1- التراسونیک همراه با فناوری مایکروویو

ترکیب التراسونیک با استخراج به کمک مایکروویو (MAE) یکی از موثرترین روش‌های هیبرید شده (UMAE) است که استخراج سریع و کارآمد را فراهم می‌کند. چندین محقق تابش ترکیبی UMAE را در استخراج طبیعی مورد مطالعه قرار داده‌اند، اما قابلیت قابل توجه روش هیبریدی هنوز به درستی مورد استفاده قرار نگرفته است. UMAE دارای پتانسیل بسیار زیادی در فعالیت‌های تحقیقاتی دانشگاهی و همچنین صنعتی به دلیل کارایی بالا و دوره استخراج بسیار کوتاهتر است. التراسوند به طور قابل توجهی جزء استخراج هدف را از طریق پدیده کاویتاسیون افزایش می‌دهد. در این مدت، کل نمونه توسط مایکروویو بسیار سریع گرم می‌شود و حرکت مولکول‌های محلول را تحریک می‌کند.

2- التراسونیک همراه با استخراج مایع فوق بحرانی

استخراج سیال فوق بحرانی (SFE) یک فناوری نسبتاً جدید برای استخراج بسته به افزایش قدرت حلالیت سیالات (بالاتر از نقطه بحرانی آنها) است. این امر به دلیل اثر ترکیبی خواص گاز مانند (انتقال جرم) و خواص مایع مانند (حلول پذیری) با انتشار بیشتر از مایعات منجر به استخراج می‌شود. بسیاری از محققان از CO2 مبتنی بر مشخصات کاربر پسند و پتانسیل استخراج بالاتر و طبیعت ارزان آن استفاده می‌کنند. مزایای عمده SFE شامل تأثیرات قبل از تمرکز، تمیزی با اطمینان از بازده بالاتر و روش عملیاتی ساده است.

لیو نتایج امیدوارکننده‌ای را برای به دست آوردن روغن دانه iberis amara با استفاده از فراصوت همراه با استخراج CO2 فوق بحرانی نشان داد. این نتیجه نشان می‌دهد که بیش از 25 درصد روغن تولید می‌کند و همچنین خواص فیزیکوشیمیایی و فعالیت آنتی‌اکسیدانی روغن را در مقایسه با روغن استخراج‌شده CO2 فوق بحرانی بهبود می‌بخشد. همچنین گومز-گومز اثر CO2 فوق بحرانی را با امواج فراصوت فشار بالا بر غیرفعال کردن میکروارگانیسم‌های مقاوم‌تر مانند قالب‌ها و همچنین پایداری امولسیون‌های لیپیدی مورد مطالعه قرار داد. Castillo-zamudio همچنین مشاهده کرد که هنگامی که تیمار CO2 فوق بحرانی همراه با سونوگرافی فشار بالا برای غیرفعال کردن میکروب‌ها و افزایش ماندگاری ژامبون خشک شده مؤثر است.

3- التراسونیک همراه با فناوری اکستروژن

استخراج با فشردن و بیرون راندن برای تهیه شکر و آبمیوه یا خشک کردن بیو ضایعات و در واحدهای فرآوری روغن نباتی انجام می‌شود. روش فشردن شامل یک مرحله فشرده‌سازی برای حذف مایع از ماتریکس نفوذپذیر است که حاوی ترکیبات هدف است. سلول‌های بافت میوه و سبزیجات توسط یک غشاء و یک دیواره سلولی در مرکز لاملا قرار گرفته‌اند. اجزای دیوار سخت از غشاها محافظت می‌کنند و در نتیجه ظرفیت استخراج را با اعمال فشار محدود می‌کنند. برای دستیابی به نتایج برتر (کیفیت و کمیت در مقابل زمان) از طریق سطح تشدید فرآیند، ترکیب فشردن با سایر فناوری‌ها مانند التراسوند را می‌توان در یک مفهوم تحقیقاتی مورد بررسی قرار داد. میانگین نیروی اکستروژن، در بیشتر موارد، با افزایش دامنه فراصوت کاهش می‌یابد و قابلیت اکسترودپذیری قوی‌تری ایجاد می‌کند. برخی از محققان همچنین گزارش دادند که فناوری اکستروژن به کمک التراسوند برای بهبود پراکندگی نانوذرات در ماتریس پلیمری استفاده شده است.

4- التراسونیک همراه با استخراج سوکسله (Soxhlet)

استخراج سوکسله معمولاً برای خارج کردن چربی‌ها و روغن‌ها از ماتریکس آنها استفاده می‌شود. این چارچوب در سال 1879 طراحی شد و به طور گسترده در زمینه‌های مختلف مانند محیط زیست، محصولات کشاورزی/غذایی و در واقع داروسازی استفاده شده است. استخراج سوکسله دارای چند جنبه منفی مانند زمان کار طولانی (چند ساعت)، مقادیر هنگفت حلال، تبخیر شدن و یک مرحله تمرکز اساسی در پایان استخراج است. تنها چند فرم در تئوری/ادبیات ترکیب استخراج سوکسله با استراتژی‌های تکامل یافته، مانند التراسوند، برای تسریع استخراج چربی و روغن را ثبت کرده‌اند.

5- التراسونیک همراه با تقطیر کلونجر (Clevenger)

راهبرد متعارف جداسازی ترکیبات ناپایدار مانند اسانس‌ها از مواد گیاهی (گیاهان، طعم‌دهنده‌ها، پوست، میوه‌ها و غیره) تقطیر آلمبیک است که در تاسیسات تحقیقاتی شیمی به آن تقطیر کلونجر نیز گفته می‌شود. این فرآیند با پالایش و حرارت دادن مکرر ماتریس معطر انجام می‌شود که معمولاً به مقادیر زیادی آب و انرژی نیاز دارد.

زمان استخراج می‌تواند بین 6 تا 24 ساعت متغیر باشد. گیاهان معطر در معرض آب جوش یا بخار قرار گرفتند و اسانس خود را با اتلاف در میان تقطیر تخلیه کردند. احیای اسانس با تصفیه دو مایع غیر قابل امتزاج، یعنی آب همراه با اسانس، تضمین می‌شود.

ترکیب التراسوند با کلونجر یا پالایش آلمبیک در زمان‌های اخیر مورد توجه گسترده‌ای قرار گرفته است. این انگیزه برای ایجاد Sono-Clevenger به طور خاص به استخراج اسانس از مواد گیاهی اشاره کرد. Sono-Clevenger ترکیبی اولیه از کاویتاسیون التراسونیک در فشار محیطی یا کاهش یافته و پالایش کلونجر است. در هر صورت با کاهش زمان استخراج و افزایش بازده، بازدهی قابل مقایسه با آن‌هایی که از طریق تقطیر با آب معمولی به دست می‌آید، ارائه می‌دهد.

6- التراسونیک همراه با پردازش فشار بالا (HPP)

فشار اعمال شده در محدوده 100-1000 مگاپاسکال در دمای اتاق، پردازش فشار بالا (HPP) را تشکیل می‌دهد. عمدتاً برای غیرفعال کردن پاتوژن‌ها همراه با میکروب‌های رویشی، مخمرها از جمله کپک‌ها استفاده می‌شود، اما تیمار تحت فشار به تنهایی نمی‌تواند غیرفعال‌سازی قابل توجه اسپورها و کاهش فعالیت آنزیمی آنزیم‌های خاص را انجام دهد. بسته به نوع غذا، مدت زمان درمان می‌تواند از 2 تا 30 دقیقه در کاربردهای صنعتی تغییر کند. درمان التراسوند، در ترکیب با درمان فشار بالا، باید باعث کاهش فعالیت میکروبی شود. گزارش شده است که درمان فشار بالا با التراسوند (US-HPP) تأثیرات ناچیزی بر کیفیت غذایی و طعم غذا دارد. استفاده از US-HPP باعث غیرفعال شدن بیشتر میکروب‌ها و آنزیم‌ها می‌شود و می‌تواند به عنوان رویکرد دیگری برای حفظ مواد غذایی در نظر گرفته شود.

چالش‌ها در پردازش التراسوند مواد غذایی

اسناد استاندارد در مصرف انرژی، انواع آزمایش‌ها و حجم نمونه‌ها، ارزیابی فنی-اقتصادی را پیش از اجرای صنعتی ارتقا می‌دهند. با این وجود، تحقیقات و توسعه جهت درک، ساده‌سازی و اجرای بهینه این روش ضروری است. سیستم پیش از دوام تجاری، باید به‌طور جامع آزمایش و ایمنی آن ثابت شود.

بسیاری از مطالعات بر فرکانس‌های التراسونیک 20 یا 40 کیلوهرتز متمرکز شده‌اند؛ اما بررسی فرکانس‌های مختلف همراه با پارامترهایی مانند توان صوتی، زمان درمان و دما ضروری است. التراسوند با شدت کم مقرون به‌صرفه بوده و در بخش‌های کشاورزی و غذایی کاربرد دارد.

استفاده از التراسوند با شدت بالا برای بهبود خواص فیزیکی و شیمیایی مواد غذایی از چندین سال پیش شناخته شده است، اما اخیراً تولیدکنندگان شروع به تطبیق فناوری آزمایشگاهی با عملیات پردازش در مقیاس بزرگ نموده‌اند. افزایش کاربرد التراسوند با شدت بالا عمدتاً به در دسترس بودن ابزار دقیق کم‌هزینه برمی‌گردد که نسبت به فناوری‌های جایگزین مزایای قابل توجهی ارائه می‌دهد.

آینده پردازش التراسوند

یکی از دستاوردهای مهم در زمینه تکنیک‌های استخراج نوآورانه، ظهور تکنیک‌های استخراج به کمک التراسوند است که به‌طور مؤثر از دانش در فناوری و کالاهای مصرفی بهره می‌برد. این روش که در حفظ چرخ تولید توسعه یافته است، از فناوری التراسوند برای استخراج غذا و عصاره‌های طبیعی استفاده می‌کند.

استخراج به کمک التراسوند بر مبنای پدیده‌های فیزیکی و شیمیایی عمل می‌کند و با روش‌های استخراج مرسوم تفاوت دارد. روش استخراج التراسوند، عصاره‌های سبز و غلیظی تولید می‌کند که عاری از حلال‌ها، آلاینده‌ها و مصنوعات باقی‌مانده هستند.

مدل سونوگرافی مدرن ارائه‌دهنده بازده خالص و مزایای انتخابی از جمله بهبود زمان استخراج، حفظ سلامت و بهره‌وری بالاست. این فناوری به‌راحتی در صنعت ادغام شده و سازگار با محیط زیست است.

امروزه، انتخاب تکنیکی برای استخراج ترکیب مورد نظر از یک گیاه خاص به تعادل بین اثربخشی استخراج، تکرارپذیری، سهولت کار و ملاحظاتی نظیر زمان، هزینه، حفاظت و درجه اتوماسیون بستگی دارد. این بررسی اجمالی، به اهمیت فناوری استخراج التراسوند در شیمی محصولات طبیعی و مزایای آن پرداخته و نقطه عطفی در بهره‌برداری بهینه از منابع طبیعی به‌شمار می‌آید.

نتیجه‌گیری

تکنیک التراسوند پتانسیل خود را برای نگهداری، استخراج و فرآوری در صنایع غذایی نشان داده است. در صنعت کشاورزی/غذایی، التراسوند به تدریج برای بهبود فرآیندهای مختلف استفاده می‌شود و به یک ابزار بسیار امیدوارکننده در جبهه تولید تبدیل شده است. هنگامی که علاوه بر سایر روش‌های نگهداری مواد غذایی استفاده می‌شود، اثربخشی فرآیند را افزایش می‌دهد. مزایای زیادی نسبت به سایر فناوری‌های از پیش موجود دارد و در صورت ترکیب با آنها، به رفع محدودیت‌های خود کمک می‌کند. ترکیب التراسوند با فن‌آوری‌های مختلف فرآوری مواد غذایی می‌تواند کارایی فرآیند را بهبود بخشد، زمان مورد نیاز برای عملیات‌های مختلف پردازش را کاهش دهد، نرخ کلی استخراج و بازده را بهبود بخشد. التراسوند با ظرفیت خود برای افزایش بهره‌وری و کاهش زمان مورد نیاز برای عملیات‌های مختلف پردازش، آینده‌ای انقلابی را نوید داده است.

منبع:
Application of ultrasound in combination with other technologies in food processing: A review – PMC