שיפור היעילות האנרגטית של עיבוד בלחץ גבוה
עיבוד בלחץ גבוה (HPP) הוא שיטה לא תרמית לשימור מזון, המבטיחה בטיחות מיקרוביאלית ומאריכה את חיי המדף תוך שמירה על איכות המזון. עם זאת, חוסר היעילות האנרגטית שלה עקב אוויר וגז כלואים מציב אתגרים תפעוליים ליישום בר קיימא. סילוק גזים אולטרסוני מהנוזל המעביר את הלחץ וממזונות נוזליים מפחית את הדחיסות, ממזער הפסדי אנרגיה ומשפר את היעילות הכוללת של תהליך ה-HPP.
עיבוד בלחץ גבוה (HPP): אתגרי היעילות האנרגטית
עיבוד בלחץ גבוה (HPP) הוא אחת הטכניקות המובילות לשימור מזון ללא חום, המשלבת השבתת מיקרואורגניזמים עם שמירה על איכותם של מוצרי מזון נוזליים ומוצקים. טכנולוגיית HPP מבטיחה בטיחות מזון וחיי מדף ארוכים יותר בלי לפגוע בתכונות החושיות או התזונתיות של המזון, בהתאם להעדפה הגוברת של צרכנים למוצרים שעברו עיבוד מזערי. עם זאת, דרישות האנרגיה של HPP מציבות אתגרים תפעוליים משמעותיים, במיוחד עקב חוסר יעילות הנובע מאוויר וגז הכלואים בתהליך. התמודדות עם אתגרים אלה היא המפתח למימוש מלוא הפוטנציאל של השיטה לייצור מזון בר קיימא.
סקירה כללית: HPP ואתגרי האנרגיה שלו
| הגדרת HPP | אתגרים | פתרון |
|---|---|---|
| שיטה לא תרמית לשימור מזון, המבטיחה בטיחות מיקרוביאלית ומאריכה את חיי המדף תוך שמירה על איכות המזון. | חוסר יעילות אנרגטית עקב אוויר וגז כלואים, המגדיל את עלויות התפעול. | סילוק גזים אולטרסוני מפחית את הדחיסות, ממזער הפסדי אנרגיה ומשפר את יעילות ה-HPP. |
הפתרון: סילוק גזים אולטרסוני מנוזלי HPP
סילוק גזים אולטרסוני מציע פתרון יעיל לשיפור היעילות האנרגטית של עיבוד בלחץ גבוה (HPP), באמצעות הסרת אוויר וגז כלואים הן מהנוזל המעביר את הלחץ והן ממוצרי מזון נוזליים. בהפעלת אולטרסאונד רב עוצמה, קוויטציה אולטרסונית מעודדת התמזגות מהירה של בועות גז ושחרורן, מפחיתה את הדחיסות וממזערת הפסדי אנרגיה במהלך הדחיסה. מיטוב זה לא רק מפחית את עלויות התפעול אלא גם משפר את יציבות התהליך, וכך הופך את ה-HPP לבר קיימא ויעיל יותר לשימור מזון.
סילוק גזים אולטרסוני ממים
כיצד פועל HPP
עיבוד בלחץ גבוה (HPP) פועל באמצעות חשיפת מוצרי מזון, בדרך כלל באריזות גמישות ואטומות למים, ללחצים גבוהים במיוחד של עד 6,000 bar (600 MPa). התהליך מתרחש במכל לחץ גבוה מלא במים, ברצף שלבים פשוט:
- טעינה: המוצרים הארוזים מונחים בסלי פלסטיק ומועברים אל מכל הלחץ הגבוה.
- העלאת לחץ: ממלאים את המכל במים, המשמשים כתווך להעברת הלחץ. לאחר מכן מעלים את הלחץ במערכת לרמה הרצויה, הנשמרת בדרך כלל למשך כמה דקות.
- אפקט איזוסטטי: הלחץ מופעל באופן אחיד ומיידי בכל חלקי המוצר, ללא תלות בגודלו, בצורתו או בהרכבו. לחץ איזוסטטי זה משבית מיקרואורגניזמים המועברים במזון ואנזימים הגורמים לקלקול, בלי למעוך את המוצר או לעוות את צורתו.
- הפחתת לחץ ופריקה: הלחץ במכל מופחת, המים מנוקזים והמוצרים המטופלים מועברים החוצה, כשהם מוכנים לצריכה או לעיבוד נוסף.
עיבוד בלחץ גבוה (HPP)
© Balakrishna et al., 2020
שיטת HPP מבטיחה בטיחות מזון תוך שמירה על הטעם, המרקם ותכולת רכיבי התזונה. עם זאת, תהליך זה דורש השקעת אנרגיה משמעותית, המושפעת מכמה גורמים של חוסר יעילות תפעולית.
האתגרים הכרוכים בצריכת אנרגיה גבוהה ב-HPP
אחד החסרונות העיקריים של HPP הוא צריכת האנרגיה הגבוהה שלו. אופיו עתיר האנרגיה של התהליך נובע מהגורמים הבאים:
- העלאת לחץ המים (נוזל הצימוד): נדרשת אנרגיה משמעותית לדחיסת המים המשמשים להעברת לחץ איזוסטטי ולשמירה על לחץ היעד.
- אוויר וגז כלואים בנוזל הצימוד: בועות אוויר במים מפחיתות את יעילות העברת הלחץ ומגדילות את דרישות האנרגיה. בועות אלה נדחסות במהלך העלאת הלחץ וסופגות אנרגיה שיכולה הייתה לשמש לטיפול במוצר המזון.
- גז במוצרים ארוזים: אוויר או גז הכלואים במזונות ארוזים (למשל במוצרים משומרים או מוצקים למחצה) תורמים באופן דומה לאובדן אנרגיה. דחיסת כיסי גז פנימיים דורשת אנרגיה נוספת ועלולה לפגוע באחידות הלחץ.
- הפסדי אנרגיה תרמית: אף ש-HPP נחשב לתהליך לא תרמי, חלק מהאנרגיה מתפזר כחום עקב דחיסת המים וחיכוך בציוד. הדבר מגדיל את עלויות התפעול ואת דרישות הקירור.
תא זרימה אולטרסוני לסילוק גזים מנוזלים ולפסטור מזון.
השפעות האוויר והגז הכלואים על דרישות האנרגיה של HPP
נוכחות אוויר וגז משפיעה באופן משמעותי על יעילות ה-HPP:
- ירידה ביעילות העברת הלחץ: אוויר וגז נדחסים בקלות רבה יותר מנוזלים, ולכן נדרשת אנרגיה נוספת להשגת אותו לחץ בתוך המכל.
- זמני עיבוד ארוכים יותר: אוויר וגז כלואים מעכבים את התייצבות הלחץ האיזוסטטי ומאריכים את משך המחזורים.
- בזבוז אנרגיה: כיסי גז דחוסים משחררים בעת הפחתת הלחץ אנרגיה שאינה ניתנת להשבה, וכך תורמים לחוסר היעילות הכולל.
השפעות אלה בולטות במיוחד בעת עיבוד מוצרי מזון בעלי תכולת אוויר גבוהה באופן טבעי, או מוצרים באריזות הלוכדות גז בחלל שמעל המוצר, כגון מוצרים משומרים או ארוזים בוואקום.
אסטרטגיות להתמודדות עם אתגרי האנרגיה ב-HPP
המאמצים לשיפור היעילות האנרגטית של HPP מתמקדים בצמצום השפעת האוויר והגז בתוך המערכת:
טיפול מקדים – סילוק גזים אולטרסוני:
השימוש באולטרסאונד להסרת אוויר וגז מומסים מנוזל הצימוד וממוצרי המזון יכול להפחית באופן משמעותי את בזבוז האנרגיה. קוויטציה אולטרסונית מפרקת ביעילות בועות גז ומאפשרת לגז להשתחרר לפני העלאת הלחץ.
בנוסף, מוצרים יכולים להתקשות לאחר סילוק גזים אולטרסוני בתנאי ואקום, במיוחד מוצרים משומרים או אטומים.
ירידה בכמות החמצן המומס לאורך זמן באמצעות מכשיר הסוניקציה UP400ST במשרעות של 100 %, 80 %, 60 %, 40% ו-20 %.
מחקר: ©Rognerud et al., 2020.
סוניקציה כחלופה ל-HPP בר קיימא
מערכות HPP היברידיות המשלבות אולטרסאונד בעל ביצועים גבוהים עם חימום מתון (תרמוסוניקציה), או עם לחץ מוגבר וחימום מתון (מנו-תרמוסוניקציה), הן טכניקות חלופיות מבטיחות המספקות הומוגניזציה ופסטור אמינים בתנאים מתונים ובצריכת אנרגיה נמוכה. מכיוון שפסטור אולטרסוני הוא תהליך רציף בקו הייצור, אפשר לעבד אפילו נפחים גדולים ביעילות כלכלית גבוהה.
למידע נוסף על מכשירי הסוניקציה של Hielscher לפסטור מזונות נוזליים בקו הייצור!
אף ש-HPP נמצא בשימוש נרחב לעיבוד מזון, אופיו עתיר האנרגיה, המוחמר בשל חוסר יעילות הנובע מאוויר וגז כלואים, מציב אתגר מהותי. באמצעות שילוב אסטרטגיות כגון סילוק גזים אולטרסוני, תעשיית המזון יכולה לשפר את הקיימות ואת הכדאיות הכלכלית של HPP.
Hielscher Ultrasonics היא השותפה האמינה לפתרונות תהליכיים למיטוב HPP, ומציעה טכנולוגיה אולטרסונית מתקדמת לשיפור היעילות האנרגטית ואמינות התהליך. בנוסף, Hielscher מספקת פתרונות חדשניים לפסטור מזון סינרגטי בסיוע אולטרסאונד, המבטיחים מוצרי מזון איכותיים ובטוחים.
ספרות / מקורות
- 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.
שאלות נפוצות
מהו סילוק גזים מנוזלים המעבירים לחץ?
סילוק גזים הוא הסרת גזים מומסים וכלואים מהנוזל המשמש בעיבוד בלחץ גבוה (HPP), לשיפור היעילות האנרגטית ויציבות התהליך. באמצעות הסרת גזים דחיסים, סילוק הגזים מפחית אובדן לחץ, משפר את אחידות פיזור הלחץ וממזער בלאי הקשור לקוויטציה במערכות HPP.
מהו טיפול בעיבוד בלחץ גבוה (HPP)?
HPP הוא שיטה לא תרמית לשימור מזון, המפעילה לחצים הידרוסטטיים של עד 600 MPa להשבתת מיקרואורגניזמים תוך שמירה על האיכויות החושיות והתזונתיות. השיטה מאריכה את חיי המדף, מבטיחה בטיחות מזון ושומרת על תרכובות ביו-אקטיביות ללא שימוש בחום, ולכן מתאימה למזונות טריים ולמזונות שעברו עיבוד מזערי.
מהי הבעיה בשימוש בעיבוד בלחץ גבוה (HPP)?
האתגרים העיקריים של HPP כוללים צריכת אנרגיה גבוהה, חוסר יעילות בתהליך עקב אוויר הכלוא בנוזלים המעבירים לחץ ועלויות ציוד גבוהות. בנוסף, אף ש-HPP יעיל נגד רוב הפתוגנים בצורתם הווגטטיבית, הוא אינו משבית נבגי חיידקים ללא אמצעי עיכוב נוספים כגון חימום מתון (עיבוד תרמי בסיוע לחץ, PATP).
מה ההבדל בין פסטור ל-HPP?
פסטור הוא תהליך תרמי המשבית מיקרואורגניזמים באמצעות חום (בדרך כלל 60–85°C), ועלול לשנות את מרקם המזון ואת הרכבו התזונתי. HPP, לעומת זאת, הוא שיטה לא תרמית המשביתה מיקרואורגניזמים באמצעות לחץ, תוך שמירה על הטעם, המרקם ורכיבי התזונה המקוריים של המזון והארכת חיי המדף.
