Korkeapainekäsittelyn parempi energiatehokkuus

Korkeapainekäsittely (HPP) on elintarvikkeiden ei-terminen säilöntämenetelmä, joka varmistaa mikrobien turvallisuuden ja pidentää säilyvyyttä säilyttäen samalla elintarvikkeiden laadun, vaikka sen loukkuun jääneen ilman ja kaasun aiheuttama energiatehottomuus asettaa toiminnallisia haasteita kestävälle toteutukselle. Ultraäänikaasunpoisto paineenläpäisevistä nestemäisistä ja nestemäisistä elintarvikkeista vähentää kokoonpuristuvuutta, minimoi energiahäviöt ja parantaa HPP-prosessin yleistä tehokkuutta.

Korkeapainekäsittely (HPP): energiatehokkuuden haasteet

Korkeapainekäsittely (HPP) on yksi johtavista ei-termisistä elintarvikkeiden säilöntätekniikoista, joka tarjoaa yhdistelmän mikrobien inaktivointia ja laadun säilyttämistä nestemäisille ja kiinteille elintarvikkeille. HPP-tekniikka saavuttaa elintarviketurvallisuuden ja pidemmän säilyvyyden vaarantamatta elintarvikkeiden aistinvaraisia tai ravitsemuksellisia ominaisuuksia, mikä vastaa kuluttajien kasvavaa mieltymystä minimaalisesti jalostettuihin tuotteisiin. HPP:n energiantarve aiheuttaa kuitenkin merkittäviä toiminnallisia haasteita, jotka johtuvat erityisesti prosessiin jääneen ilman ja kaasun aiheuttamasta tehottomuudesta. Näihin haasteisiin vastaaminen on avainasemassa, jotta sen koko potentiaali voidaan hyödyntää kestävässä elintarviketuotannossa.

Yleiskatsaus: HPP ja sen energiahaasteet

Ratkaisu: HPP-nesteiden ultraäänikaasunpoisto

Ultraäänikaasunpoisto tarjoaa tehokkaan ratkaisun korkeapainekäsittelyn (HPP) energiatehokkuuden parantamiseksi poistamalla loukkuun jäänyt ilma ja kaasu sekä painetta välittävistä nestemäisistä että nestemäisistä elintarvikkeista. Tehon ultraäänellä ultraäänikavitaatio edistää kaasukuplien nopeaa yhteensulautumista ja vapautumista, vähentää kokoonpuristuvuutta ja minimoi energiahäviöt puristuksen aikana. Tämä optimointi ei ainoastaan alenna käyttökustannuksia, vaan myös parantaa prosessin vakautta, mikä tekee HPP:stä kestävämmän ja tehokkaamman elintarvikkeiden säilönnässä.
 

Veden ultraäänikaasunpoisto

Miten HPP toimii

Korkeapainekäsittely (HPP) toimii altistamalla elintarvikkeet, tyypillisesti joustavissa ja vedenpitävissä pakkauksissa, erittäin korkeille paineille, jopa 6 000 baarin (600 MPa) paineille. Prosessi tapahtuu vedellä täytetyssä korkeapaineastiassa ja suoraviivaisessa järjestyksessä:

1. Lastaaminen: Pakatut tuotteet asetetaan muovikoriin ja kuljetetaan korkeapaineastiaan.
2. Paineistus: Astiaan täytetään vettä, joka toimii painetta läpäisevänä väliaineena. Tämän jälkeen järjestelmä paineistetaan halutulle tasolle, jota pidetään yleensä muutaman minuutin ajan.
3. Isostaattinen vaikutus: Paine kohdistetaan tasaisesti ja välittömästi tuotteeseen sen koosta, muodosta tai koostumuksesta riippumatta. Tämä isostaattinen paine inaktivoi elintarvikeperäiset mikro-organismit ja pilaantumisentsyymit murskaamatta tai muuttamatta tuotetta.
4. Paineenalennus ja purkaminen: Astia on paineeton, vesi tyhjennetään ja käsitellyt tuotteet kuljetetaan ulos, valmiina kulutukseen tai jatkokäsittelyyn.

Korkeapainekäsittely (HPP)
© Balakrishna et ai., 2020

 
HPP-menetelmä varmistaa elintarviketurvallisuuden säilyttäen samalla maun, rakenteen ja ravintoainepitoisuuden. Tämä prosessi vaatii kuitenkin merkittävää energiansyöttöä, johon vaikuttavat useat toiminnalliset tehottomuudet.

HPP:n suuren energiankulutuksen haasteet

Yksi HPP: n ensisijaisista haitoista on sen korkea energiankulutus. Prosessin energiaintensiivinen luonne johtuu:

• Veden paineistus (kytkentäneste): Isostaattisen paineen siirtämiseen käytetty vesi vaatii merkittävää energiaa tavoitepaineen puristamiseksi ja ylläpitämiseksi.
• loukkuun jäänyt ilma ja kaasu kytkentänesteeseen: Vedessä olevat ilmakuplat heikentävät paineensiirtotehokkuutta ja lisäävät energiantarvetta. Nämä kuplat puristuvat paineistuksen aikana ja imevät energiaa, jota muuten voitaisiin käyttää elintarvikkeen käsittelyyn.
• Kaasu pakatuissa tuotteissa: Pakattuihin elintarvikkeisiin (esim. säilykkeisiin tai puolikiinteisiin tuotteisiin) jäänyt ilma tai kaasu vaikuttaa samalla tavalla energiahäviöön. Sisäisten kaasutaskujen puristaminen vaatii lisäenergiaa ja voi häiritä paineen tasaisuutta.
• Lämpöenergian häviöt: Vaikka HPP: tä pidetään ei-lämpöprosessina, osa energiasta haihtuu lämpönä veden puristuksen ja laitteiden kitkan vuoksi. Tämä lisää käyttökustannuksia ja jäähdytysvaatimuksia.

Loukkuun jääneen ilman ja kaasun vaikutukset HPP:n energiantarpeeseen

Ilman ja kaasun läsnäolo vaikuttaa merkittävästi HPP: n tehokkuuteen:

• Alennettu paineensiirtotehokkuus: Ilma ja kaasu puristuvat helpommin kuin nesteet, mikä tarkoittaa, että saman paineen saavuttamiseksi astiassa tarvitaan lisäenergiaa.
• Pidemmät käsittelyajat: Loukkuun jäänyt ilma ja kaasu viivästyttävät isostaattisen paineen stabiloitumista ja pidentävät syklin kestoa.
• Energiajäte: Paineistetut kaasutaskut vapauttavat paineistuksen yhteydessä energiaa, jota ei voida palauttaa, mikä lisää yleistä tehottomuutta.

Nämä vaikutukset ovat erityisen voimakkaita käsiteltäessä elintarvikkeita, joissa on luonnostaan korkea ilmapitoisuus, tai pakkauksia, jotka vangitsevat pääntilan kaasua, kuten säilykkeitä tai tyhjiöpakattuja tuotteita.

Strategiat HPP:n energiahaasteisiin vastaamiseksi

HPP:n energiatehokkuuden parantamisessa keskitytään vähentämään ilman ja kaasun vaikutusta järjestelmässä:
Esikäsittely – Ultraäänikaasunpoisto:
Ultraäänen käyttö liuenneen ilman ja kaasun poistamiseksi kytkentänesteestä ja elintarvikkeista voi vähentää merkittävästi energiajätettä. Ultraäänikavitaatio häiritsee tehokkaasti kaasukuplia, jolloin ne voivat paeta ennen paineistusta.
Lisäksi tuotteet voidaan asettaa ultraäänikaasunpoiston jälkeen tyhjiössä, erityisesti säilykkeet tai suljetut esineet.

Liuenneen hapen väheneminen ajan myötä käyttämällä sonicator-UP400ST amplitudilla 100%, 80%, 60%, 40% ja 20%.
Tutkimus: ©Rognerud et ai., 2020.

Sonikaatio vaihtoehtona kestävälle HPP: lle

Hybridi-HPP-järjestelmät, joissa yhdistyvät korkean suorituskyvyn ultraääni lievällä lämmöllä (termosonication) tai korotetulla paineella ja lievällä lämmöllä (mothermosonication), ovat lupaavia vaihtoehtoisia tekniikoita, jotka tarjoavat luotettavan homogenoinnin ja pastöroinnin lievissä olosuhteissa ja alhaisella energiankulutuksella. Koska ultraäänipastörointi on inline-prosessi, jopa suuria määriä voidaan käsitellä kustannustehokkaasti.
Lisätietoja Hielscher-sonikaattoreista nestemäisten elintarvikkeiden inline-pastörointiin!

Vaikka HPP:tä käytetään laajalti elintarvikkeiden jalostuksessa, sen energiaintensiivinen luonne yhdistettynä loukkuun jääneen ilman ja kaasun tehottomuuteen muodostaa kriittisen haasteen. Integroimalla strategioita, kuten ultraäänikaasunpoisto, elintarviketeollisuus voi parantaa HPP: n kestävyyttä ja kustannustehokkuutta.
Hielscher Ultrasonics on HPP-optimoinnin prosessiratkaisujen luotettu kumppani, joka tarjoaa kehittynyttä ultraäänitekniikkaa energiatehokkuuden ja prosessin luotettavuuden parantamiseksi. Lisäksi Hielscher tarjoaa innovatiivisia ratkaisuja synergistiseen ultraääniavusteiseen elintarvikkeiden pastörointiin, mikä takaa korkealaatuiset ja turvalliset elintarvikkeet.