بخشی از مقاله
چکیده : هدف تمامی صنایع تولید 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. به همین دلیل لازم است که 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 فرآورده نهایی تا حد امکان مشابه ویژگی های مطلوب از قبل پیش بینی شده باشد.
کاربردهایی که برای اولتراسوند مطرح می باشد شامل طیف وسیعی از فرآیندهای موجود و متداول صنایع غذایی تا فرآیندهای نوین است که امکان استفاده از منابع انرژی معمول درآن امکان پذیر نمی باشد . ویژگی های مختلف اولتراسوند در رابطه با مواد غذائی 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 مقاله مروری اجمالی بر کاربردهای اولتراسونیک در فرآیند های مواد غذایی خواهیم داشت .
مقدمه
کلمه اولتراسونیک از لفظ لاتین sound به معنی صوت و ultra به معنی ماوراء گرفته شده است و بیانگر امواجی است که در محدوده ای بالاتر از محدوده شنوایی انسان - امواج با فرکانس 20 هرتز تا 20 کیلوهرتز - قرار دارند. هر موج شنوایی یا فراصوتی یک آشفتگی مکانیکی در یک محیط گاز، مایع و یا جامد است که به سوی بیرون از چشمه صوتی و با سرعتی یکنواخت و معین حرکت می کند.
در حرکت یا گسیل موج مکانیکی ماده منتقل نمی شود. اگر نوسانهای ذرهها در راستای عمود بر گسیل موج باشد موج عرضی است که بیشتر در جامدها رخ میدهد و اگر نوسان امواج در راستای گسیل امواج باشد موج طولی است. انتشار امواج در بافتهای بدن به صورت امواج طولی است. از این رو ما در پزشکی با این گونه امواج سروکار داریم. امواج مافوق، کاربردهای فراوانی از جمله در لیزر، تخلیه الکتریکی برای بهبود خواص سطحی و افزایش نرخ باربرداری، سنجش فاصله، عمق مخزن، شستشوی دقیق ظروف آزمایشگاهی، تعیین فشار خون بیمار، همگن کردن مواد مذاب، جوشکاری مواد غیر هم جنس، ریخته گری، تراشکاری، فرزکاری، سوراخکاری و غیره دارد.
تاریخچه استفاده از امواج اولتراسونیک به حدود پنجاه سال پیش بر می گردد و از آن زمان تا کنون رشد چشم گیری داشته است . امروزه از این تکنولوژی برای اندازه گیری های دقیق و با هزینه نسبتاً پایین استفاده می شود . اولتراسوند یک فناوری جدید و رو به رشد با هدف به حداقل رساندن پردازش به حداکثر رساندن کیفیت و اطمینان حاصل کردن ازکیفیت محصولات غذایی می باشد . امواج فرا صوت به دو دسته عمده تشکیل می شوند :
1. امواج با فرکانس بالا و توان پائین : این امواج دارای فرکانس بین 2 تا 10 مگا هرتز می باشند و برای انجام فرآیندهای تحلیلی مانند اندازه گیری های تخصصی مثلاً در عکس برداری های پزشکی و انالیز های شیمایی مورد استفاده قرار می گیرند .
2. امواج با فرکانس پائین و توان بالا : این دسته از امواج دارای فرکانس بین 20 تا 100 کیلو هرتز می باشند و چون توانایی بالایی دارند در فرآیندهایی مثل انواع پاکسازی ها بکار می روند .
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.
اساس عمل امواج فراصوت عمده ترین مکانیزم مؤثر در واکنش های شیمیایی که تحت اعمال امواج فراصوت و در محیط آبی صورت می گیرند، ایجاد حباب های متعدد و بسیار ریز با زمان پایداری ناچیز و اندک است. این فرایند که تحت عنوان کاویتاسیون شناخته می شود، شامل جوانه زنی، رشد و متلاشی شدن حباب های بسیار ریز در بستر مایع است.
در اثر بروز فرایند کاویتاسیون در مایعات، فشار و دمای مایع در برخی از نقاط به صورت موضعی به ترتیب تا حدود atm 2000 و K 5000 افزایش می یابد. این امر، به خصوص در مورد واکنش های شیمیایی، باعث افزایش سرعت واکنش خواهد شد. از طرفی، در واکنش هایی که یکی از مواد واکنش دهنده در فاز مایع است، اعمال امواج فراصوت باعث افزایش سطح تماس مؤثر برای انجام واکنش و در نتیجه پیشرفت سریع تر واکنش می شود.
حسگرهای اولتراسونیک سنسور اولتراسونیک یا ماوراء صوت یکی دیگر از سنسورهای غیر تماسی و مجاورتی یا پراگسیمیتی می باشد . برای استفاده از امواج فرا صوت از حسگرهایی استفاده میشود که بر اساس محدوده فرکانسی خود به دو دسته صنعتی و غیر صنعتی تقسیم بندی میشوند. حسگرهای فرا صوت غیر صنعتی در محدوده فرکانسی 40 کیلو هرتز و حسگرهای صنعتی در حد مگا هرتز هستند .
حسگرهای اولتراسونیک معمولا دارای یک فرستنده و یک گیرنده هستند. امواج فرستاده شده از حسگر پس از برخورد با یک مانع به حسگر بر میگردند و توسط گیرنده حسگر دریافت میشوند. از این طریق و با در نظر گرفتن زمان بازگشت موج و کیفیت امواج بازتابی میتوان به اطلاعاتی راجع به عمق، نوع و سرعت مانع به دست آورد. امکان استفاده از حسگرهای فرا صوت در شرایط نوری مختلف وجود دارد .
کاربردهای اولتراسوند در فرایند مواد غذایی *تعیین ضخامت
یک مبدل اولتراسونیک در یک طرف ماده قرار گرفته و مدت زمانی که یک پالس عرض ماده را طی کرده و بر می گردد اندازه گیری می شود. اولتراسوند مخصوصاً در رابطه با تعیین ویژگی های موادی که دسترسی به آنها با روش های مرسوم مشکل است، مانند تعیین ضخامت لوله در صورتی که فقط دسترسی به قسمت بیرونی لوله امکان پذیر است مفید می باشد.
هم چنین برای اندازه گیری ضخامت لایه های مخصوص در سیستم های چند لایه نیز می تواند بکاربرده شود. تعیین ضخامت لایه های چربی و گوشت بی چربی دربافت حیوانی مشهورترین کاربرد اولتراسوند در صنایع غذایی در حال حاضر است و تعدادی دستگاه تجارتی برای درجه بندی کیفیت گوشت وجود دارد. این کاربرد بر اساس اندازه گیری فواصل زمانی بین پالس های اولتراسونیک منعکس شده از مرزهای میان لایه های چربی، بافت گوشت بی چربی و استخوان است مزیت این تکنیک ارزان بودن نسبی آن، کاربرد آسان آن و پیش بینی کیفیت گوشت حیوانات زنده می باشد.
سایر نمونه های تعیین ضخامت شامل تعیین سطح و وجود و یا عدم وجود مایع در تانکها، تعیین میزان مایع موجود در کنسرو، تعیین ضخامت پوشش های فرآورده های قنادی مانند ضخامت لایه شکلات در شیرینی جات و تعیین پوسته تخم مرغ می باشند. *تشخیص ماده خارجی مواد خارجی نامطلوب مانند قطعات فلز، شیشه، چوب، پلاستیک و غیره ممکن است سبب آلودگی مواد غذایی در طی فرایند گردند.
