Nestemäisten elintarvikkeiden ultraäänipastörointi

Ultraäänipastörointi on ei-terminen sterilointiprosessi mikrobien, kuten E.colin, Pseudomonas fluorescensin, Listeria monocytogenesin, Staphylococcus aureuksen, Bacillus coagulansin, Anoxybacillus flavithermuksen, inaktivoimiseksi monien muiden joukossa mikrobien pilaantumisen estämiseksi ja elintarvikkeiden ja juomien pitkäaikaisen stabiilisuuden saavuttamiseksi.

Elintarvikkeiden ei-terminen pastörointi & Juomat sonikaatiolla

Ultraäänipastörointi on ei-terminen vaihtoehtoinen tekniikka, jota käytetään tuhoamaan tai deaktivoimaan organismeja ja entsyymejä, jotka edistävät elintarvikkeiden pilaantumista. Ultrasonicationia voidaan käyttää pastöroimaan säilykkeitä, maitoa, maitotuotteita, munia, mehuja, juomia, joissa on alhainen alkoholipitoisuus, ja muita nestemäisiä elintarvikkeita. Pelkästään ultrasonication sekä ultraääni yhdistettynä kohonneisiin lämpö- ja paineolosuhteisiin (tunnetaan nimellä thermo-mano-sonication) voivat tehokkaasti pastöroida mehuja, maitoa, maitotuotteita, nestemäisiä munia ja muita elintarvikkeita. Hienostunut ultraäänipastörointikäsittely ylittää perinteiset pastörointitekniikat, koska ultraääni ei vaikuta haitallisesti käsiteltyjen elintarvikkeiden ravintoainepitoisuuteen ja fysikaalisiin ominaisuuksiin. Ultraäänen tai termo-mano-sonikoinnin käyttäminen nestemäisten elintarvikkeiden pastöroimiseksi voi tarjota ravintoainerikkaan tuotteen, jonka laatu on korkeampi kuin perinteinen korkean lämpötilan lyhyen ajan (HTST) pastörointimenetelmä.
(2015) havaitsi, että ultraäänikäsittely voi tarjota merkittäviä etuja mehujen käsittelylle, mukaan lukien parannetut laatutekijät, kuten saanto, uuttaminen, pilvisyys, reologiset ominaisuudet ja väri sekä säilyvyysaika.

Escherichia colin (a) ja Staphylococcus aureuksen (b) eloonjäämiskäyrät omenamehussa ultraäänikäsittelyn (UT) jälkeen eri lämpötiloissa ja lämpökäsittelyn (HT) jälkeen samoissa lämpötiloissa.
kuva ja tutkimus: Baboli et al. 2015

Miten ultraäänipastörointi toimii?

Mikrobien ultraääni-inaktivointi ja tuhoaminen on ei-terminen tekniikka, mikä tarkoittaa, että sen pääasiallinen toimintaperiaate ei perustu lämpöön. Ultraäänipastörointi johtuu pääasiassa akustisen kavitaation vaikutuksista. Akustisen / ultraäänikavitaation ilmiö tunnetaan paikallisesti korkeista lämpötiloistaan, paineistaan ja vastaavista eroistaan, joita esiintyy minuutin kavitaatiokuplissa ja niiden ympärillä. Lisäksi akustinen kavitaatio tuottaa erittäin voimakkaita leikkausvoimia, nestesuihkuja ja turbulensseja. Nämä tuhoavat voimat aiheuttavat laajoja vahinkoja mikrobisoluille, kuten solujen rei'itys ja häiriöt. Solujen perforaatio ja häiriöt ovat ainutlaatuisia vaikutuksia, joita esiintyy ultraäänellä käsitellyissä soluissa, jotka johtuvat pääasiassa kavitaation tuottamista nestesuihkuista.

Ultraäänipastörointi perustuu akustiseen kavitaatioon ja sen hydrodynaamisiin leikkausvoimiin

