Eficiența energetică îmbunătățită a procesării la presiune înaltă

Procesarea la presiune înaltă (HPP) este o metodă netermică de conservare a alimentelor care asigură siguranța microbiologică și prelungește durata de valabilitate, menținând totodată calitatea alimentelor, deși ineficiențele sale energetice cauzate de aerul și gazele înglobate ridică provocări operaționale pentru o implementare sustenabilă. Degazarea cu ultrasunete a lichidului de transmitere a presiunii și a alimentelor lichide reduce compresibilitatea, minimizând pierderile de energie și îmbunătățind eficiența globală a procesului HPP.

Procesarea la presiune înaltă (HPP): provocări privind eficiența energetică

Procesarea la presiune înaltă (HPP) este una dintre principalele tehnici netermice de conservare a alimentelor, oferind o combinație între inactivarea microbiană și păstrarea calității pentru produsele alimentare lichide și solide. Tehnologia HPP asigură siguranța alimentară și o durată de valabilitate prelungită fără a compromite proprietățile senzoriale sau nutriționale ale alimentelor, răspunzând preferinței tot mai mari a consumatorilor pentru produse procesate minimal. Cu toate acestea, necesarul energetic al HPP ridică provocări operaționale semnificative, în special din cauza ineficiențelor introduse de aerul și gazele înglobate în cadrul procesului. Abordarea acestor provocări este esențială pentru valorificarea întregului său potențial pentru o producție alimentară sustenabilă.

Prezentare generală: HPP și provocările sale energetice

Soluția: degazarea cu ultrasunete a lichidelor HPP

Degazarea cu ultrasunete oferă o soluție eficientă pentru creșterea eficienței energetice a procesării la presiune înaltă (HPP), prin eliminarea aerului și a gazelor înglobate atât din lichidul de transmitere a presiunii, cât și din produsele alimentare lichide. Prin aplicarea ultrasunetelor de putere, cavitația ultrasonică favorizează coalescența și eliberarea rapidă a bulelor de gaz, reducând compresibilitatea și minimizând pierderile de energie în timpul compresiei. Această optimizare nu doar reduce costurile operaționale, ci și îmbunătățește stabilitatea procesului, făcând HPP mai sustenabilă și mai eficace pentru conservarea alimentelor.

Degazarea apei cu ultrasunete

Cum funcționează HPP

Procesarea la presiune înaltă (HPP) funcționează prin supunerea produselor alimentare, de regulă în ambalaje flexibile și impermeabile, la presiuni extrem de ridicate, de până la 6.000 bar (600 MPa). Procesul are loc într-un vas de presiune înaltă umplut cu apă și urmează o succesiune simplă:

1. Încărcare: Produsele ambalate sunt așezate în coșuri din plastic și transportate în vasul de presiune înaltă.
2. Presurizare: Vasul este umplut cu apă, care acționează ca mediu de transmitere a presiunii. Sistemul este apoi presurizat la nivelul dorit, menținut de regulă timp de câteva minute.
3. Efect izostatic: Presiunea este aplicată uniform și instantaneu asupra întregului produs, indiferent de dimensiunea, forma sau compoziția acestuia. Această presiune izostatică inactivează microorganismele transmise prin alimente și enzimele de alterare fără a strivi sau deforma produsul.
4. Depresurizare și descărcare: Vasul este depresurizat, apa este evacuată, iar produsele tratate sunt transportate în afara acestuia, gata pentru consum sau pentru procesare ulterioară.

Procesarea la presiune înaltă (HPP)
© Balakrishna et al., 2020

Metoda HPP asigură siguranța alimentară, păstrând în același timp gustul, textura și conținutul de nutrienți. Cu toate acestea, acest proces necesită un aport energetic semnificativ, factor influențat de mai multe ineficiențe operaționale.

Provocările consumului ridicat de energie în HPP

Unul dintre principalele dezavantaje ale HPP este consumul său ridicat de energie. Caracterul energointensiv al procesului provine din:

• Presurizarea apei (lichidul de cuplare): Apa utilizată pentru transmiterea presiunii izostatice necesită o cantitate semnificativă de energie pentru a fi comprimată și pentru menținerea presiunii țintă.
• Aerul și gazele înglobate în lichidul de cuplare: Bulele de aer din apă reduc eficiența transmiterii presiunii, crescând necesarul de energie. Aceste bule se comprimă în timpul presurizării, absorbind energie care altfel ar putea fi utilizată pentru tratarea produsului alimentar.
• Gazul din produsele ambalate: Aerul sau gazul captiv în alimentele ambalate (de ex., în produsele conservate sau semisolide) contribuie în mod similar la pierderea de energie. Comprimarea pungilor interne de gaz necesită energie suplimentară și poate afecta uniformitatea presiunii.
• Pierderi de energie termică: Deși HPP este considerată un proces netermic, o parte din energie se disipă sub formă de căldură din cauza comprimării apei și a frecării din echipamente. Acest lucru crește costurile operaționale și necesarul de răcire.

Impactul aerului și al gazelor înglobate asupra necesarului energetic al HPP

Prezența aerului și a gazelor influențează semnificativ eficiența HPP:

• Eficiență redusă a transmiterii presiunii: Aerul și gazele se comprimă mai ușor decât lichidele, ceea ce înseamnă că este necesară energie suplimentară pentru a atinge aceeași presiune în interiorul vasului.
• Timpi de procesare mai lungi: Aerul și gazele înglobate întârzie stabilizarea presiunii izostatice, prelungind durata ciclurilor.
• Risipă de energie: Pungile de gaz comprimat eliberează energie la depresurizare, energie care nu poate fi recuperată, contribuind la ineficiența globală.

Aceste efecte sunt deosebit de pronunțate la procesarea produselor alimentare cu un conținut natural ridicat de aer sau a ambalajelor care rețin gaz în spațiul liber de deasupra produsului, cum ar fi articolele conservate sau ambalate în vid.

Strategii pentru abordarea provocărilor energetice în HPP

Eforturile de îmbunătățire a eficienței energetice a HPP se concentrează pe reducerea influenței aerului și a gazelor din sistem:
Pretratare – degazare cu ultrasunete:
Aplicarea ultrasunetelor pentru eliminarea aerului și a gazelor dizolvate din lichidul de cuplare și din produsele alimentare poate reduce semnificativ risipa de energie. Cavitația ultrasonică perturbă eficient bulele de gaz, permițându-le să iasă înainte de presurizare.
În plus, produsele se pot întări după degazarea cu ultrasunete sub vid, în special articolele conservate sau sigilate.

Scăderea oxigenului dizolvat în timp utilizând sonicatorul UP400St la amplitudini de 100 %, 80 %, 60 %, 40% și 20 %.
Studiu: ©Rognerud et al., 2020.

Sonicarea ca alternativă pentru o HPP sustenabilă

Sistemele HPP hibride care combină ultrasunetele de înaltă performanță cu căldură moderată (termosonicare) sau cu presiune ridicată și căldură moderată (manotermosonicare) sunt tehnici alternative promițătoare, care asigură o omogenizare și o pasteurizare fiabile în condiții blânde și cu un consum redus de energie. Deoarece pasteurizarea cu ultrasunete este un proces inline, chiar și volume mari pot fi procesate cu o eficiență ridicată a costurilor.
Aflați mai multe despre sonicatoarele Hielscher pentru pasteurizarea inline a alimentelor lichide!

Deși HPP este utilizată pe scară largă în procesarea alimentelor, caracterul său energointensiv, agravat de ineficiențele cauzate de aerul și gazele înglobate, reprezintă o provocare critică. Prin integrarea unor strategii precum degazarea cu ultrasunete, industria alimentară poate îmbunătăți sustenabilitatea și rentabilitatea HPP.
Hielscher Ultrasonics este partenerul de încredere pentru soluții de proces în optimizarea HPP, oferind tehnologie ultrasonică avansată pentru îmbunătățirea eficienței energetice și a fiabilității procesului. În plus, Hielscher oferă soluții inovatoare pentru pasteurizarea sinergică a alimentelor asistată de ultrasunete, asigurând produse alimentare sigure și de înaltă calitate.