Kõrgrõhutöötluse energiatõhususe parandamine

Kõrgrõhutöötlus (HPP) on mittetermiline toidu säilitamise meetod, mis tagab mikrobioloogilise ohutuse ja pikendab säilivusaega, säilitades samal ajal toidu kvaliteedi, kuigi kinnijäänud õhust ja gaasist tingitud energiatõhususe puudujäägid tekitavad jätkusuutliku rakendamise jaoks tegevusraskusi. Rõhku edastava vedeliku ja vedelate toiduainete ultraheli degaseerimine vähendab kokkusurutavust, minimeerib energiakadusid ja parandab HPP protsessi üldist tõhusust.

Kõrgrõhutöötlus (HPP): energiatõhususe väljakutsed

Kõrgrõhutöötlus (HPP) on üks juhtivaid mittetermilisi toidu säilitamise tehnikaid, mis ühendab mikroorganismide inaktiveerimise ja kvaliteedi säilimise nii vedelate kui ka tahkete toidutoodete puhul. HPP tehnoloogia tagab toiduohutuse ja pikema säilivusaja, kahjustamata toidu meelelisi ega toitumuslikke omadusi, mis vastab tarbijate kasvavale eelistusele minimaalselt töödeldud toodete suhtes. Samas toob HPP energiavajadus kaasa olulisi tegevusraskusi, eriti protsessis kinnijäänud õhust ja gaasist tulenevate ebatõhususte tõttu. Nende väljakutsete lahendamine on võtmetähtsusega, et avada selle täielik potentsiaal jätkusuutlikus toidutootmises.

Ülevaade: HPP ja selle energiaalased väljakutsed

Lahendus: HPP vedelike ultraheli degaseerimine

Ultraheli degaseerimine pakub tõhusa lahenduse kõrgrõhutöötluse (HPP) energiatõhususe parandamiseks, eemaldades kinnijäänud õhu ja gaasi nii rõhku edastavast vedelikust kui ka vedelatest toidutoodetest. Võimsa ultraheli rakendamisel soodustab ultraheli kavitatsioon gaasimullide kiiret koalestsentsi ja vabanemist, vähendades kokkusurutavust ja minimeerides energiakadusid kokkusurumise ajal. See optimeerimine mitte ainult ei vähenda tegevuskulusid, vaid parandab ka protsessi stabiilsust, muutes HPP toidu säilitamisel jätkusuutlikumaks ja tõhusamaks.

Vee ultraheli degaseerimine

Kuidas HPP töötab

Kõrgrõhutöötlus (HPP) põhineb toidutoodete, tavaliselt painduvas ja veekindlas pakendis, allutamisel äärmiselt kõrgele rõhule kuni 6 000 bar (600 MPa). Protsess toimub veega täidetud kõrgrõhuanumas ja kulgeb lihtsa järjestusena:

1. Laadimine: Pakendatud tooted asetatakse plastkorvidesse ja toimetatakse kõrgrõhuanumasse.
2. Rõhu tõstmine: anum täidetakse veega, mis toimib rõhku edastava keskkonnana. Seejärel viiakse süsteem soovitud rõhuni, mida tavaliselt hoitakse mõne minuti.
3. Isostaatiline toime: Rõhk rakendub toote kõigis osades ühtlaselt ja silmapilkselt, olenemata toote suurusest, kujust või koostisest. See isostaatiline rõhk inaktiveerib toidu kaudu levivad mikroorganismid ja riknemist põhjustavad ensüümid, toodet muljumata ja deformeerimata.
4. Rõhu langetamine ja mahalaadimine: Anumas rõhk langetatakse, vesi tühjendatakse ja töödeldud tooted toimetatakse välja, valmis tarbimiseks või edasiseks töötlemiseks.

Kõrgrõhutöötlus (HPP)
© Balakrishna et al., 2020

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

HPP suure energiatarbimise väljakutsed

Üks HPP peamisi puudusi on selle suur energiatarbimine. Protsessi energiamahukus tuleneb järgmisest:

• Vee (sidestusvedeliku) rõhu tõstmine: Isostaatilise rõhu edastamiseks kasutatav vesi vajab sihtrõhu saavutamiseks ja säilitamiseks palju energiat.
• Kinnijäänud õhk ja gaas sidestusvedelikus: Vees olevad õhumullid vähendavad rõhu edastamise tõhusust ja suurendavad energiavajadust. Need mullid suruvad rõhu tõstmisel kokku ja neelavad energiat, mida muidu võiks kasutada toidutoote töötlemiseks.
• Gaas pakendatud toodetes: Pakendatud toidus (nt konserveeritud või poolkindlates toodetes) kinni jäänud õhk või gaas aitab samuti kaasa energiakadudele. 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 jahutusvajadust.

Kinnijäänud õhu ja gaasi mõju HPP energiavajadusele

Õhu ja gaasi olemasolu mõjutab oluliselt HPP tõhusust:

• Vähenenud rõhuedastuse tõhusus: Õhk ja gaas suruvad kokku kergemini kui vedelikud, mistõttu on anumas sama rõhu saavutamiseks vaja lisaenergiat.
• Pikemad töötlusajad: Kinnijäänud õhk ja gaas viivitavad isostaatilise rõhu stabiliseerumist, pikendades tsükli kestust.
• Energia raiskamine: Kokkusurutud gaasitaskud vabastavad rõhu langetamisel energiat, mida ei saa tagasi saada, mis aitab kaasa üldisele ebatõhususele.

Need mõjud on eriti väljendunud selliste toidutoodete töötlemisel, mille õhusisaldus on looduslikult kõrge, või pakendite puhul, mis jätavad pakendi pealisruumi gaasi, näiteks konservide või vaakumpakendatud toodete korral.

Strateegiad HPP energiaalaste väljakutsete lahendamiseks

Jõupingutused HPP energiatõhususe parandamiseks keskenduvad õhu ja gaasi mõju vähendamisele süsteemis:
Eeltöötlus – ultraheli degaseerimine:
Ultraheli kasutamine lahustunud õhu ja gaasi eemaldamiseks sidestusvedelikust ja toidutoodetest võib energiaraiskamist märkimisväärselt vähendada. Ultraheli kavitatsioon lõhub gaasimullid tõhusalt, võimaldades neil enne rõhu tõstmist välja pääseda.
Lisaks võivad tooted pärast ultraheli degaseerimist vaakumis kõvastuda, eriti konserveeritud või suletud tooted.

Lahustunud hapniku vähenemine ajas kasutades sonikaatorit UP400ST amplituudidel 100 %, 80 %, 60 %, 40% ja 20 %.
Uuring: ©Rognerud et al., 2020.

Sonikeerimine jätkusuutliku HPP alternatiivina

Hübriidsed HPP süsteemid, mis ühendavad suure jõudlusega ultraheli kerge kuumutamisega (termosonikeerimine) või kõrgendatud rõhu ja kerge kuumutamisega (manotermosonikeerimine), on paljutõotavad alternatiivsed tehnikad, mis tagavad usaldusväärse homogeniseerimise ja pastöriseerimise leebetes tingimustes ning väikese energiatarbimisega. Kuna ultraheli pastöriseerimine on voolav (inline) protsess, saab isegi suuri mahtusid töödelda suure kuluefektiivsusega.
Lisateave Hielscheri sonikaatorite kohta vedelate toiduainete inline-pastöriseerimiseks!

Kuigi HPP-d kasutatakse toidutöötluses laialdaselt, kujutab selle energiamahukus koos kinnijäänud õhust ja gaasist tulenevate ebatõhusustega endast kriitilist väljakutset. Rakendades selliseid strateegiaid nagu ultraheli degaseerimine, saab toiduainetööstus parandada HPP jätkusuutlikkust ja kuluefektiivsust.
Hielscher Ultrasonics on usaldusväärne partner HPP optimeerimise protsessilahendustes, pakkudes täiustatud ultraheli tehnoloogiat energiatõhususe ja protsessi töökindluse parandamiseks. Lisaks pakub Hielscher uuenduslikke lahendusi sünergilise ultraheliga toetatud toidu pastöriseerimise jaoks, tagades kvaliteetsed ja ohutud toidutooted.