Ultrazvuková pasterizace tekutých potravin

Ultrazvuková pasterizace je netepelný sterilizační proces k inaktivaci mikrobů, jako jsou E.coli, Pseudomonas fluorescens, Listeria monocytogenes, Staphylococcus aureus, Bacillus coagulans, Anoxybacillus flavithermus a mnoho dalších, aby se zabránilo mikrobiálnímu znehodnocení a dosáhlo se dlouhodobé stability potravin a nápojů.

Netermální pasterizace potravin & Nápoje podle ultrazvuku

Ultrazvuková pasterizace je netepelná alternativní technologie, která se používá k ničení nebo deaktivaci organismů a enzymů, které přispívají ke kažení potravin. Ultrazvuku lze použít k pasterizaci konzervovaných potravin, mléka, mléčných výrobků, vajec, džusů, nápojů s nízkým obsahem alkoholu a dalších tekutých potravin. Ultrazvuku samotného, stejně jako ultrazvuk v kombinaci se zvýšenými tepelnými a tlakovými podmínkami (známými jako termo-mano-sonikace) může účinně pasterizovat šťávy, mléko, mléčné výrobky, tekutá vejce a další potravinářské výrobky. Sofistikovaná ultrazvuková pasterizační úprava vyniká nad tradičními pasterizačními technikami, protože ultrazvuk nemá nepříznivý vliv na obsah živin a fyzikální vlastnosti ošetřených potravinářských výrobků. Použití ultrazvuku nebo termo-mano-sonikace za účelem pasterizace tekutých potravinářských výrobků může poskytnout produkt bohatý na živiny s vyšší kvalitou než tradiční metoda pasterizace s vysokou teplotou (HTST).
Výzkumné studie, jako je Beslar et al. (2015), zjistily, že ultrazvukové ošetření může poskytnout významné výhody pro zpracování šťáv, včetně zvýšených kvalitativních faktorů, jako je výtěžnost, extrakce, zákal, reologické vlastnosti a barva, stejně jako trvanlivost.

Křivky přežití Escherichia coli (a) a Staphylococcus aureus (b) v jablečné šťávě po ultrazvukovém ošetření (UT) při různých teplotách a po tepelném ošetření (HT) při stejných teplotách.foto a studie: Baboli et al. 2015

Jak funguje ultrazvuková pasterizace?

Ultrazvuková inaktivace a ničení mikrobů je netepelná technika, což znamená, že její hlavní pracovní princip není založen na teplu. Ultrazvuková pasterizace je způsobena především účinky akustické kavitace. Fenomén akustické? ultrazvukové kavitace je známý svými lokálně vysokými teplotami, tlaky a příslušnými diferenciály, které se vyskytují v a kolem nepatrných kavitačních bublin. Kromě toho akustická kavitace generuje velmi intenzivní smykové síly, trysky kapaliny a turbulence. Tyto destruktivní síly způsobují rozsáhlé poškození mikrobiálních buněk, jako je perforace a narušení buněk. Perforace a narušení buněk jsou jedinečné účinky, které se vyskytují v ultrazvukem ošetřených buňkách a jsou způsobeny hlavně proudy kapaliny generovanými kavitací.

Ultrazvuková pasterizace je založena na akustické kavitaci a jejích hydrodynamických smykových silách

Proč sonikace vyniká tradiční pasterizací

Potravinářský a nápojový průmysl široce používá konvenční pasterizaci k inaktivaci nebo usmrcení mikrobů, jako jsou bakterie, kvasinky a plísně, aby se zabránilo mikrobiálnímu zkažení a aby se jejich produkty prodloužily trvanlivost a stabilita. Konvenční pasterizace funguje na základě krátkého ošetření při zvýšených teplotách, obvykle pod 100 °C (212 °F). Přesná teplota a doba trvání se obvykle přizpůsobují konkrétnímu potravinářskému výrobku a mikrobům, které musí být inaktivovány. Účinnost pasterizačního procesu je určena rychlostí mikrobiální inaktivace, která se měří jako redukce log. Redukce log měří procento inaktivovaných mikrobů při určité teplotě za určitou dobu. Podmínky tepelného ošetření a rychlost mikrobiální inaktivace jsou ovlivněny typem mikrobů a také složením potravinářského výrobku. Tradiční pasterizace na bázi tepla má několik nevýhod, od nedostatečné mikrobiální inaktivace, přes negativní účinky na potravinářský výrobek až po nerovnoměrné zahřívání ošetřeného produktu. Nedostatečné zahřívání příliš krátkou dobou pasterizace nebo příliš nízkou teplotou má za následek nízkou míru redukce loga a následné mikrobiální zkažení. Přílišné tepelné zpracování může způsobit znehodnocení produktu, jako jsou spálené příchutě, a nižší hustotu živin v důsledku zničených živin citlivých na teplotu.

Nevýhody konvenční pasterizace

• může zničit nebo poškodit důležité živiny
• může způsobit nepříjemnou chuť
• vysoká energetická náročnost
• neúčinný proti zabíjení patogenů odolných vůči teplu
• Nevztahuje se na všechny potravinářské výrobky

Ultrazvuková pasterizace mléčných výrobků

Sonikace, termo-sonikace a termo-mano-sonikace habve byly široce zkoumány pro pasterizaci mléka a mléčných výrobků. Bylo například zjištěno, že ultrazvuk eliminuje kažení a potenciální patogeny na nulu nebo na úroveň přijatelnou podle jihoafrické a britské legislativy týkající se mléka, a to i v případě, že před léčbou byla přítomna počáteční dávka inokula o 5 × vyšší, než je povoleno. Počet životaschopných buněk E. coli byl snížen o 100% po 10,0 min ultrazvuku. Dále bylo prokázáno, že životaschopný počet Pseudomonas fluorescens byl snížen o 100 % po 6,0 min a Listeria monocytogenes byl snížen o 99 % po 10,0 min (Cameron et al. 2009)
Výzkum také prokázal, že termosonikace může inaktivovat Listeria innocua a mezofilní bakterie v syrovém plnotučném mléce. Ukázalo se, že ultrazvuk je životaschopnou technologií pro pasterizaci a homogenizaci mléka, která vykazuje kratší dobu zpracování bez významných změn v pH a obsahu kyseliny mléčné spolu s lepším vzhledem a konzistencí ve srovnání s konvenčním tepelným zpracováním. Tyto skutečnosti jsou výhodné v mnoha aspektech zpracování mléka. (Bermúdez-Aguirre et al. 2009)

Ultrazvuková pasterizace šťáv a ovocných pyré

Ultrazvuková pasterizace byla použita jako účinná a rychlá alternativní pasterizační technika za účelem inaktivace Escherichia coli a Staphylococcus aureus v jablečné šťávě. Když byla jablečná šťáva bez dužiny zpracována ultrazvukem, doba redukce o 5 log byla 35 s pro E. coli při 60 °C a 30 s pro S. aureus při 62 °C. Ačkoli ve studii bylo zjištěno, že vysoký obsah buničiny učinil ultrazvuk méně smrtelným pro S. aureus, i když neměl žádný významný vliv na E. coli, je třeba poznamenat, že nebyl aplikován žádný tlak. Sonikace za zvýšených tlaků významně zesiluje ultrazvukovou kavitaci a tím mikrobiální inaktivaci ve viskóznějších kapalinách. Ultrazvuková úprava neměla signifikantní vliv na antioxidační aktivitu určenou aktivitou vychytávání radikálů 2,2-difenyl-1-pikrylhydrazylu (DPPH), ale významně zvýšila celkový obsah fenolů. Výsledkem ošetření byla také stabilnější šťáva s vyšší rovnoměrností. (srov. Baboli et al. 2020)

Ultrazvuková inaktivace grampozitivních a gramnegativních bakterií

Grampozitivní bakterie, jako je Listeria monocytogenes nebo Staphylococcus aureus, jsou obecně známé jako odolnější než gramnegativní bakterie a odolávají pasterizačním technologiím, jako je PEF, HPP a mano-sonikace (MS), po delší dobu léčby kvůli silnějším buněčným stěnám. Gramnegativní bakterie mají dva – jeden externí a jeden cytoplazmatický – lipidové buněčné membrány s tenkou vrstvou peptidoglykanu mezi nimi, což je činí náchylnějšími k ultrazvukové inaktivaci. Na druhou stranu grampozitivní bakterie mají pouze jednu lipidovou membránu se silnější peptidoglykanovou stěnou, což jim dává větší odolnost proti pasterizačním úpravám. Vědecké výzkumy porovnávaly účinek výkonného ultrazvuku na gramnegativní a grampozitivní bakterie a zjistily, že měl silnější inhibiční účinek na gramnegativní bakterie. (srov. Monsen et al. 2009) Grampozitivní bakterie vyžadují intenzivnější ultrazvukové podmínky, tj. vyšší amplitudy, vyšší teploty, vyšší tlaky a / nebo delší dobu sonikace. Hielscher Ultrazvuk’ Výkonové ultrazvukové systémy mohou dodávat velmi vysoké amplitudy a mohou být provozovány při zvýšených teplotách a s tlakovými reaktory s průtokovými články. To umožňuje intenzivní sonikaci? termo-mano-sonikace za účelem inaktivace i velmi rezistentních kmenů bakterií.

Ultrazvuková inaktivace termodurických bakterií

Termodurové bakterie jsou bakterie, které mohou v různé míře přežít proces pasterizace. Mezi termodurové druhy bakterií patří Bacillus, Clostridium a Enterococci. “Ultrazvuku při 80% amplitudě po dobu 10 minut však inaktivovala vegetativní buňky B. coagulans a A. flavithermus v odstředěném mléce o 4,53 a 4,26 protokolů. Kombinované ošetření pasterizací (63 stupňů C / 30 min) následované ultrazvukem zcela eliminovalo přibližně log 6 CFU / ml těchto buněk v odstředěném mléce.” (Khanal et al. 2014)

Vysoce výkonné ultrazvukové pasterizační zařízení

Hielscher Ultrasonics má dlouholeté zkušenosti s aplikací výkonového ultrazvuku v potravinách & nápojový průmysl, ale i mnoho dalších průmyslových odvětví. Naše ultrazvukové procesory jsou vybaveny snadno čistitelnými sonotrodami (čištění na místě CIP? sterilizace na místě SIP) sonotrodami a průtokovými buňkami (mokré části). Hielscher Ultrazvuk’ Průmyslové ultrazvukové procesory mohou dodávat velmi vysoké amplitudy. Amplitudy až 200 μm lze snadno nepřetržitě provozovat v provozu 24/7. Vysoké amplitudy jsou důležité pro inaktivaci odolnějších mikrobů (např. grampozitivních bakterií). Pro ještě vyšší amplitudy jsou k dispozici přizpůsobené ultrazvukové sonotrody. Všechny sonotrody a ultrazvukové reaktory s průtokovými buňkami mohou být provozovány za zvýšených teplot a tlaků, což umožňuje spolehlivou termo-mano-sonikaci a vysoce účinnou pasterizaci.
Díky nejmodernější technologii, vysoce výkonnému a sofistikovanému softwaru je Hielscher Ultrasonics’ Spolehliví tažní koně na vaší pasterizační lince potravin. S malým půdorysem a všestrannými možnostmi instalace lze Hielscher ultrasonicators snadno integrovat nebo dodatečně namontovat do stávajících výrobních linek.
Chcete-li se dozvědět více o funkcích a schopnostech našich ultrazvukových pasterizačních systémů, kontaktujte nás. Rádi s vámi prodiskutujeme vaši aplikaci!
Níže uvedená tabulka vám poskytuje přibližný přehled o zpracovatelské kapacitě našich ultrasonicators: