Побољшана енергетска ефикасност обраде под високим притиском
Обрада под високим притиском (ХПП) је нетермички метод очувања хране који обезбеђује микробиолошкој безбедности и продужава рок трајања уз одржавање квалитета хране, иако њена енергетска неефикасност због заробљеног ваздуха и гаса представља оперативне изазове за одрживу примену. Ултразвучно дегазирање течне и течне хране која преноси притисак смањује компресибилност, минимизирајући губитке енергије и побољшавајући укупну ефикасност ХПП процеса.
Обрада под високим притиском (ХПП): Изазови енергетске ефикасности
Обрада под високим притиском (ХПП) је једна од водећих техника нетермалног чувања хране, која нуди комбинацију микробне инактивације и задржавања квалитета за течне и чврсте прехрамбене производе. ХПП технологија постиже сигурност хране и продужени рок трајања без угрожавања сензорних или нутритивних својстава хране, усклађујући се са растућом преференцијом потрошача за минимално прерађеним производима. Међутим, енергетски захтеви ХЕ представљају значајне оперативне изазове, посебно због неефикасности изазване заробљеним ваздухом и гасом у процесу. Рјешавање ових изазова кључно је за откључавање његовог пуног потенцијала за одрживу производњу хране.
Преглед: ХЕ и њени енергетски изазови
| ХПП Дефинитион | Изазови | решење |
|---|---|---|
| Метода нетермалног чувања хране која осигурава микробну сигурност и продужава рок трајања уз очување квалитета хране. | Енергетска неефикасност због заробљеног ваздуха и гаса, повећавајући оперативне трошкове. | Ултразвучно отпуштање гаса смањује компресибилност, минимизирајући губитке енергије и побољшавајући ефикасност ХЕ. |
Решење: Ултразвучна дегазација ХПП течности
Ултразвучно отплињавање нуди ефикасно решење за побољшање енергетске ефикасности обраде под високим притиском (ХПП) уклањањем заробљеног ваздуха и гаса из течних и течних прехрамбених производа који преносе притисак. Применом снажног ултразвука, ултразвучна кавитација промовише брзо спајање и ослобађање мехурића гаса, смањујући компресибилност и минимизирајући губитке енергије током компресије. Ова оптимизација не само да смањује оперативне трошкове већ и побољшава стабилност процеса, чинећи ХЕ одрживијим и ефикаснијим за очување хране.
Ултразвучна дегазација воде
Како ХПП ради
Обрада под високим притиском (ХПП) функционише тако што се прехрамбени производи, обично у флексибилној и водоотпорној амбалажи, излажу екстремно високим притисцима до 6.000 бара (600 МПа). Процес се одвија у посуди под високим притиском напуњеној водом и једноставан низ:
- Учитавање: Упаковани производи се стављају у пластичне корпе и транспортују у посуду високог притиска.
- Под притиском: Вода се пуни у посуду, која делује као медијум за пренос притиска. Систем се затим подиже под притиском до жељеног нивоа, који се обично одржава неколико минута.
- Изостатски ефекат: Притисак се примењује равномерно и тренутно на производ, без обзира на његову величину, облик или састав. Овај изостатски притисак инактивира микроорганизме који се преносе храном и ензиме за кварење без дробљења или деформисања производа.
- Спуштање притиска и пражњење: Из посуде се испушта притисак, вода се дренира, а третирани производи се транспортују, спремни за потрошњу или даљу обраду.
Обрада под високим притиском (ХПП)
© Балакрисхна ет ал., 2020
ХПП метода обезбеђује безбедност хране уз очување укуса, текстуре и садржаја хранљивих материја. Међутим, овај процес захтева значајан унос енергије, фактор на који утиче неколико оперативних неефикасности.
Изазови високе потрошње енергије у ХЕ
Један од основних недостатака ХЕ је висока потрошња енергије. Енергетски интензивна природа процеса произилази из:
- Под притиском воде (течност за спајање): Вода која се користи за пренос изостатског притиска захтева значајну енергију за компресију и одржавање циљног притиска.
- Ваздух и гас заробљени у течности спојнице: Ваздушни мехурићи у води смањују ефикасност преноса притиска, повећавајући потребе за енергијом. Ови мехурићи се сабијају током притиска, апсорбујући енергију која би иначе могла да се користи за третирање прехрамбеног производа.
- Гас у упакованим производима: Ваздух или гас заробљени унутар упаковане хране (нпр. у конзервираним или получврстим производима) на сличан начин доприносе губитку енергије. Компресија унутрашњих гасних џепова захтева додатну енергију и може ометати уједначеност притиска.
- Губици топлотне енергије: Док се ХЕ сматра нетермалним процесом, део енергије се расипа као топлота услед компресије воде и трења опреме. Ово повећава оперативне трошкове и захтеве за хлађењем.
Ултразвучна проточна ћелија за дегасификацију течности и пастеризацију хране.
Утицаји заробљеног ваздуха и гаса на потрошњу енергије ХЕ
Присуство ваздуха и гаса значајно утиче на ефикасност ХЕ:
- Смањена ефикасност преноса притиска: Ваздух и гас се лакше сабијају од течности, што значи да је потребна додатна енергија да би се постигао исти притисак у посуди.
- Дуже време обраде: Заробљени ваздух и гас одлажу стабилизацију изостатског притиска, продужавајући трајање циклуса.
- Енергетски отпад: Џепови компримованог гаса ослобађају енергију након смањења притиска, која се не може повратити, што доприноси укупној неефикасности.
Ови ефекти су посебно изражени када се обрађују прехрамбени производи са природним високим садржајем ваздуха или паковања која задржавају гас из простора, као што су конзервирани или вакумирани производи.
Стратегије за решавање енергетских изазова у ХЕ
Напори за побољшање енергетске ефикасности ХЕ фокусирају се на смањење утицаја ваздуха и гаса унутар система:
Пре-третман – Ултразвучно дегазирање:
Примена ултразвука за уклањање раствореног ваздуха и гаса из спојне течности и прехрамбених производа може значајно смањити губитак енергије. Ултразвучна кавитација ефикасно омета мехуриће гаса, омогућавајући им да побегну пре притиска.
Поред тога, производи се могу стврднути након ултразвучне дегасификације под вакуумом, посебно конзервирани или запечаћени предмети.
Смањење раствореног кисеоника са временом користећи соникатор УП400СТ при амплитудама од 100 %, 80 %, 60 %, 40 % и 20 %.
Студија: ©Рогнеруд ет ал., 2020.
Соникација као алтернатива за одрживу ХЕ
Хибридни ХПП системи који комбинују ултразвук високих перформанси са благом топлотом (термосоникација) или са повишеним притиском и благом топлотом (манотермосоникација) обећавају алтернативне технике које обезбеђују поуздану хомогенизацију и пастеризацију у благим условима и уз ниску потрошњу енергије. Пошто је ултразвучна пастеризација инлине процес, чак и велике количине се могу обрадити уз високу исплативост.
Сазнајте више о Хиелсцхер соникаторима за инлине пастеризацију течне хране!
Док се ХЕ нашироко користи за прераду хране, њена енергетски интензивна природа, праћена неефикасношћу заробљеног ваздуха и гаса, представља критичан изазов. Интеграцијом стратегија као што је ултразвучно отплињавање, прехрамбена индустрија може побољшати одрживост и исплативост ХЕ.
Хиелсцхер Ултрасоницс је поуздан партнер за процесна решења у оптимизацији ХПП, који нуди напредну ултразвучну технологију за побољшање енергетске ефикасности и поузданости процеса. Поред тога, Хиелсцхер нуди иновативна решења за синергистичку пастеризацију хране уз помоћ ултразвука, обезбеђујући висококвалитетне и безбедне прехрамбене производе.
Литература / Референце
- 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.
Често постављана питања
Шта је дегазација течности које преносе притисак?
Дегазација је уклањање растворених и заробљених гасова из течности која се користи у обради под високим притиском (ХПП) ради побољшања енергетске ефикасности и стабилности процеса. Елиминацијом компресибилних гасова, отпуштање гаса смањује губитак притиска, побољшава уједначену дистрибуцију притиска и минимизира хабање узроковано кавитацијом у системима ХЕ.
Шта је третман ХПП за обраду високог притиска?
ХПП је нетермички метод конзервисања хране који примењује хидростатички притисак до 600 МПа да би инактивирао микроорганизме уз очување сензорних и нутритивних квалитета. Продужује рок трајања, осигурава сигурност хране и задржава биоактивна једињења без употребе топлоте, што га чини погодним за свежу и минимално обрађену храну.
Шта је проблем са коришћењем ХЕ за обраду високог притиска?
Примарни изазови ХЕ укључују високу потрошњу енергије, неефикасност процеса због заробљеног ваздуха у течностима које преносе притисак и високе трошкове опреме. Поред тога, иако ефикасан против већине вегетативних патогена, ХПП не инактивира споре бактерија без додатних препрека као што је благо загревање (термичка обрада под притиском, ПАТП).
Која је разлика између пастеризације и ХЕ?
Пастеризација је термички процес који инактивира микроорганизме путем топлоте (обично 60-85°Ц), потенцијално мењајући текстуру хране и нутритивни састав. ХПП је, насупрот томе, нетермална метода којом се постиже микробна инактивација притиском, чувајући оригинални укус, текстуру и хранљиве материје хране уз продужење рока трајања.
Хиелсцхер Ултрасоницс производи ултразвучне хомогенизаторе високих перформанси од лаб до индустријска величина.