თხევადი საკვები პროდუქტების ულტრაბგერითი პასტერიზაცია

ულტრაბგერითი პასტერიზაცია არათერმული სტერილიზაციის პროცესია მიკრობების, როგორიცაა E.coli, Pseudomonas fluorescens, Listeria monocytogenes, Staphylococcus aureus, Bacillus coagulans, Anoxybacillus flavithermus და მრავალი სხვა, ინაქტივაციისთვის, რათა თავიდან იქნეს აცილებული მიკრობული გაფუჭება და მიღწეულ იქნეს სურსათისა და სასმელების გრძელვადიანი სტაბილურობა.

სურსათისა და სასმელების არათერმული პასტერიზაცია ულტრაბგერითი დამუშავებით

ულტრაბგერითი პასტერიზაცია არათერმული ალტერნატიული ტექნოლოგიაა, რომელიც გამოიყენება საკვების გაფუჭების გამომწვევი ორგანიზმების გასანადგურებლად ან ინაქტივაციისთვის და ფერმენტების ინაქტივაციისთვის. ულტრაბგერითი დამუშავება შეიძლება გამოყენებულ იქნეს კონსერვების, რძის, რძის პროდუქტების, კვერცხის, წვენების, დაბალალკოჰოლური სასმელებისა და სხვა თხევადი საკვები პროდუქტების პასტერიზაციისთვის. როგორც მხოლოდ ულტრაბგერითი დამუშავებით, ისე ულტრაბგერის მომატებულ ტემპერატურასა და წნევასთან კომბინაციით (ცნობილია, როგორც თერმო-მანო-ულტრაბგერითი დამუშავება) შესაძლებელია წვენების, რძის, რძის პროდუქტების, თხევადი კვერცხისა და სხვა საკვები პროდუქტების ეფექტური პასტერიზაცია. დახვეწილი ულტრაბგერითი პასტერიზაციის პროცესი სჯობნის პასტერიზაციის ტრადიციულ მეთოდებს, რადგან ულტრაბგერა უარყოფითად არ მოქმედებს დამუშავებული საკვები პროდუქტების საკვები ნივთიერებების შემცველობასა და ფიზიკურ მახასიათებლებზე. თხევადი საკვები პროდუქტების პასტერიზაციისთვის ულტრაბგერის ან თერმო-მანო-ულტრაბგერითი დამუშავების გამოყენებით შეიძლება მიღებულ იქნეს საკვები ნივთიერებებით მდიდარი პროდუქტი, რომლის ხარისხიც უფრო მაღალია, ვიდრე ტრადიციული მაღალტემპერატურული ხანმოკლე (HTST) პასტერიზაციის მეთოდით მიღებული პროდუქტისა.
სამეცნიერო კვლევებმა, როგორიცაა Beslar et al. (2015), აჩვენა, რომ ულტრაბგერით დამუშავებას შეუძლია მნიშვნელოვანი უპირატესობების უზრუნველყოფა წვენების დამუშავებისას, მათ შორის ისეთი ხარისხობრივი მაჩვენებლების გაუმჯობესება, როგორიცაა გამოსავლიანობა, ექსტრაქცია, სიმღვრივე, რეოლოგიური თვისებები და ფერი, ასევე ვარგისიანობის ვადის გახანგრძლივება.

Escherichia coli-ის (a) და Staphylococcus aureus-ის (b) გადარჩენის მრუდები ვაშლის წვენში ულტრაბგერითი დამუშავების (UT) შემდეგ სხვადასხვა ტემპერატურაზე და თერმული დამუშავების (HT) შემდეგ იმავე ტემპერატურებზე.
სურათი და კვლევა: Baboli et al. 2015

როგორ მუშაობს ულტრაბგერითი პასტერიზაცია?

მიკრობების ულტრაბგერითი ინაქტივაცია და დაღუპვა არათერმული ტექნიკაა, რაც ნიშნავს, რომ მისი მთავარი სამუშაო პრინციპი არ ეფუძნება სითბოს. ულტრაბგერითი პასტერიზაცია ძირითადად ხდება აკუსტიკური კავიტაციის ეფექტების გამო. აკუსტიკური / ულტრაბგერითი კავიტაციის ფენომენი ცნობილია თავისი ლოკალურად მაღალი ტემპერატურებით, წნევებით და შესაბამისი დიფერენციალებით, რომლებიც წარმოიქმნება მინი კავიტაციის ბუშტების შიგნით და მათ გარშემო. გარდა ამისა, აკუსტიკური კავიტაცია ქმნის ძალიან ინტენსიურ ძვრის ძალებს, სითხის ჯეტებს და ტურბულენტობას. ეს დამაზიანებელი ძალები იწვევს მიკრობული უჯრედების მასშტაბურ დაზიანებას, როგორიცაა უჯრედის პერფორაცია და დისრუპცია. უჯრედის პერფორაცია და დისრუპცია არის უნიკალური ეფექტები, რომლებიც აღმოჩენილია ულტრაბგერით დამუშავებულ უჯრედებში, რაც ძირითადად გამოწვეულია კავიტაციით წარმოქმნილი სითხის ჯეტებით.

ულტრაბგერითი პასტერიზაცია ეფუძნება აკუსტიკურ კავიტაციას და მის ჰიდროდინამიკურ ძვრის ძალებს

რატომ სჯობნის ულტრაბგერითი დამუშავება ტრადიციულ პასტერიზაციას

სურსათისა და სასმელების მრეწველობა ფართოდ იყენებს ტრადიციულ პასტერიზაციას მიკრობების, როგორიცაა ბაქტერიები, საფუარი და სოკოები, ინაქტივაციისთვის ან გასანადგურებლად, რათა თავიდან აიცილოს მიკრობული გაფუჭება და უზრუნველყოს პროდუქტების უფრო ხანგრძლივი ვარგისიანობა და სტაბილურობა. ტრადიციული პასტერიზაცია გულისხმობს ხანმოკლე დამუშავებას მომატებულ ტემპერატურაზე, რომელიც ჩვეულებრივ 100°C-ზე (212°F) ნაკლებია. ზუსტი ტემპერატურა და ხანგრძლივობა ჩვეულებრივ მორგებულია კონკრეტულ საკვებ პროდუქტსა და იმ მიკრობებზე, რომელთა ინაქტივაციაც საჭიროა. პასტერიზაციის პროცესის ეფექტურობა განისაზღვრება მიკრობული ინაქტივაციის მაჩვენებლით, რომელიც იზომება ლოგარითმული შემცირებით. ლოგარითმული შემცირება ზომავს ინაქტივირებული მიკრობების პროცენტულ რაოდენობას კონკრეტულ ტემპერატურაზე კონკრეტული დროის განმავლობაში. ტემპერატურული დამუშავების პირობებსა და მიკრობული ინაქტივაციის მაჩვენებელზე გავლენას ახდენს როგორც მიკრობების ტიპი, ისე საკვები პროდუქტის შემადგენლობა. ტრადიციულ თერმულ პასტერიზაციას რამდენიმე უარყოფითი მხარე აქვს, მათ შორის არასაკმარისი მიკრობული ინაქტივაცია, საკვებ პროდუქტზე უარყოფითი ზემოქმედება და დამუშავებული პროდუქტის არათანაბარი გაცხელება. პასტერიზაციის ძალიან მოკლე ხანგრძლივობით ან ძალიან დაბალი ტემპერატურით გამოწვეული არასაკმარისი გაცხელება იწვევს ლოგარითმული შემცირების დაბალ მაჩვენებელს და შემდგომ მიკრობულ გაფუჭებას. გადაჭარბებულმა თერმულმა დამუშავებამ შეიძლება გამოიწვიოს პროდუქტის ხარისხის გაუარესება, მაგალითად, დამწვრის არასასიამოვნო გემოს წარმოქმნა და საკვები ნივთიერებების შემცველობის შემცირება თერმომგრძნობიარე საკვები ნივთიერებების განადგურების გამო.

კონვენციური პასტერიზაციის უარყოფითი მხარეები

• შეიძლება დააზიანოს ან გაანადგუროს მნიშვნელოვანი ნუტრიენტები
• შეიძლება გამოიწვიოს არასასიამოვნო გემო
• მაღალი ენერგეტიკული მოთხოვნები
• არაეფექტურია თბომდგრადი პათოგენების წინააღმდეგ
• არ არის გამოყენებადი ყველა საკვებ პროდუქტზე

რძისა და რძის პროდუქტების ულტრაბგერითი პასტერიზაცია

ულტრაბგერითი დამუშავება, თერმო-ულტრაბგერითი დამუშავება და თერმო-მანო-ულტრაბგერითი დამუშავება ფართოდ არის შესწავლილი რძისა და რძის პროდუქტების პასტერიზაციისთვის. მაგალითად, დადგინდა, რომ ულტრაბგერა გაფუჭების გამომწვევი მიკროორგანიზმებისა და პოტენციური პათოგენების რაოდენობას ნულამდე ან სამხრეთ აფრიკისა და დიდი ბრიტანეთის რძის კანონმდებლობით დასაშვებ დონემდე ამცირებს მაშინაც კი, როდესაც დამუშავებამდე საწყისი ინოკულუმის რაოდენობა დასაშვებზე 5× მეტი იყო. E. coli-ს სიცოცხლისუნარიანი უჯრედების რაოდენობა შემცირდა 100%-ით ულტრაბგერითი დამუშავების 10,0 min-ის შემდეგ. გარდა ამისა, ნაჩვენები იყო, რომ Pseudomonas fluorescens-ის სიცოცხლისუნარიანი უჯრედების რაოდენობა შემცირდა 100%-ით 6,0 min-ის შემდეგ, ხოლო Listeria monocytogenes-ისა – 99%-ით 10,0 min-ის შემდეგ. (Cameron et al. 2009)
კვლევამ ასევე აჩვენა, რომ თერმო-ულტრაბგერით დამუშავებას შეუძლია Listeria innocua-სა და მეზოფილური ბაქტერიების ინაქტივაცია ნედლ მოუხდელ რძეში. დადასტურდა, რომ ულტრაბგერა რძის პასტერიზაციისა და ჰომოგენიზაციისთვის გამოსადეგი ტექნოლოგიაა, რომელიც უზრუნველყოფს დამუშავების უფრო მოკლე დროს pH-ისა და რძემჟავას შემცველობის მნიშვნელოვანი ცვლილებების გარეშე, ასევე უკეთეს გარეგნულ სახესა და კონსისტენციას ტრადიციულ თერმულ დამუშავებასთან შედარებით. ეს ფაქტები უპირატესობას ქმნის რძის გადამუშავების მრავალ ასპექტში. (Bermúdez-Aguirre et al. 2009)

