Teknologi pemisahan ultrasonik
Dalam beberapa tahun terakhir, gelombang suara ultrasonik frekuensi tinggi dengan frekuensi melebihi 400 kHz telah banyak digunakan dalam berbagai aplikasi sebagai sarana untuk meningkatkan tingkat pemulihan bahan makanan dalam campuran multi-komponen. Premis pemisahan ultrasonik adalah untuk mencapai peningkatan yang signifikan dari proses pemisahan tanpa mengubah integritas fisik atau kimia makanan. Penerapan gelombang berdiri ultrasonik menghasilkan posisi spesifik tetesan atau partikel individu pada node tekanan atau antinode dalam reaktor, yang meningkatkan kemungkinan bahwa mereka akan terakumulasi atau menyatu menjadi entitas yang lebih besar lebih cepat. Peningkatan ukuran partikel meningkatkan flotasi atau sedimentasi, sehingga meningkatkan kecenderungan campuran bahan untuk terpisah. Bab ini akan merinci prinsip-prinsip utama di balik teknologi ini dan bagaimana menerapkannya pada lini produksi pengolahan makanan yang ada. Ini akan menunjukkan penerapan teknologi ini dalam pengolahan makanan, keberhasilan komersial industri pengolahan minyak sawit dan potensi masa depan produk susu dan produk biologis.
Pemisahan ultrasonik
Pengantar Pemisahan Ultrasonik
Pemrosesan makanan ultrasonik telah dipelajari selama bertahun-tahun, dan aplikasinya terutama terkonsentrasi pada rentang frekuensi 20-100kHz. Daerah ini biasanya disebut"kekuatan ultrasonik" daerah. Di sini, mungkin ada fenomena yang disebut kavitasi akustik. Gelombang ultrasonik menerapkan gelombang tekanan ke cairan, menyebabkan gas terlarut yang ada dalam larutan membentuk gelembung yang mengembang dan mengerut. Karena koalesensi dan perpindahan massa, gelembung-gelembung ini akan melewati waktu dan runtuh ketika mencapai diameter gelembung yang disebut ukuran resonansi. Peristiwa runtuhan seringkali berintensitas tinggi, menyebabkan suhu naik hingga 10.000 K, menghasilkan gelombang kejut tekanan ratusan atmosfer di ruang lokal gelembung runtuh. Efek fisik ini dapat digunakan secara efektif untuk pemotongan, pencampuran dan pemanasan yang intens, dan cocok untuk aplikasi pengolahan makanan seperti emulsifikasi, homogenisasi, ekstraksi atau perlakuan panas.
Teknologi pemisahan ultrasonik biasanya menggunakan ultrasound frekuensi tinggi (> 0,4 MHz hingga beberapa MHz) untuk memisahkan tetesan makanan dan/atau partikel yang tersuspensi dalam cairan. Pada frekuensi yang lebih tinggi ini, peningkatan geser dan kerusakan fisik yang disebabkan oleh pecahnya gelembung kavitasi yang hebat hampir dapat diabaikan. Pertama, ambang kavitasi meningkat dengan meningkatnya frekuensi ultrasound, yang mengurangi kemungkinan peristiwa keruntuhan. Selain itu, ukuran resonansi dari bubble burst juga berbanding terbalik dengan frekuensi gelombang suara. Ketika ukuran resonansi berkurang, momentum peristiwa runtuhnya gelembung berkurang, sehingga ketika frekuensinya lebih besar dari 1mhz, peristiwa runtuhnya ini menjadi relatif jinak. Oleh karena itu, pemisahan ultrasonik berbeda dari aplikasi pemrosesan ultrasonik biasa. Tujuannya adalah untuk mencapai"&jinak quot; pengolahan dengan menghindari kekerasan gelembung meledak.
Teknologi pemisahan dalam sistem pangan
Proses pemisahan makanan tradisional termasuk sentrifugasi, pengendapan atau klarifikasi, flokulasi yang diinduksi secara kimia dan filtrasi membran. Proses pemisahan ini adalah metode operasi yang terbukti dan stabil.
Namun demikian, mereka masih memiliki beberapa potensi masalah, termasuk namun tidak terbatas pada hal-hal berikut:
1. konsumsi energi yang tinggi;
2. Geser yang berlebihan dapat merusak integritas produk;
3. Kontaminasi produk membatasi keluaran atau membutuhkan banyak pembersihan;
4. Kecepatan pemisahan lambat;
5. Penggunaan bahan kimia yang berlebihan.
Pemisahan ultrasonik dapat digunakan sendiri atau dalam kombinasi dengan teknologi ini untuk meningkatkan efisiensi proses.
Dalam industri makanan, pemisahan ultrasonik paling efektif dalam tiga aspek utama:
Yang pertama adalah peningkatan flokulasi atau agregasi, yaitu, penerapan gelombang berdiri ultrasonik dalam klarifikasi yang ada atau sistem flokulasi kimia dapat secara signifikan meningkatkan laju pemisahan terjadi, sehingga mengurangi waktu tinggal dan/atau persyaratan kimia. Ini dapat mengurangi biaya, meningkatkan throughput, dan mengurangi jejak ekologis.
Cara kedua adalah dengan melakukan pre-treat atau pre-treat bahan makanan hulu, kemudian dilakukan operasi pemisahan. Strategi ini sangat efektif dalam menangani makanan yang heterogen, seperti makanan yang mengandung produk padat, cair dan cair. Misalnya bahan kulit buah sawit yang dihaluskan. Penerapan USG tidak hanya memulai polimerisasi bahan, dan tingkat pemisahan lebih cepat dalam proses klarifikasi hilir, tetapi juga geser fisik lembut yang disediakan oleh USG dapat membantu melepaskan lebih banyak produk. Hal ini dapat memberikan pemulihan produk fase padat yang lebih tinggi dan mengurangi kebutuhan energi potensial melalui pemisahan hilir yang lebih cepat dan efisien. Dikombinasikan dengan pemisahan yang ada seperti pemisahan sentrifugal, dapat menghemat banyak energi.
Akhirnya, parameter pemisahan megasonik (seperti frekuensi, tingkat daya, dan waktu tinggal) dapat disesuaikan untuk menghilangkan partikel dengan ukuran tertentu secara selektif. Oleh karena itu, dapat digunakan sebagai alat fraksinasi untuk bahan makanan yang terdispersi dalam fase kontinyu. Dengan fraksinasi menjadi aliran dengan manfaat nutrisi atau struktural yang lebih tinggi, komponen yang dapat ditambahkan meliputi: lemak, protein, karbohidrat, dan serat. Untuk itu, teknologi pemisahan ultrasonik merupakan pelengkap dari proses pemisahan membran yang ada.
