Τεχνολογία υπερήχων διαχωρισμού
Τα τελευταία χρόνια, ηχητικά κύματα υπερήχων υψηλής συχνότητας με συχνότητες άνω των 400 kHz έχουν χρησιμοποιηθεί ευρέως σε διάφορες εφαρμογές ως μέσο για τη βελτίωση του ρυθμού ανάκτησης των υλικών τροφίμων σε μίγματα πολλών συστατικών. Η προϋπόθεση του διαχωρισμού με υπερήχους είναι να επιτευχθεί μια σημαντική ενίσχυση της διαδικασίας διαχωρισμού χωρίς να αλλάξει η φυσική ή χημική ακεραιότητα των τροφίμων. Η εφαρμογή υπερηχητικών μόνιμων κυμάτων έχει ως αποτέλεσμα την ειδική τοποθέτηση μεμονωμένων σταγονιδίων ή σωματιδίων σε κόμβους πίεσης ή αντινόνες στον αντιδραστήρα, γεγονός που αυξάνει την πιθανότητα να συσσωρεύονται ή να συγκεντρώνονται σε μεγαλύτερες οντότητες πιο γρήγορα. Το αυξημένο μέγεθος σωματιδίων προάγει την επίπλευση ή την καθίζηση, ενισχύοντας έτσι την τάση του μίγματος υλικού να διαχωρίζεται. Αυτό το κεφάλαιο θα αναλύσει τις βασικές αρχές πίσω από αυτήν την τεχνολογία και τον τρόπο εφαρμογής της στις υπάρχουσες γραμμές παραγωγής τροφίμων. Θα αποδείξει την εφαρμογή αυτής της τεχνολογίας στην επεξεργασία τροφίμων, την εμπορική επιτυχία της βιομηχανίας μεταποίησης φοινικέλαιου και το μελλοντικό δυναμικό των γαλακτοκομικών προϊόντων και των βιολογικών προϊόντων.
Υπερηχητικός διαχωρισμός
Εισαγωγή στον υπερηχητικό διαχωρισμό
Η υπερηχητική επεξεργασία τροφίμων έχει μελετηθεί για πολλά χρόνια και η εφαρμογή επικεντρώνεται κυρίως στο εύρος συχνοτήτων 20-100kHz. Αυτή η περιοχή ονομάζεται συνήθως&«power ultrasonic GG»; περιοχή. Εδώ, μπορεί να υπάρχει ένα φαινόμενο που ονομάζεται ακουστική σπηλαίωση. Τα υπερηχητικά κύματα εφαρμόζουν κύματα πίεσης στο υγρό, προκαλώντας τα υπάρχοντα διαλυμένα αέρια στο διάλυμα να σχηματίσουν φυσαλίδες που διαστέλλονται και συστέλλονται. Λόγω της συνένωσης και της μαζικής μεταφοράς, αυτές οι φυσαλίδες θα περάσουν με την πάροδο του χρόνου και θα καταρρεύσουν όταν φτάσουν στη διάμετρο της φυσαλίδας που ονομάζεται μέγεθος συντονισμού. Τα συμβάντα κατάρρευσης είναι συχνά υψηλής έντασης, προκαλώντας αύξηση της θερμοκρασίας στα 10.000 Κ, δημιουργώντας κύματα κρούσης πίεσης εκατοντάδων ατμοσφαιρών στον τοπικό χώρο της καταρρέουσας φυσαλίδας. Αυτά τα φυσικά αποτελέσματα μπορούν να χρησιμοποιηθούν αποτελεσματικά για έντονη διάτμηση, ανάμιξη και θέρμανση, και είναι κατάλληλα για εφαρμογές επεξεργασίας τροφίμων όπως γαλακτωματοποίηση, ομογενοποίηση, εκχύλιση ή θερμική επεξεργασία.
Η τεχνολογία διαχωρισμού υπερήχων χρησιμοποιεί συνήθως υπερήχους υψηλής συχνότητας (GG gt; 0,4 MHz έως αρκετά MHz) για το διαχωρισμό των σταγονιδίων τροφίμων και / ή των σωματιδίων που αιωρούνται σε υγρό. Σε αυτές τις υψηλότερες συχνότητες, η αυξημένη διάτμηση και η φυσική ζημιά που προκαλείται από τη βίαιη ρήξη της φυσαλίδας σπηλαίωσης είναι σχεδόν αμελητέα. Πρώτον, το κατώφλι σπηλαίωσης αυξάνεται με την αύξηση της συχνότητας υπερήχων, η οποία μειώνει την πιθανότητα ενός συμβάντος κατάρρευσης. Επιπλέον, το μέγεθος συντονισμού της έκρηξης φυσαλίδων είναι επίσης αντιστρόφως ανάλογο με τη συχνότητα του ηχητικού κύματος. Καθώς το μέγεθος συντονισμού μειώνεται, η ορμή των συμβάντων κατάρρευσης φυσαλίδων μειώνεται, έτσι ώστε όταν η συχνότητα είναι μεγαλύτερη από 1mhz, αυτά τα συμβάντα κατάρρευσης γίνονται σχετικά καλοήθη. Επομένως, ο διαχωρισμός με υπερήχους διαφέρει από τις τυπικές εφαρμογές επεξεργασίας με υπερήχους. Στόχος του είναι να επιτύχει&«καλοήθη GG»; επεξεργασία αποφεύγοντας τη βίαιη έκρηξη φυσαλίδων.
