પ્રવાહી ખાદ્યપદાર્થોનું અલ્ટ્રાસોનિક પાશ્ચરીકરણ

અલ્ટ્રાસોનિક પાશ્ચરીકરણ એ બિનતાપીય નિર્જંતુકરણ પ્રક્રિયા છે, જે ખાદ્યપદાર્થો અને પીણાંનો સૂક્ષ્મજીવોને કારણે થતો બગાડ અટકાવવા અને તેમની લાંબા ગાળાની સ્થિરતા પ્રાપ્ત કરવા માટે E.coli, Pseudomonas fluorescens, Listeria monocytogenes, Staphylococcus aureus, Bacillus coagulans, Anoxybacillus flavithermus સહિત અન્ય અનેક સૂક્ષ્મજીવોને નિષ્ક્રિય કરે છે.

સોનિકેશન દ્વારા ખાદ્યપદાર્થો અને પીણાંનું બિનતાપીય પાશ્ચરીકરણ

અલ્ટ્રાસોનિક પાશ્ચરીકરણ એ એક બિનતાપીય વૈકલ્પિક તકનીક છે, જેનો ઉપયોગ ખાદ્યપદાર્થોના બગાડમાં ફાળો આપતા સજીવો અને ઉત્સેચકોનો નાશ કરવા અથવા તેમને નિષ્ક્રિય કરવા માટે થાય છે. અલ્ટ્રાસોનિકેશનનો ઉપયોગ ડબ્બાબંધ ખાદ્યપદાર્થો, દૂધ, ડેરી ઉત્પાદનો, ઈંડાં, રસ, ઓછી આલ્કોહોલ સામગ્રી ધરાવતાં પીણાં અને અન્ય પ્રવાહી ખાદ્યપદાર્થોના પાશ્ચરીકરણ માટે થઈ શકે છે. એકલું અલ્ટ્રાસોનિકેશન તેમજ વધારેલી ગરમી અને દબાણની પરિસ્થિતિઓ સાથે સંયોજિત અલ્ટ્રાસાઉન્ડ (જે થર્મો-માનો-સોનિકેશન તરીકે ઓળખાય છે) રસ, દૂધ, ડેરી ઉત્પાદનો, પ્રવાહી ઈંડાં અને અન્ય ખાદ્ય ઉત્પાદનોનું કાર્યક્ષમ રીતે પાશ્ચરીકરણ કરી શકે છે. એક સુવિકસિત અલ્ટ્રાસોનિક પાશ્ચરીકરણ ઉપચાર પરંપરાગત પાશ્ચરીકરણ તકનીકો કરતાં ચડિયાતો છે, કારણ કે અલ્ટ્રાસાઉન્ડ ઉપચારિત ખાદ્ય ઉત્પાદનોની પોષક તત્ત્વોની સામગ્રી અને ભૌતિક લાક્ષણિકતાઓ પર પ્રતિકૂળ અસર કરતું નથી. પ્રવાહી ખાદ્ય ઉત્પાદનોના પાશ્ચરીકરણ માટે અલ્ટ્રાસાઉન્ડ અથવા થર્મો-માનો-સોનિકેશનનો ઉપયોગ પરંપરાગત ઉચ્ચ તાપમાન અને ટૂંકા સમયની (HTST) પાશ્ચરીકરણ પદ્ધતિ કરતાં વધુ ઊંચી ગુણવત્તાવાળું, પોષક તત્ત્વોથી સમૃદ્ધ ઉત્પાદન આપી શકે છે.
Beslar et al. (2015) જેવા સંશોધન અભ્યાસોમાં જાણવા મળ્યું છે કે અલ્ટ્રાસોનિક ઉપચાર રસની પ્રક્રિયા માટે નોંધપાત્ર લાભો આપી શકે છે, જેમાં ઉપજ, નિષ્કર્ષણ, ધૂંધળાપો, પ્રવાહવૈજ્ઞાનિક ગુણધર્મો અને રંગ જેવા ગુણવત્તાના પરિબળોમાં તેમજ સંગ્રહ આયુષ્યમાં સુધારાનો સમાવેશ થાય છે.

સફરજનના રસમાં વિવિધ તાપમાને અલ્ટ્રાસાઉન્ડ ઉપચાર (UT) પછી અને તે જ તાપમાને ઉષ્મીય ઉપચાર (HT) પછી Escherichia coli (a) અને Staphylococcus aureus (b)ના જીવિત રહેવાના વક્રો.
ચિત્ર અને અભ્યાસ: Baboli et al. 2015

અલ્ટ્રાસોનિક પાશ્ચરીકરણ કેવી રીતે કાર્ય કરે છે?

અલ્ટ્રાસોનિક રીતે સૂક્ષ્મજીવોને નિષ્ક્રિય કરવા અને તેમનો નાશ કરવાની પ્રક્રિયા એક બિનતાપીય તકનીક છે, એટલે કે તેનો મુખ્ય કાર્યસિદ્ધાંત ગરમી પર આધારિત નથી. અલ્ટ્રાસોનિક પાશ્ચરીકરણ મુખ્યત્વે ધ્વનિક કેવિટેશનની અસરોને કારણે થાય છે. ધ્વનિક / અલ્ટ્રાસોનિક કેવિટેશનની ઘટના સ્થાનિક રીતે ઊંચાં તાપમાન, દબાણ અને તેમનાં સંબંધિત તફાવતો માટે જાણીતી છે, જે સૂક્ષ્મ કેવિટેશન પરપોટાઓની અંદર અને આસપાસ સર્જાય છે. વધુમાં, ધ્વનિક કેવિટેશન અત્યંત તીવ્ર કાતર બળો, પ્રવાહીના જેટ અને પ્રક્ષુબ્ધ પ્રવાહો ઉત્પન્ન કરે છે. આ વિનાશક બળો સૂક્ષ્મજીવોના કોષોને વ્યાપક નુકસાન પહોંચાડે છે, જેમ કે કોષોમાં છિદ્રો પડવા અને કોષોનું વિઘટન થવું. કોષોમાં છિદ્રો પડવા અને કોષોનું વિઘટન થવું એ અલ્ટ્રાસોનિક ઉપચારિત કોષોમાં જોવા મળતી અનન્ય અસરો છે, જે મુખ્યત્વે કેવિટેશનથી ઉત્પન્ન થતા પ્રવાહીના જેટને કારણે થાય છે.

અલ્ટ્રાસોનિક પાશ્ચરીકરણ ધ્વનિક કેવિટેશન અને તેનાં પ્રવાહગતિજન્ય કાતર બળો પર આધારિત છે

સોનિકેશન પરંપરાગત પાશ્ચરીકરણ કરતાં શા માટે ચડિયાતું છે

ખાદ્ય અને પીણા ઉદ્યોગ સૂક્ષ્મજીવોને કારણે થતો બગાડ અટકાવવા અને પોતાના ઉત્પાદનોને વધુ લાંબો સંગ્રહકાળ અને સ્થિરતા આપવા માટે બેક્ટેરિયા, યીસ્ટ અને ફૂગ જેવા સૂક્ષ્મજીવોને નિષ્ક્રિય કરવા અથવા મારવા પરંપરાગત પાશ્ચરીકરણનો વ્યાપક ઉપયોગ કરે છે. પરંપરાગત પાશ્ચરીકરણ સામાન્ય રીતે 100°C (212°F) કરતાં ઓછા ઊંચા તાપમાને ટૂંકા સમયની પ્રક્રિયા દ્વારા કાર્ય કરે છે. ચોક્કસ તાપમાન અને સમયગાળો સામાન્ય રીતે વિશિષ્ટ ખાદ્ય ઉત્પાદન અને નિષ્ક્રિય કરવાના સૂક્ષ્મજીવો અનુસાર ગોઠવવામાં આવે છે. પાશ્ચરીકરણ પ્રક્રિયાની અસરકારકતા સૂક્ષ્મજીવોના નિષ્ક્રિયકરણના દર દ્વારા નક્કી થાય છે, જેને લૉગ ઘટાડા તરીકે માપવામાં આવે છે. લૉગ ઘટાડો ચોક્કસ તાપમાને ચોક્કસ સમયગાળા દરમિયાન નિષ્ક્રિય થયેલા સૂક્ષ્મજીવોની ટકાવારી માપે છે. તાપમાન દ્વારા થતી પ્રક્રિયાની પરિસ્થિતિઓ અને સૂક્ષ્મજીવોના નિષ્ક્રિયકરણનો દર સૂક્ષ્મજીવોના પ્રકાર તેમજ ખાદ્ય ઉત્પાદનની સંરચનાથી પ્રભાવિત થાય છે. પરંપરાગત ઉષ્મા-આધારિત પાશ્ચરીકરણના અનેક ગેરફાયદા છે, જેમાં સૂક્ષ્મજીવોનું અપૂરતું નિષ્ક્રિયકરણ, ખાદ્ય ઉત્પાદન પર નકારાત્મક અસરો તેમજ પ્રક્રિયા કરાતા સમગ્ર ઉત્પાદનમાં અસમાન ગરમીનો સમાવેશ થાય છે. પાશ્ચરીકરણનો સમયગાળો ખૂબ ટૂંકો હોવાથી અથવા તાપમાન ખૂબ ઓછું હોવાથી મળતી અપૂરતી ગરમીને કારણે લૉગ ઘટાડાનો દર ઓછો રહે છે અને ત્યારબાદ સૂક્ષ્મજીવોને કારણે બગાડ થાય છે. અતિશય ઉષ્મા પ્રક્રિયાને કારણે ઉત્પાદનમાં બળેલા જેવા અણગમતા સ્વાદ ઉત્પન્ન થવા અને તાપમાન પ્રત્યે સંવેદનશીલ પોષક તત્ત્વો નષ્ટ થવાથી પોષક તત્ત્વોની ઘનતા ઘટવા જેવા ગુણવત્તાના બગાડ થઈ શકે છે.

પરંપરાગત પાશ્ચરીકરણના ગેરફાયદા

• મહત્ત્વપૂર્ણ પોષક તત્ત્વોનો નાશ કરી શકે છે અથવા તેમને નુકસાન પહોંચાડી શકે છે
• અણગમતા સ્વાદ ઉત્પન્ન કરી શકે છે
• ઊર્જાની ઊંચી જરૂરિયાતો
• ઉષ્મા-પ્રતિરોધક રોગજનકોને મારવામાં બિનઅસરકારક છે
• દરેક ખાદ્ય ઉત્પાદન માટે લાગુ પડતું નથી

ડેરી ઉત્પાદનોનું અલ્ટ્રાસોનિક પાશ્ચરીકરણ

દૂધ અને ડેરી ઉત્પાદનોના પાશ્ચરીકરણ માટે સોનિકેશન, થર્મો-સોનિકેશન અને થર્મો-મેનો-સોનિકેશન પર વ્યાપક સંશોધન કરવામાં આવ્યું છે. ઉદાહરણ તરીકે, પ્રક્રિયા પહેલાં પ્રારંભિક સંવર્ધન બીજના પ્રમાણ મંજૂર મર્યાદા કરતાં 5× વધુ હોવા છતાં, અલ્ટ્રાસાઉન્ડ બગાડ પેદા કરતા સૂક્ષ્મજીવો અને સંભવિત રોગજનકોને સંપૂર્ણપણે દૂર કરીને શૂન્ય સુધી અથવા દક્ષિણ આફ્રિકા અને બ્રિટનના દૂધ સંબંધિત કાયદાઓ હેઠળ સ્વીકાર્ય સ્તર સુધી ઘટાડતું હોવાનું જણાયું હતું. અલ્ટ્રાસોનિકેશનના 10.0 min પછી E. coli ના જીવંત કોષોની સંખ્યામાં 100% ઘટાડો થયો હતો. વધુમાં, Pseudomonas fluorescens ની જીવંત સંખ્યામાં 6.0 min પછી 100% ઘટાડો થયો હતો અને Listeria monocytogenes માં 10.0 min પછી 99% ઘટાડો થયો હતો તેવું દર્શાવવામાં આવ્યું હતું. (Cameron et al. 2009)
સંશોધને એ પણ દર્શાવ્યું છે કે થર્મો-સોનિકેશન કાચા પૂર્ણચરબીયુક્ત દૂધમાં Listeria innocua અને મધ્યમ તાપમાને વૃદ્ધિ પામતા બેક્ટેરિયાને નિષ્ક્રિય કરી શકે છે. અલ્ટ્રાસાઉન્ડ દૂધના પાશ્ચરીકરણ અને સમાનાંગીકરણ માટે વ્યવહારુ તકનીક હોવાનું દર્શાવવામાં આવ્યું હતું, જેમાં પરંપરાગત ઉષ્મા પ્રક્રિયાની સરખામણીમાં pH અને લેક્ટિક એસિડની માત્રામાં મહત્ત્વપૂર્ણ ફેરફારો વિના પ્રક્રિયાનો સમય ટૂંકો રહ્યો હતો અને દેખાવ તથા ઘટ્ટપણું વધુ સારાં હતાં. આ તથ્યો ડેરી પ્રક્રિયાના અનેક પાસાંમાં ફાયદાકારક છે. (Bermúdez-Aguirre et al. 2009)

રસ અને ફળોની પ્યુરીનું અલ્ટ્રાસોનિક પાશ્ચરીકરણ

સફરજનના રસમાં Escherichia coli અને Staphylococcus aureus ને નિષ્ક્રિય કરવા માટે કાર્યક્ષમ અને ઝડપી વૈકલ્પિક પાશ્ચરીકરણ તકનીક તરીકે અલ્ટ્રાસોનિક પાશ્ચરીકરણનો ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો હતો. જ્યારે માવા વિનાના સફરજનના રસ પર અલ્ટ્રાસોનિક પ્રક્રિયા કરવામાં આવી, ત્યારે 5-લૉગ ઘટાડા માટેનો સમય E. coli માટે 60degC પર 35 s અને S. aureus માટે 62degC પર 30 s હતો. અભ્યાસમાં માવાની ઊંચી માત્રાને કારણે S. aureus માટે અલ્ટ્રાસાઉન્ડની ઘાતકતા ઘટતી હોવાનું જણાયું હતું, જ્યારે E. coli પર તેની કોઈ નોંધપાત્ર અસર થઈ નહોતી; તેમ છતાં, કોઈ દબાણ લાગુ કરવામાં આવ્યું નહોતું તેની નોંધ લેવી જોઈએ. ઊંચા દબાણ હેઠળ સોનિકેશન અલ્ટ્રાસોનિક કેવિટેશનને નોંધપાત્ર રીતે તીવ્ર બનાવે છે અને તેના દ્વારા વધુ શ્યાન પ્રવાહીઓમાં સૂક્ષ્મજીવોના નિષ્ક્રિયકરણને પણ નોંધપાત્ર રીતે વધારે છે. 2,2-diphenyl-1-picrylhydrazyl (DPPH) મુક્તમૂલક નિષ્ક્રિયકરણ પ્રવૃત્તિ દ્વારા નિર્ધારિત એન્ટીઑક્સિડન્ટ પ્રવૃત્તિ પર અલ્ટ્રાસાઉન્ડ પ્રક્રિયાની કોઈ નોંધપાત્ર અસર થઈ નહોતી, પરંતુ તેણે કુલ ફિનોલિક માત્રામાં નોંધપાત્ર વધારો કર્યો હતો. આ પ્રક્રિયાને કારણે વધુ એકરૂપતા ધરાવતો વધુ સ્થિર રસ પણ પ્રાપ્ત થયો હતો. (cf. Baboli et al. 2020)

ગ્રામ-પોઝિટિવ અને ગ્રામ-નેગેટિવ બેક્ટેરિયાનું અલ્ટ્રાસોનિક નિષ્ક્રિયકરણ

Listeria monocytogenes અથવા Staphylococcus aureus જેવા ગ્રામ-પોઝિટિવ બેક્ટેરિયા સામાન્ય રીતે ગ્રામ-નેગેટિવ બેક્ટેરિયા કરતાં વધુ પ્રતિરોધક હોવાનું જાણીતું છે અને તેમની વધુ જાડી કોષભિત્તિઓને કારણે તેઓ PEF, HPP અને માનો-સોનિકેશન (MS) જેવી પાશ્ચરીકરણ તકનીકો સામે વધુ લાંબા ઉપચાર સમય સુધી ટકી શકે છે. ગ્રામ-નેગેટિવ બેક્ટેરિયામાં બે લિપિડ કોષપટલો હોય છે – એક બાહ્ય અને એક કોષરસીય – અને તેમની વચ્ચે પેપ્ટિડોગ્લાયકેનનું પાતળું સ્તર હોય છે, જે તેમને અલ્ટ્રાસોનિક નિષ્ક્રિયકરણ પ્રત્યે વધુ સંવેદનશીલ બનાવે છે. બીજી તરફ, ગ્રામ-પોઝિટિવ બેક્ટેરિયામાં વધુ જાડી પેપ્ટિડોગ્લાયકેન ભિત્તિ સાથે માત્ર એક જ લિપિડ પટલ હોય છે, જે તેમને પાશ્ચરીકરણ ઉપચારો સામે વધુ પ્રતિરોધકતા આપે છે. વૈજ્ઞાનિક તપાસોમાં ગ્રામ-નેગેટિવ અને ગ્રામ-પોઝિટિવ બેક્ટેરિયા પર પાવર અલ્ટ્રાસાઉન્ડની અસરની સરખામણી કરવામાં આવી હતી અને ગ્રામ-નેગેટિવ બેક્ટેરિયા પર તેની વધુ પ્રબળ અવરોધક અસર હોવાનું જાણવા મળ્યું હતું. (જુઓ Monsen et al. 2009) ગ્રામ-પોઝિટિવ બેક્ટેરિયાને વધુ તીવ્ર અલ્ટ્રાસાઉન્ડ પરિસ્થિતિઓની જરૂર પડે છે, એટલે કે વધુ ઊંચા કંપવિસ્તાર, વધુ ઊંચા તાપમાન, વધુ ઊંચા દબાણ અને/અથવા વધુ લાંબા સોનિકેશન સમયની જરૂર પડે છે. Hielscher Ultrasonicsની પાવર-અલ્ટ્રાસાઉન્ડ પ્રણાલીઓ ખૂબ ઊંચા કંપવિસ્તાર આપી શકે છે અને તેમને ઊંચા તાપમાને તથા દબાણયુક્ત કરી શકાય તેવા ફ્લો-સેલ રિએક્ટરો સાથે ચલાવી શકાય છે. આથી ખૂબ પ્રતિરોધક બેક્ટેરિયાના પ્રભેદોને પણ નિષ્ક્રિય કરવા માટે તીવ્ર સોનિકેશન / થર્મો-માનો-સોનિકેશન શક્ય બને છે.

ઉષ્માસહિષ્ણુ બેક્ટેરિયાનું અલ્ટ્રાસોનિક નિષ્ક્રિયકરણ

ઉષ્માસહિષ્ણુ બેક્ટેરિયા એવા બેક્ટેરિયા છે જે પાશ્ચરીકરણ પ્રક્રિયામાં જુદા જુદા અંશે ટકી શકે છે. બેક્ટેરિયાના ઉષ્માસહિષ્ણુ પ્રકારોમાં Bacillus, Clostridium અને Enterococciનો સમાવેશ થાય છે. “જોકે, 80% કંપવિસ્તાર પર 10 min સુધી અલ્ટ્રાસોનિકેશન કરવાથી મલાઈરહિત દૂધમાં B. coagulans અને A. flavithermusના વાનસ્પતિક કોષોમાં અનુક્રમે 4.53 અને 4.26 લોગનો ઘટાડો થયો હતો. પાશ્ચરીકરણ (63 degrees C/30 min) પછી અલ્ટ્રાસોનિકેશનના સંયુક્ત ઉપચારથી મલાઈરહિત દૂધમાં આ કોષોના આશરે log 6 cfu/mL સંપૂર્ણપણે દૂર થયા હતા.” (Khanal et al. 2014)

ઉચ્ચ કાર્યક્ષમતા ધરાવતા અલ્ટ્રાસોનિક પાશ્ચરીકરણ સાધનો

Hielscher Ultrasonics ખાદ્ય અને પીણાં ઉદ્યોગ તેમજ અન્ય અનેક ઔદ્યોગિક ક્ષેત્રોમાં પાવર અલ્ટ્રાસાઉન્ડના ઉપયોગનો લાંબો અનુભવ ધરાવે છે. અમારા અલ્ટ્રાસોનિક પ્રોસેસરો સરળતાથી સાફ કરી શકાય તેવા (સ્થાને જ સફાઈ CIP / સ્થાને જ નિર્જીવીકરણ SIP) સોનોટ્રોડ અને ફ્લો-સેલ (પ્રવાહીના સંપર્કમાં આવતા ભાગો)થી સજ્જ છે. Hielscher Ultrasonicsના ઔદ્યોગિક અલ્ટ્રાસોનિક પ્રોસેસરો ખૂબ ઊંચા કંપવિસ્તાર આપી શકે છે. 200µm સુધીના કંપવિસ્તાર પર 24/7 કામગીરીમાં સરળતાથી સતત ચલાવી શકાય છે. વધુ પ્રતિરોધક સૂક્ષ્મજીવોને (દા.ત., ગ્રામ-પોઝિટિવ બેક્ટેરિયા) નિષ્ક્રિય કરવા માટે ઊંચા કંપવિસ્તાર મહત્વપૂર્ણ છે. તેનાથી પણ વધુ ઊંચા કંપવિસ્તાર માટે જરૂરિયાત મુજબ બનાવેલા અલ્ટ્રાસોનિક સોનોટ્રોડ ઉપલબ્ધ છે. તમામ સોનોટ્રોડ અને અલ્ટ્રાસોનિક ફ્લો-સેલ રિએક્ટરોને ઊંચા તાપમાન અને દબાણ હેઠળ ચલાવી શકાય છે, જેનાથી વિશ્વસનીય થર્મો-માનો-સોનિકેશન અને અત્યંત અસરકારક પાશ્ચરીકરણ શક્ય બને છે.
અત્યાધુનિક તકનીક, ઉચ્ચ કાર્યક્ષમતા અને સુવિકસિત સોફ્ટવેર Hielscher Ultrasonicsના ઉપકરણોને તમારી ખાદ્ય પાશ્ચરીકરણ લાઇનમાં વિશ્વસનીય રીતે સતત કામ કરતા સાધનો બનાવે છે. ઓછી જગ્યા રોકતા હોવાથી અને સ્થાપનના વિવિધ વિકલ્પો ધરાવતા હોવાથી, Hielscher અલ્ટ્રાસોનિકેટરોને હાલની ઉત્પાદન લાઇનોમાં સરળતાથી સંકલિત કરી શકાય છે અથવા પાછળથી ઉમેરી શકાય છે.
અમારી અલ્ટ્રાસોનિક પાશ્ચરીકરણ પ્રણાલીઓની વિશેષતાઓ અને ક્ષમતા વિશે વધુ જાણવા માટે કૃપા કરીને હમણાં જ અમારો સંપર્ક કરો. તમારી ઉપયોગની જરૂરિયાત અંગે તમારી સાથે ચર્ચા કરવામાં અમને આનંદ થશે!
નીચેનું કોષ્ટક તમને અમારા અલ્ટ્રાસોનિકેટરોની અંદાજિત પ્રક્રિયા ક્ષમતાનો ખ્યાલ આપે છે: