Aplicații ale Ultrasunetelor în Induhstria Alimentară

Sumar

Ultrasunetele reprezinta un domeniu de cercetare ce se dezvolta rapid, gasindu-si tot mai mult aplicabilitatea in industria alimentara atat pentru analiza, cat si pentru modificarea produselor alimentare. Undele sonore in cauza pot fi impartite in cele de analiza, cu frecventa inalta si energie scazuta si cele de frecventa scazuta si energie puternica. Primele sunt utilizate de obicei ca tehnici de analiza non-distructiva pentru controlul de activitate si controlul procesarii cu referinta particulara asupra proprietatilor fizico-chimice cum ar fi compozitia, structura si starea fizica a alimentului. In ziua de azi, puterea ultrasunetelor este considerate a fi o tehnologie promitatoare si in continua dezvoltare in domeniul industriei alimentare. Utilizarea ultrasunetelor in procesare da nastere unor metode noi si interesante ce sunt adesea complementare tehnicilor clasice.

Unele arii au fost descoperite ca avand un mare potential pentru dezvoltarea in viitorul apropiat: cristalizarea, decarbonatarea, uscarea, extratia, filtrarea, congelarea, omogenizarea, rancezirea carnii, sterilizarea, etc. exista o perspective marita pentru cercetarile viitoare in utilizarea ultrasunetelor la procesarea alimentelor, atat din punct de vedere industrial cat si academic.

Cuvinte cheie: ultrasunete, procesarea alimentelor, carne, microorganisme.

Informatii generale

Ultrasunetele sunt o forma de energie generate de unde, de sunet cu frecventa ce nu pot fi detectate de urechea umana, aproximativ peste 16KHz.

Cand ultrasunete sunt propagate printr-o structura biologica sunt induse compresari si depresurizari asupra particulelor medii si se poate produce un mare volum de energie. Fiind dependente de frecventa folosita si de amplitudinea undelor sonere aplicata se pot observa un numar de efecte fizice, chimice si biochimice ce pot duce la descoperirea une varietati de aplicatie. Ultrasunetele au fost utilizate pentru diferita scopuri ce includ domenii diverse prem comunicarea cu animalele (fluierele pentru caini), detectarea firurilor la cladiri, sintetizarea substanteloc chimice deosebite si tratamentul bolilor. Desi sunt utilizate la scara larga si se dezvolta surprinzator de bine, studierea ultrasunetelor reprezinta o stiinta tanara. Cele mai vechi aplicatii, exploatarea ultrasunetelor de diagnostic dateaza de la inceputul secolului XX, iar procesarea prin ultrasunete este inca mai recenta.

In natura, liliecii si delfinii folosesc ultrasunetele de intensitate scazuta pentru a localiza prada, pe cand unele animale marine folosesc pulsatii de mare intensitate pentru a-si mobiliza victimele inainte de capturare. In industria alimentara, o diviziune similara in doua categorii distincte ale aplicabilitatii ultrasunetelor a fost formulata (Fellows 2000, McClements 1995). Pentru a clarifica ultrasunete aplicate, energia produsa de campul sonor generat, caracterizate prin puterea sonora (W), intensitatea sonora (W*m-2) sau densitatea energiei sonore (W*m-3) reprezinta cel mai important criteriu (Knor et al. 2004). Utilizarea ultrasunetelor sunt impartite in general in doua grupuri. Energia scazuta (puterea scazuta, intensitatea scazuta) a ultrasunetelor implica utilizarea unor frecvente mai mari de 100 KHz la intensitati sub 1W*cm-2.Ultrasunetele de intensitate scazuta folosesc un nivel de putere atat de scazut incat undele ultrasonore nu provoaca nici o alterare fizica sau chimica asupra proprietatilor materiei prin care trece unda, astfel ca este in general non-distructiva. Sunt folosite cu succes pentru monitorizarea non-invaziva a proceselor alimentare. Cea mai raspandita aplicatie a acestui tip de ultrasunete in industria alimentara este o tehnica de analiza pentru furnizarea informatiei in ceea ce priveste proprietatile fizico-chimice ale alimentelor, cum ar fi compozitia, structura si aspectul fizic (Fellows 2000, Yayasooriya et al. 2004, Knorr et al. 2004, McClements, 1995). Ultrasunetele reprezinta avantaje asupra altor tehnici de analiza traditionale deoarece masuratorile sunt rapide, non-distructive, precise, complet automate si pot fi demarate atat in laborator cat si in productie. Una din cele mai raspandite si mai promitatoare aplicatii este cea a utilizarii pentru masurarile de compozitie. Velocitatea ultrasunetelor in tesutul de peste, pui, si mixturile de carne cruda pot fi corelate cu compozitia sa folosind emanatii semiempirice.

Celalalt tip il reprezinta energia crescuta(putere si intensitate mare) ce foloseste o intensitate mai nmare de 1W*cm-2 ( de obicei in jur de 10*100W*cm-2) la frecvente intre 18 si 10KHz (McClements, 1995, ultrasunete, 1998). Efectele mecanice sau chimicale undelor ultrasonore la acest nivel sunt capabile sa alterneze proprietatile materialului (de exemplu dezintegrarea fizica, accelerarea anumitor reactii chimice). Ultrasunetele de inalta intensitate au fost folosite de mai multi ani pentru a genera emulsii, destrugere celulara si dispersarea materialelor agregate. Recent au fost identificate mai multe cu potential crescut in dezvoltare ( de ecemplu modificarea si controlul proceselor de cristalizare, de carbonatare a alimentelor lichide, inactivarea enzimatica, uscarea indusa, filtrarea si inducerea reactiilor oxidative). Utilizarea benefica a energiei sonore este realizata printr-o varietate de efecte pe care microundele le genereaza asupra mediului in care sunt emise. Efectele fizice, mecanice sau chimice al undelor sonore la acest nivel sunt capabile de alterarea proprietatilor materialului prin generarea presiunii imense si gradientului de temperatura in mediul in care sunt propagate.

In timpul proceselor de sonicitate, undele longitudinale sunt create cand o unda sonica intalneste un mediu lichid, creand astfel regiuni de compresie alternativa si expandare. Aceste regiuni de presiune ce se modifica provoaca aparitia cavitatilor, iar in mediu formarea de bule de gaz. Aceste bule au o suprafata marita in timpul ciclului de expandare, ceea ce creste difuzia gazului, facand astfel ca bula sa se mareasca.

Se ajunge la un punct la care energia ulta sonora furnizata sa nu fie suficienta pentru a retine fata de vapor in bula ,asfel survine condensarea rapida.Aceste unde de soc creaza regiuni de temperatura si presiune ridicate ajungand pana la 5500º C si 50 Mpa.Cavitarea poate surveni in urma microfisurarii ceea ce poate mari caldura si transferul in masa.