Επεξεργασία υγρών τροφίμων με παλμικά ηλεκτρικά πεδία

Abstract

Στην παρούσα εργασία γίνεται πρωτίστως ανασκόπηση της διεθνούς βιβλιογραφίας με σκοπό να οριστούν τα βασικότερα φαινόμενα που λαμβάνουν χώρα κατά την επεξεργασία υγρών τροφίμων με παλμικά ηλεκτρικά πεδία (PEF). Μια τέτοια επεξεργασία μπορεί να βρει εφαρμογή στη βιομηχανία τροφίμων, καθώς αποτελεί μια μη-θερμική μέθοδο μείωσης του μικροβιακού φορτίου ενός τροφίμου, αυξάνοντας τη σταθερότητά του και διατηρώντας παράλληλα τα θερμοευαίσθητα συστατικά του. Ωστόσο, λόγω της πολυπλοκότητας της μεθόδου αυτής, είναι απαραίτητο τα φαινόμενα αυτά να αναλυθούν και να εκφραστούν με μαθηματικά πρότυπα, επιτρέποντας έτσι την ευκολότερη εύρεση και υπολογισμό των κρίσιμων παραμέτρων της επεξεργασίας (χρόνος επεξεργασίας, ένταση ηλεκτρικού πεδίου, κατάλληλη κυματομορφή κ.α.). Για να εντοπιστούν αρχικά τα φαινόμενα που αφορούν τους μικροοργανισμούς-στόχους, λαμβάνονται στοιχεία από τη διεθνή βιβλιογραφία, συνθέτοντας έτσι μια σειρά από μαθηματικά πρότυπα που αναλύουν τις αλληλεπιδράσεις των κυτταρικών μεμβρανών με το ηλεκτρικό πεδίο. Εν συνεχεία, το δεύτερο σκέλος της ανάλυσης αφορά την αλληλεπίδραση του ηλεκτρικού πεδίου με την ύλη – δηλαδή με τα ιόντα και τα μόρια του υγρού τροφίμου. Για τη μαθηματική προτυποποίηση αυτή, κατασκευάζεται μια σειρά εξισώσεων στη γενική τους μορφή, που περιγράφουν τη ροή των ιόντων και των μορίων σε έναν θεωρητικό χώρο επεξεργασίας (τριών διαστάσεων). Έπειτα, γίνεται επίλυση του συστήματος Poisson Nernst – Planck (PNP) για ένα ζεύγος ιόντων που βρίσκονται σε διάλυμα εντός ενός θαλάμου επεξεργασίας παράλληλων πλακών και αποδεικνύεται ότι οι συγκεντρώσεις τους μεταβάλλονται ανάλογα με τη θέση τους στον χώρο. Κλείνοντας, γίνεται αναφορά σε μερικούς τομείς της επεξεργασίας με παλμικά ηλεκτρικά πεδία που απαιτούν περεταίρω έρευνα, καθώς παράλληλα αναφέρονται κάποια πρώτα βήματα για την ενσωμάτωση μιας τέτοιας διεργασίας στη βιομηχανία τροφίμων.