Ultrazvuková technológia spracovania potravín
žiadosť
S nárastom spotrebiteľského dopytu a sprísnením právnych predpisov v oblasti potravín a životného prostredia stratili tradičné technológie spracovania potravín najlepší výkon, čo malo za následok vynikajúce nové technológie. Ultrazvuk je rýchla, viacúčelová, objavujúca sa a sľubná zelená nedeštruktívna technológia používaná v potravinárskom priemysle v posledných rokoch. Ultrazvuk sa používa v rôznych oblastiach potravinárskej technológie, ako je kryštalizácia, mrazenie, bielenie, odplynenie, extrakcia, sušenie, filtrácia, emulgácia, sterilizácia, rezanie atď. Ako efektívny nástroj na konzerváciu sa ultrazvuk široko používa v potravinárskych odvetviach, ako je napr. ako ovocie a zelenina, obilniny, med, gély, bielkoviny, enzýmy, mikrobiálna inaktivácia, technológia obilnín, úprava vody a technológia mlieka.
Úvod
V priebehu rokov viedol minimálny dopyt potravinárskeho priemyslu k spracovaným potravinám k zásadným zmenám v metódach spracovania, pretože za kritických podmienok niektoré technológie spracovania znižujú svoju výživovú hladinu a biologickú dostupnosť vyvolaním fyzikálnych a chemických zmien, čím znižujú zmyslové vnímanie. Potravinársky priemysel preto za účelom zachovania výživových, nevýživných (biologická aktivita) a senzorických vlastností navrhol novšie metódy šetrného spracovania, ktoré nahradia tieto technológie. Ultrazvuková metóda je jednou z rýchlo sa rozvíjajúcich technológií zameraných 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 (GG gt; 16 kHz), ktoré možno rozdeliť do dvoch frekvenčných rozsahov: nízkoenergetické a vysokoenergetický. Nízkoenergetický (s nízkou spotrebou a nízkou intenzitou) ultrazvuk je vyšší ako 100 kHz pri frekvenciách pod 1 Wcm − 2 a vysokoenergetický (s vysokou spotrebou a vysokou intenzitou) ultrazvuk pri frekvenciách medzi 20 a 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 na získanie informácií o fyzikálnych a chemických vlastnostiach potravín, ako sú kyslosť, tvrdosť, obsah cukru a zrelosť, používa vysokofrekvenčný ultrazvuk. Nízkofrekvenčný ultrazvuk mení fyzikálne a chemické vlastnosti potravín indukovaním tlaku, šmyku a teplotných rozdielov v médiu, ktoré sa šíri, a produkuje vakuoly, čím inaktivuje mikroorganizmy v potravinách. Ultrazvukové ošetrenie je vhodné na kontrolu kvality čerstvej zeleniny a ovocia pred a po zbere, spracovanie syrov, komerčný jedlý olej, výrobky z chleba a obilnín, objemové a emulgované tučné jedlá, potravinové gély, sýtené potraviny a mrazené potraviny. Medzi ďalšie aplikácie patrí zisťovanie stavu falšovania a agregácie medu, hodnotenie veľkosti a typu proteínu. Frekvenčný rozsah a spektrum nízkofrekvenčného ultrazvuku, ako aj nukleárna magnetická rezonancia (NMR) sú v súčasnosti najpopulárnejšie, najpraktickejšie a najbežnejšie používané metódy nedeštruktívnej analýzy. V priebehu rokov sa nízkofrekvenčný ultrazvuk úspešne používal na štúdium fyzikálno-chemických a štrukturálnych vlastností tekutých potravín.
Mechanizmus
Aplikácia ultrazvukových vĺn v kvapalných systémoch môže spôsobiť akustickú kavitáciu, to znamená vznik, rast a prípadné prasknutie bublín. Keď sa ultrazvukové vlny šíria, bubliny kmitajú a praskajú, čo vyvoláva tepelné, mechanické a chemické účinky. Medzi mechanické účinky patrí kolapsový tlak, turbulencie a šmykové napätie, zatiaľ čo chemické účinky nemajú nič spoločné s tvorbou voľných radikálov. Kavitačná zóna generuje extrémne vysokú teplotu (5 000 K) a tlak (1 000 atm). V závislosti na frekvencii ultrazvuku môže striedavý pozitívny a negatívny tlak generovaný lokálne spôsobiť roztiahnutie alebo stlačenie materiálu, čo vedie k prasknutiu bunky. Ultrazvuk môže hydrolyzovať vodu v kmitajúcich bublinách za vzniku radikálov bez obsahu H + a OH. Tieto voľné radikály môžu byť zachytené pri určitých chemických reakciách. Napríklad voľné radikály môžu byť zapojené do štrukturálnej stabilizácie, väzby na substrát alebo do katalytickej funkcie enzýmov. Aminokyselina je vyčistená. Tento účinok lámania ultrazvukom je homogénnou kvapalinou výrazne potlačený.
Bubliny generované počas liečby ultrazvukom možno rozdeliť do dvoch kategórií podľa ich štruktúry:
Vytvorenie veľkého nelineárneho bublinového mraku s rovnovážnou veľkosťou počas tlakového cyklu sa nazýva stabilná kavitačná bublina.
Nestabilný, rýchly kolaps a rozpad na menšie bubliny sa nazývajú vnútorné (prechodné) kavitačné bubliny.
Tieto malé bubliny sa rýchlo rozpúšťajú, ale počas procesu naťahovania bublín je hraničná vrstva prenosu hmoty tenšia a oblasť rozhrania je pri prasknutí bubliny väčšia ako oblasť rozhrania. To znamená, že vzduch vstupujúci do bubliny počas fázy napínania je väčší ako vzduch prúdiaci von počas fázy prasknutia.