Miksi sonikaatio ylittää perinteisen pastöroinnin

Elintarvike- ja juomateollisuus soveltaa tavanomaista pastörointia laajalti mikrobien, kuten bakteerien, hiivan ja sienien, inaktivoimiseksi tai tappamiseksi mikrobien pilaantumisen estämiseksi ja tuotteidensa pidemmän säilyvyyden ja stabiilisuuden antamiseksi. Tavanomainen pastörointi toimii lyhyellä käsittelyllä korkeissa lämpötiloissa, jotka ovat yleensä alle 100 ° C (212 ° F). Tarkka lämpötila ja kesto säädetään yleensä tietyn elintarvikkeen ja mikrobien mukaan, jotka on inaktivoitava. Pastörointiprosessin tehokkuus määräytyy mikrobien inaktivaationopeuden perusteella, joka mitataan log-pelkistyksenä. Log-vähennys mittaa inaktivoitujen mikrobien prosenttiosuutta tietyssä lämpötilassa tiettynä aikana. Lämpötilakäsittelyn olosuhteisiin ja mikrobien inaktivaationopeuteen vaikuttavat mikrobityyppi sekä elintarvikkeen koostumus. Perinteisellä lämpöpohjaisella pastöroinnilla on useita haittoja, jotka vaihtelevat riittämättömästä mikrobien inaktivoinnista, negatiivisista vaikutuksista elintarvikkeeseen sekä epätasaisesta kuumennuksesta käsitellyn tuotteen läpi. Riittämätön kuumennus lyhyen pastörointiajan tai liian alhaisen lämpötilan vuoksi johtaa alhaiseen tukkipelkistykseen ja sitä seuraavaan mikrobien pilaantumiseen. Liiallinen lämpökäsittely voi aiheuttaa tuotteen heikkenemistä, kuten palaneita makuja, ja pienempää ravinnetiheyttä tuhoutuneiden lämpötilaherkkien ravinteiden vuoksi.

Tavanomaisen pastöroinnin haitat

• voi tuhota tai vahingoittaa tärkeitä ravintoaineita
• voi aiheuttaa sivumakuja
• korkea energiantarve
• tehoton tappaa kuumuutta kestäviä taudinaiheuttajia
• ei sovelleta kaikkiin elintarvikkeisiin

Maidon ultraäänipastörointi

Sonikaatiota, termo-sonicationia ja thermo-mano-sonicationia on tutkittu laajalti maidon ja maitotuotteiden pastöroimiseksi. Esimerkiksi ultraäänen havaittiin poistavan pilaantumisen ja mahdolliset taudinaiheuttajat nollaan tai Etelä-Afrikan ja Ison-Britannian maitolainsäädännön hyväksymille tasoille, vaikka alkuperäiset inokulaattikuormat olivat 5× sallittua suurempia ennen hoitoa. E. colin elinkelpoiset solumäärät vähenivät 100% 10,0 minuutin ultrasonicationin jälkeen. Lisäksi osoitettiin, että elinkelpoisten Pseudomonas fluorescens -bakteerien määrä väheni 100 % 6,0 minuutin kuluttua ja Listeria monocytogenes väheni 99 % 10,0 minuutin kuluttua (Cameron ym. 2009)
Tutkimukset osoittivat myös, että lämpösonikaatio voi inaktivoida Listeria innocuan ja mesofiiliset bakteerit raakassa täysmaidossa. Ultraäänen osoitettiin olevan toteuttamiskelpoinen tekniikka maidon pastöroimiseksi ja homogenoimiseksi, ja sillä oli lyhyemmät käsittelyajat ilman merkittäviä muutoksia pH: ssa ja maitohappopitoisuudessa sekä parempi ulkonäkö ja johdonmukaisuus verrattuna tavanomaiseen lämpökäsittelyyn. Nämä tosiasiat ovat edullisia monilla maidonjalostuksen osa-alueilla. (Bermúdez-Aguirre ym. 2009)

Mehujen ja hedelmäsoseiden ultraäänipastörointi

Ultraäänipastörointia käytettiin tehokkaana ja nopeana vaihtoehtoisena pastörointitekniikkana Escherichia colin ja Staphylococcus aureuksen inaktivoimiseksi omenamehussa. Kun massaton omenamehu käsiteltiin ultraäänellä, 5 lokin vähennysaika oli 35 s E. colille 60 ° C: ssa ja 30 s S. aureukselle 62 ° C: ssa. Vaikka tutkimuksessa havaittiin, että korkea massapitoisuus teki ultraäänestä vähemmän tappavan S. aureukselle, vaikka sillä ei ollut merkittävää vaikutusta E. coliin, on huomattava, että painetta ei käytetty. Sonikaatio korotetuissa paineissa tehostaa merkittävästi ultraäänikavitaatiota ja siten mikrobien inaktivointia viskoosemmissa nesteissä. Ultraäänihoidolla ei ollut merkittävää vaikutusta antioksidanttiaktiivisuuteen, joka määritettiin 2,2-difenyyli-1-pikryylihydratsyylin (DPPH) radikaalin poistoaktiivisuuden perusteella, mutta se lisäsi merkittävästi fenolipitoisuutta. Käsittely johti myös vakaampaan mehuun, joka oli tasaisempi. (vrt. Baboli ym. 2020)

Grampositiivisten ja gramnegatiivisten bakteerien ultraääni-inaktivointi

Grampositiivisten bakteerien, kuten Listeria monocytogenes tai Staphylococcus aureus, tiedetään yleensä olevan vastustuskykyisempiä kuin gramnegatiiviset bakteerit ja kestävät pastörointitekniikoita, kuten PEF, HPP ja mano-sonikaatio (MS) pidempään hoitojaksoihin paksumpien soluseinien vuoksi. Gramnegatiivisilla bakteereilla on kaksi – yksi ulkoinen ja yksi sytoplasminen – lipidisolukalvot, joissa on ohut kerros peptidoglykaania, mikä tekee niistä alttiimpia ultraääni-inaktivaatiolle. Toisaalta grampositiivisilla bakteereilla on vain yksi lipidikalvo, jolla on paksumpi peptidoglykaaniseinämä, mikä antaa niille enemmän vastustuskykyä pastörointihoitoja vastaan. Tieteellisissä tutkimuksissa verrattiin tehon ultraäänen vaikutusta gramnegatiivisiin ja grampositiivisiin bakteereihin ja havaittiin, että sillä oli voimakkaampi estävä vaikutus gramnegatiivisiin bakteereihin. (vrt. Monsen ym. 2009) Grampositiiviset bakteerit vaativat voimakkaampia ultraääniolosuhteita eli korkeampia amplitudit, korkeampia lämpötiloja, korkeampia paineita ja / tai pidempää sonikaatioaikaa. Hielscher Ultrasonics' teho-ultraäänijärjestelmät voivat tuottaa erittäin suuria amplitudit ja niitä voidaan käyttää korotetuissa lämpötiloissa ja paineistettavilla virtaussolureaktoreilla. Tämä mahdollistaa voimakkaan sonikaatio / termo-mano-sonikaatio, jotta jopa hyvin vastustuskykyiset bakteerikannat voidaan inaktivoida.

Termoderisten bakteerien ultraääni-inaktivointi

Termoduribakteerit ovat bakteereja, jotka selviävät pastörointiprosessista vaihtelevassa määrin. Termodureisia bakteerilajeja ovat Bacillus, Clostridium ja Enterococci. "Ultrasonication 80%: n amplitudilla 10 minuutin ajan kuitenkin inaktivoi B. coagulansin ja A. flavithermuksen vegetatiiviset solut rasvattomassa maidossa vastaavasti 4,53 ja 4,26 lokia. Pastöroinnin yhdistetty käsittely (63 astetta C / 30 min), jota seurasi ultrasonication, eliminoi kokonaan noin log 6 pmy/ml näistä soluista rasvattomassa maidossa." (Khanal ym. 2014)

Korkean suorituskyvyn ultraäänipastörointilaitteet

Hielscher Ultrasonics on pitkään kokenut tehon ultraäänen soveltamisesta ruokaan & juomateollisuus sekä monet muut teollisuudenalat. Ultraääniprosessorimme on varustettu helposti puhdistettavilla (clean-in-place CIP / sterilize-in-place SIP) sonotrodeilla ja virtaussoluilla (märät osat). Hielscherin ultraääni’ Teolliset ultraääniprosessorit voivat tuottaa erittäin suuria amplitudit. Jopa 200 μm: n amplitudit voidaan helposti ajaa jatkuvasti 24/7 toiminnassa. Suuret amplitudit ovat tärkeitä resistenttien mikrobien (esim. grampositiivisten bakteerien) inaktivoimiseksi. Vielä suuremmille amplitudille on saatavana räätälöityjä ultraäänisonotrodeja. Kaikkia sonotrodeja ja ultraäänivirtaussolureaktoreita voidaan käyttää korotetuissa lämpötiloissa ja paineissa, mikä mahdollistaa luotettavan lämpömano-sonikoinnin ja erittäin tehokkaan pastöroinnin.
Huipputeknologia, korkean suorituskyvyn ja hienostunut ohjelmisto tekevät Hielscher Ultrasonicsista’ luotettavat työhevoset ruoan pastörointilinjallasi. Pienellä jalanjäljellä ja monipuolisilla asennusvaihtoehdoilla Hielscher-ultraääniastiat voidaan helposti integroida tai jälkiasentaa olemassa oleviin tuotantolinjoihin.
Ota meihin yhteyttä saadaksesi lisätietoja ultraäänipastörointijärjestelmiemme ominaisuuksista ja ominaisuuksista. Keskustelemme mielellämme hakemuksestasi kanssasi!
Alla oleva taulukko antaa sinulle viitteitä ultraäänilaitteidemme likimääräisestä käsittelykapasiteetista: