Tecnología de procesamiento de alimentos por ultrasonidos

Tecnología de procesamiento de alimentos por ultrasonidos

Con el aumento de la demanda de los consumidores y el endurecimiento de las regulaciones alimentarias y ambientales, las tecnologías tradicionales de procesamiento de alimentos han perdido su mejor desempeño, lo que ha dado lugar a tecnologías emergentes superiores. El ultrasonido es una tecnología ecológica no destructiva, rápida, polivalente, emergente y prometedora que se ha aplicado en la industria alimentaria en los últimos años. El ultrasonido se utiliza en varios campos de la tecnología alimentaria, como cristalización, congelación, blanqueo, desgasificación, extracción, secado, filtración, emulsificación, esterilización, corte, etc. Como herramienta de conservación eficaz, el ultrasonido se ha utilizado ampliamente en campos de procesamiento de alimentos como como frutas y verduras, cereales, miel, geles, proteínas, enzimas, inactivación microbiana, tecnología de cereales, tratamiento de agua y tecnología de la leche. . . .

Introducción

A lo largo de los años, la demanda mínima de alimentos procesados ​​de la industria alimentaria ha provocado cambios importantes en los métodos de procesamiento, porque en condiciones críticas, algunas tecnologías de procesamiento reducen sus niveles nutricionales y biodisponibilidad al inducir cambios físicos y químicos, lo que reduce la aceptación sensorial del sexo. Por lo tanto, para mantener las propiedades nutricionales, no nutritivas (actividad biológica) y sensoriales, la industria alimentaria ha diseñado nuevos métodos de procesamiento suave para reemplazar estas tecnologías. El método ultrasónico es una de las tecnologías de rápido desarrollo cuyo objetivo es reducir el procesamiento, mejorar la calidad y garantizar la seguridad alimentaria. La tecnología de ultrasonido, como campo clave de investigación y desarrollo en la industria alimentaria, se basa en ondas mecánicas con una frecuencia superior al límite de audición humana (GG gt; 16khz), que se puede dividir en dos rangos de frecuencia: baja energía y energia alta. El ultrasonido de baja energía (baja potencia, baja intensidad) es superior a 100 kHz en frecuencias inferiores a 1 Wcm − 2, y el ultrasonido de alta energía (alta potencia, alta intensidad) en frecuencias entre 20 y 500 kHz Superior a 1 Wcm − 2.

El rango representativo de frecuencias comúnmente utilizado en la tecnología ultrasónica está entre 20 kHz y 60 kHz. Como técnica analítica, el ultrasonido de alta frecuencia se utiliza para obtener información sobre las propiedades físicas y químicas de los alimentos como acidez, dureza, contenido de azúcar y madurez. El ultrasonido de baja frecuencia cambia las propiedades físicas y químicas de los alimentos al inducir diferencia de presión, cizallamiento y temperatura en el medio que se propaga, y produce vacuolas, inactivando así los microorganismos en el alimento. El tratamiento ultrasónico es adecuado para el control de calidad de verduras y frutas frescas antes y después de la cosecha, el procesamiento de procesamiento de queso, aceite comestible comercial, productos de pan y cereales, alimentos grasos a granel y emulsionados, geles alimentarios, alimentos aireados y alimentos congelados. Otras aplicaciones incluyen la detección de la adulteración de la miel y la evaluación del estado de agregación, tamaño y tipo de proteína. El rango de frecuencia y el espectro de los ultrasonidos de baja frecuencia, así como la resonancia magnética nuclear (RMN), son actualmente los métodos de análisis no destructivos más populares, prácticos y ampliamente utilizados. A lo largo de los años, el ultrasonido de baja frecuencia se ha utilizado con éxito para estudiar las propiedades fisicoquímicas y estructurales de los alimentos líquidos.

Mecanismo

La aplicación de ondas ultrasónicas en sistemas líquidos puede provocar cavitación acústica, es decir, la generación, crecimiento y eventual rotura de burbujas. Cuando las ondas ultrasónicas se propagan, las burbujas oscilan y revientan, produciendo efectos térmicos, mecánicos y químicos. Los efectos mecánicos incluyen presión de colapso, turbulencia y esfuerzo cortante, mientras que los efectos químicos no tienen nada que ver con la generación de radicales libres. La zona de cavitación genera temperaturas extremadamente altas (5000 K) y presión (1000 atm). Dependiendo de la frecuencia del ultrasonido, la presión alterna positiva y negativa generada localmente puede hacer que el material se expanda o se comprima, provocando la ruptura de la celda. El ultrasonido puede hidrolizar el agua en las burbujas oscilantes para formar radicales libres H + y OH. Estos radicales libres pueden capturarse en determinadas reacciones químicas. Por ejemplo, los radicales libres pueden participar en la estabilización estructural, la unión de sustratos o la función catalítica de las enzimas. El aminoácido se aclara. Este efecto de rotura ultrasónico es suprimido significativamente por el líquido homogéneo.

Las burbujas generadas durante el tratamiento ultrasónico se pueden dividir en dos categorías según su estructura:

La formación de una gran nube de burbujas no lineal con un tamaño de equilibrio durante el ciclo de presión se denomina burbuja de cavitación estable.

El colapso rápido e inestable y la desintegración en burbujas más pequeñas se denominan burbujas de cavitación interna (transitoria).

Estas pequeñas burbujas se disuelven rápidamente, pero durante el proceso de estiramiento de la burbuja, la capa límite de transferencia de masa es más delgada y el área de la interfaz es más grande que el área de la interfaz cuando la burbuja estalla. Esto significa que el aire que entra en la burbuja durante la etapa de estiramiento es mayor que el aire que sale durante la etapa de estallido. muchos.

solicitud

En la actualidad, la tecnología de ultrasonido se ha utilizado ampliamente en casi todos los campos, como el tratamiento de ultrasonido de escaneo médico, procesamiento de minerales, nanotecnología, tecnología de alimentos y bebidas, pruebas no destructivas, soldadura industrial, limpieza de superficies, purificación ambiental, etc., y ha sido muy utilizado en la industria alimentaria. s preocupación. El ultrasonido, como tecnología no sensible al calor, se usa ampliamente en alimentos sensibles al calor porque conserva las propiedades sensoriales, nutricionales y funcionales, al tiempo que mejora la vida útil, la seguridad microbiana y elimina las biopelículas bacterianas. En las últimas décadas se ha optimizado la aplicación de ultrasonidos en procesos y ensayos, por lo que se ha comercializado la aplicación de ultrasonidos en emulsificación, desespumado, descontaminación, extracción, tratamiento de aguas residuales, extrusión y ablandamiento de carnes. Además, la radiación ultrasónica, una fuente de energía de baja frecuencia, se ha utilizado ampliamente para mejorar los procesos de pretratamiento, como desgasificación, cristalización, precipitación, lixiviación, limpieza, extracción, preparación de muestras de digestión y cambio de las propiedades funcionales de las proteínas alimentarias y la propiedades estructurales de los productos grasos (cristalización acústica) y promueven la extracción de ingredientes biológicamente activos. Los buenos efectos del ultrasonido en el procesamiento de alimentos incluyen mejorar la conservación de los alimentos, ayudar al tratamiento térmico, mejorar la transferencia de masa y cambiar la estructura y el análisis de los alimentos. Con el desarrollo moderno de la electrónica ultrasónica / diseño de transductores, continúan desarrollándose nuevos sistemas de inspección basados ​​en ultrasonidos y sistemas de inspección asistidos por ultrasonidos, y la tecnología ultrasónica también se ha desarrollado en gran medida.