ТЕОРЕТИЧНІ АСПЕКТИ ЕНЕРГЕТИЧНОЇ СКЛАДОВОЇ УЛЬТРАЗВУКОВОГО ДИСПЕРГУВАННЯ ЕМУЛЬСІЙ
DOI:
https://doi.org/10.31548/humanhealth.4.2025.113Ключові слова:
: диспергування, ультразвукова кавітація, стабільність, параметри, енергія, інтенсивністьАнотація
Сучасні тенденції розвитку харчової індустрії змінюються під впливом прагнення населення до здорового способу життя. Це є передумовою для проведення наукових досліджень, спрямованих на створення ресурсоощадних технологій, які дозволяють відмовитися від внесення технологічних добавок за рахунок ефективного розкриття функціонально-технологічних властивостей основної сировини. Актуальним є вдосконалення процесів диспергування емульсій із застосуванням фізичних методів впливу. Метою роботи є теоретичне обґрунтування енергетичної ефективності використання резонансних режимів ультразвукової кавітації для отримання стабільних дрібнодисперсних емульсій. Проведено порівняльний аналіз методів дроблення дисперсної фази, серед яких виділено акустичний та гідродинамічний вплив. В роботі застосовано методи теоретичного моделювання. На відміну від класичних підходів, методика враховує в'язкість дисперсного середовища та розглядає інтенсивність як інтегральну характеристику процесу. Енергія подрібнення при диспергуванні емульсій визначена як на основі дискретної так і континуальної моделей. Виявлено, що ультразвуковий вплив на оброблювальне середовище залежить не тільки від параметрів апарату, які визначають енергію, а і від в’язкості середовища, діаметру бульбашки, який змінюється від мінімального до максимального значення та пов'язаних з його зміною явищ, таких як, ударні хвилі, мікротечії, акустична турбулентність. Встановлено, що процес диспергування ефективно реалізується в розширеному діапазоні частот 10–40 кГц, що уточнює відомі дані (20–40 кГц). Теоретично обґрунтовано вплив в'язкості емульсії на енергетичний баланс системи, що є елементом наукової новизни. Визначено, що інтенсивність ультразвукового поля є ключовим параметром, який визначає швидкість трансформації енергії в кавітуючому об’ємі. Показано, що застосування саме резонансних режимів диспергування сприяє утворенню кластерів жирових кульок мінімальних розмірів. Це забезпечує термодинамічну стійкість системи без використання додаткових стабілізаторів
Посилання
Ashokkumar, M. (2011). The characterization of acoustic cavitation bubbles – An overview. Ultrasonics Sonochemistry, 18(4), 864–872. https://doi.org/10.1016/j.ultsonch.2010.11.016
Ashokkumar, M., Sunartio, D., Kentish, S., Mawson, R., Simons, L., Vilkhu, K., & Versteeg, C. (2008). Modification of food ingredients by ultrasound to improve functionality: A preliminary study on a model system. Innovative Food Science & Emerging Technologies, 9(2), 155–160. https://doi.org/10.1016/j.ifset.2007.05.005
Asioli, D., Aschemann-Witzel, J., Caputo, V., Vecchio, R., Annunziata, A., Næs, T., & Varela, P. (2017). Making sense of the “clean label” trends: A review of consumer food choice behavior and discussion of industry implications. Food Research International, 99, 58–71. https://doi.org/10.1016/j.foodres.2017.07.022
Bernyk, I. (2017). Theoretical aspects of the formation and development of cavitation processes in technological environment. Motrol. Commission of Motorization and Energetics in Agriculture, 19(3), 5–13.
Bernyk, I., Luhovskyi, O., & Nazarenko, I. (2016). Research staff process of interaction and technological environment in developed cavitation. Journal of Mechanical Engineering of the National Technical University of Ukraine "Kyiv Polytechnic Institute", 1(76), 12–19. https://doi.org/10.20535/2305-9001.2016.76.39735
Carpenter, J., George, S., & Saharan, V. K. (2017). Low-pressure hydrodynamic cavitating device for producing highly stable oil-in-water emulsion: Effect of geometry and cavitation number. Chemical Engineering and Processing: Process Intensification, 116, 97–104. https://doi.org/10.1016/j.cep.2017.02.013
Chemat, F., & Vorobiev, E. (Eds.). (2019). Green food processing techniques: Preservation, transformation, and extraction. Academic Press.
Chemat, F., Zill-e-Huma, & Khan, M. K. (2011). Applications of ultrasound in food technology: Processing, preservation and extraction. Ultrasonics Sonochemistry, 18(4), 813–835. https://doi.org/10.1016/j.ultsonch.2010.11.023
Deng, X., Ma, Y., Lei, Y., Zhu, X., Zhang, L., Hu, L., Lu, S., Guo, X., & Zhang, J. (2021). Ultrasonic structural modification of myofibrillar proteins from Coregonus peled improves emulsification properties. Ultrasonics Sonochemistry, 76, Article 105659. https://doi.org/10.1016/j.ultsonch.2021.105659
Friberg, S., Larsson, K., & Sjoblom, J. (2003). Food emulsions (4th ed.). Marcel Dekker.
Gogate, P. R., & Pandit, A. B. (2001). Hydrodynamic cavitation reactors: A state-of-the-art review. Reviews in Chemical Engineering, 17(1), 1–85. https://doi.org/10.1515/REVCE.2001.17.1.1
Håkansson, A. (2019). Emulsion formation by homogenization: Current understanding and future perspectives. Annual Review of Food Science and Technology, 10, 239–258. https://doi.org/10.1146/annurev-food-032818-121501
Hasenhuettl, G. L., & Hartel, R. W. (Eds.). (2008). Food Emulsifiers and Their Applications (2nd ed.). Springer.
Kentish, S., Wooster, T. J., Ashokkumar, M., Balachandran, S., Mawson, R., & Simons, L. (2008). The use of ultrasonics for nanoemulsion preparation. Innovative Food Science & Emerging Technologies, 9(2), 170–175. https://doi.org/10.1016/j.ifset.2007.07.005
Khadhraoui, B., Fabiano-Tixier, A.-S., Robinet, P., Imbert, R., & Chemat, F. (2019). Ultrasound technology for food processing, preservation, and extraction. In F. Chemat & E. Vorobiev (Eds.), Green food processing techniques: Preservation, transformation and extraction (pp. 23–56). Academic Press. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-815353-6.00002-1
Li, W., Leong, T. S. H., Ashokkumar, M., & Martin, G. J. O. (2017). A study of the effectiveness and energy efficiency of ultrasonic emulsification. Physical Chemistry Chemical Physics, 20, 86–96. https://doi.org/10.1039/c7cp07133g
McClements, D. J. (2015). Food emulsions: Principles, practices, and techniques (3rd ed.). CRC Press.
Tadros, T. F. (2013). Emulsion formation and stability. Wiley-VCH.
Завантаження
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2025 Здоров'я людини і нації
TЦя робота ліцензується відповідно до ліцензії Creative Commons Attribution-ShareAlike 4.0 International License.
Усі матеріали розповсюджуються згідно з умовами міжнародної публічної ліцензії Creative Commons Attribution 4.0 International Public License, що дозволяє іншим поширювати статтю з визнанням авторства та першої публікації в цьому журналі.
