तरल खाद्य पदार्थों का अल्ट्रासोनिक पाश्चुरीकरण
अल्ट्रासोनिक पाश्चुरीकरण एक गैर-तापीय निर्जीवीकरण प्रक्रिया है, जिसका उपयोग E.coli, Pseudomonas fluorescens, Listeria monocytogenes, Staphylococcus aureus, Bacillus coagulans, Anoxybacillus flavithermus सहित अनेक सूक्ष्मजीवों को निष्क्रिय करने के लिए किया जाता है, ताकि सूक्ष्मजीवों के कारण खाद्य पदार्थों और पेय पदार्थों को खराब होने से रोका जा सके और उनकी दीर्घकालिक स्थिरता प्राप्त की जा सके।
सोनिकेशन द्वारा खाद्य पदार्थों और पेय पदार्थों का गैर-तापीय पाश्चुरीकरण
अल्ट्रासोनिक पाश्चुरीकरण एक गैर-तापीय वैकल्पिक तकनीक है, जिसका उपयोग खाद्य पदार्थों को खराब करने वाले जीवों और एंजाइमों को नष्ट या निष्क्रिय करने के लिए किया जाता है। अल्ट्रासोनिकेशन का उपयोग डिब्बाबंद खाद्य पदार्थों, दूध, डेयरी उत्पादों, अंडों, रसों, कम अल्कोहल वाले पेय पदार्थों और अन्य तरल खाद्य पदार्थों के पाश्चुरीकरण के लिए किया जा सकता है। केवल अल्ट्रासोनिकेशन के साथ-साथ उच्च ताप और दबाव की स्थितियों के साथ संयुक्त अल्ट्रासाउंड (जिसे थर्मो-मैनो-सोनिकेशन कहा जाता है) भी रसों, दूध, डेयरी उत्पादों, तरल अंडों और अन्य खाद्य उत्पादों का कुशलतापूर्वक पाश्चुरीकरण कर सकता है। एक परिष्कृत अल्ट्रासोनिक पाश्चुरीकरण उपचार पारंपरिक पाश्चुरीकरण तकनीकों से बेहतर है, क्योंकि अल्ट्रासाउंड उपचारित खाद्य उत्पादों की पोषक तत्व सामग्री और भौतिक विशेषताओं पर प्रतिकूल प्रभाव नहीं डालता। तरल खाद्य उत्पादों के पाश्चुरीकरण के लिए अल्ट्रासाउंड या थर्मो-मैनो-सोनिकेशन का उपयोग करने से पारंपरिक उच्च-तापमान अल्प-समय (HTST) पाश्चुरीकरण विधि की तुलना में अधिक गुणवत्ता वाला, पोषक तत्वों से भरपूर उत्पाद प्राप्त हो सकता है।
Beslar et al. (2015) जैसे शोध अध्ययनों में पाया गया कि अल्ट्रासोनिक उपचार रसों के प्रसंस्करण में महत्वपूर्ण लाभ प्रदान कर सकता है, जिनमें उपज, निष्कर्षण, धुंधलापन, प्रवाहिकी गुण और रंग जैसे गुणवत्ता कारकों में सुधार के साथ-साथ भंडारण अवधि में वृद्धि भी शामिल है।
अल्ट्रासोनिक पाश्चुरीकरण तरल खाद्य पदार्थों में सूक्ष्मजीवों को निष्क्रिय करने की एक गैर-तापीय तकनीक है। कम प्रसंस्करण तापमान के कारण पोषक तत्वों और स्वादों को तापीय अपघटन से बचाया जाता है। इस प्रकार, अल्ट्रासोनिक पाश्चुरीकरण से उच्च गुणवत्ता वाले खाद्य उत्पाद प्राप्त होते हैं।
अलग-अलग तापमानों पर अल्ट्रासाउंड उपचार (UT) और उन्हीं तापमानों पर तापीय उपचार (HT) के बाद सेब के रस में Escherichia coli (a) और Staphylococcus aureus (b) के जीवित रहने के वक्र।
चित्र और अध्ययन: Baboli et al. 2015
अल्ट्रासोनिक पाश्चुरीकरण कैसे काम करता है?
अल्ट्रासाउंड द्वारा सूक्ष्मजीवों को निष्क्रिय करना और नष्ट करना एक गैर-तापीय तकनीक है, जिसका अर्थ है कि इसका मुख्य कार्य सिद्धांत ऊष्मा पर आधारित नहीं है। अल्ट्रासोनिक पाश्चुरीकरण मुख्यतः ध्वनिक कैविटेशन के प्रभावों से होता है। ध्वनिक / अल्ट्रासोनिक कैविटेशन की परिघटना अपने स्थानीय उच्च तापमानों, दबावों और उनके संबंधित अंतरों के लिए जानी जाती है, जो सूक्ष्म कैविटेशन बुलबुलों के भीतर और उनके आसपास उत्पन्न होते हैं। इसके अलावा, ध्वनिक कैविटेशन अत्यंत तीव्र अपरूपण बल, तरल जेट और विक्षोभ उत्पन्न करता है। ये विनाशकारी बल सूक्ष्मजीवी कोशिकाओं को व्यापक क्षति पहुँचाते हैं, जैसे कोशिकाओं में छिद्र बनना और कोशिका विघटन। कोशिकाओं में छिद्र बनना और उनका विघटन अल्ट्रासाउंड से उपचारित कोशिकाओं में पाए जाने वाले विशिष्ट प्रभाव हैं, जो मुख्यतः कैविटेशन से उत्पन्न तरल जेट के कारण होते हैं।
अल्ट्रासोनिक पाश्चुरीकरण ध्वनिक कैविटेशन और उसके द्रवगतिकीय अपरूपण बलों पर आधारित है
सोनिकेशन पारंपरिक पाश्चुरीकरण से बेहतर क्यों है
खाद्य और पेय उद्योग में सूक्ष्मजीवी खराबी रोकने तथा उत्पादों की भंडारण अवधि और स्थिरता बढ़ाने के लिए बैक्टीरिया, यीस्ट और कवक जैसे सूक्ष्मजीवों को निष्क्रिय करने या मारने हेतु पारंपरिक पाश्चुरीकरण का व्यापक उपयोग किया जाता है। पारंपरिक पाश्चुरीकरण में बढ़े हुए तापमान पर थोड़े समय के लिए उपचार किया जाता है, जो आमतौर पर 100°C (212°F) से कम होता है। सटीक तापमान और अवधि सामान्यतः विशिष्ट खाद्य उत्पाद और निष्क्रिय किए जाने वाले सूक्ष्मजीवों के अनुसार समायोजित किए जाते हैं। पाश्चुरीकरण प्रक्रिया की प्रभावशीलता सूक्ष्मजीवों की निष्क्रियण दर से निर्धारित होती है, जिसे लॉग कमी के रूप में मापा जाता है। लॉग कमी किसी विशिष्ट तापमान पर किसी विशिष्ट समयावधि में निष्क्रिय हुए सूक्ष्मजीवों का प्रतिशत मापती है। तापीय उपचार की परिस्थितियाँ और सूक्ष्मजीवों की निष्क्रियण दर सूक्ष्मजीवों के प्रकार तथा खाद्य उत्पाद की संरचना से प्रभावित होती हैं। पारंपरिक ऊष्मा-आधारित पाश्चुरीकरण के कई नुकसान हैं, जिनमें सूक्ष्मजीवों का अपर्याप्त निष्क्रियण, खाद्य उत्पाद पर प्रतिकूल प्रभाव और उपचारित उत्पाद में असमान तापन शामिल हैं। पाश्चुरीकरण की अवधि बहुत कम होने या तापमान बहुत कम होने के कारण अपर्याप्त तापन से लॉग कमी की दर कम रहती है और बाद में सूक्ष्मजीवी खराबी होती है। अत्यधिक तापीय उपचार से उत्पाद की गुणवत्ता बिगड़ सकती है, जैसे जला हुआ अप्रिय स्वाद उत्पन्न होना और तापमान के प्रति संवेदनशील पोषक तत्वों के नष्ट होने से पोषक तत्वों का घनत्व कम होना।
पारंपरिक पाश्चुरीकरण के नुकसान
- महत्वपूर्ण पोषक तत्वों को नष्ट कर सकता है या नुकसान पहुँचा सकता है
- अप्रिय स्वाद उत्पन्न कर सकता है
- ऊर्जा की अधिक आवश्यकता
- ऊष्मा-प्रतिरोधी रोगजनकों को मारने में अप्रभावी
- हर खाद्य उत्पाद पर लागू नहीं किया जा सकता
यह UIP16000 खाद्य और पेय पदार्थों के इनलाइन पाश्चुरीकरण के लिए एक पूर्ण औद्योगिक अल्ट्रासोनिक होमोजेनाइज़र है।
डेयरी उत्पादों का अल्ट्रासोनिक पाश्चुरीकरण
दूध और डेयरी उत्पादों के पाश्चुरीकरण के लिए सोनिकेशन, थर्मो-सोनिकेशन और थर्मो-मैनो-सोनिकेशन पर व्यापक शोध किया गया है। उदाहरण के लिए, यह पाया गया कि अल्ट्रासाउंड ने खराबी पैदा करने वाले सूक्ष्मजीवों और संभावित रोगजनकों को शून्य तक या दक्षिण अफ्रीकी और ब्रिटिश दुग्ध कानूनों के अनुसार स्वीकार्य स्तरों तक घटा दिया, तब भी जब उपचार से पहले प्रारंभिक इनोकुलम भार अनुमत सीमा से 5× अधिक था। अल्ट्रासोनिकेशन के 10.0 min बाद E. coli की जीवक्षम कोशिकाओं की संख्या में 100% की कमी आई। इसके अलावा, यह दिखाया गया कि Pseudomonas fluorescens की जीवक्षम कोशिकाओं की संख्या में 6.0 min बाद 100% की कमी आई और Listeria monocytogenes की संख्या में 10.0 min बाद 99% की कमी आई। (Cameron et al. 2009)
शोध ने यह भी दर्शाया कि थर्मो-सोनिकेशन कच्चे पूर्ण वसा वाले दूध में Listeria innocua और मध्यम तापमान पर बढ़ने वाले बैक्टीरिया को निष्क्रिय कर सकता है। दूध के पाश्चुरीकरण और होमोजेनाइज़ेशन के लिए अल्ट्रासाउंड एक व्यवहार्य तकनीक सिद्ध हुई, जिसमें pH और लैक्टिक अम्ल की मात्रा में महत्वपूर्ण बदलाव के बिना प्रसंस्करण में कम समय लगा तथा पारंपरिक तापीय उपचार की तुलना में बेहतर रूप और गाढ़ापन प्राप्त हुआ। ये तथ्य डेयरी प्रसंस्करण के कई पहलुओं में लाभदायक हैं। (Bermúdez-Aguirre et al. 2009)
रसों और फलों की प्यूरी का अल्ट्रासोनिक पाश्चुरीकरण
सेब के रस में Escherichia coli और Staphylococcus aureus को निष्क्रिय करने के लिए अल्ट्रासोनिक पाश्चुरीकरण का उपयोग एक कुशल और तीव्र वैकल्पिक पाश्चुरीकरण तकनीक के रूप में किया गया। जब गूदे से रहित सेब के रस का अल्ट्रासोनिक प्रसंस्करण किया गया, तो 5-लॉग कमी के लिए आवश्यक समय E. coli के लिए 60degC पर 35 s और S. aureus के लिए 62degC पर 30 s था। हालाँकि अध्ययन में पाया गया कि गूदे की अधिक मात्रा ने S. aureus पर अल्ट्रासाउंड का घातक प्रभाव कम कर दिया, जबकि E. coli पर इसका कोई महत्वपूर्ण प्रभाव नहीं पड़ा, यह ध्यान रखना चाहिए कि कोई दबाव लागू नहीं किया गया था। बढ़े हुए दबाव पर सोनिकेशन अल्ट्रासोनिक कैविटेशन को उल्लेखनीय रूप से तीव्र करता है और इस प्रकार अधिक श्यान तरल पदार्थों में सूक्ष्मजीवों के निष्क्रियण को बढ़ाता है। अल्ट्रासाउंड उपचार का 2,2-diphenyl-1-picrylhydrazyl (DPPH) रेडिकल को निष्प्रभावी करने की गतिविधि से निर्धारित एंटीऑक्सीडेंट गतिविधि पर कोई महत्वपूर्ण प्रभाव नहीं पड़ा, लेकिन इसने कुल फीनोलिक सामग्री में उल्लेखनीय वृद्धि की। उपचार से अधिक एकरूपता वाला अधिक स्थिर रस भी प्राप्त हुआ। (cf. Baboli et al. 2020)
ग्राम-पॉज़िटिव और ग्राम-नेगेटिव जीवाणुओं का अल्ट्रासोनिक निष्क्रियण
ग्राम-पॉज़िटिव जीवाणु, जैसे Listeria monocytogenes या Staphylococcus aureus, सामान्यतः ग्राम-नेगेटिव जीवाणुओं की तुलना में अधिक प्रतिरोधी माने जाते हैं और मोटी कोशिका भित्तियों के कारण PEF, HPP और मैनो-सोनिकेशन (MS) जैसी पाश्चुरीकरण तकनीकों को अधिक लंबे उपचार काल तक सहन कर सकते हैं। ग्राम-नेगेटिव जीवाणुओं में दो लिपिड कोशिका झिल्लियाँ होती हैं – एक बाहरी और एक कोशिकाद्रव्यीय – जिनके बीच पेप्टिडोग्लाइकैन की एक पतली परत होती है, जिससे वे अल्ट्रासोनिक निष्क्रियण के प्रति अधिक संवेदनशील होते हैं। दूसरी ओर, ग्राम-पॉज़िटिव जीवाणुओं में केवल एक लिपिड झिल्ली होती है, जिसके साथ पेप्टिडोग्लाइकैन की अधिक मोटी भित्ति होती है, जो उन्हें पाश्चुरीकरण उपचारों के प्रति अधिक प्रतिरोध प्रदान करती है। वैज्ञानिक अध्ययनों में ग्राम-नेगेटिव और ग्राम-पॉज़िटिव जीवाणुओं पर उच्च-शक्ति अल्ट्रासाउंड के प्रभाव की तुलना की गई और पाया गया कि ग्राम-नेगेटिव जीवाणुओं पर इसका अधिक प्रबल निरोधात्मक प्रभाव था। (तुलना करें: Monsen et al. 2009) ग्राम-पॉज़िटिव जीवाणुओं के लिए अधिक तीव्र अल्ट्रासाउंड परिस्थितियों की आवश्यकता होती है, अर्थात अधिक आयाम, अधिक तापमान, अधिक दाब और/या अधिक लंबा सोनिकेशन समय। Hielscher Ultrasonics की उच्च-शक्ति अल्ट्रासाउंड प्रणालियाँ बहुत उच्च आयाम प्रदान कर सकती हैं और इन्हें बढ़े हुए तापमान पर तथा दाबयुक्त किए जा सकने वाले प्रवाह सेल रिएक्टरों के साथ संचालित किया जा सकता है। इससे अत्यधिक प्रतिरोधी जीवाणु उपभेदों को भी निष्क्रिय करने के लिए तीव्र सोनिकेशन / थर्मो-मैनो-सोनिकेशन संभव होता है।
ताप-सहिष्णु जीवाणुओं का अल्ट्रासोनिक निष्क्रियण
ताप-सहिष्णु जीवाणु ऐसे जीवाणु होते हैं जो पाश्चुरीकरण प्रक्रिया में अलग-अलग हद तक जीवित रह सकते हैं। ताप-सहिष्णु जीवाणुओं की प्रजातियों में Bacillus, Clostridium और Enterococci शामिल हैं। “हालाँकि, 80% आयाम पर 10 min तक अल्ट्रासोनिकेशन ने वसारहित दूध में B. coagulans और A. flavithermus की कायिक कोशिकाओं को क्रमशः 4.53 और 4.26 लॉग तक निष्क्रिय किया। पाश्चुरीकरण (63 डिग्री C/30 min) के बाद अल्ट्रासोनिकेशन के संयुक्त उपचार ने वसारहित दूध में इन कोशिकाओं की लगभग log 6 cfu/mL मात्रा को पूरी तरह समाप्त कर दिया।” (Khanal et al. 2014)
- अधिक दक्षता
- ताप-सहिष्णु जीवाणुओं को नष्ट करता है
- विभिन्न सूक्ष्मजीवों के विरुद्ध प्रभावी
- विविध तरल खाद्य पदार्थों के लिए उपयुक्त
- सहक्रियात्मक प्रभाव
- पोषक तत्वों का निष्कर्षण
- ऊर्जा-कुशल
- संचालन में आसान और सुरक्षित
- खाद्य-ग्रेड उपकरण
- CIP / SIP
अल्ट्रासोनिक सेटअप UIP4000hdT – खाद्य उत्पादों (जैसे डेयरी उत्पाद, दूध, रस, तरल अंडा, पेय पदार्थ) के गैर-तापीय इनलाइन पाश्चुरीकरण के लिए
उच्च-प्रदर्शन अल्ट्रासोनिक पाश्चुरीकरण उपकरण
Hielscher Ultrasonics को खाद्य एवं पेय उद्योग के साथ-साथ कई अन्य औद्योगिक क्षेत्रों में उच्च-शक्ति अल्ट्रासाउंड के अनुप्रयोग का लंबा अनुभव है। हमारे अल्ट्रासोनिक प्रोसेसर आसानी से साफ किए जा सकने वाले (उपकरण को उसी स्थान पर साफ करना CIP / उसी स्थान पर निर्जीवीकृत करना SIP) सोनोट्रोड और प्रवाह सेल (तरल के संपर्क में आने वाले भाग) से सुसज्जित हैं। Hielscher Ultrasonics के औद्योगिक अल्ट्रासोनिक प्रोसेसर बहुत उच्च आयाम प्रदान कर सकते हैं। 200µm तक के आयामों पर 24/7 संचालन में आसानी से लगातार काम किया जा सकता है। अधिक प्रतिरोधी सूक्ष्मजीवों (जैसे ग्राम-पॉज़िटिव जीवाणुओं) को निष्क्रिय करने के लिए उच्च आयाम महत्वपूर्ण हैं। इससे भी अधिक आयामों के लिए आवश्यकतानुसार निर्मित अल्ट्रासोनिक सोनोट्रोड उपलब्ध हैं। सभी सोनोट्रोड और अल्ट्रासोनिक प्रवाह सेल रिएक्टरों को बढ़े हुए तापमान और दाब पर संचालित किया जा सकता है, जिससे विश्वसनीय थर्मो-मैनो-सोनिकेशन और अत्यधिक प्रभावी पाश्चुरीकरण संभव होता है।
अत्याधुनिक तकनीक, उच्च प्रदर्शन और परिष्कृत सॉफ़्टवेयर Hielscher Ultrasonics के उपकरणों को आपकी खाद्य पाश्चुरीकरण लाइन में भरोसेमंद कार्यसाधक बनाते हैं। कम स्थान की आवश्यकता और स्थापना के विविध विकल्पों के कारण, Hielscher अल्ट्रासोनिकेटरों को मौजूदा उत्पादन लाइनों में आसानी से एकीकृत किया जा सकता है या बाद में जोड़ा जा सकता है।
हमारी अल्ट्रासोनिक पाश्चुरीकरण प्रणालियों की विशेषताओं और क्षमता के बारे में अधिक जानने के लिए कृपया अभी हमसे संपर्क करें। हमें आपके अनुप्रयोग के बारे में आपसे चर्चा करने में प्रसन्नता होगी!
