Uzlabota augstspiediena apstrādes energoefektivitāte

Augstspiediena apstrāde (HPP) ir netermiska pārtikas konservēšanas metode, kas nodrošina mikrobioloģisko drošumu un pagarina glabāšanas laiku, vienlaikus saglabājot pārtikas kvalitāti, tomēr ieslēgta gaisa un gāzes izraisīta enerģijas neefektīva izmantošana rada darbības sarežģījumus tās ilgtspējīgai ieviešanai. Spiedienu pārvadošā šķidruma un šķidro pārtikas produktu degazācija ar ultraskaņu samazina saspiežamību, līdz minimumam samazinot enerģijas zudumus un uzlabojot HPP procesa kopējo efektivitāti.

Augstspiediena apstrāde (HPP): energoefektivitātes izaicinājumi

Augstspiediena apstrāde (HPP) ir viena no vadošajām netermiskās pārtikas konservēšanas metodēm, kas šķidros un cietos pārtikas produktos apvieno mikroorganismu inaktivāciju ar kvalitātes saglabāšanu. HPP tehnoloģija nodrošina pārtikas drošumu un pagarina glabāšanas laiku, nepasliktinot pārtikas sensorās vai uzturvērtības īpašības, tādējādi atbilstot pieaugošajai patērētāju interesei par minimāli apstrādātiem produktiem. Tomēr HPP enerģijas patēriņš rada būtiskus darbības sarežģījumus, īpaši procesā ieslēgta gaisa un gāzes izraisītas neefektivitātes dēļ. Šo problēmu risināšana ir būtiska, lai pilnībā izmantotu šīs metodes potenciālu ilgtspējīgā pārtikas ražošanā.

Pārskats: HPP un tās enerģijas patēriņa izaicinājumi

Risinājums: HPP šķidrumu degazācija ar ultraskaņu

Degazācija ar ultraskaņu piedāvā efektīvu risinājumu augstspiediena apstrādes (HPP) energoefektivitātes uzlabošanai, atdalot ieslēgto gaisu un gāzi gan no spiedienu pārvadošā šķidruma, gan no šķidrajiem pārtikas produktiem. Izmantojot jaudīgu ultraskaņu, ultraskaņas kavitācija veicina gāzes burbuļu strauju saplūšanu un izdalīšanos, samazinot saspiežamību un līdz minimumam samazinot enerģijas zudumus saspiešanas laikā. Šī optimizācija ne tikai samazina ekspluatācijas izmaksas, bet arī uzlabo procesa stabilitāti, padarot HPP ilgtspējīgāku un efektīvāku pārtikas konservēšanā.
 

Ūdens degazācija ar ultraskaņu

Kā darbojas HPP

Augstspiediena apstrādē (HPP) pārtikas produktus, kas parasti ir elastīgā un ūdensnecaurlaidīgā iepakojumā, pakļauj ārkārtīgi augstam spiedienam līdz 6 000 bar (600 MPa). Process norisinās ar ūdeni piepildītā augstspiediena tvertnē vienkāršā secībā:

1. Iekraušana: Iepakotos produktus ievieto plastmasas grozos un nogādā augstspiediena tvertnē.
2. Spiediena paaugstināšana: tvertni piepilda ar ūdeni, kas darbojas kā spiedienu pārvadoša vide. Pēc tam sistēmā paaugstina spiedienu līdz vēlamajam līmenim, ko parasti uztur dažas minūtes.
3. Izostatiskais efekts: Spiediens vienmērīgi un acumirklī iedarbojas uz visu produktu neatkarīgi no tā lieluma, formas vai sastāva. Šis izostatiskais spiediens inaktivē pārtikā sastopamos mikroorganismus un bojāšanos izraisošos fermentus, nesaspiežot un nedeformējot produktu.
4. Spiediena pazemināšana un izkraušana: Tvertnē pazemina spiedienu, novada ūdeni un izvada apstrādātos produktus, kas ir gatavi patēriņam vai turpmākai apstrādei.

Augstspiediena apstrāde (HPP)
© Balakrishna et al., 2020

 
HPP metode nodrošina pārtikas drošumu, vienlaikus saglabājot garšu, tekstūru un uzturvielu saturu. Tomēr šim procesam nepieciešama ievērojama enerģijas pievade, kuras apjomu ietekmē vairāki darbības neefektivitātes faktori.

Ar lielu enerģijas patēriņu saistītie izaicinājumi HPP

Viens no galvenajiem HPP trūkumiem ir lielais enerģijas patēriņš. Procesa energoietilpību izraisa:

• Spiediena paaugstināšana ūdenī (spiedienu pārvadošajā šķidrumā): Lai saspiestu izostatiskā spiediena pārvadīšanai izmantoto ūdeni un uzturētu mērķa spiedienu, nepieciešams ievērojams enerģijas daudzums.
• Spiedienu pārvadošajā šķidrumā ieslēgts gaiss un gāze: Gaisa burbuļi ūdenī samazina spiediena pārvades efektivitāti, palielinot nepieciešamo enerģijas daudzumu. Spiediena paaugstināšanas laikā šie burbuļi tiek saspiesti, absorbējot enerģiju, ko citādi varētu izmantot pārtikas produkta apstrādei.
• Gāze iepakotos produktos: Arī iepakotā pārtikā (piemēram, konservētos vai puscietos produktos) ieslēgts gaiss vai gāze veicina enerģijas zudumus. Iekšējo gāzes kabatu saspiešanai nepieciešama papildu enerģija, un tā var traucēt spiediena vienmērīgu sadalījumu.
• Siltumenerģijas zudumi: Lai gan HPP uzskata par netermisku procesu, ūdens saspiešanas un iekārtu berzes dēļ daļa enerģijas izkliedējas siltuma veidā. Tas palielina ekspluatācijas izmaksas un dzesēšanas nepieciešamību.

Ieslēgta gaisa un gāzes ietekme uz HPP nepieciešamo enerģijas daudzumu

Gaisa un gāzes klātbūtne būtiski ietekmē HPP efektivitāti:

• Samazināta spiediena pārvades efektivitāte: Gaiss un gāze saspiežas vieglāk nekā šķidrumi, tāpēc tāda paša spiediena sasniegšanai tvertnē nepieciešama papildu enerģija.
• Ilgāks apstrādes laiks: Ieslēgts gaiss un gāze aizkavē izostatiskā spiediena stabilizēšanos, pagarinot ciklu ilgumu.
• Enerģijas izšķērdēšana: Pazeminot spiedienu, saspiestās gāzes kabatas atbrīvo enerģiju, ko nevar atgūt, tādējādi veicinot kopējo neefektivitāti.

Šī ietekme ir īpaši izteikta, apstrādājot pārtikas produktus ar dabiski lielu gaisa saturu vai iepakojumā, kurā virs produkta ir ieslēgta gāze, piemēram, konservētus vai vakuumā iepakotus produktus.

Stratēģijas HPP enerģijas patēriņa problēmu risināšanai

Centieni uzlabot HPP energoefektivitāti ir vērsti uz gaisa un gāzes ietekmes samazināšanu sistēmā:
Priekšapstrāde – degazācija ar ultraskaņu:
Ultraskaņas izmantošana izšķīdušā gaisa un gāzes atdalīšanai no spiedienu pārvadošā šķidruma un pārtikas produktiem var ievērojami samazināt enerģijas izšķērdēšanu. Ultraskaņas kavitācija efektīvi izjauc gāzes burbuļus, ļaujot gāzei izdalīties pirms spiediena paaugstināšanas.
Turklāt pēc degazācijas ar ultraskaņu vakuumā produkti var sacietēt, jo īpaši konservēti vai hermētiski noslēgti produkti.

Izšķīdušā skābekļa daudzuma samazināšanās laika gaitā izmantojot ultraskaņas apstrādes ierīci UP400ST ar 100 %, 80 %, 60 %, 40% un 20 % amplitūdu.
Pētījums: ©Rognerud et al., 2020.

Apstrāde ar ultraskaņu kā alternatīva ilgtspējīgai HPP

Hibrīdās HPP sistēmas, kas apvieno augstas veiktspējas ultraskaņu ar mērenu karsēšanu (termosonikācija) vai ar paaugstinātu spiedienu un mērenu karsēšanu (manotermosonikācija), ir daudzsološas alternatīvas metodes, kas nodrošina uzticamu homogenizāciju un pasterizāciju saudzīgos apstākļos un ar mazu enerģijas patēriņu. Tā kā pasterizācija ar ultraskaņu ir process plūsmā, pat lielus tilpumus var apstrādāt ar augstu izmaksu efektivitāti.
Uzziniet vairāk par Hielscher ultraskaņas apstrādes ierīcēm šķidro pārtikas produktu pasterizācijai plūsmā!

Lai gan HPP plaši izmanto pārtikas apstrādē, tās energoietilpība, ko vēl pastiprina ieslēgta gaisa un gāzes izraisīta neefektivitāte, rada būtisku izaicinājumu. Ieviešot tādas stratēģijas kā degazācija ar ultraskaņu, pārtikas rūpniecība var uzlabot HPP ilgtspēju un izmaksu efektivitāti.
Hielscher Ultrasonics ir uzticams partneris procesu risinājumiem HPP optimizācijā, piedāvājot progresīvu ultraskaņas tehnoloģiju energoefektivitātes un procesa uzticamības uzlabošanai. Turklāt Hielscher nodrošina inovatīvus risinājumus sinerģiskai pārtikas pasterizācijai ar ultraskaņas palīdzību, nodrošinot kvalitatīvus un drošus pārtikas produktus.