32 Suuritehoisella ultraäänellä monia mahdollisuuksia elintarviketeollisuudessa

Suurtehoultraääni on lupaava ja monipuolinen uusi tekniikka, jota voidaan hyödyntää mitä erilaisimmissa elintarviketeollisuuden sovelluksissa. Vaikka ultraäänitekniikkaa on vuo-sikymmeniä käytetty muilla teollisuudenaloilla, bio- ja elintarvikesektorilla sen laajempi hyödyntäminen on vasta alkamassa

Ultraäänitekniikka ei yksin käytettynä ole välttämättä riittävän tehokas, mutta sillä voidaan korvata joitain prosessivaiheita tai se voidaan yhdistää perinteisiin menetelmiin tehostamaan prosessointia ja parantamaan tuotteiden laatua. Bio- ja elintarviketeollisuudessa suuritehoista ultraääntä voidaan käyttää kasvimateriaalista ja mikrobeista peräisin olevien aineiden uuttoon, kemiallisten ja fysikaalisten reaktioiden nopeuttamiseen, kiintoaineiden liuotukseen, pintojen puhdistukseen, kaasunpoistoon nesteistä, emulgointiin ja homogenointiin. Suuritehoisen ultraäänen mahdollisuuksia elintarvikkeiden mikrobiologisen turvallisuuden lisäämiseksi on tutkittu, mutta sen ei yksinään ole todettu olevan kovin tehokas mikrobien inaktivoija. Yhdistettynä esim. lievään lämpökäsittelyyn tai toteutettuna ennen lämpökäsittelyä sen on todettu kuitenkin tehostavan mikrobien ja myös itiöiden tuhoutumista.
Ultraääni aktivoi ja inaktivoi

Ultraäänen on raportoitu sekä aktivoivan että inaktivoivan entsymaattisia reaktioita riippuen kavitaatiosta, ultraäänen intensiteetistä ja muista käsittelyolosuhteista sekä entsyymistä ja sen ominaisuuksista. Esimerkiksi butyryylikoliiniesteraasin, glukoamylaasin, pektinaasin ja eräiden hapetta-vien entsyymien on todettu aktivoituvan ultraäänen vaikutuksesta.
Entsyymin tehokkaampi ja tasaisempi sekoittuminen, entsyymin parempi kontakti substraattimolekyylin kanssa sekä substraattimolekyylien välisten ja sisäisten vuorovaikutusten heikkeneminen ovat mahdollisia selityksiä tiet-tyjen entsyymien katalysoimien reak-tionopeuksien nousuille ultraääntä käytettäessä.
Entsyymit voidaan myös inaktivoida suuritehoisella ultraäänellä. Näin on raportoitu käyvän monille entsyymeille tietyissä olosuhteissa, kuten useille proteaaseille, lipaaseille, lysotsyymille, katalaasille, piparjuuren peroksidaasille, soijan lipoksygenaasille ja herkkusienen polyfenolioksidaasille. Inaktivaation tehokkuutta voidaan nostaa lisäämällä lämpöä tai painetta.
Entsyymien ultraääni-inaktivaatio johtuu kavitaation aiheuttamasta lämpötilan ja paineen noususta sekä kavitaation vesiympäristössä tuottamista vapaista radikaaleista ja hydroperoksidista, jotka kaikki ovat entsyymeille haitallisia. Vapaat radikaalit vaikuttavat proteiinien rikkisiltoihin, mutta myös muihin funktionaalisiin rakenteisiin. Osuessaan entsyymin aktiiviseen keskukseen em. muutokset johtavat entsyymin inaktivoitumiseen.

Uutto tehostuu

Ultraääni näyttää olevan lupaava tekniikka bioaktiivisten komponenttien uuton tehostamisessa erilaisista kasviperäisistä raaka-aineista. Kavitaatio parantaa liuot-timen diffuusiota soluseinien läpi ja tehostaa komponenttien huuhtoutumista rikkoutuneiden solujen sisältä. Myös lihan mureuttamisen tehostaminen ja nopeuttaminen ultraäänellä on nähty mahdollisuutena.
Tulokset eri tutkimuksista ovat olleet kuitenkin ristiriitaisia eikä ultraäänikäsittelystä ole aina saatu hyötyä. Pakasteiden sulatuksen nopeuttamisessa ja kuivauksen tehostamisessa suuritehoisella ultraäänellä on saatu hyviä tuloksia. Nestemäisten tuotteiden pakastuksessa ultraäänellä voidaan pienentää muodostuvien jääkiteiden kokoa ja siten parantaa tuotteen laatua.
Ultraäänellä on lisäksi lukuisia muita mahdollisia sovelluskohteita esim. hapanmaitotuotteiden prosessoinnin nopeuttaminen ja siementen itämisen tehostaminen.

Käytännön esimerkkejä

VTT Biotekniikassa tehdyissä tutkimuksissa suuritehoisella ultraäänellä on saatu lupaavia tuloksia oluen valmistuksessa mäskin suodattuvuuden parantamisessa. Ultraäänikäsittelyn todettiin hajottavan ohramaltaan tärkkelysendospermin rakennetta.
Hajoamisen seurauksena liuokseen vapautui proteiinia, ß-glukaania, suuria tärkkelysjyväsiä ja entsyymejä ja yhä suuremman osan biomolekyyleistä todettiin olevan alttiina entsyymien toiminnalle ja biomolekyylien siten hajoavan aiemmin ja tehokkaammin.
Ultraäänellä on voitu tehostaa myös antosyaanien ja bioaktiivisten fenoliyhdisteiden uuttumista marjoista mehuun entsyymiavusteisessa mehunpuristuksessa. Ultraäänen käytöstä on saatu hyviä tuloksia lisäksi juuston valmistuksen juustomuottien puhdistuksessa.

Mirja Mokkila
Erikoistutkija
VTT Biotekniikka
mirja.mokkila (at) vtt.fi

Raija Lantto
Erikoistutkija
VTT Biotekniikka
raija.lantto (at) vtt.fi