Folyékony élelmiszerek ultrahangos pasztőrözése

Az ultrahangos pasztőrözés nem termikus sterilizálási eljárás, amely többek között az E.coli, a Pseudomonas fluorescens, a Listeria monocytogenes, a Staphylococcus aureus, a Bacillus coagulans és az Anoxybacillus flavithermus mikroorganizmusok inaktiválására szolgál a mikrobiális romlás megelőzése, valamint az élelmiszerek és italok hosszú távú stabilitásának elérése érdekében.

Élelmiszerek és italok nem termikus pasztőrözése ultrahangos kezeléssel

Az ultrahangos pasztőrözés alternatív, nem termikus technológia, amelyet az élelmiszerek romlásához hozzájáruló szervezetek és enzimek elpusztítására vagy inaktiválására használnak. Az ultrahangos kezelés konzervek, tej, tejtermékek, tojás, gyümölcslevek, alacsony alkoholtartalmú italok és más folyékony élelmiszerek pasztőrözésére alkalmazható. Az ultrahangos kezelés önmagában, valamint emelt hőmérséklettel és nyomással kombinálva is hatékonyan pasztőrözheti a gyümölcsleveket, a tejet, a tejtermékeket, a folyékony tojást és más élelmiszereket; az utóbbi eljárás termo-mano-szonikáció néven ismert. A kifinomult ultrahangos pasztőrözési kezelés felülmúlja a hagyományos pasztőrözési technikákat, mivel az ultrahang nem befolyásolja hátrányosan a kezelt élelmiszerek tápanyagtartalmát és fizikai jellemzőit. A folyékony élelmiszerek ultrahanggal vagy termo-mano-szonikációval történő pasztőrözése olyan tápanyagokban gazdag terméket eredményezhet, amely jobb minőségű, mint a hagyományos, magas hőmérsékleten rövid ideig végzett (HTST) pasztőrözési módszerrel előállított termék.
Az olyan kutatások, mint Beslar et al. (2015) tanulmánya, megállapították, hogy az ultrahangos kezelés jelentős előnyöket nyújthat a gyümölcslevek feldolgozásában, beleértve az olyan minőségi tényezők javítását, mint a kihozatal, az extrakció, a zavarosság, a reológiai tulajdonságok és a szín, valamint az eltarthatóság.

Az Escherichia coli (a) és a Staphylococcus aureus (b) túlélési görbéi almalében, különböző hőmérsékleteken végzett ultrahangos kezelés (UT), illetve ugyanazon hőmérsékleteken végzett hőkezelés (HT) után.
kép és tanulmány: Baboli et al. 2015

Hogyan működik az ultrahangos pasztőrözés?

A mikroorganizmusok ultrahangos inaktiválása és elpusztítása nem termikus technika, ami azt jelenti, hogy fő működési elve nem a hőhatáson alapul. Az ultrahangos pasztőrözést elsősorban az akusztikus kavitáció hatásai idézik elő. Az akusztikus / ultrahangos kavitáció jelensége a parányi kavitációs buborékokban és azok környezetében fellépő, helyileg magas hőmérsékletekről, nyomásokról, valamint az ezekhez kapcsolódó hőmérséklet- és nyomáskülönbségekről ismert. Ezenkívül az akusztikus kavitáció rendkívül intenzív nyíróerőket, folyadéksugarakat és turbulenciát hoz létre. Ezek a roncsoló erők jelentős károsodást okoznak a mikrobiális sejtekben, például sejtperforációt és sejtfeltárást. A sejtperforáció és a sejtfeltárás az ultrahanggal kezelt sejtekben megfigyelhető egyedülálló hatások, amelyeket elsősorban a kavitáció által létrehozott folyadéksugarak okoznak.

Az ultrahangos pasztőrözés az akusztikus kavitáción és az általa létrehozott hidrodinamikai nyíróerőkön alapul

Miért múlja felül az ultrahangos kezelés a hagyományos pasztőrözést?

Az élelmiszer- és italipar széles körben alkalmazza a hagyományos pasztőrözést a mikroorganizmusok, például a baktériumok, élesztőgombák és egyéb gombák inaktiválására vagy elpusztítására, hogy megelőzze a mikrobiális romlást, valamint hosszabb eltarthatóságot és stabilitást biztosítson termékeinek. A hagyományos pasztőrözés rövid ideig tartó, emelt, általában 100°C (212°F) alatti hőmérsékleten végzett kezeléssel működik. A pontos hőmérsékletet és időtartamot rendszerint az adott élelmiszerhez és az inaktiválandó mikroorganizmusokhoz igazítják. A pasztőrözési eljárás hatékonyságát a mikrobiális inaktiválás mértéke határozza meg, amelyet logaritmikus csökkenésként mérnek. A logaritmikus csökkenés az adott hőmérsékleten, adott idő alatt inaktivált mikroorganizmusok százalékos arányát méri. A hőkezelés körülményeit és a mikrobiális inaktiválás mértékét a mikroorganizmusok típusa, valamint az élelmiszer összetétele befolyásolja. A hagyományos, hőalapú pasztőrözésnek számos hátránya van, az elégtelen mikrobiális inaktiválástól az élelmiszerre gyakorolt kedvezőtlen hatásokon át a kezelt termék egyenetlen felmelegedéséig. A túl rövid pasztőrözési időtartam vagy a túl alacsony hőmérséklet miatti elégtelen melegítés alacsony mértékű logaritmikus csökkenést és ezt követően mikrobiális romlást eredményez. A túlzott hőkezelés a termék minőségének romlását okozhatja, például égett mellékízeket és kisebb tápanyagsűrűséget a hőérzékeny tápanyagok elpusztulása miatt.

A hagyományos pasztőrözés hátrányai

• elpusztíthatja vagy károsíthatja a fontos tápanyagokat
• mellékízeket okozhat
• nagy energiaigény
• hatástalan a hőálló kórokozók elpusztításában
• nem alkalmazható minden élelmiszerre

Tejtermékek ultrahangos pasztőrözése

Az ultrahangos kezelést, a termo-szonikációt és a termo-mano-szonikációt széles körben kutatták a tej és a tejtermékek pasztőrözésére. Megállapították például, hogy az ultrahang a romlást okozó mikroorganizmusok és a potenciális kórokozók mennyiségét nullára vagy a dél-afrikai és brit tejre vonatkozó jogszabályok által elfogadható szintre csökkentette, még akkor is, amikor a kezelés előtt a kezdeti inokulumterhelés a megengedettnél 5× nagyobb volt. Az E. coli életképes sejtszáma 10,0 min ultrahangos kezelés után 100%-kal csökkent. Azt is kimutatták, hogy a Pseudomonas fluorescens életképes sejtszáma 6,0 min után 100%-kal, a Listeria monocytogenes életképes sejtszáma pedig 10,0 min után 99%-kal csökkent. (Cameron et al. 2009)
A kutatások azt is kimutatták, hogy a termo-szonikáció inaktiválhatja a Listeria innocua baktériumot és a mezofil baktériumokat a nyers teljes tejben. Az ultrahang a tej pasztőrözésére és homogenizálására alkalmas technológiának bizonyult: rövidebb feldolgozási időt biztosított a pH és a tejsavtartalom jelentős változása nélkül, miközben a hagyományos hőkezeléshez képest jobb megjelenést és állagot eredményezett. Ezek a tények a tejfeldolgozás számos szempontjából előnyösek. (Bermúdez-Aguirre et al. 2009)

Gyümölcslevek és gyümölcspürék ultrahangos pasztőrözése

Az ultrahangos pasztőrözést hatékony és gyors alternatív pasztőrözési technikaként alkalmazták az Escherichia coli és a Staphylococcus aureus inaktiválására almalében. A gyümölcshúsmentes almalé ultrahangos feldolgozásakor az 5-log csökkenéshez szükséges idő E. coli esetében 60degC hőmérsékleten 35 s, S. aureus esetében pedig 62degC hőmérsékleten 30 s volt. Bár a tanulmány szerint a magas gyümölcshústartalom csökkentette az ultrahang S. aureus baktériumra gyakorolt pusztító hatását, míg az E. coli esetében nem volt jelentős hatása, meg kell jegyezni, hogy nem alkalmaztak nyomást. Az emelt nyomáson végzett ultrahangos kezelés jelentősen fokozza az ultrahangos kavitációt, és ezáltal a mikrobiális inaktiválást a viszkózusabb folyadékokban. Az ultrahangos kezelés nem befolyásolta jelentősen a 2,2-difenil-1-pikrilhidrazil (DPPH) gyökfogó aktivitás alapján meghatározott antioxidáns aktivitást, de jelentősen növelte az összes fenolos vegyület mennyiségét. A kezelés stabilabb, egyenletesebb gyümölcslevet is eredményezett. (vö. Baboli et al. 2020)

Gram-pozitív és Gram-negatív baktériumok ultrahangos inaktiválása

A Gram-pozitív baktériumokról, például a Listeria monocytogenes és a Staphylococcus aureus baktériumokról általánosságban ismert, hogy ellenállóbbak a Gram-negatív baktériumoknál, és vastagabb sejtfaluk miatt hosszabb kezelési ideig ellenállnak az olyan pasztőrözési technológiáknak, mint a PEF, a HPP és a mano-szonikáció (MS). A Gram-negatív baktériumok két lipid sejtmembránnal – egy külsővel és egy citoplazmatikussal – rendelkeznek, amelyek között vékony peptidoglikánréteg található, így érzékenyebbek az ultrahangos inaktiválásra. Ezzel szemben a Gram-pozitív baktériumoknak csak egyetlen lipidmembránjuk van, vastagabb peptidoglikánfallal, ami nagyobb ellenállást biztosít számukra a pasztőrözési kezelésekkel szemben. Tudományos vizsgálatok összehasonlították a nagy teljesítményű ultrahang Gram-negatív és Gram-pozitív baktériumokra gyakorolt hatását, és megállapították, hogy a Gram-negatív baktériumokra erősebb gátló hatást fejtett ki. (vö. Monsen et al. 2009) A Gram-pozitív baktériumok intenzívebb ultrahangos kezelési körülményeket igényelnek, azaz nagyobb amplitúdót, magasabb hőmérsékletet, nagyobb nyomást és/vagy hosszabb ultrahangos kezelési időt. A Hielscher Ultrasonics nagy teljesítményű ultrahangos rendszerei igen nagy amplitúdók biztosítására képesek, és emelt hőmérsékleten, valamint nyomás alá helyezhető átfolyócellás reaktorokkal is működtethetők. Ez lehetővé teszi az intenzív ultrahangos kezelést / termo-mano-szonikációt még a nagyon ellenálló baktériumtörzsek inaktiválására is.

Pasztőrözést túlélő baktériumok ultrahangos inaktiválása

A pasztőrözést túlélő baktériumok olyan baktériumok, amelyek különböző mértékben képesek túlélni a pasztőrözési folyamatot. Ide tartoznak a Bacillus, a Clostridium és az Enterococci baktériumok. „A 80%-os amplitúdóval 10 min időtartamig végzett ultrahangos kezelés azonban a sovány tejben található B. coagulans és A. flavithermus vegetatív sejtjeit rendre 4,53 és 4,26 log mértékben inaktiválta. A pasztőrözésből (63 degrees C/30 min), majd azt követő ultrahangos kezelésből álló kombinált kezelés teljesen eltávolította e sejtek hozzávetőlegesen log 6 cfu/mL mennyiségét a sovány tejből.” (Khanal et al. 2014)

Nagy teljesítményű ultrahangos pasztőröző berendezések

A Hielscher Ultrasonics hosszú ideje rendelkezik tapasztalattal a nagy teljesítményű ultrahang alkalmazásában az élelmiszer- és italiparban, valamint számos más iparágban. Ultrahangos processzoraink könnyen tisztítható (helyben tisztítható CIP / helyben sterilizálható SIP) szonotródákkal és átfolyó cellákkal (a közeggel érintkező alkatrészekkel) vannak felszerelve. A Hielscher Ultrasonics ipari ultrahangos processzorai igen nagy amplitúdók biztosítására képesek. Az akár 200µm amplitúdó is könnyedén fenntartható folyamatos, 24/7 üzemmódban. A nagy amplitúdók fontosak az ellenállóbb mikroorganizmusok (pl. Gram-pozitív baktériumok) inaktiválásához. Még nagyobb amplitúdókhoz egyedi kialakítású ultrahangos szonotródák állnak rendelkezésre. Minden szonotróda és ultrahangos átfolyócellás reaktor emelt hőmérsékleten és nyomáson működtethető, ami megbízható termo-mano-szonikációt és rendkívül hatékony pasztőrözést tesz lehetővé.
A legkorszerűbb technológia, a nagy teljesítmény és a kifinomult szoftver teszi a Hielscher Ultrasonics berendezéseit az Ön élelmiszer-pasztőröző gyártósorának megbízható, nagy terhelhetőségű eszközeivé. Kis helyigényüknek és sokoldalú telepítési lehetőségeiknek köszönhetően a Hielscher ultrahangos készülékei könnyen integrálhatók vagy utólag beépíthetők a meglévő gyártósorokba.
Kérjük, lépjen kapcsolatba velünk most, hogy többet megtudhasson ultrahangos pasztőröző rendszereink jellemzőiről és képességeiről. Örömmel megbeszéljük Önnel az alkalmazását!
Az alábbi táblázat tájékoztatást ad ultrahangos készülékeink hozzávetőleges feldolgozási kapacitásáról: