Ultralydspasteurisering af flydende fødevarer

Ultralydspasteurisering er en ikke-termisk steriliseringsproces for at inaktivere mikrober såsom E.coli, Pseudomonas fluorescens, Listeria monocytogenes, Staphylococcus aureus, Bacillus coagulans, Anoxybacillus flavithermus blandt mange andre for at forhindre mikrobiel fordærv og opnå langsigtet stabilitet af mad og drikkevarer.

Ikke-termisk pasteurisering af fødevarer & Drikkevarer ved sonikering

Ultralydspasteurisering er en ikke-termisk alternativ teknologi, der bruges til at ødelægge eller deaktivere organismer og enzymer, der bidrager til fordærv af mad. Ultralydbehandling kan bruges til at pasteurisere dåsemad, mælk, mejeriprodukter, æg, juice, drikkevarer med lavt alkoholindhold og andre flydende fødevarer. Ultralydbehandling alene såvel som ultralyd kombineret med forhøjede varme- og trykforhold (kendt som termo-mano-sonikering) kan effektivt pasteurisere juice, mælk, mejeriprodukter, flydende æg og andre fødevarer. En sofistikeret ultralydspasteuriseringsbehandling udmærker sig ved traditionelle pasteuriseringsteknikker, da ultralyd ikke påvirker næringsindholdet og de fysiske egenskaber ved de behandlede fødevarer negativt. Brug af ultralyd eller termo-mano-sonikering for at pasteurisere flydende fødevarer kan give et næringsrigt produkt med en højere kvalitet end den traditionelle højtemperatur korttids (HTST) pasteuriseringsmetode.
Forskningsundersøgelser som fra Beslar et al. (2015) viste, at ultralydsbehandling kan give betydelige fordele ved behandling af juice, herunder forbedrede kvalitetsfaktorer, såsom udbytte, ekstraktion, uklarhed, reologiske egenskaber og farve samt holdbarhed.

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

Hvordan fungerer ultralydspasteurisering?

Ultralydsinaktivering og ødelæggelse af mikrober er en ikke-termisk teknik, hvilket betyder, at dens vigtigste arbejdsprincip ikke er baseret på varme. Ultralydspasteurisering er hovedsageligt forårsaget af virkningerne af akustisk kavitation. Fænomenet akustisk / ultralydskavitation er kendt for sine lokalt høje temperaturer, tryk og respektive differentialer, der forekommer i og omkring de små kavitationsbobler. Desuden genererer akustisk kavitation meget intense forskydningskræfter, væskestråler og turbulenser. Disse destruktive kræfter forårsager omfattende skader på mikrobielle celler, såsom celleperforering og forstyrrelse. Celleperforering og -forstyrrelse er unikke virkninger, der findes i ultralydsbehandlede celler, der hovedsageligt skyldes de flydende stråler, der genereres ved kavitation.

Ultralydspasteurisering er baseret på akustisk kavitation og dens hydrodynamiske forskydningskræfter

Hvorfor sonikering udmærker sig ved traditionel pasteurisering

Fødevare- og drikkevareindustrien anvender konventionel pasteurisering i vid udstrækning til 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 tilpasses normalt til det specifikke fødevareprodukt og de mikrober, der skal inaktiveres. Effektiviteten af en pasteuriseringsproces bestemmes af den mikrobielle inaktiveringshastighed, som måles som logaritmisk reduktion. 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 fødevareproduktets sammensætning. Traditionel varmebaseret pasteurisering har flere ulemper lige fra utilstrækkelig mikrobiel inaktivering, negative effekter på fødevaren samt ujævn opvarmning gennem det behandlede produkt. Utilstrækkelig opvarmning på grund af kort pasteuriseringsvarighed eller for lav temperatur resulterer i en lav log-reduktionshastighed og efterfølgende mikrobiel fordærv. For meget varmebehandling kan forårsage produktforringelse såsom afbrændte smagsstoffer og mindre næringstæthed på grund af ødelagte temperaturfølsomme næringsstoffer.

Ulemper ved konventionel pasteurisering

• kan ødelægge eller beskadige vigtige næringsstoffer
• kan forårsage bismag
• Høje energikrav
• ineffektiv mod dræbe varmebestandige patogener
• Gælder ikke for alle fødevarer

Ultralydspasteurisering af mejeriprodukter

Sonikering, termo-sonikering og termo-mano-sonikering er blevet undersøgt i vid udstrækning til pasteurisering af mælk og mejeriprodukter. For eksempel viste det sig, at ultralyd eliminerede fordærv og potentielle patogener til nul eller til niveauer, der er acceptable i sydafrikansk og britisk mælkelovgivning, selv når indledende podningsbelastninger på 5× højere end tilladt var til stede før behandling. Levedygtige celletal af E. coli blev reduceret med 100% efter 10,0 minutters ultralydbehandling. Desuden blev det vist, at levedygtige tællinger 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 termosonikering kan inaktivere Listeria innocua og mesofile bakterier i rå sødmælk. Ultralyd viste sig at være en levedygtig teknologi til pasteurisering og homogenisering af mælk, der udviser kortere behandlingstider uden vigtige ændringer i pH og mælkesyreindhold sammen med bedre udseende og konsistens sammenlignet med konventionel termisk behandling. Disse fakta er fordelagtige i mange aspekter af mejeriforarbejdning. (Bermúdez-Aguirre et al. 2009)

Ultralydspasteurisering af juice og frugtpuré

Ultralydspasteurisering blev anvendt som en effektiv og hurtig alternativ pasteuriseringsteknik for at inaktivere Escherichia coli og Staphylococcus aureus i æblejuice. Når den frugtkødsfri æblejuice blev ultralydsbehandlet, var reduktionstiden på 5 log 35 s for E. coli ved 60 °C og 30 s for S. aureus ved 62 °C. Selvom det i undersøgelsen blev fundet, at højt papirmasseindhold gjorde ultralyd mindre dødelig for S. aureus, mens det ikke havde nogen signifikant effekt på E. coli, skal det bemærkes, at der ikke blev påført tryk. Sonikering under forhøjet tryk intensiverer ultralydskavitation betydeligt og derved mikrobiel inaktivering i mere tyktflydende væsker. Ultralydsbehandling havde ingen signifikant effekt på antioxidantaktivitet bestemt ved 2,2-diphenyl-1-picrylhydrazyl (DPPH) radikal scavenging-aktivitet, men det øgede det samlede phenolindhold signifikant. Behandlingen resulterede også i mere stabil juice med højere ensartethed. (jf. Baboli et al. 2020)

Ultralydsinaktivering af gram-positive og gram-negative bakterier

Grampositive bakterier, såsom Listeria monocytogenes eller Staphylococcus aureus, er generelt kendt for at være mere resistente end gramnegative bakterier og modstå pasteuriseringsteknologier såsom PEF, HPP og mano-sonikering (MS) i længere behandlingsperioder på grund af tykkere cellevægge. Gramnegative bakterier har to – en ekstern og en cytoplasmatisk – lipidcellemembraner med et tyndt lag peptidoglycan blandt dem, hvilket gør dem mere modtagelige for ultralydsinaktivering. På den anden side har grampositive bakterier kun en enkelt lipidmembran med en tykkere peptidoglycanvæg, hvilket giver dem mere modstand mod pasteuriseringsbehandlinger. Videnskabelige undersøgelser sammenlignede effekten af power ultralyd på gram-negative og gram-positive bakterier og fandt, at det havde en stærkere hæmmende effekt på gram-negative bakterier. (jf. Monsen et al. 2009) Gram-positive bakterier kræver mere intense ultralydsforhold, 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 tryksatte flowcellereaktorer. Dette giver mulighed for intens sonikering / termo-mano-sonikering for at inaktivere selv meget resistente bakteriestammer.

Ultralydsinaktivering af termoduriske bakterier

Termoduriske bakterier er bakterier, der i varierende grad kan overleve pasteuriseringsprocessen. Termoduriske arter af bakterier omfatter Bacillus, Clostridium og Enterokokker. "Ultralydbehandling ved 80% amplitude i 10 minutter inaktiverede imidlertid de vegetative celler af B. coagulans og A. flavithermus i skummetmælk med henholdsvis 4,53 og 4,26 logfiler. En kombineret behandling af pasteurisering (63 grader C / 30 min) efterfulgt af ultralydbehandling eliminerede fuldstændigt ca. log 6 cfu / ml af disse celler i skummetmælk." (Khanal et al. 2014)

Højtydende ultralydspasteuriseringsudstyr

Hielscher Ultrasonics har lang erfaring med anvendelse af ultralyd i maden & drikkevareindustrien samt mange andre industrielle grene. Vores ultralydsprocessorer er udstyret med let at rengøre (ren-på-stedet CIP / steriliser-i-stedet SIP) sonotroder og flowceller (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. grampositive bakterier). For endnu højere amplituder er tilpassede ultralydssonotroder tilgængelige. Alle sonotroder og ultralydsflowcellereaktorer kan betjenes under forhøjede temperaturer og tryk, hvilket giver mulighed for en pålidelig termo-mano-sonikering og yderst effektiv pasteurisering.
Avanceret teknologi, højtydende og sofistikeret software gør Hielscher Ultrasonics’ pålidelige arbejdsheste i din madpasteuriseringslinje. Med et lille fodaftryk og alsidige installationsmuligheder kan Hielscher ultralydapparater let integreres eller eftermonteres i eksisterende produktionslinjer.
Kontakt os venligst for at lære mere om funktionerne og kapaciteten i vores ultralydspasteuriseringssystemer. Vi vil med glæde diskutere din ansøgning med dig!
Nedenstående tabel giver dig en indikation af den omtrentlige behandlingskapacitet for vores ultralydapparater: