Teknologi pemrosesan makanan ultrasonik
Dengan meningkatnya permintaan konsumen dan pengetatan peraturan makanan dan lingkungan, teknologi pengolahan makanan tradisional telah kehilangan kinerja terbaiknya, menghasilkan teknologi baru yang unggul. Ultrasound adalah teknologi non-destruktif hijau yang cepat, multiguna, muncul dan menjanjikan yang diterapkan dalam industri makanan dalam beberapa tahun terakhir. Ultrasound digunakan di berbagai bidang teknologi pangan, seperti kristalisasi, pembekuan, pemutihan, degassing, ekstraksi, pengeringan, filtrasi, emulsifikasi, sterilisasi, pemotongan, dll. Sebagai alat pengawetan yang efektif, ultrasound telah banyak digunakan di bidang pengolahan makanan seperti seperti buah-buahan dan sayuran, sereal, madu, gel, protein, enzim, inaktivasi mikroba, teknologi sereal, pengolahan air, dan teknologi susu. . . .
pengantar
Selama bertahun-tahun, permintaan minimum industri makanan untuk makanan olahan telah menyebabkan perubahan besar dalam metode pemrosesan, karena dalam kondisi kritis, beberapa teknologi pemrosesan mengurangi tingkat nutrisi dan bioavailabilitasnya dengan menginduksi perubahan fisik dan kimia, sehingga mengurangi penerimaan sensorik Seks. Oleh karena itu, untuk mempertahankan nutrisi, non-nutrisi (aktivitas biologis) dan sifat sensorik, industri makanan telah merancang metode pemrosesan yang lebih lembut untuk menggantikan teknologi ini. Metode ultrasonik adalah salah satu teknologi yang berkembang pesat yang bertujuan untuk mengurangi pemrosesan, meningkatkan kualitas, dan memastikan keamanan pangan. Teknologi ultrasound, sebagai bidang utama penelitian dan pengembangan dalam industri makanan, didasarkan pada gelombang mekanis dengan frekuensi yang lebih tinggi dari batas pendengaran manusia (> 16khz), yang dapat dibagi menjadi dua rentang frekuensi: energi rendah dan frekuensi rendah. energi tinggi. Ultrasonografi energi rendah (daya rendah, intensitas rendah) lebih tinggi dari 100 kHz pada frekuensi di bawah 1 Wcm−2, dan ultrasound energi tinggi (daya tinggi, intensitas tinggi) pada frekuensi antara 20 dan 500 kHz Lebih tinggi dari 1 Wcm−2.
Rentang frekuensi representatif yang biasa digunakan dalam teknologi ultrasonik adalah antara 20 kHz dan 60 kHz. Sebagai teknik analisis, ultrasound frekuensi tinggi digunakan untuk memperoleh informasi tentang sifat fisik dan kimia makanan seperti keasaman, kekerasan, kadar gula, dan kematangan. Ultrasonografi frekuensi rendah mengubah sifat fisik dan kimia makanan dengan menginduksi perbedaan tekanan, geser dan suhu dalam media yang disebarkannya, dan menghasilkan vakuola, sehingga menonaktifkan mikroorganisme dalam makanan. Perawatan ultrasonik cocok untuk kontrol kualitas sayuran dan buah-buahan segar sebelum dan sesudah panen, pemrosesan pemrosesan keju, minyak nabati komersial, roti dan produk sereal, makanan berlemak dan emulsi, gel makanan, makanan aerasi dan makanan beku. Aplikasi lain termasuk deteksi pemalsuan madu dan status agregasi, ukuran dan penilaian jenis protein. Rentang frekuensi dan spektrum ultrasound frekuensi rendah, serta resonansi magnetik nuklir (NMR), saat ini merupakan metode analisis non-destruktif yang paling populer, praktis dan banyak digunakan. Selama bertahun-tahun, ultrasound frekuensi rendah telah berhasil digunakan untuk mempelajari sifat fisikokimia dan struktural makanan cair.
Mekanisme
Penerapan gelombang ultrasonik dalam sistem cairan dapat menyebabkan kavitasi akustik, yaitu generasi, pertumbuhan dan akhirnya pecahnya gelembung. Ketika gelombang ultrasonik merambat, gelembung berosilasi dan meledak, menghasilkan efek termal, mekanik, dan kimia. Efek mekanis termasuk tekanan runtuh, turbulensi dan tegangan geser, sedangkan efek kimia tidak ada hubungannya dengan pembentukan radikal bebas. Zona kavitasi menghasilkan suhu dan tekanan yang sangat tinggi (5000 K) dan tekanan (1000 atm). Bergantung pada frekuensi ultrasound, tekanan positif dan negatif bergantian yang dihasilkan secara lokal dapat menyebabkan bahan mengembang atau tertekan, yang menyebabkan pecahnya sel. Ultrasound dapat menghidrolisis air dalam gelembung yang berosilasi untuk membentuk radikal bebas H+ dan OH. Radikal bebas ini dapat ditangkap dalam reaksi kimia tertentu. Misalnya, radikal bebas dapat terlibat dalam stabilisasi struktural, pengikatan substrat atau fungsi katalitik enzim. Asam amino dibersihkan. Efek pemutusan ultrasonik ini ditekan secara signifikan oleh cairan homogen.
Gelembung yang dihasilkan selama perawatan ultrasonik dapat dibagi menjadi dua kategori sesuai dengan strukturnya:
Pembentukan awan gelembung non-linier besar dengan ukuran keseimbangan selama siklus tekanan disebut gelembung kavitasi stabil.
Tidak stabil, keruntuhan cepat dan disintegrasi menjadi gelembung yang lebih kecil disebut gelembung kavitasi internal (sementara).
Gelembung-gelembung kecil ini larut dengan cepat, tetapi selama proses peregangan gelembung, lapisan batas perpindahan massa lebih tipis dan area antarmuka lebih besar daripada area antarmuka saat gelembung pecah. Ini berarti bahwa udara yang masuk ke dalam gelembung selama tahap peregangan lebih besar daripada udara yang mengalir keluar selama tahap meledak. banyak.
aplikasi
Saat ini, teknologi ultrasound telah banyak digunakan di hampir semua bidang seperti perawatan ultrasound pemindaian medis, pemrosesan mineral, nanoteknologi, teknologi makanan dan minuman, pengujian non-destruktif, pengelasan industri, pembersihan permukaan, pemurnian lingkungan, dll., Dan telah banyak digunakan dalam industri makanan. keprihatinan. Ultrasound, sebagai teknologi yang tidak peka terhadap panas, banyak digunakan dalam makanan yang peka terhadap panas karena ia mempertahankan sifat sensorik, nutrisi dan fungsional, sekaligus meningkatkan umur simpan, keamanan mikroba, dan menghilangkan biofilm bakteri. Dalam beberapa dekade terakhir, penerapan ultrasound dalam pemrosesan dan pengujian telah dioptimalkan, sehingga penerapan ultrasound dalam emulsifikasi, penghilang busa, dekontaminasi, ekstraksi, pengolahan air limbah, ekstrusi, dan pelunak daging telah dikomersialkan. Selain itu, radiasi ultrasonik, sumber energi frekuensi rendah, telah banyak digunakan untuk meningkatkan proses pretreatment, seperti degassing, kristalisasi, pengendapan, pencucian, pembersihan, ekstraksi, persiapan sampel pencernaan, dan mengubah sifat fungsional protein makanan dan protein. sifat struktural produk lemak ( kristalisasi akustik) dan mempromosikan ekstraksi bahan aktif biologis. Efek yang baik dari USG dalam pengolahan makanan termasuk meningkatkan pengawetan makanan, membantu perlakuan panas, meningkatkan perpindahan massa, dan mengubah struktur dan analisis makanan. Dengan perkembangan modern desain elektronik/transduser ultrasonik, sistem inspeksi berbasis ultrasonik baru dan sistem inspeksi berbantuan ultrasonik terus berkembang, dan teknologi ultrasonik juga telah berkembang pesat.
