Toidu ultraheli töötlemise tehnoloogia
rakendus
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 sensoorsete omaduste säilitamiseks välja töötanud uuemad õrnad töötlemismeetodid nende tehnoloogiate asendamiseks. 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. Mehaaniliste mõjude hulka kuuluvad varisemisrõhk, turbulents ja nihkepinge, samas kui keemilistel mõjudel pole vabade radikaalide tekkimisega mingit pistmist. 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 mullide lõhkemisel on liidese pindala suurem kui liidese pindala. See tähendab, et venitusetapi ajal mullisse sisenev õhk on suurem kui lõhkemisjärgus välja voolav õhk.
