Eficiență energetică îmbunătățită a prelucrării de înaltă presiune

Procesarea la înaltă presiune (HPP) este o metodă non-termică de conservare a alimentelor care asigură siguranța microbiană și prelungește durata de valabilitate, menținând în același timp calitatea alimentelor, deși ineficiențele sale energetice din cauza aerului și gazului prinse prezintă provocări operaționale pentru implementarea durabilă. Degazarea cu ultrasunete a alimentelor lichide și lichide care transmit presiunea reduce compresibilitatea, minimizând pierderile de energie și îmbunătățind eficiența generală a procesului HPP.

Prelucrarea de înaltă presiune (HPP): provocări de eficiență energetică

Procesarea la înaltă presiune (HPP) este una dintre cele mai importante tehnici de conservare a alimentelor non-termice, oferind o combinație de inactivare microbiană și reținere a calității pentru produsele alimentare lichide și solide. Tehnologia HPP atinge siguranța alimentară și o durată de valabilitate prelungită fără a compromite proprietățile senzoriale sau nutriționale ale alimentelor, aliniindu-se la preferința tot mai mare a consumatorilor pentru produsele minim procesate. Cu toate acestea, necesarul de energie al HPP prezintă provocări operaționale semnificative, în special din cauza ineficiențelor introduse de aerul și gazul prins în proces. Abordarea acestor provocări este esențială pentru a debloca întregul potențial pentru producția durabilă de alimente.

Prezentare generală: HPP și provocările sale energetice

Soluția: degazarea cu ultrasunete a lichidelor HPP

Degazarea cu ultrasunete oferă o soluție eficientă pentru a îmbunătăți eficiența energetică a procesării de înaltă presiune (HPP) prin eliminarea aerului și gazului prins atât din produsele alimentare lichide care transmit presiunea, cât și din cele lichide. Prin aplicarea ultrasunetelor de putere, cavitația cu ultrasunete promovează coalescența rapidă și eliberarea bulelor de gaz, reducând compresibilitatea și minimizând pierderile de energie în timpul compresiei. Această optimizare nu numai că reduce costurile operaționale, dar îmbunătățește și stabilitatea procesului, făcând HPP mai durabil și mai eficient pentru conservarea alimentelor.
 

Degazarea cu ultrasunete a apei

Cum funcționează HPP

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

1. Încărcare: Produsele ambalate sunt plasate în coșuri de plastic și transportate în vasul de înaltă presiune.
2. Presurizare: Apa este umplută în vas, acționând ca mediu de transmitere a presiunii. Sistemul este apoi presurizat la nivelul dorit, de obicei menținut timp de câteva minute.
3. Efect izostatic: Presiunea este aplicată uniform și instantaneu pe tot produsul, indiferent de dimensiunea, forma sau compoziția acestuia. Această presiune izostatică inactivează microorganismele de origine alimentară și enzimele de alterare fără a zdrobi sau deforma produsul.
4. Depresurizare și descărcare: Vasul este depresurizat, apa este drenată, iar produsele tratate sunt transportate, gata pentru consum sau prelucrare ulterioară.

Procesare de înaltă presiune (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 semnificativ de energie, un factor influențat de mai multe ineficiențe operaționale.

Provocările consumului ridicat de energie în UHE

Unul dintre principalele dezavantaje ale HPP este consumul ridicat de energie. Natura consumatoare de energie a procesului rezultă din:

• Presurizarea apei (lichid de cuplare): Apa folosită pentru a transmite presiunea izostatică necesită energie semnificativă pentru a comprima și menține presiunea țintă.
• Aerul și gazul prinse în lichidul de cuplare: Bule de aer din apă reduc eficiența transmisiei presiunii, crescând cerințele de energie. Aceste bule se comprimă în timpul presurizării, absorbind energie care altfel ar putea fi folosită pentru tratarea produsului alimentar.
• Gaz în produsele ambalate: Aerul sau gazul prins în alimentele ambalate (de exemplu, în conserve sau produse semisolide) contribuie în mod similar la pierderea de energie. Compresia buzunarelor interne de gaz necesită energie suplimentară și poate interfera cu uniformitatea presiunii.
• Pierderi de energie termică: În timp ce HPP este considerat un proces non-termic, o parte din energie se disipează sub formă de căldură din cauza compresiei apei și a frecării echipamentului. Acest lucru crește costurile operaționale și cerințele de răcire.

Impactul aerului și gazului blocat asupra cererii de energie a HPP

Prezența aerului și a gazului are un impact semnificativ asupra eficienței HPP:

• Eficiență redusă a transmisiei presiunii: Aerul și gazul se comprimă mai ușor decât lichidele, ceea ce înseamnă că este necesară energie suplimentară pentru a atinge aceeași presiune în vas.
• Timpi de procesare mai lungi: Aerul și gazul prins întârzie stabilizarea presiunii izostatice, prelungind durata ciclului.
• Risipa de energie: Buzunarele de gaz comprimat eliberează energie la depresurizare, care nu poate fi recuperată, contribuind la ineficiența generală.

Aceste efecte sunt deosebit de pronunțate atunci când procesați produse alimentare cu conținut natural ridicat de aer sau ambalaje care captează gazele din spațiul de cap, cum ar fi conservele sau articolele ambalate în vid.

Strategii de abordare a provocărilor energetice în HPP

Eforturile de îmbunătățire a eficienței energetice a HIDROE se concentrează pe reducerea influenței aerului și a gazelor în sistem:
Pre-tratament – Degazare cu ultrasunete:
Aplicarea ultrasunetelor pentru a elimina aerul și gazul dizolvat din lichidul de cuplare și produsele alimentare poate reduce semnificativ risipa de energie. Cavitația cu ultrasunete perturbă eficient bulele de gaz, permițându-le să scape înainte de presurizare.
În plus, produsele se pot fixa după degazificarea cu ultrasunete sub vid, în special articolele conservate sau sigilate.

Scăderea oxigenului dizolvat în timp Utilizarea UP400ST sonicator la amplitudini de 100 %, 80 %, 60 %, 40 % și 20 %.
Studiu: ©Rognerud și colab., 2020.

Sonicarea ca alternativă pentru HPP durabil

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

În timp ce HPP este utilizat pe scară largă pentru procesarea alimentelor, natura sa intensivă în energie, agravată de ineficiențele aerului și gazului prinse, reprezintă o provocare critică. Prin integrarea unor strategii precum degazarea cu ultrasunete, industria alimentară poate spori sustenabilitatea și rentabilitatea HPP.
Hielscher Ultrasonics este partenerul de încredere pentru soluțiile de proces în optimizarea HPP, oferind tehnologie avansată cu ultrasunete pentru a îmbunătăți eficiența energetică și fiabilitatea proceselor. În plus, Hielscher oferă soluții inovatoare pentru pasteurizarea sinergică a alimentelor asistată de ultrasunete, asigurând produse alimentare de înaltă calitate și sigure.