Forbedret energieffektivitet ved højtryksbehandling
Højtryksbehandling (HPP) er en ikke-termisk fødevarekonserveringsmetode, der sikrer mikrobiel sikkerhed og forlænger holdbarheden, samtidig med at fødevarekvaliteten opretholdes, selvom dens energiineffektivitet på grund af indespærret luft og gas udgør operationelle udfordringer for bæredygtig implementering. Ultralydsafgasning af de trykoverførende flydende og flydende fødevarer reducerer kompressibiliteten, minimerer energitab og forbedrer den samlede effektivitet af HPP-processen.
Højtryksbehandling (HPP): Udfordringer med energieffektivitet
Højtryksbehandling (HPP) er en af de førende ikke-termiske konserveringsteknikker til fødevarer, der tilbyder en kombination af mikrobiel inaktivering og kvalitetsbevarelse for flydende og faste fødevarer. HPP-teknologien opnår fødevaresikkerhed og forlænget holdbarhed uden at gå på kompromis med fødevarers sensoriske eller ernæringsmæssige egenskaber, hvilket er i overensstemmelse med forbrugernes voksende præference for minimalt forarbejdede produkter. Energibehovet for HP udgør imidlertid betydelige driftsmæssige udfordringer, især på grund af ineffektivitet introduceret af indespærret luft og gas i processen. At tackle disse udfordringer er nøglen til at frigøre dets fulde potentiale for bæredygtig fødevareproduktion.
Oversigt: HP og dets energiudfordringer
| HPP Definition | Udfordringer | opløsning |
|---|---|---|
| En ikke-termisk konserveringsmetode, der sikrer mikrobiel sikkerhed og forlænger holdbarheden, samtidig med at fødevarekvaliteten opretholdes. | Energiineffektivitet på grund af indespærret luft og gas, hvilket øger driftsomkostningerne. | Ultralydsafgasning reducerer kompressibiliteten, minimerer energitab og forbedrer HPP-effektiviteten. |
Løsningen: Ultralydsafgasning af HPP-væsker
Ultralydsafgasning tilbyder en effektiv løsning til at forbedre energieffektiviteten af højtryksbehandling (HPP) ved at fjerne indespærret luft og gas fra både de tryktransmitterende flydende og flydende fødevarer. Ved at anvende ultralyd fremmer ultralydskavitation den hurtige sammensmeltning og frigivelse af gasbobler, hvilket reducerer kompressibiliteten og minimerer energitab under kompression. Denne optimering sænker ikke kun driftsomkostningerne, men forbedrer også processtabiliteten, hvilket gør HP mere bæredygtigt og effektivt til konservering af fødevarer.
Ultralydsafgasning af vand
Sådan fungerer HPP
Højtryksbehandling (HPP) fungerer ved at udsætte fødevarer, typisk i fleksibel og vandtæt emballage, for ekstremt høje tryk på op til 6.000 bar (600 MPa). Processen foregår i en vandfyldt højtryksbeholder og en ligetil sekvens:
- Pålæsning: Emballerede produkter anbringes i plastkurve og transporteres ind i højtryksbeholderen.
- Tryk: Vand fyldes i beholderen og fungerer som det tryktransmitterende medium. Systemet sættes derefter under tryk til det ønskede niveau, typisk opretholdt i et par minutter.
- Isostatisk effekt: Tryk påføres ensartet og øjeblikkeligt over produktet, uanset dets størrelse, form eller sammensætning. Dette isostatiske tryk inaktiverer fødevarebårne mikroorganismer og fordærvende enzymer uden at knuse eller deformere produktet.
- Trykaflastning og aflæsning: Beholderen er trykløs, vand drænes, og de behandlede produkter transporteres ud, klar til forbrug eller videre forarbejdning.
Højtryksbehandling (HPP)
© Balakrishna et al., 2020
HPP-metoden sikrer fødevaresikkerhed og bevarer samtidig smag, tekstur og næringsindhold. Denne proces kræver dog et betydeligt energiinput, en faktor, der påvirkes af flere operationelle ineffektiviteter.
Udfordringer ved højt energiforbrug i HPP
En af de primære ulemper ved HP er dets høje energiforbrug. Processens energiintensive karakter skyldes:
- Tryk på vand (koblingsvæske): Vandet, der bruges til at overføre isostatisk tryk, kræver betydelig energi for at komprimere og opretholde måltrykket.
- Indespærret luft og gas i koblingsvæsken: Luftbobler i vandet reducerer tryktransmissionseffektiviteten, hvilket øger energibehovet. Disse bobler komprimeres under tryk og absorberer energi, der ellers kunne bruges til at behandle fødevareproduktet.
- Gas i emballerede produkter: Luft eller gas, der er fanget i emballerede fødevarer (f.eks. i dåse eller halvfaste produkter), bidrager på samme måde til energitab. Kompressionen af indvendige gaslommer kræver ekstra energi og kan forstyrre trykensartetheden.
- Termiske energitab: Mens HP betragtes som en ikke-termisk proces, forsvinder noget energi som varme på grund af vandkompression og udstyrsfriktion. Dette øger driftsomkostningerne og kølekravene.
Ultralydsflowcelle til afgasning af væsker og pasteurisering af mad.
Virkninger af indespærret luft og gas på HPP-energibehovet
Tilstedeværelsen af luft og gas påvirker effektiviteten af HP betydeligt:
- Reduceret tryktransmissionseffektivitet: Luft og gas komprimeres lettere end væsker, hvilket betyder, at der kræves yderligere energi for at opnå det samme tryk i beholderen.
- Længere behandlingstider: Indespærret luft og gas forsinker stabiliseringen af isostatisk tryk, hvilket forlænger cyklusvarigheden.
- Energispild: Komprimerede gaslommer frigiver energi ved trykaflastning, som ikke kan genvindes, hvilket bidrager til den generelle ineffektivitet.
Disse virkninger er især udtalte ved forarbejdning af fødevarer med naturligt højt luftindhold eller emballage, der fanger headspace-gas, såsom dåse- eller vakuumpakkede varer.
Strategier til at tackle energiudfordringer i HPP
Indsatsen for at forbedre energieffektiviteten af HP fokuserer på at reducere påvirkningen af luft og gas i systemet:
Forbehandling – Ultralyd afgasning:
Anvendelse af ultralyd til at fjerne opløst luft og gas fra koblingsvæsken og fødevarer kan reducere energispild betydeligt. Ultralydskavitation forstyrrer effektivt gasbobler, så de kan slippe ud før tryk.
Derudover kan produkter hærde efter ultralydsafgasning under vakuum, især dåse eller forseglede genstande.
Reduktion af opløst ilt med tiden ved hjælp af sonikeren UP400ST ved amplituder på 100 %, 80 %, 60 %, 40 % og 20 %.
Undersøgelse: ©Rognerud et al., 2020.
Sonikering som alternativ til bæredygtig HPP
Hybride HPP-systemer, der kombinerer højtydende ultralyd med mild varme (termosonikering) eller med forhøjet tryk og mild varme (manothermosonication) er lovende alternative teknikker, der giver pålidelig homogenisering og pasteurisering under milde forhold og ved lavt energiforbrug. Da ultralydspasteurisering er en inline-proces, kan selv store mængder behandles med høj omkostningseffektivitet.
Lær mere om Hielscher sonikere til inline pasteurisering af flydende fødevarer!
Selvom HP i vid udstrækning anvendes til fødevareforarbejdning, udgør dets energiintensive natur, der forværres af ineffektivitet fra indespærret luft og gas, en kritisk udfordring. Ved at integrere strategier som ultralydsafgasning kan fødevareindustrien forbedre bæredygtigheden og omkostningseffektiviteten af HPP.
Hielscher Ultrasonics er den betroede partner til procesløsninger inden for HPP-optimering, der tilbyder avanceret ultralydsteknologi til forbedring af energieffektiviteten og procespålideligheden. Derudover leverer Hielscher innovative løsninger til synergistisk ultralydsassisteret fødevarepasteurisering, der sikrer sikre fødevarer af høj kvalitet.
Litteratur / Referencer
- 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.
Ofte stillede spørgsmål
Hvad er afgasning af tryktransmitterende væsker?
Afgasning er fjernelse af opløste og indespærrede gasser fra væsken, der anvendes i højtryksbehandling (HPP) for at forbedre energieffektiviteten og processtabiliteten. Ved at eliminere komprimerbare gasser reducerer afgasning tryktab, forbedrer ensartet trykfordeling og minimerer kavitationsrelateret slid i HPP-systemer.
Hvad er højtryksbehandling HPP-behandling?
HP er en ikke-termisk fødevarekonserveringsmetode, der anvender hydrostatiske tryk på op til 600 MPa for at inaktivere mikroorganismer, samtidig med at sensoriske og ernæringsmæssige kvaliteter bevares. Det forlænger holdbarheden, sikrer fødevaresikkerheden og bevarer bioaktive forbindelser uden brug af varme, hvilket gør det velegnet til friske og minimalt forarbejdede fødevarer.
Hvad er problemet med at bruge højtryksbehandling HPP?
De primære udfordringer ved HP omfatter højt energiforbrug, procesineffektivitet på grund af indespærret luft i tryktransmitterende væsker og høje udstyrsomkostninger. Derudover, mens det er effektivt mod de fleste vegetative patogener, inaktiverer HPP ikke bakteriesporer uden yderligere forhindringer såsom mild opvarmning (trykassisteret termisk behandling, PATP).
Hvad er forskellen mellem pasteurisering og HPP?
Pasteurisering er en termisk proces, der inaktiverer mikroorganismer gennem varme (typisk 60-85 °C), hvilket potentielt ændrer madens tekstur og ernæringsmæssige sammensætning. HP er derimod en ikke-termisk metode, der opnår mikrobiel inaktivering gennem tryk, hvilket bevarer madens oprindelige smag, tekstur og næringsstoffer, samtidig med at holdbarheden forlænges.
Hielscher Ultrasonics fremstiller højtydende ultralydshomogenisatorer fra Lab til industriel størrelse.