液体食品の超音波低温殺菌

超音波低温殺菌は、大腸菌、Pseudomonas fluorescens、Listeria monocytogenes、黄色ブドウ球菌、Bacillus coagulans、Anoxybacillus flavithermusなどの微生物を不活性化する非熱滅菌プロセスであり、微生物の腐敗を防ぎ、食品や飲料の長期安定性を達成します。

食品の非熱低温殺菌 & ソニケーションによる飲料

超音波低温殺菌は、食品の腐敗に寄与する生物や酵素を破壊または不活性化するために使用される非熱的な代替技術です。超音波処理は、缶詰食品、牛乳、乳製品、卵、ジュース、低アルコール含有量の飲料、およびその他の液体食品を低温殺菌するために使用できます。超音波処理のみ、および超音波と高温高圧条件(サーモマノソニケーションとして知られている)を組み合わせると、ジュース、牛乳、乳製品、液体卵、その他の食品を効率的に低温殺菌できます。洗練された超音波低温殺菌処理は、超音波処理された食品の栄養素含有量および物理的特性に悪影響を及ぼさないため、従来の低温殺菌技術に優れています。液体食品を低温殺菌するために超音波または熱マノ超音波処理を使用すると、従来の高温短時間(HTST)低温殺菌法よりも高品質の栄養豊富な製品を提供することができます。
Beslarら(2015)などの調査研究では、超音波処理は、収量、抽出、曇り、レオロジー特性、色、貯蔵寿命などの品質要因の向上を含むジュースの処理に大きな利点を提供できることがわかりました。

リンゴジュース中の大腸菌(a)と黄色ブドウ球菌(b)の生存曲線:超音波治療(UT)後、および同じ温度での熱処理(HT)後。
写真と研究:Baboli et al. 2015

超音波低温殺菌はどのように機能しますか?

超音波の不活性化と微生物の破壊は非熱的技術であり、その主な動作原理は熱に基づいていません。超音波低温殺菌は、主に音響キャビテーションの影響によって引き起こされます。音響/超音波キャビテーションの現象は、微細なキャビテーション気泡の中および周囲で発生する局所的な高温、圧力、およびそれぞれの差で知られています。さらに、音響キャビテーションは、非常に強いせん断力、液体ジェット、乱流を生成します。これらの破壊的な力は、細胞の穿孔や破壊など、微生物細胞に広範な損傷を引き起こします。細胞の穿孔および破壊は、超音波処理された細胞に見られる独特の効果であり、主にキャビテーションによって生成された液体ジェットによって引き起こされる。

超音波低温殺菌は、音響キャビテーションとその流体力学的せん断力に基づいています

なぜ超音波処理は伝統的な低温殺菌に優れていますか

食品・飲料業界では、細菌、酵母、菌類などの微生物を不活性化または死滅させ、微生物の腐敗を防ぎ、製品の保存期間と安定性を高めるために、従来の低温殺菌を広く適用しています。従来の低温殺菌は、通常100°C(212°F)未満の高温で短時間処理することで機能します。正確な温度と持続時間は通常、特定の食品と微生物に合わせて調整され、不活化する必要があります。低温殺菌プロセスの有効性は、丸太の減少として測定される微生物の不活化率によって決まります。ログリダクションは、特定の温度で特定の時間に不活化された微生物の割合を測定します。温度処理の条件と微生物の不活化率は、微生物の種類と食品の組成に影響されます。従来の熱ベースの低温殺菌には、微生物の不活化が不十分である、食品に悪影響を与える、処理された製品による加熱が不均一であるなど、いくつかの欠点があります。低温殺菌時間が短い、または温度が低すぎることによる加熱が不十分な場合、丸太の減少率が低くなり、その後の微生物の腐敗が発生します。熱処理が多すぎると、焦げ付きた異臭などの製品の劣化や、温度に敏感な栄養素が破壊されるための栄養密度の低下を引き起こす可能性があります。

従来の低温殺菌の欠点

• 重要な栄養素を破壊または損傷する可能性があります
• 異臭の原因となる可能性があります
• 高いエネルギー要件
• 耐熱性病原体を殺すには効果がない
• すべての食品に適用されるわけではありません

乳製品の超音波低温殺菌

超音波処理、熱超音波処理およびthermo - mano-超音波処理habveは、牛乳および乳製品の低温殺菌のために広く研究されています。たとえば、超音波は、治療前に許容されるよりも 5× 高い初期接種量が存在した場合でも、腐敗や潜在的な病原体をゼロまたは南アフリカと英国の牛乳法で許容されるレベルまで排除することがわかりました。大腸菌の生細胞数は、超音波処理の10.0分後に100%減少した。さらに、Pseudomonas fluorescensの生存数が6.0分後に100%減少し、リステリア菌のmonocytogenesが10.0分後に99%減少することが示されました(Cameron et al., 2009)
研究はまた、熱超音波処理が生の全乳中のリステリア菌innocuaおよび中温性細菌を不活性化することができることを示した。超音波は、牛乳の低温殺菌と均質化のための実行可能な技術であることが示され、pHと乳酸含有量に大きな変化を与えることなく、処理時間が短く、従来の熱処理と比較して外観と一貫性が優れていることが示されました。これらの事実は、乳製品加工の多くの側面で有利です。(Bermúdez-Aguirre et al. 2009)

ジュースとフルーツピューレの超音波低温殺菌

超音波低温殺菌は、リンゴジュース中の大腸菌および黄色ブドウ球菌を不活性化するための効率的かつ迅速な代替低温殺菌技術として適用された。パルプフリーのリンゴジュースを超音波処理したとき、5ログの減少時間は、60°Cで大腸菌で35秒、62°Cで黄色ブドウ球菌で30秒でした。この研究では、高パルプ含有量が黄色ブドウ球菌に対する超音波の致死性を低下させることがわかりましたが、大腸菌には有意な影響はありませんでしたが、圧力が加えられていないことに注意する必要があります。高圧下での超音波処理は、超音波キャビテーションを著しく強化し、それにより、より粘性のある液体中での微生物の不活性化を強める。超音波治療は、2,2-ジフェニル-1-ピクリルヒドラジル(DPPH)ラジカル消去活性によって決定される抗酸化活性に有意な影響を与えませんでしたが、総フェノール含有量を有意に増加させました。また、この処理により、より安定したジュースが得られ、均一性が向上しました。(cf. Baboli et al. 2020)

グラム陽性菌およびグラム陰性菌の超音波不活化

リステリア菌や黄色ブドウ球菌などのグラム陽性菌は、一般的にグラム陰性菌よりも耐性があることが知られており、PEF、HPPおよびマノソニケーション(MS)などの低温殺菌技術に、細胞壁が厚いため、より長い治療期間に耐えることができます。グラム陰性菌には2つあります – 1つは外部、もう1つは細胞質 – 脂質細胞膜は、その中にペプチドグリカンの薄層があり、超音波不活性化の影響を受けやすくなります。一方、グラム陽性菌は、ペプチドグリカンの壁が厚い脂質膜が1つしかないため、低温殺菌処理に対する耐性が高くなります。科学的調査では、グラム陰性菌とグラム陽性菌に対するパワー超音波の効果を比較し、グラム陰性菌に対してより強い阻害効果があることがわかりました。(cf. Monsen et al. 2009)グラム陽性菌は、より強力な超音波条件、すなわち、より高い振幅、より高い温度、より高い圧力および/またはより長い超音波処理時間を必要とする。ヒールシャー超音波のパワー超音波システムは、非常に高い振幅を提供することができ、高温で、加圧可能なフローセルリアクターで操作することができます。これにより、非常に耐性のある細菌株でさえも不活性化するために、強力な超音波処理/熱 - マノ - 超音波処理が可能になります。

サーモデュリック細菌の超音波不活化

サーモデュリック細菌は、さまざまな程度で低温殺菌プロセスを生き残ることができる細菌です。細菌のサーモデュリック種には、バチルス、クロストリジウム、エンテロコックスが含まれます。「しかし、80%の振幅で10分間超音波処理すると、スキムミルク中のB.コアグランスとA.フラビテルマスの栄養細胞がそれぞれ4.53、および4.26ログで不活性化されました。低温殺菌(63°C / 30分)の併用処理とそれに続く超音波処理により、スキムミルク中のこれらの細胞の約log 6 cfu / mLが完全に排除されました。(Khanal et al. 2014)

高性能超音波低温殺菌装置

ヒールシャー超音波は、食品中のパワー超音波の応用に長年の経験があります & 飲料業界だけでなく、他の多くの産業部門。当社の超音波プロセッサには、洗浄が容易な(定置洗浄CIP/定置滅菌SIP)ソノトロードとフローセル(ウェットパーツ)が装備されています。ヒールシャー超音波’ 産業用超音波プロセッサは、非常に高い振幅を提供できます。最大200μmの振幅は、24/7操作で簡単に連続運転できます。高振幅は、より耐性のある微生物(グラム陽性菌など)を不活性化するために重要です。さらに高い振幅のために、カスタマイズされた超音波ソノトロードが利用可能です。すべてのソノトロードおよび超音波フローセルリアクターは、高い温度および圧力下で運転することができ、これにより信頼性の高い熱マノソニケーションおよび非常に効果的な低温殺菌が可能になる。
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以下の表は、当社の超音波装置のおおよその処理能力を示しています。