超音波食品加工技術
応用
消費者の需要の増加と食品および環境規制の強化に伴い、従来の食品加工技術は最高の性能を失い、優れた新興技術を生み出しています。 超音波は、近年食品業界で適用されている、高速で多目的な、新興の有望なグリーン非破壊技術です。 超音波は、結晶化、凍結、漂白、脱気、抽出、乾燥、ろ過、乳化、滅菌、切断など、食品技術のさまざまな分野で使用されています。効果的な保存ツールとして、超音波は次のような食品加工分野で広く使用されています。果物や野菜、シリアル、蜂蜜、ゲル、タンパク質、酵素、微生物の不活化、シリアル技術、水処理、牛乳技術など。
前書き
何年にもわたって、加工食品に対する食品業界の最小需要は、加工方法に大きな変化をもたらしました。なぜなら、危機的な条件下で、一部の加工技術は、物理的および化学的変化を誘発することによって栄養レベルと生物学的利用能を低下させ、それによって感覚受容性を低下させるからです。 したがって、栄養、非栄養（生物活性）および官能特性を維持するために、食品業界はこれらの技術に代わる新しい穏やかな処理方法を設計しました。 超音波法は、加工の削減、品質の向上、食品の安全性の確保を目的とした急速に発展している技術の1つです。 食品業界の研究開発の主要分野としての超音波技術は、人間の聴覚の限界（GG gt; 16khz）よりも高い周波数の力学的波に基づいており、低エネルギーと低エネルギーの2つの周波数範囲に分けることができます。高エネルギー。 低エネルギー（低電力、低強度）超音波は1Wcm-2未満の周波数で100kHzより高く、高エネルギー（高電力、高強度）超音波は20〜500kHzの周波数で1より高いWcm-2。
超音波技術で一般的に使用される周波数の代表的な範囲は、20 kHz〜60kHzです。 分析技術として、高周波超音波を使用して、酸性度、硬度、糖度、成熟度など、食品の物理的および化学的特性に関する情報を取得します。 低周波超音波は、伝播する媒体に圧力、せん断、温度差を誘発することによって食品の物理的および化学的特性を変化させ、空胞を生成し、それによって食品中の微生物を不活性化します。 超音波処理は、収穫前後の新鮮な野菜や果物の品質管理、チーズ加工、市販の食用油、パンやシリアル製品、バルクおよび乳化脂肪食品、食品ゲル、気泡食品、冷凍食品の加工に適しています。 他のアプリケーションには、蜂蜜の偽和と凝集状態の検出、サイズとタンパク質タイプの評価が含まれます。 低周波超音波の周波数範囲とスペクトル、および核磁気共鳴（NMR）は、現在最も一般的で実用的で広く使用されている非破壊分析法です。 長年にわたり、低周波超音波は、流動性食品の物理化学的および構造的特性を研究するために首尾よく使用されてきました。
機構
液体システムに超音波を適用すると、音響キャビテーション、つまり気泡の生成、成長、および最終的な破裂が発生する可能性があります。 超音波が伝播すると、気泡が振動して破裂し、熱的、機械的、化学的効果を生み出します。 機械的効果には崩壊圧力、乱流、せん断応力が含まれますが、化学的効果はフリーラジカルの生成とは関係ありません。 キャビテーションゾーンは、非常に高い温度（5000 K）と圧力（1000 atm）を生成します。 超音波の周波数に応じて、局所的に生成される正圧と負圧が交互に繰り返されると、材料が膨張または圧縮され、細胞が破裂する可能性があります。 超音波は、振動する気泡内の水を加水分解して、H +およびOHフリーラジカルを形成する可能性があります。 これらのフリーラジカルは、特定の化学反応で捕捉される可能性があります。 例えば、フリーラジカルは、酵素の構造安定化、基質結合または触媒機能に関与する可能性があります。 アミノ酸がクリアされます。 この超音波破壊効果は、均質な液体によって大幅に抑制されます。
超音波処理中に発生する気泡は、その構造に応じて2つのカテゴリに分類できます。
圧力サイクル中に平衡サイズの大きな非線形気泡雲が形成されることを、安定キャビテーション気泡と呼びます。
不安定で急速な崩壊と小さな気泡への崩壊は、内部（一時的な）キャビテーション気泡と呼ばれます。
これらの小さな気泡はすぐに溶解しますが、気泡の伸長プロセス中、物質移動境界層は薄くなり、気泡が破裂したときの界面領域は界面領域よりも大きくなります。 これは、延伸段階で気泡に入る空気が、破裂段階で流出する空気よりも大きいことを意味します。
