Nästan alla är bekanta med ultraljud – de högfrekventa ljudvågorna som studsar runt i kroppen skapar ekomönster som gör att blivande föräldrar kan se sina barn i livmodern eller läkare för att fånga bilder av tumörer, cystor och inre strukturer.

När jag drar på mig en vit labbrock och tar på mig hårnätet och plastglasögonen som krävs för att komma in i vårt labb i Agricultural Engineering Sciences-byggnaden, Jag tänker på hur jag förbereder mig för att använda ultraljudsvågor på ett nytt sätt. Jag kommer att använda dem för att torka en proteinrik gel gjord av ärter, linser eller mandel för att skapa en uttorkad livsmedelsprodukt som kan användas av livsmedels- och bioteknikindustrin.

Fler människor vänder sig till växtbaserade proteiner för att främja hälsa och gå ner i vikt, och högproteinmat som energikakor och shakes är enormt populära. Men fukten i dessa ingredienser kan orsaka problem för livsmedelstillverkarna.

Ätbara geler från växtproteiner används ofta i läkemedelsindustrin också för att göra kapslar för mediciner. Dock, dessa geler är besvärliga, för. De tenderar att bilda filmer runt värmeväxlarna som används för att torka dem. Detta minskar värmen som överförs och driver upp både energiförbrukningen och kostnaden för kemikalier som behövs för att rengöra maskinerna.

De mest populära metoderna för att bearbeta dessa proteiner är bakning eller frystorkning. Bakning kan förstöra eller minska växtnäringsämnen och skada livsmedlens strukturella integritet. Frystorkning är mycket tidskrävande, tar upp till en och en halv dag att slutföra.

För en tid, livsmedelsindustrin har utforskat metoder för torkning av ultraljud, och i samarbete med U. of I. alumn Ozan Khahraman, vårt labb har utvecklat och förfinat en metod för det. Ultraljudsuttorkning kan ta bort vatten och lösningsmedel från proteingelerna utan att höja deras temperatur avsevärt. Det är också skonsamt nog att använda på känsliga livsmedelsprodukter.

I labbet, Jag blandar mandel, lins- och ärtproteinpulver med vatten och låt dem sitta i två timmar. När jag tillsätter etanol till den här blandningen, det bildar en viskoelastisk proteingel som, även när man är stressad, tenderar att behålla sin form.

Jag placerar gelen i en specialdesignad ultraljudsgivare. Denna enhet omvandlar elektrisk energi till ljudenergi. Jag ser till att gelén är inom några millimeter från energikällan.

Jag dränker lådan i en vattenmantel för att hålla temperaturen konstant på cirka 28º C (eller 82,4º F).

Lådan vibrerar vid 40 kHz - en betydligt högre frekvens än medicinsk ultraljud. Detta uttorkar proteingelén som fickor av fukt som stöts ut som en rumstemperaturdimma.

På mindre än 10 minuter, gelén förvandlas till en tunn film som behåller ett fräscht utseende och känsla, är vattenlösligt och lättsmält.

Vår bearbetningsmetod har många fördelar. Först, det är effektivt:vi kan extrahera fukten från proteinkällan på några minuter, snarare än de 1-2 timmar som behövs för bakning eller 36 timmar som krävs för frystorkning. Som ett resultat, energiförbrukningen och bearbetningskostnaderna är betydligt lägre.

Andra, eftersom ultraljudstorkning inte nämnvärt ökar temperaturen på proteinet, näringsämnena i den bevaras.

Till sist, proteinfilmen kommer inte i kontakt med några heta ytor, så vi behöver inte rengöra vår värmekälla.

Vår metod för att torka växtproteiner har skapat spänning bland människor inom bioteknik- och livsmedelsvetenskapsindustrin. Vi presenterade våra resultat vid Center for Advanced Research in Drying, American Oil Chemical Society och Institute for Food Technologists.