รักษาคุณภาพของอาหารระหว่างกระบวนการแช่เยือกแข็งและการละลายด้วยเทคโนโลยีคลื่นอัลตราโซนิค
Translated and Compiled By: Rawiporn Polpued
Senior Writer
Food Focus Thailand Magazine
editor@foodfocusthailand.com
การประยุกต์ใช้คลื่นอัลตราโซนิคในกระบวนการแช่แข็งและการละลายกำลังได้รับความสนใจในอุตสาหกรรมอาหารเป็นอย่างมาก โดยเฉพาะอย่างยิ่งกับอาหารประเภทของแข็ง ได้แก่ อาหารทะเล (ปลา กุ้ง หอย) ผลิตภัณฑ์จากสัตว์น้ำ ผัก และผลไม้ชนิดต่างๆ เนื่องจากวิธีการแช่แข็งและการละลายแบบดั้งเดิมมักมีข้อจำกัดในด้านคุณภาพ อาทิ การสูญเสียน้ำหนักในอาหาร การเปลี่ยนแปลงด้านสีและเนื้อสัมผัส การสูญเสียคุณค่าทางโภชนาการ รวมไปถึงความเสี่ยงต่อการปนเปื้อน หรือการเจริญเติบโตของจุลินทรีย์ในระหว่างกระบวนการที่ยาวนาน ด้วยเหตุนี้ การเลือกใช้คลื่นอัลตราโซนิคในช่วงความถี่ที่เหมาะสมกับผลิตภัณฑ์อาหารแต่ละชนิด จะสามารถช่วยปรับปรุงคุณภาพของอาหารให้มีความสดและคุณสมบัติใกล้เคียงผลิตภัณฑ์เดิมก่อนทำการแช่แข็งและการละลายมากที่สุด
เทคโนโลยีการแปรรูปอาหารด้วยคลื่นอัลตราโซนิค เป็นการใช้คลื่นเสียงที่มีความถี่สูงเกินกว่าระดับ
การได้ยินของมนุษย์ หรือมากกว่า 20 กิโลเฮิร์ตซ์ขึ้นไป โดยข้อได้เปรียบของคลื่นย่านอัลตราโซนิค คือ มีทิศทางที่แน่นอน ทำให้สามารถกำหนดเส้นทางการเคลื่อนที่ของคลื่นไปยังเป้าหมายได้อย่างเฉพาะเจาะจง ซึ่ง
คลื่นความถี่นี้นิยมนำมาใช้กับตัวกลางที่เป็นของเหลวเพื่อทำให้เกิดฟองอากาศ และการสั่นสะเทือนระดับจุลภาคในอาหาร ส่งผลให้เกิดการถ่ายเทมวลและพลังงานที่ดีขึ้น จึงเป็นประโยชน์อย่างยิ่งเมื่อนำมาใช้กับกระบวนการแช่แข็ง การทำให้เย็น และการละลายอาหารที่ต้องการให้เกิดการสูญเสียคุณภาพน้อยที่สุด
1. การเกิดฟองอากาศในของเหลว
Cavitation effect เป็นปรากฏการณ์การเกิดและสลายตัวของฟองอากาศขนาดเล็กจำนวนมากอย่างรวดเร็วจากคลื่นอัลตราโซนิค โดยฟองอากาศที่เกิดขึ้นจะทำหน้าที่ลดอุณหภูมิของอาหารให้ต่ำลงกว่าจุดเยือกแข็ง หรือที่เรียกว่า อุณหภูมิของเหลวเย็นยิ่ง (Subcooling temperature) เพื่อช่วยเร่งการก่อตัวของผลึกน้ำแข็ง และทำให้เกิดการสร้างแกนผลึกแรก (Primary nucleation) ได้เร็วขึ้น
2. การไหลของของเหลว
การไหลของของเหลวมีความสัมพันธ์กับการเกิดฟองอากาศ โดยฟองอากาศที่เกิดขึ้นจะมีขนาดแตกต่างกัน
มีทั้งชนิดที่เกิดขึ้นแล้วแตกทันที หรือแบบชั่วคราว และชนิดที่เป็นฟองอากาศอยู่ระยะเวลาหนึ่งแล้วจึงแตกออก หรือแบบคงที่
3. การเกิดความร้อนและการสั่นสะเทือน
พลังงานการสั่นสะเทือนที่เกิดจากการแพร่กระจายของคลื่นอัลตราโซนิคไปยังสารทำความเย็นทุติยภูมิ ทำให้
สารทำความเย็นเกิดการดูดซับ และเปลี่ยนเป็นพลังงานความร้อน ในขณะเดียวกัน แรงกระแทกทางกลจาก
การสั่นสะเทือนของคลื่นยังช่วยเพิ่มการถ่ายโอนพลังงานอีกด้วย
The application of ultrasonic in the freezing and thawing process is earning interest in the food industry, especially with solid foods such as seafood (fish, shrimp, shellfish), other aquatic products, fruits, and vegetables. It is because the traditional methods have limitations in terms of quality, including weight loss in food, changes in color and texture properties, reduction in nutrition, and the risk of contamination or microbial growth during the long processes. So, the selection of appropriate ultrasonic frequency for each food product can improve the food quality as close to the initial freshness.
Ultrasonic processing is the application of sound waves with a higher frequency over the threshold of human hearing or more than 20 kHz. The advantage of ultrasonic is a directional wave, thus determining the wave path to a specific target. It is commonly used in aqueous media, which causes air bubbles in the liquid and micro-vibrations in the food resulting in better mass and energy transfer. This technique is beneficial in freezing, cooling, and thawing processes for reducing the quality loss of food products.
1. Cavitation effect
The cavitation effect is ultrasonic waves’ rapid formation and explosion of many tiny bubbles. The resulting air bubbles can reduce the temperature of the food below the freezing point, also known as subcooling temperatures, to accelerate the formation of ice crystals and contribute to the primary nucleation.
2. Microflow
The microflow effect is closely related to the cavitation effect. The resulting bubbles are of different sizes, including collapse immediately with a short time (temporary bubbles) and bubbles formed for a time period and then bursts (stable bubbles).
3. Thermal and mechanical effect
The vibration energy generated when ultrasonic propagates to the secondary refrigerant causes adsorption and is converted into thermal energy. Meanwhile, mechanical impact from ultrasonic waves also enhances the transfer of energy.