Šķidru pārtikas produktu ultraskaņas pasterizācija

Ultraskaņas pasterizācija ir netermisks sterilizācijas process, lai inaktivētu mikrobus, piemēram, E.coli, Pseudomonas fluorescens, Listeria monocytogenes, Staphylococcus aureus, Bacillus coagulans, Anoxybacillus flavithermus starp daudziem citiem, lai novērstu mikrobu bojāšanos un panāktu pārtikas un dzērienu ilgtermiņa stabilitāti.

Pārtikas pasterizācija, kas nav termiska & Dzērieni ar ultraskaņu

Ultraskaņas pasterizācija ir ne-termiska alternatīva tehnoloģija, ko izmanto, lai iznīcinātu vai deaktivizētu organismus un fermentus, kas veicina pārtikas bojāšanos. Ultrasonication var izmantot, lai pasterizētu konservētus pārtikas produktus, pienu, piena produktus, olas, sulas, dzērienus ar zemu alkohola saturu un citus šķidrus pārtikas produktus. Tikai ultrasonication, kā arī ultraskaņa apvienojumā ar paaugstinātiem siltuma un spiediena apstākļiem (pazīstams kā termo-mano-ultraskaņas apstrāde) var efektīvi pasterizēt sulas, pienu, piena produktus, šķidras olas un citus pārtikas produktus. Sarežģīta ultraskaņas pasterizācijas ārstēšana izceļas ar tradicionālajām pasterizācijas metodēm, jo ultraskaņa nelabvēlīgi neietekmē apstrādāto pārtikas produktu barības vielu saturu un fizikālās īpašības. Izmantojot ultraskaņu vai termo-mano-ultraskaņu, lai pasterizētu šķidrus pārtikas produktus, var nodrošināt barības vielām bagātu produktu ar augstāku kvalitāti nekā tradicionālā augstas temperatūras īsā laika (HTST) pasterizācijas metode.
Pētījumi, piemēram, no Beslar et al. (2015) atklāja, ka ultraskaņas apstrāde var sniegt ievērojamas priekšrocības sulu apstrādei, ieskaitot uzlabotus kvalitātes faktorus, piemēram, ražu, ekstrakciju, mākoņainību, reoloģiskās īpašības un krāsu, kā arī glabāšanas laiku.

Escherichia coli (a) un Staphylococcus aureus (b) izdzīvošanas līknes ābolu sulā pēc ultraskaņas apstrādes (UT) dažādās temperatūrās un pēc termiskās apstrādes (HT) tajās pašās temperatūrās.
attēls un pētījums: Baboli et al. 2015

Kā darbojas ultraskaņas pasterizācija?

Mikrobu ultraskaņas inaktivācija un iznīcināšana ir netermiska tehnika, kas nozīmē, ka tās galvenais darba princips nav balstīts uz siltumu. Ultraskaņas pasterizāciju galvenokārt izraisa akustiskās kavitācijas ietekme. Akustiskās / ultraskaņas kavitācijas fenomens ir pazīstams ar lokāli augstām temperatūrām, spiedieniem un attiecīgajiem diferenciāļiem, kas rodas kavitācijas burbuļos un ap tiem. Turklāt akustiskā kavitācija rada ļoti intensīvus bīdes spēkus, šķidruma strūklas un turbulences. Šie destruktīvie spēki rada plašus bojājumus mikrobu šūnām, piemēram, šūnu perforāciju un traucējumus. Šūnu perforācija un traucējumi ir unikāli efekti, kas atrodami ultrasoniski apstrādātās šūnās, ko izraisa galvenokārt kavitācijas radītās šķidruma strūklas.

Ultraskaņas pasterizācija balstās uz akustisko kavitāciju un tās hidrodinamiskajiem bīdes spēkiem

Kāpēc ultraskaņas apstrāde izceļas ar tradicionālo pasterizāciju

Pārtikas un dzērienu rūpniecība plaši izmanto tradicionālo pasterizāciju, lai inaktivētu vai nogalinātu mikrobus, piemēram, baktērijas, raugu un sēnītes, lai novērstu mikrobu bojāšanos un nodrošinātu saviem produktiem ilgāku glabāšanas laiku un stabilitāti. Parastā pasterizācija darbojas ar īsu apstrādi paaugstinātā temperatūrā, kas parasti ir zemāka par 100 ° C (212 ° F). Precīzu temperatūru un ilgumu parasti pielāgo konkrētajam pārtikas produktam un mikrobiem, kas jāinaktivē. Pasterizācijas procesa efektivitāti nosaka mikrobu inaktivācijas ātrums, ko mēra kā log samazināšanos. Log samazinājums mēra inaktivēto mikrobu procentuālo daudzumu noteiktā temperatūrā noteiktā laikā. Temperatūras apstrādes apstākļus un mikrobu inaktivācijas ātrumu ietekmē mikrobu veids, kā arī pārtikas produkta sastāvs. Tradicionālajai pasterizācijai uz karstuma bāzes ir vairāki trūkumi, sākot no nepietiekamas mikrobu inaktivācijas, negatīvas ietekmes uz pārtikas produktu, kā arī nevienmērīgu karsēšanu caur apstrādāto produktu. Nepietiekama sildīšana līdz īsam pasterizācijas ilgumam vai pārāk zema temperatūra izraisa zemu baļķu samazināšanas ātrumu un sekojošu mikrobu bojāšanos. Pārāk liela termiskā apstrāde var izraisīt produkta bojāšanos, piemēram, izdegušus aromatizētājus, un mazāku barības vielu blīvumu, ko izraisa iznīcinātas, temperatūras jutīgas uzturvielas.

Parastās pasterizācijas trūkumi

• var iznīcināt vai sabojāt svarīgas barības vielas
• var izraisīt nepatīkamus aromātus
• augstas enerģijas prasības
• neefektīvs pret nogalināt karstumizturīgus patogēnus
• neattiecas uz visiem pārtikas produktiem

Piena ultraskaņas pasterizācija

Ultraskaņas apstrāde, termo-ultraskaņas apstrāde un termo-mano-ultraskaņas apstrāde habve ir plaši pētīta piena un piena produktu pasterizācijai. Piemēram, tika konstatēts, ka ultraskaņa novērš bojāšanos un potenciālos patogēnus līdz nullei vai līdz līmenim, kas pieņemams Dienvidāfrikas un Lielbritānijas piena tiesību aktos, pat ja pirms apstrādes bija sākotnējās sējmateriāla slodzes, kas bija par 5× lielākas nekā atļauts. E. coli dzīvotspējīgo šūnu skaits tika samazināts par 100% pēc 10,0 min ultrasonikācijas. Turklāt tika pierādīts, ka dzīvotspējīgo Pseudomonas fluorescens skaits pēc 6,0 min samazinājās par 100% un Listeria monocytogenes pēc 10,0 minūtēm samazinājās par 99% (Cameron et al. 2009)
Pētījumi arī parādīja, ka termo-ultraskaņas apstrāde var inaktivēt Listeria innocua un mezofilās baktērijas neapstrādātā pilnpienā. Tika pierādīts, ka ultraskaņa ir dzīvotspējīga piena pasterizācijas un homogenizācijas tehnoloģija, kas uzrāda īsāku apstrādes laiku bez būtiskām pH un pienskābes satura izmaiņām, kā arī labāku izskatu un konsistenci, salīdzinot ar parasto termisko apstrādi. Šie fakti ir izdevīgi daudzos piena pārstrādes aspektos. (Bermúdez-Aguirre et al. 2009)

Sulu un augļu biezeņu ultraskaņas pasterizācija

Ultraskaņas pasterizācija tika izmantota kā efektīva un ātra alternatīva pasterizācijas metode, lai inaktivētu Escherichia coli un Staphylococcus aureus ābolu sulā. Kad ābolu sula bez celulozes tika apstrādāta ultrasoniski, 5 log samazināšanas laiks bija 35 s E. coli pie 60degC un 30 s S. aureus pie 62degC. Lai gan pētījumā tika konstatēts, ka augsts celulozes saturs padarīja ultraskaņu mazāk letālu S. aureus, bet tam nebija būtiskas ietekmes uz E. coli, jāatzīmē, ka spiediens netika piemērots. Ultraskaņas apstrāde paaugstinātā spiedienā ievērojami pastiprina ultraskaņas kavitāciju un tādējādi mikrobu inaktivāciju viskozākos šķidrumos. Ultraskaņas apstrādei nebija būtiskas ietekmes uz antioksidantu aktivitāti, ko noteica ar 2,2-difenil-1-pikrilhidrazila (DPPH) radikālu attīrīšanas aktivitāti, bet tas ievērojami palielināja kopējo fenola saturu. Apstrādes rezultātā tika iegūta arī stabilāka sula ar lielāku viendabīgumu. (sk. Baboli et al. 2020)

Gram-pozitīvu un gramnegatīvu baktēriju ultraskaņas inaktivācija

Parasti ir zināms, ka grampozitīvas baktērijas, piemēram, Listeria monocytogenes vai Staphylococcus aureus, ir izturīgākas nekā gramnegatīvas baktērijas un iztur pasterizācijas tehnoloģijas, piemēram, PEF, HES un mano-ultraskaņas apstrādi (MS) ilgāku ārstēšanas periodu biezāku šūnu sieniņu dēļ. Gramnegatīvām baktērijām ir divas – viena ārējā un viena citoplazma; – lipīdu šūnu membrānas ar plānu peptidoglikāna slāni, kas padara tās jutīgākas pret ultraskaņas inaktivāciju. No otras puses, gram-pozitīvām baktērijām ir tikai viena lipīdu membrāna ar biezāku peptidoglikāna sienu, kas dod viņiem lielāku izturību pret pasterizācijas procedūrām. Zinātniskie pētījumi salīdzināja jaudas ultraskaņas ietekmi uz gramnegatīvām un gram-pozitīvām baktērijām un atklāja, ka tai bija spēcīgāka inhibējoša iedarbība uz gramnegatīvām baktērijām. (sal. ar Monsen et al. 2009) Gram-pozitīvām baktērijām ir nepieciešami intensīvāki ultraskaņas apstākļi, t.i. augstākas amplitūdas, augstāka temperatūra, augstāks spiediens un / vai ilgāks ultraskaņas apstrādes laiks. Hielscher Ultrasonics' jaudas ultraskaņas sistēmas var nodrošināt ļoti augstas amplitūdas, un tās var darbināt paaugstinātā temperatūrā un ar spiedošiem plūsmas šūnu reaktoriem. Tas ļauj intensīvi apstrādāt ultraskaņu / termo-mano-ultraskaņu, lai inaktivētu pat ļoti izturīgus baktēriju celmus.

Termodurisko baktēriju ultraskaņas inaktivācija

Termoduriskās baktērijas ir baktērijas, kas dažādā mērā var izdzīvot pasterizācijas procesā. Termoduriskās baktēriju sugas ir Bacillus, Clostridium un Enterococci. "Ultrasonication pie 80% amplitūdas 10 min tomēr inaktivēja B. coagulans un A. flavithermus veģetatīvās šūnas vājpienā attiecīgi par 4,53 un 4,26 baļķiem. Kombinēta pasterizācijas ārstēšana (63 grādi C / 30 min), kam seko ultrasonikācija, pilnībā likvidēja aptuveni log 6 cfu / ml šo šūnu vājpienā. (Khanal et al. 2014)

Augstas veiktspējas ultraskaņas pasterizācijas iekārtas

Hielscher Ultrasonics ir jau sen pieredzējis jaudas ultraskaņas pielietošanā pārtikā & dzērienu rūpniecība, kā arī daudzas citas rūpniecības nozares. Mūsu ultraskaņas procesori ir aprīkoti ar viegli tīrāmiem (tīrs CIP / sterilizēt-in-place SIP) sonotrodes un plūsmas šūnām (mitrās daļas). Hielscher Ultrasonics’ Rūpnieciskie ultraskaņas procesori var nodrošināt ļoti augstas amplitūdas. Amplitūdas līdz 200 μm var viegli nepārtraukti darbināt 24/7 darbībā. Augstas amplitūdas ir svarīgas, lai inaktivētu izturīgākus mikrobus (piemēram, grampozitīvas baktērijas). Vēl augstākām amplitūdām ir pieejami pielāgoti ultraskaņas sonotrodes. Visus sonotrodes un ultraskaņas plūsmas šūnu reaktorus var darbināt paaugstinātā temperatūrā un spiedienā, kas ļauj nodrošināt drošu termo-mano-ultraskaņas apstrādi un ļoti efektīvu pasterizāciju.
Mūsdienīga tehnoloģija, augstas veiktspējas un sarežģīta programmatūra padara Hielscher Ultrasonics’ uzticami darba zirgi jūsu pārtikas pasterizācijas līnijā. Ar nelielu nospiedumu un daudzpusīgām uzstādīšanas iespējām Hielscher ultrasonikatorus var viegli integrēt vai modernizēt esošajās ražošanas līnijās.
Lūdzu, sazinieties ar mums, lai uzzinātu vairāk par mūsu ultraskaņas pasterizācijas sistēmu īpašībām un iespējām. Mēs priecāsimies apspriest jūsu pieteikumu ar jums!
Zemāk redzamajā tabulā ir sniegta norāde par mūsu ultrasonikatoru aptuveno apstrādes jaudu: