Ultrazvučna pasterizacija tekuće hrane
Ultrazvučna pasterizacija je ne-termalni proces sterilizacije za inaktiviranje mikroba kao što su E.coli, Pseudomonas fluorescens, Listeria monocytogenes, Staphylococcus aureus, Bacillus coagulans, Anoxybacillus flavithermus među mnogim drugima kako bi se spriječilo mikrobno kvarenje i postigla dugoročna stabilnost hrane i pića.
Ne-termalna pasterizacija hrane & Pića po sonikaciji
Ultrazvučna pasterizacija je ne-termalna alternativna tehnologija koja se koristi za uništavanje ili deaktiviranje organizama i enzima koji doprinose kvarenje hrane. Ultrazvukcija se može koristiti za pasterizaciju konzervirane hrane, mlijeka, mliječnih proizvoda, jaja, sokova, pića s niskim udjelom alkohola i druge tekuće hrane. Ultrazvukcija sama kao i ultrazvuk u kombinaciji s povišenim uvjetima topline i tlaka (poznat kao termo-mano-sonikacija) može učinkovito pasterizirati sokove, mlijeko, mliječne proizvode, tekuća jaja i druge prehrambene proizvode. Sofisticirani ultrazvučni tretman pasterizacije ističe tradicionalne tehnike pasterizacije jer ultrazvuk ne utječe negativno na sadržaj hranjivih tvari i fizičke karakteristike tretiranih prehrambenih proizvoda. Korištenje ultrazvuka ili termo-mano-sonikacije kako bi se pasterizirali tekući prehrambeni proizvodi može pružiti proizvod bogat hranjivim tvarima s većom kvalitetom od tradicionalne metode pasterizacije visoke temperature (HTST).
Istraživanja kao što su iz Beslar i sur. (2015) utvrdio da ultrazvučni tretman može pružiti značajne prednosti za obradu sokova uključujući poboljšane faktore kvalitete, kao što su prinos, ekstrakcija, zamućenje, reološka svojstva, i boja, kao i rok trajanja.
Ultrazvučna pasterizacija je ne-termalna tehnika za inaktiviranje mikroba u tekućoj hrani. Zbog niske temperature prerade hranjive tvari i okusi sprječavaju se protiv toplinske razgradnje. Time ultrazvučna pasterizacija rezultira visokokvalitetnim prehrambenim proizvodima.
Krivulje preživljavanja Escherichia coli (a) i Staphylococcus aureus (b) u soku od jabuke nakon ultrazvučnog tretmana (UT) na različitim temperaturama i nakon toplinske obrade (HT) na istim temperaturama.
slika i studija: Baboli et al. 2015
Kako funkcionira ultrazvučna pasterizacija?
Ultrazvučna inaktivacija i uništavanje mikroba je ne-termalna tehnika, što znači da se njezin glavni princip rada ne temelji na toplini. Ultrazvučna pasterizacija uzrokovana je uglavnom učincima akustične karitacije. Fenomen akustične / ultrazvučne karitacije poznat je po lokalnim visokim temperaturama, pritiscima i odgovarajućim diferencijalima, koji se javljaju u i oko minute mjehurića karitacije. Nadalje, akustična kavijacija stvara vrlo intenzivne sile smicanja, tekuće mlazove i turbulencije. Ove destruktivne sile uzrokuju velika oštećenja na mikrobnim stanicama, kao što su perforacija stanica i poremećaj. Perforacija stanica i poremećaji su jedinstveni učinci koji se nalaze u ultrazvučno tretiranim stanicama uzrokovanim uglavnom tekućim mlazovima nastalim karitacijom.
Ultrazvučna pasterizacija temelji se na akustičnoj kavitisi i njezinim hidrodinamičkim smicanjem
Zašto sonikacija ističe tradicionalnu pasterizaciju
Industrija hrane i pića široko primjenjuje konvencionalnu pasterizaciju na inaktiviranje ili ubijanje mikroba kao što su bakterije, kvasac i gljivice kako bi se spriječilo kvarenje mikroba i kako bi se njihovim proizvodima dao dulji rok trajanja i stabilnosti. Konvencionalna pasterizacija djeluje kratkim tretmanom na povišenim temperaturama od obično ispod 100 °C. Točna temperatura i trajanje obično se prilagođavaju specifičnom prehrambenom proizvodu i mikrobima, koji moraju biti inaktivirani. Učinkovitost postupka pasterizacije određena je stopom mikrobne inaktivacije, koja se mjeri kao smanjenje trupaca. Smanjenje trupaca mjeri postotak inaktiviranih mikroba na određenoj temperaturi tijekom određenog vremena. Na uvjete tretmana temperature i brzinu mikrobne inaktivacije utječe vrsta mikroba kao i sastav prehrambenog proizvoda. Tradicionalna pasterizacija na temelju topline ima nekoliko nedostataka u rasponu od nedovoljne mikrobne inaktivacije, negativnih učinaka na prehrambeni proizvod, kao i neravnomjernog grijanja kroz tretirani proizvod. Nedovoljno zagrijavanje do kratkog trajanja pasterizacije ili preniske temperature rezultira niskom stopom smanjenja trupaca i naknadnim mikrobnim kvarenjem. Prevelika toplinska obrada može uzrokovati propadanje proizvoda kao što su izgorjeli okusi i manja gustoća hranjivih tvari zbog uništenih hranjivih tvari osjetljivih na temperaturu.
Nedostaci konvencionalne pasterizacije
- može uništiti ili oštetiti važne hranjive tvari
- može uzrokovati off-okusa
- visoki energetski zahtjevi
- neučinkovit protiv patogena otpornih na toplinu
- nije primjenjiva na svaki prehrambeni proizvod
Na UIP16000 je potpuno industrijski ultrazvučni homogenizator za inline pasterizaciju hrane i pića.
Ultrazvučna pasterizacija mliječnih proizvoda
Sonikacija, termo-sonikacija i termo-mano-sonikacija habve su naširoko istražena za pasterizaciju mlijeka i mliječnih proizvoda. Na primjer, utvrđeno je da ultrazvuk eliminira kvarenje i potencijalne patogene na nulu ili na razine prihvatljive južnoafričkim i britanskim zakonodavstvom o mlijeku, čak i kada su početna opterećenja inokuluma od 5× veća od dopuštenih bila prisutna prije liječenja. Održiv broj stanica E. coli smanjen je za 100% nakon 10,0 min ultrazvukacije. Nadalje, pokazalo se da su održivi broj pseudomonas fluorescena smanjeni za 100% nakon 6,0 min, a Listeria monocytogenes smanjena je za 99% nakon 10,0 min. (Cameron i sur.
Istraživanja su također pokazala da termo-sonikacija može inaktivirati listeria innokua i mezofilne bakterije u sirovom punomasnom mlijeku. Ultrazvuk se pokazao kao održiva tehnologija za pasterizaciju i homogenizaciju mlijeka, pokazujući kraće vrijeme prerade bez važnih promjena u sadržaju pH i mliječne kiseline, zajedno s boljim izgledom i konzistencije u usporedbi s konvencionalnom termičkom obradom. Ove činjenice su povoljne u mnogim aspektima prerade mliječnih proizvoda. (Bermúdez-Aguirre et al. 2009.)
Ultrazvučna pasterizacija sokova i voćnih pirea
Ultrazvučna pasterizacija primijenjena je kao učinkovita i brza alternativna tehnika pasterizacije kako bi se inaktivirale Escherichia coli i Staphylococcus aureus u soku od jabuke. Kada je sok od jabuke bez pulpe bio ultrazvučno obrađen, vrijeme smanjenja od 5 trupaca bilo je 35 s za E. coli na 60degC i 30 s za S. aureus na 62degC. Iako je u studiji utvrđeno da je visok sadržaj pulpe učinio ultrazvuk manje smrtonosnim za S. aureus, dok nije imao značajan učinak na E. coli, treba napomenuti da nije primijenjen pritisak. Sonikacija pod povišenim tlakom značajno pojačava ultrazvučnu kavitaciju, a time i mikrobnu inaktivaciju u viskoznijim tekućinama. Ultrazvučno liječenje nije imalo značajan učinak na antioksidativnu aktivnost određenu 2,2-difenil-1-picrylhydrazyl (DPPH) radikalnom aktivnošću lešinarstva, ali je značajno povećalo ukupni fenolični sadržaj. Liječenje je također rezultiralo stabilnijim sokom s većom ujednačenošću. (cf. Baboli et al. 2020.)
Ultrazvučna inaktivacija gram-pozitivnih i gram-negativnih bakterija
Gram pozitivne bakterije, kao što su Listeria monocytogenes ili Staphylococcus aureus, općenito su poznate kao otpornije od gram-negativnih bakterija i izdrže pasterizacijske tehnologije kao što su PEF, HPP i mano-sonication (MS) na dulja razdoblja liječenja zbog debljih staničnih stijenka. Gram-negativne bakterije imaju dvije – jedan vanjski i jedan citoplasmički – lipidne stanične membrane s tankim slojem peptidoglikana među njima, što ih čini podložnijima ultrazvučnijoj inaktivaciji. S druge strane, gram-pozitivne bakterije imaju samo jednu lipidnu membranu s debljim peptidoglikanskim zidom, što im daje veću otpornost protiv pasterizacijskih tretmana. Znanstvena istraživanja usporedila su učinak ultrazvuka snage na gram-negativne i gram-pozitivne bakterije i otkrila da ima jači inhibitorni učinak na gram-negativne bakterije. (cf. Monsen i dr. 2009.) Gram-pozitivne bakterije zahtijevaju intenzivnija ultrazvučna stanja, odnosno veće amplitude, više temperature, više tlakove i/ili dulje vrijeme sonikacije. Hielscher Ultrasonicsovi energetsko-ultrazvučni sustavi mogu isporučiti vrlo visoke amplitude i mogu se raditi na povišenim temperaturama i s reaktorima protočnih stanica pod tlakom. To omogućuje intenzivnu sonikaciju / termo-mano-sonikaciju kako bi se inaktivirali čak i vrlo otporni sojevi bakterija.
Ultrazvučna inaktivacija termoduričnih bakterija
Termodurične bakterije su bakterije koje mogu preživjeti, u različitoj mjeri, proces pasterizacije. Termodurične vrste bakterija uključuju Bacillus, Clostridium i Enterococci. "Ultrazvukcija na 80% amplitude za 10 min međutim, inaktivirala je vegetativne stanice B. koagulana i A. flavithermus u obranom mlijeku za 4,53, odnosno 4,26 trupaca. Kombinirano liječenje pasterizacije (63 stupnja C/30 min) nakon čega slijedi ultrazvuka potpuno eliminirano približno log 6 cfu/2 tih stanica u obranom mlijeku." (Khanal i sur. 2014.)
- Veća učinkovitost
- Ubija termodurijske bakterije
- Učinkovito protiv različitih mikroba
- Primjenjivo na višestruko tekuću hranu
- Sinergijski učinci
- Ekstrakcija hranjivih tvari
- energetski učinkovit
- Jednostavan i siguran za rad
- Oprema za hranu
- CIP/SIP
Ultrazvučna postava UIP4000hdT za ne-termalnu inline pasterizaciju prehrambenih proizvoda (npr. mliječni proizvodi, mlijeko, sokovi, tekuća jaja, pića)
Ultrazvučna oprema za pasterizaciju visokih performansi
Hielscher Ultrasonics je dugo iskusan u primjeni ultrazvuka snage u hrani & industriju pića, kao i mnoge druge industrijske grane. Naši ultrazvučni procesori opremljeni su lako čistim (clean-in-place CIP / sterilize-in-place SIP) sonotrodes i flow-cells (mokri dijelovi). Hielscher ultrazvuk’ industrijski ultrazvučni procesori mogu isporučiti vrlo visoke amplitude. Amplitude do 200 μm mogu se lako kontinuirano raditi u 24/7 operaciji. Visoke amplitude važne su za inaktiviranje otpornijih mikroba (npr. gram-pozitivnih bakterija). Za još veće amplitude dostupni su prilagođeni ultrazvučni sonotrodi. Svi sonorodi i reaktori ultrazvučnih protočnih stanica mogu se raditi pod povišenim temperaturama i pritiscima, što omogućuje pouzdanu termo-mano-sonikaciju i vrlo učinkovitu pasterizaciju.
Vrhunska tehnologija, visokoutni i sofisticirani softver čine Hielscher Ultrasonics’ pouzdani radni konji u vašoj liniji pasterizacije hrane. S malim otiskom i svestranim mogućnostima ugradnje, Hielscher ultrasonikatori mogu se lako integrirati ili retro-ugraditi u postojeće proizvodne linije.
Obratite nam se kako biste saznali više o značajkama i mogućnostima naših ultrazvučnih pasterizacijskih sustava. Bilo bi nam drago da o vašoj prijavi razgovarate s vama!
Tablica u nastavku daje vam pokazatelj približne mogućnosti obrade naših ultrazvučnih uređaja:
| Batch Volumen | Protok | Preporučeni uređaji |
|---|---|---|
| 1 do 500 mL | 10 do 200 mL / min | UP100H |
| 10 do 2000 ml | 20 do 400 mL / min | Uf200 ः t, UP400St |
| 0.1 do 20L | 0.2 do 4L / min | UIP2000hdT |
| 10 do 100L | 2 do 10 l / min | UIP4000hdT |
| N.a. | 10 do 100 l / min | UIP16000 |
| N.a. | veći | grozd UIP16000 |
Kontaktirajte nas! / Pitajte nas!
Hielscher Ultrasonics proizvodi ultrazvučne homogenizatore visokih performansi za miješanje aplikacija, disperziju, emulzifikaciju i ekstrakciju na laboratorijskim, pilotskim i industrijskim razmjerima.
Književnost / Reference
- 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.
Činjenice koje vrijedi znati
Što su mezofilne bakterije?
Mezofilne bakterije definiraju skupinu bakterija koje rastu na umjerenim temperaturama između 20 °C i 45 °C i s optimalnom temperaturom rasta u rasponu od 30–39 °C. Primjeri za mezofilne bakterije E. coli, Propionibacterium freudenreichii, P. acidipropionici, P. jensenii, P. thoenii, P. cyclohexanicum, P. microaerophilum, Lactobacillus plantarum među mnogim drugima.
Bakterije koje preferiraju više temperature, poznate su kao termofilne. Termofilne bakterije najbolje fermentiraju kada su iznad 30°C.