Elektropuls conserveren
Hoe werkt elektropulsconserveren?
Bij elektropuls conserveren worden voedingsmiddelen geconserveerd met elektrische pulsen. Gedurende korte tijd (micro seconden) wordt er een hoge elektrische veldsterkte over een voedingsmiddel gezet. Dit wordt een groot aantal keren per seconden herhaald. Het resultaat is een langer houdbaar voedingsmiddel doordat schadelijke micro-organismen in de voeding zijn vernietigd. De kwaliteit van de voeding wordt niet aangetast. Elektropuls conserveren (PEF conserveren; Pulse Electric Field) is een alternatief voor het pasteurisatieproces via verhitten. Een elektropuls behandeling vraagt veel minder energie dan conserveren door verhitten. Het is een energiezuinige conserveermethode met behoud van de kwaliteit van de voeding.
Elektropuls en celmembranen
Met een elektropulsbehandeling worden micro-organismen, zoals bacteriën, onschadelijk gemaakt. Door de korte hoogspanningspuls worden de celwanden van micro-organismen vernietigd. Dit gebeurt bij kamertemperaturen. Het mechanisme werkt als volgt.
De celwand van een micro-organisme wordt gevormd door een membraan wat bestaat uit een dubbellaag van moleculen. Door gedurende korte tijd een sterk elektrisch veld over het membraan aan te leggen worden er elektrische oppervlakteladingen op de celwanden opgebouwd. Deze oppervlakteladingen veroorzaken elektromechanische spanningen op de celwand omdat ze elkaar aantrekken, door de celwand heen. Als de elektrische spanning over het membraan hoog genoeg is, worden de oppervlakteladingen zo groot dat het membraan door de mechanische spanning bezwijkt. Er ontstaan gaten in het membraan (elektroporese). Worden een groot aantal pulsen achter elkaar gegeven dan neemt het aantal gaten in het membraan toe. Daardoor wordt de celwand, en uiteindelijk het micro-organisme, vernietigd.
Bij een elektropuls behandeling is de mate waarin micro-organismen worden geëlimineerd afhankelijk van de elektrische veldsterkte tijdens de behandeling en van de tijdsduur van de behandeling. De tijdsduur wordt bepaald door het aantal pulsen, wat op het voedingsmiddel wordt gegeven, vermenigvuldigd met de pulsduur. Hoe hoger de veldsterkte en hoe langer de pulsduur, hoe kleiner de kans dat een micro-organisme de behandeling overleeft.
Installatie
Bij de elektropuls conserveermethode speelt de elektrische geleidbaarheid van de voeding een belangrijke rol. De techniek wordt daarom vooral toegepast op verpompbare voedingsmiddelen die veel vocht bevatten. Er zijn belangrijke verschillen in elektrische geleidbaarheid tussen verschillende voedingsmiddelen. Melk is bijvoorbeeld minder goed geleidend in tegenstelling tot sappen, die zeer goed elektriciteit geleiden. Voor het conserveren van sappen is daardoor meer vermogen vereist dan voor het conserveren van melk.
Een elektropulsinstallatie bestaat gewoonlijk uit:
- de elektrische voeding
- de pulsopwekking
- de behandelingscel
- aan- en afvoerpijpleidingen met pompen
- een koelsectie
- regelapparatuur
In de elektrische voeding wordt de hoogspanning voor het pulsgedeelte opgewekt. Deze voedingsspanning ligt in de orde van enkele tientallen tot honderden kilovolt.
In het pulscircuit wordt, met vermogenselektronica, de voedingspanning omgezet in een spanningspuls. Verschillende typen spanningspulsen zijn mogelijk. De pulslengte ligt voor alle typen pulsen in de orde van micro seconden, de pulsherhalings-frequentie ligt in de orde van enkele honderden tot duizend pulsen per seconde. Het gemiddelde vermogen wat een elektropuls installatie levert ligt in de orde van enkele tientallen tot honderden kilowatt. Het vermogen per puls ligt veel hoger en kan enkele tientallen tot honderden megawatt bedragen.
De behandelcel bevat de elektroden waartussen de behandelde voeding stroomt. De elektroden, die in een PEF-cel worden gebruikt, kunnen verschillende vormen aannemen. Met een goed ontwerp van de cel worden homogene veldsterkten in de cel opgewekt. De elektroden die het meest worden toegepast zijn de co-lineaire elektroden. De installatie bestaat dan in feite uit een enkele buis die gemakkelijk gereinigd kan worden. Dit in tegenstelling tot het reinigen van de plaatwisselaars, die bij thermisch conserveren worden gebruikt, die niet gemakkelijk te reinigen zijn. Omdat de co-lineaire cel buisvormig is, zijn er geen bijzondere problemen met de aansluiting op de aan- en afvoerpijpleidingen voor de aan- en afvoer van het product.
Als gevolg van de elektrische geleidbaarheid wordt het voedingsmiddel enigszins warm. De temperatuurstijging is echter beperkt. Om eventuele nadelige gevolgen voor de houdbaarheid op te vangen wordt, na een elektropulsbehandeling, de voeding meestal gekoeld. Vandaar dat de installatie ook een koelsectie bevat.
De capaciteit van de elektropuls installatie kan variëren tussen 100 en 5000 liter te conserveren voedingsmiddel per uur. De techniek staat aan het begin van zijn industriële ontwikkeling. De ervaringen die met proefinstallaties worden opgedaan, moeten uiteindelijk leiden tot installaties met een capaciteit van 1.000 tot 10.000 liter per uur.
Voor- en nadelen
| Voordelen | Nadelen |
|---|---|
| houdbaarheid verdubbeld na elektropuls conservering | nieuwe techniek |
| nauwelijks verwarming van het voedingsmiddel | industriële ervaring moet nog opgebouwd worden |
| kwaliteit van de voeding (versheid, smaak, vitaminen en dergelijke) blijft behouden | prijs per kW is hoger dan voor thermisch pasteuriseren |
| lager energieverbruik voor conservering en voor koelen | |
| lagere bedrijfskosten door minder energieverbruik en minder reinigingskosten | |
| volumetrische behandeling | |
| kleine, compacte, modulaire installaties zijn mogelijk | |
| goede regelbaarheid | |
| gemakkelijk te automatiseren | |
| geen rookgassen | |
| onderhoudsarm, lage reinigingskosten, minder reiniging nodig |
Toepassingen
De elektropuls wordt vooral toegepast voor het pasteuriseren en steriliseren van voedingsmiddelen. Daarnaast wordt de techniek toegepast voor het extraheren van voedingscomponenten uit grondstoffen.
| Industriesector | Processen met elektropulsconserveren |
|---|---|
| Voedingsmiddelen industrie | conserveren van bouillon, jus, sauzen, soep, ei, vruchtenpulp en olijfolie |
| Frisdrank industrie | conserveren van vruchtensappen, groentesappen en frisdrank |
| Zuivelindustrie | conserveren van melk, melkproducten als vla, yoghurt, kwark en dergelijke |
| Vleesindustrie | extraheren vet uit vlees |
| Fruitteelt | extraheren sap uit fruitpulp |
Voorbeelden toepassingen
Behandelcel van een installatie voor elektropulsconserveren
De figuur geeft een beeld van de behandelcel van de installatie van Food & Biobased Research. De cel bevat co-lineaire elektroden. In de figuur is in het midden rechts, met zwarte kabel, de hoogspanningselektrode zichtbaar. Aan weerszijden wordt de hoogspanningselektrode geflankeerd door aardelektroden. Verder zijn de aan- en afvoerleidingen, waardoor het vloeibare voedingsmiddel wordt gepompt, in de figuur zichtbaar. De installatie heeft een capaciteit van 200 liter per uur. De capaciteit van het systeem kan worden opgevoerd naar 5.000 liter per uur.