Подобрена енергийна ефективност на обработката под високо налягане

Обработката под високо налягане (HPP) е нетермичен метод за консервиране на храни, който гарантира микробна безопасност и удължава срока на годност, като същевременно поддържа качеството на храната, въпреки че енергийната му неефективност поради уловения въздух и газ представлява оперативни предизвикателства за устойчиво внедряване. Ултразвуковата дегазация на течни и течни храни, предаващи налягане, намалява свиваемостта, минимизира загубите на енергия и подобрява цялостната ефективност на процеса на ВЕЦ.

Преработка под високо налягане (ВЕЦ): предизвикателства пред енергийната ефективност

Обработката под високо налягане (HPP) е една от водещите нетермични техники за консервиране на храни, предлагаща комбинация от микробна инактивация и запазване на качеството на течни и твърди хранителни продукти. Технологията на HPP постига безопасност на храните и удължен срок на годност, без да компрометира сетивните или хранителните свойства на храната, в съответствие с нарастващите предпочитания на потребителите за минимално преработени продукти. Енергийните нужди на ВЕЦ обаче представляват значителни експлоатационни предизвикателства, особено поради неефективността, въведена от задържания въздух и газ в процеса. Справянето с тези предизвикателства е от ключово значение за отключването на пълния му потенциал за устойчиво производство на храни.

Преглед: ВЕЦ и нейните енергийни предизвикателства

Решението: Ултразвукова дегазация на течности от ВЕЦ

Ултразвуковата дегазация предлага ефективно решение за повишаване на енергийната ефективност на обработката под високо налягане (HPP) чрез отстраняване на уловения въздух и газ както от течните, така и от течните хранителни продукти, предаващи налягане. Чрез прилагане на мощен ултразвук, ултразвуковата кавитация насърчава бързото срастване и освобождаване на газови мехурчета, намалявайки свиваемостта и минимизирайки загубите на енергия по време на компресия. Тази оптимизация не само намалява оперативните разходи, но и подобрява стабилността на процеса, което прави HPP по-устойчиви и ефективни за консервиране на храни.
 

Ултразвукова дегазация на вода

Как работи HPP

Обработката под високо налягане (HPP) работи, като подлага хранителни продукти, обикновено в гъвкави и водоустойчиви опаковки, на изключително високо налягане до 6,000 бара (600 MPa). Процесът протича в напълнен с вода съд с високо налягане и ясна последователност:

1. Зареждане: Опакованите продукти се поставят в пластмасови кошници и се транспортират в съда за високо налягане.
2. Налягане: Водата се пълни в съда, действайки като среда, предаваща налягането. След това системата се поставя под налягане до желаното ниво, обикновено се поддържа в продължение на няколко минути.
3. Изостатичен ефект: Натискът се прилага равномерно и мигновено върху продукта, независимо от неговия размер, форма или състав. Това изостатично налягане инактивира хранителните микроорганизми и ензимите за разваляне, без да смачква или деформира продукта.
4. Намаляване на налягането и разтоварване: Съдът се разхерметизира, водата се източва и обработените продукти се изнасят навън, готови за консумация или по-нататъшна обработка.

Обработка под високо налягане (HPP)
© Balakrishna et al., 2020

 
Методът HPP гарантира безопасност на храните, като същевременно запазва вкуса, текстурата и съдържанието на хранителни вещества. Този процес обаче изисква значително влагане на енергия, фактор, повлиян от няколко оперативни неефективности.

Предизвикателства на високото потребление на енергия във ВЕЦ

Един от основните недостатъци на HPP е високата му консумация на енергия. Енергоемкият характер на процеса произтича от:

• Налягане на водата (съединителна течност): Водата, използвана за предаване на изостатично налягане, изисква значителна енергия за компресиране и поддържане на целевото налягане.
• Уловен въздух и газ в съединителната течност: Въздушните мехурчета във водата намаляват ефективността на предаване на налягането, увеличавайки енергийните изисквания. Тези мехурчета се компресират по време на налягане, абсорбирайки енергия, която иначе би могла да се използва за обработка на хранителния продукт.
• Газ в пакетирани продукти: Въздухът или газът, уловени в пакетирани храни (напр. в консервирани или полутвърди продукти), също допринасят за загубата на енергия. Компресията на вътрешните газови джобове изисква допълнителна енергия и може да попречи на равномерността на налягането.
• Загуби на топлинна енергия: Докато ВЕЦ се счита за нетермичен процес, част от енергията се разсейва като топлина поради компресия на вода и триене на оборудването. Това увеличава оперативните разходи и изискванията за охлаждане.

Въздействие на уловения въздух и газ върху търсенето на енергия от ВЕЦ

Наличието на въздух и газ значително влияе върху ефективността на ВЕЦ:

• Намалена ефективност на предаване на налягане: Въздухът и газът се компресират по-лесно от течностите, което означава, че е необходима допълнителна енергия за постигане на същото налягане в съда.
• По-дълго време за обработка: Уловените въздух и газ забавят стабилизирането на изостатичното налягане, удължавайки продължителността на цикъла.
• Енергийни отпадъци: Джобовете за сгъстен газ освобождават енергия при намаляване на налягането, която не може да бъде възстановена, допринасяйки за цялостната неефективност.

Тези ефекти са особено изразени при обработка на хранителни продукти с естествено високо съдържание на въздух или опаковки, които улавят газовете в пространството, като консервирани или вакуумирани продукти.

Стратегии за справяне с енергийните предизвикателства във ВЕЦ

Усилията за подобряване на енергийната ефективност на ВЕЦ са насочени към намаляване на влиянието на въздуха и газа в системата:
Предварителна обработка – Ултразвукова дегазация:
Прилагането на ултразвук за отстраняване на разтворения въздух и газ от свързващата течност и хранителни продукти може значително да намали загубата на енергия. Ултразвуковата кавитация ефективно разрушава газовите мехурчета, позволявайки им да излязат преди налягане.
Освен това продуктите могат да се стегнат след ултразвукова дегазация под вакуум, особено консервирани или запечатани предмети.

Намаляване на разтворения кислород с времето използване на UP400ST на ултразвука при амплитуди от 100 %, 80 %, 60 %, 40% и 20 %.
Проучване: ©Rognerud et al., 2020.

Уникирането като алтернатива за устойчива ВЕЦ

Хибридните HPP системи, съчетаващи високоефективен ултразвук с лека топлина (термосонизация) или с повишено налягане и лека топлина (mothermosonication), са обещаващи алтернативни техники, които осигуряват надеждна хомогенизация и пастьоризация при меки условия и при ниска консумация на енергия. Тъй като ултразвуковата пастьоризация е вграден процес, дори големи обеми могат да бъдат обработени с висока рентабилност.
Научете повече за ултразвуковите уреди Hielscher за поточна пастьоризация на течни храни!

Въпреки че ВЕЦ се използва широко за преработка на храни, неговият енергоемък характер, усложнен от неефективността на уловения въздух и газ, представлява критично предизвикателство. Чрез интегриране на стратегии като ултразвукова дегазация, хранително-вкусовата промишленост може да подобри устойчивостта и рентабилността на HPP.
Hielscher Ultrasonics е доверен партньор за технологични решения за оптимизация на ВЕЦ, предлагайки усъвършенствана ултразвукова технология за подобряване на енергийната ефективност и надеждността на процесите. Освен това Hielscher предоставя иновативни решения за синергична пастьоризация на храни с помощта на ултразвук, осигурявайки висококачествени и безопасни хранителни продукти.