Τεχνολογία διαχωρισμού στο σύστημα τροφίμων
Οι παραδοσιακές διαδικασίες διαχωρισμού τροφίμων περιλαμβάνουν φυγοκέντρηση, καθίζηση ή διαύγαση, χημική επαγόμενη κροκίδωση και διήθηση μεμβράνης. Αυτές οι διαδικασίες διαχωρισμού είναι αποδεδειγμένες και σταθερές μέθοδοι λειτουργίας.
Παρ 'όλα αυτά, εξακολουθούν να έχουν κάποια πιθανά προβλήματα, συμπεριλαμβανομένων αλλά δεν περιορίζονται στα ακόλουθα:
1. Υψηλή κατανάλωση ενέργειας
2. Η υπερβολική διάτμηση μπορεί να βλάψει την ακεραιότητα του προϊόντος.
3. Η μόλυνση προϊόντων περιορίζει την έξοδο ή απαιτεί πολύ καθαρισμό.
4. Η ταχύτητα διαχωρισμού είναι αργή.
5. Υπερβολική χρήση χημικών.
Ο διαχωρισμός με υπερήχους μπορεί να χρησιμοποιηθεί μόνος του ή σε συνδυασμό με αυτές τις τεχνολογίες για τη βελτίωση της αποτελεσματικότητας της διαδικασίας.
Στη βιομηχανία τροφίμων, ο διαχωρισμός με υπερήχους είναι πιο αποτελεσματικός σε τρεις κύριες πτυχές:
Η πρώτη είναι η ενίσχυση κροκίδωσης ή συσσωμάτωσης, δηλαδή, η εφαρμογή υπερηχητικών κυμάτων κύματος σε υπάρχοντα συστήματα διαύγασης ή χημικής κροκίδωσης μπορεί να αυξήσει σημαντικά τον ρυθμό διαχωρισμού, μειώνοντας έτσι τον χρόνο παραμονής ή / και τις χημικές απαιτήσεις. Μπορεί να μειώσει το κόστος, να αυξήσει την απόδοση και να μειώσει το οικολογικό αποτύπωμα.
Η δεύτερη μέθοδος είναι η προεπεξεργασία ή η προ-επεξεργασία των ανάντη συστατικών τροφίμων και, στη συνέχεια, η εκτέλεση του διαχωρισμού Αυτή η στρατηγική είναι ιδιαίτερα αποτελεσματική στην αντιμετώπιση ετερογενών τροφίμων, όπως τρόφιμα που περιέχουν στερεά, υγρά και υγρά προϊόντα. Για παράδειγμα, το αποφλοιωμένο υλικό από θρυμματισμένο φοίνικα. Η εφαρμογή υπερήχων όχι μόνο ξεκινά τον πολυμερισμό των υλικών, και ο ρυθμός διαχωρισμού είναι ταχύτερος στη διαδικασία διαύγασης κατάντη, αλλά και η ήπια φυσική διάτμηση που παρέχεται από τον υπέρηχο μπορεί να βοηθήσει στην απελευθέρωση περισσότερων προϊόντων. Αυτό μπορεί να προσφέρει υψηλότερη ανάκτηση προϊόντος σε στερεά φάση και να μειώσει τις πιθανές ενεργειακές απαιτήσεις μέσω ταχύτερων και αποτελεσματικότερων διαχωρισμών κατάντη. Σε συνδυασμό με υπάρχοντες διαχωρισμούς, όπως ο φυγοκεντρικός διαχωρισμός, μπορεί να εξοικονομήσει πολύ ενέργεια.
Τέλος, οι παράμετροι διαχωρισμού megasonic (όπως η συχνότητα, το επίπεδο ισχύος και ο χρόνος παραμονής) μπορούν να ρυθμιστούν ώστε να αφαιρούν επιλεκτικά σωματίδια συγκεκριμένων μεγεθών. Επομένως, μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως εργαλείο κλασμάτωσης για συστατικά τροφίμων διασκορπισμένα στη συνεχή φάση. Κλασματώνοντας σε ένα ρεύμα με υψηλότερα θρεπτικά ή δομικά οφέλη, τα συστατικά που μπορούν να προστεθούν περιλαμβάνουν: λίπος, πρωτεΐνες, υδατάνθρακες και φυτικές ίνες. Για το λόγο αυτό, η τεχνολογία διαχωρισμού με υπερήχους αποτελεί συμπλήρωμα της υπάρχουσας διαδικασίας διαχωρισμού μεμβράνης.
