Zlepšená energetická účinnosť vysokotlakového spracovania
Vysokotlakové spracovanie (HPP) je netepelná metóda konzervácie potravín, ktorá zaisťuje mikrobiálnu bezpečnosť a predlžuje trvanlivosť pri zachovaní kvality potravín, hoci jej energetická neefektívnosť v dôsledku zachyteného vzduchu a plynu predstavuje prevádzkové výzvy pre udržateľnú implementáciu. Ultrazvukové odplyňovanie kvapaliny prenášajúcej tlak a tekutých potravín znižuje stlačiteľnosť, minimalizuje energetické straty a zlepšuje celkovú účinnosť procesu HPP.
Vysokotlakové spracovanie (HPP): výzvy v oblasti energetickej účinnosti
Vysokotlakové spracovanie (HPP) je jednou z popredných techník netepelnej konzervácie potravín, ktorá ponúka kombináciu mikrobiálnej inaktivácie a zachovania kvality tekutých a pevných potravinárskych výrobkov. Technológia HPP dosahuje bezpečnosť potravín a predĺženú trvanlivosť bez toho, aby boli ohrozené senzorické alebo nutričné vlastnosti potravín, čím je v súlade s rastúcimi preferenciami spotrebiteľov pre minimálne spracované výrobky. Energetická náročnosť HPP však predstavuje značné prevádzkové výzvy, najmä v dôsledku neefektívnosti spôsobenej zachytením vzduchu a plynu v procese. Riešenie týchto výziev je kľúčom k uvoľneniu jej plného potenciálu pre udržateľnú výrobu potravín.
Prehľad: Vodná elektrárna a jej energetické výzvy
| Definícia vodnej elektrárne | Výzvy | riešenie |
|---|---|---|
| Netepelná metóda konzervácie potravín, ktorá zaisťuje mikrobiálnu bezpečnosť a predlžuje trvanlivosť pri zachovaní kvality potravín. | Energetická neefektívnosť v dôsledku zachyteného vzduchu a plynu, čo zvyšuje prevádzkové náklady. | Ultrazvukové odplyňovanie znižuje stlačiteľnosť, minimalizuje energetické straty a zlepšuje účinnosť HPP. |
Riešenie: Ultrazvukové odplyňovanie kvapalín HPP
Ultrazvukové odplyňovanie ponúka efektívne riešenie na zvýšenie energetickej účinnosti vysokotlakového spracovania (HPP) odstránením zachyteného vzduchu a plynu z tekutých aj tekutých potravinárskych výrobkov prenášajúcich tlak. Použitím výkonového ultrazvuku ultrazvuková kavitácia podporuje rýchlu koalescenciu a uvoľňovanie plynových bublín, znižuje stlačiteľnosť a minimalizuje energetické straty počas kompresie. Táto optimalizácia nielenže znižuje prevádzkové náklady, ale tiež zvyšuje stabilitu procesov, vďaka čomu je HPP udržateľnejšia a efektívnejšia pri konzervácii potravín.
Ultrazvukové odplyňovanie vody
Ako funguje HPP
Vysokotlakové spracovanie (HPP) funguje tak, že potravinárske výrobky, zvyčajne vo flexibilných a vodotesných obaloch, sú vystavené extrémne vysokým tlakom až do 6 000 barov (600 MPa). Proces prebieha vo vodou naplnenej vysokotlakovej nádobe a v priamom poradí:
- Nakladanie: Balené výrobky sa ukladajú do plastových košov a dopravujú sa do vysokotlakovej nádoby.
- Natlakovanie: Voda sa plní do nádoby a pôsobí ako médium prenášajúce tlak. Systém sa potom natlakuje na požadovanú úroveň, ktorá sa zvyčajne udržiava niekoľko minút.
- Izostatický účinok: Tlak sa vyvíja rovnomerne a okamžite na celý produkt bez ohľadu na jeho veľkosť, tvar alebo zloženie. Tento izostatický tlak inaktivuje mikroorganizmy prenášané potravinami a enzýmy kazenia bez toho, aby rozdrvil alebo zdeformoval produkt.
- Odtlakovanie a vykladanie: Nádoba je odtlakovaná, voda je vypustená a upravené produkty sú dopravené von, pripravené na konzumáciu alebo ďalšie spracovanie.
Vysokotlakové spracovanie (HPP)
© Balakrishna a kol., 2020
Metóda HPP zaisťuje bezpečnosť potravín pri zachovaní chuti, textúry a obsahu živín. Tento proces si však vyžaduje značný energetický vstup, čo je faktor ovplyvnený niekoľkými prevádzkovými neefektívnosťami.
Výzvy vysokej spotreby energie v vodných elektrárňach
Jednou z hlavných nevýhod vodnej elektrárne je jej vysoká spotreba energie. Energeticky náročná povaha procesu vyplýva z:
- Natlakovanie vody (spojovacia kvapalina): Voda používaná na prenos izostatického tlaku vyžaduje značnú energiu na stlačenie a udržanie cieľového tlaku.
- Zachytený vzduch a plyn v spojovacej kvapaline: Vzduchové bubliny vo vode znižujú účinnosť prenosu tlaku a zvyšujú energetické nároky. Tieto bubliny sa počas natlakovania stláčajú a absorbujú energiu, ktorá by sa inak mohla použiť na ošetrenie potravinového výrobku.
- Plyn v balených výrobkoch: Vzduch alebo plyn zachytený v balených potravinách (napr. v konzervovaných alebo polotuhých výrobkoch) podobne prispieva k stratám energie. Kompresia vnútorných plynových vreciek vyžaduje dodatočnú energiu a môže narušiť rovnomernosť tlaku.
- Straty tepelnej energie: Zatiaľ čo HPP sa považuje za netepelný proces, časť energie sa rozptyľuje ako teplo v dôsledku kompresie vody a trenia zariadenia. To zvyšuje prevádzkové náklady a požiadavky na chladenie.
Ultrazvuková prietoková bunka na odplyňovanie kvapalín a pasterizáciu potravín.
Dopady zachyteného vzduchu a plynu na dopyt po energii z vodných elektrární
Prítomnosť vzduchu a plynu významne ovplyvňuje účinnosť VE:
- Znížená účinnosť prenosu tlaku: Vzduch a plyn sa stláčajú ľahšie ako kvapaliny, čo znamená, že na dosiahnutie rovnakého tlaku v nádobe je potrebná ďalšia energia.
- Dlhšie časy spracovania: Zachytený vzduch a plyn oneskorujú stabilizáciu izostatického tlaku a predlžujú trvanie cyklu.
- Plytvanie energiou: Stlačené plynové vrecká uvoľňujú energiu po odtlakovaní, ktorú nie je možné rekuperovať, čo prispieva k celkovej neúčinnosti.
Tieto účinky sú obzvlášť výrazné pri spracovaní potravinárskych výrobkov s prirodzene vysokým obsahom vzduchu alebo obalov, ktoré zachytávajú plyn z priestoru nad hlavou, ako sú konzervy alebo vákuovo balené predmety.
Stratégie na riešenie energetických výziev v JE
Úsilie o zlepšenie energetickej účinnosti vodnej elektrárne sa zameriava na zníženie vplyvu vzduchu a plynu v systéme:
Predbežná úprava – Ultrazvukové odplyňovanie:
Aplikácia ultrazvuku na odstránenie rozpusteného vzduchu a plynu zo spojovacej kvapaliny a potravinárskych výrobkov môže výrazne znížiť plytvanie energiou. Ultrazvuková kavitácia účinne narúša plynové bubliny a umožňuje im uniknúť pred natlakovaním.
Okrem toho môžu výrobky tuhnúť po ultrazvukovom odplynení vo vákuu, najmä konzervované alebo uzavreté predmety.
Pokles rozpusteného kyslíka s časom Použitie sonikátora UP400ST pri amplitúdach 100 %, 80 %, 60 %, 40 % a 20 %.
Štúdia: ©Rognerud a kol., 2020.
Sonikácia ako alternatíva pre udržateľnú vodnú elektráreň
Hybridné HPP systémy kombinujúce vysokovýkonný ultrazvuk s miernym teplom (termosonikácia) alebo so zvýšeným tlakom a miernym teplom (manotermosonikácia) sú sľubnými alternatívnymi technikami, ktoré poskytujú spoľahlivú homogenizáciu a pasterizáciu za miernych podmienok a pri nízkej spotrebe energie. Keďže ultrazvuková pasterizácia je inline proces, aj veľké objemy je možné spracovať s vysokou hospodárnosťou.
Zistite viac o Hielscher sonikátoroch na inline pasterizáciu tekutých potravín!
Zatiaľ čo HPP je široko používaná na spracovanie potravín, jej energeticky náročná povaha, spojená s neefektívnosťou zachyteného vzduchu a plynu, predstavuje kritickú výzvu. Integráciou stratégií, ako je ultrazvukové odplyňovanie, môže potravinársky priemysel zvýšiť udržateľnosť a nákladovú efektívnosť HPP.
Spoločnosť Hielscher Ultrasonics je dôveryhodným partnerom pre procesné riešenia v optimalizácii HPP a ponúka pokročilú ultrazvukovú technológiu na zlepšenie energetickej účinnosti a spoľahlivosti procesov. Okrem toho spoločnosť Hielscher poskytuje inovatívne riešenia pre synergickú pasterizáciu potravín pomocou ultrazvuku, čím zabezpečuje vysokokvalitné a bezpečné potravinárske výrobky.
Literatúra / Referencie
- 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.
často kladené otázky
Čo je odplyňovanie kvapalín prenášajúcich tlak?
Odplyňovanie je odstránenie rozpustených a zachytených plynov z kvapaliny používanej pri vysokotlakovom spracovaní (HPP) na zlepšenie energetickej účinnosti a stability procesu. Odstránením stlačiteľných plynov odplyňovanie znižuje tlakové straty, zlepšuje rovnomerné rozloženie tlaku a minimalizuje opotrebovanie súvisiace s kavitáciou v systémoch HPP.
Čo je ošetrenie HPP vysokotlakovým spracovaním?
HPP je netepelná metóda konzervácie potravín, ktorá aplikuje hydrostatické tlaky až do 600 MPa na inaktiváciu mikroorganizmov pri zachovaní senzorických a nutričných vlastností. Predlžuje trvanlivosť, zaisťuje bezpečnosť potravín a zachováva bioaktívne zlúčeniny bez použitia tepla, vďaka čomu je vhodný pre čerstvé a minimálne spracované potraviny.
Aký je problém s používaním vysokotlakovej spracovateľskej HPP?
Medzi hlavné výzvy HPP patrí vysoká spotreba energie, neefektívnosť procesov v dôsledku zachytenia vzduchu v kvapalinách prenášajúcich tlak a vysoké náklady na zariadenia. Okrem toho, aj keď je HPP účinná proti väčšine vegetatívnych patogénov, neinaktivuje bakteriálne spóry bez ďalších prekážok, ako je mierne zahrievanie (tlakom podporované tepelné spracovanie, PATP).
Aký je rozdiel medzi pasterizáciou a HPP?
Pasterizácia je tepelný proces, ktorý inaktivuje mikroorganizmy prostredníctvom tepla (zvyčajne 60–85 °C), čo môže zmeniť textúru potravín a nutričné zloženie. HPP je naopak netermálna metóda, ktorá dosahuje mikrobiálnu inaktiváciu tlakom, zachováva pôvodnú chuť, textúru a živiny potravín a zároveň predlžuje trvanlivosť.
Spoločnosť Hielscher Ultrasonics vyrába vysokovýkonné ultrazvukové homogenizátory od laboratórium do priemyselná veľkosť.