Ультразвуковой омический нагрев в пищевой промышленности

Спрос на щадящие, но эффективные технологии обработки в пищевой отрасли возрос из-за необходимости сочетать микробиологическую безопасность с сохранением питательных и органолептических свойств. Традиционная термическая обработка часто основана на передаче тепла от поверхности к центру продукта, которая протекает медленно и склонна к неравномерности. Омический нагрев, основанный на преобразовании электрической энергии в тепло непосредственно внутри пищевой матрицы, решает эту проблему, обеспечивая быстрый объёмный нагрев. В сочетании с ультразвуком процесс становится ещё эффективнее: ультразвуковая кавитация способствует разрушению клеток, гомогенизации и массопереносу, тем самым устраняя различия в электропроводности, которые в противном случае могут создавать локальные каналы нагрева.

Ультразвуковой омический нагрев – щадящий, но очень эффективный

Экстракция с применением ультразвукового омического нагрева сочетает равномерный объёмный нагрев с механической гомогенизацией посредством ультразвука, обеспечивая эффективную обработку пищевых продуктов в сравнительно щадящих условиях. В отличие от обычного омического нагрева, который может вызывать образование локальных каналов нагрева и термическое разложение (то есть перегрев), дополнительное применение ультразвука способствует кавитации и микропотокам, которые выравнивают электропроводность и более равномерно распределяют тепло. Этот синергетический эффект обеспечивает быструю экстракцию при меньших эффективных тепловых нагрузках, сохраняя термочувствительные соединения и одновременно снижая общую потребность в энергии. В результате ультразвуковой омический нагрев представляет собой щадящий, но мощный подход к производству высококачественных пищевых продуктов.

Ультразвуковой омический нагрев – многочисленные применения в пищевой промышленности

Ультразвуковой омический нагрев исследовался для широкого круга задач обработки пищевых продуктов. При пастеризации и стерилизации эта технология обеспечивает быструю и равномерную инактивацию микроорганизмов, сохраняя витамины, вкусоароматические свойства и характеристики текстуры. В процессах стабилизации, таких как инактивация ферментов или обеззараживание семян, она обеспечивает точный контроль интенсивности обработки. Метод особенно перспективен для экстракции – будь то эфирные масла, растительные белки или биологически активные соединения – где вызванная ультразвуком кавитация ускоряет высвобождение веществ, а омический нагрев способствует эффективному проникновению растворителя. Его также применяли для обработки жидких и полутвёрдых пищевых продуктов, включая молочные продукты, фруктовую мякоть, соки и эмульсии, для которых равномерный нагрев и перемешивание имеют решающее значение.

 
Основные области применения ультразвукового омического нагрева в пищевой промышленности включают:

1. Пастеризация и стерилизация: быстрая, равномерная инактивация микроорганизмов с сохранением органолептических свойств и пищевой ценности.
2. Экстракция биологически активных соединений и эфирных масел: вызванная ультразвуком кавитация в сочетании с электропорацией при омической обработке ускоряет высвобождение фитохимических веществ, белков и липидов.
3. Бланширование фруктов и овощей: эффективная инактивация ферментов с минимальной потерей цвета, вкусоароматических свойств или витаминов.
4. Процессы обезвоживания и выпаривания: ускоренное удаление влаги и экономия энергии на этапах сушки или концентрирования.
5. Поддержка ферментации: контролируемый нагрев и усиленный массоперенос могут повышать продуктивность микроорганизмов и выход продукта.
6. Общий нагрев жидких и полутвёрдых пищевых продуктов: однородное распределение температуры в молочных продуктах, соках, пюре и эмульсиях, предотвращающее образование участков перегрева.

Преимущества ультразвукового омического нагрева для пищевой промышленности

Ультразвуковой омический нагрев обладает многочисленными преимуществами для пищевой промышленности. Технология сокращает время обработки и энергопотребление, обеспечивает высокую равномерность нагрева даже в неоднородных матрицах и сводит к минимуму термическое разложение термочувствительных соединений. Поскольку и нагрев, и ультразвуковое воздействие возникают внутри самого пищевого продукта, процесс устраняет необходимость в крупных внешних теплообменниках и снижает затраты на обслуживание. Самое главное, он соответствует растущему вниманию к продуктам с «чистой этикеткой» и устойчивой переработке, уменьшая зависимость от жёстких методов обработки или химических добавок. Таким образом, ультразвуковой омический нагрев представляет собой мощный инструмент для удовлетворения будущих требований к производству безопасных, питательных пищевых продуктов с ответственным отношением к окружающей среде.
 

Преимущества

1. Равномерный нагрев: ультразвук противодействует образованию каналов нагрева, обеспечивая однородное распределение температуры в неоднородных пищевых продуктах.
2. Быстрая обработка: совместное действие омического нагрева и ультразвука сокращает время пастеризации, стерилизации и экстракции.
3. Энергоэффективность: более низкое общее энергопотребление по сравнению с традиционными методами термической обработки.
4. Сохранение питательных веществ и вкусоароматических свойств: более щадящие тепловые нагрузки сохраняют витамины, антиоксиданты и летучие вкусоароматические соединения.
5. Улучшенная экстракция: электропорация и кавитация ускоряют высвобождение биологически активных соединений, эфирных масел и белков.
6. Безопасность пищевых продуктов: эффективная инактивация микроорганизмов и ферментов с минимальной потерей качества.
7. Масштабируемость и гибкость: применимость к жидким и полутвёрдым пищевым продуктам.
8. Чистая обработка: без растворителей и химических веществ, в соответствии с принципами устойчивого производства продуктов с «чистой этикеткой».

Ультразвуковые электроды для улучшенного омического нагрева при обработке пищевых продуктов

Ультразвуковые электроды Hielscher (соноэлектроды) дают существенное преимущество при омическом нагреве, поскольку объединяют в одной установке два взаимодополняющих механизма: подачу электрического тока и ультразвуковое колебательное воздействие. Пока электрод подаёт переменный ток, необходимый для объёмного джоулева нагрева, его одновременные колебания с частотой 20 kHz создают кавитацию, микропотоки и силы сдвига, которые разрушают стенки растительных клеток и гомогенизируют среду. Это двойное действие сводит к минимуму образование каналов нагрева, обеспечивает более равномерную электропроводность и тем самым создаёт равномерный нагрев по всему объёму образца. Одновременно эффект ультразвуковой экстракции ускоряет массоперенос и способствует высвобождению внутриклеточных соединений, дополнительно повышая выход и качество. При коммерческом применении электродная система Hielscher UIP2000hdT (2000 W на электрод) обеспечивает надёжность, необходимую для непрерывного промышленного производства, тогда как меньшие установки, такие как UP100H (100 W) и VialTweeter, служат гибкими инструментами для исследований в лабораторном масштабе и оптимизации процессов.

Приведённая ниже таблица даёт представление о приблизительной производительности наших ультразвуковых аппаратов / ультразвуковых электродов для омического нагрева:

Проектирование, производство и консультирование – качество, созданное в Германии

Ультразвуковые аппараты Hielscher широко известны высочайшими стандартами качества и проектирования. Прочность и простота эксплуатации позволяют беспрепятственно интегрировать наши ультразвуковые аппараты в промышленные установки. Ультразвуковые аппараты Hielscher легко справляются с суровыми условиями и требовательными рабочими средами.

Hielscher Ultrasonics – компания, сертифицированная по ISO, которая уделяет особое внимание высокопроизводительным ультразвуковым аппаратам, сочетающим самые современные технологии и удобство использования. Разумеется, ультразвуковые аппараты Hielscher соответствуют требованиям CE и отвечают требованиям UL, CSA и RoHs.