डॉ. अमित झांबरे

Heatless process technology : पदार्थामध्ये हायड्रोडायनॅमिक पोकळ्यांची निर्मिती (हायड्रोडायनॅमिक कॅव्हिटेशन) हे अन्न प्रक्रियेतील आणखी एक महत्त्वाचे उष्णतारहित प्रकिया तंत्रज्ञान आहे. हे तंत्रज्ञान अल्ट्रासाउंड उपचारापेक्षा अधिक प्रभावी आणि ऊर्जा कार्यक्षम मानले जाते. हायड्रोडायनॅमिक पोकळ्या निर्माण करण्यासाठी वेगवेगळ्या पद्धतींचा वापर केला जातो.

उदा. यंत्राद्वारे वेगाने फिरवणे, द्रवपदार्थ एकदम कमी आकारमानाच्या जागेतून (व्हेंच्यूरीमधून) पुढे पाठवणे, सच्छिद्र (ओरिफिस) प्लेटमधून पुढे पाठवणे किंवा कन्व्हर्जंट-डायव्हर्जंट नोझलद्वारे (वेगवेगळे प्रवाह एकाच जागी आणणारे नोझल - कन्व्हर्जंट, तर एक प्रवाहातून अनेक प्रवाह वेगळे करणारे नोझल - डायव्हर्जंट होत.)

द्रवपदार्थ पुढे पाठवणे इ. या प्रक्रियेमध्ये स्थानिक दाबामुळे अचानक वेग वाढतो किंवा संकुचिततेमुळे प्रचंड वायूचे बुडबुडे तयार होतात. नंतर दाब मूळपदावर आल्यानंतर मोठ्या यांत्रिक लाटा आणि अतिवेगवान सूक्ष्मझोत तयार होतात. परिणामी, पदार्थामध्ये सूक्ष्म पोकळ्या तयार होतात. या पोकळ्या अत्यंत प्रतिक्रियाशील असतात.

त्यामुळे हायड्रॉक्सिल रॅडिकल्स तयार होतात. किती पोकळ्या तयार झाल्या हे मोजण्याचा निकष म्हणजेच ‘सीव्ही क्रमांक’ होय. हा परिमाणहीन निकष असून, पोकळ्या निर्माण होण्याची तीव्रता आणि प्रवाह परिस्थितीशी संबंधित आहे. जेव्हा सीव्ही हा ०.१ ते १ च्या दरम्यान असतो, तेव्हा हायड्रोडायनॅमिक पोकळ्या निर्माण होतात. प्रवाह स्थिती प्राप्त होते.

कोणत्या तत्त्वावर काम करते हे तंत्र?

एकसमान चाललेल्या प्रवाहावरील स्थानिक दाब एकदम कमी केला जातो. पुढे लगेच तो वाढविला जात असल्यामुळे त्यात मोठ्या प्रमाणात बुडबुडे तयार होतात. या बुडबुड्यांच्या फुटण्यामुळे (खरेतर लहानसे स्फोट) वाहत्या द्रवामध्ये उच्च ऊर्जा सोडली जाते.

मूलतः बाष्पीभवन, बुडबुडे निर्मिती आणि बुडबुड्यांचा स्फोट असे या प्रक्रियेचे वर्णन करता येते. वास्तविक एखाद्या हायड्रॉलिक प्रणालीमध्ये पोकळ्या निर्माण झाल्यास संपूर्ण हायड्रोलिक यंत्रणा नाकाम होऊ शकते.

मात्र अन्न प्रक्रियेमध्ये याच तत्त्व आणि ऊर्जेचा उपयोग विविध भौतिक आणि रासायनिक प्रक्रियांसाठी केला जातो. अन्न प्रक्रिया आणि पेय उद्योगांमध्ये हायड्रोडायनॅमिक पोकळ्यांचा वापर अन्नातील सूक्ष्म रेणू एकसंध बनविण्यासाठी, निर्जंतुकीकरणासाठी केला जातो.

जेव्हा स्थानिक दाब अचानक घटल्यानंतर तो संतृप्त बाष्प दाबापेक्षा कमी होतो. पुन्हा तो वाढतेवेळी बाष्प दाबापेक्षा वर जाऊन पुनर्प्राप्त होतो. या स्थितीमध्ये हायड्रोडायनॅमिक पोकळ्या निर्माण होतात. जर पुन्हा तयार झालेला दाब हा बाष्प दाबापेक्षा जास्त नसेल तर फ्लॅशिंग झाल्याचे म्हटले जाते.

गतिज ऊर्जेमध्ये वाढ किंवा पाइपची उंची वाढणे यामुळे पोकळ्या निर्माण होऊ शकतात. मात्र अनियंत्रित पद्धतीने पोकळ्या निर्माण होणे हानिकारक ठरू शकते. नियंत्रित पद्धतीने पोकळ्या निर्माण होण्यासाठी प्रवाहावर नियंत्रण ठेवले जाते.

पोकळ्या निर्माण करणाऱ्या बुडबुड्यांमध्ये अडकलेल्या बाष्पांच्या पृथक्करणामुळे पोकळ्या निर्माण होतात. त्यातून मुक्त रॅडिकल्स तयार होतात. रासायनिक अभिक्रियेचा वेग वाढविण्यासाठी ते उपयोगी ठरतात.

अन्न उद्योगातील वापर

अन्न प्रक्रियेमध्ये हायड्रोडायनॅमिक पोकळ्या निर्माण होणे या घटनेला खूप महत्त्व आहे. हायड्रोडायनॅमिक पोकळ्या निर्माण करणाऱ्या अणुभट्टीमध्ये विविध उच्च-आम्ल (पीएच ४.६) गुणधर्माच्या द्रवपदार्थांवर व्यावसायिक निर्जंतुकीकरणाची प्रक्रिया केली जाते.

उदा. टोमॅटोचा रस, सफरचंदाचा रस आणि स्किम्ड मिल्क यांसारख्या द्रवपदार्थांच्या निर्जंतुकीकरणासाठी हे तंत्र वापरले जाते. यात हायड्रोडायनॅमिक पोकळ्या निर्माण केल्यामुळे त्यातील जिवाणू, यीस्ट, यीस्टचे बीजाणू आणि उष्णता प्रतिरोधक जिवाणू व बीजाणू यांच्या पेशी नष्ट केल्या जातात.

हायड्रोडायनॅमिक पोकळ्या निर्माण करणाऱ्या विशिष्ट प्रकारची भट्टी वापरली जाते. त्याला ‘हायड्रोडायनामिक कॅव्हिटेटर्स’ असे म्हणतात. त्याचा उपयोग निष्कर्षण, इमल्सिफिकेशन, निर्जंतुकीकरण आणि एकसंधीकरणासाठी केला जाऊ शकतो. ही कमी तापमानावर चालवली जाते.

आम्लयुक्त फळांचे रस, सॅलड ड्रेसिंग आणि दूध यांसारख्या पदार्थांवर तापमान कमी असतानाही निर्जंतुकीकरणाची प्रक्रिया सुरक्षितपणे करता येते. उष्णतेमुळे दर्जा खराब होत असलेल्या पदार्थांच्या प्रक्रियेसाठी हे तंत्र उपयोगी ठरते.

उदा. सफरचंदाचा रस हा अत्यंत नाशीवंत असतो. त्याचा साठवण कालावधी वाढविण्यासाठी उष्णताही देता येत नाही. अशा स्थितीमध्ये कमीत कमी उष्णतेमध्ये हायड्रोडायनॅमिक पोकळ्या निर्माण करून पोषकता व चव टिकवून ठेवता येते.

तसेच असे पदार्थ दीर्घकाळ टिकवता येतात. अन्न उद्योगांव्यतिरिक्त हे तंत्रज्ञान पाणी निर्जंतुकीकरण, सांडपाणी प्रक्रिया आणि गाळाचे विघटन या क्षेत्रातही उपयुक्त ठरत आहे.

...असे आहेत फायदे

-या प्रक्रियेसाठी भांडवली खर्चही कमी लागतो.

-प्रक्रियेचा वेळ कमी करता येतो.

- उत्पादनाची कार्यक्षमता वाढवता येते.

- अन्न उत्पादनाची गुणवत्ता जपतानाच सुरक्षितता वाढवता येते.

- पारंपरिक पाश्‍चरीकरण प्रक्रियेच्या तुलनेमध्ये पौष्टिकतेवर फारसा परिणाम होत नाही.

- अन्न पदार्थ खराब करणाऱ्या विकरांची (एन्झाइम्स) संपूर्ण निष्क्रियता या तंत्रज्ञानाद्वारे साधता येते. परिणामी पदार्थाचा साठवण कालावधीत लक्षणीय वाढ होते.

संपर्क - डॉ. अमित झांबरे, ९९२२५९४५२४, (प्राचार्य, श्रीराम कृषी अभियांत्रिकी महाविद्यालय, पानीव, ता. माळशिरस, जि. सोलापूर)