Βελτιωμένη ενεργειακή απόδοση της επεξεργασίας υψηλής πίεσης

Η επεξεργασία υψηλής πίεσης (HPP) είναι μια μη θερμική μέθοδος συντήρησης τροφίμων που εξασφαλίζει μικροβιολογική ασφάλεια και παρατείνει τη διάρκεια ζωής, διατηρώντας παράλληλα την ποιότητα των τροφίμων, αν και οι ενεργειακές ανεπάρκειές της λόγω εγκλωβισμένου αέρα και αερίων δημιουργούν λειτουργικές προκλήσεις για τη βιώσιμη εφαρμογή της. Η απαέρωση με υπερήχους του υγρού μετάδοσης της πίεσης και των υγρών τροφίμων μειώνει τη συμπιεστότητα, ελαχιστοποιώντας τις ενεργειακές απώλειες και βελτιώνοντας τη συνολική απόδοση της διεργασίας HPP.

Επεξεργασία υψηλής πίεσης (HPP): Προκλήσεις ενεργειακής απόδοσης

Η επεξεργασία υψηλής πίεσης (HPP) είναι μία από τις κορυφαίες μη θερμικές τεχνικές συντήρησης τροφίμων, προσφέροντας έναν συνδυασμό μικροβιακής αδρανοποίησης και διατήρησης της ποιότητας για υγρά και στερεά τρόφιμα. Η τεχνολογία HPP επιτυγχάνει ασφάλεια των τροφίμων και παρατεταμένη διάρκεια ζωής χωρίς να υποβαθμίζει τις οργανοληπτικές ή διατροφικές ιδιότητές τους, ανταποκρινόμενη στην αυξανόμενη προτίμηση των καταναλωτών για ελάχιστα επεξεργασμένα προϊόντα. Ωστόσο, οι ενεργειακές απαιτήσεις της HPP δημιουργούν σημαντικές λειτουργικές προκλήσεις, ιδίως λόγω των ανεπαρκειών που προκαλεί ο εγκλωβισμένος αέρας και τα αέρια κατά τη διεργασία. Η αντιμετώπιση αυτών των προκλήσεων είναι καθοριστική για την πλήρη αξιοποίηση των δυνατοτήτων της στη βιώσιμη παραγωγή τροφίμων.

Επισκόπηση: Η HPP και οι ενεργειακές προκλήσεις της

Η λύση: Απαέρωση των υγρών της HPP με υπερήχους

Η απαέρωση με υπερήχους προσφέρει μια αποδοτική λύση για την ενίσχυση της ενεργειακής απόδοσης της επεξεργασίας υψηλής πίεσης (HPP), απομακρύνοντας τον εγκλωβισμένο αέρα και τα αέρια τόσο από το υγρό μετάδοσης της πίεσης όσο και από τα υγρά τρόφιμα. Με την εφαρμογή υπερήχων ισχύος, η σπηλαίωση λόγω υπερήχων προάγει την ταχεία συνένωση και απελευθέρωση των φυσαλίδων αερίου, μειώνοντας τη συμπιεστότητα και ελαχιστοποιώντας τις ενεργειακές απώλειες κατά τη συμπίεση. Αυτή η βελτιστοποίηση όχι μόνο μειώνει το λειτουργικό κόστος, αλλά ενισχύει και τη σταθερότητα της διεργασίας, καθιστώντας την HPP πιο βιώσιμη και αποτελεσματική για τη συντήρηση τροφίμων.
 

Απαέρωση νερού με υπερήχους

Πώς λειτουργεί η HPP

Η επεξεργασία υψηλής πίεσης (HPP) λειτουργεί υποβάλλοντας τα τρόφιμα, συνήθως σε εύκαμπτη και αδιάβροχη συσκευασία, σε εξαιρετικά υψηλές πιέσεις έως και 6.000 bar (600 MPa). Η διεργασία πραγματοποιείται σε δοχείο υψηλής πίεσης γεμάτο με νερό, ακολουθώντας μια απλή αλληλουχία βημάτων:

