کاربرد اولتراسونیک در صنایع غذایی

کاربرد اولتراسونیک در صنایع غذایی چیست؟ سلام خدمت شما دوست علم فودی عزیز🌹. ممنونیم که علم فود رو برای پاسخ به سوالتون در مورد کاربرد اولتراسونیک در صنایع غذایی انخاب کردید. امروزه از نیروی اولتراسونیک به عنوان یک تکنولوژی جدید (از ابتدای قرن بیستم) و امیدبخش برای فرآوری مواد‌غذای در صنعت بهره‌برداری می‌شود. با تنظیم فرکانس، امواج فراصوت می‌توانند در بسیاری از کاربردهای صنعتی شامل صنایع غذایی به کار گرفته می‌شود. در این مطلب قصد داریم درباره مفهوم و کاربرد اولتراسونیک در صنعت غذا صحبت کنیم. تا پایان این مطلب با علم فود همراه باشید😊.

اولتراسوند در صنایع غذایی

اولتراسوند به معنای فراصوت می‌باشد. فراصوت به صورت موج‌صوتی تعریف می‌شود تعداد که دارای فرکانس فراتر از حد‌شنوایی انسان(20KHz) است.  اگرچه انسان نمی‌تواند امواج فراصوت را بشنود ولی اگر در معرض آن قرار گیرد دچار سرگیجه ، تهوع و سردرد میشود . فراصوت یکی از فناوری‌هایی است که برای فرآیند کوچک‌سازی ، افزایش دادن کیفیت و کسب اطمینان از ایمنی محصولات غذایی توسعه‌یافته هست.

از مزایای استفاده از تکنیک فراصوت در صنایع غذایی میتوان به نسبتاً ارزان بودن این تکنیک، ساده بودن و از نظر مصرف انرژی مقرون به صرفه بودن آن، اشاره کرد. در نتیجه این فناوری برای اصلاح و بررسی محصولات‌غذایی به عنوان یک روش مناسب شناخته میشود. فراصوت در پردازش غذا مانند بهبود در انتقال جرم، حفظ و نگهداری و دستکاری بافت غذا به کار می‌رود.

طبقه بندی اولتراسونیک در صنایع غذایی

بر اساس گستره فرکانس و کاربرد های فراصوت در پردازش غذا می توان آن را  به دو دسته فراصوت با انرژی پایین و انرژی بالا تقسیم کرد:

اولتراسوند کم انرژی یا غیر مخرب

این دسته برای دارای فرکانس های بالاتراز ۱۰۰ کیلو هرتز می باشد. معمولاً تغییرات فیزیکی و شیمیایی زیاد و شدیدی ایجاد نمی کند.این فناوری می تواند برای آنالیز غیر تخریبی و کنترل تنوع مواد غذایی در طول پردازش برای اطمینان از کیفیت و ایمنی بالای مواد غذایی به کار رود.

اولتراسوند با انرژی بالا یا مخرب

این دسته دارای فرکانس های بین ۲۰ تا ۱۰۰ کیلو هرتز می باشد. تغییرات فیزیکی و شیمیایی آن تا حدی است که حتی ساختار نیز می تواند تغییر دهد. از کاربرد اولتراسونیک در صنایع غذایی میتوان به  به عنوان جایگزینی برای عملیات پردازش مرسوم غذا در کنترل کردن میکرو ساختار و اصلاح کردن ویژگی های بافت محصولات چربی و امولسیون سازی مورد استفاده قرار می‌گیرد، اشاره نمود.

یک نگاه کلی به برخی از کاربردهای فراصوت در صنعت غذا

انواع کاربردهای اولتراسونیک در صنایع غذایی

کاربرد اولتراسونیک در صنایع غذایی:

 

این مقاله رو از دست نده:  صفر تا 100 آشنایی با فناوری نانو در صنایع غذایی

فرآورده های لبنی

کاربرد عمده اولتراسونیک با انرژی پایین در صنایع لبنیات، تعیین ترکیب محصولات لبنی که شامل غلظت گلبول‌های چربی، مواد جامد غیر چرب و کل ماده جامد می باشد. میزان تضعیف اولتراسونیک روش مفیدی در تعیین زمان انعقاد شیر و تغییرات ویسکوزیته ظاهری حین انعقاد شیر می باشد. از امواج اولتراسونیک در بررسی نحوه رسیدن پنیر نیز استفاده می شود زیرا خواص پنیر در تعیین در سرعت و تضعیف اولتراسوند اثرمی گذارد. علاوه بر این برای تخمین اندازه و غلظت حباب های موجود در خامه زده شده و ماست از این روش استفاده می شود. به طور کلی کاربرد فراصوت در صنایع لبنیات شامل تمیز سازی ، غیر فعال کردن باکتری ها و آنزیم ها و هموژنیزاسیون می باشد.

گوشت و ماهی

یکی از بیشترین موارد کاربرد اولتراسوند در صنایع غذایی ،اندازه گیری ترکیب ضخامت بافت چربی در حیوانات زنده ولاشه ها (نظیر ماهی، بز، گوسفند و طیور) است . در حالیکه روش ‌های NMR و تصویر نگاری با اشعه ایکس جهت استفاده در صنایع گوشت معمولا بسیار گران و پرزحمت می‌باشند. تجهیزات اولتراسونیک برای انتخاب درجه‌بندی گوشت حیوانات زنده و لاشه ها بسیار با ارزش هستند زیرا اندازه گیری با آن ها سریع و واقعی است. در این روش از اختلاف سرعت عبور پالس اولتراسونیک در بافت چربی و گوشت استفاده می شود.

 

کاربرد اولتراسونیک در اندازه گیری ترکیبات ضخامت چربی گوشت

میوه ها و سبزی ها

وجود فضاهای هوایی بین سلول بیشترین تاثیر را برخواص اولتراسونیک میوه ها و سبزی ها می‌گذارد. بنابراین برخی از میوه ها و سبزی ها دارای ضریب تضعیف اولتراسونیک بسیار بالایی هستند. سرعت اولتراسونیک آنها کمتراز سرعت اولتراسونیک هواست. با اندازه گیری دامنه پالس منعکس شده اولتراسونیک ازسطح میوه و سبزی ها می توان ویژگی ها سطح آنها را تعیین کرد.

یکی دیگر از موارد کاربرد فراصوت در صنایع غذایی، تعیین میزان قند در آبمیوه ها می باشد. کاربرد دیگر اندازه گیری سرعت فراصوت در ارزیابی ترکیب روغن،خلوص وکیفیت آن می باشد. سرعت فراصوت در فرکانس ۳ مگاهرتز امکان این بررسی را فراهم می سازد. برای مثال در روغن های خوراکی تصفیه شده و غیر تصفیه مثل نارگیل، کرچک،آفتابگردان،گلرنگ و بادام زمینی میتوان با اولتراسونیک پارامترهای مختلف را اندازه گیری کرد.

این مقاله رو از دست نده:  آموزش مکانیک سیالات در صنایع غذایی|کنکور ارشد
کاربرد های فرایند اولتراسوند در صنایع غذایی

 

فرآورده های غلات

از فراصوت می توان برای بررسی کنترل کیفت خمیر استفاده کرد. در واقع اولتراسونیک در اینجا ویژگی های رئولوژیکی خمیر را بررسی می کند. اخیراً استفاده از امواج اولتراسونیک با فرکانس پایین جهت تخمین خواص ساختاری و مکانیکی فرآورده های غلات مثل ورقه های ویفر،نان ترد، کراکر و ..توسعه یافته است.

کاربرد اولتراسونیک در بررسی خصوصیات خمیر

محلول های آبی و ژل ها

یکی از موارد کاربرد اولتراسونیک در صنایع غذایی، جمع آوری اطلاعات در مورد خواص جسم حل شونده مثل ساختمان وغلظت آن است.  برای مثال می توان به موارد زیر اشاره کرد :

  • اندازه گیری درجه رقت نوشابه و سس ها
  • بررسیدغلظت اجسام حل شونده حین فرآیندهای تبخیر
  • تعیین غلظت نمکها و اسیدهای آمینه
  • تعیین غلظت بیوپلیمرهایی مثل  پروتئین ها و کربوهیدرات ها در محلول ها
این اندازه گیری ها با تعیین سرعت اولتراسونیک  امکان پذیر است.

 

چربی و فرآورده های امولسیونی :

مقدار چربی جامد محصولات غذایی حاوی مقدار زیاد چربی، تعیین کننده بسیاری از خواص حسی آن می باشد. از این رو تعیین مقدار چربی جامد یک فرآیند ضروری جهت اطمینان از کیفیت محصولات غذایی می باشد. در گذشته مقدار چربی جامع به وسیله NMR اندازه گیری می‌شد. عمده ترین معایب به کارگیری NMR دشواری اندازه گیری می باشد. یکی دیگر از کاربردهای امواج فراصوت در صنایع غذایی، بررسی موارد زیر در مورد چربی و فراورده های امولسیونی است:
  • ارزیابی خواص فیزیکی و شیمیایی نظیر کریستالیزاسیون و دمای ذوب
  • تعیین مقدار چربی جامد
  • تعیین مقدار و ترکیب روغن
  • تعیین خواص فیزیکی امولسیون های روغن در آب مثل جزء حجمی فاز پراکنده
  • نسبت کریستالیزاسیون در امولسیون های چربی خوراکی
  • ارزیابی پایداری امولسیون

عسل

فراصوت با فرکانس پایین جهت تعیین خواص فیزیکی و مکانیکی عسل به کار می رود.جهت کنترل کیفیت، اندازه گیری سرعت امواج اولتراسوند، راهی موثر جهت شناسایی تقلبات در عسل می باشد (پیشهاد میکنم مقاله سریعترین راه های تشخیص تقلبات در عسل را نیز مطالعه کنید).  همچنین می‌توان با این روش عسل های مختلف را به وسیله اندازه گیری خواص رئولوژی ویسکوزیته و مقدار رطوبت مقایسه نمود.

این مقاله رو از دست نده:  کاربرد هوش مصنوعی در صنایع غذایی
کاربرد اوالتراسونیک در صنعت غذا

امواج فراصوت و غیرفعال‌سازی میکروبی

پاستوریزاسیون و استریلیزاسیون حرارتی دو روش مرسوم مورد استفاده برای غیرفعال‌سازی میکروارگانیسم‌ها در محصولات غذایی می‌باشند. به دلیل استفاده از دماهای بالا به مدت طولانی این روش ها منجر به تخریب  ارزش غذایی فرآورده‌های غذایی می‌شود. استفاده از امواج فراصوت با انرژی بالا مزایای زیادی نسبت به پاستوریزاسیون حرارتی دارد . از این مزایا میتوان به حداقل بودن افت طعم و حفظ ارزش غذایی اشاره کرد. در واقع یکی دیگر از موارد کاربرد اولتراسوند در صنایع غذایی، غیرفعال سازی میکروارگانیسم ها می باشد

مکانیسم تاثیر فراصوت تخریب میکروارگانیسم ها با ایجاد کاویتاسیون صوتی و اثرات فیزیکی و شیمیایی بر آنها می‌باشد.میزان قدرت کشندگی امواج اولتراسونیک کاملاً وابسته به فرکانس ، دامنه موج و حجم باکتری های موجود دارد. از فرکانسهای  ۲۰ کیلوهرتز معمولاً برای غیر فعال سازی میکروبی استفاده می شود.جهت بهبود‌سازی میکروبی در غذاهای مایع میتوان از امواج‌فراصوت در کنار دیگر تیمارها زیر فشار و حرارت و مواد آنتی‌میکروبی استفاده کرد(تکنولوژی هردل در صنایع غذایی).

مفهوم کاویتاسیون اولتراسوند:

وقتی فراصوت با شدت بالا به مایعات اعمال می شود، امواج صوتی درون محیط مایع انتشار می یابد.این انتشار فاصله یک چرخه تناوبی فشار و کم فشار در محیط مایع می باشد. درطول چرخه ی کم فشار، امواج فراصوت با شدت بالا حباب‌های خلا کوچکی را در مایع ایجاد می کند.وقتی حباب ها به حجم می رسند که دیگر نمی تواند انرژی جذب کنند، در طول یک چرخه پرفشار شدیداً متلاشی می‌شوند. به این پدیده کاویتاسیون یا حفره سازی می گویند. در واقع می توان گفت پدیده کاویتاسیون شامل 3 مرحله تشکیل، رشد و فروپاشی حباب ها درون مایع است.

راستی دوست عزیز علم فودی، شما میتونید علم فود رو در اینستاگرام هم دنبال کنید (کلی مطالب مفید و متنوع برای مهندسان صنایع غذایی و تمامی عزیزانی که در زمینه صنعت غذا مشغول به فعالیت هستند😊)
آدرس پیج اینستاگرام علم فود : [email protected]

منابع:

کتاب فناوری نانو در صنعت غذا

علم فود در شبکه های اجتماعی

فهرست مطالب

سایر مقالات علم فود

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *