Tehnologija ultrazvučnog odvajanja
Posljednjih godina visokofrekventni ultrazvučni zvučni valovi s frekvencijama većim od 400 kHz široko se koriste u raznim primjenama kao sredstvo za poboljšanje stope obnavljanja prehrambenih materijala u višekomponentnim smjesama. Pretpostavka ultrazvučnog odvajanja je postići značajno poboljšanje postupka odvajanja bez promjene fizičkog ili kemijskog integriteta hrane. Primjena ultrazvučnih stojećih valova rezultira specifičnim pozicioniranjem pojedinih kapljica ili čestica na tlačnim čvorovima ili antinodima u reaktoru, što povećava mogućnost da se one brže akumuliraju ili spajaju u veće cjeline. Povećana veličina čestica pospješuje flotaciju ili taloženje, čime se pojačava tendencija odvajanja mješavine materijala. Ovo će poglavlje detaljno objasniti glavna načela koja stoje iza ove tehnologije i kako je primijeniti na postojeće proizvodne linije za preradu hrane. Pokazat će primjenu ove tehnologije u preradi hrane, komercijalni uspjeh industrije prerade palminog ulja i budući potencijal mliječnih proizvoda i bioloških proizvoda.
Ultrazvučno odvajanje
Uvod u ultrazvučno razdvajanje
Ultrazvučna obrada hrane proučava se dugi niz godina, a primjena je uglavnom koncentrirana u frekvencijskom području od 20-100kHz. Ovo se područje obično naziva&"snaga ultrazvučnog GG"; područje. Ovdje može postojati fenomen zvan akustična kavitacija. Ultrazvučni valovi primjenjuju valove pritiska na tekućinu, uzrokujući da otopljeni plinovi u otopini stvaraju mjehuriće koji se šire i skupljaju. Zbog srastanja i prijenosa mase, ti će mjehurići s vremenom proći i srušiti se kad dosegnu promjer mjehurića koji se naziva rezonantna veličina. Događaji kolapsa često su visokog intenziteta, što uzrokuje porast temperature do 10 000 K, što stvara udarne valove tlaka od stotina atmosfera u lokalnom prostoru srušenog mjehura. Ovi fizički učinci mogu se učinkovito koristiti za intenzivno rezanje, miješanje i zagrijavanje, a prikladni su za primjenu u preradi hrane kao što su emulgiranje, homogenizacija, ekstrakcija ili toplinska obrada.
Ultrazvučna tehnologija odvajanja obično koristi ultrazvuk visoke frekvencije (GG gt; 0,4 MHz do nekoliko MHz) za odvajanje kapljica hrane i / ili čestica suspendiranih u tekućini. Na tim višim frekvencijama, povećani posmik i fizička oštećenja uzrokovana nasilnim pucanjem kavitacijskog mjehurića gotovo su zanemarivi. Prvo, prag kavitacije raste s porastom frekvencije ultrazvuka, što smanjuje vjerojatnost kolapsa. Uz to, rezonancijska veličina praska mjehurića također je obrnuto proporcionalna frekvenciji zvučnog vala. Kako se veličina rezonancije smanjuje, zamah događaja kolapsa mjehurića opada, tako da kada je frekvencija veća od 1 MHz, ti događaji kolapsa postaju relativno dobroćudni. Stoga se ultrazvučno odvajanje razlikuje od tipičnih aplikacija za ultrazvučnu obradu. Cilj mu je postići" benigni" obrada izbjegavanjem nasilnog pucanja mjehurića.
Tehnologija razdvajanja u prehrambenom sustavu
Tradicionalni postupci odvajanja hrane uključuju centrifugiranje, taloženje ili bistrenje, kemijski induciranu flokulaciju i membransku filtraciju. Ovi postupci odvajanja su provjerene i stabilne metode rada.
Ipak, i dalje imaju nekih potencijalnih problema, uključujući, ali ne ograničavajući se na sljedeće:
1.Velika potrošnja energije;
2. Pretjerano šišanje može oštetiti cjelovitost proizvoda;
3. onečišćenje proizvoda ograničava izlaz ili zahtijeva puno čišćenja;
4.Brzina razdvajanja je spora;
5. Pretjerana upotreba kemikalija.
Ultrazvučno odvajanje može se koristiti samostalno ili u kombinaciji s ovim tehnologijama za poboljšanje učinkovitosti procesa.
U prehrambenoj industriji ultrazvučno odvajanje je najučinkovitije u tri glavna aspekta:
Prvo je poboljšanje flokulacije ili agregacije, odnosno primjena ultrazvučnih stojnih valova u postojećim sustavima za bistrenje ili kemijsku flokulaciju može značajno povećati brzinu razdvajanja, smanjujući time vrijeme zadržavanja i / ili kemijske zahtjeve. Može smanjiti troškove, povećati protok i smanjiti ekološki otisak.
Druga metoda je prethodno tretirati ili prethodno tretirati sastojke hrane uzvodno, a zatim izvršiti postupak odvajanja. Ova je strategija posebno učinkovita u radu s heterogenom hranom, poput hrane koja sadrži čvrste, tekuće i tekuće proizvode. Na primjer, kora od zdrobljenog voća palme. Primjena ultrazvuka ne započinje samo polimerizaciju materijala, a brzina odvajanja je brža u procesu bistrenja niže, već i nježno fizičko smicanje koje pruža ultrazvuk može pomoći u oslobađanju više proizvoda. To može osigurati veći oporavak proizvoda u čvrstoj fazi i smanjiti potencijalne potrebe za energijom bržim i učinkovitijim odvajanjem nizvodno. U kombinaciji s postojećim razdvajanjem, poput centrifugalnog odvajanja, može se uštedjeti puno energije.
Napokon, megasonski parametri razdvajanja (poput frekvencije, razine snage i vremena zadržavanja) mogu se prilagoditi tako da selektivno uklanjaju čestice određene veličine. Stoga se može koristiti kao alat za frakcioniranje sastojaka hrane raspršenih u kontinuiranoj fazi. Frakcioniranjem u tok s većim hranjivim ili strukturnim prednostima, komponente koje se mogu dodati uključuju: masnoće, proteine, ugljikohidrate i vlakna. Iz tog je razloga tehnologija ultrazvučnog odvajanja nadopuna postojećem postupku odvajanja membrane.
