Ultrasoon pasteuriseren van vloeibaar voedsel

Ultrasone pasteurisatie is een niet-thermisch sterilisatieproces om microben zoals E.coli, Pseudomonas fluorescens, Listeria monocytogenes, Staphylococcus aureus, Bacillus coagulans, Anoxybacillus flavithermus en vele andere te inactiveren om microbieel bederf te voorkomen en voedsel en dranken langdurig stabiel te houden.

Niet-thermische pasteurisatie van voedsel & Dranken door Sonicatie

Ultrasone pasteurisatie is een niet-thermische alternatieve technologie die wordt gebruikt om organismen en enzymen die bijdragen aan voedselbederf te vernietigen of te inactiveren. Ultrasoon geluid kan worden gebruikt om ingeblikt voedsel, melk, zuivel, eieren, sappen, dranken met een laag alcoholpercentage en ander vloeibaar voedsel te pasteuriseren. Zowel ultrasone trillingen alleen als ultrasone trillingen in combinatie met verhoogde hitte en druk (bekend als thermo-mano-sonatie) kunnen sappen, melk, zuivelproducten, vloeibare eieren en andere voedingsmiddelen efficiënt pasteuriseren. Een geavanceerde ultrasone pasteurisatiebehandeling is beter dan traditionele pasteurisatietechnieken omdat ultrageluid geen nadelige invloed heeft op de voedingsinhoud en fysieke kenmerken van de behandelde voedingsmiddelen. Het gebruik van ultrasoon geluid of thermo-mano-sonatie voor het pasteuriseren van vloeibare voedingsmiddelen kan een product opleveren dat rijk is aan voedingsstoffen en een hogere kwaliteit heeft dan de traditionele pasteurisatiemethode met hoge temperatuur en korte tijd (HTST).
Onderzoeksstudies zoals die van Beslar et al. (2015) ontdekten dat ultrasone behandeling aanzienlijke voordelen kan bieden voor de verwerking van sappen, waaronder verbeterde kwaliteitsfactoren, zoals opbrengst, extractie, troebelheid, reologische eigenschappen en kleur, evenals de houdbaarheid.

Overlevingscurven van Escherichia coli (a) en Staphylococcus aureus (b) in appelsap na ultrasone behandeling (UT) bij verschillende temperaturen en na hittebehandeling (HT) bij dezelfde temperaturen.
foto en studie: Baboli et al. 2015

Hoe werkt ultrasone pasteurisatie?

Ultrasone inactivatie en vernietiging van microben is een niet-thermische techniek, wat betekent dat het belangrijkste werkingsprincipe niet gebaseerd is op warmte. Ultrasone pasteurisatie wordt voornamelijk veroorzaakt door de effecten van akoestische cavitatie. Het fenomeen van akoestische / ultrasone cavitatie staat bekend om zijn plaatselijk hoge temperaturen, drukken en respectieve verschillen, die optreden in en rond de minuscule cavitatiebelletjes. Bovendien genereert akoestische cavitatie zeer intense schuifkrachten, vloeistofstralen en turbulenties. Deze destructieve krachten veroorzaken uitgebreide schade aan microbiële cellen, zoals celperforatie en -verstoring. Celperforatie en -verstoring zijn unieke effecten die gevonden zijn in ultrasoon behandelde cellen, voornamelijk veroorzaakt door de vloeistofstralen die door cavitatie gegenereerd worden.

Ultrasoon pasteuriseren is gebaseerd op akoestische cavitatie en de bijbehorende hydrodynamische schuifkrachten

Waarom Sonicatie beter is dan traditionele pasteurisatie

De voedingsmiddelen- en drankenindustrie past conventionele pasteurisatie op grote schaal toe om microben zoals bacteriën, gist en schimmels te inactiveren of te doden om microbieel bederf te voorkomen en hun producten een langere houdbaarheid en stabiliteit te geven. Conventionele pasteurisatie werkt door middel van een korte behandeling bij verhoogde temperaturen van meestal minder dan 100°C (212°F). De exacte temperatuur en duur worden gewoonlijk aangepast aan het specifieke voedselproduct en de microben die geïnactiveerd moeten worden. De effectiviteit van een pasteurisatieproces wordt bepaald door de microbiële inactivatiesnelheid, die wordt gemeten als logreductie. De logreductie meet het percentage geïnactiveerde microben bij een specifieke temperatuur gedurende een specifieke tijd. De omstandigheden van de temperatuurbehandeling en de microbiële inactivatiesnelheid worden beïnvloed door het type microben en de samenstelling van het voedselproduct. Traditionele pasteurisatie op basis van warmte heeft verschillende nadelen, variërend van onvoldoende microbiële inactivatie, negatieve effecten op het voedselproduct en ongelijkmatige verhitting van het behandelde product. Onvoldoende verhitting door een korte pasteurisatieduur of een te lage temperatuur resulteert in een lage logreductiesnelheid en daaropvolgend microbieel bederf. Te veel warmtebehandeling kan leiden tot aantasting van het product, zoals verbrande smaken, en een lagere dichtheid van voedingsstoffen doordat temperatuurgevoelige voedingsstoffen vernietigd worden.

Nadelen van conventionele pasteurisatie

• kan belangrijke voedingsstoffen vernietigen of beschadigen
• kan bijsmaken veroorzaken
• hoge energiebehoeften
• niet effectief tegen het doden van hittebestendige ziekteverwekkers
• niet van toepassing op elk voedingsproduct

Ultrasoon pasteuriseren van zuivelproducten

Sonicatie, thermo-sonicatie en thermo-mano-sonicatie zijn veelvuldig onderzocht voor het pasteuriseren van melk en zuivelproducten. Het bleek bijvoorbeeld dat ultrasone trillingen bederf en potentiële ziekteverwekkers elimineren tot nul of tot niveaus die acceptabel zijn volgens de Zuid-Afrikaanse en Britse melkwetgeving, zelfs wanneer de initiële inoculumbelasting vóór de behandeling 5× hoger was dan toegestaan. Het aantal levensvatbare cellen van E. coli werd met 100% gereduceerd na 10,0 minuten ultrasoonbehandeling. Verder werd aangetoond dat het aantal levensvatbare cellen van Pseudomonas fluorescens met 100% werd verlaagd na 6,0 minuten en dat Listeria monocytogenes met 99% werd verlaagd na 10,0 minuten (Cameron et al. 2009).
Onderzoek toonde ook aan dat thermosonicatie Listeria innocua en mesofiele bacteriën in rauwe volle melk kan inactiveren. Ultrasoon geluid bleek een levensvatbare technologie te zijn voor het pasteuriseren en homogeniseren van melk, met kortere verwerkingstijden zonder belangrijke veranderingen in pH en melkzuurgehalte, samen met een beter uiterlijk en betere consistentie in vergelijking met conventionele thermische behandeling. Deze feiten zijn voordelig in veel aspecten van zuivelverwerking. (Bermúdez-Aguirre et al. 2009)

Ultrasoon pasteuriseren van sappen en fruitpurees

Ultrasone pasteurisatie werd toegepast als een efficiënte en snelle alternatieve pasteurisatietechniek om Escherichia coli en Staphylococcus aureus in appelsap te inactiveren. Wanneer het appelsap zonder pulp ultrasoon werd verwerkt, bedroeg de 5-log reductietijd 35 seconden voor E. coli bij 60 °C en 30 seconden voor S. aureus bij 62 °C. Hoewel in het onderzoek werd gevonden dat een hoog pulpgehalte ultrasoon geluid minder dodelijk maakte voor S. aureus, terwijl het geen significant effect had op E. coli, moet worden opgemerkt dat er geen druk werd toegepast. Sonificatie onder verhoogde druk intensiveert de ultrasone cavitatie aanzienlijk en daardoor ook de microbiële inactivatie in meer viskeuze vloeistoffen. De ultrasone behandeling had geen significant effect op de antioxidantactiviteit bepaald door de 2,2-difenyl-1-picrylhydrazyl (DPPH) radicaal-wegvangende activiteit, maar het totale fenolgehalte nam significant toe. De behandeling resulteerde ook in stabieler sap met een hogere uniformiteit. (cf. Baboli et al. 2020)

Ultrasone inactivering van Gram-positieve en Gram-negatieve bacteriën

Van Gram-positieve bacteriën, zoals Listeria monocytogenes of Staphylococcus aureus, is over het algemeen bekend dat ze resistenter zijn dan Gram-negatieve bacteriën en dat ze pasteurisatietechnologieën zoals PEF, HPP en mano-sonicatie (MS) gedurende een langere behandelingsperiode weerstaan vanwege hun dikkere celwanden. Gramnegatieve bacteriën hebben twee – één extern en één cytoplasmatisch – lipide celmembranen met daartussen een dunne laag peptidoglycaan, waardoor ze gevoeliger zijn voor ultrasone inactivatie. Aan de andere kant hebben grampositieve bacteriën slechts één lipidemembraan met een dikkere peptidoglycaanwand, waardoor ze beter bestand zijn tegen pasteurisatiebehandelingen. Wetenschappelijk onderzoek vergeleek het effect van ultrageluid op gramnegatieve en grampositieve bacteriën en ontdekte dat het een sterker remmend effect had op gramnegatieve bacteriën. (vgl. Monsen et al. 2009) Gram-positieve bacteriën vereisen intensievere ultrasone omstandigheden, d.w.z. hogere amplitudes, hogere temperaturen, hogere drukken en/of een langere sonificatietijd. De power-ultrasoundsystemen van Hielscher Ultrasonics kunnen zeer hoge amplitudes leveren en kunnen worden gebruikt bij verhoogde temperaturen en met drukregelbare flowcelreactoren. Dit maakt intense sonicatie / thermo-manosonicatie mogelijk om zelfs zeer resistente bacteriestammen te inactiveren.

Ultrasone inactivering van thermodurische bacteriën

Thermodurische bacteriën zijn bacteriën die in verschillende mate het pasteurisatieproces kunnen overleven. Tot de thermodurische bacteriesoorten behoren Bacillus, Clostridium en Enterococci. "Ultrasoonbehandeling bij 80% amplitude gedurende 10 minuten inactiveerde echter de vegetatieve cellen van B. coagulans en A. flavithermus in magere melk met respectievelijk 4,53 en 4,26 logs. Een gecombineerde behandeling van pasteurisatie (63 graden C/30 min) gevolgd door ultrasoonbehandeling elimineerde ongeveer log 6 kve/mL van deze cellen in magere melk volledig." (Khanal et al. 2014)

Ultrasone pasteurisatieapparatuur met hoge prestaties

Hielscher Ultrasonics heeft jarenlange ervaring in de toepassing van ultrageluid in de voedingsmiddelenindustrie. & drankenindustrie en vele andere industriële branches. Onze ultrasoonprocessoren zijn uitgerust met eenvoudig te reinigen (clean-in-place CIP / sterilize-in-place SIP) sonotrodes en flowcellen (de natte delen). Hielscher ultrasoontechniek’ Industriële ultrasone processoren kunnen zeer hoge amplitudes leveren. Amplitudes tot 200 µm kunnen gemakkelijk continu worden gebruikt in een 24/7 bedrijf. Hoge amplitudes zijn belangrijk om resistente microben te inactiveren (bijv. Gram-positieve bacteriën). Voor nog hogere amplitudes zijn op maat gemaakte ultrasone sonotroden beschikbaar. Alle sonotrodes en ultrasone flowcelreactoren kunnen onder verhoogde temperaturen en druk werken, wat een betrouwbare thermo-mano-sonisatie en zeer effectieve pasteurisatie mogelijk maakt.
Geavanceerde technologie, hoge prestaties en geavanceerde software maken Hielscher Ultrasonics’ betrouwbare werkpaarden in uw voedselpasteurisatielijn. Met een kleine voetafdruk en veelzijdige installatiemogelijkheden kunnen Hielscher ultrasoonapparaten eenvoudig worden geïntegreerd of achteraf worden ingebouwd in bestaande productielijnen.
Neem contact met ons op voor meer informatie over de functies en mogelijkheden van onze ultrasone pasteurisatiesystemen. We bespreken graag uw toepassing met u!
De onderstaande tabel geeft een indicatie van de verwerkingscapaciteit van onze ultrasone machines: