chiết xuất
Sản phẩm
Dung môi Phương pháp Điều kiện thực hiện
Lượng gia tăng hiệu suất thu hồi (%) Beta- carotene Carrot Nước Ethyl- acetate Phòng thí nghiệm, 24kHz, 20-75Ws/ml. Phòng thí nghiệm, 24kHz, 20-75Ws/ml. Xung quanh Xung quanh 15-25 8-20 Polyphenols Bã nho đỏ Nước Phòng thí nghiệm, 24kHz, Xung quanh 11-35
20-75Ws/ml.
Polyphenols Trà đen Nước Phòng thí
nghiệm, 24kHz, 8-10Ws/ml.
90oC 6-18
Polyphenols Táo Nước Phòng thí
nghiệm, 40kHz, 20-75Ws/ml. 80oC 6 Gingerols Gừng Carbon dioxide siêu tới hạn Phòng thí nghiệm, 20kHz. 160bar 30
Các báo cáo quá trình trích ly trong tài liệu là việc chiết xuất dầu quả hạnh, những chất chiết xuất từ thảo dược (thì là, hoa bia, cúc vạn thọ, bạc hà), saponin trong nhân sâm, gừng, rutin, carnosic acid từ cây hương thảo, polyphenols , acid amin và caffeine từ xanh trà, và pyrethrins từ hoa. Nói chung tất cả các quá trình này đã được hưởng lợi từ việc sử dụng siêu âm, cho thấy năng suất trích ly và tốc độ trích ly cao hơn, thời gian xử lý ngắn hơn, và hiệu quả hơn trên toàn quá trình (Vilkhu et al., Năm 2008).
Gần đây, nghiên cứu về các phản ứng hóa học siêu âm diễn ra trong siêu âm cho thấy các phản ứng này khi được khống chế thành công có thể là một công cụ quan trọng để trích ly thực phẩm. Phản ứng hydroxyl hóa của một số hóa chất thực phẩm cộng với một số các gốc hydroxyl được tạo ra trong quá trình xâm thực khí có thể tăng cường các đặc tính chức năng của các hóa chất này; ví dụ, các hợp chất phenolic có thể tăng cường tính chất chống oxy hóa của chúng trong điều kiện siêu âm đặc biệt (Ashokkumar et al., 2008).
5.4. Làm sạch
Ngoài vô số các ứng dụng khác, siêu âm là một phương pháp rất hiệu quả cho mục đích làm sạch. Nó có thể đánh bật bụi bẩn và vi khuẩn từ các bề mặt và
tiếp cận các kẽ hở rất khó chạm đến khi sử dụng các phương pháp thông thường. Các dụng cụ và bề mặt thiết bị y tế, trong phẫu thuật, nha khoa, và trong chế biến thực phẩm được làm sạch bằng siêu âm. Gần đây, siêu âm đã được áp dụng kết hợp với một chất diệt khuẩn để làm sạch bề mặt trứng từ trại ấp. Hoạt tính của các đioxit hóa học cũng được nâng cao bởi siêu âm (Mason, 1996). Hơn nữa, nhiều nghiên cứu cho thấy siêu âm (40 kHz) có thể được sử dụng để loại bỏ màng sinh học (biofilm), đôi khi là nguyên nhân gây tích tụ bẩn trong một số thiết bị ngành công nghiệp thực phẩm. Trong ngành công nghiệp sữa, ví dụ như, sự tích tụ bẩn trong các ống được sử dụng để thanh trùng và xử lý những sản phẩm nào đó thường là nguyên nhân gây nhiễm bẩn sữa, vì một số vi sinh vật có thể bám vào các thành ống. Siêu âm có hiệu quả gấp hai lần trong việc loại bỏ màng sinh học từ một số bề mặt được xử lý so với phương pháp phổ biến là làm thông sạch các thiết bị (Oulahal-Lagsir et al., 2000); cũng vậy, siêu âm là rất hữu ích trong việc làm sạch các quá trình lọc membrane các sản phẩm từ sữa trong suốt các quá trình siêu lọc khi áp dụng tại một tần số thấp và ổn định (ví dụ, 50 kHz), so với sử dụng gián đoạn (Muthukumaran et al., 2007).
Siêu âm cũng đang được nghiên cứu như là một đổi mới cho các quy trình khử trùng bằng chlore khi khử trùng nước. Do việc tạo ra các gốc tự do trong các dung dịch nước trong suốt quá trình xử lý bằng siêu âm, một số nghiên cứu đã thực hiện trong nước, tập trung vào tác nhân gây bệnh nổi bật Cryptosporidium parvum. Với siêu âm như là một kỹ thuật khử trùng, một số vấn đề liên quan đến sản phẩm gây ung thư hình thành trong quá trình khử trùng bằng chlore có thể tránh được. Các nghiên cứu được thực hiện với S. cerevisiae, mà theo tác giả, nó có cấu trúc tương tự như các vi sinh vật gây bệnh.Với dung dịch natri hypochlorite (NaClO), siêu âm xử lý tại 27,5 MHz cho những lần xử lý dài còn mang lại một hiệu ứng tốt hơn chống lại các tế bào (Tsukamoto et al., 2004a, b).
Cắt bằng siêu âm có thể phân biệt với cắt thông thường do đặc tính chuyển động đặc biệt của công cụ cắt, như sự chuyển động thông thường của thiết bị được chồng chập bởi rung động siêu âm. Nói chung, hệ thống cắt bằng siêu âm bao gồm một chuỗi các yếu tố tạo ra và truyền rung động siêu âm cho khu vực tách biệt (Hình 5.1.). Máy phát điện cung cấp một hiệu điện thế xoay chiều (AC) với tần số siêu âm mong muốn, thường là trong khoảng 20 - 50 kHz. Dao động điện này được chuyển thành chuyển động cơ xoay chiều của tần số tương ứng bằng phương tiện của một bộ chuyển đổi điện áp (piezo-electric transducer)(bộ chuyển đổi). Một bộ phận ghép nối (bộ khuếch đại) chuyển thành các rung động cơ học như sóng âm thanh mang chất rắn đến đầu sonotrode, sau khi khuếch đại hoặc suy giảm của biên độ. Các sonotrode hoạt động như một bộ cộng hưởng cơ học, mà rung động chủ yếu theo chiều dọc của trục rung. Các sonotrode có thể thậm chí hoạt động như các công cụ cắt, tuy nhiên, đòi hỏi phải có biên độ tối đa ở cạnh cắt, hoặc có thể hành động như một bộ ghép nối cho một lưỡi dao cắt độc lập. Để đảm bảo ổn định năng suất vận hành máy, toàn bộ hệ thống dao động được điều chỉnh để tần số hoạt động liên tục.
Hình 5.1. Nguyên tắc của các hệ thống cắt siêu âm và cấu hình chính cho sự tương tác giữa nguyên liệu cắt và công cụ cắt. Mô tả chi tiết cho a, b và c, xem văn bản. || là điểm kích thích. Các mũi tên một đầu chỉ chiều của trục di chuyển; mũi tên hai
đầu chỉ chiều của trục rung động.
Tùy thuộc vào việc lắp của công cụ cắt đến sonotrode và trên định hướng của cạnh cắt tương đối so với trục rung động, ba cấu hình chính có thể được phân biệt:
• Trục rung động chính và trục chuyển động của các công cụ cắt là giống nhau, nhưng trục rung động chính là vuông góc với cạnh cắt (Hình 9.3a). Ví dụ , điều này là sự thật trong một cắt kiểu máy xén nơi tạo ứng suất và sức
căng trên nguyên liệu do sự chuyển động của nguyên liệu thô cung cấp cho máy được tăng cường hoặc giảm mạnh bởi một ứng suất theo chu kỳ bằng một tần số cao (20-50 kHz) và một biên độ thấp (trong phạm vi vài micromet). Ứng suất và sức căng được sử dụng trong khu vực riêng nơi cạnh được tiếp xúc với mũi vết nứt trong sản phẩm.
• Một hướng dao động vuông góc với cả hai trục chuyển động và trục cạnh (Hình 9.3b) hỗ trợ tách sản phẩm khi những khoảng cách mở rộng do một hướng rung động vuông góc với khoảng cách của chính nó. Sự mở rộng này gây ra bởi những ứng suất rất cao tại mũi vết nứt trong vùng riêng biệt, do đó tăng sự truyền vết cắt. Ngoài ra, những cơ chế liên quan cũng như lực ma sát ở hai bên sườn công cụ bị ảnh hưởng đáng kể.
• Khi hướng dao động vuông góc với trục di chuyển, nhưng song song với cạnh (Hình 9.3c), thành phần biểu kiến thông thường được chồng chập bởi sự chuyển động rất nhỏ của tiếp tuyến, gây ra chuyển động cưa hai chiều.
Hình 5.2. Đánh giá lực cắt so với chiều sâu cắt trong một quá trình cắt xén của ruột bánh mì đại mạch. Điều kiện thí nghiệm: tốc độ cắt tuyến tính,
1.000mm/phút; tần số kích thích, 40 kHz; biên độ kích thích, 12 μm.
Nó là điển hình cho các hệ thống theo chiều dọc điều hành mà các vật liệu công cụ phải chịu nén – giãn định kỳ. Tuy nhiên, hiệu quả bề mặt đạt kết quả trong một kết hợp phức tạp của dao động ngang, dọc và uốn. Những thay đổi ở chế độ rung thường liên kết với một sự thay đổi tần số, kết quả tương ứng là sự tổn thất năng lượng (Cardoni et al, 2004;. Lucas et al., 2001).
Hình 5.3. Hình dạng của ruột bánh mì đại mạch trong suốt thời gian cắt thông thường và cắt siêu âm. Các điều kiện thử nghiệm: vận tốc cắt, 1.000 mm/phút; tần