tổng quan tài liệu về ứng dụng kỹ thuật siêu âm trong ngành công nghệ thực phẩm

Khái niệm cơ bản về siêu âm Âm thanh là kết quả của sự lan truyền năng lượng âm trong vật chất dưới dạng một sóng tạo nên hiện tượng nén giãn lập đi lập lại  Vậy: siêu âm là những só

BÁO CÁO ĐỒ ÁN MÔN HỌC CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

Tổng quan: ỨNG DỤNG KỸ THUẬT

SIÊU ÂM TRONG CÔNG NGHỆ

THỰC PHẨM

1 Khái niệm cơ bản về siêu âm

 Âm thanh là kết quả của sự lan truyền năng lượng âm trong vật chất dưới dạng một sóng tạo nên hiện tượng nén giãn lập đi lập lại

 Vậy: siêu âm là những sóng dao động cơ học có tần số cao trên 18 000 Hz, tai người không thể nghe được Siêu âm thường được ứng dụng trong thực phẩm là vùng 20 kHz – 100 kHz

2.Hệ thống siêu âm

 Gồm có 3 phần

truyền siêu âm

Hình 3: Hệ thống đầu dò siêu

âm

3.Cơ chế tác động của sóng siêu âm

 Tạo ra hàng loạt các hoạt động nén

giãn liên tục, làm chuyển động các

phần tử của môi trường

 Hiện tượng tạo bọt : sự vỡ bọt khí

trong chất lỏng có thể tăng nhiệt độ

quá 10 0000F , và áp suất tăng quá

10 000 PSI

 Các vi dòng: Nó xảy ra khi các bọt

khí dao động một cách mãnh liệt và

tạo ra các dòng xoáy mãnh liệt trong

chất lỏng xung quanh chúng Hình 1:Một chu kỳ phát triển bọt

 Nhìn chung siêu âm có hai ứng dụng

chính trong công nghệ thực phẩm đó là:

 Năng lượng thấp và tần số cao (100kHz–2 MHz) nó được sử dụng như là một kỹ thuật phân tích, qui trình điều khiển, kiểm tra

không làm phá huỷ cấu trúc

 Năng lượng cao và tần số thấp(20-100kHz)

thì nó được xem như là một phương pháp hỗ trợ cho các quy trình khác

Ứng dụng siêu âm năng lượng cao

trong công nghệ thực phẩm

Tác dụng vật lý Tác động hoá học và vi sinh

Quá trình kết tinh

Quá trình bài khí

Quá trình phá bọt

Quá trình trích ly

Quá trình lọc và sấy

Quá trình lạnh đông

Trộn và đồng hoá

Làm mềm thịt

Xác định kích thướt hệ nhũ tương

Quá trình oxi hoáLàm sạch và tiệt trùng dụng cụƯùc chế enzym

Tiêu diệt vi sinh vật

2.1 Xác định kích thước hệ nhũ tương thực phẩm

 Mô hình thiết bị và nguyên tắc

Hình 4: Mô hình thực nghiệm

đo lường siêu âm Hình 5: Các kỹ thuật đo tính chất siêu âm thường dùng

2.1 Xác định kích thước hệ nhũ tương thực phẩm

 Ưu nhược điểm của phương pháp

 Ưu điểm:

 Không phá huỷ cấu trúc của mẫu

 Có thể áp dụng cho hệ nhũ tương nồng độ cao và mờ đục

 Dễ điều khiển

 Nhược điểm

 Không sử dụng cho các hệ nhũ tương chứa bọt khí  Không áp dụng cho hệ nhũ tương rất loãng (<0.5 wt%)

2.2 Ứng dụng siêu âm ức chế enzym

 Theo tác giả Wiltshire, 1992

 Nghiên cứu: ảnh hưởng của siêu

âm (20 kHz, 371W/cm 2 ) lên

enzym peroxydase được hoà vào

trong dung dịch đệm kali

phốtphát 0.1M pH=7 ở 20 0 C

 Kết quả : Các enzym peroxidase

có thể bị ức chế 90 % khi chiếu

siêu âm trong 3 giờ.

 Cơ chế: sự tạo bọt  vỡ bọt

Hình 6: Sự giảm hoạt tính của

enzym peroxydase khi sử dụng siêu âm

2.3 Ứng dụng siêu âm trong

quá trình oxi hoá

 Các sản phẩm lên men như rượu vang và một số loại rượu cao độ …

 Theo tác giả Rosenfeld và Shmidt,1984:

 Thành công với rựu Whisky, khi được chiếu siêu âm 1Mhz trong giai đoạn ủ chín

 Kết quả: giảm thời gian ủ chín còn 1 năm, so với công nghệ truyền thống là 4 năm mà vẫn đảm bảo chất lượng

 Giải thích:

2.4 Ứng dụng siêu âm trong quá trình làm sạch và tiệt trùng bề mặt

 Các nghiên cứu

 Làm sạch và tiệt trùng các dụng cụ trong công nghệ chế biến thực phẩm

 Cơ chế: sự tạo bọt

Cơ chế làm sạch tiệt trùng của siêu âm

2.5 Sử dụng siêu âm ức chế

vi sinh vật

 Để tiêu diệt vi sinh vật hiệu quả, sóng

siêu âm được sử dụng kết hợp với: nhiệt, áp suất, hoặc cả nhiệt và áp suất

 Tác động trên Listeria monocytogenes

200KPa 400KPa 200KPa+ 64 0 C Siêu âm (117m, 20 kHz ) 4.3 1.5 1 0.34

Bảng 2.2: Giá trị D (phút) của Listeria monocytogenes khi được xử lý

bằng siêu âm

2.5 Sử dụng siêu âm ức chế

vi sinh vật

 Tác động trên Salmonella spp

2.6 Ứng dụng siêu âm trong nhũ hoá

 Nguyên tắc :

 Chính sự vỡ của các bọt khí gần biên giới giữa hai

pha không trộn lẫn vào nhau đã tạo ra sự va chạm

sóng giúp làm tăng hiệu quả đảo trộn các lớp

 Những hệ nhũ tương này thì bền vững hơn các hệ nhũ tương xử lý bằng các phương pháp truyền thống, ngoài ra nó đòi hỏi rất ít hoặc không cần các chất hoạt động bề mặt (chất nhũ hoá)

2.7 Ứng dụng siêu âm trong

quá trình trích ly

 Trích ly các chất tan trong lá trà

Điều kiện trích ly Chất rắn được trích ly(% khối lượng)

Sử dụng nhiệt ở 100 0 C

Sử dụng nhiệt ở 60 0 C

Sử dụng siêu âm ở 60 0 C

Siêu âm ở 60 - 100 0 C

38 28 33

40

Bảng 2.3: Trích ly trà bằng sóng siêu âm ( 20 kHz, xử lý trong 10 phút)

 Trích ly protein từ đậu nành: 20kHz, 550W

2.7 Ứng dụng siêu âm trong

quá trình trích ly

 Cơ chế của sóng siêu âm giúp làm tăng khả năng trích ly của các qui trình trích ly cổ điển là dựa trên:

 Tạo ra một áp lực lớn xuyên qua dung môi và tác động đến tế bào vật liệu

 Tăng khả năng truyền khối tới bề mặt phân cách

 Phá vỡ thành tế bào trên bề mặt và bên trong của vật liệu, giúp quá trình thoát chất tan

được dễ dàng.

2.8 Ứng dụng siêu âm trên các

 Sử dụng siêu âm ở 40 kHz, 2W.cm-2 trong 2 h 

giảm các mô liên kết trong thịt thăn bò làm mềm thịt mà không làm chảy dịch gây mất chất dinh dưỡng ( Roberts, 1991)

 Cơ chế

2.9 Ứng dụng siêu âm trong

quá trình kết tinh

Xin chân thành cảm ơn sự chăm chú

lắng nghe của Thầy Cô và các bạn