יעילות אנרגטית משופרת של עיבוד בלחץ גבוה
עיבוד בלחץ גבוה (HPP) היא שיטת שימור מזון לא תרמית המבטיחה בטיחות מיקרוביאלית ומאריכה את חיי המדף תוך שמירה על איכות המזון, אם כי חוסר היעילות האנרגטית שלה עקב אוויר וגז לכודים מציבים אתגרים תפעוליים ליישום בר קיימא. פירוק אולטראסוני של מזונות נוזליים ונוזליים המעבירים לחץ מפחית את הדחיסות, ממזער את הפסדי האנרגיה ומשפר את היעילות הכוללת של תהליך HPP.
עיבוד בלחץ גבוה (HPP): אתגרי יעילות אנרגטית
עיבוד בלחץ גבוה (HPP) היא אחת הטכניקות המובילות לשימור מזון לא תרמי, המציעה שילוב של השבתה מיקרוביאלית ושימור איכות עבור מוצרי מזון נוזליים ומוצקים. טכנולוגיית HPP משיגה בטיחות מזון וחיי מדף ארוכים יותר מבלי להתפשר על התכונות החושיות או התזונתיות של המזון, בהתאם להעדפה הגוברת של הצרכנים למוצרים בעיבוד מינימלי. עם זאת, דרישות האנרגיה של HPP מציבות אתגרים תפעוליים משמעותיים, במיוחד בשל חוסר יעילות שנוצר על ידי אוויר וגז לכודים בתהליך. התמודדות עם אתגרים אלה היא המפתח למימוש מלוא הפוטנציאל שלה לייצור מזון בר קיימא.
סקירה כללית: HPP ואתגרי האנרגיה שלה
| הגדרת HPP | אתגרים | תמיסה |
|---|---|---|
| שיטת שימור מזון לא תרמית המבטיחה בטיחות מיקרוביאלית ומאריכה את חיי המדף תוך שמירה על איכות המזון. | חוסר יעילות אנרגטית עקב אוויר וגז כלואים, הגדלת עלויות התפעול. | פירוק גזים על-קולי מפחית את הדחיסות, ממזער הפסדי אנרגיה ומשפר את יעילות HPP. |
הפתרון: Degassing קולי של נוזלי HPP
פירוק גזים על-קולי מציע פתרון יעיל לשיפור היעילות האנרגטית של עיבוד בלחץ גבוה (HPP) על ידי הסרת אוויר וגז כלואים הן ממוצרי המזון הנוזליים והן ממוצרי המזון הנוזליים המשדרים לחץ. על ידי יישום אולטרסאונד כוח, cavitation קולי מקדם את ההתלכדות המהירה ושחרור של בועות גז, הפחתת דחיסות ומזעור הפסדי אנרגיה במהלך הדחיסה. אופטימיזציה זו לא רק מפחיתה את עלויות התפעול אלא גם משפרת את יציבות התהליכים, מה שהופך את HPP לבת קיימא ויעילה יותר לשימור מזון.
Degassing קולי של מים
כיצד HPP פועל
עיבוד בלחץ גבוה (HPP) פועל על ידי חשיפת מוצרי מזון, בדרך כלל באריזות גמישות ועמידות למים, ללחצים גבוהים במיוחד של עד 6,000 בר (600 מגפ"ס). התהליך מתרחש בכלי מלא מים בלחץ גבוה וברצף פשוט:
- טעינת: מוצרים ארוזים ממוקמים בסלסלות פלסטיק ומועברים לתוך כלי בלחץ גבוה.
- לחץ: מים ממולאים לתוך הכלי, מתנהג כמו המדיום משדר לחץ. לאחר מכן המערכת עוברת לחץ לרמה הרצויה, בדרך כלל מתוחזקת למשך מספר דקות.
- אפקט איזוסטטי: הלחץ מופעל באופן אחיד ומיידי על פני המוצר, ללא קשר לגודלו, צורתו או הרכבו. לחץ איזוסטטי זה משבית מיקרואורגניזמים הנישאים במזון ואנזימי קלקול מבלי לרסק או לעוות את המוצר.
- דיכוי ופריקה: הספינה מדוכאת, המים מנוקזים, והמוצרים המטופלים מועברים החוצה, מוכנים לצריכה או לעיבוד נוסף.
עיבוד בלחץ גבוה (HPP)
© Balakrishna et al., 2020
שיטת HPP מבטיחה בטיחות מזון תוך שמירה על הטעם, המרקם ותכולת החומרים המזינים. עם זאת, תהליך זה דורש תשומות אנרגיה משמעותיות, גורם המושפע ממספר חוסר יעילות תפעולית.
אתגרים של צריכת אנרגיה גבוהה ב- HPP
אחד החסרונות העיקריים של HPP הוא צריכת האנרגיה הגבוהה שלה. אופיו עתיר האנרגיה של התהליך נובע מ:
- לחץ מים (נוזל צימוד): המים המשמשים להעברת לחץ איזוסטטי דורשים אנרגיה משמעותית כדי לדחוס ולשמור על לחץ המטרה.
- אוויר וגז כלואים בנוזל הצימוד: בועות אוויר בתוך המים מפחיתות את יעילות העברת הלחץ, ומגדילות את דרישות האנרגיה. בועות אלה נדחסות במהלך הלחץ, וסופגות אנרגיה שאחרת הייתה יכולה לשמש לטיפול במוצר המזון.
- גז במוצרים ארוזים: אוויר או גז הכלואים בתוך מזון ארוז (למשל, במוצרים משומרים או מוצקים למחצה) תורמים באופן דומה לאובדן אנרגיה. דחיסת כיסי גז פנימיים דורשת אנרגיה נוספת ועלולה להפריע לאחידות הלחץ.
- הפסדי אנרגיה תרמית: בעוד HPP נחשב תהליך לא תרמי, חלק מהאנרגיה מתפזרת כחום עקב דחיסת מים וחיכוך הציוד. זה מגדיל את עלויות התפעול ואת דרישות הקירור.
תא זרימה קולי עבור degasification של נוזלים פסטור של מזון.
השפעות אוויר וגז כלואים על הביקוש לאנרגיה של HPP
נוכחות האוויר והגז משפיעה באופן משמעותי על יעילות HPP:
- יעילות מופחתת של העברת לחץ: אוויר וגז נדחסים בקלות רבה יותר מאשר נוזלים, כלומר נדרשת אנרגיה נוספת כדי להשיג את אותו לחץ בתוך הכלי.
- זמני עיבוד ארוכים יותר: אוויר וגז כלואים מעכבים את ייצוב הלחץ האיזוסטטי, ומאריכים את משכי המחזור.
- בזבוז אנרגיה: כיסי גז דחוס משחררים אנרגיה בעת דיכוי, שלא ניתן לשחזר, מה שתורם לחוסר יעילות כללי.
השפעות אלה בולטות במיוחד בעת עיבוד מוצרי מזון עם תכולת אוויר גבוהה באופן טבעי או אריזות הלוכדות גז headspace, כגון פריטים משומרים או ארוזים בוואקום.
אסטרטגיות להתמודדות עם אתגרי אנרגיה ב-HPP
המאמצים לשיפור היעילות האנרגטית של HPP מתמקדים בהפחתת ההשפעה של אוויר וגז בתוך המערכת:
טיפול מקדים – Degassing קולי:
היישום של אולטרסאונד כדי להסיר אוויר מומס וגז מן נוזל צימוד ומוצרי מזון יכול להפחית באופן משמעותי את בזבוז האנרגיה. קוויטציה קולית משבשת ביעילות בועות גז, ומאפשרת להן לברוח לפני הפעלת לחץ.
בנוסף, מוצרים יכולים להגדיר לאחר degasification קולי תחת ואקום, במיוחד פריטים משומרים או אטומים.
ירידה של חמצן מומס עם הזמן שימוש בסוניקטור UP400ST באמפליטודות 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 חום מתון (תרמוסוניקציה) או עם לחץ מוגבר וחום מתון (מנותרמוסוניקציה) הן טכניקות חלופיות מבטיחות המספקות הומוגניזציה ופסטור אמינים בתנאים מתונים ובצריכת אנרגיה נמוכה. מאז פסטור קולי הוא תהליך בתוך השורה, אפילו כמויות גדולות ניתן לעבד עם עלות גבוהה יעילות.
למידע נוסף על Hielscher sonicators עבור פסטור מוטבע של מזונות נוזליים!
בעוד HPP נמצא בשימוש נרחב לעיבוד מזון, אופיו עתיר האנרגיה, בתוספת חוסר יעילות מאוויר וגז לכודים, מציב אתגר קריטי. על ידי שילוב אסטרטגיות כגון degassing קולי, תעשיית המזון יכולה לשפר את הקיימות ואת העלות האפקטיבית של HPP.
Hielscher Ultrasonics היא השותפה האמינה לפתרונות תהליכים באופטימיזציה של HPP, ומציעה טכנולוגיה קולית מתקדמת לשיפור יעילות האנרגיה ואמינות התהליכים. בנוסף, היילשר מספקת פתרונות חדשניים לפסטור מזון סינרגטי בסיוע אולטרסאונד, המבטיח 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
מהי פליטת גזים של נוזלים המעבירים לחץ?
פירוק גזים הוא סילוק גזים מומסים ונלכדים מהנוזל המשמש בעיבוד בלחץ גבוה (HPP) לשיפור יעילות האנרגיה ויציבות התהליכים. על ידי סילוק גזים דחוסים, הפחתת גזים מפחיתה את אובדן הלחץ, משפרת את פיזור הלחץ האחיד וממזערת שחיקה הקשורה לקוויטציה במערכות HPP.
מהו טיפול HPP עיבוד בלחץ גבוה?
HPP היא שיטת שימור מזון לא תרמית המפעילה לחצים הידרוסטטיים של עד 600 מגפ"ס כדי להשבית מיקרואורגניזמים תוך שמירה על איכויות חושיות ותזונתיות. הוא מאריך את חיי המדף, מבטיח בטיחות מזון ושומר על תרכובות ביו-אקטיביות ללא שימוש בחום, מה שהופך אותו מתאים למזון טרי ומעובד באופן מינימלי.
מהי הבעיה בשימוש ב- HPP עיבוד בלחץ גבוה?
האתגרים העיקריים של HPP כוללים צריכת אנרגיה גבוהה, חוסר יעילות תהליכים עקב אוויר כלוא בנוזלים מעבירי לחץ ועלויות ציוד גבוהות. בנוסף, למרות יעילותו נגד רוב הפתוגנים הווגטטיביים, HPP אינו משבית נבגי חיידקים ללא מכשולים נוספים כגון חימום קל (עיבוד תרמי בסיוע לחץ, PATP).
מה ההבדל בין פסטור ל- HPP?
פסטור הוא תהליך תרמי המשבית מיקרואורגניזמים באמצעות חום (בדרך כלל 60-85 מעלות צלזיוס), מה שעלול לשנות את מרקם המזון ואת הרכבו התזונתי. HPP, לעומת זאת, היא שיטה לא תרמית המשיגה נטרול מיקרוביאלי באמצעות לחץ, תוך שמירה על הטעם, המרקם והחומרים המזינים המקוריים של המזון תוך הארכת חיי המדף.
Hielscher Ultrasonics מייצרת הומוגנייזרים קוליים בעלי ביצועים גבוהים מ המעבדה ל גודל תעשייתי.