Tecnologia di separazione ad ultrasuoni

Tecnologia di separazione ad ultrasuoni

Negli ultimi anni, le onde sonore ultrasoniche ad alta frequenza con frequenze superiori a 400 kHz sono state ampiamente utilizzate in varie applicazioni come mezzo per migliorare il tasso di recupero dei materiali alimentari nelle miscele multicomponente. La premessa della separazione ad ultrasuoni è ottenere un significativo miglioramento del processo di separazione senza cambiare l'integrità fisica o chimica del cibo. L'applicazione di onde stante ultrasoniche si traduce nel posizionamento specifico di singole goccioline o particelle a nodi di pressione o antinodi nel reattore, il che aumenta la possibilità che si accumulino o si uniranno più rapidamente in entità più grandi. L'aumento della dimensione delle particelle favorisce la flottazione o la sedimentazione, migliorando così la tendenza della miscela di materiali a separarsi. Questo capitolo descriverà in dettaglio i principi fondamentali alla base di questa tecnologia e come applicarla alle linee di produzione di trasformazione alimentare esistenti. Dimostrerà l'applicazione di questa tecnologia nella trasformazione alimentare, il successo commerciale dell'industria di trasformazione dell'olio di palma e il potenziale futuro dei prodotti lattiero-caseari e biologici.

Separazione ad ultrasuoni

Introduzione alla separazione ad ultrasuoni

La lavorazione ad ultrasuoni degli alimenti è stata studiata per molti anni e l'applicazione è concentrata principalmente nella gamma di frequenza di 20-100 kHz. Quest'area è solitamente chiamata area "ultrasuoni di potenza". Qui, potrebbe esserci un fenomeno chiamato cavitazione acustica. Le onde ultrasoniche applicano onde di pressione al liquido, causando la formazione di bolle che si espandono e si contraggono i gas disciolti esistenti nella soluzione. A causa della coalescenza e del trasferimento di massa, queste bolle passeranno nel tempo e collasseranno quando raggiungono il diametro della bolla chiamato dimensione della risonanza. Gli eventi di collasso sono spesso ad alta intensità, causando un aumento della temperatura a 10.000 K, generando onde d'urto di pressione di centinaia di atmosfere nello spazio locale della bolla collassata. Questi effetti fisici possono essere efficacemente utilizzati per la tranciatura intensa, la miscelazione e il riscaldamento e sono adatti per applicazioni di lavorazione degli alimenti come emulsione, omogeneizzazione, estrazione o trattamento termico.

La tecnologia di separazione ad ultrasuoni di solito utilizza ultrasuoni ad alta frequenza (da > 0,4 MHz a diversi MHz) per separare goccioline di cibo e / o particelle sospese in liquido. A queste frequenze più elevate, l'aumento del taglio e dei danni fisici causati dalla violenta rottura della bolla di cavitazione è quasi trascurabile. In primo luogo, la soglia di cavitazione aumenta con l'aumento della frequenza degli ultrasuoni, che riduce la probabilità di un evento di collasso. Inoltre, la dimensione di risonanza dello scoppio della bolla è anche inversamente proporzionale alla frequenza dell'onda sonora. Man mano che la dimensione della risonanza diminuisce, il momento degli eventi di collasso della bolla diminuisce, in modo che quando la frequenza è maggiore di 1 mhz, questi eventi di collasso diventano relativamente benigni. Pertanto, la separazione ad ultrasuoni è diversa dalle tipiche applicazioni di elaborazione ad ultrasuoni. Il suo obiettivo è quello di ottenere un'elaborazione "benigna" evitando violente esplosioni di bolle.

Tecnologia di separazione nel sistema alimentare

I processi tradizionali di separazione degli alimenti includono centrifugazione, precipitazione o chiarificazione, flocculazione indotta chimicamente e filtrazione a membrana. Questi processi di separazione sono metodi operativi comprovati e stabili.

Tuttavia, hanno ancora alcuni problemi potenziali, tra cui, a titolo pertanto, i seguenti:

1.Elevato consumo energetico;

2.Un'eccessiva tranciatura può danneggiare l'integrità del prodotto;

3.La contaminazione del prodotto limita l'uscita o richiede molta pulizia;

4.La velocità di separazione è lenta;

5.Uso eccessivo di sostanze chimiche.

La separazione ad ultrasuoni può essere utilizzata da sola o in combinazione con queste tecnologie per migliorare l'efficienza del processo.

Nell'industria alimentare, la separazione ad ultrasuoni è più efficace in tre aspetti principali:

Il primo è la flocculazione o il miglioramento dell'aggregazione, cioè l'applicazione di onde stante ultrasoniche nei sistemi di chiarificazione o flocculazione chimica esistenti può aumentare significativamente la velocità con cui avviene la separazione, riducendo così i tempi di residenza e / o i requisiti chimici. Può ridurre i costi, aumentare la produttività e ridurre l'impronta ecologica.

Il secondo metodo è quello di pre-trattare o pre-trattare gli ingredienti alimentari a monte, quindi eseguire l'operazione di separazione. Questa strategia è particolarmente efficace nel trattare alimenti eterogenei, come alimenti contenenti prodotti solidi, liquidi e liquidi. Ad esempio, il materiale di buccia della frutta di palma schiacciata. L'applicazione degli ultrasuoni non solo avvia la polimerizzazione dei materiali e il tasso di separazione è più veloce nel processo di chiarificazione a valle, ma anche la delicata cesoia fisica fornita dagli ultrasuoni può aiutare a rilasciare più prodotti. Ciò può fornire un maggiore recupero del prodotto in fase solida e ridurre il potenziale fabbisogno energetico attraverso separazioni a valle più veloci ed efficienti. Combinato con separazioni esistenti come la separazione centrifuga, può risparmiare molta energia.

Infine, i parametri di separazione megasonica (come frequenza, livello di potenza e tempo di residenza) possono essere regolati per rimuovere selettivamente particelle di dimensioni specifiche. Pertanto, può essere utilizzato come strumento di frazionamento per ingredienti alimentari dispersi in fase continua. Frazionamento in un flusso con maggiori benefici nutrizionali o strutturali, i componenti che possono essere aggiunti includono: grassi, proteine, carboidrati e fibre. Per questo motivo, la tecnologia di separazione ad ultrasuoni è un supplemento al processo di separazione a membrana esistente.