Ultraäänierottelutekniikka
Viime vuosina korkeataajuisia ultraääniääniaaltoja, joiden taajuudet ovat yli 400 kHz, on käytetty laajalti eri sovelluksissa keinona parantaa elintarvikemateriaalien talteenottoastetta monikomponenttiseoksissa. Ultraäänierottelun lähtökohtana on saavuttaa erotteluprosessin merkittävä tehostaminen muuttamatta elintarvikkeen fyysistä tai kemiallista eheyttä. Ultraäänisten seisovien aaltojen käyttö johtaa yksittäisten pisarkojen tai hiukkasten erityiseen sijoittamiseen reaktorin painesoliin tai antinobeihin, mikä lisää mahdollisuutta, että ne kerääntyvät tai yhdistyvät suuremmiksi yksiköiksi nopeammin. Lisääntynyt hiukkaskoko edistää kelluntaa tai sedimentaatiota, mikä parantaa materiaaliseoksen taipumusta erota. Tässä luvussa kuvataan yksityiskohtaisesti tämän teknologian pääperiaatteet ja sen soveltaminen nykyisiin elintarvikkeiden jalostuksen tuotantolinjoihin. Se osoittaa tämän teknologian soveltamisen elintarvikkeiden jalostuksessa, palmuöljyteollisuuden kaupallisen menestyksen sekä maitotuotteiden ja biologisten tuotteiden tulevaisuuden mahdollisuudet.
Ultraääni erottelu
Johdatus ultraäänierotteluun
Elintarvikkeiden ultraäänikäsittelyä on tutkittu useita vuosia, ja sovellus on keskittynyt pääasiassa 20-100kHz: n taajuusalueille. Tätä aluetta kutsutaan yleensä "teho ultraääni" -alueeksi. Täällä voi olla ilmiö nimeltä akustinen kavitaatio. Ultraääniaallot kohdistavat nesteeseen paineaaltoja, jolloin liuoksessa olevat liuenneet kaasut muodostavat kuplia, jotka laajenevat ja supistuvat. Yhdistymisen ja massansiirron vuoksi nämä kuplat kulkevat ajan myötä ja romahtavat, kun ne saavuttavat resonanssin kooksi kutsutun kuplan halkaisijan. Romahdustapahtumat ovat usein voimakkuudeltaan korkeita, jolloin lämpötila nousee 10 000 K:een, mikä aiheuttaa satojen ilmakehän paineshokkiaaltoja romahtaneen kuplan paikallisessa tilassa. Näitä fyysisiä vaikutuksia voidaan käyttää tehokkaasti voimakkaaseen sioitukseen, sekoittamiseen ja lämmittämiseen, ja ne soveltuvat elintarvikkeiden jalostussovelluksiin, kuten emulgointiin, homogenisointiin, uuttamiseen tai lämpökäsittelyyn.
Ultraäänierotteluteknologia käyttää yleensä korkeataajuista ultraäänitutkimusta (> 0,4–useiden MHz: n taajuusalueella) erottamaan ruokapisarat ja/ tai nesteeseen ripustetut hiukkaset. Näillä korkeammista taajuuksista rajun kavitaatiokuplan repeämän aiheuttamat lisääntyneet leikkaus- ja fyysiset vauriot ovat lähes vähäisiä. Ensinnäkin kavitaatiokynnys nousee ultraäänitaajuuden kasvaessa, mikä vähentää romahdustapahtuman todennäköisyyttä. Lisäksi kuplapurkauksen resonanssikoko on käänteisesti verrannollinen ääniaallon taajuuteen. Resonanssin koon pienentyessä kuplan romahdustapahtumien vauhti vähenee niin, että kun taajuus on yli 1 mhz, nämä romahdustapahtumat muuttuvat suhteellisen hyvänlaatuisiksi. Siksi ultraäänierottelu eroaa tyypillisistä ultraäänikäsittelysovelluksista. Sen tavoitteena on saavuttaa "hyvänlaatuinen" käsittely välttämällä väkivaltaista kuplan puhkeamista.
Elintarvikejärjestelmän erotustekniikka
Perinteisiin elintarvikkeiden erotteluprosesseihin kuuluvat sentrifugointi, saostuminen tai selvennys, kemiallisesti indusoitu flokkulaatio ja kalvosuodatus. Nämä erotusprosessit ovat todistettuja ja vakaita toimintatapoja.
Niillä on kuitenkin edelleen joitakin mahdollisia ongelmia, kuten seuraavat:
1.Suuri energiankulutus;
2.Liiallinen vaaitus voi vahingoittaa tuotteen eheyttä;
3.Tuotteen kontaminaatio rajoittaa tuotosta tai vaatii paljon puhdistusta;
4.Erottelunopeus on hidas;
5.Kemikaalien liiallinen käyttö.
Ultraäänierottelua voidaan käyttää yksin tai yhdessä näiden teknologioiden kanssa prosessitehokkuuden parantamiseksi.
Elintarviketeollisuudessa ultraäänierottelu on tehokkainta kolmella päänäkökohdilla:
Ensimmäinen on flokkulaatio- tai aggregointiparannus, eli ultraäänisten seisonta-aaltojen soveltaminen nykyisiin selvennys- tai kemialliseen flokkulaatiojärjestelmiin voi merkittävästi lisätä erottelun tahtia, mikä lyhentää oleskeluaikaa ja/tai kemiallisia vaatimuksia. Se voi vähentää kustannuksia, lisätä tuotantokustannuksia ja pienentää ekologista jalanjälkeä.
Toinen menetelmä on esikäsittelemään tai esikäsittelemään elintarvikkeiden alkupään ainesosia ja suorittamaan sitten erottelu. Tämä strategia on erityisen tehokas käsiteltäessä heterogeenisiä elintarvikkeita, kuten kiinteitä, nestemäisiä ja nestemäisiä tuotteita sisältäviä elintarvikkeita. Esimerkiksi murskatun palmun hedelmien kuorimateriaali. Ultraäänen käyttö ei ainoastaan aloita materiaalien polymerisaatiota, ja erottelunopeus on nopeampi jatkojalostusselvennysprosessissa, mutta myös ultraäänen tarjoama hellävarainen fyysinen leikkaus voi auttaa vapauttamaan enemmän tuotteita. Tämä voi lisätä kiinteävaiheisen tuotteen talteenottoa ja vähentää potentiaalista energiantarpetta nopeammalla ja tehokkaammalla jatkojalostuserottelulla. Yhdistettynä olemassa oleviin erotteluihin, kuten keskipakoerotteluun, se voi säästää paljon energiaa.
Lopuksi megasooniset erotteluparametrit (kuten taajuus, tehotaso ja oleskeluaika) voidaan säätää poistamaan valikoivasti tietynkokoisia hiukkasia. Siksi sitä voidaan käyttää jatkuvana vaiheena levitettyjen elintarvikkeiden ainesosien fraktiointivälineenä. Fraktioimalla virtaan, jolla on suurempia ravitsemuksellisia tai rakenteellisia etuja, lisättviä komponentteja ovat: rasva, proteiini, hiilihydraatti ja kuitu. Tästä syystä ultraäänierotteluteknologia täydentää olemassa olevaa kalvojen erotteluprosessia.
