Ultralydteknologi bruker lydbølger med frekvens over terskelen for menneskelig hørsel (> 16 kHz). I næringsmiddelindustrien er ultralyd med høy effekt (high-power ultrasound, > 1 W/cm2) forbundet med størst interesse på grunn av mulighetene dette tilbyr. Effekten av bruk av høyeffekts-ultralyd i næringsmidler avhenger av det aktuelle mediet (væske, faststoff eller gass) samt prosessparametrene – blant annet ultralydfrekvensen og -intensiteten.  
 
Bruk av ultralyd i flytende medier er den enkleste og vanligste prosessen i næringsmiddelindustrien, og utløser en kavitasjonseffekt (at luftbobler klapper sammen) i væske og små vibreringer i produktet som gir en forbedret masse- og/eller energioverføring. Dette kan forekomme i ultralyd-assisterte innfrysings- og/eller opptiningsprosesser. I disse prosessene kan maten være uemballert. eller vakuumpakket. Maten senkes ned i vann eller andre flytende medier, hovedsakelig bruker man her et ultralydbad.

Ultralyd og frysing

Frysing er en kritisk prosess, ettersom langsom innfrysing skader vevscellene i maten og gir stort væsketap etter opptining, noe som forringer kvaliteten. På grunn av dette er rask innfrysing ønskelig. Det er dokumentert at ultralydassistert innfrysing kan redusere innfrysingstiden med rundt 30-40 %, primært ved å forkorte vannkrystalliseringsfasen.

Dette tilsvarer den reduserte innvirkningen fryseprosessen har på matkvaliteten ved raskere innfrysingshastigheter. For eksempel har forsøk vist at en kan oppnå et tilsvarende væsketap ved varmebehandling av tint karpe som for det ferske produktet: 7,9 % koketap for det ferske produktet, og 8,3 % koketap når ultralyd ble brukt ved innfrysing av karpen (koketap er % tap av vann etter koking av et produkt).

Figuren under viser innfrysingsratene for 2 x 2 cm store kjøttpølsebiter fryst i et ultralydbad ved -22 °C med og uten bruk av ultralyd (40 kHz, 50 W/kg). Innfrysingstiden ble redusert med bruk av ultralyd. I tillegg eliminerte man også krystalliseringsfasen fra vann til is.

Bilde

Denne prosessen har blitt testet og evaluert på forskjellige matvarer, blant annet poteter, brokkoli, epler, sopp og svinekam.

Frysing ved hjelp av ultralyd på denne måten antar vi per i dag har et TRL-nivå på 6.
 

Ultralyd og tining

Mat bør tines så raskt som mulig for å unngå at kvaliteten til produktet forringes (ved at man få vekst av bakterier). Samtidig er det slik at jo raskere maten tines, desto dårligere blir de sensoriske egenskapene til det endelige produktet, ettersom det også tar tid for cellene å ta opp igjen vannet som ble frigjort ved innfrysingen.  

Opptiningstiden kan reduseres ved å bruke ultralyd. Hastigheten på opptiningen påvirkes av intensiteten av ultralydbehandlingen: jo høyere intensitet, desto kortere opptiningstid.

Eksempelet under viser at torskefileter nådde 0 ºC hele 65 % raskere når de ble tint med ultralyd (25 kHz, 15 W/kg) sammenlignet med lufttining. I dette tilfellet var både vannbindingskapasitet og væsketap ved tilberedning tilsvarende som før produktet ble innfryst, med bedre sensorisk kvalitet enn det lufttinte produktet.

Bilde

Denne prosessen har blitt testet og evaluert for flere ulike matvarer: storfekjøtt, svinekjøtt, torsk og tunfisk.

Her antar man at TRL-nivået er 6.

Ultralyd og tørking

Bruken av ultralyd med høy intensitet i en gass (luft) kalles luftbåren ultralyd, og er mer komplisert enn bruk i væsker. Her overføres vibrasjonen som dannes av ultralydsystemet til en radiator. Denne radiatoren vibrerer og sender ultralydbølgene ut i luften. Produktet plasseres noen centimeter fra denne, vanligvis uten emballasje. En av de viktigste bruksområdene for slik ultralyd er tørking av mat.

Lufttørking med vifter (luftkonveksjon) som skaper god gjennomstrømning er en av de vanligste måtene å tørke mat på. Her fjernes en stor andel av vannet fra maten for å oppnå økt stabilitet i produktet, redusere volum og vekt og gjøre det enklere å håndtere og transportere produktet. Dette er imidlertid en energikrevende operasjon, som i enkelte tilfeller også tar lang tid.

Bruk av ultralyd i tørkeprosesser forsterker prosessen med utdriving/fjerning av vannet. Dette skjer primært gjennom en «svampeffekt» som gjør at væske fra produktets indre raskere kommer ut mot overflaten, og på denne måten akselererer tørkeprosessen. Tørketiden kan reduseres med 20-30 %.  

Dette bruksområdet er hovedsakelig testet på grønnsaker i laboratorieskala.

Her antar vi at TRL-verdien er 4.

Les også om flere bruksområder for ultralyd i matindustri