البسترة بالموجات فوق الصوتية للأغذية السائلة
البسترة بالموجات فوق الصوتية هي عملية تعقيم غير حرارية لتعطيل الميكروبات مثل E.coli و Pseudomonas fluorescens و Listeria monocytogenes والمكورات العنقودية الذهبية و Bacillus coagulans و Anoxybacillus flavithermus وغيرها الكثير لمنع تلف الميكروبات وتحقيق الاستقرار على المدى الطويل للأطعمة والمشروبات.
البسترة غير الحرارية للأغذية & المشروبات من سونيكيشن
البسترة بالموجات فوق الصوتية هي تقنية بديلة غير حرارية تستخدم لتدمير أو إلغاء تنشيط الكائنات الحية والإنزيمات التي تساهم في تلف الطعام. يمكن استخدام الموجات فوق الصوتية لتبخير الأطعمة المعلبة والحليب ومنتجات الألبان والبيض والعصائر والمشروبات ذات المحتوى المنخفض من الكحول والأطعمة السائلة الأخرى. الموجات فوق الصوتية وحدها وكذلك الموجات فوق الصوتية جنبا إلى جنب مع ظروف الحرارة والضغط المرتفعة (المعروفة باسم thermo-mano-sonication) يمكن أن تبستر العصائر والحليب ومنتجات الألبان والبيض السائل وغيرها من المنتجات الغذائية بكفاءة. يتفوق علاج البسترة بالموجات فوق الصوتية المتطور على تقنيات البسترة التقليدية لأن الموجات فوق الصوتية لا تؤثر سلبا على المحتوى الغذائي والخصائص الفيزيائية للمنتجات الغذائية المعالجة. يمكن أن يوفر استخدام الموجات فوق الصوتية أو صوتنة الحرارة من أجل بسترة المنتجات الغذائية السائلة منتجا غنيا بالمغذيات بجودة أعلى من طريقة البسترة التقليدية ذات درجة الحرارة العالية (HTST).
وجدت الدراسات البحثية مثل Beslar et al. (2015) أن العلاج بالموجات فوق الصوتية يمكن أن يوفر مزايا كبيرة لمعالجة العصائر بما في ذلك عوامل الجودة المحسنة ، مثل المحصول والاستخراج والغيوم والخصائص الريولوجية واللون بالإضافة إلى مدة الصلاحية.
البسترة بالموجات فوق الصوتية هي تقنية غير حرارية لتعطيل الميكروبات في الطعام السائل. نظرا لانخفاض درجة حرارة المعالجة ، يتم منع العناصر الغذائية والنكهات من التحلل الحراري. وبالتالي ، ينتج عن البسترة بالموجات فوق الصوتية منتجات غذائية عالية الجودة.
منحنيات البقاء على قيد الحياة من الإشريكية القولونية (أ) والمكورات العنقودية الذهبية (ب) في عصير التفاح بعد العلاج بالموجات فوق الصوتية (UT) في درجات حرارة مختلفة وبعد المعالجة الحرارية (HT) في نفس درجات الحرارة.
الصورة والدراسة: Baboli et al. 2015
كيف تعمل البسترة بالموجات فوق الصوتية؟
تعطيل الموجات فوق الصوتية وتدمير الميكروبات هو تقنية غير حرارية ، مما يعني أن مبدأ عملها الرئيسي لا يعتمد على الحرارة. سبب البسترة بالموجات فوق الصوتية هو أساسا من آثار التجويف الصوتي. تشتهر ظاهرة التجويف الصوتي / فوق الصوتي بدرجات الحرارة المرتفعة محليا والضغوط والفروق ذات الصلة ، والتي تحدث في فقاعات التجويف الدقيقة وحولها. علاوة على ذلك ، يولد التجويف الصوتي قوى قص شديدة للغاية ونفاثات سائلة واضطرابات. تسبب هذه القوى المدمرة أضرارا جسيمة للخلايا الميكروبية ، مثل ثقب الخلايا واضطرابها. ثقب الخلايا وتعطيلها هي تأثيرات فريدة موجودة في الخلايا المعالجة بالموجات فوق الصوتية والتي تسببها بشكل رئيسي النفاثات السائلة الناتجة عن التجويف.
تعتمد البسترة بالموجات فوق الصوتية على التجويف الصوتي وقوى القص الهيدروديناميكية
لماذا تتفوق Sonication على البسترة التقليدية
تطبق صناعة الأغذية والمشروبات البسترة التقليدية على نطاق واسع لتعطيل أو قتل الميكروبات مثل البكتيريا والخميرة والفطريات لمنع تلف الميكروبات وإعطاء منتجاتها فترة صلاحية أطول واستقرارا. تعمل البسترة التقليدية عن طريق معالجة قصيرة في درجات حرارة مرتفعة عادة أقل من 100 درجة مئوية (212 درجة فهرنهايت). عادة ما يتم ضبط درجة الحرارة والمدة الدقيقة على المنتج الغذائي المحدد والميكروبات ، والتي يجب تعطيلها. يتم تحديد فعالية عملية البسترة من خلال معدل التعطيل الميكروبي ، والذي يتم قياسه على أنه تقليل السجل. يقيس تقليل السجل النسبة المئوية للميكروبات المعطلة عند درجة حرارة معينة خلال فترة زمنية محددة. تتأثر ظروف المعالجة الحرارية ومعدل تعطيل الميكروبات بنوع الميكروبات وكذلك تكوين المنتج الغذائي. البسترة التقليدية القائمة على الحرارة لها العديد من العيوب التي تتراوح بين عدم كفاية تعطيل الميكروبات ، والآثار السلبية على المنتج الغذائي وكذلك التسخين غير المتكافئ من خلال المنتج المعالج. يؤدي التسخين غير الكافي إلى مدة البسترة القصيرة أو درجة الحرارة المنخفضة جدا إلى انخفاض معدل تقليل السجل والتلف الميكروبي اللاحق. يمكن أن تتسبب المعالجة الحرارية الزائدة في تدهور المنتج مثل النكهات المحترقة ، وكثافة أقل للمغذيات بسبب العناصر الغذائية الحساسة لدرجة الحرارة المدمرة.
عيوب البسترة التقليدية
- يمكن أن تدمر أو تتلف العناصر الغذائية الهامة
- يمكن أن يسبب نكهات غير مرغوب فيها
- متطلبات عالية من الطاقة
- غير فعال ضد قتل مسببات الأمراض المقاومة للحرارة
- لا ينطبق على كل المنتجات الغذائية
ال UIP16000 هو الخالط بالموجات فوق الصوتية الصناعية الكاملة للبسترة المضمنة للأغذية والمشروبات.
البسترة بالموجات فوق الصوتية من منتجات الألبان
تم بحث الصوتنة والصوتنة الحرارية وصوتنة الحرارة على نطاق واسع لبسترة الحليب ومنتجات الألبان. على سبيل المثال ، تم العثور على الموجات فوق الصوتية للقضاء على التلف ومسببات الأمراض المحتملة إلى الصفر أو إلى مستويات مقبولة من قبل تشريعات الحليب في جنوب إفريقيا وبريطانيا ، حتى عندما كانت أحمال اللقاح الأولية أعلى من 5× من المسموح بها موجودة قبل العلاج. تم تخفيض عدد الخلايا القابلة للحياة من الإشريكية القولونية بنسبة 100 ٪ بعد 10.0 دقيقة من الموجات فوق الصوتية. علاوة على ذلك ، تبين أن الأعداد القابلة للحياة من Pseudomonas fluorescens قد انخفضت بنسبة 100٪ بعد 6.0 دقيقة وتم تقليل الليستيريا المستوحدة بنسبة 99٪ بعد 10.0 دقيقة. (Cameron et al. 2009)
أظهرت الأبحاث أيضا أن الصوتنة الحرارية يمكن أن تعطل الليستيريا innocua والبكتيريا متوسطة الحجم في الحليب كامل الدسم الخام. تبين أن الموجات فوق الصوتية هي تقنية قابلة للتطبيق لبسترة الحليب وتجانسه ، حيث تظهر أوقات معالجة أقصر دون تغييرات مهمة في درجة الحموضة ومحتوى حمض اللاكتيك ، إلى جانب مظهر أفضل واتساق عند مقارنتها بالمعالجة الحرارية التقليدية. هذه الحقائق مفيدة في العديد من جوانب معالجة الألبان. (بيرموديز أغيري وآخرون 2009)
البسترة بالموجات فوق الصوتية للعصائر وهريس الفاكهة
تم تطبيق البسترة بالموجات فوق الصوتية كتقنية بسترة بديلة فعالة وسريعة من أجل تعطيل الإشريكية القولونية والمكورات العنقودية الذهبية في عصير التفاح. عندما تمت معالجة عصير التفاح الخالي من اللب بالموجات فوق الصوتية ، كان وقت التخفيض المكون من 5 سجلات 35 ثانية للإشريكية القولونية عند 60 درجة مئوية و 30 ثانية للمكورات العنقودية الذهبية عند 62 درجة مئوية. على الرغم من أنه وجد في الدراسة أن المحتوى العالي من اللب جعل الموجات فوق الصوتية أقل فتكا ب S. aureus ، في حين أنه لم يكن له تأثير كبير على الإشريكية القولونية ، تجدر الإشارة إلى أنه لم يتم تطبيق أي ضغط. Sonication تحت ضغوط مرتفعة يكثف بشكل كبير التجويف بالموجات فوق الصوتية وبالتالي تعطيل الميكروبية في السوائل أكثر لزوجة. لم يكن للعلاج بالموجات فوق الصوتية تأثير كبير على نشاط مضادات الأكسدة الذي حدده نشاط الكسح الجذري 2،2-diphenyl-1-picrylhydrazyl (DPPH) ، ولكنه زاد بشكل كبير من إجمالي المحتوى الفينول. أدى العلاج أيضا إلى عصير أكثر استقرارا مع توحيد أعلى. (راجع بابولي وآخرون 2020)
تعطيل بالموجات فوق الصوتية للبكتيريا إيجابية الجرام وسالبة الجرام
من المعروف عموما أن البكتيريا إيجابية الجرام ، مثل الليستيريا المستوحدة أو المكورات العنقودية الذهبية ، أكثر مقاومة من البكتيريا سالبة الجرام وتتحمل تقنيات البسترة مثل PEF و HPP و mano-sonication (MS) لفترات علاج أطول بسبب جدران الخلايا السميكة. البكتيريا سالبة الجرام لها نوعان – واحد خارجي وسيتوبلازم واحد – أغشية الخلايا الدهنية مع طبقة رقيقة من الببتيدوغليكان من بينها ، مما يجعلها أكثر عرضة للتعطيل بالموجات فوق الصوتية. من ناحية أخرى ، تحتوي البكتيريا إيجابية الجرام على غشاء دهني واحد فقط مع جدار ببتيدوغليكان أكثر سمكا ، مما يمنحها مقاومة أكبر ضد علاجات البسترة. قارنت التحقيقات العلمية تأثير الموجات فوق الصوتية القوية على البكتيريا سالبة الجرام وإيجابية الجرام ووجدت أن لها تأثيرا مثبطا أقوى على البكتيريا سالبة الجرام. (راجع مونسن وآخرون 2009) تتطلب البكتيريا إيجابية الجرام ظروف الموجات فوق الصوتية الأكثر كثافة ، أي سعات أعلى و / أو درجات حرارة أعلى و / أو ضغوط أعلى و / أو وقت صوتنة أطول. Hielscher الموجات فوق الصوتية 'نظم الموجات فوق الصوتية الطاقة يمكن أن توفر سعات عالية جدا ويمكن تشغيلها في درجات حرارة مرتفعة ومع مفاعلات خلايا التدفق للضغط. وهذا يسمح لصوتنة مكثفة / صوتنة الحرارة مانو من أجل تعطيل حتى سلالات البكتيريا مقاومة للغاية.
تعطيل بالموجات فوق الصوتية للبكتيريا الحرارية
البكتيريا الحرارية هي بكتيريا يمكنها البقاء على قيد الحياة ، بدرجات متفاوتة ، في عملية البسترة. تشمل الأنواع الحرارية من البكتيريا Bacillus و Clostridium والمكورات المعوية. "الموجات فوق الصوتية بسعة 80 ٪ لمدة 10 دقائق ومع ذلك ، تعطيل الخلايا النباتية من B. coagulans و A. flavithermus في الحليب الخالي من الدسم بنسبة 4.53 ، و 4.26 سجلات ، على التوالي. العلاج المشترك للبسترة (63 درجة مئوية / 30 دقيقة) متبوعا بالموجات فوق الصوتية يقضي تماما على ما يقرب من 6 cfu / mL من هذه الخلايا في الحليب الخالي من الدسم. (خانال وآخرون 2014)
- كفاءة أعلى
- يقتل البكتيريا الحرارية
- فعال ضد الميكروبات المختلفة
- ينطبق على الأطعمة السائلة المتعددة
- التأثيرات التآزرية
- استخراج المواد الغذائية
- كفاءة الطاقة
- سهل وآمن للعمل
- معدات الغذاء الصف
- CIP / SIP
الإعداد بالموجات فوق الصوتية UIP4000hdT للبسترة المضمنة غير الحرارية للمنتجات الغذائية (مثل منتجات الألبان والحليب والعصائر والبيض السائل والمشروبات)
معدات البسترة بالموجات فوق الصوتية عالية الأداء
Hielscher الفوق صوتيات من ذوي الخبرة الطويلة في تطبيق الموجات فوق الصوتية السلطة في الغذاء & صناعة المشروبات وكذلك العديد من الفروع الصناعية الأخرى. وقد تم تجهيز المعالجات بالموجات فوق الصوتية لدينا سهلة التنظيف (التنظيف في مكان CIP / تعقيم في مكان SIP) sonotrodes وخلايا التدفق (الأجزاء الرطبة). Hielscher الفوق صوتيات’ يمكن للمعالجات بالموجات فوق الصوتية الصناعية تقديم سعات عالية جدا. يمكن تشغيل السعات التي تصل إلى 200 ميكرومتر بسهولة بشكل مستمر في عملية 24/7. السعات العالية مهمة لتعطيل الميكروبات الأكثر مقاومة (مثل البكتيريا إيجابية الجرام). للحصول على سعات أعلى ، تتوفر سونوتروديس بالموجات فوق الصوتية المخصصة. يمكن تشغيل جميع مفاعلات سونوتروديس ومفاعلات خلايا التدفق بالموجات فوق الصوتية تحت درجات حرارة وضغوط مرتفعة ، مما يسمح بصوتنة حرارية موثوقة وبسترة فعالة للغاية.
الدولة من بين الفن، وعالية الأداء والبرمجيات المتطورة جعل Hielscher الفوق صوتيات’ خيول عمل موثوقة في خط بسترة الطعام الخاص بك. مع بصمة صغيرة وخيارات التثبيت تنوعا، يمكن دمج الموجات فوق الصوتية Hielscher بسهولة أو تركيبها في خطوط الإنتاج الحالية.
يرجى الاتصال بنا لمعرفة المزيد حول ميزات وقدرة أنظمة البسترة بالموجات فوق الصوتية لدينا. سنكون سعداء لمناقشة طلبك معك!
يمنحك الجدول أدناه مؤشرا على قدرة المعالجة التقريبية لأجهزة الموجات فوق الصوتية لدينا:
| حجم الدفعة | معدل التدفق | الأجهزة الموصى بها |
|---|---|---|
| 1 إلى 500 مل | 10 إلى 200 مل / دقيقة | UP100H |
| 10 إلى 2000 مل | 20 إلى 400 مل / دقيقة | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 إلى 20 لتر | 0.2 إلى 4 لتر / دقيقة | UIP2000hdT |
| 10 إلى 100 لتر | 2 إلى 10 لتر / دقيقة | UIP4000hdT |
| ن.أ. | 10 إلى 100 لتر / دقيقة | UIP16000 |
| ن.أ. | أكبر | مجموعة من UIP16000 |
اتصل بنا! / اسألنا!
Hielscher Ultrasonics بتصنيع المجانسات بالموجات فوق الصوتية عالية الأداء لخلط التطبيقات، والتشتت، والاستحلاب والاستخراج على المختبر، التجريبية والصناعية النطاق.
الأدب / المراجع
- S.Z. Salleh-Mack, J.S. Roberts (2007): Ultrasound pasteurization: The effects of temperature, soluble solids, organic acids and pH on the inactivation of Escherichia coli ATCC 25922. Ultrasonics Sonochemistry, Volume 14, Issue 3, 2007. 323-329.
- Bermúdez-Aguirre, Daniela; Corradini, Maria G.; Mawson, Raymond; Barbosa-Cánovas, Gustavo V. (2009): Modeling the inactivation of Listeria innocua in raw whole milk treated under thermo-sonication. Innovative Food Science and Emerging Technologies 10, 2009. 172–178.
- Michelle Cameron, Lynn D. Mcmaster, Trevor J. Britz (2009): Impact of ultrasound on dairy spoilage microbes and milk components. Dairy Science & Technology, EDP sciences/Springer, 2009, 89 (1), pp.83-98.
- Som Nath Khanal; Sanjeev Anand; Kasiviswanathan Muthukumarappan; MeganHuegli (2014): Inactivation of thermoduric aerobic sporeformers in milk by ultrasonication. Food Control 37(1), 2014. 232-239.
- Balasubramanian Ganesan; Silvana Martini; Jonathan Solorio; Marie K. Wals (2015): Determining the Effects of High Intensity Ultrasound on the Reduction of Microbes in Milk and Orange Juice Using Response Surface Methodology. International Journal of Food Science Volume 2015.
- Baboli, Z.M.; Williams, L.; Chen, G. (2020): Rapid Pasteurization of Apple Juice Using a New Ultrasonic Reactor. Foods 2020, 9, 801.
- Mehmet Başlar, Hatice Biranger Yildirim, Zeynep Hazal Tekin, Mustafa Fatih Ertugay (2015): Ultrasonic Applications for Juice Making. In: M. Ashokkumar (ed.), Handbook of Ultrasonics and Sonochemistry, Springer Science+Business Media Singapore 2015.
- T. Monsen, E. Lövgren, M. Widerström, L. Wallinder (2009): In vitro effect of ultrasound on bacteria and suggested protocol for sonication and diagnosis of prosthetic infections. Journal of Clinical Microbiology 47 (8), 2009. 2496–2501.
حقائق تستحق المعرفة
ما هي البكتيريا متوسطة الحجم؟
تحدد البكتيريا متوسطة الحجم مجموعة من البكتيريا التي تنمو في درجات حرارة معتدلة بين 20 درجة مئوية و 45 درجة مئوية وبدرجة حرارة نمو مثالية في حدود 30-39 درجة مئوية. أمثلة على البكتيريا متوسطة الحجم E. coli ، Propionibacterium freudenreichii ، P. acidipropionici ، P. jensenii ، P. thoenii ، P. cyclohexanicum ، P. microaerophilum ، Lactobacillus plantarum وغيرها الكثير.
تعرف البكتيريا التي تفضل درجات حرارة أعلى باسم محبة للحرارة. تتخمر البكتيريا المحبة للحرارة بشكل أفضل عندما تكون أعلى من 30 درجة مئوية.