فناوری پردازش مواد غذایی اولتراسونیک
کاربرد
با افزایش تقاضای مصرف کننده و تشدید مقررات مربوط به مواد غذایی و زیست محیطی ، فناوری های سنتی پردازش مواد غذایی بهترین عملکرد خود را از دست داده و در نتیجه فناوری های برتر در حال ظهور هستند. سونوگرافی یک فناوری غیر مخرب سبز سریع ، چند منظوره ، نوظهور و امیدوار کننده است که در صنایع غذایی در سالهای اخیر استفاده شده است. سونوگرافی در زمینه های مختلف فناوری غذایی مانند تبلور ، یخ زدگی ، سفید سازی ، گاززدایی ، استخراج ، خشک کردن ، فیلتراسیون ، امولسیون ، عقیم سازی ، برش و غیره استفاده می شود. به عنوان میوه و سبزیجات ، غلات ، عسل ، ژل ها ، پروتئین ها ، آنزیم ها ، غیرفعال سازی میکروبی ، فناوری غلات ، تصفیه آب و فناوری شیر.
معرفی
طی سالها ، حداقل تقاضای صنایع غذایی برای غذاهای فرآوری شده منجر به تغییرات عمده ای در روشهای فرآوری شده است ، زیرا در شرایط بحرانی ، برخی از فن آوری های فرآوری با ایجاد تغییرات فیزیکی و شیمیایی ، سطح تغذیه ای و فراهمی زیستی آنها را کاهش می دهند ، در نتیجه میزان پذیرش حسی جنسیت کاهش می یابد. بنابراین ، به منظور حفظ خواص تغذیه ای ، غیر مغذی (فعالیت بیولوژیکی) و حسی ، صنایع غذایی روش های فرآوری ملایم جدیدتری را جایگزین این فناوری ها کرده است. روش اولتراسونیک یکی از فن آوری های سریع توسعه با هدف کاهش پردازش ، بهبود کیفیت و اطمینان از ایمنی مواد غذایی است. فناوری سونوگرافی ، به عنوان یک زمینه اصلی تحقیق و توسعه در صنایع غذایی ، مبتنی بر امواج مکانیکی با فرکانس بالاتر از حد شنوایی انسان است (GG gt ؛ 16 کیلو هرتز) ، که می تواند به دو دامنه فرکانس تقسیم شود: انرژی کم و انرژی بالا. سونوگرافی کم انرژی (کم توان ، کم) در فرکانس های کمتر از 1 Wcm − 2 بالاتر از 100 کیلوهرتز است و سونوگرافی پرانرژی (پرقدرت ، با شدت بالا) در فرکانس های 20 تا 500 کیلوهرتز بالاتر از 1 Wcm − 2.
محدوده نماینده فرکانسهایی که معمولاً در فناوری اولتراسونیک استفاده می شود بین 20 کیلوهرتز تا 60 کیلوهرتز است. به عنوان یک روش تحلیلی ، از سونوگرافی با فرکانس بالا برای به دست آوردن اطلاعات در مورد خواص فیزیکی و شیمیایی مواد غذایی مانند اسیدیته ، سختی ، مقدار قند و بلوغ استفاده می شود. سونوگرافی با فرکانس پایین با ایجاد فشار ، برش و اختلاف دما در محیط انتشار ، خصوصیات فیزیکی و شیمیایی غذا را تغییر می دهد و باعث ایجاد واکوئل می شود ، در نتیجه میکروارگانیسم ها در غذا غیرفعال می شوند. درمان اولتراسونیک برای کنترل کیفیت سبزیجات و میوه های تازه قبل و بعد از برداشت ، فرآوری فرآوری پنیر ، روغن خوراکی تجاری ، محصولات نان و غلات ، غذاهای چربی فله و امولسیون شده ، ژل های غذایی ، گازهای هوادهی و غذاهای منجمد مناسب است. سایر کاربردها شامل تشخیص تقلب و تجمع عسل ، اندازه و ارزیابی نوع پروتئین است. دامنه فرکانس و طیف سونوگرافی با فرکانس پایین ، و همچنین رزونانس مغناطیسی هسته ای (NMR) ، در حال حاضر محبوب ترین ، کاربردی ترین و گسترده ترین روش تجزیه و تحلیل غیر مخرب هستند. در طول سالها ، سونوگرافی با فرکانس پایین برای بررسی خواص فیزیکوشیمیایی و ساختاری غذاهای مایع با موفقیت مورد استفاده قرار گرفته است.
سازوکار
استفاده از امواج فراصوت در سیستم های مایع می تواند باعث ایجاد حفره صوتی ، یعنی تولید ، رشد و در نهایت پارگی حباب ها شود. وقتی امواج مافوق صوت منتشر می شوند ، حباب ها نوسان می کنند و می ترکند و اثرات حرارتی ، مکانیکی و شیمیایی ایجاد می کنند. اثرات مکانیکی شامل فشار سقوط ، تلاطم و تنش برشی است ، در حالی که اثرات شیمیایی هیچ ارتباطی با تولید رادیکال های آزاد ندارد. ناحیه کاویتاسیون باعث ایجاد دمای بسیار بالا (5000 K) و فشار (1000 atm) می شود. بسته به فرکانس سونوگرافی ، فشار مثبت و منفی متناوب تولید شده به صورت محلی می تواند باعث انبساط یا فشرده شدن مواد شود و منجر به پارگی سلول شود. سونوگرافی می تواند آب موجود در حباب های نوسانی را هیدرولیز کرده و رادیکالهای آزاد H + و تشکیل دهد. این رادیکال های آزاد را می توان در برخی واکنش های شیمیایی گرفت. به عنوان مثال ، رادیکال های آزاد می توانند در تثبیت ساختاری ، اتصال بستر یا عملکرد کاتالیزوری آنزیم ها نقش داشته باشند. اسید آمینه پاک می شود. این اثر شکستن التراسونیک به طور قابل توجهی توسط مایع همگن مهار می شود.
حباب های تولید شده در طی درمان اولتراسونیک را می توان با توجه به ساختار خود به دو دسته تقسیم کرد:
تشکیل یک ابر حباب غیر خطی بزرگ با اندازه تعادل در طول چرخه فشار را یک حباب کاویتاسیون پایدار می نامند.
فروپاشی و تجزیه سریع و ناپایدار به حباب های کوچکتر ، حباب های حفره داخلی (گذرا) نامیده می شوند.
این حباب های کوچک به سرعت حل می شوند ، اما در طول فرآیند کشش حباب ، لایه مرزی انتقال جرم نازک تر است و در هنگام ترکیدن حباب ، سطح رابط از منطقه رابط بزرگتر است. این بدان معنی است که هوای وارد حباب در مرحله کشش بزرگتر از هوای خارج شده در مرحله ترکیدن است.
