Forbedret funktionalitet af mejeriprodukter ved anvendelse af nye procesteknologier gennem forståelse af molekylære ændringer ved hydrodynamisk og akustisk kavitation
Forbedret funktionalitet af mejeriprodukter ved anvendelse af nye prAnvendelse af kavitationsbaserede teknologier i form af højintensiv ultralyd eller hydrodynamisk kavitation har en række potentielle muligheder inden for fremstilling af mejeriprodukter – specifikt i forhold til strukturforbedring og pulverhydrering. Projekt skaber vidensgrundlag for at anvende kavitationsbaserede teknologier til at optimere strukturgivende egenskaber i bl.a. yoghurt.ocesteknologier gennem forståelse af molekylære ændringer ved hydrodynamisk og akustisk kavitation
Af: Grith Mortensen
Kavitation opstår, når bobler dannes under lavt tryk i en væske og efterfølgende kollapser med frigivelse af en energibølge. Ukontrolleret kavitation kan være ødelæggende for procesudstyr, men ved kontrollet kavitation kan den energi, der frigives, bruges til at skabe ønskede ændringer i de fysisk-kemiske egenskaber.
Kontrollet kavitation opnås ved brug af højintensiv ultralyd (akustisk kavitation), hvor lydbølger resulterer i vibration af molekylerne i mediet og desuden introducerer dannelse og kollaps af små luftbobler i mediet. Højintensive ultralydsteknologier opererer med frekvenser mellem 20 og 100 kHz, hvilket er lige over det hørbare frekvensområde, og med intensiteter på 10-1000 W/cm2, hvilket er kraftigere end den lavintensive ultralyd, der bruges ved human ultralydsscanning.
Der har gennem de senere år været stor opmærksomhed på ultralyd som procesteknologi til fødevarer, herunder også en del studier på mejeriprodukter. Fokus har været på forbedring af fødevarekvalitet, reduktion af procestid og mikrobiologisk kontrol. Forskere ved Aarhus Universitet har vist, at højintensiv ultralydsbehandling kan have en effekt på homogenisering af fedtkugler, accelerere fedtkrystallisering, øge viskositeten og mindske synerese i yoghurt, samt forbedre geldannelse af valleproteiner. En udfordring ved denne teknologi er, at der kan komme afsmag og lugt i produkter med et vist fedtindhold, sandsynligvis som en konsekvens af øget oxidation.
Kavitation kan også skabes i en såkaldt kavitator (hydrodynamisk kavitation). Denne teknologi er baseret på en rotor med en række huller, der ved et højt omdrejningstal skaber en trykforskel mellem huller og overflade, hvorved dannelse og kollaps af luftbobler forekommer. Der er meget få videnskabelige studier af netop denne teknologis anvendelse i mejeriindustrien. Et nyligt pilotstudie på frisk mælk, som blev behandlet med hhv. hydrodynamisk kavitation og akustisk kavitation, har dog vist, at begge teknologier kan bruges til at opnå mikrobiel inaktivering og homogenisering. Hydrodynamisk kavitation kræver mindre energi sammenlignet med højintensiv ultralydsbehandling, hvorfor opskalering synes mere realistisk og interessant for mejeriindustrien.
I dette projekt studeres og sammenlignes anvendelse af akustisk og hydrodynamisk kavitation til forbedring af mejeriprodukters funktionelle egenskaber med fokus på yoghurtproduktion. Der fokuseres på, hvordan de to teknologier påvirker interaktioner mellem mælkefedtkuglens overflade og mælkeproteinerne. Det forventes på sigt, at teknologien kan give en bedre struktur i gelnetværk, dvs. en stærkere gel med en øget vandbinding. Dermed forbedres kvaliteten af yoghurt, procestiden bliver kortere og råvareforbrug mindre.
Projekt: Januar 2016 – December 2019
Budget: 4.785.000 DKK
Finansiering: Mælkeafgiftsfonden, Future Food Innovation, Innovationsfonden, SPX Flow Technology A/S,
Arla Foods Ingredients Group P/S, Arla Foods og Aarhus Universitet
Projektleder: Marianne Hammershøj
Institution: Institut for Fødevarer, Aarhus Universitet
Deltagere: Lars Wiking og Sandra Beyer Gregersen, Institut for Fødevarer, Aarhus Universitet
Zackary Glover og Adam Cohen Simonsen, Institut for Fysik, Kemi og Farmaci, Syddansk Universitet
Karina Bertelsen og Bent Pedersen, SPX Flow Technology A/S
Kristian Raaby Poulsen, Arla Foods Ingredients Group P/S; Ulf Andersen, Arla Foods
Publikationer og præsentationer
Startartikel om projektet publiceret i Mælkeritidende:
Slutartikel om projektet publiceret i Mælkeritidende:
Gregersen, S.B., Wiking, L., Glover, Z., Simonsen, A.C., Bertelsen, K., Pedersen, B., Poulsen, K.R., Andersen, U., & Hammershøj, M. 2018. Acoustic and hydrodynamic cavitation of milk: Effects on fat globule membrane proteins, protein denaturation and gel formation. Abstract. 17th Food Colloids Conference: ‘Application of Soft Matter Concepts’, The University of Leeds, United Kingdom, 8-11 April 2018.