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超聲波分離技術
近年來，頻率超過400kHz的高頻超聲波已被廣泛用于各種應用中，作為提高多組分混合物中食品材料回收率的手段。超聲波分離的前提是在不改變食品物理或化學完整性的情況下實現分離過程的顯著增強。超聲波駐波的應用導致單個液滴或顆粒在反應器中的壓力節點或鄰位角處的特定定位，這增加了它們更快地積累或聚結成更大實體的可能性。增加的粒徑促進了浮選或沉降，從而增強了材料混合物分離的趨勢。本章將詳細介紹該技術背后的主要原理，以及如何將其應用于現有的食品加工生產線。它將展示該技術在食品加工中的應用，棕櫚油加工業的商業成功以及乳制品和生物制品的未來潛力。
超聲波分離簡介
食品的超聲波加工已經研究了很多年，應用主要集中在20-100kHz的頻率范圍內。這個區域通常被稱為"功率超聲波"區域。在這里，可能存在一種稱為聲空化的現象。超聲波將壓力波施加到液體上，導致溶液中現有的溶解氣體形成膨脹和收縮的氣泡。由于聚結和傳質，這些氣泡會隨著時間的推移而通過，并在達到稱為共振大小的氣泡直徑時坍塌。坍塌事件的強度往往很高，導致溫度上升到10，000 K，在坍塌氣泡的局部空間中產生數百個大氣壓沖擊波。這些物理效應可有效用于強剪切、混合和加熱，適用于乳化、均質化、萃取或熱處理等食品加工應用。
超聲波分離技術通常使用高頻超聲波（>0.4 MHz到幾MHz）來分離懸浮在液體中的食物液滴和/或顆粒。在這些較高的頻率下，劇烈空化氣泡破裂造成的剪切力增加和物理損傷幾乎可以忽略不計。首先，空化閾值隨著超聲頻率的增加而增加，從而降低了發生塌陷事件的概率。此外，氣泡破裂的共振大小也與聲波的頻率成反比。隨著共振大小的減小，氣泡坍縮事件的動量減小，因此當頻率大于1mhz時，這些坍縮事件變得相對良性。因此，超聲波分離不同于典型的超聲波加工應用。其目標是通過避免劇烈的氣泡破裂來實現"良性"處理。
食品系統中的分離技術
傳統的食品分離工藝包括離心、沉淀或澄清、化學誘導絮凝和膜過濾。這些分離過程是經過驗證且穩定的操作方法。
盡管如此，他們仍然存在一些潛在的問題，包括但不限于以下內容：
1.能耗高;
2.過度剪切可能會損害產品的完整性;
3.產品污染限制了產量或需要大量的清潔;
4.分離速度慢;
5.過度使用化學品。
超聲波波分離可以單獨使用，也可以與這些技術結合使用，以提高工藝效率。
在食品工業中，超聲波分離在三個主要方面有效：
首先是絮凝或聚集增強，即在現有的澄清或化學絮凝系統中應用超聲波駐波可以顯著提高分離發生的速率，從而減少停留時間和/或化學要求。它可以降低成本，增加吞吐量并減少生態足跡。
第二種方法是對上游食品配料進行預處理或預處理，然后進行分離操作。該策略在處理異質性食品時特別有效，例如含有固體，液體和液體產品的食品。例如，壓碎的棕櫚果的果皮材料。超聲波的應用不僅啟動了材料的聚合，在下游澄清過程中分離速度更快，而且超聲波提供的溫和物理剪切可以幫助釋放更多的產品。這可以提供更高的固相產品回收率，并通過更快，更高效的下游分離來降低潛在的能源需求。結合離心分離等現有分離，可以節省大量能源。
最后，可以調整超音速分離參數（如頻率、功率水平和停留時間），以選擇性地去除特定大小的顆粒。因此，它可以用作分散在連續相中的食品配料的分餾工具。通過分餾成具有較高營養或結構益處的流，可以添加的成分包括：脂肪，蛋白質，碳水化合物和纖維。因此，超聲波分離技術是對現有膜分離工藝的補充。
