고압 처리의 에너지 효율 향상
고압 처리(HPP)는 미생물 안전을 보장하고 식품 품질을 유지하면서 유통 기한을 연장하는 비열 식품 보존 방법이지만, 갇힌 공기와 가스로 인한 에너지 비효율성으로 인해 지속 가능한 구현에 대한 운영 문제가 발생합니다. 압력 전달 액체 및 액체 식품의 초음파 탈기는 압축률을 줄이고 에너지 손실을 최소화하며 HPP 공정의 전반적인 효율성을 향상시킵니다.
고압 처리(HPP): 에너지 효율성 과제
고압 처리(HPP)는 선도적인 비열 식품 보존 기술 중 하나로, 액체 및 고체 식품에 대한 미생물 불활성화와 품질 유지의 조합을 제공합니다. HPP 기술은 식품의 감각적 또는 영양적 특성을 손상시키지 않으면서 식품 안전성을 달성하고 유통 기한을 연장하여 최소한으로 가공된 제품에 대한 소비자 선호도가 높아짐에 따라 이루어집니다. 그러나 HPP의 에너지 수요는 특히 공정 내 갇힌 공기와 가스로 인해 발생하는 비효율성으로 인해 심각한 운영 문제를 야기합니다. 이러한 문제를 해결하는 것은 지속 가능한 식량 생산을 위한 잠재력을 최대한 발휘하는 열쇠입니다.
개요: HPP와 에너지 과제
| HPP 정의 | 도전 | 용액 |
|---|---|---|
| 미생물 안전을 보장하고 식품 품질을 유지하면서 유통 기한을 연장하는 비가열 식품 보존 방법입니다. | 갇힌 공기와 가스로 인한 에너지 비효율성, 운영 비용 증가. | 초음파 탈기는 압축률을 줄여 에너지 손실을 최소화하고 HPP 효율을 향상시킵니다. |
해결책: HPP 액체의 초음파 탈기
초음파 탈기는 압력 전달 액체 및 액체 식품 모두에서 갇힌 공기와 가스를 제거하여 고압 처리(HPP)의 에너지 효율성을 향상시키는 효율적인 솔루션을 제공합니다. 파워 초음파를 적용함으로써 초음파 캐비테이션은 가스 기포의 빠른 합착 및 방출을 촉진하여 압축률을 줄이고 압축 중 에너지 손실을 최소화합니다. 이러한 최적화는 운영 비용을 절감할 뿐만 아니라 공정 안정성을 향상시켜 HPP를 보다 지속 가능하고 식품 보존에 효과적으로 만듭니다.
물의 초음파 탈기
HPP의 작동 방식
고압 처리(HPP)는 일반적으로 유연하고 방수 포장된 식품에 최대 6,000bar(600MPa)의 매우 높은 압력을 가하는 방식으로 작동합니다. 이 과정은 물이 채워진 고압 용기에서 발생하며 다음과 같은 간단한 순서로 진행됩니다.
- 로드: 포장된 제품은 플라스틱 바구니에 담겨 고압 용기로 운반됩니다.
- 가압: 물이 용기에 채워져 압력 전달 매체 역할을 합니다. 그런 다음 시스템은 일반적으로 몇 분 동안 유지되는 원하는 수준으로 가압됩니다.
- 등방성 효과: 압력은 제품의 크기, 모양 또는 구성에 관계없이 제품 전체에 균일하고 즉각적으로 적용됩니다. 이 등압 압력은 제품을 분쇄하거나 변형시키지 않고 식품 매개 미생물과 부패 효소를 비활성화합니다.
- 감압 및 하역: 용기는 감압되고 물은 배출되며 처리 된 제품은 소비 또는 추가 가공을 위해 운반됩니다.
고압 처리(HPP)
© Balakrishna 외, 2020
HPP 방법은 맛, 질감 및 영양소 함량을 보존하면서 식품 안전을 보장합니다. 그러나 이 프로세스에는 상당한 에너지 투입이 필요하며, 이는 여러 운영 비효율성의 영향을 받는 요인입니다.
HPP의 높은 에너지 소비 과제
HPP의 주요 단점 중 하나는 높은 에너지 소비입니다. 프로세스의 에너지 집약적인 특성은 다음과 같은 원인에서 발생합니다.
- 물의 가압 (커플 링 액체) : 등압을 전달하는 데 사용되는 물은 목표 압력을 압축하고 유지하기 위해 상당한 에너지가 필요합니다.
- 커플링 액체에 갇힌 공기 및 가스: 물 속의 기포는 압력 전달 효율을 감소시켜 에너지 요구 사항을 증가시킵니다. 이 기포는 가압 중에 압축되어 식품을 처리하는 데 사용할 수 있는 에너지를 흡수합니다.
- 포장된 제품의 가스: 포장된 식품(예: 통조림 또는 반고체 제품)에 갇힌 공기 또는 가스도 마찬가지로 에너지 손실에 기여합니다. 내부 가스 포켓의 압축에는 추가 에너지가 필요하며 압력 균일성을 방해할 수 있습니다.
- 열 에너지 손실: HPP는 비열 공정으로 간주되지만 일부 에너지는 물 압축 및 장비 마찰로 인해 열로 소실됩니다. 이로 인해 운영 비용과 냉각 요구 사항이 증가합니다.
액체의 탈기 및 식품의 저온 살균을 위한 초음파 플로우 셀.
갇힌 공기 및 가스가 HPP 에너지 수요에 미치는 영향
공기와 가스의 존재는 HPP의 효율성에 큰 영향을 미칩니다.
- 감소된 압력 전달 효율성: 공기와 가스는 액체보다 더 쉽게 압축되므로 용기 내에서 동일한 압력을 얻으려면 추가 에너지가 필요합니다.
- 더 긴 처리 시간: 갇힌 공기와 가스는 등압 압력의 안정화를 지연시켜 사이클 지속 시간을 연장합니다.
- 에너지 낭비: 압축 가스 포켓은 감압 시 에너지를 방출하는데, 이 에너지는 회수할 수 없어 전반적인 비효율성에 기여합니다.
이러한 영향은 자연적으로 공기 함량이 높은 식품을 가공하거나 통조림 또는 진공 포장 품목과 같이 헤드스페이스 가스를 포집하는 포장을 가공할 때 특히 두드러집니다.
HPP의 에너지 문제를 해결하기 위한 전략
HPP의 에너지 효율성을 개선하기 위한 노력은 시스템 내에서 공기와 가스의 영향을 줄이는 데 중점을 둡니다.
전처리 – 초음파 탈기:
초음파를 적용하여 커플 링 액체 및 식품에서 용존 된 공기와 가스를 제거하면 에너지 낭비를 크게 줄일 수 있습니다. 초음파 캐비테이션은 가스 기포를 효과적으로 파괴하여 가압 전에 빠져 나갈 수 있도록합니다.
게다가, 제품은 진공 상태에서 초음파 탈기화 후에 놓을 수 있습니다, 특히 통조림으로 만들거나 밀봉한 품목.
시간에 따른 용존 산소의 감소 100 %, 80 %, 60 %, 40 % 및 20 %의 진폭에서 초음파 발생기 UP400ST 사용.
연구: ©Rognerud et al., 2020.
지속 가능한 HPP를 위한 대안으로서의 초음파 처리
고성능 초음파와 약한 열(열음파) 또는 고압 및 약한 열(mothermosonication)을 결합한 하이브리드 HPP 시스템은 온화한 조건과 낮은 에너지 소비에서 안정적인 균질화 및 저온 살균을 제공하는 유망한 대체 기술입니다. 초음파 저온 살균은 인라인 공정이기 때문에 많은 양도 높은 비용 효율성으로 처리 할 수 있습니다.
액체 식품의 인라인 저온 살균을위한 Hielscher 초음파 발생기에 대해 자세히 알아보십시오!
HPP는 식품 가공에 널리 사용되지만, 포획된 공기 및 가스로 인한 비효율성과 함께 에너지 집약적인 특성으로 인해 심각한 문제가 발생합니다. 초음파 탈기와 같은 전략을 통합함으로써 식품 산업은 HPP의 지속 가능성과 비용 효율성을 향상시킬 수 있습니다.
Hielscher 초음파는 HPP 최적화의 공정 솔루션을위한 신뢰할 수있는 파트너로, 에너지 효율성과 공정 신뢰성을 향상시키는 고급 초음파 기술을 제공합니다. 또한 Hielscher는 시너지 초음파 보조 식품 저온 살균을위한 혁신적인 솔루션을 제공하여 고품질의 안전한 식품을 보장합니다.
문헌 / 참고문헌
- 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.
자주 묻는 질문
압력 전달 액체의 탈기란 무엇입니까?
탈기는 에너지 효율성과 공정 안정성을 개선하기 위해 고압 처리(HPP)에 사용되는 액체에서 용해되고 갇힌 가스를 제거하는 것입니다. 탈기는 압축성 가스를 제거함으로써 압력 손실을 줄이고 균일한 압력 분포를 개선하며 HPP 시스템의 캐비테이션 관련 마모를 최소화합니다.
고압 처리 HPP 처리란 무엇입니까?
HPP는 최대 600MPa의 정수압을 가하여 미생물을 비활성화하는 동시에 감각 및 영양 품질을 보존하는 비열 식품 보존 방법입니다. 유통 기한을 연장하고 식품 안전을 보장하며 열을 사용하지 않고 생체 활성 화합물을 유지하므로 신선 식품 및 최소한으로 가공된 식품에 적합합니다.
고압 처리 HPP 사용의 문제점은 무엇입니까?
HPP의 주요 과제로는 높은 에너지 소비, 압력 전달 액체에 갇힌 공기로 인한 공정 비효율성, 높은 장비 비용 등이 있습니다. 또한 HPP는 대부분의 식물 병원균에 효과적이지만 약한 가열(압력 보조 열처리, PATP)과 같은 추가 장애물 없이 박테리아 포자를 비활성화하지 않습니다.
저온 살균과 HPP의 차이점은 무엇입니까?
저온 살균은 열(일반적으로 60–85°C)을 통해 미생물을 비활성화하는 열 공정으로, 잠재적으로 식품 질감과 영양 성분을 변경할 수 있습니다. 이에 반해 HPP는 압력을 통해 미생물을 불활성화하는 비열적 방법으로, 식품 본래의 맛, 질감 및 영양소를 보존하면서 유통 기한을 연장합니다.
