Uzlabota augstspiediena apstrādes energoefektivitāte
Augstspiediena apstrāde (HES) ir netermiska pārtikas saglabāšanas metode, kas nodrošina mikrobu drošību un pagarina glabāšanas laiku, vienlaikus saglabājot pārtikas kvalitāti, lai gan tās enerģijas neefektivitāte, ko izraisa ievilktais gaiss un gāze, rada darbības problēmas ilgtspējīgai īstenošanai. Ultraskaņas degazēšana spiediena pārnesošā šķidruma un šķidrā pārtikā samazina saspiežamību, samazinot enerģijas zudumus un uzlabojot HES procesa vispārējo efektivitāti.
Augstspiediena apstrāde (HES): energoefektivitātes izaicinājumi
Augstspiediena apstrāde (HPP) ir viena no vadošajām netermiskās pārtikas saglabāšanas metodēm, kas piedāvā mikrobu inaktivācijas un kvalitātes saglabāšanas kombināciju šķidriem un cietiem pārtikas produktiem. HES tehnoloģija nodrošina pārtikas nekaitīgumu un pagarinātu glabāšanas laiku, neapdraudot pārtikas sensorās vai uzturvērtības īpašības, kas atbilst pieaugošajai patērētāju izvēlei pēc minimāli apstrādātiem produktiem. Tomēr HES enerģijas pieprasījums rada būtiskas darbības problēmas, jo īpaši neefektivitātes dēļ, ko rada procesā ievilktais gaiss un gāze. Šo problēmu risināšana ir būtiska, lai pilnībā atraisītu tās potenciālu ilgtspējīgai pārtikas ražošanai.
Pārskats: HES un tās enerģētikas izaicinājumi
| HES definīcija | Problēmas | šķīdums |
|---|---|---|
| Netermiska pārtikas saglabāšanas metode, kas nodrošina mikrobu drošību un pagarina glabāšanas laiku, vienlaikus saglabājot pārtikas kvalitāti. | Enerģijas neefektivitāte ievilktā gaisa un gāzes dēļ, palielinot ekspluatācijas izmaksas. | Ultraskaņas degazēšana samazina saspiežamību, samazinot enerģijas zudumus un uzlabojot HES efektivitāti. |
Risinājums: HES šķidrumu ultraskaņas degazēšana
Ultraskaņas degazēšana piedāvā efektīvu risinājumu, lai uzlabotu augstspiediena apstrādes (HES) energoefektivitāti, noņemot ieplūstošo gaisu un gāzi gan no spiediena pārnesošā šķidruma, gan šķidrajiem pārtikas produktiem. Izmantojot jaudas ultraskaņu, ultraskaņas kavitācija veicina ātru gāzes burbuļu saplūšanu un izdalīšanos, samazinot saspiežamību un samazinot enerģijas zudumus saspiešanas laikā. Šī optimizācija ne tikai samazina ekspluatācijas izmaksas, bet arī uzlabo procesa stabilitāti, padarot HES ilgtspējīgāku un efektīvāku pārtikas saglabāšanai.
Ūdens ultraskaņas degazēšana
Kā darbojas HES
Augstspiediena apstrāde (HPP) darbojas, pakļaujot pārtikas produktus, parasti elastīgā un ūdensnecaurlaidīgā iepakojumā, ārkārtīgi augstam spiedienam līdz 6,000 bāriem (600 MPa). Process notiek ar ūdeni piepildītā augstspiediena traukā un vienkāršā secībā:
- Iekraušanas: Iepakotie produkti tiek ievietoti plastmasas grozos un nogādāti augstspiediena traukā.
- Spiediena paaugstināšana: Ūdens tiek iepildīts traukā, darbojoties kā spiediena pārneses vide. Pēc tam sistēma tiek saspiesta līdz vēlamajam līmenim, parasti tiek uzturēta dažas minūtes.
- Izostatisks efekts: Spiediens tiek piemērots vienmērīgi un momentāni visā izstrādājumā neatkarīgi no tā lieluma, formas vai sastāva. Šis izostatiskais spiediens inaktivē pārtikas izraisītus mikroorganismus un bojāšanās fermentus, nesasmalcinot vai nedeformējot produktu.
- Spiediena samazināšana un izkraušana: Kuģis ir bez spiediena, ūdens tiek iztukšots, un apstrādātie produkti tiek izvadīti, gatavi patēriņam vai tālākai pārstrādei.
Augstspiediena apstrāde (HES)
© Balakrishna et al., 2020
HES metode nodrošina pārtikas nekaitīgumu, vienlaikus saglabājot garšu, tekstūru un uzturvielu saturu. Tomēr šis process prasa ievērojamu enerģijas ieguldījumu, ko ietekmē vairākas darbības nepilnības.
Augsta enerģijas patēriņa problēmas HES
Viens no galvenajiem HES trūkumiem ir tā augstais enerģijas patēriņš. Procesa energoietilpīgais raksturs rodas:
- Ūdens spiediena paaugstināšana (sakabes šķidrums): Ūdenim, ko izmanto izostatiskā spiediena pārraidei, ir nepieciešama ievērojama enerģija, lai saspiestu un uzturētu mērķa spiedienu.
- Sakabes šķidrumā ievilktais gaiss un gāze: Gaisa burbuļi ūdenī samazina spiediena pārvades efektivitāti, palielinot enerģijas prasības. Šie burbuļi saspiežas spiediena laikā, absorbējot enerģiju, ko citādi varētu izmantot pārtikas produkta apstrādei.
- Gāze iepakotos produktos: Gaiss vai gāze, kas iesprostota iepakotos pārtikas produktos (piemēram, konservētos vai puscietos produktos), līdzīgi veicina enerģijas zudumu. Iekšējo gāzes kabatu saspiešana prasa papildu enerģiju un var traucēt spiediena viendabīgumu.
- Siltumenerģijas zudumi: Lai gan HES tiek uzskatīta par netermisku procesu, daļa enerģijas izkliedējas kā siltums ūdens saspiešanas un iekārtu berzes dēļ. Tas palielina ekspluatācijas izmaksas un dzesēšanas prasības.
Ultraskaņas plūsmas šūna šķidrumu degazifikācijai un pārtikas pasterizācijai.
Ievilktā gaisa un gāzes ietekme uz HES enerģijas pieprasījumu
Gaisa un gāzes klātbūtne būtiski ietekmē HES efektivitāti:
- Samazināta spiediena pārneses efektivitāte: Gaiss un gāze saspiežas vieglāk nekā šķidrumi, kas nozīmē, ka ir nepieciešama papildu enerģija, lai sasniegtu tādu pašu spiedienu traukā.
- Ilgāks apstrādes laiks: Ievilktais gaiss un gāze aizkavē izostatiskā spiediena stabilizāciju, pagarinot cikla ilgumu.
- Enerģijas atkritumi: Saspiestās gāzes kabatas atbrīvo enerģiju pēc spiediena samazināšanas, ko nevar atgūt, veicinot vispārēju neefektivitāti.
Šī ietekme ir īpaši izteikta, pārstrādājot pārtikas produktus ar dabiski augstu gaisa saturu vai iepakojumu, kas aiztur tvaika gāzi, piemēram, konservus vai vakuumā iepakotus priekšmetus.
Stratēģijas enerģētikas problēmu risināšanai HES
Centieni uzlabot HES energoefektivitāti ir vērsti uz gaisa un gāzes ietekmes samazināšanu sistēmā:
Pirmapstrāde – Ultraskaņas degazēšana:
Ultraskaņas pielietošana, lai noņemtu izšķīdušo gaisu un gāzi no savienojošā šķidruma un pārtikas produktiem, var ievērojami samazināt enerģijas atkritumus. Ultraskaņas kavitācija efektīvi traucē gāzes burbuļus, ļaujot tiem izvairīties pirms spiediena.
Turklāt produkti var iestatīt pēc ultraskaņas degazifikācijas vakuumā, īpaši konservēti vai noslēgti priekšmeti.
Izšķīdušā skābekļa samazināšanās ar laiku izmantojot sonikatoru, UP400ST amplitūdās 100 %, 80 %, 60 %, 40% un 20 %.
Pētījums: ©Rognerud et al., 2020.
Ultraskaņas apstrāde kā alternatīva ilgtspējīgai HES
Hibrīda HES sistēmas, kas apvieno augstas veiktspējas ultraskaņu ar vieglu siltumu (termosonikācija) vai ar paaugstinātu spiedienu un vieglu siltumu (manothermosonication), ir daudzsološas alternatīvas metodes, kas nodrošina uzticamu homogenizāciju un pasterizāciju vieglos apstākļos un ar zemu enerģijas patēriņu. Tā kā ultraskaņas pasterizācija ir inline process, pat lielus apjomus var apstrādāt ar augstu rentabilitāti.
Uzziniet vairāk par Hielscher sonikatoriem šķidru pārtikas produktu inline pasterizācijai!
Lai gan HES tiek plaši izmantota pārtikas pārstrādē, tās energoietilpīgais raksturs, ko papildina neefektivitāte, ko rada ievilktais gaiss un gāze, rada būtisku problēmu. Integrējot tādas stratēģijas kā ultraskaņas degazēšana, pārtikas rūpniecība var uzlabot HES ilgtspēju un rentabilitāti.
Hielscher Ultrasonics ir uzticams partneris procesu risinājumiem HES optimizācijā, piedāvājot progresīvu ultraskaņas tehnoloģiju, lai uzlabotu energoefektivitāti un procesa uzticamību. Turklāt Hielscher nodrošina novatoriskus risinājumus sinerģiskai ultraskaņas atbalstītai pārtikas pasterizācijai, nodrošinot augstas kvalitātes un drošus pārtikas produktus.
Literatūra / Atsauces
- 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.
Biežāk uzdotie jautājumi
Kas ir spiediena pārnesošo šķidrumu degazēšana?
Degazēšana ir izšķīdušo un ievilkto gāzu atdalīšana no šķidruma, ko izmanto augstspiediena apstrādē (HES), lai uzlabotu energoefektivitāti un procesa stabilitāti. Likvidējot saspiežamas gāzes, degazēšana samazina spiediena zudumus, uzlabo vienmērīgu spiediena sadalījumu un samazina ar kavitāciju saistītu nodilumu HES sistēmās.
Kas ir augstspiediena apstrādes HES apstrāde?
HES ir netermiska pārtikas saglabāšanas metode, kas izmanto hidrostatisko spiedienu līdz 600 MPa, lai inaktivētu mikroorganismus, vienlaikus saglabājot sensorās un uzturvērtības īpašības. Tas pagarina glabāšanas laiku, nodrošina pārtikas nekaitīgumu un saglabā bioaktīvos savienojumus, neizmantojot siltumu, padarot to piemērotu svaigiem un minimāli apstrādātiem pārtikas produktiem.
Kāda ir augstspiediena apstrādes HES lietošanas problēma?
HES galvenās problēmas ir augsts enerģijas patēriņš, procesa neefektivitāte, ko izraisa gaisa iekļūšana spiedienu caurlaidīgos šķidrumos, un augstas aprīkojuma izmaksas. Turklāt, lai gan HPP ir efektīva pret lielāko daļu veģetatīvo patogēnu, tā neinaktivē baktēriju sporas bez papildu šķēršļiem, piemēram, vieglas sildīšanas (termiskā apstrāde ar spiediena palīdzību, PATP).
Kāda ir atšķirība starp pasterizāciju un HES?
Pasterizācija ir termisks process, kas karstumā (parasti 60–85 °C) inaktivē mikroorganismus, potenciāli mainot pārtikas tekstūru un uzturvielu sastāvu. Turpretī HES ir netermiska metode, kas ar spiediena palīdzību panāk mikrobu inaktivāciju, saglabājot pārtikas sākotnējo garšu, tekstūru un barības vielas, vienlaikus pagarinot glabāšanas laiku.
Hielscher Ultrasonics ražo augstas veiktspējas ultraskaņas homogenizatorus no Lab līdz rūpnieciskais izmērs.