Tecnologia de separação ultrassônica
Nos últimos anos, ondas sonoras ultrassônicas de alta frequência com frequências superiores a 400 kHz têm sido amplamente utilizadas em várias aplicações como meio de melhorar a taxa de recuperação de materiais alimentícios em misturas de múltiplos componentes. A premissa da separação ultrassônica é alcançar um aprimoramento significativo do processo de separação sem alterar a integridade física ou química do alimento. A aplicação de ondas estacionárias ultrassônicas resulta no posicionamento específico de gotículas ou partículas individuais em nós de pressão ou antinodos no reator, o que aumenta a possibilidade de que elas se acumulem ou se aglutinem em entidades maiores mais rapidamente. O aumento do tamanho das partículas promove flotação ou sedimentação, aumentando assim a tendência de separação da mistura de materiais. Este capítulo detalha os princípios básicos por trás dessa tecnologia e como aplicá-la às linhas de produção de processamento de alimentos existentes. Ele demonstrará a aplicação desta tecnologia no processamento de alimentos, o sucesso comercial da indústria de processamento de óleo de palma e o futuro potencial dos produtos lácteos e biológicos.
Separação ultrassônica
Introdução à separação ultrassônica
O processamento ultrassônico de alimentos tem sido estudado por muitos anos, e a aplicação concentra-se principalmente na faixa de frequência de 20-100 kHz. Esta área é geralmente chamada de" potência ultrassônica" área. Aqui, pode haver um fenômeno chamado cavitação acústica. As ondas ultrassônicas aplicam ondas de pressão ao líquido, fazendo com que os gases dissolvidos existentes na solução formem bolhas que se expandem e se contraem. Devido à coalescência e à transferência de massa, essas bolhas passarão com o tempo e entrarão em colapso quando atingirem o diâmetro da bolha denominado tamanho de ressonância. Os eventos de colapso costumam ser de alta intensidade, fazendo com que a temperatura suba para 10.000 K, gerando ondas de choque de pressão de centenas de atmosferas no espaço local da bolha colapsada. Esses efeitos físicos podem ser usados com eficácia para cisalhamento, mistura e aquecimento intensos e são adequados para aplicações de processamento de alimentos, como emulsificação, homogeneização, extração ou tratamento térmico.
A tecnologia de separação ultrassônica geralmente usa ultrassom de alta frequência (GG gt; 0,4 MHz a vários MHz) para separar gotículas de alimentos e / ou partículas suspensas em líquido. Nessas frequências mais altas, o cisalhamento aumentado e os danos físicos causados pela violenta ruptura da bolha de cavitação são quase desprezíveis. Primeiro, o limiar de cavitação aumenta com o aumento da frequência do ultrassom, o que reduz a probabilidade de um evento de colapso. Além disso, o tamanho da ressonância do estouro da bolha também é inversamente proporcional à frequência da onda sonora. À medida que o tamanho da ressonância diminui, o momento dos eventos de colapso da bolha diminui, de modo que, quando a frequência é maior do que 1 mhz, esses eventos de colapso se tornam relativamente benignos. Portanto, a separação ultrassônica é diferente das aplicações típicas de processamento ultrassônico. Seu objetivo é alcançar" benigno" processamento, evitando o estouro violento da bolha.
Tecnologia de separação no sistema alimentar
Os processos tradicionais de separação de alimentos incluem centrifugação, precipitação ou clarificação, floculação induzida quimicamente e filtração por membrana. Esses processos de separação são métodos operacionais comprovados e estáveis.
No entanto, eles ainda têm alguns problemas potenciais, incluindo, mas não se limitando aos seguintes:
1. Alto consumo de energia;
2. O cisalhamento excessivo pode prejudicar a integridade do produto;
3. A contaminação do produto limita a produção ou requer muita limpeza;
4. A velocidade de separação é lenta;
5. Uso excessivo de produtos químicos.
A separação ultrassônica pode ser usada sozinha ou em combinação com essas tecnologias para melhorar a eficiência do processo.
Na indústria de alimentos, a separação ultrassônica é mais eficaz em três aspectos principais:
O primeiro é o aumento da floculação ou agregação, ou seja, a aplicação de ondas estacionárias ultrassônicas em sistemas de clarificação ou floculação química existentes pode aumentar significativamente a taxa na qual a separação ocorre, reduzindo assim o tempo de residência e / ou requisitos químicos. Pode reduzir custos, aumentar o rendimento e reduzir a pegada ecológica.
O segundo método é pré-tratar ou pré-tratar os ingredientes alimentícios a montante e, em seguida, realizar a operação de separação. Essa estratégia é particularmente eficaz no tratamento de alimentos heterogêneos, como alimentos que contêm produtos sólidos, líquidos e líquidos. Por exemplo, o material da casca da fruta de palma triturada. A aplicação do ultrassom não apenas inicia a polimerização dos materiais e a taxa de separação é mais rápida no processo de clarificação posterior, mas também o cisalhamento físico suave fornecido pelo ultrassom pode ajudar a liberar mais produtos. Isso pode fornecer maior recuperação de produto em fase sólida e reduzir os requisitos de energia em potencial por meio de separações a jusante mais rápidas e eficientes. Combinado com separações existentes, como separação centrífuga, pode economizar muita energia.
Finalmente, os parâmetros de separação megasônicos (como frequência, nível de potência e tempo de residência) podem ser ajustados para remover seletivamente partículas de tamanhos específicos. Portanto, pode ser utilizado como ferramenta de fracionamento de ingredientes alimentícios dispersos em fase contínua. Ao fracionar em um fluxo com maiores benefícios nutricionais ou estruturais, os componentes que podem ser adicionados incluem: gordura, proteína, carboidrato e fibra. Por esse motivo, a tecnologia de separação ultrassônica é um suplemento ao processo de separação por membrana existente.
