, faste partikler, gassbobler). Men det som spiller den viktigste rollen for hvor godt en ultralydbasert prosess fungerer, og hvilke ultralydsystemer som velges, er hvilket mål man jobber mot - altså hva man ønsker å oppnå med matproduktet som følge av prosessen, og hvilken type matprodukt som skal behandles.
Dette vil bety at for enkelte bruksområder, så vil man ivareta matkvaliteten i størst mulig grad om man bruker lave intensiteter. For andre bruksområder, som ekstraksjon av ekstracellulære komponenter, kan det være bedre å bruke korte behandlinger med høy intensitet.
