کاربرد امواج فراصوت در فرآوری مواد غذایی: پیشرفت‌های اخیر ۲۰۱۷
Ultrasound in Food Processing: Recent Advances 2017

این بخش اصول اساسی تولید و انتشار امواج فراصوت و پدیده‌های مرتبط با کاربردهای فراصوت با شدت پایین و بالا را پوشش می‌دهد. سازوکارهای دخیل در آنالیز مواد غذایی، پایش فرآیند و تشدید فرآیندهای غذایی نمایش داده خواهند شد.

بخش دوم: کاربردهای فراصوت با شدت پایین

کاربردهای فراصوت با شدت پایین برای آنالیز غیرمخرب مواد غذایی و همچنین برای پایش فرآیند مورد استفاده قرار گرفته‌اند. تکنیک‌های فراصوتی، مبتنی بر سرعت، تضعیف یا تحلیل طیف فرکانسی، ممکن است به عنوان روش‌هایی سریع، ساده، قابل حمل و مناسب برای اندازه‌گیری‌های برخط (on-line) در نظر گرفته شوند. اگرچه کاربردهای صنعتی فراصوت با شدت پایین، مانند ارزیابی لاشه گوشت، دهه‌هاست که در صنایع غذایی مورد استفاده قرار می‌گیرد، این بخش جدیدترین کاربردها را پوشش می‌دهد که می‌توان آن‌ها را برای کاربردهای آینده در صنایع غذایی بسیار مرتبط دانست. فصل‌های مربوط به این موضوع به سه زیربخش تقسیم می‌شوند: (۱) کنترل کیفیت مواد غذایی، (۲) پایش فرآیند، (۳) روندهای جدید.

بخش سوم: کاربردهای فراصوت با شدت بالا

کاربرد فراصوت با شدت بالا راهی برای تشدید بسیاری از فرآیندهای غذایی است. با این حال، تولید و کاربرد کارآمد فراصوت برای دستیابی به یک اثر موفق ضروری است. این بخش از کتاب با فصلی در مورد اهمیت طراحی سیستم‌های کاربردی فراصوتی کارآمد آغاز می‌شود. محیط برای دستیابی به انتقال کارآمد ضروری است و به همین دلیل چالش‌های خاص کاربرد فراصوت در محیط‌های مختلف مورد بررسی قرار خواهند گرفت.
بخش بعدی این قسمت، یک چشم‌انداز به‌روز از استفاده از فراصوت با شدت بالا در فرآیندهای غذایی را ارائه می‌دهد. فصل‌ها بر اساس محیطی که در آن ارتعاش فراصوت از مبدل‌ها به محصول تحت درمان منتقل می‌شود، به چهار بخش تقسیم می‌شوند. بنابراین، از محیط‌های جامد، مایع، فوق بحرانی و گازی برای انتشار فراصوت استفاده شده است. کتاب‌های قبلی که به کاربردهای فراصوت در فرآوری مواد غذایی پرداخته‌اند، بر اساس خود فرآیند بوده‌اند، بنابراین فصل‌ها به انتقال جرم و حرارت، غیرفعال‌سازی میکروبی و غیره تقسیم شده‌اند. این کتاب جدید یک دیدگاه انقلابی از کاربردهای فراصوت بر اساس (به نظر نویسندگان) مهم‌ترین عامل موثر بر کارایی کاربردهای فراصوت ارائه می‌دهد: محیطی که فراصوت در آن منتشر می‌شود. بسته به محیط، پدیده‌های فراصوتی می‌توانند کاملاً متفاوت باشند، اما بر پیچیدگی تولید، انتشار و کاربرد فراصوت نیز تأثیر می‌گذارد.
علاوه بر این، اثر فراصوت با شدت بالا بر اجزای اصلی مواد غذایی مانند پروتئین‌ها، کربوهیدرات‌ها و لیپیدها نیز پوشش داده خواهد شد، زیرا این نوع اطلاعات در کتاب‌های قبلی به طور عمیق مورد مطالعه قرار نگرفته است.
سایر جنبه‌های مربوط به چالش‌های صنایع غذایی برای گنجاندن دستگاه‌های فراصوتی نیز در نظر گرفته خواهد شد. این نکته نیز بسیار مهم است، زیرا در چند سال اخیر، محققان تلاش زیادی برای ادغام سیستم‌های فراصوتی کاملاً خودکار و کارآمد در خطوط تولید مواد غذایی انجام داده‌اند، اما در برخی موارد، رضایت‌بخش نبوده است. از این نظر، لازم است مشکلات اصلی مرتبط با تولید و انتقال کارآمد فراصوت، مقیاس‌پذیری، کاهش هزینه، صرفه‌جویی در انرژی و تضمین تولید مواد غذایی ایمن، سالم و با ارزش افزوده بالا شناسایی و بررسی شوند.

Part I: Fundamentals of ultrasound
This part will cover the main basic principles of ultrasound generation and propagation and those phenomena related to low and high intensity ultrasound applications. The mechanisms involved in food analysis and process monitoring and in food process intensification will be shown.

Part II: Low intensity ultrasound applications
Low intensity ultrasound applications have been used for non-destructive food analysis as well as for process monitoring. Ultrasonic techniques, based on velocity, attenuation or frequency spectrum analysis, may be considered as rapid, simple, portable and suitable for on-line measurements. Although industrial applications of low-intensity ultrasound, such as meat carcass evaluation, have been used in the food industry for decades, this section will cover the most novel applications, which could be considered as highly relevant for future application in the food industry. Chapters addressing this issue will be divided into three subsections: (1) food control, (2) process monitoring, (3) new trends.

Part III: High intensity ultrasound applications
High intensity ultrasound application constitutes a way to intensify many food processes. However, the efficient generation and application of ultrasound is essential to achieving a successful effect. This part of the book will begin with a chapter dealing with the importance of the design of efficient ultrasonic application systems. The medium is essential to achieve efficient transmission, and for that reason the particular challenges of applying ultrasound in different media will be addressed.
The next part of this section constitutes an up-to-date vision of the use of high intensity ultrasound in food processes. The chapters will be divided into four sections, according to the medium in which the ultrasound vibration is transmitted from the transducers to the product being treated. Thus, solid, liquid, supercritical and gas media have been used for ultrasound propagation. Previous books addressing ultrasonic applications in food processing have been based on the process itself, so chapters have been divided in mass and heat transport, microbial inactivation, etc. This new book will propose a revolutionary overview of ultrasonic applications based on (in the authors’ opinion) the most relevant factor affecting the efficiency of ultrasound applications: the medium in which ultrasound is propagated. Depending on the medium, ultrasonic phenomena can be completely different, but it also affects the complexity of the ultrasonic generation, propagation and application.
In addition, the effect of high intensity ultrasound on major components of food, such as proteins, carbohydrates and lipids will be also covered, since this type of information has not been deeply studied in previous books.
Other aspects related to the challenges of food industry to incorporate ultrasound devices will be also considered. This point is also very important since, in the last few years, researchers have made huge efforts to integrate fully automated and efficient ultrasound systems to the food production lines but, in some cases, it was not satisfactory. In this sense, it is necessary to identify and review the main related problems to efficiently produce and transmit ultrasound, scale-up, reduce cost, save energy and guarantee the production of safe, healthy and high added value foods.