A nagynyomású feldolgozás jobb energiahatékonysága
A nagynyomású feldolgozás (HPP) olyan nem termikus élelmiszer-tartósítási módszer, amely az élelmiszer minőségének megőrzése mellett biztosítja a mikrobiológiai biztonságot és meghosszabbítja az eltarthatóságot, bár a bezárt levegő és gáz okozta energiahatékonysági veszteségek üzemeltetési kihívásokat jelentenek a fenntartható alkalmazás szempontjából. A nyomásátadó folyadék és a folyékony élelmiszerek ultrahangos gáztalanítása csökkenti az összenyomhatóságot, minimalizálja az energiaveszteségeket és javítja a HPP-folyamat teljes hatékonyságát.
Nagynyomású feldolgozás (HPP): energiahatékonysági kihívások
A nagynyomású feldolgozás (HPP) az egyik vezető nem termikus élelmiszer-tartósítási technológia, amely folyékony és szilárd élelmiszerek esetében egyaránt ötvözi a mikroorganizmusok inaktiválását a minőség megőrzésével. A HPP-technológia az élelmiszerek érzékszervi tulajdonságainak vagy tápértékének csorbítása nélkül biztosítja az élelmiszer-biztonságot és a hosszabb eltarthatóságot, összhangban a minimálisan feldolgozott termékek iránti növekvő fogyasztói igénnyel. A HPP energiaigénye azonban jelentős üzemeltetési kihívásokat jelent, különösen a folyamatban bezárt levegő és gáz okozta hatékonysági veszteségek miatt. E kihívások kezelése kulcsfontosságú ahhoz, hogy a technológia fenntartható élelmiszer-előállításban rejlő lehetőségeit teljes mértékben ki lehessen használni.
Áttekintés: a HPP és energetikai kihívásai
| A HPP meghatározása | Kihívások | Megoldás |
|---|---|---|
| Olyan nem termikus élelmiszer-tartósítási módszer, amely az élelmiszer minőségének megőrzése mellett biztosítja a mikrobiológiai biztonságot és meghosszabbítja az eltarthatóságot. | A bezárt levegő és gáz okozta energiahatékonysági veszteségek, amelyek növelik az üzemeltetési költségeket. | Az ultrahangos gáztalanítás csökkenti az összenyomhatóságot, minimalizálja az energiaveszteségeket és javítja a HPP hatékonyságát. |
A megoldás: a HPP-folyadékok ultrahangos gáztalanítása
Az ultrahangos gáztalanítás hatékony megoldást kínál a nagynyomású feldolgozás (HPP) energiahatékonyságának javítására azáltal, hogy eltávolítja a bezárt levegőt és gázt mind a nyomásátadó folyadékból, mind a folyékony élelmiszerekből. Nagy teljesítményű ultrahang alkalmazásakor az ultrahangos kavitáció elősegíti a gázbuborékok gyors összeolvadását és távozását, csökkentve az összenyomhatóságot és minimalizálva az összenyomás során fellépő energiaveszteségeket. Ez az optimalizálás nemcsak az üzemeltetési költségeket csökkenti, hanem a folyamat stabilitását is javítja, így a HPP fenntarthatóbbá és hatékonyabbá válik az élelmiszer-tartósításban.
Víz ultrahangos gáztalanítása
Hogyan működik a HPP?
A nagynyomású feldolgozás (HPP) során az élelmiszereket, jellemzően rugalmas és vízálló csomagolásban, rendkívül nagy, akár 6 000 bar (600 MPa) nyomásnak teszik ki. A folyamat vízzel töltött nagynyomású tartályban, egyszerű lépéssor szerint zajlik:
- Betöltés: A csomagolt termékeket műanyag kosarakba helyezik, és a nagynyomású tartályba szállítják.
- Nyomás alá helyezés: A tartályt vízzel töltik fel, amely nyomásátadó közegként szolgál. Ezután a rendszert a kívánt nyomásszintre helyezik, amelyet jellemzően néhány percig fenntartanak.
- Izosztatikus hatás: A nyomás a termék egészére egyenletesen és azonnal hat, annak méretétől, alakjától vagy összetételétől függetlenül. Ez az izosztatikus nyomás anélkül inaktiválja az élelmiszerrel terjedő mikroorganizmusokat és a romlást okozó enzimeket, hogy összezúzná vagy deformálná a terméket.
- Nyomásmentesítés és kirakodás: A tartályt nyomásmentesítik, a vizet leeresztik, és a kezelt termékeket kiszállítják, fogyasztásra vagy további feldolgozásra készen.
Nagynyomású feldolgozás (HPP)
© Balakrishna et al., 2020
A HPP-módszer az íz, az állag és a tápanyagtartalom megőrzése mellett biztosítja az élelmiszer-biztonságot. Ez a folyamat azonban jelentős energiabevitelt igényel, amelyet több üzemeltetési hatékonysági veszteség is befolyásol.
A HPP nagy energiafogyasztásából eredő kihívások
A HPP egyik fő hátránya a nagy energiafogyasztás. A folyamat energiaigényes jellege a következőkből ered:
- A víz (nyomásközvetítő folyadék) nyomás alá helyezése: Az izosztatikus nyomás átadására használt víz összenyomása és a célnyomás fenntartása jelentős energiát igényel.
- Bezárt levegő és gáz a nyomásközvetítő folyadékban: A vízben lévő légbuborékok csökkentik a nyomásátadás hatékonyságát, növelve az energiaigényt. Ezek a buborékok a nyomás alá helyezés során összenyomódnak, és olyan energiát nyelnek el, amelyet egyébként az élelmiszer kezelésére lehetne felhasználni.
- Gáz a csomagolt termékekben: A csomagolt élelmiszerekben (például konzervekben vagy félszilárd termékekben) bezárt levegő vagy gáz szintén hozzájárul az energiaveszteséghez. A belső gázzárványok összenyomása további energiát igényel, és megzavarhatja a nyomás egyenletességét.
- Hő formájában fellépő energiaveszteségek: Bár a HPP-t nem termikus folyamatnak tekintik, a víz összenyomása és a berendezésben fellépő súrlódás miatt az energia egy része hőként disszipálódik. Ez növeli az üzemeltetési költségeket és a hűtési igényt.
Ultrahangos átfolyó cella folyadékok gáztalanítására és élelmiszerek pasztőrözésére.
A bezárt levegő és gáz hatása a HPP energiaigényére
A levegő és a gáz jelenléte jelentősen befolyásolja a HPP hatékonyságát:
- Csökkent nyomásátadási hatékonyság: A levegő és a gáz könnyebben összenyomható, mint a folyadékok, ezért ugyanannak a nyomásnak az eléréséhez a tartályban további energia szükséges.
- Hosszabb feldolgozási idők: A bezárt levegő és gáz késlelteti az izosztatikus nyomás stabilizálódását, meghosszabbítva a ciklusok időtartamát.
- Energiapazarlás: Az összenyomott gázzárványok a nyomásmentesítéskor energiát szabadítanak fel, amely nem nyerhető vissza, így hozzájárulnak az általános hatékonysági veszteséghez.
Ezek a hatások különösen kifejezettek a természetüknél fogva nagy levegőtartalmú élelmiszerek feldolgozásakor, illetve olyan csomagolás esetén, amely bezárja a termék feletti szabad tér gázát, például konzerv- vagy vákuumcsomagolt termékeknél.
Stratégiák a HPP energetikai kihívásainak kezelésére
A HPP energiahatékonyságának javítására irányuló törekvések a rendszerben lévő levegő és gáz hatásának csökkentésére összpontosítanak:
Előkezelés – ultrahangos gáztalanítás:
Az ultrahang alkalmazása az oldott levegő és gáz eltávolítására a nyomásközvetítő folyadékból és az élelmiszerekből jelentősen csökkentheti az energiapazarlást. Az ultrahangos kavitáció hatékonyan megbontja a gázbuborékokat, lehetővé téve távozásukat a nyomás alá helyezés előtt.
Emellett a termékek a vákuum alatti ultrahangos gáztalanítás után megszilárdulhatnak, különösen a konzervek vagy a lezárt termékek.
Az oldott oxigén mennyiségének csökkenése az idő függvényében az UP400ST ultrahangos kezelőberendezés alkalmazásával, 100 %, 80 %, 60 %, 40% és 20 % amplitúdón.
Tanulmány: ©Rognerud et al., 2020.
Ultrahangos kezelés a fenntartható HPP alternatívájaként
A nagy teljesítményű ultrahangot enyhe hőkezeléssel (termoszonikáció), illetve megnövelt nyomással és enyhe hőkezeléssel (manotermoszonikáció) ötvöző hibrid HPP-rendszerek ígéretes alternatív technológiák, amelyek kíméletes körülmények között és alacsony energiafogyasztás mellett biztosítanak megbízható homogenizálást és pasztőrözést. Mivel az ultrahangos pasztőrözés átfolyó rendszerű folyamat, még nagy térfogatok is nagy költséghatékonysággal dolgozhatók fel.
Tudjon meg többet a folyékony élelmiszerek átfolyó rendszerű pasztőrözésére szolgáló Hielscher ultrahangos kezelőberendezésekről!
Bár a HPP-t széles körben alkalmazzák az élelmiszer-feldolgozásban, energiaigényes jellege, amelyet a bezárt levegő és gáz okozta hatékonysági veszteségek tovább súlyosbítanak, kritikus kihívást jelent. Az olyan stratégiák beépítésével, mint az ultrahangos gáztalanítás, az élelmiszeripar javíthatja a HPP fenntarthatóságát és költséghatékonyságát.
A Hielscher Ultrasonics a HPP optimalizálására szolgáló folyamatmegoldások megbízható partnere, amely korszerű ultrahangos technológiát kínál az energiahatékonyság és a folyamat megbízhatóságának javítására. Emellett a Hielscher innovatív megoldásokat kínál a szinergikus, ultrahanggal támogatott élelmiszer-pasztőrözéshez, biztosítva a kiváló minőségű és biztonságos élelmiszereket.
Szakirodalom / Hivatkozások
- 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.
Gyakran ismételt kérdések
Mi a nyomásátadó folyadékok gáztalanítása?
A gáztalanítás az oldott és bezárt gázok eltávolítása a nagynyomású feldolgozásban (HPP) használt folyadékból az energiahatékonyság és a folyamat stabilitásának javítása érdekében. Az összenyomható gázok eltávolításával a gáztalanítás csökkenti a nyomásveszteséget, javítja az egyenletes nyomáseloszlást, és minimalizálja a kavitációval összefüggő kopást a HPP-rendszerekben.
Mi a nagynyomású feldolgozás, vagyis a HPP-kezelés?
A HPP olyan nem termikus élelmiszer-tartósítási módszer, amely akár 600 MPa hidrosztatikus nyomást alkalmaz a mikroorganizmusok inaktiválására, miközben megőrzi az érzékszervi tulajdonságokat és a tápértéket. Hő alkalmazása nélkül meghosszabbítja az eltarthatóságot, biztosítja az élelmiszer-biztonságot és megőrzi a bioaktív vegyületeket, így alkalmas friss és minimálisan feldolgozott élelmiszerek kezelésére.
Milyen problémák merülnek fel a nagynyomású feldolgozás, vagyis a HPP alkalmazásakor?
A HPP fő kihívásai közé tartozik a nagy energiafogyasztás, a nyomásátadó folyadékokban bezárt levegő okozta folyamathatékonysági veszteségek és a berendezések magas költsége. Emellett, bár a legtöbb vegetatív állapotú kórokozó ellen hatékony, a HPP nem inaktiválja a baktériumspórákat további gátló tényezők, például enyhe melegítés (nyomással támogatott termikus feldolgozás, PATP) nélkül.
Mi a különbség a pasztőrözés és a HPP között?
A pasztőrözés olyan termikus folyamat, amely hővel (jellemzően 60–85°C-on) inaktiválja a mikroorganizmusokat, és megváltoztathatja az élelmiszer állagát és tápanyag-összetételét. Ezzel szemben a HPP olyan nem termikus módszer, amely nyomással éri el a mikroorganizmusok inaktiválását, megőrizve az élelmiszer eredeti ízét, állagát és tápanyagait, miközben meghosszabbítja az eltarthatóságot.
A Hielscher Ultrasonics nagy teljesítményű ultrahangos homogenizátorokat gyárt a laboratóriumi mérettől az ipari méretig.