Ultraschallpasteuriséierung vu flëssege Liewensmëttel

D’Ultraschallpasteuriséierung ass en net-thermescht Steriliséierungsverfare fir Mikroorganismen ewéi E.coli, Pseudomonas fluorescens, Listeria monocytogenes, Staphylococcus aureus, Bacillus coagulans, Anoxybacillus flavithermus a vill anerer ze inaktivéieren, fir mikrobiellt Verdierwen ze verhënneren an eng laangfristeg Stabilitéit vu Liewensmëttel a Gedrénks z’erreechen.

Net-thermesch Pasteuriséierung vu Liewensmëttel a Gedrénks duerch Ultraschallbehandlung

D’Ultraschallpasteuriséierung ass eng alternativ net-thermesch Technologie, déi agesat gëtt, fir Organismen an Enzymen ze zerstéieren oder ze deaktivéieren, déi zum Verdierwe vu Liewensmëttel bäidroen. Ultraschall ka benotzt ginn, fir Konserven, Mëllech, Mëllechprodukter, Eeër, Jusen, Gedrénks mat niddregem Alkoholgehalt an aner flësseg Liewensmëttel ze pasteuriséieren. Souwuel Ultraschall eleng wéi och Ultraschall a Kombinatioun mat erhéichten Temperaturen an Drockbedéngungen (bekannt als Thermo-Mano-Sonikatioun) kënne Jusen, Mëllech, Mëllechprodukter, flësseg Eeër an aner Liewensmëttel effizient pasteuriséieren. Eng sophistikéiert Ultraschallpasteuriséierungsbehandlung iwwertrëfft traditionell Pasteuriséierungstechniken, well Ultraschall den Nährstoffgehalt an déi physikalesch Eegenschafte vun de behandelte Liewensmëttel net negativ beaflosst. Den Asaz vun Ultraschall oder Thermo-Mano-Sonikatioun fir d’Pasteuriséierung vu flëssege Liewensmëttel kann en nährstoffräicht Produkt mat enger méi héijer Qualitéit liwwere wéi déi traditionell Kuerzzäitpasteuriséierung bei héijer Temperatur (HTST).
Fuerschungsstudien, ewéi déi vu Beslar et al. (2015), hu festgestallt, datt eng Ultraschallbehandlung bedeitend Virdeeler fir d’Veraarbechtung vu Juse bidde kann, dorënner verbessert Qualitéitsfacteure wéi Ausbeut, Extraktioun, Tréiwung, rheologesch Eegenschaften a Faarf souwéi d’Haltbarkeet.

Iwwerliewenskurve vun Escherichia coli (a) a Staphylococcus aureus (b) am Äppeljus no enger Ultraschallbehandlung (UT) bei verschiddenen Temperaturen an no enger Hëtztbehandlung (HT) bei deene selwechten Temperaturen.
Bild a Studie: Baboli et al. 2015

Wéi funktionéiert d’Ultraschallpasteuriséierung?

D’Inaktivéierung an d’Zerstéierung vu Mikroorganismen duerch Ultraschall ass eng net-thermesch Technik, dat heescht, datt hiert Haaptwierkprinzip net op Hëtzt baséiert. D’Ultraschallpasteuriséierung gëtt haaptsächlech duerch d’Effekter vun der akustescher Kavitation verursaacht. D’Phenomeen vun der akustescher / Ultraschallkavitation ass bekannt fir seng lokal héich Temperaturen, Drécker an déi jeeweileg Temperatur- an Drockdifferenzen, déi an a ronderëm déi winzeg Kavitatiounsblosen optrieden. Ausserdeem erzeugt d’akustesch Kavitation immens staark Schéierkräften, Flëssegkeetsstralen an Turbulenzen. Dës zerstéierend Kräfte verursaachen ëmfangräich Schied u mikrobiellen Zellen, ewéi d’Perforatioun an d’Oprappe vun den Zellen. D’Perforatioun an d’Oprappe vun den Zelle sinn eenzegaarteg Effekter, déi bei mat Ultraschall behandelten Zelle festgestallt ginn an haaptsächlech duerch déi duerch Kavitation erzeugte Flëssegkeetsstrale verursaacht ginn.

D’Ultraschallpasteuriséierung baséiert op akustescher Kavitation an hiren hydrodynamesche Schéierkräften

Firwat d’Ultraschallbehandlung déi traditionell Pasteuriséierung iwwertrëfft

D’Liewensmëttel- a Gedrénksindustrie setzt déi konventionell Pasteuriséierung breet an, fir Mikroben ewéi Bakterien, Hiefen a Pilzen ze inaktivéieren oder ofzedrécken, fir mikrobiellt Verdierwen ze verhënneren an hire Produiten eng méi laang Haltbarkeet a Stabilitéit ze ginn. Déi konventionell Pasteuriséierung funktionéiert duerch eng kuerz Behandlung bei erhéichten Temperaturen, déi normalerweis ënner 100°C (212°F) leien. Déi genee Temperatur an Dauer ginn normalerweis un dat jeeweilegt Liewensmëttel an un d’Mikroben ugepasst, déi inaktivéiert musse ginn. D’Wierksamkeet vun engem Pasteuriséierungsprozess gëtt duerch d’mikrobiell Inaktivéierungsquot bestëmmt, déi als logarithmesch Reduktioun gemooss gëtt. Déi logarithmesch Reduktioun moosst de Prozentsaz vun inaktivéierte Mikroben bei enger bestëmmter Temperatur iwwer eng bestëmmten Zäit. D’Bedéngunge vun der Temperaturbehandlung an d’mikrobiell Inaktivéierungsquot gi vun der Aart vun de Mikroben souwéi vun der Zesummesetzung vum Liewensmëttel beaflosst. Déi traditionell hëtztbaséiert Pasteuriséierung huet verschidden Nodeeler, déi vun enger net genuch staarker mikrobieller Inaktivéierung iwwer negativ Auswierkungen op d’Liewensmëttel bis zu enger ongläichméisseger Erwiermung am behandelte Produit reechen. Eng net genuch staark Erwiermung duerch eng ze kuerz Pasteuriséierungsdauer oder eng ze niddreg Temperatur féiert zu enger gerénger logarithmescher Reduktiounsquot an uschléissendem mikrobielle Verdierwen. Eng ze staark Hëtztbehandlung kann d’Qualitéit vum Produit verschlechteren, zum Beispill duerch ongewënschte verbrannte Goût an eng méi niddreg Närstoffdicht wéinst der Zerstéierung vun temperaturempfindlechen Närstoffer.

Nodeeler vun der konventioneller Pasteuriséierung

• ka wichteg Närstoffer zerstéieren oder schiedegen
• kann ongewënschte Goût verursaachen
• héijen Energiebedarf
• onwierksam beim Ofdrécke vun hëtzteresistente Krankheetserreeger
• net op all Liewensmëttel uwendbar

Ultraschallpasteuriséierung vu Mëllechproduiten

D’Beschallung, d’Thermo-Beschallung an d’Thermo-Mano-Beschallung goufe fir d’Pasteuriséierung vu Mëllech a Mëllechproduiten ëmfaassend erfuerscht. Zum Beispill gouf festgestallt, datt Ultraschall d’Verdierwen a potenziell Krankheetserreeger op null oder op Niveauen, déi no der südafrikanescher a brittescher Mëllechgesetzgebung akzeptabel sinn, reduzéiere konnt, och wann déi ufänglech Inokulumbelaaschtunge virun der Behandlung 5× méi héich ware wéi erlaabt. D’Zuel vun de liewensfäegen Zelle vun E. coli gouf no 10,0 min Ultraschallbehandlung ëm 100% reduzéiert. Ausserdeem gouf gewisen, datt d’Zuel vun de liewensfäegen Zelle vu Pseudomonas fluorescens no 6,0 min ëm 100% reduzéiert gouf a Listeria monocytogenes no 10,0 min ëm 99% reduzéiert gouf. (Cameron et al. 2009)
Fuerschung huet och gewisen, datt d’Thermo-Beschallung Listeria innocua a mesophil Bakterien a réier Vollmëllech inaktivéiere kann. Ultraschall huet sech als eng praktikabel Technologie fir d’Pasteuriséierung an d’Homogeniséierung vu Mëllech erwisen, mat méi kuerze Veraarbechtungszäiten ouni wesentlech Verännerunge vum pH an dem Mëllechsaiergehalt, souwéi mat engem besseren Ausgesinn an enger besserer Konsistenz am Verglach mat der konventioneller thermescher Behandlung. Dës Fakte si fir vill Aspekter vun der Mëllechveraarbechtung vu Virdeel. (Bermúdez-Aguirre et al. 2009)

Ultraschallpasteuriséierung vu Jusen an Uebstpuréeën

D’Ultraschallpasteuriséierung gouf als eng effizient a séier alternativ Pasteuriséierungstechnik agesat, fir Escherichia coli a Staphylococcus aureus am Äppeljus ze inaktivéieren. Wéi den Äppeljus ouni Fruuchtfleesch mat Ultraschall behandelt gouf, war d’Zäit fir eng Reduktioun ëm 5 Log-Stufe 35 s fir E. coli bei 60degC an 30 s fir S. aureus bei 62degC. Obwuel an der Etüd festgestallt gouf, datt en héije Fruuchtfleeschgehalt den Ultraschall manner déidlech fir S. aureus gemaach huet, wärend en op E. coli kee signifikanten Afloss hat, soll drop higewise ginn, datt keen Drock ugewannt gouf. D’Beschallung ënner erhéichtem Drock verstäerkt d’Ultraschallkavitatioun an domat d’mikrobiell Inaktivéierung a méi viskose Flëssegkeete signifikant. D’Ultraschallbehandlung hat kee signifikanten Afloss op d’antioxidativ Aktivitéit, déi unhand vun der Aktivitéit beim Offänke vun 2,2-Diphenyl-1-Picrylhydrazyl-Radikaler (DPPH) bestëmmt gouf, mee si huet de Gesamtphenolgehalt signifikant erhéicht. D’Behandlung huet och zu engem méi stabile Jus mat méi héijer Gläichméissegkeet gefouert. (cf. Baboli et al. 2020)

Inaktivéierung vu grampositiven a gramnegative Bakterien duerch Ultraschall

Grampositiv Bakterien, wéi Listeria monocytogenes oder Staphylococcus aureus, si generell dofir bekannt, datt si méi resistent si wéi gramnegativ Bakterien an duerch hir méi déck Zellwänn Pasteuriséierungstechnologië wéi PEF, HPP a Mano-Sonikatioun (MS) iwwer méi laang Behandlungszäiten ausstoen. Gramnegativ Bakterien hunn zwou Lipidzellmembranen – eng baussenzeg an eng zytoplasmatesch – mat enger dënner Peptidoglykanschicht dertëscht, wat si méi ufälleg fir d’Inaktivéierung duerch Ultraschall mécht. Grampositiv Bakterien hunn dogéint nëmmen eng eenzeg Lipidmembran mat enger méi décker Peptidoglykanwand, wat hinne méi Resistenz géint Pasteuriséierungsbehandlunge gëtt. Wëssenschaftlech Ënnersichungen hunn den Effet vu Leeschtungsultraschall op gramnegativ a grampositiv Bakterie verglach a festgestallt, datt en e méi staarken hemmenden Effet op gramnegativ Bakterien hat. (vgl. Monsen et al. 2009) Grampositiv Bakterie brauche méi intensiv Ultraschallbedéngungen, d. h. méi héich Amplituden, méi héich Temperaturen, méi héich Drécker an/oder eng méi laang Sonikatiounszäit. D’Leeschtungsultraschallsystemer vun Hielscher Ultrasonics kënne ganz héich Amplitude liwweren a kënne bei erhéichten Temperaturen a mat Duerchflosszellreakteren, déi ënner Drock gesat kënne ginn, bedriwwe ginn. Dëst erméiglecht eng intensiv Sonikatioun / Thermo-Mano-Sonikatioun, fir souguer ganz resistent Bakteriestämm ze inaktivéieren.

Inaktivéierung vun thermodure Bakterien duerch Ultraschall

Thermodur Bakterie si Bakterien, déi de Pasteuriséierungsprozess a variéierendem Mooss iwwerliewe kënnen. Zu den thermodure Bakterienaarte gehéiere Bacillus, Clostridium an Enterokokken. „Eng Ultraschallbehandlung bei 80% Amplitude fir 10 min huet awer déi vegetativ Zelle vu B. coagulans an A. flavithermus a Magermëllech ëm 4,53 respektiv 4,26 Log-Eenheeten inaktivéiert. Eng kombinéiert Behandlung aus Pasteuriséierung (63 Grad C/30 min) mat uschléissender Ultraschallbehandlung huet ongeféier log 6 cfu/mL vun dësen Zellen a Magermëllech komplett eliminéiert.“ (Khanal et al. 2014)

Héichleeschtungsausrüstung fir d’Ultraschallpasteuriséierung

Hielscher Ultrasonics huet laangjäreg Erfarung mat der Uwendung vu Leeschtungsultraschall an der Liewensmëttel- a Gedrénksindustrie souwéi a villen aneren Industriezweigen. Eis Ultraschallprozessoren si mat Sonotroden an Duerchflosszellen (den Deeler, déi mat der Flëssegkeet a Kontakt kommen) ausgestatt, déi einfach ze botze sinn (Botzen op der Plaz CIP / Steriliséieren op der Plaz SIP). Déi industriell Ultraschallprozessoren vun Hielscher Ultrasonics kënne ganz héich Amplitude liwweren. Amplitude vu bis zu 200µm kënne problemlos kontinuéierlech am 24/7-Betrib gefuer ginn. Héich Amplitude si wichteg, fir méi resistent Mikroben (z. B. grampositiv Bakterien) ze inaktivéieren. Fir nach méi héich Amplitudë si personaliséiert Ultraschallsonotroden disponibel. All Sonotroden an Ultraschall-Duerchflosszellreaktere kënne bei erhéichten Temperaturen an Drécker bedriwwe ginn, wat eng zouverlässeg Thermo-Mano-Sonikatioun an eng héichwierksam Pasteuriséierung erméiglecht.
Modernst Technologie, héich Leeschtung a sophistikéiert Software maachen d’Apparater vun Hielscher Ultrasonics zu zouverlässegen Aarbechtspäerd an Ärer Pasteuriséierungslinn fir Liewensmëttel. Duerch hire klenge Plazbedarf a villfälteg Installatiounsméiglechkeete kënnen d’Ultraschallapparater vun Hielscher einfach a bestoend Produktiounslinnen integréiert oder nogerëscht ginn.
Kontaktéiert eis elo, fir méi iwwer d’Eegenschaften an d’Leeschtungsfäegkeet vun eisen Ultraschallpasteuriséierungssystemer ze gewuer ze ginn. Mir géife gär Är Uwendung mat Iech diskutéieren!
D’Tabell hei drënner gëtt Iech en Iwwerbléck iwwer déi ongeféier Veraarbechtungskapazitéit vun eisen Ultraschallapparater: