کاربرد اولترا سونیک در صنایع غذایی و بسته بندی در صنایع غذایی
چکیده
نحوه استفاده از امواج اولتراسوند در صنایع غذائی دو گونه است. کاربرد اولتراسوند با شدت بالا و با شدت پائین. از امواج اولتراسوند با شدت پایین به عنوان روش تجزیه‌ای در تهیه اطلاعات مربوط به ویژگی های فیزیکی و شیمیایی مواد غذایی استفاده می شود. در این حالت توان به کار رفته به حدی پائین است که پس از قطع امواج اولتراسونیک هیچگونه تغییری در خواص فیزیکی و شیمیایی مواد غذایی ایجاد نمی شود در نتیجه به این تکنیک non-destrusive یا غیر مخرب گویند و از آن می توان در اندازه گیری ضخامت، تشخیص جسم خارجی، اندازه گیری فلوریت، تعیین ترکیبات متشکله، اندازه ذرات، و غیره استفاده کرد. در حالیکه امواج اولتراسوند با شدت بالا که در آنها از توان بالا استفاده می شود به عنوان ابزاری در تغییر ویژگی های مواد غذایی نظیر هموژنیزه کردن، تمیز کردن، استریل کردن، حرارت دادن، امولسیفیه کردن، مهار فعالیت آنزیم ها و میکروبها و متلاشی کردن سلول، تشدید واکنش های اکسیداسیون، اصلاح گوشت، اصلاح کریستالیزاسیون، و . . . استفاده می شود.
مقدمه
هدف تمامی صنایع فرایند کننده مواد غذایی تولید فرآورده‌ای با کیفیت بالا و تا حد امکان با حداقل هزینه می باشد که این فرآورده در اثر قرار دادن مواد اولیه در معرض یک سری از فرآیند ها مانند حرارت دادن، خنک کردن، فشار و اختلاط و. . . تولید می شود. تنوع در مواد خام و شرایط فرآیند سبب بوجود آوردن فرآورده‌ای با کیفیت غیر قابل پیش بینی می‌شود. بهمین دلیل بایستی کارخانجات مواد غذایی ویژگی های مواد اولیه را تعیین کرده و در هر مرحله از فرآیند، ماده غذایی و شرایط فرآیند را کنترل نمایند تا ویژگی های فراورده نهایی تا حد امکان مشابه ویژگی های مطلوب از قبل پیش بینی شده باشد.
کاربردهای مختلف اولتراسوند در رابطه با مواد غذائی از حدود 50 سال پیش شروع شده و در حال حاضر کاربرد زیادی در کنترل عملیات فرآیند مواد غذایی پیدا کرده است پیشرفت در زمینه میکروالکترونیک سبب شده که بتوان از اولتراسونیک برای اندازه گیری های دقیق و با هزینه نسبتاً پایین استفاده کرد.
در این روش یک طول موج صوتی با دامنه زیاد در درون ماده مورد آزمایش منتشر می شود. سپس از طریق سنجش تأثیر متقابل بین طول موج و ماده، اطلاعاتی در مورد خواص ماده بدست می آید.
اولتراسوند مزایای اساسی نسبت به سایر روش های تجزیه‌ای و تکنیک های مورد استفاده برای کنترل عملیات فرایند مواد غذایی دارد، زیرا در حالیکه بسیاری از این روشها تخریبی و وقت گیر بوده و نیاز به نیروی کار زیاد و آماده کردن مقادیر زیادی نمونه و هم چنین وجود سیستم هائی که نور را از خود عبور می دهند دارند، این روش نیازی به آماده سازی نمونه نداشته، دقیق و نسبتاً ارزان است و می تواند به سرعت (کمتر از یک ثانیه) به طور غیر تخریبی در طی فرآیند مواد غذایی در تعیین ویژگی ها و کیفیت غذاها حتی مواد غذایی تغلیظ شده و از لحاظ نوری کدر نیز به کاربرده شود و بنابراین سبب افزایش راندمان و کاهش هزینه تولید محصول می شود. در نتیجه انتظار می رود در آینده اولتراسوند هم به عنوان یک ابزار اصلی تحقیق در تهیه اطلاعاتی راجع به رابطه بین خواص فیزیکو شیمیایی غذاها با ویژگی های ملکولی ساختمانی آنها و هم به منظور بررسی مداوم و بهتر کیفیت و خواص مواد غذایی در طی تولید و نگهداری به عنوان on-line sensor کاربرده فزاینده‌ای داشته باشد.
از جمله کاربردهای مفید امواج اولتراسوند بررسی بافت، ویسکوزیته و غلظت برخی مواد غذایی جامد و مایع، اندازه گیری ضخامت، سطح و درجه حرارت و هم چنین تعیین ترکیبات میوه ها، سبزیها، گوشت، لبنیات و سایر محصولات است. علاوه بر این، استفاده از اولتراسونیک بدست آوردن اطلاعات را در مواردی که به کمک سایر روش ها دشوار است براحتی امکان پذیر می سازد. از آن جمله کنترل و بازرسی مداوم و اتوماتیک عملیات خط تولید نظیر تعیین اندازه ذرات تولید شده بوسیله هموژنایزر، آسیاب کلوئیدی و مخلوط کن می باشد، هم چنین تعیین میزان جرم گرفتگی لوله ها، ضخامت لایه‌های شکلات و شیرینی جات و ضخامت چربی یا بافت بدون چربی در گوشت و اندازه گیری مایعات موجود در تانکها و تعیین درجه حرارت در شرایطی که با استفاده از سنسورهای متداول امکان پذیر نمی باشد.
بخش های سیستم های اندازه گیری به طریقه اولتراسونیک
اجزاء اصلی در بیشتر سیستم های اندازه گیری اولتراسونیک عبارتند از: 1- قطعه اندازه گیری یا measurement cell 2- مولد موج الکتریکی یا signal generator 3- مبدل یا transducer، 4- اسیلوسکوپ .
ساده ترین و گسترده ترین تکنیک مورد استفاده در اولتراسونیک، تکنیک- pulse echo (پالس- اکو) است. مولد موج الکتریکی یک پالس الکتریکی با فرکانس و دامنه مشخص را تولید می کند. سپس مبدل، پالس الکتریکی را به پالس اولتراسونیک تبدیل می کند. این پالس از نمونه موجود در قطعه اندازه گیری عبور می کند و پس از برخورد با دیواره داخلی قطعه منعکس شده و به مبدل، جائی که در آن تشخیص داده می شود باز می گردد. در حقیقت مبدل به صورت یک دریافت کننده عمل کرده و پالس اولتراسونیک برگشتی را به یک پالس تبدیل می کند که بر روی اسیلوسکوپ آشکار می‌شود. از آنجائی که بخشی از پالس منعکس شده و بخش از آن عبور می کند یک سری از اکوها روی نوسان نما (اسیلوسکوپ) مشاهده می شود سرعت و ضریب تضعیف امواج اولتراسونیک با استفاده از این اکوها تعیین می شود.
هر اکو مسافتی معادل دو برابر طول سلول (d) بیشتر از اکوی قبلی طی می کند و بنابراین، سرعت با اندازه گیری زمان تأخیر (t) بین اکوهای متوالی محاسبه می شود: