Kõrgsurvetöötluse parem energiatõhusus

Kõrgsurvetöötlus (HPP) on mittetermiline toidu säilitamise meetod, mis tagab mikroobide ohutuse ja pikendab säilivusaega, säilitades samal ajal toidu kvaliteedi, kuigi selle takerdunud õhust ja gaasist tingitud energiatõhusus tekitab säästvaks rakendamiseks operatiivseid väljakutseid. Rõhku edastavate vedelate ja vedelate toiduainete ultraheli degaseerimine vähendab kokkusurutavust, minimeerides energiakadusid ja parandades HPP protsessi üldist efektiivsust.

Kõrgsurvetöötlus (HPP): energiatõhususe väljakutsed

Kõrgsurvetöötlus (HPP) on üks juhtivaid mittetermilisi toidu säilitamise tehnikaid, mis pakub vedelate ja tahkete toiduainete mikroobse inaktiveerimise ja kvaliteedi säilitamise kombinatsiooni. HPP-tehnoloogia saavutab toiduohutuse ja pikendatud säilivusaja, kahjustamata toidu sensoorseid või toiteväärtusi, kooskõlas tarbijate kasvava eelistusega minimaalselt töödeldud toodete suhtes. Kõrgjõudlusega elektrijaama energiavajadus tekitab aga märkimisväärseid tegevusprobleeme, eelkõige seetõttu, et protsessi käigus on takerdunud õhk ja gaas ebatõhusad. Nende probleemide lahendamine on keskse tähtsusega, et vallandada selle täielik potentsiaal kestlikus toidutootmises.

Ülevaade: HPP ja selle energiaprobleemid

Lahendus: HPP vedelike ultraheli degaseerimine

Ultraheli degaseerimine pakub tõhusat lahendust kõrgsurvetöötluse (HPP) energiatõhususe suurendamiseks, eemaldades takerdunud õhu ja gaasi nii rõhku edastavatest vedelatest kui ka vedelatest toiduainetest. Võimsuse ultraheli abil soodustab ultraheli kavitatsioon gaasimullide kiiret koalestsentsi ja vabanemist, vähendades kokkusurutavust ja minimeerides energiakadusid kokkusurumise ajal. See optimeerimine mitte ainult ei vähenda tegevuskulusid, vaid suurendab ka protsessi stabiilsust, muutes HPP toidu säilitamiseks jätkusuutlikumaks ja tõhusamaks.
 

Vee ultraheli degaseerimine

Kuidas HPP töötab

Kõrgsurvetöötlus (HPP) toimib, allutades toiduained, tavaliselt painduvates ja veekindlates pakendites, äärmiselt kõrgele rõhule kuni 6,000 baari (600 MPa). Protsess toimub veega täidetud kõrgsurveanumas ja sirgjoonelises järjestuses:

1. Laadimise: Pakendatud tooted pannakse plastkorvidesse ja viiakse kõrgsurveanumasse.
2. Survestamine: anumasse täidetakse vesi, mis toimib rõhu edastava keskkonnana. Seejärel survestatakse süsteem soovitud tasemeni, mida tavaliselt hoitakse mõni minut.
3. Isostaatiline efekt: Rõhku rakendatakse ühtlaselt ja hetkega kogu tootele, olenemata selle suurusest, kujust või koostisest. See isostaatiline rõhk inaktiveerib toidu kaudu levivad mikroorganismid ja riknemisensüümid ilma toodet purustamata või deformeerimata.
4. Rõhu vähendamine ja mahalaadimine: Anum on rõhu all, vesi tühjendatakse ja töödeldud tooted toimetatakse välja, tarbimisvalmis või edasiseks töötlemiseks.

Kõrgsurve töötlemine (HPP)
© Balakrishna jt, 2020

 
HPP meetod tagab toiduohutuse, säilitades samal ajal maitse, tekstuuri ja toitainete sisalduse. See protsess nõuab aga märkimisväärset energiasisendit, mida mõjutavad mitmed töö ebatõhusused.

HPP suure energiatarbimise väljakutsed

HPP üks peamisi puudusi on selle suur energiatarbimine. Protsessi energiamahukas olemus tuleneb:

• Vee survestamine (sidumisvedelik): Isostaatilise rõhu edastamiseks kasutatav vesi vajab sihtrõhu kokkusurumiseks ja säilitamiseks märkimisväärset energiat.
• Haakeseadmesse kinni jäänud õhk ja gaas: Õhumullid vees vähendavad rõhu ülekande efektiivsust, suurendades energiavajadust. Need mullid suruvad survestamise ajal kokku, neelates energiat, mida muidu saaks kasutada toiduaine töötlemiseks.
• pakendatud toodetes gaas: Pakendatud toidu sisse (nt konserveeritud või pooltahketes toodetes) kinni jäänud õhk või gaas suurendab samamoodi energiakadu. Sisemiste gaasitaskute kokkusurumine nõuab lisaenergiat ja võib häirida rõhu ühtlust.
• Soojusenergia kaod: Kuigi HPP-d peetakse mittetermiliseks protsessiks, hajub osa energiast soojusena vee kokkusurumise ja seadmete hõõrdumise tõttu. See suurendab tegevuskulusid ja jahutusnõudeid.

Takerdunud õhu ja gaasi mõju HPP energianõudlusele

Õhu ja gaasi olemasolu mõjutab oluliselt HPP tõhusust:

• Vähendatud rõhuülekande efektiivsus: Õhk ja gaas suruvad kergemini kokku kui vedelikud, mis tähendab, et sama rõhu saavutamiseks anumas on vaja täiendavat energiat.
• Pikemad töötlemisajad: Kinnijäänud õhk ja gaas viivitavad isostaatilise rõhu stabiliseerumisega, pikendades tsükli kestust.
• Energia raiskamine: Surugaasitaskud vabastavad rõhu vähendamisel energiat, mida ei saa taastada, aidates kaasa üldisele ebaefektiivsusele.

Need mõjud on eriti märgatavad, kui töödeldakse looduslikult kõrge õhusisaldusega toiduaineid või pakendiid, mis püüavad kinni pearuumi gaasi, näiteks konserveeritud või vaakumpakendis esemed.

HPP energiaprobleemide lahendamise strateegiad

HPP energiatõhususe parandamiseks tehtavad jõupingutused keskenduvad õhu ja gaasi mõju vähendamisele süsteemis:
Eeltöötlus – Ultraheli degaseerimine:
Ultraheli kasutamine lahustunud õhu ja gaasi eemaldamiseks haakevedelikust ja toiduainetest võib oluliselt vähendada energiajäätmeid. Ultraheli kavitatsioon häirib tõhusalt gaasimulle, võimaldades neil enne survestamist põgeneda.
Lisaks võivad tooted seadistada pärast ultraheli degaseerimist vaakumis, eriti konserveeritud või suletud esemetes.

Lahustunud hapniku vähenemine aja jooksul sonikaatori kasutamine UP400ST amplituudidel 100 %, 80 %, 60 %, 40% ja 20 %.
Uuring: ©Rognerud et al., 2020.

Sonikatsioon kui jätkusuutliku HPP alternatiiv

Hübriidsed HPP-süsteemid, mis ühendavad suure jõudlusega ultraheli kerge soojusega (termosonikatsioon) või kõrgendatud rõhu ja kerge soojusega (manothermosonication), on paljutõotavad alternatiivsed tehnikad, mis tagavad usaldusväärse homogeniseerimise ja pastöriseerimise kergetes tingimustes ja madala energiatarbimisega. Kuna ultraheli pastöriseerimine on tekstisisene protsess, saab isegi suuri koguseid töödelda suure kulutõhususega.
Lisateave Hielscheri sonikaatorite kohta vedelate toitude pastöriseerimiseks!

Kuigi HPP-d kasutatakse laialdaselt toiduainete töötlemiseks, kujutab selle energiamahukas olemus, millele lisandub õhu ja gaasi kinnikiilumisest tulenev ebatõhusus, endast kriitilist väljakutset. Integreerides selliseid strateegiaid nagu ultraheli degaseerimine, võib toiduainetööstus suurendada HPP jätkusuutlikkust ja kulutõhusust.
Hielscher Ultrasonics on HPP optimeerimise protsessilahenduste usaldusväärne partner, pakkudes täiustatud ultraheli tehnoloogiat, et parandada energiatõhusust ja protsessi usaldusväärsust. Lisaks pakub Hielscher uuenduslikke lahendusi sünergistliku ultraheli abil toidu pastöriseerimiseks, tagades kvaliteetsed ja ohutud toiduained.