Ультразвуковые технологии в пищевой промышленности

     Применение ультразвука в отраслях пищевой промышленности.

     Рядом исследований установлено, что ультразвуковые колебания способны изменять агрегатное состояние вещества, диспергировать, эмульгировать его, изменять скорость диффузии, кристаллизации и растворение веществ, активизировать реакции, интенсифицировать технологические процессы. Воздействие ультразвуковых колебаний на физико-химические процессы в пищевой промышленности дает возможность повысить производительность труда, сократить энергозатраты, улучшить качество готовой продукции, продлить сроки хранения, а также создать новые продукты с новыми потребительскими свойствами.

     Наиболее перспективным и достаточно освоенным использованием ультразвуковых технологий являются следующие технологические процессы:

  • приготовление пищевых водных и водо-жировых эмульсий в мясомолочной, кондитерской, пищевкусовой отраслях промышленности, при изготовлении колбас, молочных продуктов, соков и т.д. ;
  • низкотемпературная обработка продуктов с целью “мягкой” варки;
  • диспергирование, гомогенизация и пастеризация сырья, полуфабрикатов и продуктов;
  • биологическая активизация пищевых продуктов с целью улучшения потребительских и лечебно-биологических свойств;
  • гидрогенизация жиров, осветление растительных масел;
  • мгновенная варка водомучных суспензий в хлебопекарных и спиртовых технологиях;
  • подавление микробиологических процессов в диффузионных аппаратах при производстве сахара за счет ультразвука;
  • интенсификация диффузионного процесса в диффузионных аппаратах при производстве сахара за счет ультразвука;
  • очистка диффузионного сахарного сока;
  • осаждение винно-кислых солей, содержащихся в вине;
  • обеззараживание воды.
Использование ультразвуковых технологий в пищевой промышленности не ограничивается приведенными примерами.
 

      С помощью разработанного аппарата для спиртового производства была осуществлена в промышленном объеме мгновенная варка водо-мучной суспензии с целью извлечения крахмала в проточном режиме. В ультразвуковой генератор под давлением 3-4 атм подавалась суспензия и пар, на выходе получалась готовая суспензия с температурой 80-95°С с выделенным крахмалом. Микробиологический анализ показал отсутствие микрофлоры. Опыт использования ультразвуковой варки дает основания считать возможным распространение его и на другие процессы спиртового производства – осахаривание, активизацию бражки, коагуляцию барды, ректификацию и т.д. Таким образом, использование ультразвуковых аппаратов в тепломассоэнергообменных процессах спиртового производства позволяет надеяться на радикальные изменения технологии водно-тепловой обработки зерна.

         В аналогичном аппарате была осуществлена холодная пастеризация и гомогенизация молока. При дроблении жировых шариков молока за счет ультразвука повышается его питательная ценность. При достаточной плотности ультразвука происходит стерилизация молока. В отличии от стерилизации и кипячения при ультразвуковой обработке молока не происходит разрушение витамина С.

         При использовании пара в газоструйном генераторе температура обработанного молока на выходе существенно ниже, чем при стерилизации, при этом, за счет ультразвукового газоструйного процесса достигается необходимая акустическая мощность.

        Применение ультразвуковой технологии принципиально упрощает технологию получения альбуминных белков.

Таким образом, использование ультразвуковых технологий в различных пищевых производствах позволяет:
  •  во много раз увеличить скорость физико-химических процессов;

  •  снизить энерго и ресурсозатраты;

  • интенсифицировать процессы тепломассоэнергообмена;

  • радикально изменить аппаратурные оформления техпроцессов в сторону уменьшения металлоемкости и совмещения нескольких операций;

  • освободить производственные площади;

  • получить новые виды продуктов с биологически активными лечебными свойствами;

  • снизить себестоимость продукции.

Вместе с тем необходимо отметить следующее – внедрение акустических технологий в ряде случаев влечет за собой корректировку некоторых параметров технологических процессов.
 


Запуск технологии обработки молочных продуктов с помощью ультразвукового реактора с газоструйным генератором  (УЗГСР) на Песчанокопском молочном заводе Ростовской области в августе 2011 года


     Первый УЗГСР запущен на участке пастеризации молока, в последовательности: исходная емкость - УЗГСР - охладитель - выходная емкость.
        Исследование УЗГСР вначале осуществлялось на воде. Исходная температура воды 25 С, выходная температура 38 С, при входном давлении воды 1,5 атм, давлении пара 3 атм. Таким образом приращение температуры при обработке составляет 13 градусов.
        Частотные характеристики генератора представлены ниже.

Рис.1. Частотная характеристика вибро акустических колебаний верхнего колпака УЗГСР при давлении пара 1,5 атм

Рис.2. Частотная характеристика вибро акустических колебаний верхнего колпака УЗГСР при давлении пара 2 атм

Рис.3. Частотная характеристика вибро акустических колебаний верхнего колпака УЗГСР при давлении пара 3 атм

Рис.4. Частотная характеристика вибро акустических колебаний нижнего колпака УЗГСР при давлении пара 3 атм

На характаристиках присутствуют низкочастотные колебания, создаваемые подающим насосом. Генераторы создают колебания в диапазоне 20-25 кГц. Диапазон 40-50 кГц отображает собственные колебания кавитационного процесса жидкости.

     

Основным недостатком первых проведенных заводских испытаний является низкое качество пара, низкая его температура. Для более лучших результатов необходим пароперегреватель. Однако анализ качества обработки 120 литров молока показал его пастеризацию. Некоторые характеристики эксперимента помещены ниже.

                              Исходное молоко                 Обработанное молоко
Кислотность                  15                                                14
Жирность                       2,5                                               2,2
Плотность                     1028                                             1026
Белок                             2,87                                             2,87
Температура                  23                                                8

Производительность УЗГСР при входном давлении молока 1,5 атм составила 3,6 м3/час. Расчетная производительность 5 м3/час достигается при входном давлении 2,5 м3/час.
     Ниже представлен вид пастеризованного молока УЗГСР после скисания при температуре 30 С чарез сутки после обработки.

 


Скисшие компоненты молока представлены гомогенной структурой. На верху просматривается жировой слой.