액체 식품의 초음파 저온 살균
초음파 저온 살균은 E.coli, Pseudomonas fluorescens, Listeria monocytogenes, Staphylococcus aureus, Bacillus coagulans, Anoxybacillus flavithermus 등과 같은 미생물을 비활성화하여 미생물 부패를 방지하고 식품 및 음료의 장기적인 안정성을 달성하는 비열 살균 공정입니다.
식품의 비열 저온 살균 & Sonication에 의한 음료
초음파 저온 살균은 식품 부패에 기여하는 유기체와 효소를 파괴하거나 비활성화하는 데 사용되는 비열적 대체 기술입니다. 초음파는 통조림 식품, 우유, 유제품, 계란, 주스, 알코올 함량이 낮은 음료 및 기타 액체 식품을 저온 살균하는 데 사용할 수 있습니다. 초음파만으로도 고온 및 압력 조건 (열음파 검사라고 함)과 결합 된 초음파는 주스, 우유, 유제품, 액체 계란 및 기타 식품을 효율적으로 저온 살균 할 수 있습니다. 정교한 초음파 저온 살균 처리는 초음파가 처리 된 식품의 영양소 함량 및 물리적 특성에 악영향을 미치지 않기 때문에 전통적인 저온 살균 기술을 능가합니다. 액체 식품을 저온 살균하기 위해 초음파 또는 열-수-초음파 처리를 사용하면 기존의 고온 단시간(HTST) 저온 살균 방법보다 더 높은 품질의 영양이 풍부한 제품을 제공할 수 있습니다.
Beslar et al. (2015)와 같은 연구 조사에 따르면 초음파 처리는 수율, 추출, 탁함, 유변학적 특성, 색상 및 유통 기한과 같은 향상된 품질 요소를 포함하여 주스 가공에 상당한 이점을 제공할 수 있습니다.
초음파 저온 살균은 액체 식품의 미생물을 비활성화하는 비열 기술입니다. 낮은 가공 온도로 인해 영양소와 풍미가 열분해되는 것을 방지합니다. 따라서 초음파 저온 살균은 고품질 식품을 생산합니다.
초음파 처리(UT) 후 사과 주스의 대장균(a) 및 황색포도상구균(b)의 생존 곡선은 서로 다른 온도에서 초음파 처리(UT) 후와 동일한 온도에서 열처리(HT) 후입니다.
사진 및 연구: Baboli et al. 2015
초음파 저온 살균법은 어떻게 작동합니까?
미생물의 초음파 불활화 및 파괴는 비열 기술이며, 이는 주요 작동 원리가 열을 기반으로하지 않는다는 것을 의미합니다. 초음파 저온 살균은 주로 음향 캐비테이션의 영향에 의해 발생합니다. 음향 / 초음파 캐비테이션 현상은 미세한 캐비테이션 버블 안팎에서 발생하는 국부적으로 높은 온도, 압력 및 각각의 미분 현상으로 알려져 있습니다. 또한 음향 캐비테이션은 매우 강한 전단력, 액체 제트 및 난류를 생성합니다. 이러한 파괴력은 세포 천공 및 파괴와 같은 미생물 세포에 광범위한 손상을 일으킵니다. 세포 천공 및 파괴는 주로 캐비테이션에 의해 생성된 액체 제트에 의해 발생하는 초음파 처리된 세포에서 발견되는 고유한 효과입니다.
초음파 저온 살균은 음향 캐비테이션과 유체 역학적 전단력을 기반으로합니다
초음파 처리가 전통적인 저온 살균법을 능가하는 이유
식품 및 음료 산업은 박테리아, 효모 및 곰팡이와 같은 미생물을 비활성화하거나 죽이기 위해 기존의 저온 살균법을 광범위하게 적용하여 미생물 부패를 방지하고 제품에 더 긴 유통 기한과 안정성을 제공합니다. 기존의 저온 살균은 일반적으로 100°C(212°F) 미만의 고온에서 짧은 처리로 작동합니다. 정확한 온도와 지속 시간은 일반적으로 특정 식품과 미생물에 맞게 조정되며, 이러한 미생물은 비활성화되어야 합니다. 저온 살균 공정의 효율성은 로그 감소로 측정되는 미생물 불활성화율에 의해 결정됩니다. 로그 감소는 특정 시간 동안 특정 온도에서 비활성화된 미생물의 백분율을 측정합니다. 온도 처리 조건과 미생물 불활성화율은 미생물의 종류와 식품의 구성에 의해 영향을 받습니다. 기존의 열 기반 저온 살균은 불충분한 미생물 불활성화, 식품에 대한 부정적인 영향, 처리된 제품을 통한 불균일한 가열에 이르기까지 여러 가지 단점이 있습니다. 저온 살균 기간이 짧거나 온도가 너무 낮아 가열이 충분하지 않으면 로그 감소율이 낮아지고 그에 따른 미생물 부패가 발생합니다. 너무 많은 열처리는 이향이 타는 등의 제품 품질 저하를 유발할 수 있으며, 온도에 민감한 영양소가 파괴되어 영양소 밀도가 낮아질 수 있습니다.
기존 저온 살균법의 단점
- 중요한 영양소를 파괴하거나 손상시킬 수 있습니다.
- 이취를 유발할 수 있습니다.
- 높은 에너지 요구 사항
- 내열성 병원균을 죽이는 데 효과적이지 않습니다.
- 모든 식품에 적용되는 것은 아닙니다.
이 UIP16000 음식과 음료의 인라인 저온 살균법을 위한 가득 차있 산업 초음파 균질화기는 입니다.
유제품의 초음파 저온 살균법
초음파 처리, 열 초음파 처리 및 열-마노-초음파 처리 habve는 우유 및 유제품의 저온 살균을 위해 널리 연구되었습니다. 예를 들어, 초음파는 처리 전에 허용된 것보다 5× 더 높은 초기 접종 부하가 있는 경우에도 부패 및 잠재적 병원균을 0 또는 남아프리카 및 영국 우유 법률에서 허용하는 수준으로 제거하는 것으로 밝혀졌습니다. E. coli의 생존 가능한 세포 수는 초음파 처리 10.0 분 후에 100 % 감소되었다. 또한, 슈도모나스 플루오레센스의 생존 가능한 수는 6.0분 후 100% 감소했고, 리스테리아 모노사이토제네스는 10.0분 후 99% 감소한 것으로 나타났습니다(Cameron et al. 2009)
연구는 또한 열음파 처리가 원유에서 리스테리아 이노쿠아 (Listeria innocua)와 중성 박테리아를 비활성화 할 수 있음을 입증했습니다. 초음파는 우유의 저온 살균 및 균질화를 위한 실행 가능한 기술로 나타났으며, 기존 열처리와 비교할 때 더 나은 외관과 일관성과 함께 pH 및 젖산 함량의 중요한 변화 없이 더 짧은 처리 시간을 나타냅니다. 이러한 사실은 유제품 가공의 여러 측면에서 유리합니다. (Bermúdez-Aguirre 외, 2009)
주스와 과일 퓌레의 초음파 저온 살균
초음파 저온 살균법은 사과 주스에서 대장균과 황색 포도상 구균을 비활성화하기 위해 효율적이고 신속한 대체 저온 살균 기술로 적용되었습니다. 펄프가없는 사과 주스를 초음파로 처리 할 때, 5 로그 감소 시간은 60degC에서 E. coli의 경우 35 초, 62degC에서 S. aureus의 경우 30 초였습니다. 이 연구에서 높은 펄프 함량이 초음파를 S. aureus에 덜 치명적으로 만든다는 것이 밝혀졌지만 대장균에는 큰 영향을 미치지 않았지만 압력이 가해지지 않았다는 점에 유의해야 합니다. 고압 하에서의 초음파 처리는 초음파 캐비테이션을 크게 강화하여 점성이 더 높은 액체에서 미생물 불활성화를 심화시킵니다. 초음파 치료는 2,2-diphenyl-1-picrylhydrazyl (DPPH) 라디칼 소거 활성에 의해 결정된 항산화 활성에 큰 영향을 미치지 않았지만 총 페놀 함량을 유의하게 증가시켰습니다. 처리는 또한 더 높은 균일성을 가진 더 안정적인 주스를 가져왔습니다. (Baboli et al. 2020 참조)
그람 양성 및 그람 음성 박테리아의 초음파 비활성화
리스테리아 모노사이토제네스(Listeria monocytogenes) 또는 황색포도상구균(Staphylococcus aureus)과 같은 그람 양성 세균은 일반적으로 그람 음성 세균보다 저항성이 더 강하고 PEF, HPP 및 마노소닉화(MS)와 같은 저온 살균 기술을 더 두꺼운 세포벽으로 인해 더 오랜 치료 기간 동안 견디는 것으로 알려져 있습니다. 그람 음성 박테리아는 두 가지가 있습니다. – 하나는 외부 및 다른 하나는 세포질 – 그 중 펩티도글리칸의 얇은 층이 있는 지질 세포막은 초음파 불활성화에 더 취약합니다. 반면에 그람 양성 박테리아는 더 두꺼운 펩티도글리칸 벽을 가진 단일 지질막만 가지고 있어 저온 살균 처리에 대한 저항력이 더 높습니다. 과학적 조사에 따르면 그람 음성 박테리아와 그람 양성 박테리아에 대한 파워 초음파의 효과를 비교한 결과 그람 음성 박테리아에 더 강력한 억제 효과가 있는 것으로 나타났습니다. (참조: Monsen et al. 2009) 그람 양성 박테리아는 더 강렬한 초음파 조건, 즉 더 높은 진폭, 더 높은 온도, 더 높은 압력 및 / 또는 더 긴 초음파 처리 시간을 필요로합니다. Hielscher 초음파의 전력 초음파 시스템은 매우 높은 진폭을 제공 할 수 있으며 고온 및 가압 가능한 플로우 셀 반응기로 작동 할 수 있습니다. 이것은 매우 저항력이 강한 박테리아 균주조차도 비활성화하기 위해 강렬한 초음파 처리 / 열-마노-초음파 처리를 허용합니다.
Thermoduric Bacteria의 초음파 비활성화
Thermoduric 박테리아는 저온 살균 과정에서 다양한 정도로 생존할 수 있는 박테리아입니다. 박테리아의 thermoduric 종에는 Bacillus, Clostridium 및 Enterococci가 포함됩니다. "그러나 10 분 동안 80 % 진폭의 초음파는 탈지유에서 B. coagulans와 A. flavithermus의 식물 세포를 각각 4.53 및 4.26 로그만큼 비활성화했습니다. 저온 살균 (63 ° C / 30 분)의 결합 처리 후 초음파는 탈지유에서이 세포의 대략 6 cfu / mL를 완전히 제거했습니다. (Khanal 외. 2014)
- 더 높은 효율성
- thermoduric 박테리아를 죽입니다.
- 다양한 미생물에 효과적
- 매니폴드 액체 식품에 적용 가능
- 시너지 효과
- 영양소 추출
- 에너지 효율적
- 쉽고 안전한 작동
- 식품 등급 장비
- CIP / SIP
초음파 설정 UIP4000hdt 님 식품(예: 유제품, 우유, 주스, 액체 계란, 음료)의 비가열 인라인 저온 살균용
고성능 초음파 저온 살균 장비
Hielscher 초음파는 식품에 전력 초음파를 적용하는 데 오랜 경험을 가지고 있습니다 & 음료 산업 및 기타 여러 산업 분야. 당사의 초음파 프로세서에는 세척이 용이한(clean-in-place CIP/sterilize-in-place SIP), 소노트로드 및 플로우 셀(습식 부품)이 장착되어 있습니다. Hielscher 초음파’ 산업용 초음파 프로세서는 매우 높은 진폭을 제공할 수 있습니다. 최대 200μm의 진폭을 24/7 작동에서 쉽게 연속적으로 실행할 수 있습니다. 높은 진폭은 저항력이 더 강한 미생물(예: 그람 양성 박테리아)을 비활성화하는 데 중요합니다. 더 높은 진폭을 위해 맞춤형 초음파 소노트로드를 사용할 수 있습니다. 모든 소노트로드 및 초음파 플로우 셀 반응기는 고온과 고압에서 작동할 수 있어 신뢰할 수 있는 열-수-초음파 처리 및 매우 효과적인 저온 살균이 가능합니다.
최첨단 기술, 고성능 및 정교한 소프트웨어를 통해 Hielscher 초음파가’ 식품 저온 살균 라인에서 신뢰할 수 있는 작업 말. 작은 설치 공간과 다양한 설치 옵션을 갖춘 Hielscher 초음파기는 기존 생산 라인에 쉽게 통합하거나 개조 할 수 있습니다.
우리의 초음파 저온 살균 시스템의 특징과 능력에 대해 자세히 알아 보려면 저희에게 연락하십시오. 귀하의 응용 프로그램에 대해 논의하게 되어 기쁩니다!
아래 표는 초음파기의 대략적인 처리 용량을 나타냅니다.
| 배치 볼륨(Batch Volume) | 유량 | 권장 장치 |
|---|---|---|
| 1 내지 500mL | 10 내지 200mL/분 | 업100H |
| 10 내지 2000mL | 20 내지 400mL/분 | UP200HT, UP400ST |
| 0.1 내지 20L | 0.2 내지 4L/min | UIP2000hdT 님 |
| 10에서 100L | 2 내지 10L/min | UIP4000hdt 님 |
| N.A. 개시 | 10 내지 100L/min | UIP16000 |
| N.A. 개시 | 큰 | 의 클러스터 UIP16000 |
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Hielscher 초음파는 실험실, 파일럿 및 산업 규모에서 혼합 응용 분야, 분산, 유화 및 추출을위한 고성능 초음파 균질화기를 제조합니다.
문헌 / 참고문헌
- S.Z. Salleh-Mack, J.S. Roberts (2007): Ultrasound pasteurization: The effects of temperature, soluble solids, organic acids and pH on the inactivation of Escherichia coli ATCC 25922. Ultrasonics Sonochemistry, Volume 14, Issue 3, 2007. 323-329.
- Bermúdez-Aguirre, Daniela; Corradini, Maria G.; Mawson, Raymond; Barbosa-Cánovas, Gustavo V. (2009): Modeling the inactivation of Listeria innocua in raw whole milk treated under thermo-sonication. Innovative Food Science and Emerging Technologies 10, 2009. 172–178.
- Michelle Cameron, Lynn D. Mcmaster, Trevor J. Britz (2009): Impact of ultrasound on dairy spoilage microbes and milk components. Dairy Science & Technology, EDP sciences/Springer, 2009, 89 (1), pp.83-98.
- Som Nath Khanal; Sanjeev Anand; Kasiviswanathan Muthukumarappan; MeganHuegli (2014): Inactivation of thermoduric aerobic sporeformers in milk by ultrasonication. Food Control 37(1), 2014. 232-239.
- Balasubramanian Ganesan; Silvana Martini; Jonathan Solorio; Marie K. Wals (2015): Determining the Effects of High Intensity Ultrasound on the Reduction of Microbes in Milk and Orange Juice Using Response Surface Methodology. International Journal of Food Science Volume 2015.
- Baboli, Z.M.; Williams, L.; Chen, G. (2020): Rapid Pasteurization of Apple Juice Using a New Ultrasonic Reactor. Foods 2020, 9, 801.
- Mehmet Başlar, Hatice Biranger Yildirim, Zeynep Hazal Tekin, Mustafa Fatih Ertugay (2015): Ultrasonic Applications for Juice Making. In: M. Ashokkumar (ed.), Handbook of Ultrasonics and Sonochemistry, Springer Science+Business Media Singapore 2015.
- T. Monsen, E. Lövgren, M. Widerström, L. Wallinder (2009): In vitro effect of ultrasound on bacteria and suggested protocol for sonication and diagnosis of prosthetic infections. Journal of Clinical Microbiology 47 (8), 2009. 2496–2501.
알아 둘 만한 가치가 있는 사실
중친성 박테리아란 무엇입니까?
중온성 박테리아는 20 °C에서 45 °C 사이의 적당한 온도에서 30-39 °C 범위의 최적 성장 온도로 자라는 박테리아 그룹을 정의합니다. 중자성 박테리아 E. coli, Propionibacterium freudenreichii, P. acidipropionici, P. jensenii, P. thoenii, P. cyclohexanicum, P. microaerophilum, Lactobacillus plantarum의 예.
더 높은 온도를 선호하는 박테리아는 열친성으로 알려져 있습니다. 호열성 박테리아는 30°C 이상에서 가장 잘 발효됩니다.