کاربرد التراسونیک در فراوری مواد غذایی
التراسونیک را می توان در فرآوری مواد غذایی برای عملیات مختلف مانند استخراج، خشک کردن، فیلتراسیون، امولسیون سازی، همگن سازی و غیره استفاده کرد.
1-التراسونیک همراه با فناوری مایکروویو
ترکیب التراسونیک با استخراج به کمک مایکروویو (MAE) یکی از موثرترین روش های هیبرید شده (UMAE) است که استخراج سریع و کارآمد را فراهم می کند. 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. ما فرض می کنیم UMAE دارای پتانسیل بسیار زیادی در فعالیت های تحقیقاتی دانشگاهی و همچنین صنعتی به دلیل کارایی بالا و دوره استخراج بسیار کوتاهتر است. اولتراسوند به طور قابل توجهی جزء استخراج هدف را از طریق پدیده کاویتاسیون افزایش می دهد. در این مدت، کل نمونه توسط مایکروویو بسیار سریع گرم می شود و حرکت مولکول های محلول را تحریک می کند.
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 می شود. بسیاری از محققان از CO2 مبتنی بر مشخصات کاربر پسند و پتانسیل استخراج بالاتر و طبیعت ارزان آن استفاده می کنند. مزایای عمده SFE شامل تأثیرات قبل از تمرکز، تمیزی با اطمینان از بازده بالاتر و روش عملیاتی ساده است.
لیو نتایج امیدوارکننده ای را برای به دست آوردن روغن دانه iberis amara با استفاده از فراصوت همراه با استخراج CO2 فوق بحرانی نشان داد. و نتیجه نشان می دهد که بیش از 25 درصد روغن تولید می کند و همچنین خواص فیزیکوشیمیایی و فعالیت آنتی اکسیدانی روغن را در مقایسه با روغن استخراج شده CO2 فوق بحرانی بهبود می بخشد. علاوه بر این، 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 می شود. روش فشردن شامل یک مرحله فشرده سازی 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 می کنند و در نتیجه ظرفیت استخراج را با اعمال فشار محدود می کنند. برای دستیابی به نتایج برتر (کیفیت و کمیت در مقابل زمان) از طریق سطح تشدید فرآیند، ترکیب فشردن با سایر فناوری‌ها مانند اولتراسوند 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 اولتراسوند برای بهبود پراکندگی نانوذرات در ماتریس پلیمری استفاده شده است.
4- التراسونیک همراه با استخراج سوکسله( Soxhlet )
استخراج سوکسله معمولاً برای خارج کردن چربی ها و روغن ها از ماتریکس آنها استفاده می شود. این چارچوب در سال 1879 طراحی شد و به طور گسترده در زمینه های 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 استراتژی های تکامل یافته، مانند اولتراسوند، برای تسریع استخراج چربی و روغن را ثبت کرده اند.
5- التراسونیک همراه با تقطیر کلونجر( Clevenger)
راهبرد متعارف جداسازی ترکیبات ناپایدار مانند اسانس ها از مواد گیاهی (گیاهان، طعم دهنده ها، پوست، میوه ها و غیره) تقطیر آلمبیک است که در تاسیسات تحقیقاتی شیمی به آن تقطیر کلونجر نیز گفته می شود. این فرآیند با پالایش و حرارت دادن مکرر ماتریس معطر انجام می شود که معمولاً به مقادیر زیادی آب و انرژی نیاز دارد. زمان استخراج می تواند 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 می شود. ترکیب اولتراسوند 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 اولتراسونیک 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 بدست می آیند، ارائه می دهد.
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 می دهد. 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 می تواند از 2 تا 30 دقیقه در کاربردهای صنعتی تغییر کند. درمان اولتراسوند، در ترکیب با درمان فشار بالا، باید باعث کاهش فعالیت میکروبی شود. گزارش شده است که درمان فشار بالا با اولتراسوند (US-HPP) تأثیرات ناچیزی بر کیفیت غذایی و طعم غذا دارد. استفاده از US-HPP باعث غیرفعال شدن بیشتر میکروب ها و آنزیم ها می شود و می تواند به عنوان رویکرد دیگری برای حفظ مواد غذایی در نظر گرفته شود.
چالش ها در پردازش اولتراسوند مواد غذایی
اسناد استاندارد شده از نظر مصرف انرژی، انواع آزمایش ها و حجم نمونه ها، ارزیابی فنی-اقتصادی را قبل از اجرای صنعتی ارتقا می دهد. با این وجود، فعالیت های تحقیق و توسعه قابل توجهی برای درک، ساده سازی و اجرای این روش پویا تا حداکثر پتانسیل آن مورد نیاز است. این سیستم قبل از اینکه از نظر تجاری قابل دوام باشد، باید به شدت آزمایش شده و ایمن بودن آن ثابت شود. بسیاری از مطالعات بر فرکانس التراسونیک (20 یا 40 کیلوهرتز) تمرکز دارند که به صورت تجاری در دسترس است. مطالعه استفاده از فرکانس های مختلف اولتراسونیک به همراه پارامترهای مختلف مانند توان صوتی، زمان درمان و دما ضروری است.
التراسونیک با شدت کم کاملا مقرون به صرفه است و در بخش کشاورزی/غذایی کاربرد دارد. چندین سال است که استفاده از التراسونیک با شدت بالا برای اصلاح خواص فیزیکی و شیمیایی مواد غذایی شناخته شده است. با این حال، اخیراً بود که تولیدکنندگان شروع به تطبیق فناوری در مقیاس آزمایشگاهی با عملیات پردازش در مقیاس بزرگ کردند. افزایش استفاده از اولتراسوند با شدت بالا در درجه اول بر اساس در دسترس بودن ابزار دقیق کم هزینه است که نشان داده شده است که مزایای قابل توجهی نسبت به فناوری های جایگزین دارد.
آینده پردازش اولتراسوند
یکی از دستاوردهای مهم در زمینه تکنیک‌های استخراج نوآورانه، ظهور تکنیک‌های استخراج به کمک اولتراسوند بوده است که به طور موثر از دانش در فناوری و کالاهای مصرفی استفاده می‌کند. تکنیکی که برای حفظ چرخ تولید توسعه یافته است، استفاده از فناوری اولتراسونیک برای استخراج غذا و عصاره های طبیعی است. استخراج به کمک اولتراسوند از پدیده های فیزیکی و شیمیایی استفاده می کند که اساساً با روش های استخراج مرسوم متفاوت است. روش استخراج اولتراسوند عصاره های سبز غلیظی را تولید می کند که عاری از حلال ها، آلاینده ها یا مصنوعات باقی مانده باشد. مدل سونوگرافی مدرن که تا به امروز توسعه یافته است، بازده خالص و مزایای انتخابی را ارائه می دهد، زمان استخراج را بهبود می بخشد، سلامت و بهره وری را استخراج می کند، به راحتی در صنعت ادغام می شود و سازگار با محیط زیست است. امروزه انتخاب تکنیکی که برای استخراج ترکیب مورد نظر از یک گیاه خاص مورد استفاده قرار می گیرد باید به تعادل بین اثربخشی استخراج و تکرارپذیری، سهولت کار، همراه با ملاحظات زمان، هزینه، حفاظت و درجه اتوماسیون بستگی داشته باشد. این بررسی اجمالی به اهمیت موجود اصل استخراج اولتراسوند در شیمی محصولات طبیعی پرداخته است. بررسی جامع ادبیات حال و همچنین گذشته، کاربرد این روش استخراج در مقیاس آزمایشگاهی و صنعتی را نشان می‌دهد. ما پیش بینی می کنیم که این بررسی دامنه موفقیت آزمایشگاهی و صنعتی/تجاری را برای کاربردهای احتمالی فناوری اولتراسوند در استخراج مواد غذایی و محصولات طبیعی گسترش دهد.
نتیجه گیری
تکنیک اولتراسوند پتانسیل خود را برای نگهداری، استخراج و فرآوری در صنایع غذایی نشان داده است. در صنعت کشاورزی/غذایی، اولتراسوند به تدریج برای بهبود فرآیندهای مختلف استفاده می شود و به یک ابزار بسیار امیدوارکننده در جبهه تولید تبدیل شده است. هنگامی که علاوه بر سایر روش های نگهداری مواد غذایی استفاده می شود، اثربخشی فرآیند را افزایش می دهد. مزایای زیادی نسبت به سایر فناوری‌های از پیش موجود دارد و در صورت ترکیب با آنها، به رفع محدودیت‌های خود کمک می‌کند. ترکیب اولتراسوند 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. اولتراسوند با ظرفیت خود برای افزایش بهره وری و کاهش زمان مورد نیاز برای عملیات های مختلف پردازش، آینده ای انقلابی را نوید داده است.