Hvorfor bruke ultralyd i matindustri?

Ultralyd er en velkjent teknologi som er i vanlig bruk innen en rekke felt, for eksempel innen medisin eller i bilindustrien. Ultralyd er per i dag forholdsvis lite benyttet i næringsmiddelindustrien, men det er en fremvoksende teknologi som kan brukes som alternativ til konvensjonell matprosessering med et bredt spekter av bruksområder.

Teknologien kan gjøre det mulig å produsere tryggere matprodukter av høyere kvalitet enn det man oppnår med tradisjonelle fremgangsmåter. I tillegg anses ultralyd som en trygg, ikke-forurensende og miljøvennlig teknologi. Den har også lavere implementeringskostnader for enkelte typer utstyr sammenlignet med andre typer ikke-termiske teknologier, som pulserende elektriske felt (PEF) eller høytrykksprosessering. Dette kan gjøre bruk av ultralyd aktuell innen flere sektorer for matprosessering.

For enkelte bruksområder trengs det fortsatt mer forskning, ettersom det er mange faktorer å ta hensyn til i utvikling og bruk av ultralydbehandlinger i næringsmiddelindustrien, slik at de kan brukes på en effektiv måte.

Se film om hvordan ultralyd fungerer til matprosessering 

Hvordan behandle mat med ultralyd?

En rekke faktorer spiller inn på hvor god effekten 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 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 o man må bruke lave intensiteter. For andre bruksområder, som ekstraksjon av ekstracellulære komponenter, kan det være bedre å bruke korte behandlinger med høy intensitet.  

Bruksområder i matindustri

Ultralyd har en rekke bruksområder i matproduksjon:

1. Dekontaminering av mat og overflater

Rengjøring med bruk av ultralyd er en av de mest vellykkede og mest brukte måtene å anvende ultralyd på. Metoden har allerede blitt implementert med hell i industriell skala for rengjøring og dekontaminering av ulike overflater, som skjæreblader og transportbånd. Den har også et betydelig potensial for dekontaminering av matvarer (primært fjerning av mikrober og mikrobielle biofilmer). Ultralyd kan enten benyttes alene eller i kombinasjon med kjemiske midler som syrer eller desinfeksjonsmidler.    

2. Redusere innholdet av tungmetaller og jod

Nyere studier har vist at man i tillegg til mikrobiell dekontaminering kan bruke ultralyd til å redusere mengden tungmetaller i matvarer som krabbe og tare, særlig i kombinasjon med moderat forhøyet temperatur alene eller sammen med EDTA.

3. Pasteurisering og sterilisering

Ultralyd gir begrenset inaktivering av mikroorganismer og enzymer, men i kombinasjon med trykk (opptil 500 kPa) og /eller varme blir effekten bedre. Slike kombinasjoner (ultralyd og varme) kan inaktivere både sykdomsfremkallende bakterier og kvalitetsøkdeleggende bakterier, og dermed også bidra til pasteurisering og sterilisering av mat. Det kreves imidlertid høy ultralydintensitet for å oppnå dette, noe som er et hinder for bred industriell implementering (primært som følge av tekniske begrensninger).  

4. Ekstraksjon av interessante komponenter

Ultralyd genererer mikrobobler som etter kort tid klapper sammen (kaviterer) og genererer sjokkbølger som kan bryte ned cellemembraner. Dette bryter ned overflatestrukturen på råvaren slik arealet som er i kontakt med løsningen økes og ekstraksjonen går raskere og gir høyere utbytte. Slik erstattes også bruk av varme eller løsemidler som er giftige eller forurensende. 

5. Økte varme- og frysehastigheter

Ultralydbølger kan bidra til å øke og få fortgang i oppvarmingsprosesser. Dette skjer både gjennom den direkte effekten av ultralydbølgene, og fordi de produserer en intens vibrering som gir en raskere og jevnere oppvarming av produktene. På den annen side kan vibrasjonene som forårsakes av den indirekte bruken av ultralyd, også akselerere varmeoverføringen fra tradisjonelle systemer, både ved å gi varme i oppvarmingsprosesser og frigjøre varmen i kjøleprosesser.

6. Andre bruksområder

• Emulsjonsdannelse/stabilisering: Med ultralyd kan en oppnå mer stabile emulsjoner (f.eks. majones) enn konvensjonelle metoder. Det kan også brukes til homogenisering av melk. Ultralyd kan også benyttes som metode for innkapsling i næringsmiddelindustrien. Høyverdige næringsstoffer kan for eksempel innkapsles i mat for å unngå funksjonelt tap eller uønskede reaksjoner med andre forbindelser m.m.
• Fjerning av skum og avgassing: Avgassingsegenskapene til ultralyd har vært kjent i en årrekke, og er et alternativ til bruk av varme og vakuum for å fjerne gasser fra væsker. En av fordelene ved denne metoden er at il liten grad påvirker og øker temperaturen i væsken. Vibreringen gjør at boblene i væsken vil går sammen og bli store og går til overflaten og på denne måten forsvinner fra væsken. Ultralyd er også en mekanisk metode for å fjerne skum. Dette kan være nyttig i enkelte prosesser for redusert bruk av kjemiske tilsetningsstoffer.
• Filtrering: Ultralyd kan bidra til å forhindre at membraner tetter seg, eller til å rense dem. Dette kan dermed lette prosesser knyttet til filtrering, ultrafiltrering, dialyse og omvendt osmose.
• Kutting/oppskjæring: Skjæreblader utstyrt med ultralydprober har blitt brukt med hell til skjæring av skjøre og klebrige produkter som kremkaker, brød, bakevarer og ost. Kuttingen skjer både på grunn av vibrasjoner og den skarpe eggen til kniven.

Les også: Slik fungerer ultralyd