بهبود بهره وری انرژی پردازش فشار بالا
فرآوری فشار بالا (HPP) یک روش نگهداری غیر حرارتی مواد غذایی است که ایمنی میکروبی را تضمین می کند و ضمن حفظ کیفیت مواد غذایی، ماندگاری را افزایش می دهد، اگرچه ناکارآمدی انرژی آن به دلیل به دام افتادن هوا و گاز چالش های عملیاتی را برای اجرای پایدار ایجاد می کند. گاز زدایی اولتراسونیک از غذاهای مایع و مایع انتقال فشار باعث کاهش تراکم پذیری ، به حداقل رساندن اتلاف انرژی و بهبود کارایی کلی فرآیند HPP می شود.
پردازش فشار بالا (HPP): چالش های بهره وری انرژی
فرآوری فشار بالا (HPP) یکی از تکنیک های پیشرو نگهداری مواد غذایی غیر حرارتی است که ترکیبی از غیرفعال سازی میکروبی و حفظ کیفیت را برای محصولات غذایی مایع و جامد ارائه می دهد. فناوری HPP بدون به خطر انداختن خواص حسی یا تغذیه ای مواد غذایی، به ایمنی مواد غذایی و ماندگاری طولانی تر دست می یابد و با ترجیح فزاینده مصرف کننده برای محصولات حداقل فرآوری شده همسو است. با این حال، تقاضای انرژی HPP چالش های عملیاتی قابل توجهی را ایجاد می کند، به ویژه به دلیل ناکارآمدی های ناشی از هوا و گاز به دام افتاده در فرآیند. پرداختن به این چالش ها کلید باز کردن پتانسیل کامل آن برای تولید مواد غذایی پایدار است.
بررسی اجمالی: HPP و چالش های انرژی آن
| تعریف HPP | چالش | راه حل |
|---|---|---|
| یک روش نگهداری مواد غذایی غیر حرارتی که ایمنی میکروبی را تضمین می کند و ضمن حفظ کیفیت غذا، ماندگاری را افزایش می دهد. | ناکارآمدی انرژی به دلیل به دام افتادن هوا و گاز، افزایش هزینه های عملیاتی. | گاززدایی اولتراسونیک تراکم پذیری را کاهش می دهد، تلفات انرژی را به حداقل می رساند و بهره وری HPP را بهبود می بخشد. |
راه حل: گاز زدایی اولتراسونیک مایعات HPP
گاززدایی اولتراسونیک ارائه می دهد یک راه حل کارآمد برای افزایش بهره وری انرژی از پردازش فشار بالا (HPP) با از بین بردن هوا به دام افتاده و گاز از هر دو مایع انتقال فشار و محصولات غذایی مایع. با استفاده از سونوگرافی قدرت، کاویتاسیون اولتراسونیک باعث ادغام سریع و آزاد شدن حباب های گاز می شود، تراکم پذیری را کاهش می دهد و تلفات انرژی را در طول فشرده سازی به حداقل می رساند. این بهینه سازی نه تنها هزینه های عملیاتی را کاهش می دهد، بلکه ثبات فرآیند را نیز افزایش می دهد و HPP را برای نگهداری مواد غذایی پایدارتر و موثرتر می کند.
گاز زدایی اولتراسونیک از آب
HPP چگونه کار می کند
پردازش فشار بالا (HPP) با قرار دادن محصولات غذایی، معمولا در بسته بندی های انعطاف پذیر و ضد آب، در معرض فشارهای بسیار بالا تا 6000 بار (600 مگاپاسکال) کار می کند. این فرآیند در یک مخزن فشار قوی پر از آب و یک توالی ساده رخ می دهد:
- بارگذاری: محصولات بسته بندی شده در سبدهای پلاستیکی قرار می گیرند و به مخزن فشار قوی منتقل می شوند.
- فشار: آب در ظرف پر می شود و به عنوان محیط انتقال فشار عمل می کند. سپس سیستم تا سطح مورد نظر تحت فشار قرار می گیرد که معمولا برای چند دقیقه نگهداری می شود.
- اثر ایزواستاتیک: فشار به طور یکنواخت و آنی در سراسر محصول، صرف نظر از اندازه، شکل یا ترکیب آن اعمال می شود. این فشار ایزواستاتیک میکروارگانیسم های منتقله از غذا و آنزیم های فاسد کننده را بدون خرد کردن یا تغییر شکل محصول غیرفعال می کند.
