Ultrazvuková technologie zpracování potravin

aplikace

Se zvyšující se poptávkou spotřebitelů a zpřísněním předpisů v oblasti potravin a životního prostředí ztratily tradiční technologie zpracování potravin svůj nejlepší výkon, což mělo za následek vynikající nové technologie. Ultrazvuk je rychlá, víceúčelová, rozvíjející se a slibná zelená nedestruktivní technologie používaná v potravinářském průmyslu v posledních letech. Ultrazvuk se používá v různých oblastech potravinářské technologie, jako je krystalizace, zmrazování, bělení, odplyňování, extrakce, sušení, filtrace, emulgace, sterilizace, řezání atd. Jako účinný konzervační nástroj je ultrazvuk široce používán v oblastech zpracování potravin, jako je jako ovoce a zelenina, obiloviny, med, gely, bílkoviny, enzymy, mikrobiální inaktivace, technologie obilovin, úprava vody a technologie mléka.

Úvod

V průběhu let vedla minimální poptávka potravinářského průmyslu po zpracovaných potravinách k zásadním změnám v metodách zpracování, protože za kritických podmínek některé technologie zpracování snižují jejich nutriční hladinu a biologickou dostupnost vyvoláním fyzikálních a chemických změn, čímž snižují smyslové přijetí sexu. Z důvodu zachování výživových, nevýživných (biologická aktivita) a senzorických vlastností proto potravinářský průmysl navrhl nové šetrné metody zpracování, které nahradí tyto technologie. Ultrazvuková metoda je jednou z rychle se rozvíjejících technologií zaměřených na snížení zpracování, zlepšení kvality a zajištění bezpečnosti potravin. Ultrazvuková technologie, jako klíčová oblast výzkumu a vývoje v potravinářském průmyslu, je založena na mechanických vlnách s frekvencí vyšší než je limit lidského sluchu (GG gt; 16khz), které lze rozdělit do dvou frekvenčních rozsahů: nízkoenergetický a vysoká energie. Ultrazvuk s nízkou energií (s nízkou spotřebou a nízkou intenzitou) je vyšší než 100 kHz při frekvencích pod 1 Wcm − 2 a vysokoenergetický (s vysokou spotřebou a vysokou intenzitou) ultrazvuk při frekvencích mezi 20 a 500 kHz vyšší než 1 Wcm − 2.

Reprezentativní rozsah frekvencí běžně používaných v ultrazvukové technologii je mezi 20 kHz a 60 kHz. Jako analytická technika se vysokofrekvenční ultrazvuk používá k získání informací o fyzikálních a chemických vlastnostech potravin, jako je kyselost, tvrdost, obsah cukru a zralost. Nízkofrekvenční ultrazvuk mění fyzikální a chemické vlastnosti potravin vyvoláním tlaku, střihu a teplotního rozdílu v médiu, které se šíří, a produkuje vakuoly, čímž inaktivuje mikroorganismy v potravinách. Ultrazvukové ošetření je vhodné pro kontrolu kvality čerstvé zeleniny a ovoce před sklizní a po sklizni, zpracování sýrů, komerčních jedlých olejů, chlebových a obilných výrobků, sypkých a emulgovaných tukových potravin, potravinářských gelů, provzdušňovaných potravin a mražených potravin. Mezi další aplikace patří detekce falšování a stavu agregace medu, hodnocení velikosti a typu proteinu. Frekvenční rozsah a spektrum nízkofrekvenčního ultrazvuku, stejně jako nukleární magnetická rezonance (NMR), jsou v současné době nejoblíbenější, nejpraktičtější a nejpoužívanější metody nedestruktivní analýzy. V průběhu let se nízkofrekvenční ultrazvuk úspěšně používal ke studiu fyzikálně-chemických a strukturních vlastností tekutých potravin.

Mechanismus

Aplikace ultrazvukových vln v kapalných systémech může způsobit akustickou kavitaci, tj. Generování, růst a případné prasknutí bublin. Když se ultrazvukové vlny šíří, bubliny oscilují a praskají a vytvářejí tepelné, mechanické a chemické účinky. Mechanické účinky zahrnují kolapsový tlak, turbulence a smykové napětí, zatímco chemické účinky nemají nic společného s tvorbou volných radikálů. Kavitační zóna generuje extrémně vysokou teplotu (5 000 K) a tlak (1 000 atm). V závislosti na frekvenci ultrazvuku může střídavý přetlak a podtlak vytvářený lokálně způsobit expanzi nebo kompresi materiálu, což vede k prasknutí buňky. Ultrazvuk může hydrolyzovat vodu v oscilačních bublinách za vzniku radikálů neobsahujících H + a OH. Tyto volné radikály mohou být zachyceny při určitých chemických reakcích. Například volné radikály mohou být zapojeny do strukturní stabilizace, vázání substrátu nebo katalytické funkce enzymů. Aminokyselina je vyčištěna. Tento ultrazvukový lámací účinek je homogenní kapalinou výrazně potlačen.

Bubliny generované během zpracování ultrazvukem lze rozdělit do dvou kategorií podle jejich struktury:

Vytvoření velkého nelineárního bublinového mraku s rovnovážnou velikostí během tlakového cyklu se nazývá stabilní kavitační bublina.

Nestabilní, rychlý kolaps a rozpad na menší bubliny se nazývají vnitřní (přechodné) kavitační bubliny.

Tyto malé bubliny se rychle rozpouštějí, ale během procesu roztahování bublin je mezní vrstva přenosu hmoty tenčí a oblast rozhraní je větší než oblast rozhraní, když bublina praskne. To znamená, že vzduch vstupující do bubliny během fáze roztahování je větší než vzduch proudící ven během fáze roztržení.