Pasteurisasi Ultrasonik Pangan Cair

Pasteurisasi ultrasonik adalah proses sterilisasi nontermal untuk menginaktivasi mikroba seperti E.coli, Pseudomonas fluorescens, Listeria monocytogenes, Staphylococcus aureus, Bacillus coagulans, Anoxybacillus flavithermus, serta banyak mikroba lainnya untuk mencegah kerusakan akibat mikroba dan mencapai stabilitas jangka panjang pada makanan dan minuman.

Pasteurisasi Nontermal Makanan & Minuman dengan Sonikasi

Pasteurisasi ultrasonik adalah teknologi alternatif nontermal yang digunakan untuk menghancurkan atau menonaktifkan organisme dan enzim yang berkontribusi terhadap kerusakan pangan. Ultrasonikasi dapat digunakan untuk mempasteurisasi makanan kaleng, susu, produk susu, telur, jus, minuman berkadar alkohol rendah, dan pangan cair lainnya. Ultrasonikasi saja maupun ultrasonik yang dikombinasikan dengan kondisi suhu dan tekanan yang lebih tinggi (dikenal sebagai termo-mano-sonikasi) dapat mempasteurisasi jus, susu, produk susu, telur cair, dan produk pangan lainnya secara efisien. Perlakuan pasteurisasi ultrasonik yang canggih mengungguli teknik pasteurisasi tradisional karena ultrasonik tidak berdampak buruk pada kandungan nutrisi dan karakteristik fisik produk pangan yang diproses. Penggunaan ultrasonik atau termo-mano-sonikasi untuk mempasteurisasi produk pangan cair dapat menghasilkan produk kaya nutrisi dengan kualitas lebih tinggi daripada metode pasteurisasi tradisional bersuhu tinggi dalam waktu singkat (HTST).
Studi penelitian seperti yang dilakukan oleh Beslar et al. (2015) menemukan bahwa perlakuan ultrasonik dapat memberikan keuntungan signifikan untuk pengolahan jus, termasuk peningkatan faktor kualitas seperti rendemen, ekstraksi, kekeruhan, sifat reologis, dan warna, serta umur simpan.

Kurva kelangsungan hidup Escherichia coli (a) dan Staphylococcus aureus (b) dalam jus apel setelah Perlakuan Ultrasonik (UT) pada berbagai suhu dan setelah Perlakuan Panas (HT) pada suhu yang sama.
gambar dan studi: Baboli et al. 2015

Bagaimana Cara Kerja Pasteurisasi Ultrasonik?

Inaktivasi dan penghancuran mikroba secara ultrasonik merupakan teknik nontermal, yang berarti prinsip kerja utamanya tidak didasarkan pada panas. Pasteurisasi ultrasonik terutama disebabkan oleh efek kavitasi akustik. Fenomena kavitasi akustik / ultrasonik dikenal karena suhu dan tekanan lokalnya yang tinggi, beserta perbedaan suhu dan tekanannya, yang terjadi di dalam dan di sekitar gelembung kavitasi yang sangat kecil. Selain itu, kavitasi akustik menghasilkan gaya geser, semburan cairan, dan turbulensi yang sangat intens. Gaya destruktif ini menyebabkan kerusakan luas pada sel mikroba, seperti perforasi dan disrupsi sel. Perforasi dan disrupsi sel merupakan efek unik yang ditemukan pada sel yang diberi perlakuan ultrasonik, terutama disebabkan oleh semburan cairan yang dihasilkan oleh kavitasi.

Pasteurisasi ultrasonik didasarkan pada kavitasi akustik dan gaya geser hidrodinamiknya

Mengapa Sonikasi Mengungguli Pasteurisasi Tradisional

Industri makanan dan minuman secara luas menerapkan pasteurisasi konvensional untuk menginaktivasi atau membunuh mikroba seperti bakteri, khamir, dan jamur guna mencegah kerusakan akibat mikroba serta memberikan umur simpan dan stabilitas yang lebih lama pada produk mereka. Pasteurisasi konvensional bekerja melalui perlakuan singkat pada suhu tinggi yang biasanya di bawah 100°C (212°F). Suhu dan durasi yang tepat biasanya disesuaikan dengan produk pangan tertentu dan mikroba yang harus diinaktivasi. Efektivitas proses pasteurisasi ditentukan oleh tingkat inaktivasi mikroba, yang diukur sebagai reduksi log. Reduksi log mengukur persentase mikroba yang diinaktivasi pada suhu tertentu selama waktu tertentu. Kondisi perlakuan suhu dan tingkat inaktivasi mikroba dipengaruhi oleh jenis mikroba serta komposisi produk pangan. Pasteurisasi tradisional berbasis panas memiliki beberapa kekurangan, mulai dari inaktivasi mikroba yang tidak memadai, dampak negatif pada produk pangan, hingga pemanasan yang tidak merata di seluruh produk yang diproses. Pemanasan yang tidak memadai akibat durasi pasteurisasi yang terlalu singkat atau suhu yang terlalu rendah menghasilkan tingkat reduksi log yang rendah dan kerusakan akibat mikroba setelahnya. Perlakuan panas yang berlebihan dapat menyebabkan penurunan kualitas produk, seperti cita rasa gosong yang tidak diinginkan dan kepadatan nutrisi yang lebih rendah akibat rusaknya nutrisi yang sensitif terhadap suhu.

Kekurangan Pasteurisasi Konvensional

• dapat menghancurkan atau merusak nutrisi penting
• dapat menyebabkan cita rasa yang tidak diinginkan
• kebutuhan energi tinggi
• tidak efektif untuk membunuh patogen tahan panas
• tidak dapat diterapkan pada setiap produk pangan

Pasteurisasi Ultrasonik Produk Susu

Sonikasi, termo-sonikasi, dan termo-mano-sonikasi telah banyak diteliti untuk pasteurisasi susu dan produk susu. Sebagai contoh, ultrasonik diketahui dapat menghilangkan mikroba perusak dan patogen potensial hingga nol atau hingga tingkat yang dapat diterima oleh peraturan susu Afrika Selatan dan Inggris, bahkan ketika beban inokulum awal sebelum perlakuan 5× lebih tinggi daripada yang diizinkan. Jumlah sel hidup E. coli berkurang sebesar 100% setelah ultrasonikasi selama 10,0 min. Selain itu, ditunjukkan bahwa jumlah sel hidup Pseudomonas fluorescens berkurang sebesar 100% setelah 6,0 min dan Listeria monocytogenes berkurang sebesar 99% setelah 10,0 min. (Cameron et al. 2009)
Penelitian juga menunjukkan bahwa termo-sonikasi dapat menginaktivasi Listeria innocua dan bakteri mesofilik dalam susu utuh mentah. Ultrasonik terbukti merupakan teknologi yang layak untuk pasteurisasi dan homogenisasi susu, dengan waktu pemrosesan lebih singkat tanpa perubahan berarti pada pH dan kandungan asam laktat, serta tampilan dan konsistensi yang lebih baik dibandingkan dengan perlakuan termal konvensional. Fakta-fakta ini menguntungkan dalam banyak aspek pengolahan produk susu. (Bermúdez-Aguirre et al. 2009)

Pasteurisasi Ultrasonik Jus dan Pure Buah

Pasteurisasi ultrasonik diterapkan sebagai teknik pasteurisasi alternatif yang efisien dan cepat untuk menginaktivasi Escherichia coli dan Staphylococcus aureus dalam jus apel. Ketika jus apel tanpa ampas diproses secara ultrasonik, waktu reduksi 5-log adalah 35 s untuk E. coli pada 60degC dan 30 s untuk S. aureus pada 62degC. Meskipun studi tersebut menemukan bahwa kandungan ampas yang tinggi membuat ultrasonik kurang mematikan bagi S. aureus, sementara tidak memberikan pengaruh signifikan pada E. coli, perlu diperhatikan bahwa tidak ada tekanan yang diterapkan. Sonikasi pada tekanan yang lebih tinggi secara signifikan mengintensifkan kavitasi ultrasonik dan dengan demikian inaktivasi mikroba dalam cairan yang lebih kental. Perlakuan ultrasonik tidak memberikan pengaruh signifikan pada aktivitas antioksidan yang ditentukan melalui aktivitas penangkapan radikal 2,2-difenil-1-pikrilhidrazil (DPPH), tetapi secara signifikan meningkatkan kandungan fenolik total. Perlakuan tersebut juga menghasilkan jus yang lebih stabil dengan keseragaman lebih tinggi. (bandingkan Baboli et al. 2020)

Inaktivasi Ultrasonik Bakteri Gram-Positif dan Gram-Negatif

Bakteri gram-positif, seperti Listeria monocytogenes atau Staphylococcus aureus, secara umum diketahui lebih resisten daripada bakteri gram-negatif dan mampu bertahan terhadap teknologi pasteurisasi seperti PEF, HPP, dan mano-sonikasi (MS) selama periode perlakuan yang lebih lama karena dinding selnya lebih tebal. Bakteri gram-negatif memiliki dua membran sel lipid – satu membran luar dan satu membran sitoplasma – dengan lapisan tipis peptidoglikan di antaranya, yang membuatnya lebih rentan terhadap inaktivasi ultrasonik. Di sisi lain, bakteri gram-positif hanya memiliki satu membran lipid dengan dinding peptidoglikan yang lebih tebal, yang membuatnya lebih resisten terhadap perlakuan pasteurisasi. Penelitian ilmiah membandingkan pengaruh ultrasonik berdaya tinggi pada bakteri gram-negatif dan gram-positif serta menemukan bahwa efek penghambatannya lebih kuat pada bakteri gram-negatif. (bandingkan Monsen et al. 2009) Bakteri gram-positif memerlukan kondisi ultrasonik yang lebih intens, yaitu amplitudo lebih tinggi, suhu lebih tinggi, tekanan lebih tinggi, dan/atau waktu sonikasi lebih lama. Sistem ultrasonik berdaya tinggi Hielscher Ultrasonics dapat menghasilkan amplitudo yang sangat tinggi dan dapat dioperasikan pada suhu yang lebih tinggi serta dengan reaktor sel alir yang dapat diberi tekanan. Hal ini memungkinkan sonikasi / termo-mano-sonikasi yang intens untuk menginaktivasi bahkan galur bakteri yang sangat resisten.

Inaktivasi Ultrasonik Bakteri Termodurik

Bakteri termodurik adalah bakteri yang dapat bertahan, dengan tingkat ketahanan yang bervariasi, terhadap proses pasteurisasi. Jenis bakteri termodurik mencakup Bacillus, Clostridium, dan Enterococci. “Namun, ultrasonikasi pada amplitudo 80% selama 10 min menginaktivasi sel vegetatif B. coagulans dan A. flavithermus dalam susu skim masing-masing sebesar 4,53 dan 4,26 log. Perlakuan gabungan berupa pasteurisasi (63 derajat C/30 min) yang diikuti dengan ultrasonikasi menghilangkan sepenuhnya sekitar log 6 cfu/mL sel-sel ini dalam susu skim.” (Khanal et al. 2014)

Peralatan Pasteurisasi Ultrasonik Berkinerja Tinggi

Hielscher Ultrasonics memiliki pengalaman panjang dalam penerapan ultrasonik berdaya tinggi di industri makanan & minuman serta banyak sektor industri lainnya. Prosesor ultrasonik kami dilengkapi dengan sonotrode dan sel alir (bagian yang bersentuhan dengan cairan) yang mudah dibersihkan (pembersihan di tempat CIP / sterilisasi di tempat SIP). Prosesor ultrasonik industri Hielscher Ultrasonics dapat menghasilkan amplitudo yang sangat tinggi. Amplitudo hingga 200µm dapat dengan mudah dijalankan secara terus-menerus dalam pengoperasian 24/7. Amplitudo tinggi penting untuk menginaktivasi mikroba yang lebih resisten (misalnya, bakteri gram-positif). Untuk amplitudo yang lebih tinggi lagi, tersedia sonotrode ultrasonik yang dibuat khusus. Semua sonotrode dan reaktor sel alir ultrasonik dapat dioperasikan pada suhu dan tekanan yang lebih tinggi, sehingga memungkinkan termo-mano-sonikasi yang andal dan pasteurisasi yang sangat efektif.
Teknologi mutakhir, kinerja tinggi, dan perangkat lunak canggih menjadikan peralatan Hielscher Ultrasonics andalan yang tangguh dalam lini pasteurisasi pangan Anda. Dengan kebutuhan ruang yang kecil dan pilihan pemasangan yang beragam, sonikator Hielscher dapat dengan mudah diintegrasikan atau dipasang sebagai peningkatan pada lini produksi yang sudah ada.
Hubungi kami sekarang untuk mempelajari lebih lanjut tentang fitur dan kemampuan sistem pasteurisasi ultrasonik kami. Kami dengan senang hati akan mendiskusikan aplikasi Anda bersama Anda!
Tabel di bawah ini memberikan gambaran perkiraan kapasitas pemrosesan sonikator kami: