Հեղուկ սննդամթերքի ուլտրաձայնային պաստերացում

Ուլտրաձայնային պաստերացումը ոչ ջերմային մանրէազերծման գործընթաց է՝ միկրոօրգանիզմները, այդ թվում՝ E.coli, Pseudomonas fluorescens, Listeria monocytogenes, Staphylococcus aureus, Bacillus coagulans, Anoxybacillus flavithermus և բազմաթիվ այլ տեսակներ, ապաակտիվացնելու համար՝ սննդամթերքի և ըմպելիքների մանրէաբանական փչացումը կանխելու և երկարաժամկետ կայունություն ապահովելու նպատակով։

Սննդամթերքի և ըմպելիքների ոչ ջերմային պաստերացում ուլտրաձայնային մշակմամբ

Ուլտրաձայնային պաստերացումը ոչ ջերմային այլընտրանքային տեխնոլոգիա է, որն օգտագործվում է սննդամթերքի փչացմանը նպաստող օրգանիզմներն ու ֆերմենտները ոչնչացնելու կամ ապաակտիվացնելու համար։ Ուլտրաձայնային մշակումը կարող է օգտագործվել պահածոյացված սննդամթերքի, կաթի, կաթնամթերքի, ձվի, հյութերի, ալկոհոլի ցածր պարունակությամբ ըմպելիքների և այլ հեղուկ սննդամթերքի պաստերացման համար։ Ինչպես միայն ուլտրաձայնային մշակումը, այնպես էլ ուլտրաձայնի համակցումը բարձր ջերմաստիճանի և ճնշման պայմանների հետ (հայտնի է որպես թերմո-մանո-սոնիկացիա) կարող են արդյունավետորեն պաստերացնել հյութերը, կաթը, կաթնամթերքը, հեղուկ ձուն և այլ սննդամթերք։ Ուլտրաձայնային պաստերացման կատարելագործված մշակումը գերազանցում է պաստերացման ավանդական մեթոդներին, քանի որ ուլտրաձայնը բացասաբար չի ազդում մշակվող սննդամթերքի սննդանյութերի պարունակության և ֆիզիկական բնութագրերի վրա։ Հեղուկ սննդամթերքի պաստերացման համար ուլտրաձայնի կամ թերմո-մանո-սոնիկացիայի օգտագործումը կարող է ապահովել սննդանյութերով հարուստ արտադրանք՝ ավելի բարձր որակով, քան բարձր ջերմաստիճանում կարճատև (HTST) պաստերացման ավանդական մեթոդը։
Հետազոտությունները, այդ թվում՝ Beslar և համահեղինակների (2015) ուսումնասիրությունը, ցույց են տվել, որ ուլտրաձայնային մշակումը կարող է զգալի առավելություններ ապահովել հյութերի մշակման համար, ներառյալ որակական գործոնների բարելավումը, ինչպիսիք են ելքը, արդյունահանումը, պղտորությունը, ռեոլոգիական հատկությունները և գույնը, ինչպես նաև պահպանման ժամկետը։

Խնձորի հյութում Escherichia coli (a) և Staphylococcus aureus (b) տեսակների կենսունակության պահպանման կորերը՝ տարբեր ջերմաստիճաններում ուլտրաձայնային մշակումից (UT) և նույն ջերմաստիճաններում ջերմային մշակումից (HT) հետո։
պատկերը և ուսումնասիրությունը՝ Baboli և համահեղինակներ, 2015

Ինչպե՞ս է գործում ուլտրաձայնային պաստերացումը

Միկրոօրգանիզմների ուլտրաձայնային ապաակտիվացումն ու ոչնչացումը ոչ ջերմային մեթոդ է, ինչը նշանակում է, որ դրա հիմնական գործողության սկզբունքը հիմնված չէ ջերմության վրա։ Ուլտրաձայնային պաստերացումը հիմնականում պայմանավորված է ակուստիկ կավիտացիայի ազդեցություններով։ Ակուստիկ / ուլտրաձայնային կավիտացիայի երևույթը հայտնի է տեղային բարձր ջերմաստիճաններով, ճնշումներով և դրանց համապատասխան տարբերություններով, որոնք առաջանում են կավիտացիոն մանրագույն պղպջակների ներսում և դրանց շուրջ։ Բացի այդ, ակուստիկ կավիտացիան առաջացնում է սահքի շատ ուժգին ուժեր, հեղուկի շիթեր և տուրբուլենտ հոսքեր։ Այս քայքայիչ ուժերը մանրէային բջիջներին մեծ վնաս են պատճառում, այդ թվում՝ բջիջների ծակոտում և քայքայում։ Բջիջների ծակոտումն ու քայքայումը ուլտրաձայնով մշակված բջիջներում դիտվող եզակի ազդեցություններ են, որոնք հիմնականում պայմանավորված են կավիտացիայի առաջացրած հեղուկի շիթերով։

Ուլտրաձայնային պաստերացումը հիմնված է ակուստիկ կավիտացիայի և դրա հիդրոդինամիկական սահքի ուժերի վրա

Ինչու է ուլտրաձայնային մշակումը գերազանցում ավանդական պաստերացմանը

Սննդամթերքի և ըմպելիքների արդյունաբերության մեջ սովորական պաստերացումը լայնորեն կիրառվում է մանրէները, օրինակ՝ բակտերիաները, խմորասնկերն ու սնկերը ինակտիվացնելու կամ ոչնչացնելու համար՝ մանրէային փչացումը կանխելու և արտադրանքի պահպանման ժամկետն ու կայունությունը երկարացնելու նպատակով։ Սովորական պաստերացումն իրականացվում է բարձր ջերմաստիճաններում կարճատև մշակմամբ՝ սովորաբար 100°C (212°F) ջերմաստիճանից ցածր պայմաններում։ Ճշգրիտ ջերմաստիճանն ու տևողությունը սովորաբար հարմարեցվում են տվյալ սննդամթերքին և այն մանրէներին, որոնք պետք է ինակտիվացվեն։ Պաստերացման գործընթացի արդյունավետությունը որոշվում է մանրէների ինակտիվացման արագությամբ, որը չափվում է լոգարիթմական նվազմամբ։ Լոգարիթմական նվազումը չափում է որոշակի ջերմաստիճանում որոշակի ժամանակահատվածում ինակտիվացված մանրէների տոկոսը։ Ջերմային մշակման պայմանների և մանրէների ինակտիվացման արագության վրա ազդում են ինչպես մանրէների տեսակը, այնպես էլ սննդամթերքի բաղադրությունը։ Ավանդական ջերմային պաստերացումն ունի մի շարք թերություններ՝ մանրէների անբավարար ինակտիվացումից և սննդամթերքի վրա բացասական ազդեցություններից մինչև մշակվող արտադրանքի ամբողջ ծավալում անհավասարաչափ տաքացում։ Պաստերացման չափազանց կարճ տևողության կամ չափազանց ցածր ջերմաստիճանի հետևանքով անբավարար տաքացումը հանգեցնում է լոգարիթմական նվազման ցածր ցուցանիշի և հետագա մանրէային փչացման։ Չափազանց ուժեղ ջերմային մշակումը կարող է վատթարացնել արտադրանքի որակը՝ առաջացնելով, օրինակ, այրվածքի անցանկալի համ, ինչպես նաև նվազեցնել սննդանյութերի խտությունը՝ ջերմազգայուն սննդանյութերի քայքայման հետևանքով։

Սովորական պաստերացման թերությունները

• կարող է քայքայել կամ վնասել կարևոր սննդանյութերը
• կարող է առաջացնել անցանկալի համեր
• էներգիայի մեծ պահանջարկ
• անարդյունավետ է ջերմակայուն ախտածինների ոչնչացման համար
• կիրառելի չէ բոլոր սննդամթերքների համար

Կաթնամթերքի ուլտրաձայնային պաստերացում

Ուլտրաձայնային մշակումը, ջերմաուլտրաձայնային մշակումը և ջերմաճնշումային ուլտրաձայնային մշակումը լայնորեն ուսումնասիրվել են կաթի և կաթնամթերքի պաստերացման նպատակով։ Օրինակ՝ պարզվել է, որ ուլտրաձայնը փչացումը և պոտենցիալ ախտածինները նվազեցնում է մինչև զրո կամ մինչև Հարավային Աֆրիկայի և Մեծ Բրիտանիայի կաթի վերաբերյալ օրենսդրությամբ ընդունելի մակարդակներ, նույնիսկ երբ մշակումից առաջ առկա սկզբնական ինոկուլյումի բեռնվածությունը թույլատրելիից 5× բարձր էր։ E. coli տեսակի կենսունակ բջիջների քանակը 10,0 min ուլտրաձայնային մշակումից հետո նվազել է 100%-ով։ Բացի այդ, ցույց է տրվել, որ Pseudomonas fluorescens տեսակի կենսունակ բջիջների քանակը 6,0 min հետո նվազել է 100%-ով, իսկ Listeria monocytogenes տեսակի կենսունակ բջիջների քանակը 10,0 min հետո նվազել է 99%-ով։ (Cameron et al. 2009)
Հետազոտությունները նաև ցույց են տվել, որ ջերմաուլտրաձայնային մշակումը կարող է ինակտիվացնել Listeria innocua տեսակի և մեզոֆիլ բակտերիաները հում անարատ կաթում։ Ցույց է տրվել, որ ուլտրաձայնը կաթի պաստերացման և հոմոգենացման համար գործնականում կիրառելի տեխնոլոգիա է, որն ապահովում է մշակման ավելի կարճ ժամանակ՝ առանց pH-ի և կաթնաթթվի պարունակության էական փոփոխությունների, ինչպես նաև ավելի լավ տեսք և թանձրություն՝ սովորական ջերմային մշակման համեմատ։ Այս փաստերն առավելություններ են ապահովում կաթնամթերքի մշակման բազմաթիվ առումներով։ (Bermúdez-Aguirre et al. 2009)

Հյութերի և մրգային խյուսերի ուլտրաձայնային պաստերացում

Ուլտրաձայնային պաստերացումը կիրառվել է որպես արդյունավետ և արագ այլընտրանքային պաստերացման եղանակ՝ խնձորի հյութում Escherichia coli և Staphylococcus aureus տեսակների բակտերիաներն ինակտիվացնելու նպատակով։ Առանց պտղամսի խնձորի հյութի ուլտրաձայնային մշակման ժամանակ 5 լոգարիթմական կարգով նվազման հասնելու համար պահանջվել է 35 s՝ E. coli տեսակի դեպքում՝ 60degC ջերմաստիճանում, և 30 s՝ S. aureus տեսակի դեպքում՝ 62degC ջերմաստիճանում։ Թեև հետազոտությամբ պարզվել է, որ պտղամսի բարձր պարունակությունը նվազեցնում է ուլտրաձայնի մահաբեր ազդեցությունը S. aureus տեսակի վրա, մինչդեռ E. coli տեսակի վրա էական ազդեցություն չի ունենում, պետք է նշել, որ ճնշում չի կիրառվել։ Բարձր ճնշման տակ ուլտրաձայնային մշակումը զգալիորեն ուժեղացնում է ուլտրաձայնային կավիտացիան և դրանով իսկ՝ մանրէների ինակտիվացումը ավելի մածուցիկ հեղուկներում։ Ուլտրաձայնային մշակումն էական ազդեցություն չի ունեցել հակաօքսիդանտային ակտիվության վրա, որը որոշվել է 2,2-diphenyl-1-picrylhydrazyl (DPPH) ռադիկալի չեզոքացման ակտիվությամբ, սակայն զգալիորեն ավելացրել է ֆենոլային միացությունների ընդհանուր պարունակությունը։ Մշակման արդյունքում ստացվել է նաև ավելի կայուն և ավելի համասեռ հյութ։ (տե՛ս Baboli et al. 2020)

Գրամդրական և գրամբացասական բակտերիաների ուլտրաձայնային ինակտիվացում

Հայտնի է, որ գրամդրական բակտերիաները, օրինակ՝ Listeria monocytogenes կամ Staphylococcus aureus, ընդհանուր առմամբ ավելի դիմացկուն են, քան գրամբացասական բակտերիաները, և ավելի հաստ բջջապատերի շնորհիվ ավելի երկար են դիմանում պաստերացման այնպիսի տեխնոլոգիաների կիրառմանը, ինչպիսիք են PEF, HPP և մանո-ուլտրաձայնային մշակումը (MS)։ Գրամբացասական բակտերիաներն ունեն երկու լիպիդային բջջաթաղանթ՝ մեկ արտաքին և մեկ ցիտոպլազմային, որոնց միջև կա պեպտիդոգլիկանի բարակ շերտ, ինչը դրանք ավելի զգայուն է դարձնում ուլտրաձայնային ինակտիվացման նկատմամբ։ Մյուս կողմից, գրամդրական բակտերիաներն ունեն միայն մեկ լիպիդային թաղանթ և ավելի հաստ պեպտիդոգլիկանային պատ, ինչը դրանք ավելի դիմացկուն է դարձնում պաստերացման մշակումների նկատմամբ։ Գիտական հետազոտություններում համեմատվել է հզոր ուլտրաձայնի ազդեցությունը գրամբացասական և գրամդրական բակտերիաների վրա, և պարզվել է, որ այն ավելի ուժեղ արգելակող ազդեցություն ունի գրամբացասական բակտերիաների վրա։ (Տե՛ս Monsen et al. 2009) Գրամդրական բակտերիաները պահանջում են ավելի ինտենսիվ ուլտրաձայնային մշակման պայմաններ, այսինքն՝ ավելի բարձր ամպլիտուդներ, ավելի բարձր ջերմաստիճաններ, ավելի բարձր ճնշումներ և/կամ ուլտրաձայնային մշակման ավելի երկար տևողություն։ Hielscher Ultrasonics ընկերության հզոր ուլտրաձայնային համակարգերը կարող են ապահովել շատ բարձր ամպլիտուդներ և աշխատել բարձրացված ջերմաստիճաններում ու ճնշման տակ աշխատելու համար նախատեսված հոսքային բջջային ռեակտորներով։ Սա թույլ է տալիս իրականացնել ինտենսիվ ուլտրաձայնային / ջերմա-մանո-ուլտրաձայնային մշակում՝ նույնիսկ շատ դիմացկուն բակտերիալ շտամներն ինակտիվացնելու համար։

Ջերմադիմացկուն բակտերիաների ուլտրաձայնային ինակտիվացում

Ջերմադիմացկուն բակտերիաները բակտերիաներ են, որոնք տարբեր չափով կարող են գոյատևել պաստերացման գործընթացում։ Ջերմադիմացկուն բակտերիաների տեսակների թվում են Bacillus, Clostridium և էնտերոկոկերը։ «Այնուամենայնիվ, 80% ամպլիտուդով 10 min տևողությամբ ուլտրաձայնային մշակումը յուղազերծ կաթում ինակտիվացրել է B. coagulans և A. flavithermus բակտերիաների վեգետատիվ բջիջները՝ համապատասխանաբար 4,53 և 4,26 լոգարիթմական միավորով։ Պաստերացումից (63 degrees C/30 min) և դրան հաջորդող ուլտրաձայնային մշակումից բաղկացած համակցված մշակումը յուղազերծ կաթում ամբողջությամբ վերացրել է այդ բջիջների մոտավորապես log 6 cfu/mL քանակությունը»։ (Khanal et al. 2014)

Բարձր արդյունավետությամբ ուլտրաձայնային պաստերացման սարքավորումներ

Hielscher Ultrasonics ընկերությունը երկարամյա փորձ ունի սննդի և ըմպելիքների արդյունաբերության, ինչպես նաև արդյունաբերության բազմաթիվ այլ ճյուղերում հզոր ուլտրաձայնի կիրառման ոլորտում։ Մեր ուլտրաձայնային պրոցեսորները հագեցած են հեշտ մաքրվող (տեղում մաքրում՝ CIP / տեղում ստերիլացում՝ SIP) սոնոտրոդներով և հոսքային բջիջներով (հեղուկի հետ շփվող մասերով)։ Hielscher Ultrasonics ընկերության արդյունաբերական ուլտրաձայնային պրոցեսորները կարող են ապահովել շատ բարձր ամպլիտուդներ։ Մինչև 200µm ամպլիտուդներով կարելի է հեշտությամբ ապահովել անընդհատ աշխատանք՝ 24/7 ռեժիմով։ Բարձր ամպլիտուդները կարևոր են ավելի դիմացկուն մանրէների (օրինակ՝ գրամդրական բակտերիաների) ինակտիվացման համար։ Էլ ավելի բարձր ամպլիտուդների համար հասանելի են անհատական պահանջներին համապատասխան պատրաստվող ուլտրաձայնային սոնոտրոդներ։ Բոլոր սոնոտրոդները և ուլտրաձայնային հոսքային բջջային ռեակտորները կարող են աշխատել բարձրացված ջերմաստիճանների և ճնշումների պայմաններում, ինչը թույլ է տալիս ապահովել հուսալի ջերմա-մանո-ուլտրաձայնային մշակում և բարձր արդյունավետությամբ պաստերացում։
Առաջադեմ տեխնոլոգիան, բարձր արդյունավետությունը և կատարելագործված ծրագրային ապահովումը Hielscher Ultrasonics ընկերության սարքավորումները դարձնում են ձեր սննդամթերքի պաստերացման գծի հուսալի աշխատուժը։ Քիչ տարածք զբաղեցնելու և տեղադրման բազմազան տարբերակների շնորհիվ Hielscher ընկերության ուլտրաձայնային սարքերը կարելի է հեշտությամբ ինտեգրել գործող արտադրական գծերին կամ տեղադրել դրանց արդիականացման ընթացքում։
Խնդրում ենք կապվել մեզ հետ հենց հիմա՝ մեր ուլտրաձայնային պաստերացման համակարգերի առանձնահատկությունների և հնարավորությունների մասին ավելին իմանալու համար։ Մենք ուրախ կլինենք ձեզ հետ քննարկել ձեր կիրառությունը։
Ստորև բերված աղյուսակը պատկերացում է տալիս մեր ուլտրաձայնային սարքերի մոտավոր մշակման արտադրողականության մասին։