Quasi tutti hanno familiarità con gli ultrasuoni:le onde sonore ad alta frequenza che rimbalzano nel corpo creando modelli di eco che consentono ai genitori in attesa di vedere i loro bambini nell'utero o ai medici di catturare immagini di tumori, cisti e strutture interne.

Mentre indosso un camice bianco da laboratorio e indosso la retina per capelli e gli occhiali di plastica necessari per entrare nel nostro laboratorio nell'edificio di Scienze dell'ingegneria agraria, Penso a come mi sto preparando a usare le onde ultrasoniche in un modo nuovo. Li userò per essiccare un gel iperproteico a base di piselli, lenticchie o mandorle per creare un prodotto alimentare disidratato che può essere utilizzato dalle industrie alimentari e biotecnologiche.

Sempre più persone si rivolgono alle proteine ​​vegetali per promuovere la salute e perdere peso, e gli alimenti ad alto contenuto proteico come barrette energetiche e frullati sono estremamente popolari. Ma l'umidità in questi ingredienti può causare problemi ai produttori di alimenti.

I gel commestibili di proteine ​​vegetali sono ampiamente utilizzati nell'industria farmaceutica anche per realizzare capsule per farmaci. Però, questi gel sono fastidiosi, pure. Tendono a formare pellicole attorno agli scambiatori di calore utilizzati per asciugarli. Ciò riduce il calore trasferito e aumenta sia l'energia utilizzata che il costo dei prodotti chimici necessari per pulire le macchine.

I metodi più popolari di lavorazione di queste proteine ​​sono la cottura al forno o la liofilizzazione. La cottura al forno può distruggere o diminuire i nutrienti delle piante e danneggiare l'integrità strutturale degli alimenti. La liofilizzazione richiede molto tempo, impiegando fino a un giorno e mezzo per essere completato.

Per un po 'di tempo, l'industria alimentare ha esplorato metodi di essiccazione ad ultrasuoni, e in collaborazione con U. of I. alumnus Ozan Khahraman, il nostro laboratorio ha sviluppato e perfezionato un metodo per questo. La disidratazione ad ultrasuoni può rimuovere acqua e solventi dai gel proteici senza aumentare significativamente la loro temperatura. È anche abbastanza delicato da poter essere utilizzato su prodotti alimentari delicati.

Nel laboratorio, mescolo la mandorla, polvere proteica di lenticchie e piselli con acqua e lasciarli riposare per due ore. Quando aggiungo etanolo a questo mix, forma un gel proteico viscoelastico che, anche se stressato, tende a mantenere la sua forma.

Metto il gel in una scatola per trasduttori a ultrasuoni progettata su misura. Questo dispositivo converte l'energia elettrica in energia sonora. Mi assicuro che il gel sia a pochi millimetri dalla fonte di energia.

Immergo la scatola in una camicia d'acqua per mantenere la temperatura costante a circa 28º C (o 82,4º F).

La scatola vibra a 40kHz, una frequenza significativamente più alta rispetto agli ultrasuoni medici. Questo disidrata il gel proteico sotto forma di sacche di umidità che vengono espulse come nebbia a temperatura ambiente.

In meno di 10 minuti, il gel si trasforma in una pellicola sottile che mantiene un aspetto fresco e al tatto, è solubile in acqua e facilmente digeribile.

Il nostro metodo di lavorazione presenta numerosi vantaggi. Primo, è efficiente:possiamo estrarre l'umidità dalla fonte proteica in pochi minuti, piuttosto che le 1-2 ore necessarie per la cottura o le 36 ore necessarie per la liofilizzazione. Di conseguenza, i consumi energetici ei costi di lavorazione sono notevolmente inferiori.

Secondo, perché l'essiccazione ad ultrasuoni non aumenta significativamente la temperatura della proteina, i nutrienti in esso contenuti sono preservati.

Finalmente, il film proteico non entra in contatto con superfici calde, quindi non abbiamo bisogno di pulire la nostra fonte di calore.

Il nostro metodo per essiccare le proteine ​​vegetali ha suscitato entusiasmo tra le persone nei settori delle biotecnologie e delle scienze alimentari. Abbiamo presentato i nostri risultati al Center for Advanced Research in Drying, l'American Oil Chemical Society e l'Institute for Food Technologists.