Ultrasunetele au fost utilizate în mod eficient în diverse domenii ale tehnologiei alimentare. Și totuși, cererea de cercetare suplimentară este recomandată în ceea ce privește optimizarea condițiilor procesului, prin extinderea echipamentelor cu ultrasunete și îmbunătățirea potențialului proceselor existente, pentru o utilizare eficientă în analiza și modificarea produselor alimentare, precum și a utilizării industriale. Puține alte tehnologii combinate cu ultrasunetele și-au arătat potențialul de a controla eficient microorganismele alimentare. Prin urmare, se revizuiește contribuția la progresele în materie de siguranță, procesare și conservare a alimentelor datorită acestor avantaje potențiale ale ultrasunetelor și utilizarea lor în industria alimentară a tehnologiei cărnii, cu efect semnificativ al aplicațiilor de lungă durată. Acestea sunt concluziile cele mai importante ale studiului cu titlul ”Applications of Ultrasound in Meat Processing Technology” elaborat de Evans Frimpong, de la College of Food Science and Technology, Nanjing Agricultural University, China, pe care vi-l prezentăm în acest articol.

Proprietăți superioare

În scopul prelucrării și conservării cărnii și a alimentelor, în general, tehnologia cu ultrasunete este apreciată datorită proprietăților sale superioare. Presiunea hidrostatică ridicată, câmpurile electrice pulsatorii, ultrasunetele, ozonul, lumina pulsatorie și lumina ultravioletă sunt o varietate de tehnici alternative potențiale, nou cercetate în ultimul deceniu.

Totuși, ultrasunetele de înaltă intensitate au captivat entuziasmul substanțial, pentru utilizarea stocării alimentelor. Controlul calității, extracția, procesarea cărnii, cristalizarea, modificarea performanței, separarea și dezactivarea microbilor sunt domeniile aplicabile în alimente și bioprocesare, care au folosit ultrasunetele în ultimii ani; de asemenea, realizarea abordării cu ultrasunete în ghidarea emulsiei alimentare.

Concomitent, adaptarea cu ultrasunete s-a dovedit a fi o strategie eficientă, care a intensificat fluxul în tehnicile de ultrafiltrare sau microfiltrare și îmbunătățirea curățării membranelor murdare, deoarece know-how-ul tehnologic al membranei este utilizat în tratarea fluxurilor de canalizare lichidă și a purificării apei, ca o tehnologie verificată în producția de alimente.

Mai mult decât atât, standardele de calitate, incluzând sensibilitatea, extracția proteinelor, gelatinarea, restructurarea produselor din carne, reducerea sării produselor restructurate și maximizarea randamentului de gătit, pentru a stabili calitatea carcasei în procesul de prelucrare a cărnii, utilizează în prezent tehnologia cu ultrasunete ca procesare alternativă rapidă, relativ ieftină, ușoară și încercată înseamnă.

În ciuda acestor beneficii obținute prin ultrasunete în combaterea provocărilor de siguranță alimentară din industria alimentară, în ceea ce privește calitatea ridicată și extinderea termenului de valabilitate, printre altele, tipurile de tehnologie cu ultrasunete și tehnologia cu ultrasunete în procesarea și conservarea cărnii rămân un subiect cheie de îngrijorare, în ceea ce privește îmbunătățirea caracteristicilor distincte ale cărnii. Prin urmare, o revizuire a ideilor cu ultrasunete și a efectului semnificativ a fost efectuată asupra tehnologiei cărnii.

O formă de energie

Ultrasunetele, ca formă de energie, utilizează unde de presiune (undă mecanică longitudinală), cu o propagare unidimensională și o frecvență de vibrație de 20 kHz sau mai mult, peste limita sonoră audibilă a oamenilor.

Viteza ultrasunetelor este dependentă de proprietățile acustice ale mediului, rezultând o propagare mai mare a sunetului în solide, decât în ​​lichide, precum și mai mare în lichide decât în ​​gaze. Un sunet de călătorie produce unde de compresie și rarefacție a materialelor, printr-un mediu de cavități sau formare de bule.

Temperatura și presiunea ridicate sunt eliberate ca efect al creșterii cavităților ultrasunetelor, instabilitatea ciclurilor ulterioare și prăbușirea într-un sistem cu ultrasunete.

În mod ideal, ultrasunetele, ca energie acustică a unei forme neionizante, neintruzive și necontaminante de energie mecanică, în interiorul unui material organic care excită aceste materiale și țesuturi naturale pe micro și un indice macro, afectează calitatea alimentelor și promovarea siguranței, dar și creșterea procesării alimentelor datorită mecanismului instabil al transmiterii sunetului printr-un mediu sonificat.

La intensitate scăzută (amplitudine), unda de presiune inițiază mișcarea care se compune în interiorul fluidului (curent acustic), în timp ce presiunea locală, la faza de dilatare a ciclului, scade sub presiunea de vapori a lichidului, generată de o mică efervescență produsă din nucleii de gaz prezenți în fluid, pentru a crește intensitățile. Cavitația urmărește să fie efectul vital al ultrasunetelor de mare putere, deoarece compresia și deflexia particulelor medii și globul cad peste rezultate.

Principalul mecanism

Micro-streamingul este, de asemenea, principalul mecanism de degazare cu ultrasunete, denumit acțiune de transport cu bule și dezvoltare la noduri și anti-noduri. Pe baza cantității de energie eliberată prin cavitație, fenomenul se bazează pe cinetica generării de bule și se diminuează, caz în care, în mod intenționat, pare vital pentru procesarea alimentelor, deoarece căldura este generată pe baza utilizării ultrasunetelor și a cavitației înrudite (prăbușirea gravitațională a bulelor de gaz), indusă prin schimbarea rapidă a încălzirii la 5500 C și creșterea presiunii la 50 Mpa.

Pe baza analizei și a controlului calității, industria de prelucrare a alimentelor aplică ultrasunete în operațiuni bazate pe gama de frecvențe. Ecografia de intensitate redusă este aceeași cu puterea redusă din energia redusă, deoarece folosește frecvențe peste 100 kHz la frecvență înaltă și, respectiv, la frecvență joasă. Ambele categorii de ultrasunete au condus la aplicarea eficientă în domenii variabile, în special în procesarea alimentelor și în sectoarele legate de siguranță.

Parametri de măsurare

Deoarece industriile alimentare doresc tehnologii și tehnici analitice avansate,  pentru monitorizarea materialelor alimentare sofisticate și a monitorizării compoziției și proprietăților alimentare în timpul procesării, aplicația cu ultrasunete de acum aproximativ 60 de ani a folosit ultrasunete de intensitate redusă.

Aceasta a fost o manieră de utilizare distructivă, pentru a oferi detalii despre proprietățile fiziochimice (debitul, compoziția, structura și starea fizică), adică, undele de ultrasunete mici nu au produs modificări fizice sau chimice prin calitățile materiale trecerea undelor.

Pe de altă parte, ultrasunetele de înaltă intensitate modifică proprietățile chimice și fizice (inhibarea enzimei, întreruperea celulelor, reacțiile chimice, modifică cristalizarea, încordează carnea, generează emulsii) ale alimentelor. Starea fizică, structura și compoziția proprietăților alimentelor sunt de interes pentru oamenii de știință din domeniul alimentar.

Prin urmare, viteza, coeficientul de atenuare și impedanța acustică sunt parametri de măsurare utilizați de aplicația cu ultrasunete de intensitate redusă. Pe baza mai multor cercetări științifice privind ultrasunetele,  din ultimii ani, potențialul complet al ultrasunetelor a fost realizat în numeroase aplicații de teren.

Bineînțeles, unele animale, cum ar fi delfinii și liliecii, aplică ultrasunete în navigație și, respectiv, în vânătoare, pe baza mecanismului undelor sonore de împrăștiere înapoi, astfel încât anumite animale marine anihilează victimele înainte de capturare prin utilizarea pulsurilor de ultrasunete de înaltă intensitate.

În procesarea alimentelor, ultrasunetele au susținut programe de îmbunătățire genetică pentru animale, precum și produse din carne crude și fermentate, evaluarea compoziției peștelui și a păsărilor de curte (ultrasunete de intensitate redusă), în timp ce ultrasunetele de intensitate ridicată au arătat că scot enzimele imobilizate, prin creșterea enzimelor proporția substratului.

O tehnologie prudentă

Consumul de carne are un impact economic pozitiv, datorită compoziției sale nutriționale, ca parte a dietelor bine echilibrate. Prin urmare, cererea sa mare poate fi urmărită încă din epoca preistorică. Se spune că tehnologia cu ultrasunete este prudentă în procesarea cărnii, deși apariția sa a început în anii 1950, cu evaluarea grăsimii și a mușchilor. Dintre produsele din carne, utilizarea ultrasunetelor în timp real a fost aplicată în mare măsură în estimarea transcripției chimice a corpului și a carcasei.

Procentul de grăsime intra-musculară, trăsăturile carcasei (de oaie), prototipurile de reflecție ale țesuturilor, cum ar fi mușchii, grăsimile și organele interne la animalele vii, au fost utile în îmbunătățirea genetică prin adaptarea ultrasunetelor de intensitate redusă în tehnologia cărnii, atunci când au fost examinate.

Sensibilitatea cărnii duce la acceptarea consumatorilor, pentru că sensibilitatea inconsistentă este problema majoră a randamentului în sectorul cărnii, deoarece consumatorii par nemulțumiți de calitatea cărnii. Prin urmare, un efect sinergic al căldurii și al ultrasunetelor a arătat un beneficiu sensibil asupra cărnii.

Tehnica cu ultrasunete a cărnii obligă la întreruperea membranei celulare, pentru a crește sensibilitatea cărnii, fie imediat, prin slăbirea fizică a țesutului muscular, fie indirect, prin stimularea proteolizei, fie prin eliberarea catepsinelor din lizozomi și/sau a ionilor Ca ++, astfel încât calpainele să poată fi activate, în timp ce alți cercetători nu au declarat niciun efect sau influență.

Acțiunea antimicrobiană

Impactul ultrasunetelor în timpul saramurării este influențat de intensitatea sau frecvența ultrasunetelor, precum și de difuzivitatea efectivă a NaCl, iar umiditatea s-a îmbunătățit odată cu aplicarea acestora.

Mai mult decât atât, ultrasunetele au redus în mod eficient timpul de sărare în sensibilitatea cărnii, aroma și analiza îmbunătățirii termenului de valabilitate, deoarece marinarea este foarte apreciată în procesarea cărnii. Prin urmare, intensitatea și frecvența ultrasunetelor sunt dezvăluite a fi parametrii principali care trebuie luați în considerare, în realizarea unei marinare eficiente în procesarea cărnii.

Mai mult, ultrasunetele servesc ca instrument antimicrobian în tehnologia cărnii și au oferit un mare potențial industriilor din carne în îmbunătățirea calității produselor. Cu toate acestea, întrebările continuă să apară pentru cercetare, din cauza unor neconcordanțe în rezultatele raportate ale aplicării ultrasunetării în sectorul cărnii. Capacitatea de păstrare a apei (WHC) a cărnii tratate cu ultrasunete arată, de asemenea, rezultate variabile în procesarea și conservarea cărnii.

Ponderea tehnicilor tradiționale în prelucrarea alimentelor și discernământul nefericit al noii discipline de proces (cu ultrasunete), de către profesioniștii din domeniul alimentar, contribuie la utilizarea reticentă a tehnologiei ultrasunetare printre multe companii.

Măsurarea energiei ultrasunetelor care se transferă la mediu, influențează intensitatea în timpul aplicării pentru diferite tratamente de testare. De asemenea, frecvența exactă a ultrasunetelor și timpul optim de tratament sunt necesare pentru o aplicare cu ultrasunete controlată și optimă.

O undă lipsită de toxicitate

În general, unda sonoră este considerată netoxică, ecologică și sigură, față de alte metode de procesare a alimentelor. În prezent, numeroase publicații de cercetare indică meritele ultrasunetării, exclusiv sau combinate, pentru a produce alimente sigure pentru consumatori.

Cu toate acestea, există unele neconcordanțe în rapoartele anterioare, care dau naștere la necesitatea unor cercetări suplimentare cu privire la ultrasunete din cauza variațiilor efectelor tratamentelor cu ultrasunete în diferite sectoare ale tehnologiei alimentare.

Prin urmare, se recomandă necesitatea unei cercetări continue pentru cele mai bune și condiții de funcționare adecvate, printre ultrasunete. În sectorul cărnii, trăsături precum stabilitatea oxidativă, culoarea cărnii și caracteristicile senzoriale sunt de o mare importanță în timpul ultrasonificări cărnii, ceea ce face ca tehnologia cu ultrasunete de înaltă intensitate să fie considerată printre tehnologiile de creștere a cărnii.

Utilizarea energiei sonore (schimbarea energiei sonore în căldură), poate accelera dezghețarea cărnii, dar nu produce diferențe semnificative în ceea ce privește proprietățile microbiologice și chimice, în comparație cu carnea scufundată în apă (carne dezghețată de apă). Calitatea cărnii este îmbunătățită prin aplicarea ultrasunetelor pentru reducerea timpului de saramură a cărnii.

Practic, atunci când dinamica undei sonore (mai mare decât sunetul detectat de urechile umane), este aplicată în fizica ultrasonoficării (unde mecanice: compresie și rarefacție), în condiții controlate (cavitație cu ultrasunete), pentru a genera temperatură și presiune ridicate prin bule de cavitație, alimentele de calitate vor fi obținute pe baza intervalului de frecvență dorit utilizat.

Prin urmare, ultrasunetele de intensitate scăzută și de intensitate mare, utilizate în mod popular în tehnologia alimentară, pot fi privite ca o tehnologie verde, de utilizare variabilă în tehnologia cărnii din industria alimentară.