- کاهش فشار و تخلیه: ظرف تحت فشار قرار می گیرد، آب تخلیه می شود و محصولات تصفیه شده برای مصرف یا پردازش بیشتر آماده می شوند.
پردازش فشار بالا (HPP)
© بالاکریشنا و همکاران، 2020
روش HPP ایمنی مواد غذایی را با حفظ طعم، بافت و محتوای مواد مغذی تضمین می کند. با این حال، این فرآیند به ورودی انرژی قابل توجهی نیاز دارد، عاملی که تحت تأثیر چندین ناکارآمدی عملیاتی است.
چالش های مصرف انرژی بالا در HPP
یکی از معایب اصلی HPP مصرف انرژی بالای آن است. ماهیت انرژی بر فرآیند ناشی از موارد زیر است:
- فشار آب (مایع کوپلینگ): آب مورد استفاده برای انتقال فشار ایزواستاتیک به انرژی قابل توجهی برای فشرده سازی و حفظ فشار هدف نیاز دارد.
- هوا و گاز به دام افتاده در مایع کوپلینگ: حباب های هوا در آب راندمان انتقال فشار را کاهش می دهند و نیاز به انرژی را افزایش می دهند. این حباب ها در حین فشار فشرده می شوند و انرژی را جذب می کنند که در غیر این صورت می تواند برای درمان محصول غذایی استفاده شود.
- گاز در محصولات بسته بندی شده: هوا یا گاز محبوس شده در غذاهای بسته بندی شده (به عنوان مثال، در محصولات کنسرو شده یا نیمه جامد) به طور مشابه به اتلاف انرژی کمک می کند. فشرده سازی پاکت های گاز داخلی به انرژی اضافی نیاز دارد و می تواند در یکنواختی فشار اختلال ایجاد کند.
- تلفات انرژی حرارتی: در حالی که HPP یک فرآیند غیر حرارتی در نظر گرفته می شود، مقداری انرژی به دلیل فشرده سازی آب و اصطکاک تجهیزات به صورت گرما از بین می رود. این امر هزینه های عملیاتی و نیازهای خنک کننده را افزایش می دهد.
سلول جریان اولتراسونیک برای گاززدایی مایعات و پاستوریزاسیون مواد غذایی.
اثرات هوا و گاز به دام افتاده بر تقاضای انرژی HPP
وجود هوا و گاز به طور قابل توجهی بر کارایی HPP تأثیر می گذارد:
- کاهش راندمان انتقال فشار: هوا و گاز راحت تر از مایعات فشرده می شوند، به این معنی که برای رسیدن به فشار یکسان در ظرف به انرژی اضافی نیاز است.
- زمان پردازش طولانی تر: هوا و گاز به دام افتاده تثبیت فشار ایزواستاتیک را به تاخیر می اندازد و مدت زمان چرخه را افزایش می دهد.
- اتلاف انرژی: جیب های گاز فشرده پس از کاهش فشار انرژی آزاد می کنند که قابل بازیابی نیست و به ناکارآمدی کلی کمک می کند.
این اثرات به ویژه هنگام پردازش محصولات غذایی با محتوای هوای طبیعی بالا یا بسته بندی هایی که گاز فضای سر را به دام می اندازند، مانند اقلام کنسرو شده یا بسته بندی شده با جاروبرقی، مشهود است.
راهکارهایی برای رسیدگی به چالش های انرژی در HPP
تلاش برای بهبود بهره وری انرژی HPP بر کاهش نفوذ هوا و گاز در سیستم متمرکز است:
قبل از درمان – گاز زدایی اولتراسونیک:
استفاده از سونوگرافی برای حذف هوا و گاز محلول از مایع و محصولات غذایی کوپلینگ می تواند اتلاف انرژی را به میزان قابل توجهی کاهش دهد. کاویتاسیون اولتراسونیک به طور موثر حباب های گاز را مختل می کند و به آنها اجازه می دهد قبل از فشار فرار کنند.
علاوه بر این، محصولات می توانند پس از گاز زدایی اولتراسونیک تحت خلاء، به ویژه اقلام کنسرو شده یا مهر و موم شده تنظیم شوند.
کاهش اکسیژن محلول با گذشت زمان با استفاده از UP400ST صوتی در دامنه های 100٪ ، 80٪ ، 60٪ ، 40٪ و 20٪.
مطالعه: ©روگنرود و همکاران، 2020.
فراصوت به عنوان جایگزینی برای HPP پایدار
سیستم های هیبریدی HPP ترکیبی از سونوگرافی با کارایی بالا با گرمای ملایم (ترموسونیکاسیون) یا با فشار بالا و گرمای ملایم (مانوترموسونیکاسیون) تکنیک های جایگزین امیدوار کننده ای هستند که همگن سازی و پاستوریزاسیون قابل اعتماد را در شرایط ملایم و در مصرف انرژی کم فراهم می کنند. از آنجا که پاستوریزاسیون اولتراسونیک یک فرایند درون خطی است، حتی حجم زیادی را می توان با مقرون به صرفه بالا پردازش.
اطلاعات بیشتر در مورد فراصوت Hielscher برای پاستوریزاسیون درون خطی از غذاهای مایع!
در حالی که HPP به طور گسترده ای برای فرآوری مواد غذایی استفاده می شود، ماهیت انرژی بر آن، همراه با ناکارآمدی هوا و گاز به دام افتاده، یک چالش حیاتی است. با ادغام استراتژی هایی مانند گاززدایی اولتراسونیک، صنایع غذایی می توانند پایداری و مقرون به صرفه بودن HPP را افزایش دهند.
Hielscher مافوق صوت شریک مورد اعتماد برای راه حل های فرآیند در بهینه سازی HPP است, ارائه فن آوری اولتراسونیک پیشرفته برای بهبود بهره وری انرژی و قابلیت اطمینان فرآیند. علاوه بر این, Hielscher فراهم می کند راه حل های نوآورانه برای هم افزایی سونوگرافی کمک مواد غذایی پاستوریزاسیون, اطمینان از محصولات غذایی با کیفیت بالا و ایمن.
ادبیات / منابع
- 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.
پرسش و پاسخهای متداول
گاززدایی مایعات انتقال فشار چیست؟
گاززدایی حذف گازهای محلول و به دام افتاده از مایع مورد استفاده در پردازش فشار بالا (HPP) برای بهبود بهره وری انرژی و پایداری فرآیند است. با حذف گازهای تراکم پذیر، گاززدایی افت فشار را کاهش می دهد، توزیع فشار یکنواخت را افزایش می دهد و سایش مرتبط با کاویتاسیون را در سیستم های HPP به حداقل می رساند.
درمان HPP پردازش فشار بالا چیست؟
HPP یک روش نگهداری مواد غذایی غیر حرارتی است که فشارهای هیدرواستاتیک تا 600 مگاپاسکال را برای غیرفعال کردن میکروارگانیسم ها و در عین حال حفظ کیفیت حسی و تغذیه ای اعمال می کند. ماندگاری را افزایش می دهد، ایمنی مواد غذایی را تضمین می کند و ترکیبات فعال زیستی را بدون استفاده از گرما حفظ می کند و آن را برای غذاهای تازه و حداقل فرآوری شده مناسب می کند.
مشکل استفاده از HPP پردازش فشار بالا چیست؟
چالش های اصلی HPP شامل مصرف انرژی بالا، ناکارآمدی فرآیند به دلیل به دام افتادن هوا در مایعات انتقال فشار و هزینه های بالای تجهیزات است. علاوه بر این، در حالی که HPP در برابر اکثر پاتوژن های رویشی موثر است، هاگ های باکتریایی را بدون موانع اضافی مانند گرمایش ملایم (پردازش حرارتی به کمک فشار، PATP) غیرفعال نمی کند.
تفاوت بین پاستوریزاسیون و HPP چیست؟
پاستوریزاسیون یک فرآیند حرارتی است که میکروارگانیسم ها را از طریق گرما (معمولا 60-85 درجه سانتیگراد) غیرفعال می کند و به طور بالقوه بافت غذا و ترکیب تغذیه ای را تغییر می دهد. در مقابل، HPP یک روش غیر حرارتی است که از طریق فشار به غیرفعال سازی میکروبی دست می یابد و طعم، بافت و مواد مغذی اصلی غذا را حفظ می کند و در عین حال ماندگاری را افزایش می دهد.
Hielscher مافوق صوت تولید کننده هموژنایزرهای مافوق صوت با کارایی بالا از ازمایشگاه ها تا اندازه صنعتی.