Καινοτόμες εφαρμογές των υπερήχων στη βιομηχανία τροφίμων: η περίπτωση του μελιού.

Από την Kathrin Hielscher* (Hielscher Ultrasonics GmbH) για το foodbites

Εισαγωγή  – προσαρμογή: Ιωάννα Γκάτση*

Οι υπέρηχοι είναι ηχητικά κύματα με συχνότητα που ξεπερνά τα 16 kHz, γεγονός που τα καθιστά μη αντιληπτά από το ανθρώπινο αυτί. Αποτελούν τεχνολογία γνωστή για

την εφαρμογή της στη διαγνωστική ιατρική και την έρευνα, ενώ την τελευταία δεκαετία κερδίζουν έδαφος και στη βιομηχανία τροφίμων, ανταγωνιζόμενοι συμβατικές τεχνικές σε διεργασίες όπως οι :

Γαλακτωματοποίηση

Ομογενοποίηση

Εκχύλιση ουσιών από φυτικό υλικό

Κρυσταλλοποίηση

Χαμηλής θερμοκρασίας παστερίωση

Απαέρωση υγρών προϊόντων

Ενεργοποίηση και απενεργοποίηση ενζύμων

Καθαρισμός πρώτων υλών, επιφανειών και εξοπλισμού

Ελάττωση μεγέθους σωματιδίων

Συγκόλληση μεμβρανών συσκευασίας (ultrasound sealing)

Αφυδάτωση τροφίμων

Επιτάχυνση χημικών αντιδράσεων

Στις παραπάνω εφαρμογές χρησιμοποιούνται κυρίως υπέρηχοι υψηλής έντασης (10-1000W/m2) με συχνότητες έως 2,5 ΜΗz, ενώ υπέρηχοι χαμηλής έντασης (< 1W/cm2) βρίσκουν εφαρμογή ως αναλυτική μέθοδος προσδιορισμού της σύνθεσης και δομής ενός τροφίμου. Σε κάθε περίπτωση, οι υπέρηχοι διαθέτουν το πλεονέκτημα της δυνατότητας καθορισμού παραμέτρων όπως η ένταση, ο χρόνος εφαρμογής και η θερμοκρασία, ώστε όχι μόνο να βελτιστοποιείται η διαδικασία αλλά και να μην καταστρέφεται το προϊόν στο οποίο εφαρμόζονται.

Πώς δρουν οι υπέρηχοι;

Όταν τα ηχητικά κύματα των υπερήχων προσπίπτουν στην επιφάνεια ενός υλικού (υγρού μέσου) δημιουργούν κύματα που μεταφέρονται στο εσωτερικό του μέσου και σχηματίζουν εναλλασσόμενες ζώνες υψηλής και χαμηλής πίεσης (συμπίεση-διαστολή υγρού). Προκύπτουν έτσι τοπικές μεταβολές πίεσης και θερμοκρασίας που υπό συνθήκες δημιουργούν κοιλότητες αέρα και φυσαλίδες στο υγρό. Όταν οι φυσαλίδες αποκτήσουν έναν οριακό όγκο, πέρα από τον οποίο δε μπορούν να απορροφήσουν περαιτέρω ενέργεια,  καταρρέουν απότομα. Το φαινόμενο αυτό είναι γνωστό ως σπηλαίωση (cavitation) και κατά τη διάρκειά του αναπτύσσονται τοπικά υψηλές θερμοκρασίες (~5000Κ) και πιέσεις (~2000 atm).

Εφαρμογή υπερήχων στη ρευστοποίηση  του μελιού

Το μέλι αποτελεί τρόφιμο παγκόσμια αγαπητό όχι μόνο για την ευχάριστη, γλυκιά του γεύση, αλλά και για τις ευνοϊκές του επιδράσεις στον ανθρώπινο οργανισμό, αφού αποτελεί φυσική πηγή ενός μίγματος υδατανθράκων. Στα θρεπτικά του συστατικά συγκαταλέγονται η γλυκόζη, η φρουκτόζη, το νερό, η μαλτόζη, ολιγοσακχαρίτες, υδατάνθρακες, η σουκρόζη, διάφορες πρωτεϊνες, οργανικά οξέα, βιταμίνες, ιχνοστοιχεία και ένζυμα. Η ακριβής σύσταση ενός μελιού καθορίζεται σημαντικά, μεταξύ άλλων παραγόντων, από τη βοτανική του προέλευση (φυτό από το οποίο προήλθε το νέκταρ ή μελίτωμα), τις κλιματικές συνθήκες, την επεξεργασία και τις συνθήκες αποθήκευσης.  

Ανεπιθύμητα συστατικά του φυσικού αυτού προϊόντος αποτελούν ζυμομύκητες και θερμοανθεκτικοί μικροοργανισμοί, υπεύθυνοι για την υποβάθμιση και καταστροφή του κατά την αποθήκευση. Συγκεκριμένα, υψηλά επίπεδα ζυμομυκήτων μπορεί να οδηγήσουν σε ζύμωση του μελιού, με ρυθμό που επηρεάζεται από την περιεκτικότητά του σε υγρασία. Μείωση του υδατικού του περιεχομένου σε περιεκτικότητα της τάξης του 17% επιδρά στη μείωση της δραστηριότητας των ζυμομυκήτων, με ανεπιθύμητο ωστόσο επακόλουθο την αυξημένη πιθανότητα κρυστάλλωσης.

Η κρυστάλλωση είναι φυσικό φαινόμενο που σχετίζεται με τη σύσταση του μελιού σε σάκχαρα, το ποσοστό του σε υγρασία και τη θερμοκρασία. Μέλι με περιεκτικότητα σε σάκχαρα και νερό μεγαλύτερη του 70% και περίπου 18% αντίστοιχα, θεωρείται ένα υπέρκορο διάλυμα σακχάρων το οποίο τείνει να κρυσταλλώσει φυσικά σε θερμοκρασία δωματίου, επιστρέφοντας έτσι στη (σταθερότερη) κατάσταση κορεσμού. Σε αυτή την περίπτωση, η γλυκόζη κατακρημνίζεται προς σχηματισμό μονοϋδρικής γλυκόζης και ταυτόχρονη απώλεια νερού από το μόριότης. Με αυτόν τον τρόπο, το μέλι μεταπίπτει σε μία ημιστερεή κατάσταση, με την υδατική φάση, προς τα πάνω, να διαχωρίζεται από την κρυσταλλική (προς τα κάτω). Η κρυστάλλωση, αν και δεν επιδρά στην θρεπτική και βιολογική αξία του μελιού, επηρεάζει τα οργανοληπτικά του χαρακτηριστικά και το καθιστά λιγότερο ελκυστικό για τον καταναλωτή (παύει να είναι υγρό και διαφανές), ενώ παράλληλα μεταβάλλει τη ρεολογική του συμπεριφορά, αυξάνοντας το ιξώδες και δυσχεραίνοντας έτσι το χειρισμό και την επεξεργασία του.

Η εφαρμογή υπερήχων στο μέλι, μπορεί να καταστρέψει διάφορα ανεπιθύμητα συστατικά όπως σχηματισμένους κρυστάλλους και κύτταρα ζυμών και να περιορίσει την περαιτέρω κρυστάλλωση, χωρίς καμία επίδραση στην ποιότητα του προϊόντος. Η εφαρμογή της τεχνολογίας των υπερήχων αποτελεί μια αποτελεσματική εναλλακτική λύση επεξεργασίας αντί της θερμικής επεξεργασίας. Μέλι που θερμαίνεται είτε για ρευστοποίηση των κρυστάλλων του, είτε για μείωση της υγρασίας ή εξάλειψη ζυμών, υποβαθμίζεται ποιοτικά και οργανοληπτικά, παρουσιάζει αυξημένη συγκέντρωση ΗΜF (υδροξυμεθυλοφουρφουράλη, ανώτατο όριο 40mg/kg), μείωση της δραστικότητας ενζύμων και μεταβολή του φυσικού του χρώματος (γίνεται πιο σκούρο). Σε σχετικά πειράματα, μέλι που επεξεργάστηκε με υπερήχους διατήρησε σταθερή την υδατική του φάση για χρονικό διάστημα 350 ημερών (περισσότερο κατά 20% σε σχέση με αντίστοιχη θερμική επεξεργασία). Δεδομένου ότι οι υπέρηχοι αποτελούν ήπια τεχνική επεξεργασίας και η θέρμανση που προκαλούν στο μέλι είναι ελάχιστη, το τελικό προϊόν συγκρατεί μεγάλο μέρος του αρώματος και της γεύσης του, παρουσιάζει ανεπαίσθητη αύξηση της συγκέντρωσης της ΗΜF και μικρή μόνο μείωση της δραστικότητας του ενζύμου διαστάση.

Η Hielscher Ultrasonics προσφέρεί μια ευρεία γκάμα επιλογών εξοπλισμού υπερήχων. Διαφορετικά είδη μελιού απαιτούν συγκεκριμένες εντάσεις και χρόνο επεξεργασίας με υπερήχους. Για το λόγο αυτό αρχικά συστήνεται εργαστηριακός εξοπλισμός που στη συνέχεια θα ακολουθηθεί από δοκιμές σε διάφορες παρτίδες με τον κατάλληλο εξοπλισμό για καθορισμό των παραμέτρων επεξεργασίας. 

*Kathrin Hielscher: Marketing Manager Hielscher Ultrasonics GmbH, Warthestr. 21, 14513 Teltow, Germany, Tel: +49 (0)3328/437-428, Fax: +49 (0)3328/437-444, Email: kathrin.h@hielscher.com

Web: www.hielscher.com

**Ιωάννα Γκάτση: Γεωπόνος – Επιστήμης & Τεχνολογίας Τροφίμων