Побољшана енергетска ефикасност обраде под високим притиском

Обрада под високим притиском (HPP) је нетермичка метода конзервисања хране која обезбеђује микробиолошку безбедност и продужава рок трајања уз очување квалитета хране, мада енергетска неефикасност услед заробљеног ваздуха и гаса представља оперативни изазов за њену одрживу примену. Ултразвучно дегасирање течности за пренос притиска и течних намирница смањује стишљивост, чиме се губици енергије своде на минимум и побољшава укупна ефикасност HPP процеса.

Обрада под високим притиском (HPP): изазови енергетске ефикасности

Обрада под високим притиском (HPP) једна је од водећих нетермичких техника конзервисања хране, која омогућава истовремену инактивацију микроорганизама и очување квалитета течних и чврстих прехрамбених производа. HPP технологија обезбеђује безбедност хране и продужен рок трајања без нарушавања сензорних или нутритивних својстава хране, у складу са све израженијом склоношћу потрошача ка минимално обрађеним производима. Међутим, енергетски захтеви HPP-а представљају значајне оперативне изазове, посебно због неефикасности које изазивају ваздух и гас заробљени у процесу. Решавање ових изазова кључно је за остваривање пуног потенцијала ове технологије у одрживој производњи хране.

Преглед: HPP и његови енергетски изазови

Решење: ултразвучно дегасирање течности у HPP процесу

Ултразвучно дегасирање нуди ефикасно решење за повећање енергетске ефикасности обраде под високим притиском (HPP) уклањањем заробљеног ваздуха и гаса како из течности за пренос притиска тако и из течних прехрамбених производа. Применом ултразвука велике снаге, ултразвучна кавитација подстиче брзо спајање и ослобађање мехурића гаса, смањујући стишљивост и сводећи губитке енергије током компресије на минимум. Ова оптимизација не само да смањује оперативне трошкове већ и побољшава стабилност процеса, чинећи HPP одрживијим и делотворнијим за конзервисање хране.
 

Ултразвучно дегасирање воде

Како функционише HPP

Обрада под високим притиском (HPP) функционише тако што се прехрамбени производи, обично у савитљивој и водонепропусној амбалажи, излажу изузетно високим притисцима до 6.000 bar (600 MPa). Процес се одвија у посуди под високим притиском испуњеној водом, према једноставном редоследу:

1. Утовар: Упаковани производи стављају се у пластичне корпе и транспортују у посуду под високим притиском.
2. Подизање притиска: Посуда се пуни водом, која служи као медијум за пренос притиска. Притисак у систему затим се подиже на жељени ниво, који се обично одржава неколико минута.
3. Изостатички ефекат: Притисак се примењује равномерно и тренутно на цео производ, без обзира на његову величину, облик или састав. Овај изостатички притисак инактивира микроорганизме који се преносе храном и ензиме који узрокују кварење, без дробљења или деформисања производа.
4. Смањење притиска и истовар: Притисак у посуди се смањује, вода се испушта, а обрађени производи се транспортују напоље, спремни за конзумирање или даљу обраду.

Обрада под високим притиском (HPP)
© Balakrishna et al., 2020

 
HPP метода обезбеђује безбедност хране уз очување укуса, текстуре и садржаја хранљивих материја. Међутим, овај процес захтева значајан унос енергије, на који утиче неколико оперативних неефикасности.

Изазови велике потрошње енергије у HPP процесу

Један од главних недостатака HPP-а јесте велика потрошња енергије. Енергетска захтевност процеса потиче од следећег:

• Подизање притиска воде (течности за пренос притиска): За компресију воде која се користи за пренос изостатичког притиска и одржавање циљног притиска потребна је значајна количина енергије.
• Заробљени ваздух и гас у течности за пренос притиска: Мехурићи ваздуха у води смањују ефикасност преноса притиска, повећавајући потребе за енергијом. Ови мехурићи се сабијају током подизања притиска, апсорбујући енергију која би иначе могла да се употреби за обраду прехрамбеног производа.
• Гас у упакованим производима: Ваздух или гас заробљен у упакованој храни (нпр. у конзервираним или получврстим производима) на сличан начин доприноси губитку енергије. Компресија унутрашњих гасних џепова захтева додатну енергију и може нарушити равномерност притиска.
• Губици топлотне енергије: Иако се HPP сматра нетермичким процесом, део енергије се расипа у виду топлоте услед компресије воде и трења у опреми. То повећава оперативне трошкове и потребе за хлађењем.

Утицаји заробљеног ваздуха и гаса на енергетске потребе HPP-а

Присуство ваздуха и гаса значајно утиче на ефикасност HPP-а:

• Смањена ефикасност преноса притиска: Ваздух и гас се лакше сабијају него течности, што значи да је за постизање истог притиска у посуди потребна додатна енергија.
• Дуже време обраде: Заробљени ваздух и гас успоравају стабилизацију изостатичког притиска, продужавајући трајање циклуса.
• Расипање енергије: Сабијени гасни џепови при смањењу притиска ослобађају енергију која се не може повратити, доприносећи укупној неефикасности.

Ови ефекти су посебно изражени при обради прехрамбених производа са природно високим садржајем ваздуха или производа у амбалажи која задржава гас у празном простору изнад садржаја, као што су конзервирани или вакуумски упаковани производи.

Стратегије за решавање енергетских изазова у HPP процесу

Напори за побољшање енергетске ефикасности HPP-а усмерени су на смањење утицаја ваздуха и гаса у систему:
Предтретман – ултразвучно дегасирање:
Примена ултразвука за уклањање раствореног ваздуха и гаса из течности за пренос притиска и прехрамбених производа може значајно смањити расипање енергије. Ултразвучна кавитација ефикасно разбија мехуриће гаса, омогућавајући њихово ослобађање пре подизања притиска.
Поред тога, производи могу да се стврдну након ултразвучног дегасирања под вакуумом, нарочито конзервирани или херметички затворени производи.

Смањење садржаја раствореног кисеоника током времена коришћењем соникатора UP400ST при амплитудама од 100 %, 80 %, 60 %, 40% и 20 %.
Студија: ©Rognerud et al., 2020.

Соникација као алтернатива за одрживу обраду под високим притиском

Хибридни HPP системи који комбинују ултразвук високих перформанси са благим загревањем (термосоникација) или са повишеним притиском и благим загревањем (манотермосоникација) представљају обећавајуће алтернативне технике које обезбеђују поуздану хомогенизацију и пастеризацију у благим условима и уз малу потрошњу енергије. Пошто је ултразвучна пастеризација проточни процес, чак и велике запремине могу да се обраде уз високу трошковну ефикасност.
Сазнајте више о Hielscher соникаторима за проточну пастеризацију течних намирница!

Иако се HPP широко користи за обраду хране, његова енергетска захтевност, додатно повећана неефикасностима услед заробљеног ваздуха и гаса, представља кључни изазов. Увођењем стратегија као што је ултразвучно дегасирање, прехрамбена индустрија може да побољша одрживост и исплативост HPP-а.
Hielscher Ultrasonics је поуздан партнер за процесна решења у оптимизацији HPP-а, који нуди напредну ултразвучну технологију за побољшање енергетске ефикасности и поузданости процеса. Поред тога, Hielscher пружа иновативна решења за синергистичку пастеризацију хране уз помоћ ултразвука, обезбеђујући висококвалитетне и безбедне прехрамбене производе.