Melhoria da eficiência energética do processamento a alta pressão
O processamento a alta pressão (HPP) é um método de conservação de alimentos não térmico que garante a segurança microbiana e prolonga o prazo de validade, mantendo a qualidade dos alimentos, embora as suas ineficiências energéticas devido ao ar e gás aprisionados apresentem desafios operacionais para uma implementação sustentável. A desgaseificação ultra-sónica do líquido transmissor de pressão e dos alimentos líquidos reduz a compressibilidade, minimizando as perdas de energia e melhorando a eficiência global do processo HPP.
Processamento a alta pressão (HPP): Desafios da eficiência energética
O processamento de alta pressão (HPP) é uma das principais técnicas não térmicas de conservação de alimentos, oferecendo uma combinação de inativação microbiana e retenção de qualidade para produtos alimentares líquidos e sólidos. A tecnologia HPP permite alcançar a segurança alimentar e prolongar o prazo de validade sem comprometer as propriedades sensoriais ou nutricionais dos alimentos, o que vai ao encontro da crescente preferência dos consumidores por produtos minimamente processados. No entanto, as exigências energéticas da HPP colocam desafios operacionais significativos, particularmente devido às ineficiências introduzidas pelo ar e gás aprisionados no processo. A resolução destes desafios é fundamental para libertar todo o seu potencial para a produção sustentável de alimentos.
Visão geral: A HPP e os seus desafios energéticos
| Definição de HPP | Desafios | Solução |
|---|---|---|
| Um método não térmico de conservação de alimentos que garante a segurança microbiana e prolonga o prazo de validade, mantendo a qualidade dos alimentos. | Ineficiências energéticas devido à retenção de ar e gás, aumentando os custos operacionais. | A desgaseificação por ultra-sons reduz a compressibilidade, minimizando as perdas de energia e melhorando a eficiência da HPP. |
A solução: Desgaseificação ultra-sónica de líquidos HPP
A desgaseificação por ultra-sons oferece uma solução eficiente para aumentar a eficiência energética do processamento a alta pressão (HPP), removendo o ar e o gás aprisionados tanto do líquido transmissor de pressão como dos produtos alimentares líquidos. Ao aplicar ultra-sons potentes, a cavitação ultra-sónica promove a rápida coalescência e libertação de bolhas de gás, reduzindo a compressibilidade e minimizando as perdas de energia durante a compressão. Esta otimização não só reduz os custos operacionais, como também aumenta a estabilidade do processo, tornando a HPP mais sustentável e eficaz na preservação dos alimentos.
Desgaseificação ultra-sónica da água
Como funciona a HPP
O processamento a alta pressão (HPP) funciona submetendo os produtos alimentares, normalmente em embalagens flexíveis e à prova de água, a pressões extremamente elevadas, até 6.000 bar (600 MPa). O processo ocorre num recipiente de alta pressão cheio de água e numa sequência simples:
- Carregamento: Os produtos embalados são colocados em cestos de plástico e transportados para o recipiente de alta pressão.
- Pressurização: A água é enchida no recipiente, actuando como meio de transmissão de pressão. O sistema é então pressurizado até ao nível desejado, normalmente mantido durante alguns minutos.
- Efeito isostático: A pressão é aplicada de forma uniforme e instantânea em todo o produto, independentemente do seu tamanho, forma ou composição. Esta pressão isostática inativa os microrganismos de origem alimentar e as enzimas de deterioração sem esmagar ou deformar o produto.
- Despressurização e descarga: O recipiente é despressurizado, a água é drenada e os produtos tratados são transportados para fora, prontos para consumo ou processamento posterior.
Processamento de alta pressão (HPP)
© Balakrishna et al., 2020
O método HPP garante a segurança alimentar, preservando o sabor, a textura e o teor de nutrientes. No entanto, este processo requer um consumo significativo de energia, um fator influenciado por várias ineficiências operacionais.
Desafios do elevado consumo de energia em centrais hidroeléctricas
Um dos principais inconvenientes da HPP é o seu elevado consumo de energia. A natureza intensiva de energia do processo decorre de:
- Pressurização da água (líquido de acoplamento): A água utilizada para transmitir a pressão isostática requer uma energia significativa para comprimir e manter a pressão alvo.
- Ar e gás aprisionados no líquido de acoplamento: As bolhas de ar dentro da água reduzem a eficiência da transmissão de pressão, aumentando a necessidade de energia. Estas bolhas comprimem-se durante a pressurização, absorvendo a energia que poderia ser utilizada para tratar o produto alimentar.
- Gás em produtos embalados: O ar ou o gás aprisionado nos alimentos embalados (por exemplo, em produtos enlatados ou semi-sólidos) contribui de forma semelhante para a perda de energia. A compressão de bolsas de gás internas requer energia adicional e pode interferir com a uniformidade da pressão.
- Perdas de energia térmica: Embora a HPP seja considerada um processo não térmico, alguma energia dissipa-se sob a forma de calor devido à compressão da água e à fricção do equipamento. Este facto aumenta os custos operacionais e as necessidades de arrefecimento.
Célula de fluxo ultra-sónica para desgaseificação de líquidos e pasteurização de alimentos.
Impactos do ar e do gás aprisionados na demanda de energia da UHE
A presença de ar e gás tem um impacto significativo na eficiência da HPP:
- Eficiência de transmissão de pressão reduzida: O ar e o gás comprimem-se mais facilmente do que os líquidos, o que significa que é necessária energia adicional para atingir a mesma pressão dentro do recipiente.
- Tempos de processamento mais longos: O ar e o gás aprisionados atrasam a estabilização da pressão isostática, prolongando a duração dos ciclos.
- Desperdício de energia: As bolsas de gás comprimido libertam energia aquando da despressurização, que não pode ser recuperada, contribuindo para a ineficiência global.
Estes efeitos são especialmente pronunciados quando se processam produtos alimentares com um teor de ar naturalmente elevado ou embalagens que retêm o gás do espaço livre, tais como produtos enlatados ou embalados em vácuo.
Estratégias para enfrentar os desafios energéticos nas centrais hidroeléctricas
Os esforços para melhorar a eficiência energética das centrais hidroeléctricas centram-se na redução da influência do ar e do gás no sistema:
Pré-tratamento – Desgaseificação por ultra-sons:
A aplicação de ultra-sons para remover o ar e o gás dissolvidos do líquido de acoplamento e dos produtos alimentares pode reduzir significativamente o desperdício de energia. A cavitação ultra-sónica rompe eficazmente as bolhas de gás, permitindo-lhes escapar antes da pressurização.
Além disso, os produtos podem endurecer após a desgaseificação ultra-sónica sob vácuo, em particular os artigos enlatados ou selados.
Diminuição do oxigénio dissolvido com o tempo utilizando o sonicador UP400ST com amplitudes de 100 %, 80 %, 60 %, 40 % e 20 %.
Estudo: ©Rognerud et al., 2020.
Sonicação como alternativa para uma HPP sustentável
Os sistemas híbridos de HPP que combinam ultra-sons de elevado desempenho com calor moderado (termossonicação) ou com pressão elevada e calor moderado (manotermosonicação) são técnicas alternativas promissoras que proporcionam uma homogeneização e pasteurização fiáveis em condições moderadas e com baixo consumo de energia. Uma vez que a pasteurização por ultra-sons é um processo em linha, mesmo grandes volumes podem ser processados com elevada eficiência de custos.
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Embora a HPP seja amplamente utilizada no processamento de alimentos, a sua natureza de consumo intensivo de energia, agravada pelas ineficiências do ar e do gás aprisionados, representa um desafio crítico. Ao integrar estratégias como a desgaseificação por ultra-sons, a indústria alimentar pode melhorar a sustentabilidade e a relação custo-eficácia da HPP.
A Hielscher Ultrasonics é o parceiro de confiança para soluções de processo na otimização de HPP, oferecendo tecnologia ultrassónica avançada para melhorar a eficiência energética e a fiabilidade do processo. Além disso, a Hielscher fornece soluções inovadoras para a pasteurização sinérgica de alimentos assistida por ultrassom, garantindo produtos alimentares seguros e de alta qualidade.
Literatura / Referências
- 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.
perguntas frequentes
O que é a desgaseificação de líquidos transmissores de pressão?
A desgaseificação é a remoção de gases dissolvidos e aprisionados do líquido utilizado no processamento a alta pressão (HPP) para melhorar a eficiência energética e a estabilidade do processo. Ao eliminar os gases compressíveis, a desgaseificação reduz a perda de pressão, melhora a distribuição uniforme da pressão e minimiza o desgaste relacionado com a cavitação nos sistemas HPP.
O que é o tratamento HPP (High Pressure Processing)?
A HPP é um método de conservação de alimentos não térmico que aplica pressões hidrostáticas até 600 MPa para inativar microrganismos, preservando as qualidades sensoriais e nutricionais. Prolonga o prazo de validade, garante a segurança alimentar e retém os compostos bioactivos sem utilizar calor, tornando-o adequado para alimentos frescos e minimamente processados.
Qual é o problema da utilização do processamento de alta pressão HPP?
Os principais desafios da HPP incluem o elevado consumo de energia, a ineficiência do processo devido ao ar aprisionado nos líquidos que transmitem a pressão e os elevados custos do equipamento. Além disso, embora seja eficaz contra a maioria dos agentes patogénicos vegetativos, a HPP não inativa os esporos bacterianos sem obstáculos adicionais, como o aquecimento moderado (processamento térmico assistido por pressão, PATP).
Qual é a diferença entre Pasteurização e HPP?
A pasteurização é um processo térmico que inativa os microorganismos através do calor (tipicamente 60-85°C), alterando potencialmente a textura dos alimentos e a composição nutricional. A HPP, por outro lado, é um método não térmico que consegue a inativação microbiana através da pressão, preservando o sabor, a textura e os nutrientes originais dos alimentos e prolongando o prazo de validade.
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