Ultrazvučna tehnologija prerade hrane
Povećanjem potražnje potrošača i pooštravanjem propisa o hrani i okolišu, tradicionalne tehnologije prerade hrane izgubile su svoje najbolje performanse, što je rezultiralo vrhunskim tehnologijama u nastajanju. Ultrazvuk je brza, višenamjenska, nova i perspektivna zelena nerazorna tehnologija koja se primjenjuje u prehrambenoj industriji posljednjih godina. Ultrazvuk se koristi u raznim poljima prehrambene tehnologije, kao što su kristalizacija, zamrzavanje, izbjeljivanje, otplinjavanje, ekstrakcija, sušenje, filtriranje, emulgiranje, sterilizacija, rezanje itd. Kao efikasan alat za očuvanje, ultrazvuk se široko koristi u poljima prerade hrane poput kao voće i povrće, žitarice, med, gelovi, proteini, enzimi, inaktivacija mikroba, tehnologija žitarica, obrada vode i tehnologija mlijeka. . . .
Uvod
Tijekom godina, minimalna potražnja prehrambene industrije za prerađenom hranom dovela je do velikih promjena u metodama prerade, jer u kritičnim uvjetima neke tehnologije prerade smanjuju svoju prehrambenu razinu i bioraspoloživost inducirajući fizičke i kemijske promjene, smanjujući tako senzorsku prihvatljivost Seksa. Stoga je, kako bi održala nutritivna, ne-nutritivna (biološka aktivnost) i senzorna svojstva, prehrambena industrija osmislila je novije nježne metode prerade kako bi zamijenila ove tehnologije. Ultrazvučna metoda jedna je od brzo razvijajućih tehnologija čiji je cilj smanjenje obrade, poboljšanje kvaliteta i osiguranje sigurnosti hrane. Ultrazvučna tehnologija, kao ključno polje istraživanja i razvoja u prehrambenoj industriji, temelji se na mehaničkim valovima sa frekvencijom većom od granice ljudskog sluha (GG gt; 16khz), koji se mogu podijeliti u dva frekvencijska opsega: niskoenergetski i visoka energija. Niskoenergijski (male snage, niskog intenziteta) ultrazvuk je veći od 100 kHz na frekvencijama manjim od 1 Wcm − 2, a visokoenergetski (velike snage, visokog intenziteta) ultrazvuk na frekvencijama između 20 i 500 kHz Više od 1 Wcm − 2.
Reprezentativni opseg frekvencija koji se obično koristi u ultrazvučnoj tehnologiji je između 20 kHz i 60 kHz. Kao analitička tehnika, visokofrekventni ultrazvuk koristi se za dobivanje informacija o fizičkim i hemijskim svojstvima hrane kao što su kiselost, tvrdoća, sadržaj šećera i zrelost. Niskofrekventni ultrazvuk mijenja fizička i hemijska svojstva hrane izazivajući pritisak, smicanje i temperaturnu razliku u mediju koji se širi, te stvara vakuole, čime deaktivira mikroorganizme u hrani. Ultrazvučni tretman pogodan je za kontrolu kvaliteta svježeg povrća i voća prije i nakon berbe, preradu sira, komercijalno jestivo ulje, hljeb i proizvode od žitarica, masovnu i emulgiranu masnu hranu, gelove, gaziranu hranu i smrznutu hranu. Ostale primjene uključuju otkrivanje podmetanja i statusa agregacije meda, procjenu veličine i vrste proteina. Frekvencijski opseg i spektar niskofrekventnog ultrazvuka, kao i nuklearna magnetna rezonanca (NMR), trenutno su najpopularnije, praktične i najčešće korištene metode bez razaranja. Tijekom godina ultrazvuk niske frekvencije uspješno se koristi za proučavanje fizičko-kemijskih i strukturnih svojstava tekuće hrane.
Mehanizam
Primjena ultrazvučnih valova u tečnim sistemima može prouzročiti akustičnu kavitaciju, odnosno stvaranje, rast i eventualno pucanje mjehurića. Kada se ultrazvučni valovi šire, mjehurići osciliraju i pucaju, proizvodeći toplotne, mehaničke i hemijske efekte. Mehanički efekti uključuju pritisak kolabiranja, turbulenciju i posmični stres, dok hemijski efekti nemaju nikakve veze sa stvaranjem slobodnih radikala. Zona kavitacije generira izuzetno visoke temperature (5000 K) i pritisak (1000 atm). Ovisno o učestalosti ultrazvuka, lokalno naizmjenični pozitivni i negativni pritisak mogu uzrokovati širenje ili sabijanje materijala, što dovodi do pucanja ćelije. Ultrazvuk može hidrolizirati vodu u oscilirajućim mjehurićima da stvori H + i OH-slobodne radikale. Ovi slobodni radikali mogu biti zarobljeni u određenim hemijskim reakcijama. Na primjer, slobodni radikali mogu biti uključeni u strukturnu stabilizaciju, vezivanje supstrata ili katalitičku funkciju enzima. Aminokiselina se očisti. Ovaj ultrazvučni efekt lomljenja značajno potiskuje homogena tečnost.
Mjehurići nastali tijekom ultrazvučnog tretmana mogu se podijeliti u dvije kategorije prema svojoj strukturi:
Stvaranje velikog nelinearnog oblaka mjehurića ravnotežne veličine tijekom ciklusa pritiska naziva se stabilnim kavitacijskim mjehurićem.
Nestabilni, brzi kolaps i raspadanje na manje mjehuriće nazivamo unutrašnjim (prolaznim) kavitacijskim mjehurićima.
Ti se mali mjehurići brzo rastvaraju, ali tijekom procesa istezanja mjehurića, granični sloj prijenosa mase je tanji, a površina interfejsa veća je od površine interfejsa kada mjehur pukne. To znači da je zrak koji ulazi u mjehurić tijekom faze istezanja veći od zraka koji istječe tijekom faze pucanja. mnogi.
aplikacija
Trenutno se ultrazvučna tehnologija široko koristi u gotovo svim poljima kao što je ultrazvučno liječenje medicinskim skeniranjem, prerada minerala, nanotehnologija, tehnologija hrane i pića, ispitivanje bez razaranja, industrijsko zavarivanje, čišćenje površina, pročišćavanje okoline itd., Te je u velikoj mjeri se koristi u prehrambenoj industriji. s briga. Ultrazvuk, kao tehnologija koja nije osjetljiva na toplinu, široko se koristi u hrani osjetljivoj na toplinu, jer zadržava senzorna, hranjiva i funkcionalna svojstva, dok istovremeno poboljšava rok trajanja, sigurnost mikroba i uklanja bakterijske biofilmove. U posljednjih nekoliko decenija optimizirana je primjena ultrazvuka u preradi i ispitivanju, pa je komercijalizirana primjena ultrazvuka u emulgiranju, pjenjenju, dekontaminaciji, ekstrakciji, pročišćavanju otpadnih voda, istiskivanju i mekanju mesa. Uz to, ultrazvučno zračenje, niskofrekventni izvor energije, široko se koristi za poboljšanje procesa predtretmana, kao što su otplinjavanje, kristalizacija, taloženje, ispiranje, čišćenje, ekstrakcija, priprema uzorka za varenje i promjena funkcionalnih svojstava proteina u hrani i strukturna svojstva masnih proizvoda (akustična kristalizacija) i pospješuju ekstrakciju biološki aktivnih sastojaka. Dobri efekti ultrazvuka u preradi hrane uključuju poboljšanje očuvanja hrane, pomoć u toplotnoj obradi, poboljšanje prenosa mase i promjenu strukture i analize hrane. Sa modernim razvojem dizajna ultrazvučne elektronike / pretvarača, novi sistemi za inspekciju zasnovani na ultrazvuku i sistemi za kontrolu uz pomoć ultrazvuka nastavljaju se razvijati, a ultrazvučna tehnologija je takođe jako razvijena.
