Đồ án Ứng dụng kỹ thuật siêu âm trong ngành công nghệ thực phẩm

ốn của người tiêu dùng. Mỗi ngành công nghiệp thực phẩm phải có một bộ phận giám sát sản xuất để đảm bảo chất lượng, trong đó yêu cầu kiểm tra các sản phẩm. Trong một số thử nghiệm, thời gian điều trị lâu dài cần thiết và các kỹ thuật phá hủy được sử dụng. Siêu âm thể hiện hữu ích trong một số thử nghiệm, trong đó siêu âm cường độ thấp đã được sử dụng để đánh giá chất lượng của các quả bơ, xoài, và dưa hấu theo độ chín bằng cách đánh giá các thông số siêu âm như vận tốc và độ giảm âm liên quan đến các đặc tính vật lý của môi trường. Chất lượng của thịt bò, thịt gà, cá tuyết, thịt lợn, sữa, rượu vang, các dung dịch đường, và các loại dầu đã được thẩm định các thông số siêu âm (Benedito et al., 2002), bằng cách áp dụng lý thuyết về trạng thái sóng như thế nào (ví dụ, vận tốc và độ giảm âm) liên quan đến các thành phần vật lý của môi trường. Kết cấu của sản phẩm như pho mai và rau được nấu chín và độ chín của trái cây, tất cả được xác định bằng việc sử dụng sóng siêu âm (Coupland, 2004). Sản xuất phô mai và đậu phụ Ở nhiều quốc gia, công nghiệp sản xuất phô mai là một trong những ngành công nghiệp thực phẩm quan trọng nhất được chỉ ra trong các báo cáo bán hàng của họ về các sản phẩm phô mai và báo cáo về nhu cầu tiêu dùng cao. Tùy thuộc vào nơi sản xuất và loại phô mai, sản xuất phô mai có thể mất vài giờ hoặc vài năm để tạo ra sản phẩm cuối cùng. Các đặc tính cụ thể được mong muốn trong phô mai phụ thuộc vào sự đa chủng loại. Sản xuất pho mát bao gồm các giai đoạn khác nhau như đông tụ, tách huyết thanh, ướp muối, và ủ chín. Siêu âm cường độ thấp đã được sử dụng để theo dõi các giai đoạn khác nhau của quá trình, ví dụ, trong việc đánh giá các vết nứt bên trong do quá trình lên men không tốt và trong việc xác định thời gian đông tụ tối ưu; ngoài ra, các thành phần và cấu trúc của hàng trăm loại phô mai trên thế giới có thể được đánh giá bằng cách kỹ thuật không gây phá hủy này để cải thiện trong đóng gói và lưu trữ (Benedito et al., 2002). Cùng với việc giám sát các phô mai khi chúng được sản xuất, siêu âm đã được trực tiếp tham gia vào việc tạo ra loại mềm bằng cách thúc đẩy sự đông tụ của protein và dầu (Mason, 1996). Siêu âm tần số cao cũng đã được sử dụng để đánh giá chất lượng của đậu phụ trong suốt quá trình sản xuất. Đậu phụ là một dạng gel dựa trên nước với thành phần chủ yếu của protein đậu nàn; chất lượng của nó dựa rất nhiều vào cấu trúc cuối cùng của sản phẩm. Siêu âm có thể được sử dụng để giám sát sự phát triển của cấu trúc đậu phụ trong quá trình đông tụ. Sự truyền sóng siêu âm qua cấu trúc của gel của đậu hũ được cung cấp thông tin về toàn bộ quá trình (Ting et al., 2009), như trong trường hợp làm phô mai, liên quan đến việc dùng các thông số khả biến của siêu âm để hoạt hóa enzyme trong sữa trong suốt quá trình đông tụ. Đồ uống Siêu âm năng lượng có thể đạt được các tiêu chuẩn thanh trùng cho một số đồ uống chẳng hạn như sữa, nước ép trái cây, và rượu táo không lên men (cider); nhưng siêu âm cường độ thấp cũng có thể hữu ích cho mục đích đánh giá chất lượng. Siêu âm đã được sử dụng để bài khí (loại bỏ oxy) trong nước ép cam, chứng minh rằng hàm lượng vitamin A cuối trong sản phẩm cao hơn trong suốt thời gian lưu trữ trong nước trái cây đã được siêu âm so với nước trái cây theo phương pháp xử lý nhiệt thông thường. Trong một nghiên cứu khác, hàm lượng limonin, những chất màu nâu, và màu sắc được đánh giá trong nước cam sau khi xử lý bằng siêu âm (500 kHz; 240 W; nhiệt độ thấp, 5 và 14◦C), tìm kiếm những thay đổi thứ yếu của những đặc tính này trong sản phẩm (Valero et al., 2007). Siêu âm đã được sử dụng thành công để xử lý nước quả dâu tây và blackberry và rượu táo (cider) cho kết quả tốt. Những enzyme như pectin methylesterase và polyphenol oxidase bị vô hoạt song song với tiêu diệt vi khuẩn gây bệnh. Những biến đổi rất nhỏ trong acid ascorbic và anthocyanins cũng được phát hiện trong nước quả được xử lý siêu âm(Valdramidis et al., 2010). Hiệu suất sản xuất bia cũng được cải thiện với việc áp dụng siêu âm vào đầu quá trình nấu (Knorr và cộng sự, 2004). Việc cải thiện hiệu suất này không chỉ xảy ra với bia mà còn tốt trong sản xuất pho mát, với sự gia tăng sản lượng sau khi sữa thanh trùng cùng với siêu âm năng lượng, thể hiện lợi ích kinh tế cho các ngành công nghiệp sữa và bia. Ngoài ra, siêu âm có thể cải thiện một số đặc điểm các sản phẩm như màu sắc, cấu truch1, và thời gian bảo quản, cũng như duy trì tốt một số giá trị dinh dưỡng giống như được tìm thấy trong các sản phẩm tươi. Một ví dụ là quá trình oxy hóa sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp đồ uống có cồn. Quá trình được sự hỗ trợ của siêu âm vì nó tăng cường quá trình oxy hóa trong các sản phẩm lên men dẫn tới tạo hương vị đặc trưng và làm chín sớm. Siêu âm là 1MHz làm thay đổi cân bằng rượu / ester tạo ra sự làm chín rõ ràng trong sản phẩm. Nó đã được sử dụng cho các loại rượu vang, rượu whisky, và rượu có cồn (Mason, 1996). Bánh mì Chất lượng bánh mì luôn luôn là một chủ đề và một yếu tố mà các nhà khoa học thực phẩm đang cố gắng đổi mới và cải thiện. Hiện nay những sự lựa chọn khác nhau như bánh mì đông lạnh và sấy thăng hoa có sẵn trên thị trường, cấu trúc của sản phẩm cuối cùng là một thông số quan trọng. Kỹ thuật truyền thống để đánh giá cấu trúc là rất thường xuyên làm hư hỏng mẫu. Siêu âm cung