Šķidro pārtikas produktu ultraskaņas pasterizācija

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

Ne-thermal pasterizācija Pārtikas & Dzērieni ar ultraskaņu

Ultraskaņas pasterizācija ir neinsīta alternatīva tehnoloģija, kas tiek izmantota, lai iznīcinātu vai deaktivizētu organismus un fermentus, kas veicina pārtikas bojāšanu. Ultrasonication var izmantot, lai pasterizētu konservētus pārtikas produktus, pienu, piena produktus, olas, sulas, dzērienus ar zemu alkohola saturu un citus šķidrus pārtikas produktus. Ultrasonication vien, kā arī ultraskaņa apvienojumā ar paaugstinātu siltuma un spiediena apstākļiem (pazīstams kā termo-mano-sonication) var efektīvi pasterizēt sulas, pienu, piena, šķidrās olas un citus pārtikas produktus. Izsmalcināta ultraskaņas pasterizācijas apstrāde izceļ tradicionālās pasterizācijas metodes kā ultraskaņas, kas nelabvēlīgi neietekmē apstrādāto pārtikas produktu uzturvielu saturu un fizikālās īpašības. Izmantojot ultraskaņas vai termo-mano-sonication, lai pasterizēt šķidro pārtikas produktu var nodrošināt uzturvielu bagāts produkts ar augstāku kvalitāti nekā tradicionālās augstas temperatūras īsā laika (HTST) pasterizācijas metodi.
Pētījumi, piemēram, no Beslar et al. (2015) atklāja, ka ultraskaņas apstrāde var sniegt ievērojamas priekšrocības sulu apstrādei, ieskaitot uzlabotus kvalitātes faktorus, piemēram, ražu, ekstrakciju, mākoņainumu, 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) tādā pašā temperatūrā.
attēls un pētījums: Baboli et al. 2015

Kā darbojas ultraskaņas pasterizācija?

Mikrobu ultraskaņas inaktivācija un iznīcināšana ir neinusīs tehnika, kas nozīmē, ka tās galvenais darba princips nav balstīts uz siltumu. Ultraskaņas pasterizāciju galvenokārt izraisa akustiskās kavitācijas sekas. Akustiskās / ultraskaņas kavitācijas fenomens ir pazīstams ar savu lokāli augsto temperatūru, spiedieniem un attiecīgajiem diferenciāliem, kas notiek un ap minūtes kavitācijas burbuļiem. Turklāt akustiskā kavitācija rada ļoti intensīvus bīdes spēkus, šķidruma strūklas un turbulences. Šie destruktīvi spēki rada plašus bojājumus mikrobu šūnās, piemēram, šūnu perforāciju un traucējumus. Šūnu perforācija un traucējumi ir unikāla ietekme, kas atrodama ultrasoniski apstrādātās šūnās, ko galvenokārt izraisa šķidruma strūklas, ko rada kavitācija.

Ultraskaņas pasterizācija ir balstīta uz akustisko kavitāciju un tās hidrodinamiskajiem bīdes spēkiem

Kāpēc Sonication Excels Traditional Pasterization

Pārtikas un dzērienu rūpniecība plaši izmanto parasto pasterizāciju, lai inaktivētu vai nogalinātu mikrobus, piemēram, baktērijas, raugu un sēnes, lai novērstu mikrobu bojāšanos un dotu saviem produktiem ilgāku glabāšanas laiku un stabilitāti. Parastā pasterizācija darbojas īsā temperatūrā paaugstinātā temperatūrā, kas parasti ir zemāka par 100°C (212°F). Precīzu temperatūru un ilgumu parasti pielāgo konkrētam pārtikas produktam un mikrobiem, kas ir jāaktiviktē. Pasterizācijas procesa efektivitāti nosaka mikrobu inaktivācijas ātrums, ko mēra kā logaritmiskores samazinājumu. Log reduction mēra procentuālo inaktivēto mikrobu noteiktā temperatūrā noteiktā laikā. Temperatūras apstrādes apstākļus un mikrobu inaktivācijas ātrumu ietekmē mikrobu veids, kā arī pārtikas produkta sastāvs. Tradicionālajai pasterizācijai uz siltuma bāzes ir vairāki trūkumi, sākot no nepietiekamas mikrobu inaktivācijas, negatīvas ietekmes uz pārtikas produktu, kā arī nevienmērīgas apkures, izmantojot apstrādāto produktu. Nepietiekama sildīšana līdz īsam pasterizācijas ilgumam vai pārāk zemas temperatūras gadījumā izraisa zemu logaritmisko gāzu emisijas ātrumu un sekojošu mikrobu bojāšanu. Pārāk liela termiskā apstrāde var izraisīt produkta bojāšanos, piemēram, dedzinātas aromātus, un mazāk barības vielu blīvuma iznīcināto pret temperatūru jutīgo barības vielu dēļ.

Trūkumi parasto pasterizāciju

• var iznīcināt vai bojāt svarīgas biogēnus
• var izraisīt atkausētu garšu
• augstas enerģijas prasības
• neefektīva pret karstumizturīgu patogēnu nogalināšanu
• neattiecas uz visiem pārtikas produktiem

Piena produktu ultraskaņas pasterizācija

Sonication, termo-sonication and thermo-mano-sonication habve been plaši izpētītas pasterizācijai milkm un piena produktiem. Piemēram, tika konstatēts, ka ultraskaņa novērš bojāšanās un potenciālos patogēnus līdz nullei vai līdz līmenim, kas pieņemams dienvidāfrikas un Lielbritānijas tiesību aktos par pienu, pat ja pirms ārstēšanas bija 5× lielākas sākotnējās sējmateriāla slodzes, kas pārsniedz atļauto. Pēc 10,0 min ultrasonikācijas tika samazināts Dzīvotspējīgo E. coli šūnu skaits. Turklāt tika pierādīts, ka pēc 6,0 min. tika samazināts dzīvotspējīgs Pseudomonas fluorescens skaits par 100%, un Listeria monocytogenes tika samazināts par 99% pēc 10,0 min. (Cameron et al. 2009)
Pētījumi arī parādīja, ka termoa sonication var inaktivēt Listeria innocua un mezofīlās baktērijas svaigpienā. Tika pierādīts, ka ultraskaņa ir dzīvotspējīga tehnoloģija piena pasterizācijai un homogenizācijai, uzrāda īsākus apstrādes laikus 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 piemērota kā efektīva un ātra alternatīva pasterizācijas tehnika, lai inaktivētu Escherichia coli un Staphylococcus aureus ābolu sulā. Kad bez celulozes ābolu sula tika ultrasoniski apstrādāta, 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, kas ultraskaņu mazāk letālu S. aureus, lai gan tas nebija būtiskas ietekmes uz E. coli, jāatzīmē, ka spiediens netika piemērots. Ultraskaņas apstrāde zem paaugstināta spiediena ievērojami pastiprina ultraskaņas kavitāciju un tādējādi mikrobu inaktivāciju viskozākos šķidrumos. Ultraskaņas ārstēšanai nebija būtiskas ietekmes uz antioksidantu aktivitāti, ko nosaka 2,2-difenil-1-pikrildirazils (DPPH) radikāla izšķērdoša aktivitāte, bet tā ievērojami palielināja kopējo fenola saturu. Ārstēšana arī izraisīja stabilāku sulu ar augstāku vienveidību. (sal. Baboli et al. 2020)

Gram-pozitīvu un gramnegatīvu baktēriju ultraskaņas inaktivācija

Grampozitīvās baktērijas, piemēram, Listeria monocytogenes vai Staphylococcus aureus, parasti ir zināms, ka tās ir izturīgākas par gramnegatīvām baktērijām un iztur pasterizācijas tehnoloģijas, piemēram, PVPN, HPP un mano-sonication (MS) ilgāku ārstēšanas laiku biezākas šūnu sieniņu dēļ. Gramnegatīvām baktērijām ir divas – viens ārējais un viens citoplazmas – lipīdu šūnu membrānas ar kārtiņu peptidoglikāna starp tām, kas padara tos uzņēmīgākus pret ultraskaņas inaktivāciju. No otras puses, grampozitīvām baktērijām ir tikai viena lipīdu membrāna ar biezāku peptidoglikāna sienu, kas dod viņiem lielāku pretestību pret pasterizācijas procedūrām. Zinātniskajos pētījumos salīdzināja jaudas ultraskaņas ietekmi uz gramnegatīvām un grampozitīvām baktērijām un konstatēja, ka tai ir spēcīgāka inhibējoša ietekme uz gramnegatīvām baktērijām. (sal. ar Monsen un al. 2009) Grampozitīvām baktērijām ir nepieciešami intensīvāki ultraskaņas apstākļi, t.i., augstāka amplitūda, augstāka temperatūra, augstāks spiediens un/vai ilgāks ultraskaņas apstrādes laiks. Hielscher Ultrasonics jaudas ultraskaņas sistēmas var nodrošināt ļoti augstas amplitūdas un var darbināt paaugstinātā temperatūrā un ar hermetizējamiem plūsmas šūnu reaktoriem. Tas ļauj intensīvu ultraskaņu / termo-mano-sonication, lai inaktivētu pat ļoti rezistentu baktēriju celmiem.

Termodurknē baktēriju ultraskaņas inaktivācija

Termodurskābes baktērijas ir baktērijas, kas var izdzīvot, dažādos apjomos, pasterizācijas process. Thermoduric sugas baktēriju ietver Bacillus, Clostridium un Enterococci. "Ultrasonication pie 80% amplitūdas 10 min, tomēr inaktivētas veģetatīvās šūnas B. koagulāni un A. flavithermus vājpienā attiecīgi ar 4,53 un 4,26 baļķiem. Pasterizācijas kombinētā apstrāde (63 grādi C/30 min), kam seko ultrasonikācija, kas pilnībā likvidēta aptuveni log 6 cfu/ml no šīm šūnām vājpienā." (Khanal et al. 2014)

Augstas veiktspējas ultraskaņas pasterizācijas iekārtas

Hielscher Ultrasonics ir sen pieredzējis jaudas ultraskaņas pielietojumā pārtikas & dzērienu nozarē, kā arī daudzās citās rūpniecības nozarēs. Mūsu ultraskaņas procesori ir aprīkoti ar viegli tīrāmu (tīrs vietā CIP / sterilizēt-in-place SIP) sonotrodes un plūsmas šūnas (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 sonotrodi. Visi sonotrodes un ultraskaņas plūsmas šūnu reaktorus var darbināt paaugstinātā temperatūrā un spiedienā, kas ļauj uzticami termo-mano-sonication un ļoti efektīvu pasterizāciju.
Moderna tehnoloģija, augstas veiktspējas un sarežģīta programmatūra padara Hielscher Ultrasonics’ uzticamu darbu zirgiem jūsu pārtikas pasterizācijas līniju. Ar nelielu nospiedumu un daudzpusīgu uzstādīšanas iespējām Hielscher ultrasonicators var viegli integrēt vai modernizēt esošajās ražošanas līnijās.
Lūdzu, sazinieties ar mums, lai uzzinātu vairāk par mūsu ultraskaņas pasterizācijas sistēmu funkcijām un iespējām. Mēs būtu priecīgi apspriest jūsu pieteikumu ar Jums!
Zemāk redzamā tabula sniedz norādes par mūsu ultraskaņas aparātu aptuveno apstrādes jaudu: