Ultrazvuková technológia spracovania potravín
S nárastom dopytu spotrebiteľov a sprísnením potravinových a environmentálnych predpisov tradičné technológie spracovania potravín stratili svoj najlepší výkon, čo viedlo k vynikajúcim vznikajúcim technológiám. Ultrazvuk je rýchla, viacúčelová, vznikajúca a sľubná zelená nedeštruktívne technológia aplikovaná v potravinárskom priemysle v posledných rokoch. Ultrazvuk sa používa v rôznych oblastiach potravinárskej technológie, ako je kryštalizácia, zmrazenie, bielenie, odplynenie, extrakcia, sušenie, filtrácia, emulgácia, sterilizácia, rezanie atď. Ako účinný konzervačný nástroj sa ultrazvuk široko používa v oblastiach spracovania potravín, ako je ovocie a zelenina, obilniny, med, gély, bielkoviny, enzýmy, mikrobiálna inaktivácia, technológia obilnín, úprava vody a mliečna technológia. . .
Zavedenie
V priebehu rokov viedol minimálny dopyt potravinárskeho priemyslu po spracovaných potravinách k veľkým zmenám v metódach spracovania, pretože v kritických podmienkach niektoré spracovateľské technológie znižujú ich nutričné hladiny a biologickú dostupnosť vyvolaním fyzikálnych a chemických zmien, čím sa znižuje zmyslové prijatie sexu. Preto s cieľom zachovať nutričné, nenukritívne (biologické aktivity) a zmyslové vlastnosti potravinársky priemysel navrhol novšie metódy šetrného spracovania, ktoré by nahradili tieto technológie. Ultrazvuková metóda je jednou z rýchlo sa vyvíjajúcej technológie zameranej na zníženie spracovania, zlepšenie kvality a zaistenie bezpečnosti potravín. Ultrazvuková technológia, ako kľúčová oblasť výskumu a vývoja v potravinárskom priemysle, je založená na mechanických vlnách s frekvenciou vyššou ako je hranica ľudského sluchu (> 16khz), ktoré možno rozdeliť do dvoch frekvenčných rozsahov: nízka energia a vysoká energia. Nízkoenergeový ultrazvuk (nízky výkon, nízka intenzita) je vyšší ako 100 kHz pri frekvenciách pod 1 Wcm−2 a vysokoenergeový (vysokovýkonný, vysoko intenzívny) ultrazvuk pri frekvenciách od 20 do 500 kHz Vyšší ako 1 Wcm−2.
Reprezentatívny rozsah frekvencií bežne používaných v ultrazvukovej technológii je medzi 20 kHz a 60 kHz. Ako analytická technika sa vysokofrekvenčný ultrazvuk používa na získanie informácií o fyzikálnych a chemických vlastnostiach potravín, ako je kyslosť, tvrdosť, obsah cukru a zrelosť. Nízkofrekvenčný ultrazvuk mení fyzikálne a chemické vlastnosti potravín vyvolaním tlaku, strihu a teplotného rozdielu v médiu, ktoré šíri, a produkuje vakuoly, čím inaktivuje mikroorganizmy v potravinách. Ultrazvukové ošetrenie je vhodné pre kontrolu kvality čerstvej zeleniny a ovocia pred a po zbere, spracovanie spracovania syra, komerčný jedlý olej, chlieb a obilné výrobky, voľne ložené a emulgované tukové potraviny, potravinové gély, sýtené potraviny a mrazené potraviny. Medzi ďalšie aplikácie patrí detekcia dospelosti medu a stavu agregácie, hodnotenia veľkosti a typu bielkovín. Frekvenčný rozsah a spektrum nízkofrekvenčného ultrazvuku, ako aj nukleárna magnetická rezonancia (NMR), sú v súčasnosti najobľúbenejšie, praktické a široko používané nedeštruktívne analytické metódy. V priebehu rokov, nízkofrekvenčný ultrazvuk bol úspešne použitý na štúdium fyzikálno-chemických a štrukturálnych vlastností tekutých potravín.
mechanizmus
Aplikácia ultrazvukových vĺn v kvapalných systémoch môže spôsobiť akustickú kavitáciu, to znamená generovanie, rast a prípadné prasknutie bublín. Keď sa ultrazvukové vlny šíria, bubliny oscilujú a prasknú, čo vytvára tepelné, mechanické a chemické účinky. Mechanické účinky zahŕňajú tlak kolapsu, turbulencie a shear stres, zatiaľ čo chemické účinky nemajú nič spoločné s generovaním voľných radikálov. Kavitácia zóna generuje extrémne vysokú teplotu (5000 K) a tlak (1000 atm). V závislosti od frekvencie ultrazvuku môže striedavý pozitívny a podtlak generovaný lokálne spôsobiť rozšírenie alebo kompresiu materiálu, čo vedie k prasknutiu buniek. Ultrazvuk môže hydrolyzovať vodu v oscilulárne bubliny tvoriť H+ a OH-free radikály. Tieto voľné radikály môžu byť zachytené v určitých chemických reakciách. Napríklad voľné radikály sa môžu podieľať na štrukturálnej stabilizácii, väzbe substrátu alebo katalytickej funkcii enzýmov. Aminokyselina sa vyčistí. Tento ultrazvukový lámavý účinok je výrazne potlačený homogénnou kvapalinou.
Bubliny generované počas ultrazvukovej liečby možno rozdeliť do dvoch kategórií podľa ich štruktúry:
Tvorba veľkého nelinového bublinového oblaku s rovnovážnosťou počas tlakového cyklu sa nazýva stabilná kavitácia bublina.
Nestabilné, rýchly kolaps a rozpad do menších bublín sa nazývajú vnútorné (prechodné) kavitácie bubliny.
Tieto malé bubliny sa rozpúšťajú rýchlo, ale počas procesu naťahovania bublín je hraničná vrstva prenosu hmoty tenšia a oblasť rozhrania je väčšia ako oblasť rozhrania, keď bublina praskne. To znamená, že vzduch vstupujúci do bubliny počas fázy strečingu je väčší ako vzduch, ktorý prúdi počas fázy prasknutia. mnoho.
aplikácia
V súčasnosti je ultrazvuková technológia široko používaná takmer vo všetkých oblastiach, ako je lekárske skenovanie ultrazvukovej liečby, spracovanie minerálov, nanotechnológia, potravinárska a nápojová technológia, nedeštruktívne testovanie, priemyselné zváranie, čistenie povrchov, čistenie životného prostredia atď., a bola výrazne použitá v potravinárskom priemysle. obavy. Ultrazvuk, ako technológia, ktorá nie je citlivá na teplo, je široko používaný v potravinách citlivých na teplo, pretože si zachováva zmyslové, nutričné a funkčné vlastnosti a zároveň zlepšuje trvanlivosť, mikrobiálnu bezpečnosť a odbúrava bakteriálne biofilmy. V posledných desaťročiach bola optimalizovaná aplikácia ultrazvuku pri spracovaní a testovaní, takže aplikácia ultrazvuku pri emulgácii, ohováraní, dekontaminácii, extrakcii, čistení odpadových vôd, extrúzii a jemnosti mäsa bola komercializovaná. Okrem toho, ultrazvukové žiarenie, nízkofrekvenčný zdroj energie, bol široko používaný na zlepšenie procesov predúpravy, ako je odplynenie, kryštalizácia, zrážanie, lúhovanie, čistenie, extrakcia, príprava vzorky trávenia a zmena funkčných vlastností potravinárskych bielkovín a štrukturálnych vlastností tukových produktov (akustická kryštalizácia) a podporovať extrakciu biologicky aktívnych zložiek. Dobré účinky ultrazvuku pri spracovaní potravín zahŕňajú zlepšenie ochrany potravín, pomoc pri tepelnom ošetrení, zlepšenie prenosu hmoty a zmenu štruktúry a analýzy potravín. S moderným vývojom ultrazvukovej elektroniky / sondy dizajn, nové ultrazvukové-založené inšpekčné systémy a ultrazvukové-asistovanej inšpekčné systémy naďalej rozvíjať, a ultrazvuková technológia bola tiež značne vyvinutá.
