Η υπερηχητική παστερίωση είναι μια μη θερμική διαδικασία αποστείρωσης για την αδρανοποίηση μικροβίων όπως το E.coli, το Pseudomonas flurescens, το Listeria monocytogenes, το Staphylococcus aureus, το Bacillus coagulans, το Aoxybacillus flavithermus μεταξύ πολλών άλλων για την πρόληψη της μικροβιακής αλλοίωσης και την επίτευξη μακροπρόθεσμης σταθερότητας των τροφίμων και των ποτών.

Μη θερμική παστερίωση τροφίμων & Ποτά από Υπερήχηση

Υπερήχων παστερίωση είναι μια μη θερμική εναλλακτική τεχνολογία που χρησιμοποιείται για να καταστρέψει ή να απενεργοποιήσει τους οργανισμούς και τα ένζυμα που συμβάλλουν στην αλλοίωση των τροφίμων. Ultrasonication μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να παστεριώσει κονσερβοποιημένα τρόφιμα, γάλα, γαλακτοκομικά, αυγά, χυμούς, ποτά με χαμηλή περιεκτικότητα σε αλκοόλ, και άλλα υγρά τρόφιμα. Ultrasonication μόνο, καθώς και υπερηχογράφημα σε συνδυασμό με αυξημένες συνθήκες θερμότητας και πίεσης (γνωστή ως θερμο-mano-υπερήχηση) μπορεί να παστεριώσει αποτελεσματικά χυμούς, γάλα, γαλακτοκομικά προϊόντα, υγρά αυγά και άλλα προϊόντα διατροφής. Μια εξελιγμένη θεραπεία με υπερήχους παστερίωση υπερέχει παραδοσιακές τεχνικές παστερίωσης, όπως υπερηχογράφημα δεν επηρεάζει αρνητικά την περιεκτικότητα σε θρεπτικά συστατικά και τα φυσικά χαρακτηριστικά των επεξεργασμένων προϊόντων διατροφής. Χρησιμοποιώντας υπερηχογράφημα ή θερμο-mano-υπερήχηση, προκειμένου να παστεριώσει υγρά προϊόντα διατροφής μπορεί να παρέχει ένα πλούσιο σε θρεπτικά συστατικά προϊόν με υψηλότερη ποιότητα από την παραδοσιακή μέθοδο υψηλής θερμοκρασίας σύντομο χρονικό διάστημα (HTST) παστερίωση.
Ερευνητικές μελέτες όπως από Ofstedar et al. (2015) διαπίστωσε ότι η θεραπεία με υπερήχους μπορεί να προσφέρει σημαντικά πλεονεκτήματα για την επεξεργασία των χυμών, συμπεριλαμβανομένων των βελτιωμένων παραγόντων ποιότητας, όπως η απόδοση, εκχύλιση, θολότητα, ρεολογικές ιδιότητες, και το χρώμα, καθώς και τη διάρκεια ζωής.

Καμπύλες επιβίωσης του Escherichia coli (α) και του Staphylococcus aureus (β) στο χυμό μήλου μετά από θεραπεία με υπερήχους (UT) σε διαφορετικές θερμοκρασίες και μετά από θερμική επεξεργασία (HT) στις ίδιες θερμοκρασίες.
εικόνα και μελέτη: Babolli et al. 2015

Πώς λειτουργεί η υπερηχητική παστερίωση;

Η υπερηχητική αδρανοποίηση και καταστροφή μικροβίων είναι μια μη θερμική τεχνική, που σημαίνει ότι η κύρια αρχή λειτουργίας της δεν βασίζεται στη θερμότητα. Υπερήχων παστερίωση προκαλείται κυρίως από τα αποτελέσματα της ακουστικής σπηλαίωσης. Το φαινόμενο της ακουστικής / υπερηχητικής δημιουργίας κοιλότητας είναι γνωστό για τις τοπικά υψηλές θερμοκρασίες, τις πιέσεις και τις αντίστοιχες διαφορές, οι οποίες εμφανίζονται μέσα και γύρω από τις μικρές φυσαλίδες σπηλαίωσης. Επιπλέον, η ακουστική σπηλαίωση παράγει πολύ έντονες δυνάμεις διάτμησης, υγρά αεριωθούμενα αεροπλάνα και αναταράξεις. Αυτές οι καταστροφικές δυνάμεις προκαλούν εκτεταμένες ζημιές σε μικροβιακά κύτταρα, τέτοια διάτρηση των κυττάρων και διαταραχή. Η διάτρηση και η διαταραχή των κυττάρων είναι μοναδικά αποτελέσματα που βρέθηκαν σε υπερηχητικά επεξεργασμένα κύτταρα που προκαλούνται κυρίως από τα υγρά αεριωθούμενα αεροπλάνα που παράγονται από την σπηλαίωση.

Η υπερηχητική παστερίωση βασίζεται στην ακουστική σπηλαίωση και τις υδροδυναμικές δυνάμεις διάτμησης

Γιατί υπερήχηση υπερέχει παραδοσιακή παστερίωση

Η βιομηχανία τροφίμων και ποτών εφαρμόζει τη συμβατική παστερίωση ευρέως για να αδρανοποιήσει ή να σκοτώσει τα μικρόβια όπως τα βακτηρίδια, η μαγιά, και οι μύκητες για να αποτρέψει τη μικροβιακή αλλοίωση και για να δώσει στα προϊόντα τους μια μακρύτερη διάρκεια ζωής και σταθερότητα. Η συμβατική παστερίωση λειτουργεί με μια σύντομη επεξεργασία σε υψηλές θερμοκρασίες συνήθως κάτω από 100°C (212°F). Η ακριβής θερμοκρασία και διάρκεια προσαρμόζεται κανονικά στο συγκεκριμένο προϊόν διατροφής και στα μικρόβια, τα οποία πρέπει να αδρανοποιηθούν. Η αποτελεσματικότητα μιας διαδικασίας παστερίωσης καθορίζεται από το μικροβιακό ποσοστό αδρανοποίησης, το οποίο μετράται ως μείωση του log. Η μείωση του αρχείου καταγραφής μετρά το ποσοστό αδρανοποιημένων μικροβίων σε συγκεκριμένη θερμοκρασία για συγκεκριμένο χρονικό διάστημα. Οι συνθήκες της θεραπείας της θερμοκρασίας και ο μικροβιακός ρυθμός αδρανοποίησης επηρεάζονται από τον τύπο των μικροβίων καθώς και από τη σύνθεση του τροφίμου. Η παραδοσιακή αντιθερμοποίηση με βάση τη θερμότητα έχει αρκετά μειονεκτήματα που κυμαίνονται από ανεπαρκή μικροβιακή αδρανοποίηση, αρνητικές επιπτώσεις στο προϊόν διατροφής, καθώς και άνιση θέρμανση μέσω του επεξεργασμένου προϊόντος. Η ανεπαρκής θέρμανση μέχρι τη σύντομη διάρκεια παστερίωσης ή η πολύ χαμηλή θερμοκρασία οδηγεί σε ένα χαμηλό ποσοστό μείωσης κούτσουρων και επακόλουθη μικροβιακή αλλοίωση. Η υπερβολική θερμική επεξεργασία μπορεί να προκαλέσει επιδείνωση του προϊόντος, όπως οι καμένες γεύσεις και λιγότερη πυκνότητα θρεπτικών συστατικών λόγω των κατεστραμμένων θρεπτικών συστατικών που είναι ευαίσθητα στη θερμοκρασία.

Μειονεκτήματα της συμβατικής παστερίωσης

• μπορεί να καταστρέψει ή να βλάψει σημαντικά θρεπτικά συστατικά
• μπορεί να προκαλέσει off-γεύσεις
• υψηλές ενεργειακές απαιτήσεις
• αναποτελεσματικά κατά σκοτώνουν ανθεκτικά στη θερμότητα παθογόνα
• δεν ισχύει για κάθε τρόφιμο

Υπερηχητική παστερίωση των γαλακτοκομικών προϊόντων

Υπερήχηση, θερμο-υπερήχηση και θερμο-mano-υπερήχηση habve ερευνήθηκε ευρέως για την παστερίωση του milkm και γαλακτοκομικά προϊόντα. Για παράδειγμα, ο υπέρηχος βρέθηκε να εξαλείψει την αλλοίωση και τους πιθανούς παθογόνους παράγοντες στο μηδέν ή σε επίπεδα αποδεκτά από τη νοτιοαφρικανική και βρετανική νομοθεσία για το γάλα, ακόμη και όταν τα αρχικά φορτία εμβολίου 5× υψηλότερα από τα επιτρεπόμενα ήταν παρόντα πριν από τη θεραπεία. Οι βιώσιμες μετρήσεις κυττάρων του E. coli μειώθηκαν κατά 100% μετά από 10,0 λεπτά υπερήχων. Επιπλέον, αποδείχθηκε ότι οι βιώσιμες μετρήσεις των φθοριούχων του Pseudomonas μειώθηκαν κατά 100% μετά από 6,0 λεπτά και η Listeria monocytogenes μειώθηκε κατά 99% μετά από 10,0 λεπτά (Cameron et al. 2009)
Η έρευνα έδειξε επίσης ότι η θερμο-υπερήχηση μπορεί να αδρανοποιήσει Listeria innocua και μεσοφιλικά βακτήρια στο νωπό πλήρες γάλα. Ο υπέρηχος αποδείχθηκε μια βιώσιμη τεχνολογία για την παστερίωση και την ομογενοποίηση του γάλακτος, παρουσιάζοντας μικρότερους χρόνους επεξεργασίας χωρίς σημαντικές αλλαγές στην περιεκτικότητα σε pH και γαλακτικό οξύ, μαζί με καλύτερη εμφάνιση και συνέπεια σε σύγκριση με τη συμβατική θερμική επεξεργασία. Τα γεγονότα αυτά είναι ευνοϊκά σε πολλές πτυχές της μεταποίησης γαλακτοκομικών προϊόντων. (Bermúdez-Aguirre et al. 2009)

Υπερήχων παστερίωση των χυμών και πουρέ φρούτων

Υπερήχων παστερίωση εφαρμόστηκε ως μια αποτελεσματική και ταχεία εναλλακτική τεχνική παστερίωσης, προκειμένου να αδρανοποιήσει Escherichia coli και Staphylococcus aureus στο χυμό μήλου. Όταν ο χυμός μήλου χωρίς πολτό ήταν υπερήχων επεξεργασία, ο χρόνος μείωσης 5-log ήταν 35 s για E. coli σε 60degC και 30 s για S. aureus σε 62degC. Αν και στη μελέτη διαπιστώθηκε ότι η υψηλή περιεκτικότητα σε πολτό έκανε τον υπέρηχο λιγότερο θανατηφόρο για τον S. aureus, ενώ δεν είχε σημαντική επίδραση στο E. coli, θα πρέπει να σημειωθεί ότι δεν εφαρμόστηκε πίεση. Υπερήχηση υπό αυξημένες πιέσεις εντείνει σημαντικά υπερήχων σπηλαίωση και ως εκ τούτου μικροβιακή αδρανοποίηση σε περισσότερα ιξώδη υγρά. Η θεραπεία με υπερήχους δεν είχε σημαντική επίδραση στην αντιοξειδωτική δράση που καθορίζεται από τη ριζική δράση καθαρισμού 2,2-διφαινυλ-1-picrynyhydrazyl (DPHP), αλλά αύξησε σημαντικά τη συνολική φαινολική περιεκτικότητα. Η θεραπεία είχε επίσης ως αποτέλεσμα πιο σταθερό χυμό με υψηλότερη ομοιομορφία. (πρβλ. Babolli et al. 2020)

Υπερηχητική αδρανοποίηση των gram-θετικών και gram-αρνητικών βακτηρίων

Τα gram θετικά βακτήρια, όπως η Listeria monocytogenes ή το Staphylococcus aureus, είναι γενικά γνωστό ότι είναι πιο ανθεκτικά από τα gram-αρνητικά βακτήρια και αντέχουν τεχνολογίες παστερίωσης όπως pef, HPP και mano-υπερήχηση (MS) για μεγαλύτερες περιόδους θεραπείας λόγω παχύτερων κυτταρικών τοιχωμάτων. Gram-αρνητικά βακτήρια έχουν δύο – ένα εξωτερικό και ένα κυτταροπλασμικό – λιπιδίων κυτταρικές μεμβράνες με ένα λεπτό στρώμα πεπτιδογυκάνη μεταξύ τους, γεγονός που τους καθιστά πιο ευαίσθητα στην ενεργοποίηση υπερήχων. Από την άλλη, τα gram-θετικά βακτήρια έχουν μόνο μία μεμβράνη λιπιδίων με παχύτερο πεπτιδογυκικό τοίχωμα, το οποίο τους δίνει μεγαλύτερη αντίσταση κατά των θεραπειών παστερίωσης. Επιστημονικές έρευνες συνέκριναν την επίδραση του υπερήχου ισχύος σε gram-αρνητικά και gram-θετικά βακτήρια και διαπίστωσε ότι είχε ισχυρότερη ανασταλτική επίδραση σε gram-αρνητικά βακτήρια. (πρβλ. Monsen et al. 2009) Gram-θετικά βακτήρια απαιτούν πιο έντονες συνθήκες υπερήχων, δηλαδή υψηλότερα πλάτη, υψηλότερες θερμοκρασίες, υψηλότερες πιέσεις και / ή περισσότερο χρόνο υπερήχων. Hielscher Υπερήχων 'power-υπερήχων συστήματα μπορεί να παραδώσει πολύ υψηλά πλάτη και μπορεί να λειτουργήσει σε υψηλές θερμοκρασίες και με συμπιεστής αντιδραστήρες κυττάρων ροής. Αυτό επιτρέπει την έντονη υπερήχηση / θερμο-mano-υπερήχηση, προκειμένου να αδρανοποιήσει ακόμη και πολύ ανθεκτικά στελέχη βακτήρια.

Υπερηχητική αδρανοποίηση των θερμονουρικών βακτηρίων

Τα θερμοδούρια βακτήρια είναι βακτήρια που μπορούν να επιβιώσουν, σε διαφορετικό βαθμό, από τη διαδικασία παστερίωσης. Θερμοδουρικό είδος βακτηρίων περιλαμβάνουν Bacillus, Clostridium και Enterococci. "Ultrasonication σε 80% πλάτος για 10 λεπτά, ωστόσο, αδρανοποιημένο τα φυτικά κύτταρα του Β. πήκτων και Α. flavithermus στο αποβουτυρωμένο γάλα από 4,53, και 4,26 κούτσουρα, αντίστοιχα. Μια συνδυασμένη θεραπεία της παστερίωσης (63 βαθμούς C/30 min) ακολουθούμενη από υπερήχων εξαλειφθεί εντελώς περίπου log 6 cfu/mL αυτών των κυττάρων στο αποβουτυρωμένο γάλα." (Khanal et al. 2014)

Εξοπλισμός παστοποίησης υψηλής απόδοσης

Hielscher Υπερήχων είναι πολύ έμπειρος στην εφαρμογή του υπερήχου δύναμη στα τρόφιμα & ποτά, καθώς και πολλούς άλλους βιομηχανικούς κλάδους. Οι επεξεργαστές υπερήχων μας είναι εξοπλισμένοι με εύκολο στον καθαρισμό (καθαρός-στη-θέση CIP / αποστειρώστε-στη θέση SIP) sonotrodes και ροή-κύτταρα (τα υγρά μέρη). Hielscher Υπερήχων’ οι βιομηχανικοί υπερηχητικοί επεξεργαστές μπορούν να παραδώσουν τα πολύ υψηλά πλάτη. Τα πλάτη μέχρι 200μm μπορούν να τρέξουν εύκολα συνεχώς στη λειτουργία 24 ώρες το 24ωρο, 7 ημέρες την εβδομάδα. Τα υψηλά πλάτη είναι σημαντικά για την αδρανοποίηση πιο ανθεκτικών μικροβίων (π.χ. gram-θετικά βακτήρια). Για ακόμα υψηλότερα πλάτη, τα προσαρμοσμένα υπερηχητικά sonotrodes είναι διαθέσιμα. Όλα τα sonotrodes και υπερήχων αντιδραστήρες κυττάρων ροής μπορεί να λειτουργήσει κάτω από αυξημένες θερμοκρασίες και πιέσεις, η οποία επιτρέπει μια αξιόπιστη θερμο-mano-υπερήχηση και εξαιρετικά αποτελεσματική παστερίωση.
State-of-the-art τεχνολογία, υψηλής απόδοσης και εξελιγμένο λογισμικό κάνουν Hielscher Υπερήχων’ αξιόπιστα άλογα εργασίας στη γραμμή παστερίωσης τροφίμων σας. Με μικρό αποτύπωμα και ευέλικτες επιλογές εγκατάστασης, οι υπερήχοι Hielscher μπορούν εύκολα να ενσωματωθούν ή να τοποθετηθούν εκ των υστέρων σε υπάρχουσες γραμμές παραγωγής.
Παρακαλούμε επικοινωνήστε μαζί μας για να μάθετε περισσότερα σχετικά με τα χαρακτηριστικά και την ικανότητα των συστημάτων πασστεροποίησης υπερήχων μας. Θα χαρούμε να συζητήσουμε την αίτησή σας μαζί σας!
Ο παρακάτω πίνακας σας δίνει μια ένδειξη για την κατά προσέγγιση ικανότητα επεξεργασίας των υπερήχων μας: