Բարձր ճնշմամբ մշակման էներգաարդյունավետության բարելավում
Բարձր ճնշմամբ մշակումը (HPP) սննդամթերքի պահպանման ոչ ջերմային մեթոդ է, որն ապահովում է մանրէաբանական անվտանգություն և երկարացնում պահպանման ժամկետը՝ պահպանելով սննդամթերքի որակը, թեև ներսում մնացած օդով և գազով պայմանավորված էներգետիկ անարդյունավետությունը շահագործման դժվարություններ է առաջացնում դրա կայուն կիրառման համար։ Ճնշումը փոխանցող հեղուկի և հեղուկ սննդամթերքի ուլտրաձայնային գազազերծումը նվազեցնում է սեղմելիությունը՝ նվազագույնի հասցնելով էներգիայի կորուստները և բարելավելով HPP գործընթացի ընդհանուր արդյունավետությունը։
Բարձր ճնշմամբ մշակում (HPP)․ էներգաարդյունավետության մարտահրավերները
Բարձր ճնշմամբ մշակումը (HPP) սննդամթերքի պահպանման առաջատար ոչ ջերմային տեխնոլոգիաներից է, որը հեղուկ և պինդ սննդամթերքի համար համատեղում է միկրոօրգանիզմների ապաակտիվացումն ու որակի պահպանումը։ HPP տեխնոլոգիան ապահովում է սննդամթերքի անվտանգությունն ու պահպանման ժամկետի երկարացումը՝ առանց սննդամթերքի զգայորոշման կամ սննդային հատկությունները վատթարացնելու, ինչը համապատասխանում է նվազագույն մշակման ենթարկված արտադրանքի նկատմամբ սպառողների աճող նախընտրությանը։ Սակայն HPP գործընթացի էներգիայի պահանջարկը շահագործման զգալի դժվարություններ է առաջացնում, հատկապես գործընթացում ներսում մնացած օդով և գազով պայմանավորված անարդյունավետության պատճառով։ Այս դժվարությունների հաղթահարումն առանցքային է սննդամթերքի կայուն արտադրության համար այս տեխնոլոգիայի ամբողջ ներուժը բացահայտելու գործում։
Ակնարկ․ HPP և դրա էներգետիկ մարտահրավերները
| HPP մեթոդի սահմանումը | Մարտահրավերներ | Լուծում |
|---|---|---|
| Սննդամթերքի պահպանման ոչ ջերմային մեթոդ, որն ապահովում է մանրէաբանական անվտանգություն և երկարացնում պահպանման ժամկետը՝ պահպանելով սննդամթերքի որակը։ | Ներսում մնացած օդով և գազով պայմանավորված էներգետիկ անարդյունավետություն, որը մեծացնում է շահագործման ծախսերը։ | Ուլտրաձայնային գազազերծումը նվազեցնում է սեղմելիությունը՝ նվազագույնի հասցնելով էներգիայի կորուստները և բարելավելով HPP գործընթացի արդյունավետությունը։ |
Լուծումը․ HPP գործընթացի հեղուկների ուլտրաձայնային գազազերծում
Ուլտրաձայնային գազազերծումն արդյունավետ լուծում է բարձր ճնշմամբ մշակման (HPP) էներգաարդյունավետությունը բարձրացնելու համար՝ հեռացնելով ներսում մնացած օդն ու գազը ինչպես ճնշումը փոխանցող հեղուկից, այնպես էլ հեղուկ սննդամթերքից։ Հզոր ուլտրաձայնի կիրառման դեպքում ուլտրաձայնային կավիտացիան նպաստում է գազային պղպջակների արագ միաձուլմանն ու արտազատմանը՝ նվազեցնելով սեղմելիությունը և նվազագույնի հասցնելով էներգիայի կորուստները սեղմման ընթացքում։ Այս օպտիմալացումը ոչ միայն նվազեցնում է շահագործման ծախսերը, այլև բարձրացնում է գործընթացի կայունությունը՝ HPP մեթոդը դարձնելով ավելի կայուն և արդյունավետ սննդամթերքի պահպանման համար։
Ջրի ուլտրաձայնային գազազերծում
Ինչպես է գործում HPP մեթոդը
Բարձր ճնշմամբ մշակման (HPP) ժամանակ սննդամթերքը, սովորաբար ճկուն և ջրակայուն փաթեթավորմամբ, ենթարկվում է չափազանց բարձր՝ մինչև 6 000 bar (600 MPa) ճնշման։ Գործընթացն իրականացվում է ջրով լցված բարձր ճնշման անոթում և ունի պարզ հաջորդականություն․
- Բեռնում․ Փաթեթավորված արտադրանքը տեղադրվում է պլաստիկ զամբյուղների մեջ և տեղափոխվում բարձր ճնշման անոթ։
- Ճնշման բարձրացում․ անոթը լցվում է ջրով, որը ծառայում է որպես ճնշումը փոխանցող միջավայր։ Այնուհետև համակարգում ճնշումը բարձրացվում է մինչև ցանկալի մակարդակ, որը սովորաբար պահպանվում է մի քանի րոպե։
- Իզոստատիկ ազդեցություն․ Ճնշումը միատեսակ և ակնթարթորեն կիրառվում է ամբողջ արտադրանքի նկատմամբ՝ անկախ դրա չափից, ձևից կամ բաղադրությունից։ Այս իզոստատիկ ճնշումն ապաակտիվացնում է սննդով փոխանցվող միկրոօրգանիզմներն ու փչացում առաջացնող ֆերմենտները՝ առանց արտադրանքը ճզմելու կամ ձևախախտելու։
- Ճնշման իջեցում և բեռնաթափում․ Անոթում ճնշումն իջեցվում է, ջուրը հեռացվում է, իսկ մշակված արտադրանքը դուրս է բերվում՝ պատրաստ սպառման կամ հետագա մշակման համար։
Բարձր ճնշմամբ մշակում (HPP)
© Balakrishna et al., 2020
HPP մեթոդն ապահովում է սննդամթերքի անվտանգությունը՝ պահպանելով համը, հյուսվածքն ու սննդանյութերի պարունակությունը։ Սակայն այս գործընթացը պահանջում է էներգիայի զգալի ներդրում, որի վրա ազդում են շահագործման մի շարք անարդյունավետություններ։
HPP գործընթացում էներգիայի մեծ սպառման մարտահրավերները
HPP մեթոդի հիմնական թերություններից մեկը էներգիայի մեծ սպառումն է։ Գործընթացի բարձր էներգատարությունը պայմանավորված է հետևյալով․
- Ջրի՝ որպես ճնշման փոխանցման հեղուկի, ճնշման բարձրացում․ Իզոստատիկ ճնշումը փոխանցելու համար օգտագործվող ջուրը սեղմելու և նպատակային ճնշումը պահպանելու համար զգալի էներգիա է պահանջվում։
- Ճնշման փոխանցման հեղուկում մնացած օդ և գազ․ Ջրի մեջ օդային պղպջակները նվազեցնում են ճնշման փոխանցման արդյունավետությունը՝ մեծացնելով էներգիայի պահանջը։ Ճնշման բարձրացման ընթացքում այս պղպջակները սեղմվում են՝ կլանելով էներգիա, որը հակառակ դեպքում կարող էր օգտագործվել սննդամթերքի մշակման համար։
- Գազը փաթեթավորված արտադրանքում․ Փաթեթավորված սննդամթերքի ներսում մնացած օդը կամ գազը (օրինակ՝ պահածոյացված կամ կիսապինդ արտադրանքում) նույնպես նպաստում է էներգիայի կորստին։ Ներքին գազային գրպանների սեղմումը լրացուցիչ էներգիա է պահանջում և կարող է խաթարել ճնշման միատեսակությունը։
- Ջերմային էներգիայի կորուստներ․ Թեև HPP մշակումը համարվում է ոչ ջերմային գործընթաց, էներգիայի մի մասը ցրվում է ջերմության տեսքով՝ ջրի սեղմման և սարքավորումների շփման պատճառով։ Սա մեծացնում է շահագործման ծախսերն ու հովացման պահանջը։
Ուլտրաձայնային հոսքային խուց՝ հեղուկների գազազերծման և սննդամթերքի պաստերացման համար։
Ներսում մնացած օդի և գազի ազդեցությունը HPP գործընթացի էներգիայի պահանջարկի վրա
Օդի և գազի առկայությունը զգալիորեն ազդում է HPP գործընթացի արդյունավետության վրա․
- Ճնշման փոխանցման արդյունավետության նվազում․ Օդն ու գազն ավելի հեշտ են սեղմվում, քան հեղուկները, ինչը նշանակում է, որ անոթում նույն ճնշմանը հասնելու համար լրացուցիչ էներգիա է պահանջվում։
- Մշակման ավելի երկար տևողություն․ Ներսում մնացած օդն ու գազը դանդաղեցնում են իզոստատիկ ճնշման կայունացումը՝ երկարացնելով ցիկլերի տևողությունը։
- Էներգիայի վատնում․ Ճնշման իջեցման ժամանակ սեղմված գազային գրպաններն ազատում են էներգիա, որը հնարավոր չէ վերականգնել՝ նպաստելով ընդհանուր անարդյունավետությանը։
Այս ազդեցությունները հատկապես արտահայտված են բնականորեն օդի բարձր պարունակությամբ սննդամթերքի կամ արտադրանքի վերևի ազատ տարածությունում գազ պահող փաթեթավորմամբ արտադրանքի մշակման ժամանակ, օրինակ՝ պահածոյացված կամ վակուումային փաթեթավորմամբ արտադրանքի դեպքում։
HPP գործընթացի էներգետիկ մարտահրավերների հաղթահարման ռազմավարություններ
HPP գործընթացի էներգաարդյունավետության բարելավման ջանքերն ուղղված են համակարգում օդի և գազի ազդեցության նվազեցմանը․
Նախնական մշակում – ուլտրաձայնային գազազերծում․
Ճնշման փոխանցման հեղուկից և սննդամթերքից լուծված օդն ու գազը հեռացնելու համար ուլտրաձայնի կիրառումը կարող է զգալիորեն նվազեցնել էներգիայի վատնումը։ Ուլտրաձայնային կավիտացիան արդյունավետորեն քայքայում է գազային պղպջակները՝ թույլ տալով դրանց դուրս գալ նախքան ճնշման բարձրացումը։
Բացի այդ, վակուումի պայմաններում ուլտրաձայնային գազազերծումից հետո արտադրանքը կարող է պնդանալ, հատկապես՝ պահածոյացված կամ հերմետիկ փակված արտադրանքը։
Ժամանակի ընթացքում լուծված թթվածնի նվազումը՝ UP400ST ուլտրաձայնային սարքը 100 %, 80 %, 60 %, 40% և 20 % ամպլիտուդներով օգտագործելիս.
Ուսումնասիրություն՝ ©Rognerud et al., 2020.
Ուլտրաձայնային մշակումը՝ որպես կայուն HPP մշակման այլընտրանք
Բարձր արդյունավետության ուլտրաձայնը մեղմ տաքացման հետ (թերմոսոնիկացիա) կամ բարձրացված ճնշման և մեղմ տաքացման հետ (մանոթերմոսոնիկացիա) համատեղող հիբրիդային HPP համակարգերը խոստումնալից այլընտրանքային տեխնոլոգիաներ են, որոնք մեղմ պայմաններում և էներգիայի ցածր սպառմամբ ապահովում են հուսալի հոմոգենացում և պաստերացում։ Քանի որ ուլտրաձայնային պաստերացումը հոսքագծային գործընթաց է, նույնիսկ մեծ ծավալները կարող են մշակվել բարձր ծախսարդյունավետությամբ։
Իմացե՛ք ավելին հեղուկ սննդամթերքի հոսքագծային պաստերացման համար նախատեսված Hielscher ուլտրաձայնային սարքերի մասին։
Թեև HPP մեթոդը լայնորեն կիրառվում է սննդամթերքի մշակման համար, դրա բարձր էներգատարությունը, որը սրվում է ներսում մնացած օդով և գազով պայմանավորված անարդյունավետությամբ, լուրջ մարտահրավեր է։ Ներդնելով այնպիսի ռազմավարություններ, ինչպիսին է ուլտրաձայնային գազազերծումը, սննդարդյունաբերությունը կարող է բարձրացնել HPP գործընթացի կայունությունն ու ծախսարդյունավետությունը։
Hielscher Ultrasonics ընկերությունը վստահելի գործընկեր է HPP գործընթացի օպտիմալացման տեխնոլոգիական լուծումների հարցում՝ առաջարկելով առաջադեմ ուլտրաձայնային տեխնոլոգիա էներգաարդյունավետությունն ու գործընթացի հուսալիությունը բարելավելու համար։ Բացի այդ, Hielscher ընկերությունն առաջարկում է նորարարական լուծումներ ուլտրաձայնի օժանդակությամբ սննդամթերքի սիներգիկ պաստերացման համար՝ ապահովելով բարձրորակ և անվտանգ սննդամթերք։
Գրականություն / Հղումներ
- 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.
Հաճախ տրվող հարցեր
Ի՞նչ է ճնշումը փոխանցող հեղուկների գազազերծումը։
Գազազերծումը բարձր ճնշմամբ մշակման (HPP) մեջ օգտագործվող հեղուկից լուծված և ներսում մնացած գազերի հեռացումն է՝ էներգաարդյունավետությունն ու գործընթացի կայունությունը բարելավելու նպատակով։ Հեռացնելով սեղմելի գազերը՝ գազազերծումը նվազեցնում է ճնշման կորուստը, բարելավում ճնշման միատեսակ բաշխումը և նվազագույնի հասցնում կավիտացիայի հետ կապված մաշվածքը HPP համակարգերում։
Ի՞նչ է բարձր ճնշմամբ մշակումը՝ HPP։
HPP մշակումը սննդամթերքի պահպանման ոչ ջերմային մեթոդ է, որի դեպքում կիրառվում է մինչև 600 MPa հիդրոստատիկ ճնշում՝ միկրոօրգանիզմներն ապաակտիվացնելու և միաժամանակ զգայորոշման ու սննդային հատկությունները պահպանելու համար։ Այն երկարացնում է պահպանման ժամկետը, ապահովում սննդամթերքի անվտանգությունը և պահպանում կենսաակտիվ միացությունները՝ առանց ջերմություն օգտագործելու, ինչի շնորհիվ հարմար է թարմ և նվազագույն մշակման ենթարկված սննդամթերքի համար։
Ի՞նչ խնդիրներ կան բարձր ճնշմամբ մշակման՝ HPP մեթոդի կիրառման դեպքում։
HPP մեթոդի հիմնական մարտահրավերներն են էներգիայի մեծ սպառումը, ճնշումը փոխանցող հեղուկներում մնացած օդով պայմանավորված գործընթացի անարդյունավետությունը և սարքավորումների բարձր արժեքը։ Բացի այդ, թեև HPP մեթոդն արդյունավետ է վեգետատիվ վիճակում գտնվող ախտածին միկրոօրգանիզմների մեծ մասի դեմ, այն չի ապաակտիվացնում բակտերիալ սպորներն առանց լրացուցիչ արգելակող գործոնների, ինչպիսին է մեղմ տաքացումը (ճնշման օժանդակությամբ ջերմային մշակում՝ PATP)։
Ի՞նչ տարբերություն կա պաստերացման և HPP մշակման միջև։
Պաստերացումը ջերմային գործընթաց է, որը միկրոօրգանիզմներն ապաակտիվացնում է ջերմության միջոցով (սովորաբար՝ 60–85°C)՝ հնարավոր է փոխելով սննդամթերքի հյուսվածքն ու սննդային բաղադրությունը։ Ի տարբերություն դրա՝ HPP մշակումը ոչ ջերմային մեթոդ է, որը միկրոօրգանիզմների ապաակտիվացմանը հասնում է ճնշման միջոցով՝ պահպանելով սննդամթերքի սկզբնական համը, հյուսվածքն ու սննդանյութերը և միաժամանակ երկարացնելով պահպանման ժամկետը։
Hielscher Ultrasonics ընկերությունն արտադրում է բարձր արդյունավետության ուլտրաձայնային հոմոգենիզատորներ՝ լաբորատոր չափերից մինչև արդյունաբերական չափեր։