ปรับปรุงประสิทธิภาพการใช้พลังงานของการประมวลผลแรงดันสูง
การแปรรูปด้วยแรงดันสูง (HPP) เป็นวิธีการเก็บรักษาอาหารแบบไม่ใช้ความร้อนที่รับประกันความปลอดภัยของจุลินทรีย์และยืดอายุการเก็บรักษาในขณะที่รักษาคุณภาพอาหาร แม้ว่าความไร้ประสิทธิภาพด้านพลังงานเนื่องจากอากาศและก๊าซที่ติดอยู่จะทําให้เกิดความท้าทายในการดําเนินงานสําหรับการดําเนินการอย่างยั่งยืน การขจัดแก๊สอัลตราโซนิกอาหารเหลวและของเหลวที่ส่งผ่านแรงดันช่วยลดการบีบอัดลดการสูญเสียพลังงานและปรับปรุงประสิทธิภาพโดยรวมของกระบวนการ HPP
การประมวลผลแรงดันสูง (HPP): ความท้าทายด้านประสิทธิภาพการใช้พลังงาน
การแปรรูปด้วยแรงดันสูง (HPP) เป็นหนึ่งในเทคนิคการถนอมอาหารแบบไม่ใช้ความร้อนชั้นนํา ซึ่งนําเสนอการผสมผสานระหว่างการยับยั้งการทํางานของจุลินทรีย์และการเก็บรักษาคุณภาพสําหรับผลิตภัณฑ์อาหารเหลวและของแข็ง เทคโนโลยี HPP ช่วยให้มั่นใจในอาหารและยืดอายุการเก็บรักษาโดยไม่กระทบต่อคุณสมบัติทางประสาทสัมผัสหรือโภชนาการของอาหาร ซึ่งสอดคล้องกับความต้องการของผู้บริโภคที่เพิ่มขึ้นสําหรับผลิตภัณฑ์แปรรูปน้อยที่สุด อย่างไรก็ตาม ความต้องการพลังงานของ HPP ก่อให้เกิดความท้าทายในการดําเนินงานที่สําคัญ โดยเฉพาะอย่างยิ่งเนื่องจากความไร้ประสิทธิภาพที่เกิดจากอากาศและก๊าซที่ติดอยู่ภายในกระบวนการ การจัดการกับความท้าทายเหล่านี้เป็นกุญแจสําคัญในการปลดล็อกศักยภาพสูงสุดในการผลิตอาหารที่ยั่งยืน
ภาพรวม: HPP และความท้าทายด้านพลังงาน
| คําจํากัดความของ HPP | ท้าทาย | สารละลาย |
|---|---|---|
| วิธีการถนอมอาหารแบบไม่ใช้ความร้อนที่รับประกันความปลอดภัยของจุลินทรีย์และยืดอายุการเก็บรักษาในขณะที่รักษาคุณภาพของอาหาร | ความไร้ประสิทธิภาพด้านพลังงานเนื่องจากอากาศและก๊าซที่ติดอยู่ทําให้ต้นทุนการดําเนินงานเพิ่มขึ้น | การขจัดแก๊สอัลตราโซนิกช่วยลดการบีบอัดลดการสูญเสียพลังงานและปรับปรุงประสิทธิภาพ HPP |
วิธีแก้ปัญหา: การแยกก๊าซอัลตราโซนิกของของเหลว HPP
การขจัดแก๊สด้วยอัลตราโซนิกเป็นโซลูชันที่มีประสิทธิภาพในการเพิ่มประสิทธิภาพการใช้พลังงานของการประมวลผลแรงดันสูง (HPP) โดยการกําจัดอากาศและก๊าซที่ติดอยู่ออกจากผลิตภัณฑ์อาหารเหลวและของเหลวที่ส่งผ่านแรงดัน ด้วยการใช้อัลตราซาวนด์พลังงานโพรงอากาศอัลตราโซนิกจะส่งเสริมการรวมตัวอย่างรวดเร็วและการปล่อยฟองอากาศลดการบีบอัดและลดการสูญเสียพลังงานระหว่างการบีบอัด การเพิ่มประสิทธิภาพนี้ไม่เพียงแต่ช่วยลดต้นทุนการดําเนินงาน แต่ยังช่วยเพิ่มเสถียรภาพของกระบวนการ ทําให้ HPP มีความยั่งยืนและมีประสิทธิภาพมากขึ้นสําหรับการถนอมอาหาร
อัลตราโซนิก Degassing ของน้ํา
HPP ทํางานอย่างไร
การประมวลผลด้วยแรงดันสูง (HPP) ทํางานโดยให้ผลิตภัณฑ์อาหาร ซึ่งโดยทั่วไปจะอยู่ในบรรจุภัณฑ์ที่ยืดหยุ่นและกันน้ํา ให้มีแรงดันสูงมากถึง 6,000 บาร์ (600 MPa) กระบวนการนี้เกิดขึ้นในภาชนะแรงดันสูงที่เติมน้ําและลําดับที่ตรงไปตรงมา:
- การโหลด: ผลิตภัณฑ์ที่บรรจุหีบห่อจะถูกใส่ลงในตะกร้าพลาสติกและลําเลียงเข้าไปในภาชนะรับความดันสูง
- แรงดัน: เติมน้ําลงในภาชนะทําหน้าที่เป็นตัวกลางส่งแรงดัน จากนั้นระบบจะถูกแรงดันให้อยู่ในระดับที่ต้องการ ซึ่งโดยทั่วไปจะคงไว้สองสามนาที
- เอฟเฟกต์ไอโซสแตติก: แรงกดจะถูกนําไปใช้อย่างสม่ําเสมอและทันทีทั่วทั้งผลิตภัณฑ์ โดยไม่คํานึงถึงขนาด รูปร่าง หรือองค์ประกอบ ความดันไอโซสแตติกนี้ยับยั้งจุลินทรีย์ที่เกิดจากอาหารและเอนไซม์ที่เน่าเสียโดยไม่บดหรือทําให้ผลิตภัณฑ์เสียรูปทรง
- การลดแรงดันและการขนถ่าย: ภาชนะถูกลดแรงดันน้ําจะถูกระบายออกและผลิตภัณฑ์ที่ผ่านการบําบัดจะถูกลําเลียงออกไปพร้อมสําหรับการบริโภคหรือการแปรรูปต่อไป
การประมวลผลแรงดันสูง (HPP)
© Balakrishna และคณะ, 2020
วิธี HPP ช่วยให้มั่นใจได้ถึงความปลอดภัยของอาหารในขณะที่ยังคงรสชาติ เนื้อสัมผัส และปริมาณสารอาหาร อย่างไรก็ตาม กระบวนการนี้ต้องการการป้อนพลังงานจํานวนมาก ซึ่งเป็นปัจจัยที่ได้รับอิทธิพลจากความไร้ประสิทธิภาพในการปฏิบัติงานหลายประการ
ความท้าทายของการใช้พลังงานสูงใน HPP
ข้อเสียเปรียบหลักประการหนึ่งของ HPP คือการใช้พลังงานสูง ลักษณะการใช้พลังงานมากของกระบวนการนี้เกิดขึ้นจาก:
- แรงดันน้ํา (ของเหลวข้อต่อ): น้ําที่ใช้ในการส่งความดันไอโซสแตติกต้องใช้พลังงานจํานวนมากในการบีบอัดและรักษาความดันเป้าหมาย
- อากาศและก๊าซที่ติดอยู่ในของเหลวข้อต่อ: ฟองอากาศภายในน้ําช่วยลดประสิทธิภาพการส่งผ่านแรงดัน ฟองอากาศเหล่านี้บีบอัดระหว่างแรงดันดูดซับพลังงานที่สามารถใช้ในการรักษาผลิตภัณฑ์อาหารได้
- ก๊าซในผลิตภัณฑ์บรรจุหีบห่อ: อากาศหรือก๊าซที่ติดอยู่ในอาหารบรรจุหีบห่อ (เช่น ในผลิตภัณฑ์กระป๋องหรือกึ่งของแข็ง) มีส่วนทําให้เกิดการสูญเสียพลังงานในทํานองเดียวกัน การบีบอัดช่องแก๊สภายในต้องใช้พลังงานเพิ่มเติมและอาจรบกวนความสม่ําเสมอของแรงดัน
- การสูญเสียพลังงานความร้อน: แม้ว่า HPP จะถือเป็นกระบวนการที่ไม่ใช่ความร้อน แต่พลังงานบางส่วนจะกระจายไปเป็นความร้อนเนื่องจากการบีบอัดของน้ําและแรงเสียดทานของอุปกรณ์ สิ่งนี้จะเพิ่มต้นทุนการดําเนินงานและความต้องการในการทําความเย็น
เซลล์การไหลอัลตราโซนิกสําหรับการแยกก๊าซของของเหลวและการพาสเจอร์ไรส์ของอาหาร
ผลกระทบของอากาศและก๊าซที่ติดอยู่ต่อความต้องการพลังงาน HPP
การมีอากาศและก๊าซส่งผลกระทบอย่างมากต่อประสิทธิภาพของ HPP:
- ประสิทธิภาพการส่งแรงดันที่ลดลง: อากาศและก๊าซบีบอัดได้ง่ายกว่าของเหลว ซึ่งหมายความว่าต้องใช้พลังงานเพิ่มเติมเพื่อให้ได้แรงดันเท่ากันภายในภาชนะ
- เวลาดําเนินการนานขึ้น: อากาศและก๊าซที่ติดอยู่ทําให้เสถียรภาพของความดันไอโซสแตติกล่าช้า
- การสิ้นเปลืองพลังงาน: ช่องก๊าซอัดจะปล่อยพลังงานเมื่อลดแรงดัน ซึ่งไม่สามารถกู้คืนได้ ซึ่งส่งผลให้โดยรวมไร้ประสิทธิภาพ
ผลกระทบเหล่านี้เด่นชัดเป็นพิเศษเมื่อแปรรูปผลิตภัณฑ์อาหารที่มีปริมาณอากาศสูงตามธรรมชาติหรือบรรจุภัณฑ์ที่ดักจับก๊าซ headspace เช่น สินค้ากระป๋องหรือบรรจุสุญญากาศ
กลยุทธ์ในการจัดการกับความท้าทายด้านพลังงานใน HPP
ความพยายามในการปรับปรุงประสิทธิภาพการใช้พลังงานของ HPP มุ่งเน้นไปที่การลดอิทธิพลของอากาศและก๊าซภายในระบบ:
ก่อนการรักษา – การขจัดแก๊สอัลตราโซนิก:
การใช้อัลตราซาวนด์เพื่อกําจัดอากาศและก๊าซที่ละลายออกจากของเหลวและผลิตภัณฑ์อาหารสามารถลดการสิ้นเปลืองพลังงานได้อย่างมาก โพรงอากาศอัลตราโซนิกช่วยรบกวนฟองก๊าซได้อย่างมีประสิทธิภาพทําให้สามารถหลบหนีได้ก่อนที่จะมีแรงดัน
นอกจากนี้ผลิตภัณฑ์สามารถตั้งค่าได้หลังจากการแยกก๊าซด้วยอัลตราโซนิกภายใต้สุญญากาศโดยเฉพาะสิ่งของกระป๋องหรือปิดผนึก
การลดลงของออกซิเจนละลายน้ําตามกาลเวลา การใช้ sonicator UP400ST ที่แอมพลิจูด 100 %, 80 %, 60 %, 40% และ 20 %.
การศึกษา: ©Rognerud et al., 2020.
Sonication เป็นทางเลือกสําหรับ HPP ที่ยั่งยืน
ระบบ HPP แบบไฮบริดที่รวมอัลตราซาวนด์ประสิทธิภาพสูงเข้ากับความร้อนอ่อน (เทอร์โมโซนิเคชั่น) หรือด้วยแรงดันสูงและความร้อนอ่อน (manothermosonication) เป็นเทคนิคทางเลือกที่มีแนวโน้มว่าจะให้การทําให้เป็นเนื้อเดียวกันและการพาสเจอร์ไรส์ที่เชื่อถือได้ภายใต้สภาวะที่ไม่รุนแรงและใช้พลังงานต่ํา เนื่องจากการพาสเจอร์ไรส์แบบอัลตราโซนิกเป็นกระบวนการแบบอินไลน์ แม้แต่ปริมาณมากก็สามารถประมวลผลได้อย่างคุ้มค่า
เรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับเครื่องสะท้อนเสียง Hielscher สําหรับการพาสเจอร์ไรส์แบบอินไลน์ของอาหารเหลว!
แม้ว่า HPP จะใช้กันอย่างแพร่หลายสําหรับการแปรรูปอาหาร แต่ลักษณะที่ใช้พลังงานมาก ประกอบกับความไร้ประสิทธิภาพจากอากาศและก๊าซที่ติดอยู่ ด้วยการบูรณาการกลยุทธ์ต่างๆ เช่น การขจัดแก๊สด้วยอัลตราโซนิก อุตสาหกรรมอาหารสามารถเพิ่มความยั่งยืนและความคุ้มค่าของ HPP
Hielscher Ultrasonics เป็นพันธมิตรที่เชื่อถือได้สําหรับโซลูชันกระบวนการในการเพิ่มประสิทธิภาพ HPP นําเสนอเทคโนโลยีอัลตราโซนิกขั้นสูงเพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพการใช้พลังงานและความน่าเชื่อถือของกระบวนการ นอกจากนี้ Hielscher ยังนําเสนอโซลูชั่นที่เป็นนวัตกรรมใหม่สําหรับการพาสเจอร์ไรส์อาหารด้วยอัลตราซาวนด์เสริมฤทธิ์กัน เพื่อให้มั่นใจว่าผลิตภัณฑ์อาหารคุณภาพสูงและปลอดภัย
วรรณกรรม / อ้างอิง
- 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.
คําถามที่พบบ่อย
การไล่แก๊สของของเหลวส่งแรงดันคืออะไร?
การขจัดแก๊สคือการกําจัดก๊าซที่ละลายน้ําและติดอยู่ออกจากของเหลวที่ใช้ในการประมวลผลแรงดันสูง (HPP) เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพการใช้พลังงานและความเสถียรของกระบวนการ การกําจัดก๊าซที่บีบอัดได้ทําให้การขจัดแก๊สช่วยลดการสูญเสียแรงดันช่วยเพิ่มการกระจายแรงดันที่สม่ําเสมอและลดการสึกหรอที่เกี่ยวข้องกับโพรงอากาศในระบบ HPP
การรักษา HPP การประมวลผลแรงดันสูงคืออะไร?
HPP เป็นวิธีการถนอมอาหารแบบไม่ใช้ความร้อนที่ใช้แรงดันอุทกสถิตสูงถึง 600 MPa เพื่อยับยั้งจุลินทรีย์ในขณะที่รักษาคุณภาพทางประสาทสัมผัสและโภชนาการ ช่วยยืดอายุการเก็บรักษา มั่นใจในความปลอดภัยของอาหาร และกักเก็บสารออกฤทธิ์ทางชีวภาพโดยไม่ต้องใช้ความร้อน จึงเหมาะสําหรับอาหารสดและแปรรูปน้อยที่สุด
ปัญหาของการใช้ HPP การประมวลผลแรงดันสูงคืออะไร?
ความท้าทายหลักของ HPP ได้แก่ การใช้พลังงานสูง ความไร้ประสิทธิภาพของกระบวนการเนื่องจากอากาศที่กักขังอยู่ในของเหลวที่ส่งแรงดัน และต้นทุนอุปกรณ์ที่สูง นอกจากนี้ แม้ว่าจะมีประสิทธิภาพในการต่อต้านเชื้อโรคส่วนใหญ่ แต่ HPP ก็ไม่ยับยั้งสปอร์ของแบคทีเรียโดยไม่มีอุปสรรคเพิ่มเติม เช่น การให้ความร้อนเล็กน้อย (การแปรรูปด้วยความร้อนด้วยแรงดัน, PATP)
อะไรคือความแตกต่างระหว่างพาสเจอร์ไรส์และ HPP?
การพาสเจอร์ไรส์เป็นกระบวนการทางความร้อนที่ยับยั้งจุลินทรีย์ผ่านความร้อน (โดยทั่วไป 60–85°C) ซึ่งอาจเปลี่ยนแปลงเนื้อสัมผัสของอาหารและองค์ประกอบทางโภชนาการ ในทางตรงกันข้าม HPP เป็นวิธีที่ไม่ระบายความร้อนซึ่งบรรลุการยับยั้งจุลินทรีย์ผ่านแรงกดรักษารสชาติเนื้อสัมผัสและสารอาหารดั้งเดิมของอาหารในขณะที่ยืดอายุการเก็บรักษา
Hielscher Ultrasonics ผลิตโฮโมจีไนเซอร์อัลตราโซนิกประสิทธิภาพสูงจาก ห้องทดลอง ถึง ขนาดอุตสาหกรรม