Ultrazvuková pasterizace tekutých potravin

Ultrazvuková pasterizace je neteplotní sterilizační proces pro inaktivaci mikrobů, jako jsou E.coli, Pseudomonas fluorescens, Listeria monocytogenes, Staphylococcus aureus, Bacillus coagulans, Anoxybacillus flavithermus mimo jiné, aby se zabránilo mikrobiálnímu zkažení a dosáhlo dlouhodobé stability potravin a nápojů.

Neteplotní pasterizace potravin & Nápoje od Sonication

Ultrazvuková pasterizace je neteplotní alternativní technologie, která se používá k ničení nebo deaktivaci organismů a enzymů, které přispívají ke zkažení potravin. Ultrazvuku lze použít k pasterizaci konzervovaných potravin, mléka, mléčných výrobků, vajec, džusů, nápojů s nízkým obsahem alkoholu a dalších tekutých potravin. Ultrazvuku sám, stejně jako ultrazvuk v kombinaci se zvýšenými tepelnými a tlakovými podmínkami (známý jako termo-mano-sonikace) může účinně pasterizovat šťávy, mléko, mléčné výrobky, tekutá vejce a další potravinářské výrobky. Sofistikovaná ultrazvuková pasterizační léčba vyniká tradičními pasterizačními technikami, protože ultrazvuk nepříznivě neovládá 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 vysokoteplotní krátká doba (HTST) pasterizační metoda.
Výzkumné studie, jako je z Beslar a kol. (2015) zjistily, že ultrazvukové ošetření může poskytnout významné výhody pro zpracování šťáv, včetně zvýšených faktorů kvality, jako je výnos, extrakce, zakalenost, reologické vlastnosti a barva, stejně jako trvanlivost.

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

Jak funguje ultrazvuková pasterizace?

Ultrazvuková inaktivace a zničení mikrobů je neteplotní technika, což znamená, že její hlavní pracovní princip není založen na teplu. Ultrazvuková pasterizace je způsobena hlavně účinky akustické kavitace. Fenomén akustické / ultrazvukové kavitace je známý pro své lokálně vysoké teploty, tlaky a příslušné diferenciály, které se vyskytují v a kolem minutových kavitačních bublin. Akustická kavitace navíc vytváří velmi intenzivní smyk, kapalné trysky a turbulence. Tyto destruktivní síly způsobují rozsáhlé poškození mikrobiálních buněk, jako je perforace buněk a narušení. Buněčná perforace a narušení jsou jedinečné účinky, které se nacházejí v ultrazvukem ošetřených buňkách způsobených hlavně kapalnými tryskami generovanými kavitací.

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

Proč Sonication exceluje tradiční pasterizaci

Potravinářský a nápojový průmysl používá konvenční pasterizaci široce k inaktivaci nebo zabíjení mikrobů, jako jsou bakterie, kvasinky a houby, aby se zabránilo mikrobiálnímu znehodnocení a aby jejich výrobky měly delší trvanlivost a stabilitu. Konvenční pasterizace funguje krátkou léčbou při zvýšených teplotách obvykle nižších než 100 °C. Přesná teplota a doba trvání se obvykle přizpůsobí konkrétnímu potravinářskému výrobku a mikrobům, které musí být inaktivovány. Účinnost pasterizačního procesu je určena mikrobiální rychlostí inaktivace, která se měří jako redukce kmene. Snížení protokolu měří procento inaktivovaných mikrobů při určité teplotě v určitém čase. Podmínky teplotní léčby a míra mikrobiální inaktivace jsou ovlivněny typem mikrobů a složením potravinářského výrobku. Tradiční pasterizace založená na teplu má několik nevýhod od nedostatečné mikrobiální inaktivace, negativních účinků na potravinářský výrobek a nerovnoměrného ohřevu ošetřeným výrobkem. Nedostatečné zahřívání krátkou dobou pasterizace nebo příliš nízkou teplotou vede k nízké rychlosti redukce kmene a následnému mikrobiálnímu zkazení. Příliš mnoho tepelného zpracování může způsobit zhoršení 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 mimochutění
• vysoké energetické požadavky
• neúčinné proti patogenům odolným proti zabíjce
• nevztahuje se na každý potravinářský výrobek

Ultrazvuková pasterizace mléčných výrobků

Sonikace, termosonikace a termo-manosonikace habve byla široce zkoumána pro pasterizaci mléka a mléčných výrobků. Bylo například zjištěno, že ultrazvuk eliminuje zkažení a potenciální patogeny na nulu nebo na úrovně přijatelné jihoafrickými a britskými právními předpisy o mléce, i když počáteční zatížení inokulum o 5× vyšší, než bylo povoleno, bylo přítomno před léčbou. Životaschopné buněčné počty E. coli byly sníženy o 100% po 10.0 min ultrazvuku. Dále bylo prokázáno, že životaschopný počet fluorescenčních pseudomonas byl po 6,0 min snížen o 100% a Listeria monocytogenes byla snížena o 99% po 10,0 min. (Cameron et al. 2009)
Výzkum také ukázal, že termosonikace může inaktivovat Listeria innocua a mesofilní bakterie v syrovém plnotučném mléce. Ultrazvuk byl prokázán jako životaschopná technologie pro pasterizaci a homogenizaci mléka, vykazující kratší doby zpracování bez důležitých 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 džusů 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 buničiny ultrazvukem zpracována, doba redukce 5 kmenů byla 35 s pro E. coli při 60degC a 30 s pro S. aureus při 62degC. Ačkoli ve studii bylo zjištěno, že vysoký obsah buničiny učinil ultrazvuk méně smrtící pro S. aureus, zatímco neměl významný vliv na E. coli, je třeba poznamenat, že nebyl vyvíjen žádný tlak. Sonikace pod zvýšenými tlaky výrazně zesiluje ultrazvukovou kavitaci a tím mikrobiální inaktivaci ve více viskózních kapalinách. Ultrazvuková léčba neměla významný vliv na antioxidační aktivitu stanovenou 2,2-difenyl-1-picrylhydrazyl (DPPH) radikální úklidovou aktivitou, ale výrazně zvýšila celkový fenolický obsah. Léčba také vedla ke stabilnější šťávě s vyšší uniformitou. (viz Baboli et al. 2020)

Ultrazvuková inaktivace grampozitivních a gramnegativních bakterií

Grampozitivní bakterie, jako jsou Listeria monocytogenes nebo Staphylococcus aureus, jsou obecně známy jako odolnější než gramnegativní bakterie a odolávají pasterizačním technologiím, jako jsou PEF, HPP a mano-sonikace (MS) po delší dobu léčby kvůli silnějším buněčným stěnám. Gramnegativní bakterie mají dvě – 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 s silnější peptidoglykanovou stěnou, což jim dává větší odolnost proti pasterizační léčbě. Vědecké výzkumy porovnávaly vliv výkonového ultrazvuku na gramnegativní a grampozitivní bakterie a zjistily, že má silnější inhibiční účinek na gramnegativní bakterie. (viz Monsen et al. 2009) Grampozitivní bakterie vyžadují intenzivnější ultrazvukové podmínky, tj. vyšší amplitudy, vyšší teploty, vyšší tlaky a / nebo delší dobu použití ultrazvuku. Hielscher Ultrazvukové systémy mohou poskytovat velmi vysoké amplitudy a mohou být provozovány při zvýšených teplotách a s tlakovými průtokovými reaktory. To umožňuje intenzivní sonikaci / termo-mano-sonikaci za účelem inaktivace i velmi odolných kmenů bakterií.

Ultrazvuková inaktivace termoduric bakterií

Termoduric bakterie jsou bakterie, které mohou přežít v různé míře pasterizační proces. Termoduric druhy bakterií patří Bacillus, Clostridium a Enterococci. "Ultrazvuku při 80% amplitudě po dobu 10 minut však inaktivovala vegetativní buňky B. koagulanů a A. flavithermus v odstředěné mléce o 4,53, respektive 4,26 logů. Kombinovaná léčba pasterizace (63 stupňů C / 30 min) následovaná ultrazvukem zcela eliminovala přibližně log 6 cfu / ml těchto buněk v odstředěném mléce." (Khanal a kol. 2014)

Vysoce výkonné ultrazvukové pasterizační zařízení

Hielscher Ultrazvuk je dlouholetý zkušenosti s aplikací výkonového ultrazvuku v potravinách & nápojového průmyslu a mnoha dalších průmyslových odvětví. Naše ultrazvukové procesory jsou vybaveny snadno čistitelnými (čistými CIP / sterilizovat na místě SIP) sorody a průtokovými buňkami (mokré části). Hielscher Ultrazvuk’ průmyslové ultrazvukové procesory mohou dodávat velmi vysoké amplitudy. Amplitudy až 200 μm lze snadno nepřetržitě provozovat v nepřetržitém provozu. Vysoké amplitudy jsou důležité pro inaktivaci odolnějších mikrobů (např. grampozitivních bakterií). Pro ještě vyšší amplitudy jsou k dispozici přizpůsobené ultrazvukové sonárody. Všechny sonotrody a ultrazvukové průtokové buněčné reaktory mohou být provozovány při zvýšených teplotách a tlacích, což umožňuje spolehlivou termo-manosonikaci a vysoce účinnou pasterizaci.
Nejmodernější technologie, vysoce výkonný a sofistikovaný software dělají Hielscher Ultrasonics’ spolehlivých pracovních koní ve vaší linii pasterizace potravin. S malým půdorysem a všestrannými možnostmi instalace mohou být ultrasonicators Hielscher snadno integrovány nebo dodatečně namontovány do stávajících výrobních linek.
Kontaktujte nás, abyste se dozvěděli více o vlastnostech a schopnostech našich ultrazvukových pasterizačních systémů. Rádi s vámi probereme vaši žádost!
Níže uvedená tabulka vám dává informaci o přibližné zpracovatelské kapacity našich ultrasonicators: