Ultralyd pasteurisering af flydende fødevarer

Ultralyd pasteurisering er en ikke-termisk sterilisering proces til at inaktivere mikrober såsom E.coli, Pseudomonas fluorescens, Listeria monocytogenes, Staphylococcus aureus, Bacillus koagulans, Anoxybacillus flavithermus blandt mange andre for at forhindre mikrobiel forkælelse og opnå langsigtet stabilitet af mad og drikkevarer.

Ikke-termisk pasteurisering af fødevarer & Drikkevarer fra Sonication

Ultralyd pasteurisering er en ikke-termisk alternativ teknologi, der bruges til at ødelægge eller deaktivere organismer og enzymer, der bidrager til madfordræt. Ultralydbehandling kan bruges til pasteurisere dåse fødevarer, mælk, mejeri, æg, juice, drikkevarer med lavt alkoholindhold, og andre flydende fødevarer. Ultralydbehandling alene samt ultralyd kombineret med forhøjede varme- og trykforhold (kendt som thermo-mano-sonikering) kan effektivt pasteurisere saft, mælk, mejeri, flydende æg og andre fødevarer. En sofistikeret ultralyd pasteurisering behandling excellerer traditionelle pasteurisering teknikker som ultralyd ikke negativ effekt næringsindholdet og fysiske egenskaber af de behandlede fødevarer. Ved hjælp af ultralyd eller termo-mano-sonikering for at pasteurisere flydende fødevarer kan give et næringsrigt produkt med en højere kvalitet end den traditionelle højtemperatur kort tid (HTST) pasteurisering metode.
Forskningsundersøgelser som fra Beslar et al. (2015) fandt, at ultralydsbehandling kan give betydelige fordele for behandlingen af saft, herunder forbedrede kvalitetsfaktorer, såsom udbytte, ekstraktion, uklarhed, reologiske egenskaber og farve samt holdbarhed.

Overlevelseskurver af Escherichia coli (a) og Staphylococcus aureus (b) i æblesaft efter ultralydsbehandling (UT) ved forskellige temperaturer og efter varmebehandling (HT) ved de samme temperaturer.
billede og undersøgelse: Baboli et al. 2015

Hvordan virker Ultrasonic Pasteurization Arbejde?

Ultralydinaktivering og ødelæggelse af mikrober er en ikke-termisk teknik, hvilket betyder, at dens vigtigste arbejdsprincip ikke er baseret på varme. Ultralyd pasteurisering er forårsaget hovedsageligt af virkningerne af akustisk kavitation. Fænomenet akustisk / ultralydkavitation er kendt for sine lokalt høje temperaturer, tryk og respektive forskelle, som forekommer i og omkring minut kavitation bobler. Desuden genererer akustisk kavitation meget intense forskydningskræfter, væskestråler og turbulenser. Disse destruktive kræfter forårsager omfattende skader på mikrobielle celler, såsom celleperforering og forstyrrelser. Celleperforering og forstyrrelser er unikke effekter, der findes i ultralydbehandlede celler, der hovedsagelig skyldes væskestråler, der genereres af kavitation.

Ultralyd pasteurisering er baseret på akustisk kavitation og dens hydrodynamiske forskydningskræfter

Hvorfor Sonikering excellerer traditionel pasteurisering

Føde- og drikkevareindustrien anvender konventionel pasteurisering bredt for at inaktivere eller dræbe mikrober som bakterier, gær og svampe for at forhindre mikrobiel fordærv og for at give deres produkter en længere holdbarhed og stabilitet. Konventionel pasteurisering virker ved en kort behandling ved forhøjede temperaturer på normalt under 100 ° C (212 ° F). Den nøjagtige temperatur og varighed justeres normalt til det specifikke fødevareprodukt og mikrober, som skal inaktiveres. Effektiviteten af en pasteuriseringsproces bestemmes af den mikrobielle inaktiveringshastighed, der måles som logreduktion. Logreduktionen måler procentdelen af inaktiverede mikrober ved en bestemt temperatur over et bestemt tidsrum. Betingelserne for temperaturbehandlingen og den mikrobielle inaktiveringshastighed påvirkes af typen af mikrober samt fødevarens sammensætning. Traditionel varmebaseret pasteurisering har flere ulemper lige fra utilstrækkelig mikrobiel inaktivering, negative virkninger på fødevaren samt ujævn opvarmning gennem det behandlede produkt. Utilstrækkelig opvarmning ved at korte pasteurisering varighed eller for lav temperatur resulterer i en lav log reduktion sats og efterfølgende mikrobielle fordærver. For meget varmebehandling kan forårsage produktforringelse såsom brændt smag og mindre næringsstoftæthed på grund af ødelagte temperaturfølsomme næringsstoffer.

Ulemper ved konventionel pasteurisering

• kan ødelægge eller beskadige vigtige næringsstoffer
• kan forårsage off-smag
• høje energibehov
• ineffektiv mod dræb varmeresistente patogener
• gælder ikke for alle fødevarer

Ultralyd pasteurisering af mejeri

Sonikering, termo-sonikering og termo-mano-sonikering habve blevet bredt undersøgt for pasteurisering af mælkemælk og mejeriprodukter. For eksempel, ultralyd blev fundet for at fjerne fordærvende og potentielle patogener til nul eller til niveauer acceptabelt af sydafrikanske og britiske mælk lovgivning, selv når indledende inoculum belastninger af 5× højere end tilladt var til stede før behandling. Levedygtige celletal af E. coli blev reduceret med 100% efter 10,0 min ultralydbehandling. Desuden blev det påvist, at levedygtige optællinger af Pseudomonas fluorescens blev reduceret med 100% efter 6,0 min og Listeria monocytogenes blev reduceret med 99% efter 10,0 min. (Cameron et al. 2009)
Forskning viste også, at termo-sonikering kan inaktivere Listeria innocua og mesofile bakterier i rå sødmælk. Ultralyd viste sig at være en levedygtig teknologi til pasteurisering og homogenisering af mælk, udviser kortere behandlingstider uden vigtige ændringer i pH og mælkesyre indhold, sammen med bedre udseende og konsistens i forhold til konventionel termisk behandling. Disse kendsgerninger er fordelagtige i mange aspekter af mælkeforarbejdning. (Bermúdez-Aguirre et al. 2009)

Ultralyd pasteurisering af juice og frugtpuré

Ultralyd pasteurisering blev anvendt som en effektiv og hurtig alternativ pasteurisering teknik for at inaktivere Escherichia coli og Staphylococcus aureus i æblejuice. Når papirmasse fri æblesaft blev ultralydbearbejdet, 5-log reduktion tid var 35 s for E. coli på 60degC og 30 s for S. aureus på 62degC. Selv om det i undersøgelsen blev konstateret, at højt indhold af papirmasse gjorde ultralyd mindre dødelig for S. aureus, mens det ikke havde nogen signifikant effekt på E. coli, skal det bemærkes, at der ikke blev lagt pres på. Sonikering under forhøjet tryk intensiverer ultralydkavitationen betydeligt og dermed mikrobiel inaktivering i mere tyktflydende væsker. Ultralydsbehandling havde ingen signifikant effekt på antioxidant aktivitet bestemt af 2,2-diphenyl-1-picrylhydrazyl (DPPH) radikale skylleaktivitet, men det væsentligt øget det samlede phenolindhold. Behandlingen resulterede også i mere stabil saft med højere ensartethed. (jf. Baboli et al. 2020)

Ultralyd inaktivering af Gram-Positive og Gram-Negative Bakterier

Gram positive bakterier, såsom Listeria monocytogenes eller Staphylococcus aureus, er generelt kendt for at være mere resistente end gram-negative bakterier og modstå pasteurisering teknologier såsom PEF, HPP og mano-sonikering (MS) i en længere behandlingsperioder på grund af tykkere cellevægge. Gram-negative bakterier har to – en ekstern og en cytoplasmatisk – lipidcellemembraner med et tyndt lag peptidoglycan blandt dem, hvilket gør dem mere modtagelige for ultralyd inaktivering. På den anden side, gram-positive bakterier har kun en enkelt lipid membran med en tykkere peptidoglycan væg, som giver dem mere modstand mod pasteurisering behandlinger. Videnskabelige undersøgelser sammenlignede effekten af effekt ultralyd på gram-negative og gram-positive bakterier og fandt, at det havde en stærkere hæmmende virkning på gram-negative bakterier. (jf. Monsen et al. 2009) Gram-positive bakterier kræver mere intense ultralydbetingelser, dvs højere amplituder, højere temperaturer, højere tryk og/ eller længere sonikeringstid. Hielscher Ultrasonics' power-ultralydssystemer kan levere meget høje amplituder og kan betjenes ved forhøjede temperaturer og med trykfrie flowcellereaktorer. Dette giver mulighed for intens sonikering / termo-mano-sonikering for at inaktivere selv meget resistente bakteriestammer.

Ultralyd inaktivering af termodurice bakterier

Termoduric bakterier er bakterier, der kan overleve, i varierende grad, pasteuriseringsprocessen. Termoduric arter af bakterier omfatter Bacillus, Clostridium og Enterococci. "Ultralydbehandling ved 80% amplitude i 10 min dog inaktiveret vegetative celler af B. koagulans og A. flavithermus i skummetmælk med 4,53, og 4,26 logs, henholdsvis. En kombineret behandling af pasteurisering (63 grader C/30 min) efterfulgt af ultralydbehandling helt elimineret ca log 6 cfu / ml af disse celler i skummetmælk." (Khanal et al. 2014)

Højtydende ultralyds pasteuriseringsudstyr

Hielscher Ultrasonics har længe erfaring med anvendelse af effektlys i maden & drikkevareindustrien samt mange andre industrigrene. Vores ultralydsprocessorer er udstyret med let at rengøre (clean-in-place CIP / sterilisere-in-place SIP) sonotroder og flow-celler (de våde dele). Hielscher Ultralyd’ industrielle ultralydsprocessorer kan levere meget høje amplituder. Amplituder på op til 200 μm kan nemt køres kontinuerligt i 24/7 drift. Høje amplituder er vigtige for at inaktivere mere resistente mikrober (f.eks gram-positive bakterier). For endnu højere amplituder, tilpassede ultralydssonotroder er tilgængelige. Alle sonotroder og ultralyd flow celle reaktorer kan betjenes under forhøjede temperaturer og tryk, hvilket giver mulighed for en pålidelig termo-mano-sonikering og meget effektiv pasteurisering.
Topmoderne teknologi, højtydende og avanceret software gør Hielscher Ultrasonics’ pålidelige arbejdsheste i din mad pasteurisering linje. Med et lille fodaftryk og alsidige installationsmuligheder kan Hielscher ultralydsenheder nemt integreres eller monteres i eksisterende produktionslinjer.
Kontakt os venligst for at få mere at vide om funktionerne og kapaciteten i vores ultralyds pasteuriseringssystemer. Vi vil være glade for at diskutere din ansøgning med dig!
Tabellen nedenfor giver dig en indikation af den omtrentlige forarbejdningskapacitet hos vores ultralydapparater: