Ултразвукова пастьоризация на течни храни

Ултразвуковата пастьоризация е процес на нетермична стерилизация за инактивиране на микроби като E.coli, Pseudomonas fluorescens, Listeria monocytogenes, Staphylococcus aureus, Bacillus coagulans, Anoxybacillus flavithermus и много други, за да се предотврати микробно разваляне и да се постигне дългосрочна стабилност на храните и напитките.

Нетермична пастьоризация на храната & Напитки от Sonication

Ултразвуковата пастьоризация е нетермична алтернативна технология, която се използва за унищожаване или деактивиране на организми и ензими, които допринасят за разваляне на храната. Ултразвукът може да се използва за пастьоризиране на консервирани храни, мляко, млечни продукти, яйца, сокове, напитки с ниско съдържание на алкохол и други течни храни. Само ултразвукът, както и ултразвукът, комбиниран с условия на повишена топлина и налягане (известни като термо-мано-ултразвук), могат ефективно да пастьоризират сокове, мляко, млечни продукти, течни яйца и други хранителни продукти. Сложната ултразвукова пастьоризация превъзхожда традиционните техники за пастьоризация, тъй като ултразвукът не влияе неблагоприятно върху съдържанието на хранителни вещества и физическите характеристики на третираните хранителни продукти. Използването на ултразвук или термо-маноултразвук за пастьоризиране на течни хранителни продукти може да осигури богат на хранителни вещества продукт с по-високо качество от традиционния метод на пастьоризация с висока температура с кратко време (HTST).
Изследователски проучвания като от Beslar et al. (2015) установиха, че ултразвуковата обработка може да осигури значителни предимства за обработката на сокове, включително подобрени качествени фактори, като добив, екстракция, мътност, реологични свойства и цвят, както и срок на годност.

Криви на преживяемост на Escherichia coli (a) и Staphylococcus aureus (b) в ябълков сок след ултразвукова обработка (UT) при различни температури и след термична обработка (HT) при същите температури.
снимка и проучване: Baboli et al. 2015

Как работи ултразвуковата пастьоризация?

Ултразвуковото инактивиране и унищожаване на микробите е нетермична техника, което означава, че основният й принцип на работа не се основава на топлина. Ултразвуковата пастьоризация се причинява главно от ефектите на акустичната кавитация. Феноменът акустична / ултразвукова кавитация е известен със своите локално високи температури, налягания и съответните диференциали, които се появяват в и около малките кавитационни мехурчета. Освен това акустичната кавитация генерира много интензивни сили на срязване, течни струи и турбуленции. Тези разрушителни сили причиняват големи щети на микробните клетки, като клетъчна перфорация и разрушаване. Перфорацията и разрушаването на клетките са уникални ефекти, открити в ултразвуково обработените клетки, причинени главно от течните струи, генерирани от кавитацията.

Ултразвуковата пастьоризация се основава на акустична кавитация и нейните хидродинамични сили на срязване

Защо уникирането превъзхожда традиционната пастьоризация

Хранително-вкусовата промишленост прилага широко конвенционална пастьоризация, за да инактивира или убие микроби като бактерии, дрожди и гъбички, за да предотврати микробно разваляне и да даде на продуктите си по-дълъг срок на годност и стабилност. Конвенционалната пастьоризация работи чрез кратка обработка при повишени температури обикновено под 100 ° C (212 ° F). Точната температура и продължителност обикновено се регулират според конкретния хранителен продукт и микробите, които трябва да бъдат инактивирани. Ефективността на процеса на пастьоризация се определя от скоростта на микробна инактивация, която се измерва като намаляване на логаритма. Намаляването на логаритма измерва процента на инактивираните микроби при определена температура за определено време. Условията на температурна обработка и скоростта на инактивиране на микробите се влияят от вида на микробите, както и от състава на хранителния продукт. Традиционната пастьоризация на топлинна основа има няколко недостатъка, вариращи от недостатъчна микробна инактивация, отрицателни ефекти върху хранителния продукт, както и неравномерно нагряване през третирания продукт. Недостатъчното нагряване поради кратка продължителност на пастьоризация или твърде ниска температура води до ниска степен на намаляване на логаритмите и последващо микробно разваляне. Твърде много термична обработка може да причини влошаване на продукта като изгорени вкусове и по-ниска плътност на хранителните вещества поради унищожени чувствителни към температурата хранителни вещества.

Недостатъци на конвенционалната пастьоризация

• може да унищожи или повреди важни хранителни вещества
• може да причини неприятни вкусове
• високи енергийни изисквания
• неефективен срещу убиване на топлоустойчиви патогени
• не е приложимо за всеки хранителен продукт

Ултразвукова пастьоризация на млечни продукти

Сонизацията, термоултразвукът и термоманосонизацията са широко изследвани за пастьоризация на мляко и млечни продукти. Например, установено е, че ултразвукът елиминира развалянето и потенциалните патогени до нула или до нива, приемливи от южноафриканското и британското законодателство за млякото, дори когато първоначалното натоварване на инокулума е с 5× по-високо от разрешеното преди лечението. Броят на жизнеспособните клетки на E. coli е намален със 100% след 10,0 минути ултразвук. Освен това е показано, че жизнеспособният брой на Pseudomonas fluorescens е намален със 100% след 6,0 минути, а Listeria monocytogenes е намален с 99% след 10,0 мин.
Изследванията също така показват, че термоултразвукът може да инактивира Listeria innocua и мезофилните бактерии в суровото пълномаслено мляко. Доказано е, че ултразвукът е жизнеспособна технология за пастьоризация и хомогенизиране на мляко, показваща по-кратко време за обработка без значителни промени в pH и съдържанието на млечна киселина, заедно с по-добър външен вид и консистенция в сравнение с конвенционалната термична обработка. Тези факти са полезни в много аспекти на преработката на млечни продукти. (Bermúdez-Aguirre et al. 2009)

Ултразвукова пастьоризация на сокове и плодови пюрета

Ултразвуковата пастьоризация е приложена като ефективна и бърза алтернативна техника за пастьоризация с цел инактивиране на Escherichia coli и Staphylococcus aureus в ябълков сок. Когато ябълковият сок без пулпа е обработен ултразвуково, времето за намаляване с 5 log е 35 s за E. coli при 60 °C и 30 s за S. aureus при 62 °C. Въпреки че в проучването е установено, че високото съдържание на пулпа прави ултразвука по-малко смъртоносен за S. aureus, въпреки че няма значителен ефект върху E. coli, трябва да се отбележи, че не е приложен натиск. Сонирането при повишено налягане значително засилва ултразвуковата кавитация и по този начин микробната инактивация в по-вискозни течности. Ултразвуковото лечение няма значителен ефект върху антиоксидантната активност, определена от 2,2-дифенил-1-пикрилхидразил (DPPH) радикална активност, но значително увеличава общото фенолно съдържание. Лечението също води до по-стабилен сок с по-висока еднородност. (срв. Baboli et al. 2020)

Ултразвуково инактивиране на грам-положителни и грам-отрицателни бактерии

Грам-положителните бактерии, като Listeria monocytogenes или Staphylococcus aureus, като цяло са известни с това, че са по-устойчиви от грам-отрицателните бактерии и издържат на пастьоризационни технологии като PEF, HPP и маносонизация (MS) за по-дълги периоди на третиране поради по-дебелите клетъчни стени. Грам-отрицателните бактерии имат две – един външен и един цитоплазмен – липидни клетъчни мембрани с тънък слой пептидогликан сред тях, което ги прави по-податливи на ултразвукова инактивация. От друга страна, грам-положителните бактерии имат само една липидна мембрана с по-дебела пептидогликанна стена, което им дава по-голяма устойчивост срещу пастьоризационни процедури. Научните изследвания сравняват ефекта на мощния ултразвук върху грам-отрицателни и грам-положителни бактерии и установяват, че той има по-силен инхибиторен ефект върху грам-отрицателните бактерии. (срв. Monsen et al. 2009) Грам-положителните бактерии изискват по-интензивни ултразвукови условия, т.е. по-високи амплитуди, по-високи температури, по-високо налягане и/или по-дълго време за ултразвук. Силовите ултразвукови системи на Hielscher Ultrasonics могат да осигурят много високи амплитуди и могат да работят при повишени температури и с реактори с проточни клетки под налягане. Това позволява интензивна ултразвук / термо-мано-ултразвук, за да се деактивират дори много устойчиви щамове бактерии.

Ултразвукова инактивация на термодурни бактерии

Термодурните бактерии са бактерии, които могат да оцелеят в различна степен в процеса на пастьоризация. Термодурните видове бактерии включват Bacillus, Clostridium и Enterococci. "Ултразвукът при 80% амплитуда за 10 минути обаче инактивира вегетативните клетки на B. coagulans и A. flavithermus в обезмаслено мляко съответно с 4,53 и 4,26 лога. Комбинираното третиране на пастьоризация (63 градуса C/30 минути), последвано от ултразвук, напълно елиминира приблизително 6 cfu/ml от тези клетки в обезмасленото мляко." (Khanal et al. 2014)

Високопроизводително ултразвуково оборудване за пастьоризация

Hielscher Ultrasonics има дългогодишен опит в прилагането на мощен ултразвук в храните & индустрията за напитки, както и много други индустриални отрасли. Нашите ултразвукови процесори са оборудвани с лесни за почистване (почистване на място CIP / стерилизиране на място SIP) сонотроди и проточни клетки (мокрите части). Ултразвук на Hielscher’ Индустриалните ултразвукови процесори могат да осигурят много високи амплитуди. Амплитуди до 200 μm могат лесно да работят непрекъснато в режим на работа 24/7. Високите амплитуди са важни за инактивиране на по-резистентни микроби (напр. грам-положителни бактерии). За още по-високи амплитуди се предлагат персонализирани ултразвукови сонотроди. Всички сонотроди и реактори с ултразвукови поточни клетки могат да работят при повишени температури и налягания, което позволява надеждна термо-мано-ултразвук и високоефективна пастьоризация.
Най-съвременна технология, високопроизводителен и усъвършенстван софтуер правят Hielscher Ultrasonics’ надеждни работни коне във вашата линия за пастьоризация на храни. С малък отпечатък и разнообразни възможности за монтаж, ултразвуковите апарати Hielscher могат лесно да бъдат интегрирани или преоборудвани в съществуващи производствени линии.
Моля, свържете се с нас, за да научите повече за характеристиките и възможностите на нашите системи за ултразвукова пастьоризация. Ще се радваме да обсъдим вашата кандидатура с вас!
Таблицата по-долу ви дава представа за приблизителния капацитет на обработка на нашите ултразвукови апарати: