Gia nhiệt ohmic kết hợp siêu âm trong chế biến thực phẩm

Nhu cầu về các công nghệ xử lý nhẹ nhàng nhưng hiệu quả trong ngành thực phẩm ngày càng tăng, xuất phát từ yêu cầu cân bằng giữa an toàn vi sinh và việc bảo toàn chất lượng dinh dưỡng cũng như cảm quan. Các phương pháp xử lý nhiệt thông thường thường dựa vào sự truyền nhiệt từ bề mặt vào lõi, vốn chậm và dễ gây ra sự không đồng đều. Gia nhiệt ohmic, dựa trên việc chuyển đổi điện năng thành nhiệt trực tiếp bên trong nền thực phẩm, giải quyết thách thức này bằng cách gia nhiệt nhanh và trên toàn thể tích. Khi kết hợp với siêu âm, quá trình này được tăng cường hơn nữa: hiện tượng xâm thực do siêu âm thúc đẩy phá vỡ tế bào, đồng nhất hóa và truyền khối, nhờ đó khắc phục sự biến thiên độ dẫn điện vốn có thể tạo ra các kênh dẫn nhiệt cục bộ.

Gia nhiệt ohmic kết hợp siêu âm – Nhẹ nhàng nhưng rất hiệu quả

Chiết xuất bằng nhiệt ohmic kết hợp siêu âm kết hợp gia nhiệt đồng đều trên toàn thể tích với đồng nhất hóa cơ học bằng siêu âm để chế biến thực phẩm hiệu quả trong điều kiện tương đối nhẹ nhàng. Khác với gia nhiệt ohmic thông thường, vốn có thể tạo ra các kênh dẫn nhiệt cục bộ và gây phân hủy do nhiệt (tức là quá nhiệt), việc bổ sung siêu âm thúc đẩy hiện tượng xâm thực và các dòng chảy vi mô, giúp đồng nhất độ dẫn điện và phân bố nhiệt đều hơn. Sự hiệp đồng này cho phép chiết xuất nhanh với tải nhiệt hiệu dụng thấp hơn, bảo toàn các hợp chất nhạy nhiệt đồng thời giảm tổng nhu cầu năng lượng. Nhờ đó, gia nhiệt ohmic kết hợp siêu âm trở thành một phương pháp nhẹ nhàng nhưng mạnh mẽ để sản xuất các sản phẩm thực phẩm chất lượng cao.

Gia nhiệt ohmic kết hợp siêu âm – Nhiều ứng dụng trong chế biến thực phẩm

Gia nhiệt ohmic kết hợp siêu âm đã được nghiên cứu trong nhiều ứng dụng chế biến thực phẩm. Trong thanh trùng và tiệt trùng, kỹ thuật này đảm bảo bất hoạt vi sinh vật nhanh và đồng đều, đồng thời giữ được vitamin, hương vị và các đặc tính kết cấu. Trong các quá trình ổn định, chẳng hạn như bất hoạt enzyme hoặc khử nhiễm hạt giống, kỹ thuật này cho phép kiểm soát chính xác cường độ xử lý. Phương pháp này đặc biệt hứa hẹn trong chiết xuất – dù là tinh dầu, protein thực vật hay các hợp chất có hoạt tính sinh học – trong đó hiện tượng xâm thực do siêu âm đẩy nhanh sự giải phóng, còn gia nhiệt ohmic tạo điều kiện cho dung môi thâm nhập hiệu quả. Phương pháp này cũng đã được ứng dụng trong chế biến thực phẩm lỏng và bán rắn, bao gồm các sản phẩm sữa, thịt quả, nước ép và nhũ tương, những loại thực phẩm đòi hỏi gia nhiệt và trộn đồng đều.

 
Các ứng dụng chính của gia nhiệt ohmic kết hợp siêu âm trong ngành thực phẩm bao gồm:

1. Thanh trùng và tiệt trùng: bất hoạt vi sinh vật nhanh, đồng đều trong khi bảo toàn chất lượng cảm quan và dinh dưỡng.
2. Chiết xuất các hợp chất có hoạt tính sinh học và tinh dầu: hiện tượng xâm thực do siêu âm kết hợp với tạo lỗ màng bằng điện trong quá trình gia nhiệt ohmic đẩy nhanh sự giải phóng các hợp chất hóa thực vật, protein và lipid.
3. Chần rau quả: bất hoạt enzyme hiệu quả với mức tổn thất tối thiểu về màu sắc, hương vị hoặc vitamin.
4. Các quá trình tách nước và bay hơi: đẩy nhanh việc loại bỏ ẩm và tiết kiệm năng lượng trong các công đoạn sấy hoặc cô đặc.
5. Hỗ trợ lên men: gia nhiệt có kiểm soát và tăng cường truyền khối có thể cải thiện hiệu quả hoạt động của vi sinh vật và hiệu suất thu sản phẩm.
6. Gia nhiệt nói chung cho thực phẩm lỏng và bán rắn: phân bố nhiệt độ đồng nhất trong các sản phẩm sữa, nước ép, thực phẩm nghiền nhuyễn và nhũ tương, tránh các điểm nóng cục bộ.

Ưu điểm của gia nhiệt ohmic kết hợp siêu âm đối với ngành thực phẩm

Đối với ngành công nghiệp thực phẩm, gia nhiệt ohmic kết hợp siêu âm mang lại nhiều ưu điểm. Công nghệ này giảm thời gian xử lý và mức tiêu thụ năng lượng, gia nhiệt với độ đồng đều cao ngay cả trong các nền vật liệu không đồng nhất, đồng thời giảm thiểu sự phân hủy do nhiệt của các hợp chất nhạy nhiệt. Do cả nhiệt và các hiệu ứng siêu âm đều được tạo ra ngay bên trong thực phẩm, quy trình này loại bỏ nhu cầu sử dụng các bộ trao đổi nhiệt bên ngoài có kích thước lớn và giảm chi phí bảo trì. Quan trọng nhất, công nghệ này đáp ứng xu hướng ngày càng chú trọng các sản phẩm nhãn sạch và quy trình chế biến bền vững bằng cách giảm sự phụ thuộc vào các biện pháp xử lý khắc nghiệt hoặc phụ gia hóa học. Vì vậy, gia nhiệt ohmic kết hợp siêu âm nổi bật như một công cụ mạnh mẽ để đáp ứng nhu cầu trong tương lai về sản xuất thực phẩm an toàn, bổ dưỡng và có trách nhiệm với môi trường.
 

Các ưu điểm

1. Gia nhiệt đồng đều: Siêu âm chống lại sự hình thành các kênh nhiệt, bảo đảm phân bố nhiệt độ đồng đều trong thực phẩm không đồng nhất.
2. Xử lý nhanh: Tác động kết hợp của gia nhiệt ohmic và siêu âm rút ngắn thời gian thanh trùng, tiệt trùng và chiết xuất.
3. Hiệu quả năng lượng: Mức tiêu thụ năng lượng tổng thể thấp hơn so với các phương pháp xử lý nhiệt thông thường.
4. Bảo toàn chất dinh dưỡng và hương vị: Tải nhiệt nhẹ hơn giúp bảo toàn vitamin, chất chống oxy hóa và các hợp chất hương vị dễ bay hơi.
5. Tăng cường chiết xuất: Hiện tượng tạo lỗ màng bằng điện và xâm thực đẩy nhanh quá trình giải phóng các hợp chất có hoạt tính sinh học, tinh dầu và protein.
6. An toàn thực phẩm: Bất hoạt vi sinh vật và enzyme hiệu quả với mức suy giảm chất lượng tối thiểu.
7. Khả năng mở rộng quy mô và tính linh hoạt: Áp dụng được cho thực phẩm dạng lỏng và bán rắn.
8. Chế biến sạch: Không sử dụng dung môi, không sử dụng hóa chất và phù hợp với hoạt động sản xuất “nhãn sạch” bền vững.

Điện cực siêu âm giúp cải thiện gia nhiệt ohmic trong chế biến thực phẩm

Điện cực siêu âm Hielscher (sono-electrodes) mang lại lợi thế rõ rệt trong gia nhiệt ohmic vì tích hợp hai cơ chế bổ trợ trong cùng một hệ thống: cung cấp dòng điện và khuấy động bằng siêu âm. Trong khi điện cực cung cấp dòng điện xoay chiều cần thiết cho gia nhiệt Joule theo thể tích, dao động đồng thời của điện cực ở tần số 20 kHz tạo ra hiện tượng xâm thực, các dòng chảy vi mô và lực cắt giúp phá vỡ thành tế bào thực vật và đồng nhất hóa môi trường. Tác động kép này giảm thiểu sự hình thành các kênh nhiệt, bảo đảm độ dẫn điện đồng đều hơn và nhờ đó gia nhiệt đồng đều trong toàn bộ mẫu. Đồng thời, hiệu ứng chiết xuất bằng siêu âm đẩy nhanh quá trình truyền khối và thúc đẩy giải phóng các hợp chất nội bào, qua đó nâng cao hơn nữa hiệu suất thu hồi và chất lượng. Trong các ứng dụng thương mại, hệ thống điện cực Hielscher UIP2000hdT (2000 W trên mỗi điện cực) có độ bền vững cần thiết cho sản xuất công nghiệp liên tục, trong khi các hệ thống nhỏ hơn như UP100H (100 W) và VialTweeter đóng vai trò là những công cụ linh hoạt cho nghiên cứu ở quy mô phòng thí nghiệm và tối ưu hóa quy trình.

Bảng dưới đây cho biết năng lực xử lý gần đúng của các thiết bị siêu âm / điện cực siêu âm dùng cho gia nhiệt ohmic của chúng tôi:

Thiết kế, sản xuất và tư vấn – Chất lượng sản xuất tại Đức

Các thiết bị siêu âm Hielscher nổi tiếng với tiêu chuẩn chất lượng và thiết kế cao nhất. Độ bền và khả năng vận hành dễ dàng cho phép tích hợp thuận lợi các thiết bị siêu âm của chúng tôi vào các cơ sở công nghiệp. Các thiết bị siêu âm Hielscher dễ dàng đáp ứng các điều kiện khắc nghiệt và môi trường đòi hỏi cao.

Hielscher Ultrasonics là công ty được chứng nhận ISO và đặc biệt chú trọng đến các thiết bị siêu âm hiệu suất cao có công nghệ tiên tiến nhất và thân thiện với người dùng. Tất nhiên, các thiết bị siêu âm Hielscher tuân thủ tiêu chuẩn CE và đáp ứng các yêu cầu của UL, CSA và RoHs.