Tecnologia ultrassônica de processamento de alimentos
Com o aumento na demanda do consumidor e o endurecimento das regulamentações alimentares e ambientais, as tecnologias tradicionais de processamento de alimentos perderam seu melhor desempenho, resultando em tecnologias emergentes superiores. O ultrassom é uma tecnologia verde não destrutiva rápida, polivalente, emergente e promissora aplicada na indústria de alimentos nos últimos anos. O ultrassom é usado em vários campos da tecnologia de alimentos, como cristalização, congelamento, branqueamento, desgaseificação, extração, secagem, filtração, emulsificação, esterilização, corte, etc. como frutas e vegetais, cereais, mel, géis, proteínas, enzimas, inativação microbiana, tecnologia de cereais, tratamento de água e tecnologia de leite. . . .
Introdução
Ao longo dos anos, a demanda mínima da indústria alimentícia por alimentos processados tem levado a grandes mudanças nos métodos de processamento, pois em condições críticas, algumas tecnologias de processamento reduzem seus níveis nutricionais e biodisponibilidade induzindo mudanças físicas e químicas, reduzindo assim a aceitação sensorial Sexo. Portanto, a fim de manter as propriedades nutricionais, não nutritivas (atividade biológica) e sensoriais, a indústria de alimentos desenvolveu novos métodos de processamento suave para substituir essas tecnologias. O método ultrassônico é uma das tecnologias de rápido desenvolvimento que visa reduzir o processamento, melhorar a qualidade e garantir a segurança alimentar. A tecnologia de ultrassom, como um campo-chave de pesquisa e desenvolvimento na indústria de alimentos, é baseada em ondas mecânicas com uma frequência superior ao limite da audição humana (GG gt; 16 khz), que podem ser divididas em duas faixas de frequência: baixa energia e energia alta. O ultrassom de baixa energia (baixa potência, baixa intensidade) é superior a 100 kHz em frequências abaixo de 1 Wcm − 2 e o ultrassom de alta energia (alta potência, alta intensidade) em frequências entre 20 e 500 kHz Superior a 1 Wcm − 2.
A faixa representativa de frequências comumente usada na tecnologia ultrassônica está entre 20 kHz e 60 kHz. Como técnica analítica, o ultrassom de alta frequência é usado para obter informações sobre as propriedades físicas e químicas dos alimentos, como acidez, dureza, teor de açúcar e maturidade. O ultrassom de baixa frequência altera as propriedades físicas e químicas dos alimentos, induzindo pressão, cisalhamento e diferença de temperatura no meio que se propaga e produz vacúolos, inativando microrganismos nos alimentos. O tratamento ultrassônico é adequado para o controle de qualidade de frutas e vegetais frescos antes e depois da colheita, processamento de queijo, óleo comestível comercial, pão e produtos de cereais, alimentos a granel e gordurosos emulsificados, géis alimentares, alimentos aerados e alimentos congelados. Outras aplicações incluem a detecção de adulteração de mel e status de agregação, avaliação de tamanho e tipo de proteína. A faixa de frequência e o espectro do ultrassom de baixa frequência, bem como a ressonância magnética nuclear (NMR), são atualmente os métodos de análise não destrutivos mais populares, práticos e amplamente usados. Ao longo dos anos, o ultrassom de baixa frequência foi usado com sucesso para estudar as propriedades físico-químicas e estruturais de alimentos fluidos.
Mecanismo
A aplicação de ondas ultrassônicas em sistemas líquidos pode causar cavitação acústica, ou seja, a geração, crescimento e eventual ruptura de bolhas. Quando as ondas ultrassônicas se propagam, as bolhas oscilam e explodem, produzindo efeitos térmicos, mecânicos e químicos. Os efeitos mecânicos incluem pressão de colapso, turbulência e tensão de cisalhamento, enquanto os efeitos químicos não têm nada a ver com a geração de radicais livres. A zona de cavitação gera temperatura extremamente alta (5000 K) e pressão (1000 atm). Dependendo da frequência do ultrassom, a alternância de pressão positiva e negativa gerada localmente pode fazer com que o material se expanda ou comprima, levando à ruptura da célula. O ultrassom pode hidrolisar a água nas bolhas oscilantes para formar radicais livres H + e OH. Esses radicais livres podem ser capturados em certas reações químicas. Por exemplo, os radicais livres podem estar envolvidos na estabilização estrutural, ligação ao substrato ou função catalítica de enzimas. O aminoácido é eliminado. Este efeito de quebra ultrassônico é significativamente suprimido pelo líquido homogêneo.
As bolhas geradas durante o tratamento ultrassônico podem ser divididas em duas categorias de acordo com sua estrutura:
A formação de uma grande nuvem de bolhas não linear com tamanho de equilíbrio durante o ciclo de pressão é chamada de bolha de cavitação estável.
O colapso rápido e instável e a desintegração em bolhas menores são chamados de bolhas de cavitação interna (transitória).
Essas pequenas bolhas se dissolvem rapidamente, mas durante o processo de alongamento da bolha, a camada limite de transferência de massa é mais fina e a área de interface é maior do que a área de interface quando a bolha estoura. Isso significa que o ar que entra na bolha durante o estágio de esticamento é maior do que o ar que sai durante o estágio de estouro. vários.
aplicativo
Atualmente, a tecnologia de ultrassom tem sido amplamente utilizada em quase todos os campos, como tratamento de ultrassom de varredura médica, processamento mineral, nanotecnologia, tecnologia de alimentos e bebidas, testes não destrutivos, soldagem industrial, limpeza de superfície, purificação ambiental, etc., e tem sido muito utilizado na indústria alimentar. s preocupação. O ultrassom, como uma tecnologia não sensível ao calor, é amplamente usada em alimentos sensíveis ao calor porque retém as propriedades sensoriais, nutricionais e funcionais, enquanto melhora a vida útil, a segurança microbiana e remove os biofilmes bacterianos. Nas últimas décadas, a aplicação do ultrassom no processamento e teste foi otimizada, portanto, a aplicação do ultrassom na emulsificação, desespumação, descontaminação, extração, tratamento de águas residuais, extrusão e amaciamento da carne foi comercializada. Além disso, a radiação ultrassônica, uma fonte de energia de baixa frequência, tem sido amplamente utilizada para aprimorar os processos de pré-tratamento, como desgaseificação, cristalização, precipitação, lixiviação, limpeza, extração, preparação de amostra de digestão e alteração das propriedades funcionais de proteínas de alimentos e propriedades estruturais de produtos gordurosos (cristalização acústica) e favorecem a extração de ingredientes biologicamente ativos. Os bons efeitos do ultrassom no processamento de alimentos incluem aumentar a preservação dos alimentos, auxiliar no tratamento térmico, melhorar a transferência de massa e alterar a estrutura e a análise dos alimentos. Com o desenvolvimento moderno de projeto de transdutor / eletrônico ultrassônico, novos sistemas de inspeção baseados em ultrassom e sistemas de inspeção assistida por ultrassom continuam a se desenvolver, e a tecnologia ultrassônica também foi amplamente desenvolvida.
