Tehnologie cu ultrasunete de prelucrare a alimentelor
Odată cu creșterea cererii consumatorilor și cu înăsprirea reglementărilor alimentare și de mediu, tehnologiile tradiționale de procesare a alimentelor și-au pierdut cele mai bune performanțe, rezultând tehnologii emergente superioare. Ecografia este o tehnologie verde nedistructivă rapidă, multifuncțională, emergentă și promițătoare, aplicată în industria alimentară în ultimii ani. Ultrasunetele sunt utilizate în diverse domenii ale tehnologiei alimentare, cum ar fi cristalizarea, înghețarea, albirea, degazarea, extracția, uscarea, filtrarea, emulsificarea, sterilizarea, tăierea etc. Ca instrument eficient de conservare, ultrasunetele au fost utilizate pe scară largă în domeniile procesării alimentelor ca fructe și legume, cereale, miere, geluri, proteine, enzime, inactivare microbiană, tehnologia cerealelor, tratarea apei și tehnologia laptelui. . . .
Introducere
De-a lungul anilor, cererea minimă a industriei alimentare pentru alimentele procesate a dus la schimbări majore în metodele de prelucrare, deoarece în condiții critice, unele tehnologii de procesare își reduc nivelurile nutriționale și biodisponibilitatea prin inducerea unor modificări fizice și chimice, reducând astfel acceptarea senzorială Sexul. Prin urmare, pentru a menține proprietățile nutriționale, non-nutritive (activitate biologică) și senzoriale, industria alimentară a conceput metode mai noi de procesare blândă pentru a înlocui aceste tehnologii. Metoda cu ultrasunete este una dintre tehnologiile cu dezvoltare rapidă care vizează reducerea procesării, îmbunătățirea calității și asigurarea siguranței alimentelor. Tehnologia cu ultrasunete, ca domeniu cheie de cercetare și dezvoltare în industria alimentară, se bazează pe unde mecanice cu o frecvență mai mare decât limita auzului uman (GG gt; 16khz), care poate fi împărțită în două game de frecvențe: energie redusă și energie mare. Ecografia cu energie redusă (putere redusă, intensitate scăzută) este mai mare de 100 kHz la frecvențe sub 1 Wcm − 2 și ultrasunete cu energie ridicată (putere ridicată, intensitate ridicată) la frecvențe cuprinse între 20 și 500 kHz Mai mare decât 1 Lcm − 2.
Gama reprezentativă a frecvențelor utilizate în mod obișnuit în tehnologia cu ultrasunete este cuprinsă între 20 kHz și 60 kHz. Ca tehnică analitică, ultrasunetele de înaltă frecvență sunt utilizate pentru a obține informații despre proprietățile fizice și chimice ale alimentelor, cum ar fi aciditatea, duritatea, conținutul de zahăr și maturitatea. Ecografia cu frecvență joasă modifică proprietățile fizice și chimice ale alimentelor prin inducerea diferenței de presiune, forfecare și temperatură în mediul pe care îl propagă și produce vacuole, inactivând astfel microorganismele din alimente. Tratamentul cu ultrasunete este potrivit pentru controlul calității legumelor și fructelor proaspete înainte și după recoltare, prelucrarea brânzeturilor, a uleiului alimentar comercial, a pâinii și a produselor din cereale, alimente în vrac și grase emulsionate, geluri alimentare, alimente aerate și alimente congelate. Alte aplicații includ detectarea stării de adulterare și agregare a mierii, mărimea și evaluarea tipului de proteină. Gama de frecvență și spectrul ultrasunetelor cu frecvență joasă, precum și rezonanța magnetică nucleară (RMN), sunt în prezent cele mai populare, practice și utilizate pe scară largă metode de analiză nedistructivă. De-a lungul anilor, ultrasunetele cu frecvență joasă au fost folosite cu succes pentru a studia proprietățile fizico-chimice și structurale ale alimentelor fluide.
Mecanism
Aplicarea undelor ultrasonice în sistemele lichide poate provoca cavitație acustică, adică generarea, creșterea și eventuala rupere a bulelor. Când undele ultrasonice se propagă, bulele oscilează și explodează, producând efecte termice, mecanice și chimice. Efectele mecanice includ presiunea de prăbușire, turbulența și stresul de forfecare, în timp ce efectele chimice nu au nicio legătură cu generarea de radicali liberi. Zona de cavitație generează temperatură extrem de ridicată (5000 K) și presiune (1000 atm). În funcție de frecvența ultrasunetelor, presiunea alternativă pozitivă și negativă generată local poate determina extinderea sau comprimarea materialului, ducând la ruperea celulei. Ecografia poate hidroliza apa din bulele oscilante pentru a forma radicali H + și fără OH. Acești radicali liberi pot fi capturați în anumite reacții chimice. De exemplu, radicalii liberi pot fi implicați în stabilizarea structurală, legarea substratului sau funcția catalitică a enzimelor. Aminoacidul este eliminat. Acest efect de rupere cu ultrasunete este suprimat semnificativ de lichidul omogen.
Bulele generate în timpul tratamentului cu ultrasunete pot fi împărțite în două categorii în funcție de structura lor:
Formarea unui nor mare cu bule neliniare cu dimensiuni de echilibru în timpul ciclului de presiune se numește bulă de cavitație stabilă.
Colapsul instabil, rapid și dezintegrarea în bule mai mici se numesc bule de cavitație interne (tranzitorii).
Aceste bule mici se dizolvă rapid, dar în timpul procesului de întindere a bulei, stratul limită de transfer de masă este mai subțire, iar zona de interfață este mai mare decât zona de interfață atunci când bula sparge. Aceasta înseamnă că aerul care intră în bulă în timpul etapei de întindere este mai mare decât aerul care curge în timpul etapei de explozie. mulți.
cerere
În prezent, tehnologia cu ultrasunete a fost utilizată pe scară largă în aproape toate domeniile, cum ar fi tratamentul cu ultrasunete de scanare medicală, prelucrarea mineralelor, nanotehnologia, tehnologia alimentelor și băuturilor, testarea nedistructivă, sudarea industrială, curățarea suprafețelor, purificarea mediului etc. și a fost foarte utilizat în industria alimentară. îngrijorare. Ecografia, ca tehnologie nesensibilă la căldură, este utilizată pe scară largă în alimentele sensibile la căldură, deoarece păstrează proprietățile senzoriale, nutriționale și funcționale, îmbunătățind în același timp durata de valabilitate, siguranța microbiană și îndepărtarea biofilmelor bacteriene. În ultimele decenii, aplicarea ultrasunetelor în procesare și testare a fost optimizată, astfel încât aplicarea ultrasunetelor în emulsificare, spumare, decontaminare, extracție, tratarea apelor uzate, extrudare și licitație a cărnii a fost comercializată. În plus, radiațiile ultrasonice, o sursă de energie cu frecvență joasă, au fost utilizate pe scară largă pentru a îmbunătăți procesele de pretratare, cum ar fi degazarea, cristalizarea, precipitarea, levigarea, curățarea, extracția, pregătirea probelor de digestie și schimbarea proprietăților funcționale ale proteinelor alimentare și proprietățile structurale ale produselor grase (cristalizarea acustică) și promovează extracția ingredientelor biologic active. Efectele bune ale ultrasunetelor în procesarea alimentelor includ îmbunătățirea conservării alimentelor, asistarea tratamentului termic, îmbunătățirea transferului de masă și schimbarea structurii și analizei alimentelor. Odată cu dezvoltarea modernă a proiectării electronice / traductoarelor cu ultrasunete, continuă să se dezvolte noi sisteme de inspecție bazate pe ultrasunete și sisteme de inspecție asistate cu ultrasunete, iar tehnologia cu ultrasunete a fost, de asemenea, foarte dezvoltată.