cấp các lợi thế là một kỹ thuật không phá hỏng được biết cấu tạo của bánh mì thông qua các thông số âm thanh. Cấu trúc vật lý của thực phẩm là việc khó khăn để nghiên cứu vì tính không đồng nhất của thực phẩm, như với bánh mì, nhưng sóng âm thanh có thể cung cấp thông tin về cấu trúc của ruột bánh mì. Các tế bào chứa khí xác định tính đồng nhất về cấu trúc của ruột bánh mì, và thông qua một số thông số siêu âm, cấu trúc vật lý có thể được đánh giá. Vận tốc và độ giảm âm của sóng siêu âm (tại 54kHz) đã được sử dụng để mô tả các yếu tố chất lượng nhất định của bánh mì. Ví dụ, thay đổi trong vi cấu trúc của ruột bánh mì sấy thăng hoa do sự thay đổi tính dày đặc (100-300 kg/m3) đã được đánh giá, cho thấy kích thước và hình dạng của các tế bào chứa khí trong bánh mì rất nhạy cảm với các phép đo siêu âm, trong khi biên độ tín hiệu tăng tuyến tính với độ dày đặc (Elmehdi et al., 2003). Kỹ thuật không gây phá hủy này là một công cụ rất hữu ích trong ngành công nghiệp các sản phẩm từ ngũ cốc trên thế giới cho phép các nhà sản xuất hiểu được cấu trúc của sản phẩm cuối mà không cần điều chỉnh. Sự đồng nhất sản phẩm Một lĩnh vực trong đảm bảo chất lượng thực phẩm là đề cập đến việc phát hiện các vật thể lạ trong sản phẩm cuối cùng. Trong một nỗ lực để đảm bảo sự an toàn của thực phẩm, tất cả các ngành công nghiệp thực phẩm phải phát hiện tỉ mỉ đối với kim loại, thủy tinh, xương, và các vật liệu khác mà có thể có khả năng xâm nhập vào thực phẩm trong dây chuyền chế biến. Xương động vật trong các sản phẩm thịt, mảnh thủy tinh trong lọ thủy tinh, và phoi kim loại từ trong vật liệu đôi khi được phát hiện trong các sản phẩm do thực hành sản xuất không tốt (Hæggström và Luukkala, 2001). Các nhà nghiên cứu khác nhau đã tập trung vào công việc của họ về vấn đề này riêng lẽ. Knorr et al. (2004) cho thấy các vật thể lạ như thủy tinh và những mảnh nhựa, và vật liệu, có thể được phát hiện trong sữa chua, nước ép trái cây, và nước sốt cà chua bằng các tín hiệu siêu âm trong một phân tích thời gian-tần số. Các vật thể cát từ nguyên liệu như đá, thủy tinh, gỗ, nhựa, xương và những mặt cầu bằng thép đã được phát hiện trong phô mai và mứt marmalade bằng siêu âm, cho thấy sự không phá hủy này và phương pháp có độ nhạy cao là hữu hiệu để sử dụng trong một sản phẩm đồng nhất với độ sâu thăm dò 20-75 mm (Hæggström và Luukkala, 2001). Nén xung siêu âm (UPC – Ultrasonic Pulse Compression) được sử dụng để phát hiện các biến đổi trong độ sệt của một số chất lỏng, mực chất lỏng trong chai dạng polymer chứa thức uống, và các vật thể lạ trong các thùng chứa. Đây có thể những thay đổi trong các thuộc tính âm thanh của môi trường, chủ yếu là sự truyền vận tốc và trở kháng âm học, có thể liên quan đến những thay đổi trong thành phần của sản phẩm thực phẩm. Siêu âm được liên kết với không khí (air-coupled ultrasonics) là một kỹ thuật mới được sử dụng để ước lượng mực nước trong một chai nước uống polymer (Gan et al., 2002). Các tỷ lệ khối lượng các thành phần trong thực phẩm như syrup, nước quả, và đồ uống có cồn cũng có thể được xác định bằng sóng siêu âm, và đo lường hàm lượng của chất béo bán bão hòa cũng đã được thử nghiệm thành công với siêu âm (Coupland, 2004). Mức độ dày đặc của một số loại thực phẩm, bao gồm cả phô mai Cheddar, thịt hộp, và nước sốt nam việt quất, đã được đo bằng kỹ thuật siêu âm để xác định tốc độ âm thanh trong sản phẩm, phương pháp này cho kết quả tương tự như các lần kiểm tra khó khăn hơn sử dụng cặp đo kích thước (Saggin và Coupland, 2001). Trong ví dụ khác, việc chứng minh hiệu quả của siêu âm lên chất lượng sản phẩm, nồng độ chất khô là một thông số quan trọng trong công nghiệp chế biến sản phẩm dạng huyền phù đặc ; trong ngành công nghiệp, các thông số về mật độ và độ suy giảm của sóng siêu âm đã được chứng minh là công cụ hữu ích để đảm bảo chất lượng và kiểm soát quy trình của các hệ huyền phù dày đặc, cả hai thông số có liên quan đến nồng độ của môi trường (Bamberger và Greenwood, 2004). Một ứng dụng trực tiếp của loại siêu âm này là trong suốt quá trình lên men, trong đó nồng độ đường thay đổi cho phù hợp với việc tạo ethanol để nấm men hoạt động. Nồng độ ethanol và đường có thể được ước tính dựa trên vận tốc sóng âm đi qua môi trường (Schöck và Becker, 2010). Ở đây quan trọng là phải nhận xét các đặc tính của sóng siêu âm, chẳng hạn như tần số và cường độ, hoặc các thông số âm thanh liên quan đến môi trường – như độ hệ số tắt, vận tốc, trở kháng âm thanh, hoặc mật độ - phải được lựa chọn thẩm định một cách cẩn thận để xác định các tính chất cụ thể của các loại thực phẩm mà các nhà nghiên cứu đang tìm kiếm. Siêu âm cũng đang được thử nghiệm về kiểm soát chất lượng vi sinh vật : một số nghiên cứu thực hiện trên sữa đóng gói vô trùng cho thấy sự tạo dòng âm thanh gây ra bởi siêu âm trong chất lỏng bị ảnh hưởng bởi các hoạt tính vi sinh vật, và do đó, những vi khuẩn làm thay đổi các thông số hóa lý có thể được phát hiện (về số lượng) thông qua việc sử dụng sóng siêu âm (Gestrelius et al, 1993). Rã đông / lạnh đông / kết tinh Như trong trường hợp của kỹ thuật áp suất cao, siêu âm không giới hạn các ví dụ nêu trên, mỗi ngày các ứng dụng mới đang được sử dụng và thử nghiệm trong công nghiệp thực phẩm, trong khi một số lượng quan trọng là vẫn còn đang nghiên cứu. Một trong những ứng dụng sẽ sử dụng trong các quá trình rã đông, siêu âm năng lượng cao được sử dụng để hỗ trợ làm rã đông thịt bò, thịt lợn,và cá, với tần số và cường độ khoảng 500 kHz và 0,5 W/cm-2. Với bức xạ siêu âm, các vấn đề thường gặp trong rã đông bằng vi sóng - làm nóng bề mặt - được giảm thiểu, trong đó mẫu được rã đông đến độ sâu 7,6 cm trong khoảng 2,5 h (Miles et al., 1999). Siêu âm năng lượng, với tần số trong khoảng 20-100 kHz, đã chứng tỏ hữu ích trong việc hình thành các tinh thể nước đá trong lạnh đông của nước, vì tỷ lệ này được cải thiện và giảm thiệt hại tế bào. Cơ chế tham gia là xâm thực khí, trong đó các bong bóng được tạo ra vang âm như là mầm cho sự phát triển tinh thể (Sun và Li, 2003). Siêu âm là một phương pháp hữu dụng cao trong việc kiểm soát các quá trình kết tinh vì nó làm tăng tỷ lệ tạo mầm và tốc độ tăng trưởng tinh thể, do đó tạo ra các vị trí tạo mầm mới. Tốc độ lạnh đông của khoai tây được hỗ trợ bởi siêu âm thì rất nhanh, với công suất là15,85 W và thời gian xử lý là 2 phút, hơn nữa; một vi cấu trúc tốt hơn đã đạt được trong điều kiện lạnh đông do tốc độ cao của quá trình (Sun và Li, 2003). Trong một số quá trình kết tinh, như trong giai đoạn đầu của lạnh đông, siêu âm đóng vai trò rất quan trọng bởi vì nó có thể thúc đẩy quá trình. Do đó kích thước của các tinh thể nhỏ hơn so với trong lạnh đông thông thường, và cho một số sản phẩm như dâu tây, kết quả thực tế này giảm thiệt hại quan trọng cho vi cấu trúc của sản phẩm. Một số nghiên cứu sử dụng siêu âm đã được thực hiện trên kem que đá (ice lollipop), và mặc dù sự bám dính tốt hơn của kem đá đến que gỗ được quan sát, phần kem đá trở nên cứng hơn hơn so với sản phẩm thông thường (Mason, 1996). Siêu âm đã được sử dụng để giám sát quá trình làm lạnh gelatin, thịt gà, cá hồi, thịt bò, và yogurt bằng cách đo thời gian tiếp xúc của xung siêu âm với bề mặt làm lạnh. Trong các sản phẩm đồng đều, sự chuyển động của lớp mạ băng được đo bằng thời gian của một xung siêu âm, bằng cách ghi chép lại các sự lặp lại như là một hàm của thời gian, tương quan với tỷ lệ phần trăm thực phẩm đông lạnh(Sigfusson et al., 2004). Trích ly Việc sử dụng siêu âm trong quá trình trích ly mang lại lợi ích bao gồm sự thẩm thấu tốt hơn của dung môi vào tế bào nguyên liệu, tăng cường sự khuếch tán, và cải thiện sự thoát tế bào chất do sự đứt đoạn của thành tế bào. Vài ví dụ của việc sử dụng siêu âm có trong trích ly đường từ củ cải đường, các hợp chất dùng làm thuốc (Helicid, berberine hydrochloride, bergenin), và protein từ đậu nành đã loại béo và trà. Thông qua trích ly enzyme rennin để sản xuất phô mai, việc sử dụng siêu âm đạt được năng suất trích ly enzyme cao hơn so với trích ly thông thường. Những lợi thế của việc sử dụng siêu âm trong quá trình trích ly đang giảm nhiệt độ và rút ngắn thời gian trích ly, dẫn đến một dịch chiết tinh khiết hơn. Nhiều quá trình trích ly siêu âm đã được tăng lên đến mức công nghiệp vì trong những lợi thế đã được nêu trên (Mason, 1996). Một ví dụ về một lợi thế đặc biệt là trong quá trình trích ly các chất rắn từ nước trà, dẫn đến năng suất gia tăng gần 20%. Một ví dụ khác là việc giảm thời gian ngâm đã đạt được với siêu âm trong quá trình chiết xuất alkaloid reserpine từ Rauwolfia serpentina. Các hợp chất từ ​​Salvia officinalis cũng trích ly nhanh hơn, và các chất acid antioxidant carnosic chiết xuất từ ​​thảo mộc Rosmarinus officinalis (cây hương thảo) được tăng lên thậm chí là số lần trích ly đã được giảm. Trong ví dụ cuối cùng, siêu âm ở 40 kHz được kết hợp với nhiệt độ từ 47◦C đến 53◦C và đánh giá tại 15, 30, và 45 phút; chỉ cần 15 phút là đủ để trích ly hầu hết nguyên liệu, khi siêu âm tăng cường sự khuếch tán , kết quả của việc phá vỡ tế bào (Albu et al., 2004.). Trong một ví dụ khác về việc sử dụng siêu âm năng lượng trong quá trình trích ly đường và protein từ bã đậu nành cho thấy kết quả tuyệt vời của siêu âm sau một thời gian ngắn (ít hơn 120 s), cho thấy một lượng đường và protein thổng thoát ra lên tới 50 và 46%, một cách tương ứng, so sánh với các mẫu chưa xử lý, nâng cao năng suất trong quá trình trích ly và giảm chi phí sản xuất (Karki et al., 2010). Bảng 4.2. Một số nghiên cứu chiết xuất các chất có hoạt tính sinh học hỗ trợ bằng siêu âm (Kamaljit Vilkhu et al., 2008) Mục tiêu 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, 20-75Ws/ml. Xung quanh 11-35 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). 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 thực phẩm 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 số kích thích, 40 kHz; biên độ siêu âm, 12 μm. Mẫu mặt cắt ngang là 30 × 30 mm Hình 5.4. Hình dạng của các sản phẩm bánh nướng nhiều lớp sau khi cắt thông thường và cắt siêu âm. Điều kiện thử nghiệm: vận tốc cắt, 1.000 mm/phút; tần số kích thích, 40 kHz; biên độ siêu âm, 12 μm. Chiều rộng mẫu xấp xỉ 30 mm Làm sạch membrane Membrane là một loại vật liệu bán thấm cho phép sự đi qua của một số phân tử trong khi giữ lại những phân tử còn lại. Membrane có thể phân loại các thành phần dựa trên kích thước, nồng độ, hoặc khả năng tích điện. Màng được sử dụng rộng rãi trên công nghệ thực phẩm và các ngành công nghệ sinh học cho cả hai mục đích là phân tách và cô đặc. Những ứng dụng cụ thể bao gồm : - Vi lọc (MF) sữa để tăng nồng độ caseins (Lê Berre và Daufin, 1994, 1996, 1998), - Vi lọc (MF) các sản phẩm sữa lên men để giữ lại vi khuẩn và bào tử (Krstic et al., 2001) - Siêu lọc (UF) whey từ sữa và sữa tách kem để cô đặc chất khô trước khi sấy phun (De Boer và Hiddink, 1980; De Boer et al., 1977; Renner, 1984), - Màng phản ứng sinh học cho nuôi cấy tế bào (Drioli và De Bartolo, 2006) và lên men enzyme (Prazeres và Cabral, năm 1994; Rios et al., 2004) - Tăng hương vị và màu sắc (Babu et al, 2006; Rodrigues et al., 2004..), - Những phương pháp membrane ái lực để tách protein (Charcosset, năm 1998; Klein, 2000; Zou et al., 2001) - Thẩm thấu ngược để sản xuất nước tinh khiết cho các quá trình sinh học và cho sự tạo hơi nước (Noble và Stern, 1995), - Đồng hóa (Joscelyne và Tragardh, 2000), và - Phân loại các loại bia và nước trái cây (Cassano et al., 2003; Gan et al., 1999;Vaillant et al., 2005). Màng lọc ceramic thường được cung cấp như những ống hoặc đĩa phẳng. Ngược lại, màng cao phân tử có thể được cung cấp trong một định dạng xoắn ốc hoặc dạng sợi rỗng. Trong mọi trường hợp, chất lỏng chảy tiếp tuyến với bề mặt màng (hình 5.5) Hình 5.5. Hoạt động của membrane Cường độ siêu âm có thể được tăng lên bằng cách gia tăng lực tác dụng hoặc giảm tần số. Mật độ năng lượng giữa 0,05 (Muthukumaran et al., 2007) và 83W/cm2 đã được báo cáo (Li et al., 2002), với tần số giữa 1MHz (Lamminen et al., 2004) và 20kHz (Chen et al., 2006a). Hầu hết các công nhân lưu ý rằng tăng cường thông lượng được cải thiện như tăng cường độ siêu âm (Kylloenen et al., 2006; Muthukumaran et al., 2007). Tại siêu âm cường độ thấp, đó là, ở mật độ năng lượng thấp hoặc tần số cao, tăng cường thông lượng chủ yếu phát sinh thông qua các hiệu ứng sự tạo dòng âm thanh. Như vậy, theo Muthukumaran et al. (2005a), thực hiện tại khoảng 0,05 W/cm2 và 50kHz, thấy rằng các cơ chế chính liên quan đến việc tăng cường thông lượng là do sự tạo dòng âm thanh. Tuy nhiên, như tăng cường độ âm thanh, hoặc thông qua việc làm thấp tần số siêu âm hoặc thông qua sự gia tăng công suất, bong bóng bắt đầu hình thành thông qua quá trình được gọi là xâm thực khí. Như vậy, Lamminen et al. (2004) thấy rằng ở 0,2-0,5 W/cm2 và 205-620 kHz, các phần tử đã được nới lỏng từ bề mặt membrane theo cơ chế xâm thực khí (các vi dòng và các vi tia), mặc dù sự tạo dòng âm thanh hỗ trợ trong chuyển động của các phần tử ra khỏi bề mặt (xem hình 5.6). Latt et al. (2004), thực hiện ở 28 kHz và mật độ năng lượng tương đương, kết luận rằng sự nổ vỡ mạnh mẽ của bong bóng là nguồn gốc của tăng cường tính thấm. Làm sạch màng membrane được thực hiện lý tưởng ở áp suất thẩm thấu thấp và vận tốc dòng chảy cao. Một số nhà nghiên cứu (Li et al., 2002; Muthukumaran et al., 2005b) đã tìm thấy rằng tác động làm sạch của siêu âm là không giảm bởi vận tốc dòng chảy cao hơn. Khi áp lực thấp thường kết hợp với hoạt động xâm thực khí tối đa, những điều kiện này là cũng thuận lợi cho quá trình làm sạch bằng siêu âm. Thật vậy, Bayevsky (2004) cho thấy rằng một áp suất chân không nên được áp dụng trong quá trình làm sạch để giảm bớt sự ngưỡng xâm thực khí. Điều này cho phép xâm thực khí hoạt động ở áp lực âm thanh thấp hơn, làm giảm nhu cầu năng lượng và thiệt hại tiềm tang đến màng lọc membrane nhạy cảm. Nhiều tác giả cũng chỉ ra rằng tần số thấp hơn (từ 20 đến 50 kHz) tạo hiệu quả làm sạch membrane tốt hơn hơn so với tần số cao hơn (từ 100 và kHz 200) (Kobayashi et al., 2003; Lamminen et al., 2004; Wakeman và Tarleton, 1991). Đôi khi nó được lập luận rằng đó là môi trường hấp dẫn để sử dụng siêu âm để giảm các chất hóa học cao và sử dụng nước làm sạch membrane cổ điển. Tuy nhiên, một phân tích môi trường thật sử cũng phải bao gồm việc thải khí nhà kính liên quan với các yêu cầu về năng lượng của siêu âm. Cảnh cáo cũng phải được áp dụng cho đảm bảo rằng việc sử dụng siêu âm để làm sạch là khả thi về mặt kinh tế. Những tính toán hiện tại cho thấy các ứng dụng làm sạch membrane có thể không cung cấp đủ để hoàn vốn đầu tư trừ khi triển khai kết hợp với tăng cường thông lượng. Các ứng dụng khác Những thay đổi trong các thông số siêu âm thường được gắn liền với những thay đổi trong sản phẩm thực phẩm khác nhau trong suốt quá trình chế biến. Sự truyền dẫn siêu âm trong thịt bò băm trong suốt quá trình rán tự động được mô phỏng cho thấy kết quả tốt như là một kỹ thuật thay thế nhiệt độ và điều khiển quá trình. Nhiệt độ dao động từ 45◦C đến 74◦C, với thiết bị siêu âm đặt tại 300 kHz, và chỉ có miếng thịt bò băm nhỏ được sử dụng có độ dày từ 7,15 và 15 mm (Hæggström và Luukkala, 2000). Siêu âm cũng được sử dụng để nghiên cứu những thay đổi trong trạng thái của dòng chảy và đặc tính nhiệt vật lý của whey protein isolate (WPI) và whey protein concentrate (WPC). Độ hòa tan với nước của cả WPI và WPC đã tăng lên đáng kể sau khi xử lý siêu âm so với mẫu đối chứng. Đối với trạng thái của dòng chảy, độ nhớt biểu kiến ​​và chỉ số trạng thái lưu lượng và hệ số độ đặc của WPI và WPC thay đổi đáng kể sau khi được siêu âm. Các đặc tính nhiệt vật lý, chẳng hạn như nhiệt độ lạnh đông ban đầu và nhiệt độ rã đông ban đầu, cũng đã được thay đổi so với mẫu đối chứng (Krešic et al., 2008). Ngoài ra, những hiệu quả của siêu âm về độ hòa tan và đặc tính tạo bọt của whey protein đã được nghiên cứu; các hiệu quả quan trọng trên các đặc tính này đã được quan sát khi whey protein được đặt vào tần số thấp (20 kHz) so với tần số cao (40 kHz); thậm chí tần số cao hơn (ví dụ, 500 kHz) không có một hiệu quả đáng kể. Một hiệu quả quan trọng với việc tăng nhiệt độ cũng được quan sát thấy trong các mẫu được siêu âm sau khi xử lý ở tần số thấp (Jambrak et al., 2008). Những hệ nhũ tương ổn định được tạo ra với việc sử dụng siêu âm yêu cầu ít nếu sử chất hoạt động bề mặt nào đó, một số ví dụ trong đó bao gồm sốt cà chua cà chua và sốt mayonnaise (Mason, 1996). Vận tốc siêu âm và quang phổ đo độ suy giảm cũng được đo lường như là một hàm tần số trong các hệ nhũ tương được xử lý bằng siêu âm (1-5 MHz). Các nhũ tương được làm từ dầu bắp trong nước và vận tốc và độ suy giảm tăng theo tần số trong tất cả các hệ nhũ tương có kích thước hạt khác nhau, khi được đánh giá từ quang phổ siêu âm (Coupland và McClements, 2001). Mặc dù siêu âm đang được thử nghiệm để vô hoạt các vi sinh vật kết hợp với nhiệt và áp suất, siêu âm cũng có thể hoạt hóa các tế bào sống. Ứng dụng này là rất hữu ích trong việc sản xuất yogurt, trong đó lên đến 40% thời gian sản xuất được giảm bằng cách sử dụng siêu âm. Hơn nữa, sữa được đồng hóa tốt hơn bằng cách sử dụng siêu âm so với phương pháp thông thường. Các hiệu quả tích cực được bổ sung trong yogurt do siêu âm làm cải thiện tính đồng nhất và cấu trúc, các hiệu quả làm tăng độ ngọt, và giảm sự vón cục (Mason, 1996; Wu et al., 2001). Nảy mầm nhanh hơn của cây trồng nông nghiệp đã được quan sát khi hạt được xử lý siêu âm (Mason, 1996). Ngoài ra, siêu âm có thể được sử dụng trong một số nước thải xử lý các nhà máy trong ngành công nghiệp thực phẩm. Việc sử dụng sóng âm được hỗ trợ phương pháp sinh học và hoạt tính sinh học tăng , giảm đã được quan sát. Vẫn còn cần nghiên cứu thêm trong lĩnh vực này khi các thông số cụ thể của siêu âm, chẳng hạn như cường độ của quá trình xử lý, có thể dẫn đến giảm hoặc tăng hoạt tính sinh học (Schläfer et al., 2002). Các ứng dụng khác đang được thử nghiệm là việc sử dụng siêu âm trong công nghiệp lọc các hỗn hợp, chất chiết từ ​​trái cây, và các thức uống, và các quá trình sấy của bột cam, phô mai dạng bột, các hạt gelatin, và các hạt lúa. Trong quá trình sấy, tốc độ sấy đã được tăng lên và độ ẩm cuối giảm vì phương pháp siêu âm thực hiện ở nhiệt độ thấp hơn (Mason, 1996). Những nghiên cứu tiếp theo đã chỉ ra rằng siêu âm tiền xử lý các loại rau cho mục đích sấy khô không chỉ làm giảm thời gian sấy đáng kể, vì tăng cường sự mất nước, nhưng đặc tính hydrate hóa lại ở một số loại rau (ví dụ, nấm, giá, và súp lơ) tốt hơn so với những loại rau khác (Jambrak et al., 2007). Những kết quả tương tự đã đạt được trong thời gian sấy chuối, siêu âm thực hiện trước khi sấy bằng không khí cho thấy những hiệu quả quan trọng trên các mô của chuối, thời gian sấy được giảm đến 11%, khi siêu âm cho phép loại bỏ lượng nước lớn từ quả (Fernandes và Rodrigues, 2007). Siêu âm cũng đã được chứng minh là có hiệu quả trong quá trình mất nước thẩm thấu trong việc thúc đẩy và tăng cường độ khuếch tán của nước và các chất rắn. Cárcel et al. (2007) cho thấy siêu âm có thể làm tăng độ khuếch tán nước lên đến 117% và khuếch tán chất khô lên tới 137% trong dung dịch táo-sucrose. Quá trình này không phải là một hiện tượng làm khô phổ biến, chỉ liên quan đến sự mất nước; ứng dụng siêu âm có hiệu quả không chỉ trong việc loại bỏ nước từ cấu trúc tế bào của mô quả táo, mà còn trong việc thu nhận các chất rắn từ dung dịch sucrose. NHẬN XÉT Ngày nay siêu âm được áp dụng trong phạm vi tần số cao nhiều công nghiệp chế biến thực phẩm. Lợi dụng ưu điểm không gây phá hủy cấu trúc của siêu âm ở tần số cao, các máy chế biến thực phẩm được thay thế một số phương pháp truyền thống bằng kỹ thuật siêu âm để theo dõi chất lượng thực phẩm trong các dây chuyền sản xuất. Những khái niệm khoa học cơ bản định nghĩa trạng thái sóng cho phép trong các ngành công nghiệp thực phẩm để xác định đặc tính của thực phẩm trước, trong và sau khi chế biến. Tuy nhiên , gần đây hơn và một trong những lĩnh vực thú vị nhất đối với các nhà khoa học thực phẩm là siêu âm cường độ cao ở tần số thấp. Việc bất hoạt vi sinh vật và enzyme bằng sóng âm thanh kết hợp với nhiệt độ, áp suất, và các chất bảo quản khác tất cả cho thấy hiệu quả tích cực. Thêm lợi thế để những sản phẩm xử lý bằng siêu âm bao gồm những thay đổi tích cực trong cấu trúc, năng suất, và màu sắc. Do đó, siêu âm hiện nay là một lựa chọn triển vọng để thanh trùng cho các sản phẩm như sữa, nước trái cây, và các thực phẩm lỏng khác. Từ một cách nhìn kinh tế, thiết bị siêu âm không phải là đắt so các kỹ thuật khác. Tuy nhiên, để tính toán chi phí chuyển đổi thiết bị hiện có để thích hợp với siêu âm, ngoài việc thích ứng làm mát / làm nóng bể siêu âm trên một quy mô công nghiệp, cần nghiên cứu thêm về siêu âm tần số thấp, do đó kiểm soát chỉ tiêu vi sinh vật trong thanh trùng và các enzym chính cho sự ổn định sản phẩm được cải thiện. Các yếu tố bảo quản khác (ví dụ, áp suất, kháng sinh, pH) có thể được kết hợp với siêu âm để nâng cao hiệu quả diệt khuẩn, nhưng các yếu tố khác này sẽ tùy thuộc vào chỉ tiêu sản phẩm. Tương lai, nghiên cứu siêu âm trong những năm tới cho mục đích của bất hoạt các vi sinh vật và enzyme trong thực phẩm chế biến sẽ được quyết định trong việc xác định khả năng sử dụng kỹ thuật này trên quy mô công nghiệp đầy đủ hơn. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Albu, S., Joyce, E., Paniwnyk, L., Lorimer, J. P., and Mason, T. J. (2004). Potential for the use of ultrasound in the extraction of antioxidants from Rosmarinus officinalis for the food and pharmaceutical industry. Ultrasonics Sonochemistry, 11, 261–265. [2] Aleixo, P. C., Santos Junior, D., Tomazelli, A. C., Rufini, I. A., Berndt, H., and Krug, F. J. (2004).Cadmium and lead determination in foods by beam injection flame furnace atomic absorption spectrometry after ultrasound-assisted sample preparation. Analytica Chimica Acta, 512,329–337. [3] American Heritage Stedman’s Medical Dictionary. (2002). Boston, MA. Houghton Mifflin. [4] Ashokkumar, M., Sunartio, D., Kentish, S., Mawson, R., Simons, L., Vilkhu, K., and Versteeg, C. (2008). Modification of food ingredients by ultrasound to improve functionality: A preliminary study on a model system. Innovative Food Science and Emerging Technologies, 9, 155–160. [5] Bamberger, J. A., and Greenwood, M. S. (2004). Non-invasive characterization of fluid foodstuffs based on ultrasonic measurements. Food Research International, 37, 621–625. [6] Behrend, O., and Schubert, H. (2001). Influence of hydrostatic pressure and gas content on continuous ultrasound emulsification. Ultrasonics Chemistry, 8(3), 271–276. [7] Benedito, J., Carcel, J. A., Gonzalez, R., and Mulet, A. (2002). Application of low intensity ultrasonics to cheese manufacturing processes. Ultrasonics, 40, 19–23. [8] Cao, S., Hu, Z., Pang, B., Wang, H., Xie, H., and Wu, F. (2010). Effect of ultrasound treatment on fruit decay and quality maintenance in strawberry after harvest. Food Control. 21(4):529–532, doi:10.1016/j.foodcont.(2009).08.002. [9] Cárcel, J. A., Benedito, J., Rosselló, C., and Mulet, A. (2007). Influence of ultrasound intensity on mass transfer in apple immersed in a sucrose solution. Journal of Food Engineering, 78, 472–479. [10] Chemat, F., and Hoarau, N. (2004). Hazard analysis and critical control point (HACCP) for an ultrasound food processing operation. Ultrasonics Sonochemistry, 11, 257–260. [11] Chemat, F., Grondin, I., Cheong Sing, S., and Smadja, J. (2004). Deterioration of edible oils during food processing by ultrasound. Ultrasonics Chemistry, 11, 13–15. [12] Coupland, J. N. (2004). Low intensity ultrasound. Food Research International, 37, 537–543. [13] Coupland, J. N., and McClements, D. J. (2001). Droplet size determination in food emulsions: comparison of ultrasonic and light scattering methods. Journal of Food Engineering, 50, 117–120. [14] Cruz, R. M. S., Vieira, M. C., and Silva, C. L. M. (2006). Effect of heat and thermosonication treatments on peroxidase inactivation kinetics in watercress (Nasturtium officinale). Journal of Food Engineering, 72(1), 8–15. [15] De Gennaro, L., Cavella, S., Romano, R., and Masi, P. (1999). The use of ultrasound in food technology I: Inactivation of peroxidase by thermosonication. Journal of Food Engineering, 39, 401–407. [16] Duckhouse, H., Mason, T. J., Phull, S. S., and Lorimer, J. P. (2004). The effect of sonication on microbial disinfection using hypochlorite. Ultrasonics Sonochemistry, 11(3–4), 173–176. [17] Earnshaw, R. G., Appleyard, J., and Hurst, R. M. (1995). Understanding physical inactivation processes: combined preservation opportunities using heat, ultrasound and pressure. International Journal of Applied Microbiology, 28, 197–219. [18] Elmehdi, H.M., Page, J. H., and Scanlon, M. G. (2003). Using ultrasound to investigate the cellular structure of bread crumb. Journal of Cereal Science, 38, 33–42. [19] Feril, L. B., Jr., and Kondo, T. (2005). Major factors involved in the inhibition of ultrasoundinduced free radical production and cell killing by pre-sonication incubation or by high cell density. Ultrasonics Sonochemistry, 12(5), 353–357. [20] Fernandes, F. A. N., and Rodrigues, S. (2007). Ultrasound as pre-treatment for drying of fruits: Dehydration of banana. Journal of Food Engineering, 82, 261–267. [21] Furuta, M., Yamaguchi, M., Tsukamoto, T., Yim, B., Stavarache, C. E., Hasiba, K., and Maeda, Y. (2004). Inactivation of Escherichia coli by ultrasonic irradiation. Ultrasonics Sonochemistry, 11(2), 57–60. [22] Gallego-Juárez, J. A., Elvira-Segura, L., and Rodríguez-Corral, G. (2003). A power ultrasonic technology for deliquoring. Ultrasonics, 41, 255–259. [23] Gan, T. H., Hutchins, D. A., and Billson, D. R. (2002). Preliminary studies of a novel air-coupled ultrasonic inspection system for food containers. Journal of Food Engineering, 53, 315–323. [24] García, M. L., Burgos, J., Sanz, B., and Ordoñez, J. A. (1989). Effect of heat and ultrasonic waves on the survival of two strains of Bacillus subtilis. Journal of Applied Bacteriology, 67(6), 619–628. [25] Gestrelius, H., Hertz, T. G., Nuamu, M., Persson, H. W., and Lindström, K. (1993). A Nondestructive ultrasound method for microbial quality control of aseptically packaged milk. Lebensm.Wiss.u.-Tecnology, 26, 334–339. [26] Guerrero, S., López-Malo, A., and Alzamora, S. M. (2001). Effect of ultrasound on the survival of Saccharomyces cerevisiae: Influence of temperature, pH and amplitude. Innovative Food Science and Emerging Technologies, 2, 31–39. [27] Guerrero, S., Tognon, M., and Alzamora, S. M. (2005). Response of Saccharomyces cerevisiae to the combined action of ultrasound and low weight chitosan. Food Control, 16, 131–139. [28] Hæggström, E., and Luukkala, M. (2000). Ultrasonic monitoring of beef temperature during roasting. Lebensmittel-Wissenschaft und-Technologie, 33(7), 465–470. [29] Hæggström, E., and Luukkala,M. (2001). Ultrasound detection and identification of foreign bodies in food products. Food Control, 12, 37–45. [30] Hecht, E. (1996). Physics: Calculus, pp. 445–450, 489–521. Pacific Grove, CA, Brooks/Cole. [31] Jambrak, A. R., Mason, T. J., Lelas, V., Herceg, Z., and Herceg, I. L. (2008). Effect of ultrasound treatment on solubility and foaming properties of whey protein suspensions. Journal of Food Engineering, 86, 281–287. [32] Jambrak, A. R., Mason, T. J., Paniwnyk, L., and Lelas, V. (2007). Accelerated drying of mushrooms, Brussels sprouts and cauliflower by applying power ultrasound and its rehydration properties. Journal of Food Engineering, 81, 88–97. [33] Jiménez-Fernández, M., Palou, E., and López-Malo, A. (2001). Aspergillus flavus inactivation by thermoultrasonication treatments. In: Welti-Chanes, J., Barbosa-Cánovas, G. V., and Aguilera, J. M. (eds.), Proceedings of the Eight International Congress on Engineering and Food, ICEF8, Vol. II, pp. 1454–1458. Boca Ratón, FL, Technomic. [34] Joyce, E., Phull, S. S., Lorimer, J. P., and Mason, T. J. (2003). The development and evaluation of ultrasound for the treatment of bacterial suspensions. A study of frequency, power and sonication time on cultured Bacillus species. Ultrasonics Sonochemistry, 10, 315–318. [35] Kardos, N., and Luche, J. L. (2001). Sonochemistry of carbohydrate compounds. Carbohydrate Research, 332, 115–131. [36] Karki, B., Lamsal, B. P., Jung, S., van Leeuwen, J., Pometto A. L., III, Grewell, D., and Khanal, S. K. (2010). Enhancing protein and sugar release from defatted soy flakes using ultrasound technology. Journal of Food Engineering, 96, 270–278. [37] Kennedy, J. E., Wu, F., ter Harr, G. R., Gleeson, F. V., Phillips, R. R., Middleton, M. R., and Cranston, D. (2004). High-intensity focused ultrasound for the treatment of liver tumors. Ultrasonics, 42, 931–935. [38] Knorr, D., Zenker, M., Heinz, V., and Lee, D. (2004). Applications and potential of ultrasonics in food processing. Trends in Food Science and Technology, 15, 261–266. [39] Krefting, D., Mettin, R., and Lauterborn,W. (2004). High-speed observation of acoustic cavitation erosion in multibubble systems. Ultrasonics Sonochemistry, 11, 119–123. [40] Kreši´c, G., Lelas, V., Režek Jambrak, A., Herceg, Z., and Rimac Brnˇci´c, S. (2008). Influence of novel food processing technologies on the rheological and thermophysical properties of whey proteins. Journal of Food Engineering, 87, 64–73. [41] Lee, D. U., Heinz, V., and Knorr, D. (2003). Effects of combination treatments of nisin and high intensity ultrasound with pressure on the microbial inactivation in liquid whole egg. Innovative Food Science and Engineering Technologies, 4, 387–393. [42] Li, H., Pordesimo, L., and Weiss, J. (2004). High intensity ultrasound-assisted extraction of oil from soybeans. Food Research International, 37, 731–738. [43] Mann, T., and Krull, U. J. (2004). The application of ultrasound as a rapid method to provide DNA fragments suitable for detection by DNA biosensors. Biosensors and Bioelectronics, 20(5), 945–955. [44] Mason, T. J. (1996). Power ultrasound in food processing – the way forward. In: Povey, M. J.W. andMason, T. J. (eds.), Ultrasound in Food Processing, pp. 105–126. London, Blackie Academic and Professional. [45] Mason, T. J. (2003). Sonochemistry and sonoprocessing: the link, the trends and (probably) the future. Ultrasonics Sonochemistry, 10(4–5), 175–179. [46] Mason, T. J., Paniwnyk, L., and Lorimer, J. P. (1996). The uses of ultrasound in food technology. Ultrasonics Sonochemistry, 3, S253–S260. [47] McClements, J. D. (1995). Advances in the application of ultrasound in food analysis and processing. Trends in Food Science and Technology, 6, 293–299. [48] Miles, C. A., Morley, M. J., and Rendell, M. (1999). High power ultrasonic thawing of frozen foods. Journal of Food Engineering, 39, 151–159. [49] Muthukumaran, S., Kentish, S. E., Stevens, G. W., Ashokkumar, M., and Mawson, R. (2007). The application of ultrasound to dairy ultrafiltration: The influence of operating conditions. Journal of Food Engineering, 81, 364–373. [50] Neis, U., and Blume, T. (2003). Ultrasonic disinfection of wastewater effluents for high-quality reuse. Water Science and Technology: Water Supply, 3(4), 261–267. [51] Oulahal-Lagsir, N., Martial-Gros, A., Bonneau, M., and Blum, L. J. (2000). Ultrasonic methodology coupled to ATP bioluminescence for the non-invasive detection of fouling in food processing equipment – validation and application to a dairy factory. Journal of Applied Microbiology, 89, 433–441. [52] Pagán, R., Mañas, P., Alvarez, I., and Condón, S. (1999). Resistance of Listeria monocytogenes to ultrasonic waves under pressure at sublethal (manosonication) and lethal (manothermosonication) temperatures. Food Microbiology, 16, 139–148. [53] Patil, S., Bourke, P., Kelly, B., Frías, J.M., and Cullen, P. J. (2009). The effects of acid adaptation on Escherichia coli inactivation using power ultrasound. Innovative Food Science and Emerging Technologies, 10, 486–490. [54] Patrick, M., Blindt, R., and Janssen, J. (2004). The effect of ultrasonic intensity on the crystal structure of palm oil. Ultrasonics Sonochemistry, 11, 251–258. [55] Piyasena, P., Mohareb, E., and McKellar, R. C. (2003). Inactivation of microbes using ultrasound: a review. International Journal of Food Microbiology, 87, 207–216. [56] Povey, M., and Mason, T. (1998). Ultrasound in food processing. London, Blackie Academic and Professional. Raso, J., and Barbosa-Cánovas, G. V. (2003). Nonthermal preservation of foods using combined processing techniques. Critical Reviews in Food Science and Nutrition, 43(3), 265–285. [57] Raso, J., Pagán, R., Condón, S., and Sala, F. J. (1998a). Influence of treatment and pressure on the lethality of ultrasound. Applied and Environmental Microbiology, 64(2), 465–471. [58] Raso, J., Palop, A., Pagán, J., and Condón, S. (1998b). Inactivation of Bacillus subtilis spores by combining ultrasonic waves under pressure and mild heat treatments. Journal of Applied Microbiology, 85, 849–854. [59] Riera-Franco de Sarabia, E., Gallego-Juárez, J. A., Rodríguez-Corral, G., Elvira-Segura, L., and González-Gómez, I. (2000). Application of high-power ultrasound to enhance fluid/solid particle separation processes. Ultrasonics, 38, 642–646. [60] Rodríguez, J. J., Barbosa-Cánovas, G. V., Gutiérrez-López, G. F., Dorantes-Álvarez, L., Yeom, H. W., and Zhang, Q. H. (2003). An update on some key alterative food processing technologies: Microwave, pulsed electric field, high hydrostatic pressure, irradiation and ultrasound.In: Gutiérrez-López, G. F., and Barbosa-Cánovas, G. V. (eds.), Food science and food biotechnology, pp. 279–312. Boca Ratón, FL, CRC Press. [61] Ruis-Jiménez, J., Priego-Capote, F., and Luque de Castro, M. D. (2004). Identification and quantification of trans fatty acids in bakery products by gas chromatography-mass spectrometry after dynamic ultrasound-assisted extraction. Journal of Chromatography A, 1045, 203–210. [62] Saggin, R., and Coupland, J. N. (2001). Non-contact ultrasonic measurements in food materials. Food Research International, 34, 865–870. [63] Scherba, G., Weigel, R. M., and O’Brien, W. D. (1991). Quantitative assessment of the germicidal efficacy of ultrasonic energy. Applied and Environmental Microbiology, 57(7), 2079–2084. [64] Schläfer, O., Onyeche, T., Bormann, H., Schröder, C., and Sievers, M. (2002). Ultrasound stimulation of micro-organisms for enhanced biodegradation. Ultrasonics, 40, 25–29. [65] Schöck, T., and Becker, T. (2010). Sensory array for the combined analysis of watersugar- ethanol mixtures in yeast fermentations by ultrasound. Food Control. 21(4):362–369 doi:10.1016/j.foodcont.2009.06.017. [66] Sigfusson, H., Ziegler, G. R., and Coupland, J. N. (2004). Ultrasonic monitoring of food freezing. Journal of Food Engineering, 62, 263–269. [67] Sun, D. W., and Li, B. (2003). Microstructural change of potato tissues frozen by ultrasoundassisted immersion freezing. Journal of Food Engineering, 57, 337–345. [68] Tian, Z. M., Wan, M. X., Wang, S. P., and Kang, J. Q. (2004). Effects of ultrasound and additives on the function and structure of trypsin. Ultrasonics Sonochemistry, 11, 399–404. [69] Ting, C. H., Kuo, F. J., Lien, C. C., and Sheng, C. T. (2009). Use of ultrasound for characterizing the gelation process in heat induced CaSO4·2H2O tofu curd. Journal of Food Engineering, 93, 101–107. [70] Tsukamoto, I., Constantinoiu, E., Furuta, M., Nishimura, R., and Maeda, Y. (2004a). Inactivation of Saccharomyces cerevisiae by ultrasonic irradiation. Ultrasonics Sonochemistry, 11, 61–65. [71] Tsukamoto, I., Constantinoiu, E., Furuta, M., Nishimura, R., and Maeda, Y. (2004b). Inactivation effect of sonication and chlorination on Saccharomyces cerevisiae. Calorimetric analysis. Ultrasonics Sonochemistry, 11, 167–172. [72] Utsunomiya, Y., and Kosaka, Y. (1979). Application of supersonic waves to foods. Journal of the faculty of Applied Biological Science, Hiroshima University, 18(2), 225–231. [73] Valdramidis, V. P., Cullen, P. J., Tiwari, B. K., and O’Donnell, C. P. (2010). Quantitative modeling approaches for ascorbic acid degradation and non-enzymatic browning of orange juice during ultrasound processing. Journal of Food Engineering, 96, 449–454. [74] Valero, M., Recrosio, N., Saura, D., Muñoz, N., Martí, N., and Lizama, V. (2007). Effects of ultrasonic treatments in orange juice processing. Journal of Food Engineering, 80, 509–516. [75] Vercet, A., Sánchez, C., Burgos, J., Montañés, L., and Lopez Buesa, P. (2002). The effects of manothermosonication on tomato pectin enzymes and tomato paste rheological properties. Journal of Food Engineering, 53, 273–278. [76] Vercet, A., Burgos, J., Crelier, S., and Lopez-Buesa, P. (2001). Inactivation of proteases and lipases by ultrasound. Innovative Food Science and Emerging Technologies, 2, 139–150. [77] Vilkhu, K., Mawson, R., Simons, L., and Bates, D. (2008). Applications and opportunities for ultrasound assisted extraction in the food industry – A review. Innovative Food Science and Emerging Technologies, 9, 161–169. [78] Wrigley, D. M., and Llorca, H. G. (1992). Decrease of Salmonella typhimurium in skim milk and egg by heat and ultrasonic wave treatment. Journal of Food Protection, 55(9), 678–680. [79] Wu, H., Hulbert, G. J., and Mount, J. R. (2001). Effects of ultrasound on milk homogenization and fermentation with yogurt starter. Innovative Food Science and Emerging Technologies, 1, 211–218. [80] Zenker, M., Heinz, V., and Knorr, D. (2003). Application of ultrasound-assisted thermal processing for preservation and quality retention of liquid foods. Journal of Food Protection, 66(9), 1642–1649.