تحسين كفاءة الطاقة في معالجة الضغط العالي
المعالجة بالضغط العالي (HPP) هي طريقة غير حرارية لحفظ الأغذية تضمن السلامة الميكروبية وتطيل العمر الافتراضي مع الحفاظ على جودة الغذاء ، على الرغم من أن أوجه القصور في الطاقة بسبب الهواء والغاز المحبوسين تمثل تحديات تشغيلية للتنفيذ المستدام. يقلل تفريغ الغاز بالموجات فوق الصوتية للأطعمة السائلة والسائلة الناقلة للضغط من الانضغاط ، ويقلل من فقد الطاقة ويحسن الكفاءة الإجمالية لعملية HPP.
معالجة الضغط العالي (HPP): تحديات كفاءة الطاقة
تعد المعالجة بالضغط العالي (HPP) واحدة من تقنيات حفظ الأغذية غير الحرارية الرائدة ، حيث تقدم مزيجا من التعطيل الميكروبي والاحتفاظ بالجودة للمنتجات الغذائية السائلة والصلبة. تحقق تقنية HPP سلامة الأغذية وإطالة العمر الافتراضي دون المساس بالخصائص الحسية أو الغذائية للطعام ، بما يتماشى مع تفضيل المستهلك المتزايد للمنتجات المعالجة بالحد الأدنى. ومع ذلك ، فإن متطلبات الطاقة من HPP تشكل تحديات تشغيلية كبيرة ، لا سيما بسبب أوجه القصور التي أحدثها الهواء والغاز المحبوسين في العملية. وتعد مواجهة هذه التحديات أمرا أساسيا لإطلاق إمكاناتها الكاملة لإنتاج الغذاء المستدام.
نظرة عامة: HPP وتحديات الطاقة
| تعريف HPP | التحديات | حل |
|---|---|---|
| طريقة غير حرارية لحفظ الطعام تضمن السلامة الميكروبية وتطيل العمر الافتراضي مع الحفاظ على جودة الطعام. | عدم كفاءة الطاقة بسبب احتجاز الهواء والغاز ، مما يزيد من تكاليف التشغيل. | يقلل التفريغ بالموجات فوق الصوتية من الانضغاط ، ويقلل من فقد الطاقة ويحسن كفاءة HPP. |
الحل: التفريغ بالموجات فوق الصوتية لسوائل HPP
يوفر التفريغ بالموجات فوق الصوتية حلا فعالا لتعزيز كفاءة الطاقة لمعالجة الضغط العالي (HPP) عن طريق إزالة الهواء والغاز المحبوسين من كل من المنتجات الغذائية السائلة والسائلة الناقلة للضغط. من خلال تطبيق الموجات فوق الصوتية ، يعزز التجويف بالموجات فوق الصوتية الاندماج السريع وإطلاق فقاعات الغاز ، مما يقلل من الانضغاط ويقلل من فقد الطاقة أثناء الضغط. لا يؤدي هذا التحسين إلى خفض التكاليف التشغيلية فحسب ، بل يعزز أيضا استقرار العملية ، مما يجعل HPP أكثر استدامة وفعالية في الحفاظ على الأغذية.
التفريغ بالموجات فوق الصوتية للماء
كيف يعمل HPP
تعمل معالجة الضغط العالي (HPP) عن طريق تعريض المنتجات الغذائية ، عادة في عبوات مرنة ومقاومة للماء ، لضغوط عالية للغاية تصل إلى 6,000 بار (600 ميجا باسكال). تحدث العملية في وعاء عالي الضغط مملوء بالماء وتسلسل مباشر:
- تحميل: يتم وضع المنتجات المعبأة في سلال بلاستيكية ونقلها إلى وعاء الضغط العالي.
- الضغط: يتم ملء الماء في الوعاء ، ويعمل كوسيط لنقل الضغط. ثم يتم ضغط النظام إلى المستوى المطلوب ، وعادة ما يتم الحفاظ عليه لبضع دقائق.
- تأثير متساوي: يتم تطبيق الضغط بشكل موحد وفوري عبر المنتج ، بغض النظر عن حجمه أو شكله أو تكوينه. يعمل هذا الضغط المتساوي على تعطيل الكائنات الحية الدقيقة التي تنقلها الأغذية والإنزيمات التي تفسد دون سحق المنتج أو تشويهه.
- إزالة الضغط والتفريغ: يتم إزالة الضغط من الوعاء ، ويتم تصريف المياه ، ويتم نقل المنتجات المعالجة ، وتكون جاهزة للاستهلاك أو لمزيد من المعالجة.
معالجة الضغط العالي (HPP)
© بالاكريشنا وآخرون ، 2020
تضمن طريقة HPP سلامة الأغذية مع الحفاظ على المذاق والملمس والمحتوى الغذائي. ومع ذلك ، تتطلب هذه العملية مدخلات كبيرة من الطاقة ، وهو عامل يتأثر بالعديد من أوجه القصور التشغيلية.
تحديات الاستهلاك المرتفع للطاقة في HPP
أحد العيوب الأساسية ل HPP هو استهلاكه العالي للطاقة. تنشأ طبيعة العملية كثيفة الاستخدام للطاقة من:
- ضغط الماء (سائل التوصيل): يتطلب الماء المستخدم لنقل الضغط المتساوي طاقة كبيرة لضغط الضغط المستهدف والحفاظ عليه.
- الهواء والغاز المحبوسان في سائل التوصيل: تقلل فقاعات الهواء داخل الماء من كفاءة نقل الضغط ، مما يزيد من متطلبات الطاقة. تنضغط هذه الفقاعات أثناء الضغط ، وتمتص الطاقة التي يمكن استخدامها لمعالجة المنتج الغذائي.
- الغاز في المنتجات المعبأة: يساهم الهواء أو الغاز المحاصر داخل الأطعمة المعبأة (على سبيل المثال ، في المنتجات المعلبة أو شبه الصلبة) بالمثل في فقدان الطاقة. يتطلب ضغط جيوب الغاز الداخلية طاقة إضافية ويمكن أن يتداخل مع توحيد الضغط.
- خسائر الطاقة الحرارية: بينما تعتبر HPP عملية غير حرارية ، فإن بعض الطاقة تتبدد كحرارة بسبب ضغط الماء واحتكاك المعدات. هذا يزيد من تكاليف التشغيل ومتطلبات التبريد.
خلية التدفق بالموجات فوق الصوتية لإزالة الغاز من السوائل وبسترة الطعام.
آثار الهواء والغاز المحبوسين على الطلب على طاقة الحوسبة الكهربية
يؤثر وجود الهواء والغاز بشكل كبير على كفاءة HPP:
- انخفاض كفاءة نقل الضغط: يضغط الهواء والغاز بسهولة أكبر من السوائل ، مما يعني أن هناك حاجة إلى طاقة إضافية لتحقيق نفس الضغط داخل الوعاء.
- أوقات معالجة أطول: يؤخر الهواء والغاز المحبوسان استقرار الضغط المتساوي ، مما يطيل فترات الدورة.
- نفايات الطاقة: تطلق جيوب الغاز المضغوط الطاقة عند إزالة الضغط ، والتي لا يمكن استردادها ، مما يساهم في عدم الكفاءة بشكل عام.
تظهر هذه التأثيرات بشكل خاص عند معالجة المنتجات الغذائية ذات المحتوى العالي من الهواء بشكل طبيعي أو العبوات التي تحبس غاز الفراغ ، مثل العناصر المعلبة أو المعبأة بالتفريغ.
استراتيجيات لمواجهة تحديات الطاقة في HPP
تركز الجهود المبذولة لتحسين كفاءة الطاقة في HPP على تقليل تأثير الهواء والغاز داخل النظام:
المعالجة المسبقة – التفريغ بالموجات فوق الصوتية:
يمكن أن يؤدي تطبيق الموجات فوق الصوتية لإزالة الهواء المذاب والغاز من سائل التوصيل والمنتجات الغذائية إلى تقليل هدر الطاقة بشكل كبير. التجويف بالموجات فوق الصوتية يعطل بشكل فعال فقاعات الغاز ، مما يسمح لها بالهروب قبل الضغط.
بالإضافة إلى ذلك ، يمكن ضبط المنتجات بعد إزالة الغاز بالموجات فوق الصوتية تحت الفراغ ، وخاصة العناصر المعلبة أو المختومة.
انخفاض الأكسجين المذاب مع مرور الوقت باستخدام UP400ST الصوتي بسعات 100٪ و 80٪ و 60٪ و 40٪ و 20٪.
دراسة: ©روجنيرود وآخرون ، 2020.
صوتنة كبديل للأنابيب المركزية المستدامة
تعد أنظمة HPP الهجينة التي تجمع بين الموجات فوق الصوتية عالية الأداء والحرارة المعتدلة (الحرارة) أو الضغط المرتفع والحرارة المعتدلة (الماناورة حرارية) تقنيات بديلة واعدة توفر تجانس وبسترة موثوقين في ظل ظروف معتدلة وباستهلاك منخفض للطاقة. نظرا لأن البسترة بالموجات فوق الصوتية هي عملية مضمنة ، يمكن معالجة حتى الكميات الكبيرة بكفاءة عالية من حيث التكلفة.
تعرف على المزيد حول أجهزة صوتنة Hielscher للبسترة المضمنة للأطعمة السائلة!
في حين أن الحوسبات الكهربائية والطاقة تستخدم على نطاق واسع في معالجة الأغذية ، فإن طبيعتها كثيفة الاستخدام للطاقة ، والتي تتفاقم بسبب أوجه القصور الناتجة عن الهواء والغاز المحبوسين ، تشكل تحديا خطيرا. من خلال دمج استراتيجيات مثل التفريغ بالموجات فوق الصوتية ، يمكن لصناعة الأغذية تعزيز استدامة وفعالية تكلفة HPP.
Hielscher Ultrasonics هي الشريك الموثوق به لحلول العمليات في تحسين HPP ، حيث تقدم تقنية الموجات فوق الصوتية المتقدمة لتحسين كفاءة الطاقة وموثوقية العملية. بالإضافة إلى ذلك ، توفر Hielscher حلولا مبتكرة لبسترة الطعام بمساعدة الموجات فوق الصوتية التآزرية ، مما يضمن منتجات غذائية عالية الجودة وآمنة.
الأدب / المراجع
- Rognerud, Maren; Solemslie, Bjørn; Islam, Md Hujjatul; Pollet, Bruno (2020): How to Avoid Total Dissolved Gas Supersaturation in Water from Hydropower Plants by Employing Ultrasound. Journal of Physics: Conference Series 2020.
- Oner M.E. (2020): The effect of high pressure processing or thermosonication in combination with nisin on microbial inactivation and quality of green juice. Journal of Food Processing and Preservation 2020; 44:e14830.
- Evelyn, Filipa V.M. Silva (2016): High pressure processing pretreatment enhanced the thermosonication inactivation of Alicyclobacillus acidoterrestris spores in orange juice. Food Control, Volume 62, 2016. 365-372.
- Balakrishna, Akash Kaushal, Md Abdul Wazed, Mohammed Farid (2020): A Review on the Effect of High Pressure Processing (HPP) on Gelatinization and Infusion of Nutrients. Molecules 25 (10), 2020. 2369.
أسئلة مكررة
ما هو تفريغ السوائل الناقلة للضغط؟
التفريغ هو إزالة الغازات الذائبة والمحبوسة من السائل المستخدم في معالجة الضغط العالي (HPP) لتحسين كفاءة الطاقة واستقرار العملية. من خلال التخلص من الغازات القابلة للانضغاط ، يقلل التفريغ من فقدان الضغط ، ويعزز التوزيع المنتظم للضغط ، ويقلل من التآكل المرتبط بالتجويف في أنظمة HPP.
ما هو معالجة HPP بالضغط العالي؟
HPP هي طريقة غير حرارية لحفظ الطعام تطبق ضغوطا هيدروستاتيكية تصل إلى 600 ميجا باسكال لتعطيل الكائنات الحية الدقيقة مع الحفاظ على الصفات الحسية والغذائية. يطيل العمر الافتراضي ، ويضمن سلامة الأغذية ، ويحتفظ بالمركبات النشطة بيولوجيا دون استخدام الحرارة ، مما يجعله مناسبا للأطعمة الطازجة والمعالجة بالحد الأدنى.
ما هي مشكلة استخدام معالجة الضغط العالي HPP؟
تشمل التحديات الأساسية ل HPP الاستهلاك العالي للطاقة ، وأوجه القصور في العمليات بسبب الهواء المحبوس في السوائل الناقلة للضغط ، وارتفاع تكاليف المعدات. بالإضافة إلى ذلك ، على الرغم من فعاليته ضد معظم مسببات الأمراض الخضرية ، إلا أن HPP لا يعطل الجراثيم البكتيرية دون عقبات إضافية مثل التسخين المعتدل (المعالجة الحرارية بمساعدة الضغط ، PATP).
ما هو الفرق بين البسترة وHPP؟
البسترة هي عملية حرارية تعطل الكائنات الحية الدقيقة من خلال الحرارة (عادة 60-85 درجة مئوية) ، مما قد يؤدي إلى تغيير قوام الطعام والتركيب الغذائي. على النقيض من ذلك ، فإن HPP هي طريقة غير حرارية تحقق التعطيل الميكروبي من خلال الضغط ، مما يحافظ على المذاق الأصلي للطعام والملمس والعناصر الغذائية مع إطالة العمر الافتراضي.
Hielscher الفوق صوتيات بتصنيع الخالط بالموجات فوق الصوتية عالية الأداء من المختبر ل الحجم الصناعي.