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      時間:2022-04-15 16:16

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      脈沖電場的好處:從薯片到果汁和干制品:New Food發現脈沖電場 (PEF) 如何

      2022-04-11 22:34 來源: 高壓脈沖電場PEF

      原標題:脈沖電場的好處:從薯片到果汁和干制品:New Food發現脈沖電場 (PEF) 如何

      從薯片到果汁和干制品:New Food發現脈沖電場 (PEF) 如何成功且安全地應用于食品和生物加工行業的一系列不同產品。

      PEF輔助草莓干和火龍果

      第一份關于脈沖電場 (PEF)使用的報告于 1950 年代在烏克蘭、摩爾多瓦和德國發表,但將該技術轉化為工業實踐需要幾十年的時間。從 1990 年代起,20 多個研究小組一直在確定潛在的作用機制、影響參數和潛在應用。第一個工業規模系統是在德國食品技術研究所 (DIL) 的公共和工業資助項目中開發的,并成功引入馬鈴薯加工和果汁行業。

      PEF的機制

      PEF 的應用會影響任何生物細胞的細胞膜。根據細胞類型,施加范圍為 1-15kV/cm 的場強和范圍從小于 1 到 150kJ/kg 的能量輸入。高電場產生稱為電穿孔的效果。1這種物理效應會打開細胞,導致膨脹壓力下降、組織軟化、加速穿過細胞壁的傳質和低溫微生物失活。脈沖場的使用優化了功效并且具有低能量需求。

      薯條行業的節水節能

      在炸薯條和薯條生產中,PEF 樹立了新標準。該技術取代了以前應用的預熱,可節省高達 90% 的水和能源。代替將產品緩慢加熱到 60°C,PEF 是冷應用的,處理時間低于一秒。以約 1kJ/kg 的強度進行治療的主要好處是減少膨脹壓力和軟化組織,從而在切片2或水力噴射切割期間實現平滑切割(圖 1)。平滑的切割減少了產品破損和羽化,從而提高了產品質量和產量,并允許使用不同的產品形狀或原材料。更光滑的產品表面還意味著進入產品的油(最多 10%)更少。如今,超過 90 套 PEF 系統的生產量從 10 到 70 噸/小時不等,已在全球薯條行業中使用。

      圖 1:PEF 處理的紅薯繩非常柔軟,可以打結

      市場上有不同的 PEF 系統,具體取決于技術的應用。

      完美的蔬菜片

      蔬菜薯片是一種流行趨勢,但生產始終如一的高質量薯片通常具有挑戰性。然而,PEF 的應用在整個生產鏈中產生了顯著的質量改進:不僅減少了切片機刀片的磨損,而且減少了釋放到加工水中的淀粉。PEF 用戶還可以從 1% 到 2% 的產量增加中受益,并且質量改進是多種多樣的;從更好的緊縮到顏色改善(圖 2) 和原始蔬菜的自然味道。PEF 可以使用以前不可能的原材料和形狀。PEF 后加速水分釋放可以在更短的時間內降低油炸溫度,從而保留天然產品顏色,并減少紅薯、胡蘿卜、歐洲防風或甜菜根片等產品的丙烯酰胺形成。

      圖 2:甜菜根和胡蘿卜片的比較——未處理與 PEF 處理

      優質干燥

      干燥是用于抑制微生物生長和保持食品質量的最古老的工藝之一。通常該過程受到水分擴散的限制。當 PEF 打開細胞膜時,它消除了這種限制,并允許降低溫度并縮短干燥協議的時間。3由于水可以從產品中移動,因此可以防止核心結皮和產品收縮,對于大多數植物性產品,干燥時間可以減少約 20%。降低干燥溫度可減少對產品顏色和形狀的不利影響,以及味道和能源節約。此外,PEF 處理可應用于任何類型的干燥技術,從傳統的空氣干燥到(微波)真空、冷凍或滲透干燥。

      PEF增強萃取

      許多食品生產操作涉及細胞內物質的提取。糖、果汁、色素、色素和油類的獲勝只是 PEF 誘導的細胞膜透化可用于提高提取率的幾個例子。在果汁生產中,PEF 可用于替代高強度機械崩解或酶法浸漬。在制糖工業中,可以降低提取溫度,并且觀察到橄欖油加工的產量增加高達 10% 并減少了混勻時間。4

      在加工葡萄時,可以看到花青素和多酚的提取率提高,從而大大減少浸漬時間并提高生產能力(圖 3)。根據原材料的類型,可以應用兩種不同的設備設置??杀盟彤a品,如水果或蔬菜泥、半固體產品或預切產品,可在直徑為 50-200 毫米的管道系統中處理。塊莖、甜菜或整個水果等固體產品通常在 PEF 傳送帶系統上進行加工。

      圖 3:葡萄酒赤霞珠的顏色強度;紅色 PEF,黑色無 PEF

      去皮的簡單方法

      PEF 的另一個影響是對植物材料結構特性的影響。在處理水果、籽?;蚍N子后,觀察到彈性特性以及果皮附著的變化。經過 2kJ/kg 的處理后,番茄皮可以很容易地去除,沒有任何附著的番茄果肉,是蒸汽或堿液剝皮的低能耗和環保替代方案。對于堅果和種子,例如腰果,增加的彈性可以減少脫殼過程中的破損和更好的內核完整性。

      優質果汁

      不僅植物細胞受到 PEF 的影響,微生物細胞也受到影響。這會導致微生物失活,因為它會導致酵母、霉菌和細菌的膜屏障功能喪失。通過PEF處理降低果汁的微生物負荷(圖4),以確保果汁的微生物安全并保證一定的保質期。與傳統熱處理相比,關鍵優勢在于降低了處理溫度和時間(圖 5)。因此,對熱敏感的顏色、營養和風味不受影響。與其他非熱處理選項相比,PEF 可以在連續模式下運行,并且很容易集成到現有的加工線中。由于其與溫和熱量的協同作用,果汁行業中的大多數工業 PEF 生產線都利用現有或定制的預熱和冷卻裝置,在 30 至 40°C 的入口溫度和遠低于 60°C 的最高產品溫度下運行。與高溫、短時間處理相比,溫度降低(通常超過一個 z 值5 )會產生優質的外觀和味道。

      圖 4:使用 12 kV/cm 電場強度在不同能量水平下 PEF 處理前后瓜汁中的微生物濃度

      圖 5:PEF 工藝與熱巴氏殺菌的熱影響

      在處理動物細胞結構設計中也可以觀察到積極的影響,例如肉類。

      組合方法還允許回收所施加的電能和優化能量效率。由于 PEF 在灌裝前應用于產品,因此該過程與所使用的包裝材料無關,可用于裝入容器的半成品,以及裝在 PET 或玻璃瓶中的最終產品。工業規模系統的范圍從 500 到 10.000 升/小時,在大規模操作中總加工成本低至 0.02 歐元/升6產品。

      PEF 在肉類加工中的應用

      在處理動物細胞結構設計中也可以觀察到積極的影響,例如肉類。PEF 會改變肉的結構,使其質地更柔軟,7而翻滾的機械過程可以減少時間。PEF 處理肉類后的鹽水吸收速度提高了大約 50%,這提高了制造過程的效率,同時也實現了質量改進。

      PEF系統

      根據技術的應用,可以使用不同的 PEF 系統。通常,該系統由脈沖調制器和治療單元組成。在 PEF 的早期階段,火花隙和真空管被用于為開關供電。8然而,由于耐用性差,開發了高功率半導體,這使得 PEF 系統的設計能夠在試驗和工業規模上進行。今天,高壓脈沖形成有兩種選擇:第一種是基于變壓器的系統,其中低壓脈沖與脈沖變壓器結合使用,第二種是馬克思發生器。在這種情況下,一堆電容器并聯充電和串聯放電,以實現非常高的功率轉換率。

      典型的平均功率在 20 到 400kW 之間。產生的高壓脈沖被施加到處理單元中的產品上。根據應用的不同,無論是液體食品還是固體食品,處理單元的設計都會有所不同。對于液體材料的處理,處理區集成在管道系統中,其中直徑根據所需的吞吐量而變化。諸如塊莖之類的固體材料在包含至少兩個電極的傳送帶上傳送。對于這種應用,產品被浸沒在水中以提高能源效率。 返回搜狐,查看更多

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