Jak to działa?
Aplikacja PEF powoduje elektroporację, lub jak lubimy to nazywać”uniesienie”, tworząc pory w błonach komórkowych przy niskim poborze energii i obciążeniu cieplnym. Mechanizm działania jest od dawna znany, ale dopiero w ostatniej dekadzie znalazł szerokie zastosowanie w przetwórstwie warzyw. Z 200 systemami Elea PEF stosowanymi w przemyśle spożywczym Ele jest liderem na rynku w tej dziedzinie. W tym artykule pokrótce przyjrzymy się historii stosowania PEF, omówimy zalety procesu i produktu dla przemysłu ziemniaczanego oraz projekt sprzętu, a także przedstawimy perspektywę nadchodzących możliwości zastosowania.
Wczesne dni
O ile dowiedzieliśmy się, że pierwsze doniesienia na temat stosowania PEF pochodzą z lat 1960. XX wieku, naukowcy z Niemiec i Ukrainy zaobserwowali rozerwanie komórek i poprawę procesów transportu masy i separacji po zastosowaniu energii impulsowej. Pierwsze typy prototypów na skalę przemysłową zbudowano w latach 1980. XX wieku do przetwarzania mączki rybnej, ale technologia przełączania wysokiej mocy nie została opracowana wystarczająco daleko. Technologia cofnęła się do środowiska akademickiego. W latach 1990. uniwersytety, w tym Ohio State University, Washington State University i Berlin University of Technology, prowadziły finansowane ze środków publicznych projekty dotyczące stosowania PEF do inaktywacji drobnoustrojów i niszczenia komórek roślinnych. Około 1997 r. pierwsze raporty na temat wpływu PEF na ziemniaki, marchew lub buraki cukrowe zostały opublikowane przez Angersbach i inni or Rastogi i in. Zaobserwowano utratę ciśnienia turgoru i zmiękczenie tkanek, wykorzystując analizę tekstury.
Pierwsze zastosowania w przetwórstwie ziemniaków
W 1998 r. opracowano systemy skali technicznej do ciągłego testowania w przemyśle skrobi ziemniaczanej. Pierwsze konfiguracje wykorzystywały grawitację jako środek transportu, ale bardzo szybko stało się oczywiste, że wymagany jest wymuszony transport produktu i zbudowano systemy koła wodnego i przenośnika taśmowego. Zastosowanie poziomych lub pionowych pasów przetwórczych elektrod wykazało wysoką wydajność procesu, niezawodność oraz możliwość zastosowania w przemyśle spożywczym. W 2006 roku zainstalowano system na skalę przemysłową w przetwórstwie frytek. Od tego czasu przemysłowe systemy PEF „pod klucz” zostały opracowane na: CZĘŚĆNiemcy.
Zalety produktu PEF dla frytek
W miarę utraty wewnętrznego ciśnienia komórkowego (turgoru) ziemniaki miękną po obróbce elektroporacyjnej. Podobnie jak po podgrzaniu, zmiękczanie tekstury poprawia cięcie i powoduje mniej wtapiania i łamania. W porównaniu z podgrzewaniem wstępnym, stosowanie PEF ma wiele zalet w zakresie produktów i procesów, a zużycie energii i wody jest zmniejszone nawet o 90%. W przypadku aplikacji PEF stosuje się wkład energii od 0.3 do 1.5 kJ/kg ziemniaka, powodując wzrost temperatury < 0.4°C. W trakcie sezonu intensywność procesu jest dostosowywana w trakcie sezonu, przy czym najwyższa jest w przypadku bulw świeżych z upraw polowych lub twardszych odmian i maleje pod koniec sezonu. Zwiększa się średnia długość produktu i zmniejsza się strata skrobi w strumieniach wody procesowej podczas cięcia i blanszowania. Pozwala to na poprawę wydajności nawet o 1.5% dla linii do przetwarzania frytek. Mniejsze pękanie tkanek zmniejsza również wchłanianie oleju. Osiąga się redukcję do 10%. Nie jest wymagany czas utrzymywania, ponieważ efekt pola elektrycznego jest natychmiastowy i wolumetryczny, a także nie ma potrzeby uruchamiania ani wyłączania. Dzisiaj ok. godz. 140 systemów Elea PEF jest używanych w przemyśle frytek o wydajności przerobowej od 5 do 75 t/h. Ostatnie projekty zwiększają wydajność przerobu do 100 t/h na pojedynczych liniach lub przetwarzają inne surowce, takie jak batat czy maniok.
Usmaż idealny chips z PEF
Jakość surowców i zoptymalizowane przetwarzanie są kluczowymi czynnikami decydującymi o wysokiej jakości chipsów ziemniaczanych i warzywnych. Jakość i spójność krojenia są kluczowymi czynnikami w tej branży, ponieważ od nich zależą wszystkie kolejne etapy przetwarzania i jakość produktu. PEF zmniejsza łamliwość i liczbę drobnych i połamanych cząstek podczas krojenia ziemniaków i innych warzyw. Gładsza powierzchnia cięcia zmniejszy utratę skrobi i ilość wolnej skrobi na powierzchni produktu. Jest to korzystne dla wydajności i tekstury produktu, a także dla zmniejszenia lepkości produktu i podwojenia. Utrzymanie skrobi w plastrach przyczynia się do lepszej tekstury i chrupkości. Przy zmniejszonych stratach skrobi i lepszym cięciu można osiągnąć do 2% wzrost wydajności. Dzięki szybszemu uwalnianiu wody temperatura i/lub czas smażenia może ulec skróceniu. Na liniach ciągłego smażenia – w zależności od konfiguracji linii – możliwe jest skrócenie czasu smażenia nawet o 10%, co w połączeniu ze zmniejszoną temperaturą końcową smażenia skutkuje mniejszym obciążeniem cieplnym i wyższą jakością produktu. W przypadku smażenia okresowego można osiągnąć nawet 15% wzrost wydajności dzięki ułatwionemu usuwaniu wilgoci. Większość linii chipsów ziemniaczanych nie obejmuje etapu blanszowania, ale w przypadku zastosowania PEF może pomóc w odwróceniu niepożądanego wpływu blanszowania na teksturę produktu. Mniejsze uszkodzenie powierzchni plastra spowoduje mniejsze wchłanianie oleju, około 10% dla typowych warunków produktu i smażenia. W przypadku surowców takich jak marchew, pasternak, słodki ziemniak czy maniok obserwuje się podobne korzyści. PEF usprawni cięcie produktu i umożliwi szybsze usuwanie wody i zmniejszenie wchłaniania oleju. Skrócenie czasu i temperatury smażenia pozwoli uzyskać jaśniejszy kolor produktu i bardziej naturalny wygląd produktu. Obecnie ok. 40 systemów Elea PEF jest używanych w przemyśle przekąskowym, o wydajności od 1 do 12 t/h dla pojedynczych linii lub do 28 t/h, gdzie łączy się wiele linii krojenia i smażenia. Zobacz opinię użytkownika PEF poniżej.https://www.linkedin.com/embeds/publishingEmbed.html?articleId=9036411920855038759
Projektowanie urządzeń i integracja linii
Systemy ciągłe są wykorzystywane do przetwarzania ziemniaków na skalę przemysłową. Składają się z modulatora impulsów do dostarczania energii i obszaru zabiegowego. Moc systemu i konstrukcja mechaniczna zależą od potrzeb w zakresie mocy obliczeniowej. Natężenie pola elektrycznego (~1 kV/cm) i energia wejściowa (0.3 do 1.5 kJ/kg) są kluczowymi parametrami procesu i projektowania. Maksymalny przekrój jest określony przez wymagane natężenie pola. Specyficzny pobór energii i przepustowość określają średnią moc znamionową. Aby umożliwić płynny transport produktu, przekrój komory zabiegowej powinien być szeroki i wolny od przeszkód, a jego wymiary określają szczytową moc znamionową systemu. Generatory impulsów prądowych są oparte albo na transformatorze impulsowym, albo na konstrukcji generatora Marksa. Systemy oparte na transformatorach impulsowych pozwalają na mniejsze zajmowanie miejsca, ale prądy szczytowe są ograniczone do 1 lub 2 kA. Ze względu na wyższe prądy szczytowe do 10 kA generatory Marx umożliwiają szersze kanały leczenia i są preferowane w systemach o wyższej przepustowości. W przypadku produktów stałych, takich jak korzenie lub bulwy, systemy taśmowe wykazały najlepszą wydajność i niezawodność przy stałej intensywności obróbki przy zmiennej przepustowości lub wielkości produktu. Woda jest wykorzystywana do przesyłu energii, w celu kontrolowania skuteczności uzdatniania i zmniejszenia zapotrzebowania na wodę Jakość wody procesowej jest stale monitorowana i zarządzana. W zależności od wydajności leczenia i mocy znamionowej generatora można stosować zarówno poziomą, jak i pionową konfigurację elektrod. Podczas gdy PEF działa z odklejaniem lub odklejaniem, większość systemów jest instalowana po obieraniu, gdzie późniejsze cięcie lub krojenie hydrojetem zapewnia lepszą konsystencję i dłuższą trwałość noża. W przypadku instalacji na większą skalę generator impulsowy i urządzenie do obróbki są oddzielone, aby zapewnić małą powierzchnię zajmowaną przez rzeczywistą linię technologiczną. Aby sprostać zapotrzebowaniu w sektorze przekąsek, Elea zaprojektowała dedykowaną, kompaktową jednostkę typu „wszystko w jednym” o wydajności przetwarzania do 9 t/h. Pozwala to na łatwą implementację na istniejących liniach produkcyjnych.
Kontrola i optymalizacja procesu
Wraz ze wzrostem ilości energii wejściowej PEF zwiększa się rozmiar porów, a oprócz wody uwalniany jest również cukier lub skrobia. Im więcej, tym lepiej, nie jest to właściwe podejście, ponieważ może to powodować niepożądane ciała stałe i straty wydajności. Do monitorowania i optymalizacji procesów Elea opracowała dwa narzędzia, PEF Control i Kontrola cięcia. Zgodnie z koncepcją sugerowaną przez Angersbach i wsp., PEF Control opiera się na pomiarze impedancji w celu wykrycia liczby otwartych komórek w tkance i przewidzenia poprawy transportu masy, np. w procesach ekstrakcji, infuzji lub suszenia. Cut Control mierzy siłę ściskania i cięcia bulw, a tym samym umożliwia dobranie odpowiednich parametrów przetwarzania w zależności od odmiany surowca, pory roku i pożądanego cięcia. Wspólnie z naszymi klientami oraz integratorami linii prowadziliśmy osobiście lub zdalnie wspierane projekty instalacji i optymalizacji linii. Korzystając z naszej własnej aplikacji do obsługi wideo, proces jest obsługiwany od pierwszych prób w skali pilotażowej, poprzez testowanie zgodności z zasadami na miejscu, po instalację systemu, uruchomienie i oddanie do użytku. Zdalna diagnostyka i wsparcie są dostępne dla obsługi klienta, a także rozwoju produktu. W przypadku integracji systemu PEF z projektami pod klucz lub modernizacji, nasz zespół ekspertów jest dostępny, aby zmaksymalizować ogólną wydajność linii poprzez optymalizację wyposażenia procesowego i ustawień na wszystkich etapach linii produkcyjnej.
Implikacje dla zrównoważonego rozwoju
Przy zapotrzebowaniu na energię ok. 1 kWh na tonę produktu, PEF jest najbardziej wydajną techniką rozbijania komórek. Zużycie wody PEF waha się od 30 do 50 l na tonę produktu, w zależności od wody zasilającej i przewodności produktu. Aby zminimalizować zużycie wody, brud lub wolną skrobię należy usunąć przed wejściem do kąpieli obróbkowej, po oczyszczeniu woda procesowa może być ponownie wykorzystana w innych etapach procesu. Wielu użytkowników śladu środowiskowego produktu przeprowadziło i opublikowało analizy zrównoważonego rozwoju po wdrożeniu śladu środowiskowego produktu. Dla typowej linii 26 t/h odnotowano oszczędności wody w zakresie 24.000 3 m10 i oszczędności energii 950 milionów kWh rocznie. Oszczędności te w połączeniu ze wzrostem plonów o ok. 368 ton i zużycie oleju zmniejszone o XNUMX t rocznie pomagają oszczędzać pieniądze, zasoby i środowisko.
Co dalej i gdzie wypróbować?
Ściśle współpracujemy z klientami, aby zapewnić rozwiązania szyte na miarę, najlepiej odpowiadające ich indywidualnym wymaganiom. Obecne prace skupiają się na optymalizacji procesów i opracowywaniu nowych produktów pod kątem nowych kształtów produktów lub wykorzystania dotychczas niewykorzystanych upraw. Wzmocniony napar PEF i wchłanianie koloru, smaku lub składników aktywnych pozwala wpływać na smak i wygląd produktu. PEF może być stosowany nie tylko do zmiękczania tkanek, ale z obróbką termiczną może być stosowany do zachowania tekstury tkanki poprzez ukierunkowaną modyfikację pektyn. Pozwala to zmniejszyć degradację tekstury podczas gotowania lub konserwowania ziemniaków i innych warzyw. I wreszcie, kombinacje PEF i smażenia próżniowego lub suszenia próżniowego mikrofalami pozwalają na stworzenie nowatorskich, smacznych i chrupiących tekstur produktów. Dzięki PEF Pilot opracowaliśmy najbardziej wszechstronny system R&D dostępny na rynku.
Skontaktuj się z nami pod adresem www.elea-technology.com, aby opracować najlepsze rozwiązanie dla Twojego produktu ziemniaczanego.
Przeczytaj więcej nowości w procesies sekcji