Poboljšana energetska efikasnost obrade pod visokim pritiskom
Obrada pod visokim pritiskom (HPP) je netermalna metoda konzerviranja hrane koja osigurava mikrobiološkoj sigurnosti i produžava vijek trajanja uz održavanje kvaliteta hrane, iako njena energetska neefikasnost zbog zarobljenog zraka i plina predstavlja operativni izazov za održivu implementaciju. Ultrazvučno otplinjavanje tečne i tečne hrane koja prenosi pritisak smanjuje kompresibilnost, minimizirajući gubitke energije i poboljšavajući ukupnu efikasnost HPP procesa.
Obrada pod visokim pritiskom (HPP): Izazovi energetske efikasnosti
Obrada pod visokim pritiskom (HPP) je jedna od vodećih tehnika netermalnog čuvanja hrane, koja nudi kombinaciju mikrobne inaktivacije i zadržavanja kvaliteta za tečne i čvrste prehrambene proizvode. HPP tehnologija postiže sigurnost hrane i produženi rok trajanja bez ugrožavanja senzornih ili nutritivnih svojstava hrane, usklađujući se s rastućom preferencijom potrošača za minimalno obrađenim proizvodima. Međutim, energetski zahtjevi HE predstavljaju značajne operativne izazove, posebno zbog neefikasnosti uzrokovane zarobljenim zrakom i plinom u procesu. Rješavanje ovih izazova ključno je za otključavanje njegovog punog potencijala za održivu proizvodnju hrane.
Pregled: HE i njeni energetski izazovi
| HPP Definicija | Izazovi | rješenje |
|---|---|---|
| Metoda netermalnog konzerviranja hrane koja osigurava mikrobnu sigurnost i produžava vijek trajanja uz očuvanje kvalitete hrane. | Energetska neefikasnost zbog zarobljenog zraka i plina, povećavajući operativne troškove. | Ultrazvučno otplinjavanje smanjuje kompresibilnost, minimizirajući gubitke energije i poboljšavajući efikasnost HE. |
Rješenje: Ultrazvučno otplinjavanje HPP tekućina
Ultrazvučno otplinjavanje nudi efikasno rešenje za poboljšanje energetske efikasnosti obrade pod visokim pritiskom (HPP) uklanjanjem zarobljenog vazduha i gasa iz tečnih i tečnih prehrambenih proizvoda koji prenose pritisak. Primjenom ultrazvuka, ultrazvučna kavitacija potiče brzo spajanje i oslobađanje mjehurića plina, smanjujući kompresibilnost i minimizirajući gubitke energije tokom kompresije. Ova optimizacija ne samo da smanjuje operativne troškove već i poboljšava stabilnost procesa, čineći HE održivijim i efikasnijim za očuvanje hrane.
Ultrazvučno otplinjavanje vode
Kako HPP radi
Obrada pod visokim pritiskom (HPP) radi tako što se prehrambeni proizvodi, obično u fleksibilnoj i vodootpornoj ambalaži, izlažu ekstremno visokim pritiscima do 6000 bara (600 MPa). Proces se odvija u posudi pod visokim pritiskom napunjenoj vodom i jednostavan slijed:
- Učitavanje: Upakovani proizvodi se stavljaju u plastične korpe i transportuju u posudu pod visokim pritiskom.
- Pod pritiskom: Voda se puni u posudu, koja djeluje kao medij za prijenos pritiska. Sistem se zatim podiže pod pritiskom do željenog nivoa, koji se obično održava nekoliko minuta.
- Izostatski efekat: Pritisak se primjenjuje ravnomjerno i trenutno na proizvod, bez obzira na njegovu veličinu, oblik ili sastav. Ovaj izostatski pritisak inaktivira mikroorganizme koji se prenose hranom i enzime za kvarenje bez drobljenja ili deformisanja proizvoda.
- Spuštanje pritiska i rasterećenje: Posuda se raspršuje, voda se drenira, a tretirani proizvodi se transportuju, spremni za potrošnju ili dalju obradu.
Obrada pod visokim pritiskom (HPP)
© Balakrishna et al., 2020
HPP metoda osigurava sigurnost hrane uz očuvanje okusa, teksture i sadržaja hranjivih tvari. Međutim, ovaj proces zahtijeva značajan unos energije, faktor na koji utječe nekoliko operativnih neefikasnosti.
Izazovi visoke potrošnje energije u HE
Jedan od primarnih nedostataka HE je visoka potrošnja energije. Energetski intenzivna priroda procesa proizlazi iz:
- Pod pritiskom vode (tečnost za spajanje): Voda koja se koristi za prijenos izostatskog tlaka zahtijeva značajnu energiju za kompresiju i održavanje ciljnog tlaka.
- Zarobljeni zrak i plin u tečnosti spojke: Vazdušni mehurići u vodi smanjuju efikasnost prenosa pritiska, povećavajući potrebe za energijom. Ovi mjehurići se komprimiraju tokom pritiska, upijajući energiju koja bi se inače mogla koristiti za tretiranje prehrambenog proizvoda.
- Plin u upakovanim proizvodima: Vazduh ili gas zarobljeni unutar upakovane hrane (npr. u konzerviranim ili polučvrstim proizvodima) na sličan način doprinose gubitku energije. Kompresija unutrašnjih plinskih džepova zahtijeva dodatnu energiju i može ometati ujednačenost pritiska.
- Gubici toplotne energije: Dok se HE smatra netermalnim procesom, dio energije se rasipa kao toplina zbog kompresije vode i trenja opreme. Ovo povećava operativne troškove i zahtjeve za hlađenjem.
Ultrazvučna protočna ćelija za degasifikaciju tečnosti i pasterizaciju hrane.
Utjecaj zarobljenog zraka i plina na potrošnju energije HE
Prisustvo vazduha i gasa značajno utiče na efikasnost HE:
- Smanjena efikasnost prenosa pritiska: Zrak i plin se lakše sabijaju od tekućina, što znači da je potrebna dodatna energija za postizanje istog tlaka u posudi.
- Duža vremena obrade: Zarobljeni vazduh i gas odlažu stabilizaciju izostatskog pritiska, produžavajući trajanje ciklusa.
- Energetski otpad: Džepovi komprimovanog gasa oslobađaju energiju nakon smanjenja pritiska, koja se ne može povratiti, što doprinosi ukupnoj neefikasnosti.
Ovi efekti su posebno izraženi kada se obrađuju prehrambeni proizvodi s prirodnim visokim sadržajem zraka ili pakiranja koja zadržavaju plin iz prostora, kao što su konzervirani ili vakumirani proizvodi.
Strategije za rješavanje energetskih izazova u HE
Napori za poboljšanje energetske efikasnosti HE fokusiraju se na smanjenje uticaja vazduha i gasa unutar sistema:
Predtretman – Ultrazvučno degaziranje:
Primjena ultrazvuka za uklanjanje otopljenog zraka i plina iz spojne tekućine i prehrambenih proizvoda može značajno smanjiti gubitak energije. Ultrazvučna kavitacija efikasno ometa mjehuriće plina, omogućavajući im da pobjegnu prije pritiska.
Dodatno, proizvodi se mogu stvrdnuti nakon ultrazvučne degasifikacije pod vakuumom, posebno konzervirani ili zapečaćeni predmeti.
Smanjenje rastvorenog kiseonika s vremenom koristeći sonikator UP400ST pri amplitudama od 100 %, 80 %, 60 %, 40 % i 20 %.
Studija: ©Rognerud et al., 2020.
Sonikacija kao alternativa za održivu HE
Hibridni HPP sistemi koji kombinuju ultrazvuk visokih performansi sa blagom toplotom (termosonikacija) ili sa povišenim pritiskom i blagom toplotom (manotermosonikacija) obećavaju alternativne tehnike koje obezbeđuju pouzdanu homogenizaciju i pasterizaciju u blagim uslovima i uz nisku potrošnju energije. Budući da je ultrazvučna pasterizacija inline proces, čak i velike količine se mogu obraditi uz visoku isplativost.
Saznajte više o Hielscher sonikatorima za inline pasterizaciju tečne hrane!
Dok se HE naširoko koristi za preradu hrane, njena energetski intenzivna priroda, uz neefikasnost zarobljenog zraka i plina, predstavlja kritičan izazov. Integracijom strategija kao što je ultrazvučno otplinjavanje, prehrambena industrija može poboljšati održivost i isplativost HE.
Hielscher Ultrasonics je pouzdan partner za procesna rješenja u optimizaciji HPP-a, koji nudi naprednu ultrazvučnu tehnologiju za poboljšanje energetske efikasnosti i pouzdanosti procesa. Osim toga, Hielscher nudi inovativna rješenja za sinergističku pasterizaciju hrane uz pomoć ultrazvuka, osiguravajući visokokvalitetne i sigurne prehrambene proizvode.
Literatura / Reference
- 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.
Često Postavljena Pitanja
Šta je degazacija tečnosti koje prenose pritisak?
Otplinjavanje je uklanjanje rastvorenih i zarobljenih gasova iz tečnosti koja se koristi u obradi pod visokim pritiskom (HPP) radi poboljšanja energetske efikasnosti i stabilnosti procesa. Eliminacijom kompresibilnih gasova, otplinjavanje smanjuje gubitak pritiska, poboljšava ujednačenu raspodelu pritiska i minimizira habanje uzrokovano kavitacijom u sistemima HE.
Šta je tretman HPP za obradu visokog pritiska?
HPP je netermalna metoda konzerviranja hrane koja primjenjuje hidrostatske pritiske do 600 MPa kako bi inaktivirala mikroorganizme uz očuvanje senzornih i nutritivnih kvaliteta. Produžuje rok trajanja, osigurava sigurnost hrane i zadržava bioaktivne spojeve bez korištenja topline, što ga čini pogodnim za svježu i minimalno obrađenu hranu.
Koji je problem s korištenjem HE za obradu visokog tlaka?
Primarni izazovi HE uključuju visoku potrošnju energije, neefikasnost procesa zbog zarobljenog zraka u tekućinama koje prenose pritisak i visoke troškove opreme. Pored toga, iako je efikasan protiv većine vegetativnih patogena, HPP ne inaktivira spore bakterija bez dodatnih prepreka kao što je blago zagrijavanje (termička obrada pod pritiskom, PATP).
Koja je razlika između pasterizacije i HE?
Pasterizacija je termički proces koji inaktivira mikroorganizme putem topline (obično 60-85°C), potencijalno mijenjajući teksturu hrane i nutritivni sastav. HPP je, nasuprot tome, netermalna metoda kojom se postiže mikrobna inaktivacija pritiskom, čuvajući originalni ukus, teksturu i hranljive materije hrane dok produžavaju rok trajanja.
Hielscher Ultrasonics proizvodi ultrazvučne homogenizatore visokih performansi lab to industrijska veličina.