Nestemäisten elintarvikkeiden ultraääni pastörointi

Ultraääni pastörointi on ei-terminen sterilointiprosessi, joka inaktivoi mikrobeja, kuten E.coli, Pseudomonas fluorescens, Listeria monocytogenes, Staphylococcus aureus, Bacillus coagulans, Anoxybacillus flavithermus monien muiden joukossa mikrobien pilaantumisen estämiseksi ja elintarvikkeiden ja juomien pitkäaikaisen vakauden saavuttamiseksi.

Elintarvikkeiden pastöroimaton pastörointi & Juomat sonikaatiolla

Ultraääni pastörointi on ei-terminen vaihtoehtoinen tekniikka, jota käytetään tuhoamaan tai deaktivoimaan organismeja ja entsyymejä, jotka edistävät elintarvikkeiden pilaantumista. Ultrasonicationia voidaan käyttää pastöroimaan purkitetut elintarvikkeet, maito, maitotuotteet, munat, mehut, juomat, joiden alkoholipitoisuus on alhainen, ja muut nestemäiset elintarvikkeet. Pelkästään ultraääni ja ultraääni yhdistettynä kohonneisiin lämpö- ja paineolosuhteisiin (tunnetaan nimellä lämpömano-sonikaatio) voivat tehokkaasti pastöroida mehuja, maitoa, maitotuotteita, nestemäisiä munia ja muita elintarvikkeita. Hienostunut ultraääni pastörointi hoito erinomainen perinteinen pastörointi tekniikoita, koska ultraääni ei vaikuta haitallisesti ravinnepitoisuus ja fyysiset ominaisuudet käsiteltyjen elintarvikkeiden. Ultraäänen tai lämpömano-sonikoinnin käyttö nestemäisten elintarvikkeiden pastöroimiseksi voi tarjota ravintoainepitoisen tuotteen, joka on laadukkaampi kuin perinteinen korkean lämpötilan lyhyen ajan (HTST) pastörointimenetelmä.
Tutkimukset, kuten Beslar et al. (2015), havaitsivat, että ultraäänihoito voi tarjota merkittäviä etuja mehujen käsittelyyn, mukaan lukien parannetut laatutekijät, kuten saanto, uutto, pilvisyys, reologiset ominaisuudet ja väri sekä säilyvyysaika.

Escherichia coli (a) ja Staphylococcus aureus (b) -bakteerin eloonjäämiskäyrät omenamehussa ultraäänikäsittelyn (UT) jälkeen eri lämpötiloissa ja lämpökäsittelyn (HT) jälkeen samoissa lämpötiloissa.
kuva ja tutkimus: Baboli ym.

Miten ultraääni pastörointi toimii?

Mikrobien ultraääni-inaktivointi ja hävittäminen on ei-lämpötekniikka, mikä tarkoittaa, että sen päätyöperiaate ei perustu kuumuuteen. Ultraääni pastörointi johtuu pääasiassa akustisen kavitoinnin vaikutuksista. Akustisen / ultraäänikavitaatioilmiö tunnetaan paikallisesti korkeista lämpötiloistaan, paineistaan ja vastaavista eroista, joita esiintyy minuutin kavitaatiokuplissa ja niiden ympärillä. Lisäksi akustinen kavitaatio tuottaa erittäin voimakkaita leikkausvoimia, nestemäisiä suihkuja ja turbulenssia. Nämä tuhoavat voimat aiheuttavat laajoja vaurioita mikrobisoluille, kuten solujen rei'itystä ja häiriöitä. Solujen rei'itys ja häiriöt ovat ainutlaatuisia vaikutuksia, joita löytyy ultraäänellä hoidetuista soluista, jotka johtuvat pääasiassa kavitaatiosta syntyvät nestemäiset suihkut.

Ultraääni pastörointi perustuu akustiseen kavitaatioon ja sen hydrodynaamisiin leikkausvoimiin

Miksi sonication excels perinteinen pastörointi

Elintarvike- ja juomateollisuus soveltaa perinteistä pastörointia laajalti inaktivoidakseen tai tappaakseen mikrobeja, kuten bakteereja, hiivaa ja sieniä mikrobien pilaantumisen estämiseksi ja antaakseen tuotteilleen pidemmän säilyvyyden ja vakauden. Tavanomainen pastörointi toimii lyhyellä käsittelyllä kohonneissa lämpötiloissa, jotka ovat yleensä alle 100 °C. Tarkka lämpötila ja kesto mukautetaan yleensä tiettyyn elintarvikkeeseen ja mikrobeihin, jotka on inaktivoitava. Pastörointiprosessin tehokkuus määräytyy mikrobien inaktivointiasteen mukaan, joka mitataan log-vähennyksenä. Tukin pienentäminen mittaa inaktivoitujen mikrobien prosenttiosuutta tietyssä lämpötilassa tiettynä aikana. Lämpötilakäsittelyn olosuhteisiin ja mikrobien inaktivointiin vaikuttavat mikrobityypit sekä elintarvikkeen koostumus. Perinteisellä lämpöpohjaisella pastöroimisella on useita haittoja, jotka vaihtelevat riittämättömästä mikrobi-inaktivoinnista, kielteisistä vaikutuksista elintarvikkeeseen sekä epätasaisesta lämmityksestä käsitellyn tuotteen läpi. Riittämätön kuumennus lyhyeen pastöroinnin kestoon tai liian alhaiseen lämpötilaan johtaa alhaiseen log-vähennysvauhtiin ja sitä seuraavaan mikrobien pilaantumiseen. Liika lämpökäsittely voi aiheuttaa tuotteen huononemista, kuten palaneita makuja, ja vähemmän ravinnetiheyttä tuhoutuvien lämpötilaherkkien ravinteiden vuoksi.

Perinteisen pastöroinnin haitat

• voi tuhota tai vahingoittaa tärkeitä ravinteita
• voi aiheuttaa maun
• korkeat energiantarpeen vaatimukset
• tehoton kuumuutta kestäviä taudinaiheuttajia vastaan
• ei sovelleta kaikkiin elintarvikkeisiin

Meijerin ultraääni pastörointi

Sonikaatiota, thermo-sonicationia ja thermo-mano-sonication habvea on tutkittu laajalti maito- ja maitotuotteiden pastörointia varten. Esimerkiksi ultraäänen havaittiin poistavan pilaantumisen ja mahdolliset taudinaiheuttajat nollaan tai Etelä-Afrikan ja Ison-Britannian maitolainsäädännössä hyväksyttäville tasoille, vaikka ennen hoitoa oli alun perin 5× suurempi aste kuin sallittiin. E. coli - bakteerin elinkelpoiset solumäärät vähenivät 100% 10, 0 minuutin ultraäänen jälkeen. Lisäksi osoitettiin, että Pseudomonas-fluoreseenien toteuttamiskelpoiset määrät vähenivät 100% 6,0 minuutin kuluttua ja Listeria monocytogenes pieneni 99% 10,0 minuutin kuluttua (Cameron ym. 2009)
Tutkimukset osoittivat myös, että thermo-sonication voi inaktivoida Listeria innocuaa ja mesofiilisia bakteereja raa'assa täysmaidossa. Ultraäänen osoitettiin olevan elinkelpoinen tekniikka maidon pastörointiin ja homogenisointiin, ja sen käsittelyajat olivat lyhyemmät ilman merkittäviä muutoksia pH: ssa ja maitohappopitoisuudessa sekä parempi ulkonäkö ja johdonmukaisuus verrattuna tavanomaiseen lämpökäsittelyyn. Nämä tosiseikat ovat edullisia monissa maidonjalostuksen näkökohdissa. (Bermúdez-Aguirre ym. 2009)

Mehujen ja hedelmäsoseiden ultraääni pastörointi

Ultraääni pastörointia sovellettiin tehokkaana ja nopeana vaihtoehtoisena pastörointitekniikkana Escherichia coli- ja Staphylococcus aureus -bakteerien inaktivoimiseksi omenamehussa. Kun massatonta omenamehua jalostettiin ultraäänellä, E. coli -bakteerin 5-hirsivähennysaika oli 35 s 60degC: ssä ja 30 s S. aureuksen 62degC: ssä. Vaikka tutkimuksessa havaittiin, että korkea massapitoisuus teki ultraäänesta vähemmän tappavan S. aureukselle, vaikka sillä ei ollut merkittävää vaikutusta E. coli -bakteeriin, on huomattava, että painetta ei käytetty. Sonikaatio kohonneissa paineissa voimistaa merkittävästi ultraäänikavitaatiota ja siten mikrobien inaktivointia viskoosisimmissa nesteissä. Ultraäänihoidolla ei ollut merkittävää vaikutusta antioksidanttiaktiivisuuteen, joka määritettiin 2,2-difenyyli-1-pikrylhydratsyylin (DPPH) radikaalilla keräysaktiivisuudella, mutta se lisäsi merkittävästi fenolista kokonaispitoisuutta. Hoito johti myös vakaampaan mehuun, jonka yhtenäisyys oli suurempi. (vrt. Baboli ym. 2020)

Grampositiivisten ja gramnegatiivisten bakteerien ultraääni-inaktivointi

Grampositiivisten bakteerien, kuten Listeria monocytogenesin tai Staphylococcus aureuksen, tiedetään yleisesti olevan vastustuskykyisempiä kuin gramnegatiiviset bakteerit ja kestävän pastörointitekniikoita, kuten PEF, HPP ja mano-sonication (MS) pidempään hoitojaksojen ajan paksujen soluseinien vuoksi. Gramnegatiivisilla bakteereilla on kaksi – yksi ulkoinen ja yksi sytoplasminen – lipidisolukalvot, joiden joukossa on ohut kerros peptidoglykaania, mikä tekee niistä alttiimpia ultraääni-inaktivoinnille. Toisaalta grampositiivisilla bakteereilla on vain yksi lipidikalvo, jossa on paksumpi peptidoglykaaniseinä, mikä antaa heille enemmän vastustuskykyä pastörointihoitoja vastaan. Tieteellisissä tutkimuksissa verrattiin tehon ultraäänen vaikutusta gramnegatiivisiin ja grampositiivisiin bakteereihin ja todettiin, että sillä oli voimakkaampi estävä vaikutus gramnegatiivisiin bakteereihin. (vrt. Monsen et al. 2009) Grampositiiviset bakteerit vaativat voimakkaampia ultraääniolosuhteita eli korkeampia amplitudia, korkeampia lämpötiloja, korkeampia paineita ja/tai pidempiä sonikaatioaikaa. Hielscher Ultrasonicsin teho-ultraäänijärjestelmät voivat tuottaa erittäin korkeita amplitudia, ja sitä voidaan käyttää korkeissa lämpötiloissa ja paineistettavilla virtauskennoreaktoreissa. Tämä mahdollistaa voimakkaan sonikoinnin / thermo-mano-sonicationin, jotta jopa erittäin vastustuskykyiset bakteerikannat voidaan inaktivoida.

Thermoduric-bakteerien ultraääni-inaktivointi

Thermoduric-bakteerit ovat bakteereja, jotka voivat selviytyä vaihtelevassa määrin pastörointiprosessista. Thermoduric bakteerilajeja ovat Bacillus, Clostridium ja Enterococci. "Ultrasonication 80% amplitudilla 10 min, inaktivoi kuitenkin B. koagulansin ja A. flavithermusin kasvusolut rasvattomassa maidossa 4,53 ja 4,26 tukkia. Pastöroinnin yhteiskäsittely (63 astetta C/30 min) ja sen jälkeen ultrasonication poistivat kokonaan noin log 6 cfu/ml näistä soluista rasvattomana maitona." (Khanal ym. 2014)

Korkean suorituskyvyn ultraääni pastörointilaitteet

Hielscher Ultrasonics on pitkään kokenut tehon ultraääniruoassa & juomateollisuus ja monet muut teollisuudenalat. Ultraääniprosessorimme on varustettu helposti puhdistettavalla (clean-in-place CIP / sterilointi-in-place SIP) -sonottrodeilla ja virtaussoluilla (märkäosat). Hielscher Ultrasonics’ teolliset ultraääniprosessorit voivat tuottaa erittäin korkeita amplitudit. Jopa 200 μm:n amplitudit voidaan helposti käyttää jatkuvasti 24/7-toiminnassa. Korkeat amplitudit ovat tärkeitä vastustuskykyisempien mikrobien (esim. grampositiivisten bakteerien) inaktivoimiseksi. Vielä korkeampia amplitudit, räätälöity ultraääni ultraääni sonotrodit ovat saatavilla. Kaikkia sonotrodeja ja ultraäänivirtauskennoreaktoreita voidaan käyttää kohonneissa lämpötiloissa ja paineissa, mikä mahdollistaa luotettavan lämpömano-sonikoinnin ja erittäin tehokkaan pastöroinnin.
Huipputeknologia, suorituskykyinen ja hienostunut ohjelmisto tekevät Hielscher Ultrasonics’ luotettavat työhevoset ruoka pastörointi linjassa. Pienellä jalanjäljellä ja monipuolisilla asennusvaihtoehdoilla Hielscher-ultraäänilaitteistot voidaan helposti integroida tai jälkiasentaa olemassa oleviin tuotantolinjoihin.
Ota meihin yhteyttä tietääksesi lisää ultraääni pastörointijärjestelmiemme ominaisuuksista ja ominaisuuksista. Keskustelemme mielellämme hakemuksestasi kanssasi!
Seuraavassa taulukossa on merkintä ultrasonicatorien likimääräisestä käsittelykapasiteetista: