Piimatööstusele rakendatav ultraheli tehnoloogia

Piimatööstusele rakendatav ultraheli tehnoloogia

Viimastel aastakümnetel on suurenenud alternatiivsed meetodid traditsioonilise toiduainete töötlemise parandamiseks. Lisaks on uute piimatoodete arendamine muutunud üha olulisemaks tarbijate suurenenud nõudluse tõttu maitsvate, tervislike ja minimaalselt töödeldud toodete järele. Ultraheli töötlemine või ultraheli töötlemine on toiduainetööstuses paljutõotav alternatiivne tehnoloogia, sest see võib parandada piima ja piimatoodete tehnilisi ja funktsionaalseid omadusi.

Ultraheli rakendamine tavapärasele piimatöötlemisele võib anda piimatööstusele märkimisväärset kasu, näiteks võimalikku kulude kokkuhoidu ja paremat toote jõudlust. Töötlemismeetodid paljudes piimatööstustes on viimastel aastatel ülimuslikud traditsiooniliste termilise töötlemise meetodite suhtes. Ultraheli tekitab füüsilisi jõude, nagu akustilised voolud, akustiline kiirgus, nihke, mikrojoad ja lööklained.

Tööpõhimõte

Kõrge intensiivsusega ultraheli on tunnustatud kui helilained, mis ületavad inimese kuulmise ulatust. Ultraheli sagedusvahemik on 20 kHz-10 MHz. Ultraheli lainete, vedeliku ja lahustunud gaasi koostoime põhjustab "kavitatsiooni", kui ultraheli lained läbivad vedelat keskkonda.

Ultraheli lainete toimel ühineb suur hulk vedelikus lahustunud mullid parandamise ja difusiooni tõttu. Mullid kasvavad jätkuvalt ja laienenud mullid võnkuvad ja kogevad ultraheli lainete toimel kõikumisi. Kui mullid jõuavad resonantsi suuruse vahemikku, mis sõltub ultraheli sagedusest, laienevad nad maksimaalselt ja lõhkevad vägivaldselt. See vägivaldne nähtus võib tekitada kõrge temperatuuri ja rõhu tingimusi kuni 10 000 K. Seda nähtust nimetatakse "silmapilkseks kavitatsiooniks". Hetkeline kavitatsioon võib lõpetada vedeliku emulgeerimise ja steriliseerimise.

Ultraheli emulgeerimine

Tänu ultraheli tehnoloogia arenenud iseloomule saab ultraheli tehnoloogiat kasutada suurepärase valikuna väiksemate tilkade suuruste tootmiseks, kitsa suurusega jaotus, etikett, millel on võime kasutada väikseimat emulgaatori sisu, suurenenud emulsiooni stabiilsus, lihtne toimimine ja puhastamine. Madala energiatarbimise tõttu on tootmiskulud madalad. Seetõttu on stabiilsete emulsioonide tekitamiseks laialdaselt kasutatud madala sagedusega ja suure võimsusega ultraheli. Mulli tekitatud lööklaine variseb kokku kahe lahutatud faasipiiri lähedal. Kergesti lahustuva vedeliku tulemuseks on kahe vedeliku tõhus segamine.

Ultraheli emulgeerimise protsess on jagatud kaheks sammuks. Esimene samm hõlmab hajutatud faasi tilkade plahvatamist pidevasse faasi, mille tulemuseks on väiksemate tilkade moodustumine mehaanilise vibratsiooni põhjustatud turbulentsi abil. Teine samm on algatada tilgatilkide ühendamine liidese ergastamise kaudu. Viimases tilga suuruse emulgeerimise protsessis on emulgaatorite vahelise konkurentsi tõttu saadud jaotus kaks vastupidist protsessi.

Ultraheli steriliseerimine

Piim on ideaalne keskkond mikroorganismide kasvuks, nii et mikroorganismide kvaliteet on piima ja piimatoodete jaoks väga oluline. Kuumtöötlemine on kõige levinum tava, mida kasutatakse mikroobide kasvu kontrollimiseks piimatööstuses. Siiski on muutunud erinevad füüsikalised ja keemilised, toitumis- ja sensoorsed omadused ning seetõttu on otsitud alternatiivseid meetodeid. Sellisel juhul saab ultrahelitöötlust steriliseerida, säilitades samal ajal piimatoodete värvi, maitse ja toitumise kõige rohkem.

Akustilise kavitatsiooni tekitatud antibakteriaalne toime ja bakteritsiidne toime tekib rakusisese kavitatsiooni teel, mis hävitab bakterite struktuuri ja funktsiooni kombinatsiooni ning lõpetab lõpuks mikroorganismide inaktiveerimise. Lisaks võivad ultraheli töötlemise rõhu ja temperatuuri kõikumised kahjustada raku seinu. Vabade radikaalide ja mikrofluidika moodustumine hävitab ja lahjendab rakumembraane ning hävitab mikroorganisme.

Summeeritud

Võrreldes teiste kujunemisjärgus tehnoloogiatega on ultraheli atraktiivsust töötlemistehnoloogiana peetud ohutuks. Viimase kümne aasta jooksul on see tehnoloogia kiiresti arenenud õrnaks mittetermiliseks töötlemisvahendiks, mis võib asendada või aidata paljusid tavapäraseid piimatöötlemisrakendusi, nagu mikroorganismide ja ensüümide inaktiveerimine, homogeniseerimine ja emulgeerimine, emulgeerimine, kristalliseerumine ja piimasüsteemi funktsionaalsed täiustused.