წვენებისა და ხილის პიურეების ულტრაბგერითი პასტერიზაცია

ულტრაბგერითი პასტერიზაცია გამოიყენებოდა, როგორც პასტერიზაციის ეფექტური და სწრაფი ალტერნატიული მეთოდი ვაშლის წვენში Escherichia coli-სა და Staphylococcus aureus-ის ინაქტივაციისთვის. როდესაც რბილობისგან თავისუფალი ვაშლის წვენი ულტრაბგერით დამუშავდა, 5-ლოგარითმული შემცირებისთვის საჭირო დრო იყო 35 s E. coli-სთვის 60degC-ზე და 30 s S. aureus-ისთვის 62degC-ზე. მიუხედავად იმისა, რომ კვლევაში დადგინდა, რომ რბილობის მაღალი შემცველობა ამცირებდა ულტრაბგერის ლეტალურ ზემოქმედებას S. aureus-ზე, ხოლო E. coli-ზე მნიშვნელოვან გავლენას არ ახდენდა, უნდა აღინიშნოს, რომ წნევა არ იყო გამოყენებული. ულტრაბგერითი დამუშავება მომატებული წნევის პირობებში მნიშვნელოვნად აძლიერებს ულტრაბგერით კავიტაციას და, შესაბამისად, მიკრობულ ინაქტივაციას უფრო ბლანტ სითხეებში. ულტრაბგერით დამუშავებას არ ჰქონდა მნიშვნელოვანი გავლენა ანტიოქსიდანტურ აქტივობაზე, რომელიც განისაზღვრა 2,2-დიფენილ-1-პიკრილჰიდრაზილის (DPPH) რადიკალის შებოჭვის აქტივობით, თუმცა მან მნიშვნელოვნად გაზარდა ფენოლური ნაერთების ჯამური შემცველობა. დამუშავების შედეგად ასევე მიღებულ იქნა უფრო სტაბილური და ერთგვაროვანი წვენი. (იხ. Baboli et al. 2020)

გრამდადებითი და გრამუარყოფითი ბაქტერიების ულტრაბგერითი ინაქტივაცია

გრამ-პოზიტიური ბაქტერიები, როგორიცაა Listeria monocytogenes ან Staphylococcus aureus, ზოგადად უფრო რეზისტენტულია, ვიდრე გრამ-უარყოფითი ბაქტერიები, და უფრო სქელი უჯრედის კედლების გამო უფრო ხანგრძლივად უძლებს პასტერიზაციის ისეთ ტექნოლოგიებს, როგორიცაა PEF, HPP და მანო-სონიკაცია (MS). გრამ-უარყოფით ბაქტერიებს აქვთ ორი ლიპიდური უჯრედული მემბრანა – ერთი გარე და ერთი ციტოპლაზმური – მათ შორის პეპტიდოგლიკანის თხელი ფენით, რაც მათ უფრო მოწყვლადს ხდის ულტრაბგერითი ინაქტივაციის მიმართ. მეორე მხრივ, გრამ-პოზიტიურ ბაქტერიებს აქვთ მხოლოდ ერთი ლიპიდური მემბრანა და პეპტიდოგლიკანის უფრო სქელი კედელი, რაც მათ პასტერიზაციის მიმართ მეტ რეზისტენტულობას ანიჭებს. სამეცნიერო კვლევებში შეადარეს მძლავრი ულტრაბგერის გავლენა გრამ-უარყოფით და გრამ-პოზიტიურ ბაქტერიებზე და აღმოაჩინეს, რომ მას უფრო ძლიერი ინჰიბიტორული ეფექტი ჰქონდა გრამ-უარყოფით ბაქტერიებზე. (იხ. Monsen et al. 2009) გრამ-პოზიტიურ ბაქტერიებს სჭირდებათ უფრო ინტენსიური ულტრაბგერითი დამუშავების პირობები, ანუ უფრო მაღალი ამპლიტუდები, უფრო მაღალი ტემპერატურები, უფრო მაღალი წნევები და/ან ულტრაბგერითი დამუშავების უფრო ხანგრძლივი დრო. Hielscher Ultrasonics-ის მძლავრ ულტრაბგერით სისტემებს შეუძლიათ უზრუნველყონ ძალიან მაღალი ამპლიტუდები და იმუშაონ მაღალ ტემპერატურებზე, წნევის ქვეშ მუშაობისთვის განკუთვნილ გამდინარე რეაქტორებთან ერთად. ეს შესაძლებელს ხდის ინტენსიურ ულტრაბგერით დამუშავებას / თერმო-მანო-სონიკაციას ძალიან რეზისტენტული ბაქტერიული შტამების ინაქტივაციისთვისაც კი.

თერმოდურული ბაქტერიების ულტრაბგერითი ინაქტივაცია

თერმოდურული ბაქტერიები არის ბაქტერიები, რომლებსაც სხვადასხვა ხარისხით შეუძლიათ გაუძლონ პასტერიზაციის პროცესს. თერმოდურულ ბაქტერიებს მიეკუთვნება Bacillus, Clostridium და Enterococci. „თუმცა, 80% ამპლიტუდით 10 min განმავლობაში ულტრაბგერითმა დამუშავებამ უცხიმო რძეში B. coagulans-ისა და A. flavithermus-ის ვეგეტატიური უჯრედების რაოდენობა, შესაბამისად, 4,53 და 4,26 ლოგარითმული ერთეულით შეამცირა. პასტერიზაციისა (63 °C/30 min) და შემდგომი ულტრაბგერითი დამუშავების კომბინაციამ უცხიმო რძეში სრულად გაანადგურა ამ უჯრედების დაახლოებით log 6 cfu/mL.“ (Khanal et al. 2014)

მაღალი წარმადობის ულტრაბგერითი პასტერიზაციის აღჭურვილობა

Hielscher Ultrasonics-ს აქვს ხანგრძლივი გამოცდილება მძლავრი ულტრაბგერის გამოყენებაში საკვებისა და სასმელების ინდუსტრიაში, ასევე ბევრ სხვა სამრეწველო დარგში. ჩვენი ულტრაბგერითი პროცესორები აღჭურვილია მარტივად გასაწმენდი სონოტროდებითა და გამდინარე კამერებით (სითხესთან კონტაქტში მყოფი ნაწილებით), რომლებიც ადგილზე გაწმენდასა (CIP) და ადგილზე სტერილიზაციას (SIP) ექვემდებარება. Hielscher Ultrasonics-ის სამრეწველო ულტრაბგერით პროცესორებს შეუძლიათ უზრუნველყონ ძალიან მაღალი ამპლიტუდები. 200µm-მდე ამპლიტუდებით უწყვეტი მუშაობა მარტივად არის შესაძლებელი 24/7 რეჟიმში. მაღალი ამპლიტუდები მნიშვნელოვანია უფრო რეზისტენტული მიკრობების (მაგ., გრამ-პოზიტიური ბაქტერიების) ინაქტივაციისთვის. კიდევ უფრო მაღალი ამპლიტუდებისთვის ხელმისაწვდომია ინდივიდუალური მოთხოვნების მიხედვით დამზადებული ულტრაბგერითი სონოტროდები. ყველა სონოტროდსა და ულტრაბგერით გამდინარე რეაქტორს შეუძლია იმუშაოს მაღალ ტემპერატურებსა და წნევებზე, რაც საიმედო თერმო-მანო-სონიკაციასა და მაღალეფექტურ პასტერიზაციას უზრუნველყოფს.
თანამედროვე ტექნოლოგია, მაღალი წარმადობა და დახვეწილი პროგრამული უზრუნველყოფა Hielscher Ultrasonics-ის მოწყობილობებს თქვენი საკვების პასტერიზაციის ხაზის საიმედო სამუშაო დანადგარებად აქცევს. მცირე დაკავებული ფართობისა და მონტაჟის მრავალფეროვანი ვარიანტების წყალობით, Hielscher-ის ულტრაბგერითი აპარატები მარტივად შეიძლება ინტეგრირდეს არსებულ საწარმოო ხაზებში ან დაემატოს მათ მოდერნიზაციის მიზნით.
გთხოვთ, დაგვიკავშირდეთ ახლავე, რომ მეტი გაიგოთ ჩვენი ულტრაბგერითი პასტერიზაციის სისტემების ფუნქციებისა და შესაძლებლობების შესახებ. სიამოვნებით განვიხილავთ თქვენთან ერთად თქვენს კონკრეტულ გამოყენების ამოცანას!
ქვემოთ მოცემული ცხრილი გაწვდით ინფორმაციას ჩვენი ულტრაბგერითი აპარატების დაახლოებითი დამუშავების სიმძლავრის შესახებ: