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, poput kristalizacije, smrzavanja, izbjeljivanja, otplinjavanja, ekstrakcije, sušenja, filtriranja, emulgiranja, sterilizacije, rezanja itd. Kao učinkovito sredstvo za očuvanje, ultrazvuk se široko koristi u poljima prerade hrane poput kao voće i povrće, žitarice, med, gelovi, proteini, enzimi, mikrobna inaktivacija, tehnologija žitarica, obrada vode i tehnologija mlijeka. . . .
Uvod
Tijekom godina minimalna potražnja prehrambene industrije za prerađenom hranom dovela je do velikih promjena u postupcima prerade, jer u kritičnim uvjetima neke tehnologije prerade smanjuju svoju prehrambenu razinu i bioraspoloživost inducirajući fizičke i kemijske promjene, smanjujući tako senzorsko prihvaćanje Seksa. Stoga je, kako bi zadržala hranjiva, ne-hranjiva (biološku aktivnost) i osjetna svojstva, prehrambena industrija osmislila novije nježne metode prerade kako bi zamijenila ove tehnologije. Ultrazvučna metoda jedna je od brzo razvijajućih tehnologija čiji je cilj smanjenje obrade, poboljšanje kvalitete i osiguranje sigurnosti hrane. Ultrazvučna tehnologija, kao ključno područje istraživanja i razvoja u prehrambenoj industriji, temelji se na mehaničkim valovima s frekvencijom većom od granice ljudskog sluha (GG gt; 16khz), koji se mogu podijeliti u dva frekvencijska raspona: niskoenergetski i visoka energija. Niskoenergetski ultrazvuk (male snage, niskog intenziteta) veći je od 100 kHz na frekvencijama manjim od 1 Wcm − 2, a ultrazvuk visoke energije (velike snage, visokog intenziteta) na frekvencijama između 20 i 500 kHz Više od 1 Wcm − 2.
Reprezentativni raspon frekvencija koji se obično koristi u ultrazvučnoj tehnologiji je između 20 kHz i 60 kHz. Kao analitička tehnika, visokofrekventni ultrazvuk koristi se za dobivanje podataka o fizičkim i kemijskim svojstvima hrane poput kiselosti, tvrdoće, sadržaja šećera i zrelosti. Niskofrekventni ultrazvuk mijenja fizikalna i kemijska svojstva hrane inducirajući tlak, posmik i temperaturnu razliku u mediju koji se širi te stvara vakuole, čime deaktivira mikroorganizme u hrani. Ultrazvučni tretman pogodan je za kontrolu kvalitete svježeg povrća i voća prije i nakon berbe, preradu sira, komercijalno jestivo ulje, kruh 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 magnetska rezonancija (NMR), trenutno su najpopularnije, praktične i najčešće korištene metode bez razaranja. Tijekom godina ultrazvuk niske frekvencije uspješno se koristi za proučavanje fizikalno-kemijskih i strukturnih svojstava tekuće hrane.
Mehanizam
Primjena ultrazvučnih valova u tekućim sustavima može uzrokovati akustičnu kavitaciju, odnosno stvaranje, rast i eventualno pucanje mjehurića. Kada se ultrazvučni valovi šire, mjehurići osciliraju i pucaju, proizvodeći toplinske, mehaničke i kemijske učinke. Mehanički učinci uključuju tlak kolabiranja, turbulenciju i posmični stres, dok kemijski učinci nemaju nikakve veze s stvaranjem slobodnih radikala. Zona kavitacije stvara izuzetno visoke temperature (5000 K) i tlak (1000 atm). Ovisno o učestalosti ultrazvuka, izmjenični pozitivni i negativni tlak koji se stvaraju lokalno mogu uzrokovati širenje ili sažimanje materijala, što dovodi do puknuća stanica. Ultrazvuk može hidrolizirati vodu u oscilirajućim mjehurićima kako bi stvorio H + i OH-slobodne radikale. Ti se slobodni radikali mogu zarobiti u određenim kemijskim reakcijama. Na primjer, slobodni radikali mogu biti uključeni u strukturnu stabilizaciju, vezivanje supstrata ili katalitičku funkciju enzima. Aminokiselina se pročišćava. Ovaj ultrazvučni učinak lomljenja značajno potiskuje homogena tekućina.
Mjehurići nastali tijekom ultrazvučnog tretmana mogu se podijeliti u dvije kategorije prema svojoj strukturi:
Stvaranje velikog nelinearnog oblaka mjehurića s ravnotežnom veličinom tijekom ciklusa tlaka naziva se stabilnim kavitacijskim mjehurićem.
Nestabilni, brzi kolaps i raspadanje na manje mjehuriće nazivamo unutarnjim (prolaznim) kavitacijskim mjehurićima.
Ti se mali mjehurići brzo otapaju, ali tijekom procesa istezanja mjehurića, granični sloj prijenosa mase je tanji, a površina sučelja veća je od površine sučelja kad mjehur pukne. To znači da je zrak koji ulazi u mjehur tijekom faze istezanja veći od zraka koji istječe tijekom faze pucanja. puno.
primjena
Trenutno se ultrazvučna tehnologija široko koristi u gotovo svim područjima kao što je liječenje ultrazvukom medicinskim skeniranjem, prerada minerala, nanotehnologija, tehnologija hrane i pića, ispitivanje bez razaranja, industrijsko zavarivanje, čišćenje površina, pročišćavanje okoliša itd., Te je uvelike 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, istodobno poboljšavajući rok trajanja, sigurnost mikroba i uklanjajući bakterijske biofilmove. U posljednjih nekoliko desetljeća 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 predobrade, kao što su otplinjavanje, kristalizacija, taloženje, ispiranje, čišćenje, ekstrakcija, priprema uzorka za probavu i promjena funkcionalnih svojstava proteina hrane i strukturna svojstva masnih proizvoda (akustična kristalizacija) i potiču ekstrakciju biološki aktivnih sastojaka. Dobri učinci ultrazvuka u preradi hrane uključuju poboljšanje očuvanja hrane, pomaganje toplinskoj obradi, poboljšanje prijenosa mase i promjenu strukture i analize hrane. S modernim razvojem dizajna ultrazvučne elektronike / pretvarača, novi sustavi za inspekciju utemeljeni na ultrazvuku i sustavi za inspekciju uz pomoć ultrazvuka nastavljaju se razvijati, a ultrazvučna tehnologija je također jako razvijena.
