Покращена енергоефективність обробки під високим тиском
Обробка під високим тиском (HPP) — це нетермічний метод консервування харчових продуктів, який забезпечує мікробну безпеку та подовжує термін зберігання, зберігаючи якість харчових продуктів, хоча його енергетична неефективність через захоплення повітря та газу створює операційні проблеми для сталого впровадження. Ультразвукова дегазація рідини і рідких харчових продуктів, що передають тиск, знижує стисливість, мінімізуючи втрати енергії і підвищуючи загальну ефективність процесу ГЕС.
Обробка під високим тиском (HPP): проблеми енергоефективності
Обробка під високим тиском (HPP) є одним із провідних методів нетермічного консервування харчових продуктів, що пропонує комбінацію мікробної інактивації та збереження якості рідких і твердих харчових продуктів. Технологія HPP забезпечує безпеку харчових продуктів і подовжений термін зберігання без шкоди для сенсорних або поживних властивостей їжі, що відповідає зростаючій уподобаності споживачів до мінімально оброблених продуктів. Однак потреби ГЕС в енергії створюють значні експлуатаційні проблеми, особливо через неефективність, спричинену захопленням повітря та газу в процесі. Вирішення цих проблем є ключем до розкриття повного потенціалу для сталого виробництва продуктів харчування.
Огляд: ГЕС та її енергетичні виклики
| Визначення ГЕС | Проблеми | рішення |
|---|---|---|
| Нетермічний метод консервування харчових продуктів, який забезпечує мікробну безпеку та продовжує термін зберігання, зберігаючи якість їжі. | Енергетична неефективність через захоплення повітря та газу, що збільшує експлуатаційні витрати. | Ультразвукова дегазація знижує стисливість, мінімізуючи втрати енергії і підвищуючи ефективність ГЕС. |
Рішення: ультразвукова дегазація рідин ГЕС
Ультразвукова дегазація пропонує ефективне рішення для підвищення енергоефективності обробки під високим тиском (HPP) шляхом видалення захопленого повітря та газу як з рідини, що передає тиск, так і з рідких харчових продуктів. Застосовуючи енергетичний ультразвук, ультразвукова кавітація сприяє швидкому злиттю і виділенню бульбашок газу, зменшуючи стисливість і мінімізуючи втрати енергії при стисненні. Така оптимізація не тільки знижує експлуатаційні витрати, але й підвищує стабільність процесу, роблячи ГЕС більш стійкою та ефективною для збереження харчових продуктів.
Ультразвукова дегазація води
Як працює ГЕС
Обробка під високим тиском (HPP) працює шляхом піддання харчових продуктів, як правило, в гнучкій і водонепроникній упаковці, надзвичайно високому тиску до 6 000 бар (600 МПа). Процес відбувається в наповненій водою посудині високого тиску і має прямолінійну послідовність:
- Завантаження: Упакована продукція поміщається в пластикові кошики і транспортується в посудину високого тиску.
- Тиск: вода заливається в посудину, діючи як середовище, що передає тиск. Потім система нагнітається тиск до потрібного рівня, який зазвичай підтримується протягом декількох хвилин.
- Ізостатичний ефект: Тиск застосовується рівномірно та миттєво по всьому виробу, незалежно від його розміру, форми чи складу. Цей ізостатичний тиск інактивує харчові мікроорганізми та ферменти псування, не розчавлюючи та не деформуючи продукт.
- Розгерметизація та розвантаження: Посудина розгерметизується, вода зливається, а оброблена продукція вивозиться назовні, готова до вживання або подальшої переробки.
Обробка під високим тиском (HPP)
© Балакрішна та ін., 2020
Метод HPP забезпечує безпеку харчових продуктів, зберігаючи смак, текстуру та вміст поживних речовин. Однак цей процес вимагає значних витрат енергії, на що впливає ряд експлуатаційних неефективностей.
Проблеми високого енергоспоживання на ГЕС
Одним з основних недоліків ГЕС є її високе енергоспоживання. Енергоємний характер процесу виникає внаслідок:
- Тиск води (сполучна рідина): Вода, яка використовується для передачі ізостатичного тиску, вимагає значної енергії для стиснення та підтримки цільового тиску.
- Потрапили повітря і газ в рідину зчеплення: Бульбашки повітря у воді знижують ефективність передачі тиску, збільшуючи потреби в енергії. Ці бульбашки стискаються під час тиску, поглинаючи енергію, яка в іншому випадку могла б бути використана для обробки харчового продукту.
- Газ в упакованих продуктах: Повітря або газ, що потрапили в упаковані продукти (наприклад, у консервовані або напівтверді продукти), аналогічно сприяють втраті енергії. Стиснення внутрішніх газових кишень вимагає додаткової енергії і може перешкоджати рівномірності тиску.
- Втрати теплової енергії: Хоча ГЕС вважається нетепловим процесом, деяка кількість енергії розсіюється у вигляді тепла через стиснення води та тертя обладнання. Це збільшує експлуатаційні витрати та вимоги до охолодження.
Ультразвукова проточна комірка для дегазації рідин і пастеризації харчових продуктів.
Вплив захопленого повітря та газу на потребу в енергії ГЕС
Наявність повітря і газу істотно впливає на ефективність ГЕС:
- Ефективність передачі зниженого тиску: Повітря і газ стискаються легше, ніж рідини, тобто для досягнення однакового тиску в посудині потрібна додаткова енергія.
- Довший час обробки: Захоплені повітря і газ затримують стабілізацію ізостатичного тиску, збільшуючи тривалість циклу.
- Енергетичні відходи: Кишені стисненого газу вивільняють енергію під час розгерметизації, яку неможливо відновити, що сприяє загальній неефективності.
Ці ефекти особливо виражені при обробці харчових продуктів з природним високим вмістом повітря або упаковки, яка затримує газ у просторі, таких як консервовані або вакуумні продукти.
Стратегії вирішення енергетичних проблем на ГЕС
Зусилля з підвищення енергоефективності ГЕС зосереджені на зменшенні впливу повітря та газу в системі:
Попередня обробка – Ультразвукова дегазація:
Застосування ультразвуку для видалення розчиненого повітря і газу з з'єднувальної рідини і харчових продуктів дозволяє значно скоротити витрати енергії. Ультразвукова кавітація ефективно руйнує бульбашки газу, дозволяючи їм вийти до створення тиску.
Крім того, продукти можуть схоплюватися після ультразвукової дегазації під вакуумом, особливо консервовані або герметичні вироби.
Зменшення розчиненого кисню з часом Використання звукового апарату UP400ST при амплітудах 100 %, 80 %, 60 %, 40 % і 20 %.
Дослідження: ©Rognerud et al., 2020.
Ультразвуковий звук як альтернатива для сталого розвитку ГЕС
Гібридні системи ГЕС, що поєднують високопродуктивний ультразвук з помірним теплом (термозвук) або з підвищеним тиском і помірним теплом (термомозоніка), є перспективними альтернативними методами, які забезпечують надійну гомогенізацію і пастеризацію в м'яких умовах і при низькому споживанні енергії. Оскільки ультразвукова пастеризація є вбудованим процесом, навіть великі обсяги можна обробляти з високою економічною ефективністю.
Дізнайтеся більше про ультразвуки Hielscher для вбудованої пастеризації рідких продуктів!
Незважаючи на те, що ГЕС широко використовується для харчової промисловості, її енергоємний характер, що посилюється неефективністю від захоплення повітря та газу, становить критичну проблему. Інтегруючи такі стратегії, як ультразвукова дегазація, харчова промисловість може підвищити стійкість та економічну ефективність ГЕС.
Hielscher Ultrasonics є надійним партнером у сфері оптимізації процесів у сфері оптимізації ГЕС, пропонуючи передові ультразвукові технології для підвищення енергоефективності та надійності процесу. Крім того, Hielscher пропонує інноваційні рішення для синергетичної пастеризації харчових продуктів за допомогою ультразвуку, забезпечуючи високоякісні та безпечні харчові продукти.
Література / Список літератури
- 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.
Поширені запитання
Що таке дегазація рідин, що передають тиск?
Дегазація – це видалення розчинених і захоплених газів із рідини, що використовується в обробці під високим тиском (HPP) для підвищення енергоефективності та стабільності процесу. Завдяки усуненню стисливних газів дегазація зменшує втрати тиску, покращує рівномірний розподіл тиску та мінімізує знос, пов'язаний з кавітацією, у системах ГЕС.
Що таке обробка HPP обробкою під високим тиском?
ГЕС – це нетермічний метод консервування харчових продуктів, який застосовує гідростатичний тиск до 600 МПа для інактивації мікроорганізмів зі збереженням сенсорних та поживних якостей. Він продовжує термін зберігання, забезпечує безпеку харчових продуктів і зберігає біологічно активні сполуки без використання тепла, що робить його придатним для свіжих і мінімально оброблених продуктів.
У чому полягає проблема з використанням ГЕС для обробки високим тиском?
Основні проблеми ГЕС включають високе споживання енергії, неефективність процесу через потрапляння повітря в рідини, що передають тиск, і високі витрати на обладнання. Крім того, незважаючи на ефективність проти більшості вегетативних патогенів, HPP не інактивує спори бактерій без додаткових перешкод, таких як помірне нагрівання (термічна обробка за допомогою тиску, PATP).
У чому різниця між пастеризацією та ГЕС?
Пастеризація — це термічний процес, який інактивує мікроорганізми через нагрівання (зазвичай 60–85 °C), потенційно змінюючи текстуру їжі та поживний склад. HPP, навпаки, є нетермічним методом, який досягає мікробної інактивації за допомогою тиску, зберігаючи оригінальний смак, текстуру та поживні речовини їжі, продовжуючи термін зберігання.
Hielscher Ultrasonics виробляє високоефективні ультразвукові гомогенізатори з Лабораторії до промислові розміри.