Toidu ultraheli töötlemise tehnoloogia
Tarbijate nõudluse kasvu ning toidu- ja keskkonnaalaste eeskirjade karmistamise tõttu on traditsioonilised toiduainete töötlemise tehnoloogiad kaotanud oma parima tulemuse, mille tulemuseks on esilekerkivad tehnoloogiad. Ultraheli on kiire, mitmeotstarbeline, arenev ja paljulubav roheline mittepurustav tehnoloogia, mida on toiduainetööstuses viimastel aastatel kasutatud. Ultraheli kasutatakse toidutehnoloogia erinevates valdkondades, näiteks kristallimine, külmutamine, pleegitamine, degaseerimine, ekstraheerimine, kuivatamine, filtreerimine, emulgeerimine, steriliseerimine, lõikamine jne. Tõhusa säilitamisvahendina on ultraheli laialdaselt kasutatud toiduainetööstuses nagu nagu puu- ja köögiviljad, teraviljad, mesi, geelid, valgud, ensüümid, mikroobide inaktiveerimine, teravilja-, veepuhastus- ja piimatehnoloogia. . . .
Sissejuhatus
Aastate jooksul on toiduainetööstuse minimaalne nõudlus töödeldud toidu järele viinud töötlemismeetodite oluliste muutusteni, sest kriitilistes tingimustes vähendavad mõned töötlemistehnoloogiad nende toiteväärtust ja biosaadavust, kutsudes esile füüsikalisi ja keemilisi muutusi, vähendades seeläbi sensoorset aktsepteerimist. Seetõttu on toiduainetööstus toitumisalaste, mittetoituvate (bioloogilise aktiivsuse) ja meeleliste omaduste säilitamiseks välja töötanud nende tehnoloogiate asendamiseks uuemad õrnad töötlemismeetodid. Ultrahelimeetod on üks kiiresti arenevaid tehnoloogiaid, mille eesmärk on vähendada töötlemist, parandada kvaliteeti ja tagada toiduohutus. Ultrahelitehnoloogia kui toiduainetööstuse peamine uurimis- ja arendustegevuse valdkond põhineb mehaanilistel lainetel, mille sagedus ületab inimese kuulmispiiri (GG gt; 16khz), mille võib jagada kaheks sagedusvahemikuks: madala energiaga ja kõrge energia. Madala energiaga (väikese võimsusega, väikese intensiivsusega) ultraheli on kõrgem kui 100 kHz sagedustel alla 1 Wcm − 2 ja suure energiaga (suure võimsusega, kõrge intensiivsusega) ultraheli sagedustel vahemikus 20 kuni 500 kHz Kõrgem kui 1 Wcm − 2.
Ultrahelitehnikas tavaliselt kasutatav tüüpiline sagedusvahemik on vahemikus 20 kHz kuni 60 kHz. Analüütilise tehnikana kasutatakse kõrgsageduslikku ultraheli, et saada teavet toidu füüsikaliste ja keemiliste omaduste kohta, nagu happesus, kõvadus, suhkrusisaldus ja küpsus. Madalsageduslik ultraheli muudab toidu füüsikalisi ja keemilisi omadusi, tekitades levitatavas keskkonnas rõhu, nihke ja temperatuuri erinevuse ning tekitades vakuoole, inaktiveerides seeläbi toidus olevaid mikroorganisme. Ultraheliravi sobib värskete köögiviljade ja puuviljade kvaliteedikontrolliks enne ja pärast saagikoristust, juustu töötlemise, kaubandusliku toiduõli, leiva ja teraviljasaaduste, lahtiste ja emulgeeritud rasvade, toidugeelide, gaseeritud ja külmutatud toitude töötlemiseks. Muud rakendused hõlmavad mee võltsimise tuvastamist ja liitmise staatuse, suuruse ja valgu tüübi hindamist. Madalsagedusliku ultraheli ja ka tuumamagnetresonantsi (NMR) sagedusala ja spekter on praegu kõige populaarsemad, praktilisemad ja laialdasemalt kasutatavad mittepurustavad analüüsimeetodid. Aastate jooksul on madala sagedusega ultraheli edukalt kasutatud vedelate toitude füüsikalis-keemiliste ja struktuuriliste omaduste uurimiseks.
Mehhanism
Ultraheli lainete kasutamine vedelates süsteemides võib põhjustada akustilist kavitatsiooni, see tähendab mullide teket, kasvu ja lõpuks purunemist. Ultraheli lainete levimisel mullid võnkuvad ja lõhkevad, tekitades termilisi, mehaanilisi ja keemilisi mõjusid. Mehaanilised mõjud hõlmavad varisemisrõhku, turbulentsi ja nihkepinget, samas kui keemilistel mõjudel pole midagi pistmist vabade radikaalide tekkimisega. Kavitatsioonitsoon tekitab äärmiselt kõrge temperatuuri (5000 K) ja rõhu (1000 atm). Sõltuvalt ultraheli sagedusest võib kohapeal tekkiv vahelduv positiivne ja negatiivne rõhk põhjustada materjali laienemise või kokkusurumise, mis viib rakkude purunemiseni. Ultraheli abil saab hüdrolüüsida võnkuvates mullides olevat vett, moodustades H + ja OH-vabad radikaalid. Neid vabu radikaale saab teatud keemilistes reaktsioonides haarata. Näiteks võivad vabad radikaalid olla seotud ensüümide struktuurse stabiliseerimise, substraadiga seondumise või katalüütilise funktsiooniga. Aminohape puhastatakse. Homogeenne vedelik surub selle ultraheli murdefekti märkimisväärselt alla.
Ultraheliravi käigus tekkinud mullid saab nende struktuuri järgi jagada kahte kategooriasse:
Tasakaalu suurusega suure mittelineaarse mullipilve moodustumist survetsükli ajal nimetatakse stabiilseks kavitatsioonimulliks.
Ebastabiilset, kiiret kokkuvarisemist ja lagunemist väiksemateks mullideks nimetatakse sisemisteks (mööduvateks) kavitatsioonimullideks.
Need väikesed mullid lahustuvad kiiresti, kuid mulli venitusprotsessi käigus on massiülekande piirikiht õhem ja mulli purunemisel on liidese pindala suurem kui liidese pind. See tähendab, et venitusetapi ajal mullisse sisenev õhk on suurem kui lõhkemisjärgus välja voolav õhk. palju.
rakendus
Praegu on ultrahelitehnoloogiat laialdaselt kasutatud peaaegu kõigis valdkondades, nagu meditsiiniline skaneeriv ultraheliravi, mineraalide töötlemine, nanotehnoloogia, toidu- ja joogitehnoloogia, mittepurustavad katsetused, tööstuslikud keevitused, pindade puhastamine, keskkonna puhastamine jne. kasutatakse toiduainetööstuses palju. s mure. Ultraheli kui mittetundlikku tehnoloogiat kasutatakse laialdaselt kuumustundlikes toitudes, kuna see säilitab sensoorsed, toitumisalased ja funktsionaalsed omadused, parandades samal ajal säilivusaega, mikroobide ohutust ja eemaldades bakterite biofilme. Viimase paarikümne aasta jooksul on ultraheli rakendamine töötlemisel ja testimisel optimeeritud, seetõttu on ultraheli rakendamine emulgeerimisel, vahu puhastamisel, saastest puhastamisel, ekstraheerimisel, reovee puhastamisel, ekstrusioonil ja liha pehmendamisel turustatud. Lisaks on eeltöötlusprotsesside, nagu degaseerimine, kristallimine, sadestamine, leostamine, puhastamine, ekstraheerimine, seedeproovi ettevalmistamine ning toiduvalkude ja toidu funktsionaalsete omaduste muutmine, laialdaselt kasutatud ultraheli kiirgust, madalsageduslikku energiaallikat. rasvatoodete struktuurilised omadused (akustiline kristallumine) ja soodustavad bioloogiliselt aktiivsete koostisosade ekstraheerimist. Ultraheli headeks mõjudeks toiduainete töötlemisel on toidu säilitamise parandamine, kuumtöötluse abistamine, massiülekande parandamine ning toidu struktuuri ja analüüsi muutmine. Ultraheli elektroonika / muundurite disaini tänapäevase arenguga arenevad edasi uued ultrahelipõhised kontrollsüsteemid ja ultraheli abil abistatavad kontrollsüsteemid ning ka ultrahelitehnoloogiat on palju arendatud.