नीचे दी गई तालिका हमारे अल्ट्रासोनिकेटरों की अनुमानित प्रसंस्करण क्षमता का संकेत देती है:
| बैच आयतन | प्रवाह दर | अनुशंसित उपकरण |
|---|---|---|
| 1 से 500mL | 10 से 200mL/min | UP100H |
| 10 से 2000mL | 20 से 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 से 20L | 0.2 से 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 से 100L | 2 से 10L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10 से 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | अधिक | इन उपकरणों का समूह: UIP16000 |
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Hielscher Ultrasonics प्रयोगशाला, पायलट और औद्योगिक पैमाने पर मिश्रण संबंधी अनुप्रयोगों, परिक्षेपण, पायसीकरण और निष्कर्षण के लिए उच्च प्रदर्शन वाले अल्ट्रासोनिक होमोजेनाइज़र बनाता है।
साहित्य / संदर्भ
- S.Z. Salleh-Mack, J.S. Roberts (2007): Ultrasound pasteurization: The effects of temperature, soluble solids, organic acids and pH on the inactivation of Escherichia coli ATCC 25922. Ultrasonics Sonochemistry, Volume 14, Issue 3, 2007. 323-329.
- Bermúdez-Aguirre, Daniela; Corradini, Maria G.; Mawson, Raymond; Barbosa-Cánovas, Gustavo V. (2009): Modeling the inactivation of Listeria innocua in raw whole milk treated under thermo-sonication. Innovative Food Science and Emerging Technologies 10, 2009. 172–178.
- Michelle Cameron, Lynn D. Mcmaster, Trevor J. Britz (2009): Impact of ultrasound on dairy spoilage microbes and milk components. Dairy Science & Technology, EDP sciences/Springer, 2009, 89 (1), pp.83-98.
- Som Nath Khanal; Sanjeev Anand; Kasiviswanathan Muthukumarappan; MeganHuegli (2014): Inactivation of thermoduric aerobic sporeformers in milk by ultrasonication. Food Control 37(1), 2014. 232-239.
- Balasubramanian Ganesan; Silvana Martini; Jonathan Solorio; Marie K. Wals (2015): Determining the Effects of High Intensity Ultrasound on the Reduction of Microbes in Milk and Orange Juice Using Response Surface Methodology. International Journal of Food Science Volume 2015.
- Baboli, Z.M.; Williams, L.; Chen, G. (2020): Rapid Pasteurization of Apple Juice Using a New Ultrasonic Reactor. Foods 2020, 9, 801.
- Mehmet Başlar, Hatice Biranger Yildirim, Zeynep Hazal Tekin, Mustafa Fatih Ertugay (2015): Ultrasonic Applications for Juice Making. In: M. Ashokkumar (ed.), Handbook of Ultrasonics and Sonochemistry, Springer Science+Business Media Singapore 2015.
- T. Monsen, E. Lövgren, M. Widerström, L. Wallinder (2009): In vitro effect of ultrasound on bacteria and suggested protocol for sonication and diagnosis of prosthetic infections. Journal of Clinical Microbiology 47 (8), 2009. 2496–2501.
जानने योग्य तथ्य
मध्यतापी जीवाणु क्या हैं?
मध्यतापी जीवाणु उन जीवाणुओं का समूह हैं जो 20 °C और 45 °C के बीच मध्यम तापमान पर बढ़ते हैं और जिनकी वृद्धि के लिए इष्टतम तापमान 30–39 °C की सीमा में होता है। मध्यतापी जीवाणुओं के उदाहरणों में E. coli, Propionibacterium freudenreichii, P. acidipropionici, P. jensenii, P. thoenii, P. cyclohexanicum, P. microaerophilum, Lactobacillus plantarum सहित अनेक अन्य जीवाणु शामिल हैं।
अधिक तापमान पसंद करने वाले जीवाणुओं को तापरागी कहा जाता है। तापरागी जीवाणु 30°C से ऊपर के तापमान पर सबसे अच्छी तरह किण्वन करते हैं।