Υπερήχων παστερίωση υγρών τροφίμων

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

Μη θερμική παστερίωση τροφίμων & Ποτά με κατεργασία με υπερήχους

Υπερήχων παστερίωση είναι μια μη θερμική εναλλακτική τεχνολογία που χρησιμοποιείται για να καταστρέψει ή να απενεργοποιήσετε οργανισμούς και ένζυμα που συμβάλλουν στην αλλοίωση των τροφίμων. Υπερήχους μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να παστεριώσει κονσερβοποιημένα τρόφιμα, γάλα, γαλακτοκομικά, αυγά, χυμούς, ποτά με χαμηλή περιεκτικότητα σε αλκοόλ, και άλλα υγρά τρόφιμα. Υπερήχους μόνο, καθώς και υπερήχους σε συνδυασμό με αυξημένες συνθήκες θερμότητας και πίεσης (γνωστή ως θερμο-mano-sonication) μπορεί να παστεριώσει αποτελεσματικά χυμούς, γάλα, γαλακτοκομικά, υγρά αυγά και άλλα προϊόντα διατροφής. Μια εξελιγμένη θεραπεία παστερίωσης υπερήχων υπερέχει των παραδοσιακών τεχνικών παστερίωσης, καθώς ο υπέρηχος δεν επηρεάζει δυσμενώς την περιεκτικότητα σε θρεπτικά συστατικά και τα φυσικά χαρακτηριστικά των επεξεργασμένων προϊόντων διατροφής. Χρησιμοποιώντας υπερήχους ή θερμο-mano-υπερήχους για την παστερίωση υγρών προϊόντων διατροφής μπορεί να προσφέρει ένα πλούσιο σε θρεπτικά συστατικά προϊόν με υψηλότερη ποιότητα από την παραδοσιακή μέθοδο παστερίωσης υψηλής θερμοκρασίας μικρού χρόνου (HTST).
Ερευνητικές μελέτες όπως από Beslar et al. (2015) διαπίστωσε ότι η υπερηχητική θεραπεία μπορεί να προσφέρει σημαντικά πλεονεκτήματα για την επεξεργασία των χυμών, συμπεριλαμβανομένων των βελτιωμένων παραγόντων ποιότητας, όπως η απόδοση, η εκχύλιση, η θολότητα, οι ρεολογικές ιδιότητες και το χρώμα καθώς και η διάρκεια ζωής.

Καμπύλες επιβίωσης Escherichia coli (a) και Staphylococcus aureus (b) σε χυμό μήλου μετά από υπερηχογραφική επεξεργασία (UT) σε διαφορετικές θερμοκρασίες και μετά από θερμική επεξεργασία (HT) στις ίδιες θερμοκρασίες.
εικόνα και μελέτη: Baboli et al. 2015

Πώς λειτουργεί η παστερίωση με υπερήχους?

Η υπερηχητική αδρανοποίηση και καταστροφή μικροβίων είναι μια μη θερμική τεχνική, πράγμα που σημαίνει ότι η κύρια αρχή λειτουργίας της δεν βασίζεται στη θερμότητα. Υπερήχων παστερίωση προκαλείται κυρίως από τις επιπτώσεις της ακουστικής σπηλαίωσης. Το φαινόμενο της ακουστικής / υπερηχητικής σπηλαίωσης είναι γνωστό για τις τοπικά υψηλές θερμοκρασίες, πιέσεις και αντίστοιχες διαφορές, οι οποίες συμβαίνουν μέσα και γύρω από τις λεπτές φυσαλίδες σπηλαίωσης. Επιπλέον, η ακουστική σπηλαίωση παράγει πολύ έντονες δυνάμεις διάτμησης, υγρούς πίδακες και αναταράξεις. Αυτές οι καταστροφικές δυνάμεις προκαλούν εκτεταμένες βλάβες στα μικροβιακά κύτταρα, όπως διάτρηση και διαταραχή των κυττάρων. Η διάτρηση και η διάσπαση των κυττάρων είναι μοναδικά αποτελέσματα που βρίσκονται σε κύτταρα που έχουν υποβληθεί σε υπερήχους και προκαλούνται κυρίως από τους υγρούς πίδακες που παράγονται από τη σπηλαίωση.

Υπερήχων παστερίωση βασίζεται στην ακουστική σπηλαίωση και υδροδυναμικές δυνάμεις διάτμησης

Γιατί η κατεργασία με υπερήχους υπερέχει στην παραδοσιακή παστερίωση

Η βιομηχανία τροφίμων και ποτών εφαρμόζει ευρέως τη συμβατική παστερίωση για να αδρανοποιήσει ή να σκοτώσει μικρόβια όπως βακτήρια, ζυμομύκητες και μύκητες για να αποτρέψει τη μικροβιακή αλλοίωση και να δώσει στα προϊόντα τους μεγαλύτερη διάρκεια ζωής και σταθερότητα. Η συμβατική παστερίωση λειτουργεί με σύντομη επεξεργασία σε υψηλές θερμοκρασίες συνήθως κάτω από 100 ° C (212 ° F). Η ακριβής θερμοκρασία και διάρκεια προσαρμόζεται κανονικά στο συγκεκριμένο τρόφιμο και στα μικρόβια, τα οποία πρέπει να αδρανοποιηθούν. Η αποτελεσματικότητα μιας διαδικασίας παστερίωσης καθορίζεται από τον ρυθμό μικροβιακής αδρανοποίησης, ο οποίος μετράται ως μείωση λογαριθμών. Η μείωση του log μετρά το ποσοστό των αδρανοποιημένων μικροβίων σε μια συγκεκριμένη θερμοκρασία για ένα συγκεκριμένο χρονικό διάστημα. Οι συνθήκες της θερμοκρασιακής επεξεργασίας και ο ρυθμός μικροβιακής αδρανοποίησης επηρεάζονται από τον τύπο των μικροβίων καθώς και από τη σύνθεση του τροφίμου. Η παραδοσιακή παστερίωση 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 σε μικρή διάρκεια παστερίωσης ή πολύ χαμηλή θερμοκρασία έχει ως αποτέλεσμα χαμηλό ρυθμό μείωσης της κορμής και επακόλουθη μικροβιακή αλλοίωση. Η υπερβολική θερμική επεξεργασία μπορεί να προκαλέσει αλλοίωση του προϊόντος, όπως καμένες γεύσεις και λιγότερη θρεπτική πυκνότητα λόγω κατεστραμμένων θρεπτικών ουσιών ευαίσθητων στη θερμοκρασία.

Μειονεκτήματα της συμβατικής παστερίωσης

• μπορεί να καταστρέψει ή να βλάψει σημαντικά θρεπτικά συστατικά
• μπορεί να προκαλέσει δυσάρεστες γεύσεις
• υψηλές ενεργειακές απαιτήσεις
• αναποτελεσματική κατά σκοτώνει ανθεκτικά στη θερμότητα παθογόνα
• Δεν ισχύει για κάθε τρόφιμο

Υπερήχων παστερίωση των γαλακτοκομικών προϊόντων

Κατεργασία με υπερήχους, θερμο-υπερήχηση και θερμο-mano-sonication habve έχει ερευνηθεί ευρέως για την παστερίωση του γάλακτος και των γαλακτοκομικών προϊόντων. Για παράδειγμα, ο υπέρηχος βρέθηκε να εξαλείφει την αλλοίωση και τα πιθανά παθογόνα στο μηδέν ή σε επίπεδα αποδεκτά από τη νομοθεσία της Νότιας Αφρικής και της Βρετανίας για το γάλα, ακόμη και όταν υπήρχαν αρχικά φορτία εμβολίου 5× υψηλότερα από τα επιτρεπόμενα πριν από τη θεραπεία. Βιώσιμος αριθμός κυττάρων του E. coli μειώθηκαν κατά 100% μετά από 10.0 min υπερήχων. Επιπλέον, αποδείχθηκε ότι ο βιώσιμος αριθμός Pseudomonas fluorescens μειώθηκε κατά 100% μετά από 6,0 λεπτά και η Listeria monocytogenes μειώθηκε κατά 99% μετά από 10,0 λεπτά (Cameron και συν. 2009)
Η έρευνα έδειξε επίσης ότι η θερμο-υπερήχηση μπορεί να αδρανοποιήσει Listeria innocua και μεσόφιλα βακτήρια στο νωπό πλήρες γάλα. Ο υπέρηχος αποδείχθηκε ότι είναι μια βιώσιμη τεχνολογία παστερίωσης και ομογενοποίησης του γάλακτος, παρουσιάζοντας μικρότερους χρόνους επεξεργασίας χωρίς σημαντικές αλλαγές στο pH και την περιεκτικότητα σε γαλακτικό οξύ, μαζί με καλύτερη εμφάνιση και συνοχή σε σύγκριση με τη συμβατική θερμική επεξεργασία. Αυτά τα γεγονότα είναι επωφελή σε πολλές πτυχές της επεξεργασίας γαλακτοκομικών προϊόντων. (Bermúdez-Aguirre et al. 2009)

Υπερήχων παστερίωση χυμών και πουρέ φρούτων

Υπερήχων παστερίωση εφαρμόστηκε ως μια αποτελεσματική και ταχεία εναλλακτική τεχνική παστερίωσης, προκειμένου να αδρανοποιηθεί Escherichia coli και Staphylococcus aureus σε χυμό μήλου. Όταν ο χυμός μήλου χωρίς πολτό υποβλήθηκε σε υπερηχητική επεξεργασία, ο χρόνος μείωσης 5-log ήταν 35 s για το E. coli στους 60degC και 30 s για τον S. aureus στους 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, πρέπει να σημειωθεί ότι δεν εφαρμόστηκε πίεση. Κατεργασία με υπερήχους υπό αυξημένες πιέσεις εντείνει σημαντικά υπερήχων σπηλαίωση και ως εκ τούτου μικροβιακή αδρανοποίηση σε πιο ιξώδη υγρά. Η θεραπεία με υπερήχους δεν είχε σημαντική επίδραση στην αντιοξειδωτική δράση που προσδιορίζεται από τη δραστηριότητα καθαρισμού ριζών 2,2-διφαινυλ-1-πικρυλυδραζυλίου (DPPH), αλλά αύξησε σημαντικά τη συνολική φαινολική περιεκτικότητα. Η θεραπεία είχε επίσης ως αποτέλεσμα πιο σταθερό χυμό με μεγαλύτερη ομοιομορφία. (πρβλ. Baboli et al. 2020)

Υπερήχων αδρανοποίηση των θετικών κατά Gram και αρνητικών κατά Gram βακτηρίων

Gram θετικά βακτήρια, όπως Listeria monocytogenes ή Staphylococcus aureus, είναι γενικά γνωστό ότι είναι πιο ανθεκτικά από gram-αρνητικά βακτήρια και αντέχουν σε τεχνολογίες παστερίωσης όπως PEF, HPP και mano-sonication (MS) για μεγαλύτερες περιόδους θεραπείας λόγω παχύτερων κυτταρικών τοιχωμάτων. Τα αρνητικά κατά Gram βακτήρια έχουν δύο – ένα εξωτερικό και ένα κυτταροπλασματικό – μεμβράνες κυττάρων λιπιδίων με ένα λεπτό στρώμα πεπτιδογλυκάνης μεταξύ τους, γεγονός που τις καθιστά πιο ευαίσθητες στην αδρανοποίηση υπερήχων. Από την άλλη, τα θετικά κατά Gram βακτήρια έχουν μόνο μία λιπιδική μεμβράνη με παχύτερο τοίχωμα πεπτιδογλυκάνης, γεγονός που τους δίνει μεγαλύτερη αντίσταση στις θεραπείες παστερίωσης. Επιστημονικές έρευνες συνέκριναν την επίδραση του υπερήχου ισχύος σε αρνητικά κατά gram και θετικά κατά gram βακτήρια και διαπίστωσαν ότι είχε ισχυρότερη ανασταλτική επίδραση στα αρνητικά κατά gram βακτήρια. (πρβλ. Monsen et al. 2009) Gram-θετικά βακτήρια απαιτούν πιο έντονες συνθήκες υπερήχων, δηλαδή υψηλότερα πλάτη, υψηλότερες θερμοκρασίες, υψηλότερες πιέσεις ή / και μεγαλύτερο χρόνο υπερήχων. Hielscher Υπέρηχοι' ισχύς-υπερήχων συστήματα μπορεί να παραδώσει πολύ υψηλά πλάτη και μπορεί να λειτουργήσει σε υψηλές θερμοκρασίες και με αντιδραστήρες ροής-κυττάρων υπό πίεση. Αυτό επιτρέπει την έντονη υπερήχηση / θερμο-mano-υπερήχηση προκειμένου να αδρανοποιηθούν ακόμη και πολύ ανθεκτικά στελέχη βακτηρίων.

Υπερήχων αδρανοποίηση των θερμοσκληρικών βακτηρίων

Τα θερμοδουρικά βακτήρια είναι βακτήρια που μπορούν να επιβιώσουν, σε διαφορετικό βαθμό, στη διαδικασία παστερίωσης. Τα θερμοσκληρικά είδη βακτηρίων περιλαμβάνουν Bacillus, Clostridium και Enterococci. "Υπερήχους σε πλάτος 80% για 10 λεπτά, ωστόσο, αδρανοποιήθηκαν τα βλαστικά κύτταρα των B. coagulans και A. flavithermus στο αποβουτυρωμένο γάλα κατά 4,53 και 4,26 κούτσουρα, αντίστοιχα. Μια συνδυασμένη θεραπεία της παστερίωσης (63 βαθμοί C / 30 λεπτά) ακολουθούμενη από υπερήχους εξαλείφθηκε εντελώς περίπου log 6 cfu / mL αυτών των κυττάρων στο αποβουτυρωμένο γάλα." (Khanal et al. 2014)

Εξοπλισμός παστερίωσης υπερήχων υψηλής απόδοσης

Hielscher Υπέρηχοι είναι μακρόχρονη εμπειρία στην εφαρμογή υπερήχων ισχύος στα τρόφιμα & βιομηχανία ποτών καθώς και πολλοί άλλοι βιομηχανικοί κλάδοι. Οι υπερηχητικοί επεξεργαστές μας είναι εξοπλισμένοι με εύκολο στον καθαρισμό (καθαρό στο χώρο CIP / αποστείρωση στο χώρο SIP) sonotrodes και κύτταρα ροής (τα υγρά μέρη). Hielscher Υπέρηχοι’ Οι βιομηχανικοί επεξεργαστές υπερήχων μπορούν να προσφέρουν πολύ υψηλά πλάτη. Πλάτη έως 200μm μπορούν εύκολα να λειτουργούν συνεχώς σε 24 ώρες το 24ωρο, 7 ημέρες την εβδομάδα λειτουργία. Τα υψηλά πλάτη είναι σημαντικά για την αδρανοποίηση πιο ανθεκτικών μικροβίων (π.χ. θετικά κατά Gram βακτήρια). Για ακόμη υψηλότερα πλάτη, διατίθενται προσαρμοσμένα υπερηχητικά sonotrodes. Όλοι οι αντιδραστήρες sonotrodes και υπερήχων κυττάρων ροής μπορούν να λειτουργήσουν υπό υψηλές θερμοκρασίες και πιέσεις, γεγονός που επιτρέπει μια αξιόπιστη θερμο-mano-sonication και εξαιρετικά αποτελεσματική παστερίωση.
Τεχνολογία αιχμής, υψηλής απόδοσης και εξελιγμένο λογισμικό κάνουν Hielscher Υπέρηχοι’ αξιόπιστα άλογα εργασίας στη γραμμή παστερίωσης τροφίμων σας. Με ένα μικρό αποτύπωμα και ευέλικτες επιλογές εγκατάστασης, Hielscher υπερήχων μπορεί εύκολα να ενσωματωθεί ή να τοποθετηθεί εκ των υστέρων σε υπάρχουσες γραμμές παραγωγής.
Επικοινωνήστε μαζί μας γνωρίζετε για να μάθετε περισσότερα σχετικά με τα χαρακτηριστικά και την ικανότητα των συστημάτων παστερίωσης υπερήχων μας. Θα χαρούμε να συζητήσουμε την αίτησή σας μαζί σας!
Ο παρακάτω πίνακας σας δίνει μια ένδειξη της κατά προσέγγιση ικανότητας επεξεργασίας των υπερήχων μας: