A pasteurização ultrassônica é um processo de esterilização não térmica para inativar micróbios como E.coli, Pseudomonas fluorescens, Listeria monocytogenes, Staphylococcus aureus, Bacillus coagulans, Anoxybacillus flavithermus entre muitos outros para evitar a deterioração microbiana e alcançar a estabilidade a longo prazo de alimentos e bebidas.

Pasteurização não térmica de alimentos & Bebidas por Sonication

A pasteurização ultrassônica é uma tecnologia alternativa não térmica que é usada para destruir ou desativar organismos e enzimas que contribuem para a deterioração dos alimentos. A ultrassônica pode ser usada para pasteurizar alimentos enlatados, leite, laticínios, ovos, sucos, bebidas com baixo teor alcoólico e outros alimentos líquidos. A ultrassonografia isolada, bem como o ultrassom combinado com condições elevadas de calor e pressão (conhecidas como termo-mano-sonication) podem pasteurizar eficientemente sucos, leite, laticínios, ovos líquidos e outros produtos alimentícios. Um sofisticado tratamento de pasteurização ultrassônica destaca as técnicas tradicionais de pasteurização, pois o ultrassom não afeta negativamente o teor de nutrientes e características físicas dos produtos alimentícios tratados. O uso de ultrassom ou termo-mano-sonication para pasteurizar produtos alimentícios líquidos pode fornecer um produto rico em nutrientes com uma qualidade superior ao método tradicional de pasteurização de tempo curto de alta temperatura (HTST).
Estudos como o de Beslar et al. (2015) descobriram que o tratamento ultrassônico pode fornecer vantagens significativas para o processamento de sucos, incluindo fatores de qualidade aprimorados, como rendimento, extração, nebulosidade, propriedades reológicas e cor, bem como a vida útil.

Curvas de sobrevivência de Escherichia coli (a) e Staphylococcus aureus (b) no suco de maçã após o Tratamento de Ultrassom (UT) em temperaturas diferentes e após o Tratamento Térmico (HT) nas mesmas temperaturas.
imagem e estudo: Baboli et al. 2015

Como funciona a pasteurização ultrassônica?

A inativação ultrassônica e destruição de micróbios é uma técnica não térmica, o que significa que seu principal princípio de trabalho não é baseado no calor. A pasteurização ultrassônica é causada principalmente pelos efeitos da cavitação acústica. O fenômeno da cavitação acústica/ultrassônica é conhecido por suas temperaturas localmente altas, pressões e respectivos diferenciais, que ocorrem dentro e ao redor das bolhas de cavitação minúsculas. Além disso, a cavitação acústica gera forças de cisalhamento muito intensas, jatos líquidos e turbulências. Essas forças destrutivas causam danos extensivos em células microbianas, tais perfurações celulares e perturbação. Perfuração celular e interrupção são efeitos únicos encontrados em células ultrasonicamente tratadas causadas principalmente pelos jatos líquidos gerados pela cavitação.

A pasteurização ultrassônica é baseada na cavitação acústica e suas forças de cisalhamento hidrodinâmico

Por que a sonicação supera a pasteurização tradicional

A indústria de alimentos e bebidas aplica-se amplamente à pasteurização convencional para inativar ou matar micróbios como bactérias, leveduras e fungos para evitar a deterioração microbiana e dar aos seus produtos uma vida útil e estabilidade mais longas. A pasteurização convencional funciona por um tratamento curto a temperaturas elevadas geralmente inferiores a 100°C (212°F). A temperatura exata e a duração são normalmente ajustadas ao produto alimentar específico e aos micróbios, que devem ser inativados. A eficácia de um processo de pasteurização é determinada pela taxa de inativação microbiana, que é medida como redução de troncos. A redução do registro mede a porcentagem de micróbios inativados a uma temperatura específica ao longo de um tempo específico. As condições do tratamento da temperatura e da taxa de inativação microbiana são influenciadas pelo tipo de micróbios, bem como pela composição do produto alimentício. A pasteurização tradicional baseada em calor tem várias desvantagens que vão desde a inativação microbiana insuficiente, efeitos negativos sobre o produto alimentício, bem como aquecimento irregular através do produto tratado. O aquecimento insuficiente até a curta duração da pasteurização ou temperatura muito baixa resulta em uma baixa taxa de redução de troncos e deterioração microbiana subsequente. O tratamento térmico excessivo pode causar deterioração do produto, como os sabores queimados e menos densidade de nutrientes devido aos nutrientes sensíveis à temperatura destruídos.

Desvantagens da pasteurização convencional

• pode destruir ou danificar nutrientes importantes
• pode causar fora dos sabores
• altas exigências energéticas
• ineficaz contra matar patógenos resistentes ao calor
• não aplicável a todos os produtos alimentícios

Pasteurização Ultrassônica de Laticínios

Sonicação, termo-sonicação e termo-mano-sonicação foram amplamente pesquisadas para a pasteurização de leite e derivados. Por exemplo, descobriu-se que o ultrassom elimina a deterioração e os patógenos potenciais a zero ou a níveis aceitáveis pela legislação leiteira sul-africana e britânica, mesmo quando cargas iniciais de inóculo de 5× acima do permitido estavam presentes antes do tratamento. As contagens de células viáveis de E. coli foram reduzidas em 100% após 10,0 min de ultrassom. Além disso, foi demonstrado que as contagens viáveis de Pseudomonas fluorescens foram reduzidas em 100% após 6,0 min e Listeria monocytogenes foi reduzida em 99% após 10,0 min (Cameron et al. 2009)
Pesquisas também demonstraram que a termossonicação pode inativar listeria innocua e bactérias mesofílicas no leite integral cru. O ultrassom mostrou-se uma tecnologia viável para pasteurização e homogeneização do leite, apresentando tempos de processamento mais curtos sem mudanças importantes no teor de pH e ácido láctico, além de melhor aparência e consistência quando comparado ao tratamento térmico convencional. Esses fatos são vantajosos em muitos aspectos do processamento de laticínios. (Bermúdez-Aguirre et al. 2009)

Pasteurização Ultrassônica de Sucos e Purês de Frutas

A pasteurização ultrassônica foi aplicada como uma técnica de pasteurização alternativa eficiente e rápida, a fim de inativar Escherichia coli e Staphylococcus aureus no suco de maçã. Quando o suco de maçã livre de polpa foi processado ultrasonicamente, o tempo de redução de 5 troncos foi de 35 s para E. coli em 60degC e 30 s para S. aureus em 62degC. Embora no estudo tenha sido constatado que o alto teor de celulose tornou o ultrassom menos letal para S. aureus, embora não tenha tido efeito significativo sobre E. coli, deve-se notar que nenhuma pressão foi aplicada. A sônica sob pressões elevadas intensifica significativamente a cavitação ultrassônica e, assim, a inativação microbiana em líquidos mais viscosos. O tratamento de ultrassom não teve efeito significativo na atividade antioxidante determinada pela atividade radical de limpeza radical de 2,2-difenil-1-picrylhydrazyl (DPPH), mas aumentou significativamente o teor fenólico total. O tratamento também resultou em suco mais estável com maior uniformidade. (cf. Baboli et al. 2020)

Inativação ultrassônica de bactérias Gram-Positivas e Gram-Negativas

As bactérias gram positivas, como listeria monocytogenes ou Staphylococcus aureus, são geralmente conhecidas por serem mais resistentes do que as bactérias gram-negativas e suportam tecnologias de pasteurização como FPE, HPP e mano-sonication (MS) por períodos de tratamento mais longos devido a paredes celulares mais grossas. Bactérias gram-negativas têm duas – um externo e um citoplasmica – membranas celulares lipídicas com uma fina camada de peptidoglycan entre elas, o que as torna mais suscetíveis à inativação ultrassônica. Por outro lado, as bactérias gram-positivas têm apenas uma única membrana lipídica com uma parede peptidoglycan mais espessa, o que lhes dá mais resistência contra tratamentos de pasteurização. Investigações científicas compararam o efeito do ultrassom de energia em bactérias gram-negativas e gram-positivas e descobriram que ele tinha um efeito inibidor mais forte sobre bactérias gram-negativas. (cf. Monsen et al. 2009) As bactérias gram-positivas requerem condições de ultrassom mais intensas, ou seja, maior amplitude, temperaturas mais altas, pressões mais altas e/ou maior tempo de sonicação. Os sistemas de ultrassom de energia hielscher ultrasonics podem fornecer amplitudes muito altas e podem ser operados a temperaturas elevadas e com reatores pressurizáveis de células de fluxo. Isso permite uma sônica intensa / termo-mano-sonication, a fim de inativar até mesmo cepas de bactérias muito resistentes.

Inativação Ultrassônica de Bactérias Termoduricas

Bactérias termodúricas são bactérias que podem sobreviver, em diferentes extensões, ao processo de pasteurização. Espécies termoduricas de bactérias incluem Bacillus, Clostridium e Enterococci. "Ultrassonicação com 80% de amplitude por 10 minutos, no entanto, inativaram as células vegetativas de B. coagulans e A. flavithermus em leite desnatado por 4,53 e 4,26 toras, respectivamente. Um tratamento combinado de pasteurização (63 graus C/30 min) seguido pela ultrassônica eliminou completamente aproximadamente 6 cfu/mL dessas células em leite desnatado." (Khanal et al. 2014)

Equipamento de pasteurização ultrassônica de alto desempenho

Hielscher Ultrasonics é muito experiente na aplicação de ultrassom de energia nos alimentos & indústria de bebidas, bem como muitos outros ramos industriais. Nossos processadores ultrassônicos são equipados com sonotrodos e células de fluxo fáceis de limpar (CIP/ esterilizar no local) e células de fluxo (as partes molhadas). Hielscher Ultrasonics’ processadores ultrassônicos industriais podem fornecer amplitudes muito altas. Amplitudes de até 200μm podem ser facilmente executadas continuamente em operação 24/7. Altas amplitudes são importantes para inativar micróbios mais resistentes (por exemplo, bactérias gram-positivas). Para amplitudes ainda maiores, sonotrodes ultrassônicos personalizados estão disponíveis. Todos os sonotrodes e reatores de células de fluxo ultrassônico podem ser operados sob temperaturas e pressões elevadas, o que permite uma sonicação termo-mano-sonicação confiável e pasteurização altamente eficaz.
Tecnologia de ponta, software de alto desempenho e sofisticado fazem Hielscher Ultrasonics’ cavalos de trabalho confiáveis em sua linha de pasteurização de alimentos. Com uma pequena pegada e opções de instalação versáteis, os ultrassonicadores Hielscher podem ser facilmente integrados ou retro-equipados nas linhas de produção existentes.
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A tabela abaixo dá-lhe uma indicação da capacidade de processamento aproximado de nossos ultrasonicators: