Technologie de traitement des aliments par ultrasons
application
Avec l'augmentation de la demande des consommateurs et le resserrement des réglementations alimentaires et environnementales, les technologies traditionnelles de transformation des aliments ont perdu leurs meilleures performances, ce qui se traduit par des technologies émergentes supérieures. L'échographie est une technologie verte non destructive rapide, polyvalente, émergente et prometteuse appliquée dans l'industrie alimentaire ces dernières années. Les ultrasons sont utilisés dans divers domaines de la technologie alimentaire, tels que la cristallisation, la congélation, le blanchiment, le dégazage, l'extraction, le séchage, la filtration, l'émulsification, la stérilisation, la découpe, etc. En tant qu'outil de conservation efficace, les ultrasons ont été largement utilisés dans les domaines de la transformation des aliments tels que comme les fruits et légumes, les céréales, le miel, les gels, les protéines, les enzymes, l'inactivation microbienne, la technologie des céréales, le traitement de l'eau et la technologie du lait.
introduction
Au fil des ans, la demande minimale de l'industrie alimentaire pour les aliments transformés a conduit à des changements majeurs dans les méthodes de transformation, car dans des conditions critiques, certaines technologies de transformation réduisent leurs niveaux nutritionnels et leur biodisponibilité en induisant des changements physiques et chimiques, réduisant ainsi l'acceptation sensorielle. Par conséquent, afin de maintenir les propriétés nutritionnelles, non nutritives (activité biologique) et sensorielles, l'industrie alimentaire a conçu de nouvelles méthodes de traitement doux pour remplacer ces technologies. La méthode ultrasonique est l'une des technologies à développement rapide visant à réduire le traitement, à améliorer la qualité et à garantir la sécurité alimentaire. La technologie des ultrasons, en tant que domaine clé de la recherche et du développement dans l'industrie alimentaire, est basée sur des ondes mécaniques avec une fréquence supérieure à la limite de l'audition humaine (GG gt; 16khz), qui peut être divisée en deux plages de fréquences: basse énergie et haute énergie. Les ultrasons de basse énergie (basse puissance, basse intensité) sont supérieurs à 100 kHz à des fréquences inférieures à 1 Wcm − 2, et les ultrasons de haute énergie (haute puissance, haute intensité) à des fréquences comprises entre 20 et 500 kHz Supérieur à 1 Wcm − 2.
La gamme représentative de fréquences couramment utilisée en technologie ultrasonique est comprise entre 20 kHz et 60 kHz. En tant que technique analytique, les ultrasons à haute fréquence sont utilisés pour obtenir des informations sur les propriétés physiques et chimiques des aliments telles que l'acidité, la dureté, la teneur en sucre et la maturité. Les ultrasons à basse fréquence modifient les propriétés physiques et chimiques des aliments en induisant une différence de pression, de cisaillement et de température dans le milieu qu'ils se propagent, et produisent des vacuoles, inactivant ainsi les micro-organismes présents dans les aliments. Le traitement par ultrasons convient au contrôle de la qualité des fruits et légumes frais avant et après la récolte, à la transformation du fromage, des huiles comestibles commerciales, du pain et des produits céréaliers, des aliments gras en vrac et émulsionnés, des gels alimentaires, des aliments aérés et des aliments surgelés. D'autres applications incluent la détection de l'adultération du miel et le statut d'agrégation, l'évaluation de la taille et du type de protéine. La gamme de fréquences et le spectre des ultrasons basse fréquence, ainsi que la résonance magnétique nucléaire (RMN), sont actuellement les méthodes d'analyse non destructive les plus populaires, pratiques et largement utilisées. Au fil des ans, les ultrasons à basse fréquence ont été utilisés avec succès pour étudier les propriétés physico-chimiques et structurelles des aliments liquides.
Mécanisme
L'application d'ondes ultrasonores dans des systèmes liquides peut provoquer une cavitation acoustique, c'est-à-dire la génération, la croissance et la rupture éventuelle de bulles. Lorsque les ondes ultrasonores se propagent, les bulles oscillent et éclatent, produisant des effets thermiques, mécaniques et chimiques. Les effets mécaniques comprennent la pression d'effondrement, la turbulence et la contrainte de cisaillement, tandis que les effets chimiques n'ont rien à voir avec la génération de radicaux libres. La zone de cavitation génère une température (5000 K) et une pression (1000 atm) extrêmement élevées. En fonction de la fréquence des ultrasons, l'alternance de pression positive et négative générée localement peut provoquer l'expansion ou la compression du matériau, conduisant à la rupture de la cellule. Les ultrasons peuvent hydrolyser l'eau dans les bulles oscillantes pour former des radicaux H + et OH-libres. Ces radicaux libres peuvent être capturés dans certaines réactions chimiques. Par exemple, les radicaux libres peuvent être impliqués dans la stabilisation structurelle, la liaison au substrat ou la fonction catalytique des enzymes. L'acide aminé est éliminé. Cet effet de rupture ultrasonique est considérablement supprimé par le liquide homogène.
Les bulles générées lors du traitement par ultrasons peuvent être divisées en deux catégories selon leur structure:
La formation d'un grand nuage de bulles non linéaire avec une taille d'équilibre pendant le cycle de pression est appelée une bulle de cavitation stable.
L'effondrement instable et rapide et la désintégration en bulles plus petites sont appelés bulles de cavitation internes (transitoires).
Ces petites bulles se dissolvent rapidement, mais pendant le processus d'étirement des bulles, la couche limite de transfert de masse est plus mince et la zone d'interface est plus grande que la zone d'interface lorsque la bulle éclate. Cela signifie que l'air entrant dans la bulle pendant l'étape d'étirage est plus grand que l'air sortant pendant l'étape d'éclatement.