1. Φόρτωση: Τα συσκευασμένα προϊόντα τοποθετούνται σε πλαστικά καλάθια και μεταφέρονται μέσα στο δοχείο υψηλής πίεσης.
2. Αύξηση της πίεσης: Το δοχείο γεμίζεται με νερό, το οποίο λειτουργεί ως μέσο μετάδοσης της πίεσης. Στη συνέχεια, η πίεση του συστήματος αυξάνεται στο επιθυμητό επίπεδο, το οποίο συνήθως διατηρείται για λίγα λεπτά.
3. Ισοστατική επίδραση: Η πίεση εφαρμόζεται ομοιόμορφα και στιγμιαία σε ολόκληρο το προϊόν, ανεξάρτητα από το μέγεθος, το σχήμα ή τη σύνθεσή του. Αυτή η ισοστατική πίεση αδρανοποιεί τους τροφιμογενείς μικροοργανισμούς και τα ένζυμα αλλοίωσης χωρίς να συνθλίβει ή να παραμορφώνει το προϊόν.
4. Αποσυμπίεση και εκφόρτωση: Το δοχείο αποσυμπιέζεται, το νερό αποστραγγίζεται και τα επεξεργασμένα προϊόντα μεταφέρονται έξω, έτοιμα για κατανάλωση ή περαιτέρω επεξεργασία.

Επεξεργασία υψηλής πίεσης (HPP)
© Balakrishna et al., 2020

 
Η μέθοδος HPP εξασφαλίζει την ασφάλεια των τροφίμων, διατηρώντας παράλληλα τη γεύση, την υφή και την περιεκτικότητα σε θρεπτικά συστατικά. Ωστόσο, αυτή η διεργασία απαιτεί σημαντική εισροή ενέργειας, παράγοντα που επηρεάζεται από διάφορες λειτουργικές ανεπάρκειες.

Προκλήσεις της υψηλής κατανάλωσης ενέργειας στην HPP

Ένα από τα κύρια μειονεκτήματα της HPP είναι η υψηλή κατανάλωση ενέργειας. Ο ενεργοβόρος χαρακτήρας της διεργασίας οφείλεται στα εξής:

• Αύξηση της πίεσης του νερού (υγρού σύζευξης): Το νερό που χρησιμοποιείται για τη μετάδοση της ισοστατικής πίεσης απαιτεί σημαντική ενέργεια για τη συμπίεσή του και τη διατήρηση της επιθυμητής πίεσης.
• Εγκλωβισμένος αέρας και αέρια στο υγρό σύζευξης: Οι φυσαλίδες αέρα μέσα στο νερό μειώνουν την απόδοση μετάδοσης της πίεσης, αυξάνοντας τις ενεργειακές απαιτήσεις. Αυτές οι φυσαλίδες συμπιέζονται κατά την αύξηση της πίεσης, απορροφώντας ενέργεια που διαφορετικά θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για την επεξεργασία του τροφίμου.
• Αέρια στα συσκευασμένα προϊόντα: Ο αέρας ή τα αέρια που εγκλωβίζονται μέσα στα συσκευασμένα τρόφιμα (π.χ. σε κονσερβοποιημένα ή ημιστερεά προϊόντα) συμβάλλουν επίσης στην απώλεια ενέργειας. Η συμπίεση των εσωτερικών θυλάκων αερίου απαιτεί πρόσθετη ενέργεια και μπορεί να επηρεάσει την ομοιομορφία της πίεσης.
• Απώλειες θερμικής ενέργειας: Παρότι η HPP θεωρείται μη θερμική διεργασία, μέρος της ενέργειας διαχέεται ως θερμότητα λόγω της συμπίεσης του νερού και της τριβής στον εξοπλισμό. Αυτό αυξάνει το λειτουργικό κόστος και τις απαιτήσεις ψύξης.

Επιπτώσεις του εγκλωβισμένου αέρα και των αερίων στις ενεργειακές απαιτήσεις της HPP

Η παρουσία αέρα και αερίων επηρεάζει σημαντικά την απόδοση της HPP:

• Μειωμένη απόδοση μετάδοσης της πίεσης: Ο αέρας και τα αέρια συμπιέζονται ευκολότερα από τα υγρά, πράγμα που σημαίνει ότι απαιτείται πρόσθετη ενέργεια για την επίτευξη της ίδιας πίεσης μέσα στο δοχείο.
• Μεγαλύτεροι χρόνοι επεξεργασίας: Ο εγκλωβισμένος αέρας και τα αέρια καθυστερούν τη σταθεροποίηση της ισοστατικής πίεσης, παρατείνοντας τη διάρκεια των κύκλων.
• Σπατάλη ενέργειας: Οι συμπιεσμένοι θύλακες αερίου απελευθερώνουν κατά την αποσυμπίεση ενέργεια η οποία δεν μπορεί να ανακτηθεί, συμβάλλοντας στη συνολική ενεργειακή ανεπάρκεια.

Αυτές οι επιδράσεις είναι ιδιαίτερα έντονες κατά την επεξεργασία τροφίμων με φυσικά υψηλή περιεκτικότητα σε αέρα ή με συσκευασία που εγκλωβίζει αέριο στον υπερκείμενο χώρο, όπως τα κονσερβοποιημένα ή τα συσκευασμένα υπό κενό προϊόντα.

Στρατηγικές αντιμετώπισης των ενεργειακών προκλήσεων στην HPP

Οι προσπάθειες βελτίωσης της ενεργειακής απόδοσης της HPP επικεντρώνονται στη μείωση της επίδρασης του αέρα και των αερίων μέσα στο σύστημα:
Προεπεξεργασία – Απαέρωση με υπερήχους:
Η εφαρμογή υπερήχων για την απομάκρυνση του διαλυμένου αέρα και των αερίων από το υγρό σύζευξης και τα τρόφιμα μπορεί να μειώσει σημαντικά τη σπατάλη ενέργειας. Η σπηλαίωση λόγω υπερήχων διασπά αποτελεσματικά τις φυσαλίδες αερίου, επιτρέποντάς τους να διαφύγουν πριν από την αύξηση της πίεσης.
Επιπλέον, τα προϊόντα μπορούν να στερεοποιηθούν μετά την απαέρωση με υπερήχους υπό κενό, ιδίως τα κονσερβοποιημένα ή σφραγισμένα προϊόντα.

Μείωση του διαλυμένου οξυγόνου με την πάροδο του χρόνου με χρήση της συσκευής υπερήχων UP400ST σε πλάτη ταλάντωσης 100 %, 80 %, 60 %, 40% και 20 %.
Μελέτη: ©Rognerud et al., 2020.

Η κατεργασία με υπερήχους ως εναλλακτική λύση για βιώσιμη HPP

Τα υβριδικά συστήματα HPP που συνδυάζουν υπερήχους υψηλής απόδοσης με ήπια θέρμανση (θερμοϋπερηχητική κατεργασία) ή με αυξημένη πίεση και ήπια θέρμανση (μανοθερμοϋπερηχητική κατεργασία) αποτελούν πολλά υποσχόμενες εναλλακτικές τεχνικές που παρέχουν αξιόπιστη ομογενοποίηση και παστερίωση υπό ήπιες συνθήκες και με χαμηλή κατανάλωση ενέργειας. Επειδή η παστερίωση με υπερήχους είναι διεργασία εντός γραμμής, ακόμη και μεγάλοι όγκοι μπορούν να υποβληθούν σε επεξεργασία με υψηλή οικονομική αποδοτικότητα.
Μάθετε περισσότερα για τις συσκευές υπερήχων Hielscher για παστερίωση υγρών τροφίμων εντός γραμμής!

Παρότι η HPP χρησιμοποιείται ευρέως για την επεξεργασία τροφίμων, ο ενεργοβόρος χαρακτήρας της, που επιβαρύνεται από ανεπάρκειες λόγω εγκλωβισμένου αέρα και αερίων, αποτελεί κρίσιμη πρόκληση. Ενσωματώνοντας στρατηγικές όπως η απαέρωση με υπερήχους, η βιομηχανία τροφίμων μπορεί να ενισχύσει τη βιωσιμότητα και την οικονομική αποδοτικότητα της HPP.
Η Hielscher Ultrasonics είναι ο έμπιστος συνεργάτης για λύσεις διεργασιών στη βελτιστοποίηση της HPP, προσφέροντας προηγμένη τεχνολογία υπερήχων για τη βελτίωση της ενεργειακής απόδοσης και της αξιοπιστίας της διεργασίας. Επιπλέον, η Hielscher παρέχει καινοτόμες λύσεις για συνεργιστική παστερίωση τροφίμων με υποβοήθηση υπερήχων, εξασφαλίζοντας υψηλής ποιότητας και ασφαλή τρόφιμα.