Pasteurização ultrassônica de alimentos líquidos

A pasteurização ultrassônica é um processo de esterilização não térmico 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 sonicação

A pasteurização ultrassônica é uma tecnologia alternativa não térmica usada para destruir ou desativar organismos e enzimas que contribuem para a deterioração dos alimentos. A ultrassonografia pode ser usada para pasteurizar alimentos enlatados, leite, laticínios, ovos, sucos, bebidas com baixo teor alcoólico e outros alimentos líquidos. A ultrassonografia sozinha, bem como o ultrassom combinado com condições elevadas de calor e pressão (conhecidas como termo-mano-sonicação) podem pasteurizar com eficiência sucos, leite, laticínios, ovos líquidos e outros produtos alimentícios. Um sofisticado tratamento de pasteurização ultrassônica supera as técnicas tradicionais de pasteurização, pois o ultrassom não afeta adversamente o teor de nutrientes e as características físicas dos produtos alimentícios tratados. O uso de ultrassom ou termo-mano-sonicação para pasteurizar produtos alimentícios líquidos pode fornecer um produto rico em nutrientes com uma qualidade superior ao método tradicional de pasteurização de curta temperatura (HTST).
Estudos de pesquisa 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, turvação, propriedades reológicas e cor, bem como o prazo de validade.

Curvas de sobrevivência de Escherichia coli (a) e Staphylococcus aureus (b) em suco de maçã após tratamento por ultrassom (UT) em diferentes temperaturas e após tratamento térmico (HT) nas mesmas temperaturas.
imagem e estudo: Baboli et al. 2015

Como funciona a pasteurização ultrassônica?

A inativação ultrassônica e a destruição de micróbios são uma técnica não térmica, o que significa que seu principal princípio de funcionamento 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, pressões e respectivos diferenciais localmente altos, que ocorrem dentro e ao redor das minúsculas bolhas de cavitação. Além disso, a cavitação acústica gera forças de cisalhamento muito intensas, jatos de líquido e turbulências. Essas forças destrutivas causam danos extensos às células microbianas, como perfuração e ruptura celular. A perfuração e a ruptura celular são efeitos únicos encontrados em células tratadas por ultrassom, causados principalmente pelos jatos de líquido gerados pela cavitação.

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

Por que a sonicação supera a pasteurização tradicional

A indústria de alimentos e bebidas aplica amplamente a pasteurização convencional para inativar ou matar micróbios como bactérias, leveduras e fungos para evitar a deterioração microbiana e dar a seus produtos uma vida útil e estabilidade mais longas. A pasteurização convencional funciona por um tratamento curto em temperaturas elevadas geralmente abaixo de 100 ° C (212 ° F). A temperatura e a duração exatas 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 logarítmica. A redução logarítmica mede a porcentagem de micróbios inativados em uma temperatura específica durante um tempo específico. As condições do tratamento de temperatura e a taxa de inativação microbiana são influenciadas pelo tipo de micróbios, bem como pela composição do produto alimentício. A pasteurização tradicional à base de calor tem várias desvantagens, desde inativação microbiana insuficiente, efeitos negativos no produto alimentício, bem como aquecimento desigual através do produto tratado. O aquecimento insuficiente por uma curta duração de pasteurização ou temperatura muito baixa resulta em uma baixa taxa de redução logarítmica e subsequente deterioração microbiana. Muito tratamento térmico pode causar deterioração do produto, como sabores queimados e menos densidade de nutrientes devido à destruição de nutrientes sensíveis à temperatura.

Desvantagens da pasteurização convencional

• pode destruir ou danificar nutrientes importantes
• pode causar sabores estranhos
• Requisitos de alta energia
• ineficaz contra matar patógenos resistentes ao calor
• não aplicável a todos os produtos alimentícios

Pasteurização ultrassônica de laticínios

A sonicação, a termo-sonicação e a termo-mano-sonicação têm sido amplamente pesquisadas para a pasteurização de leite e produtos lácteos. Por exemplo, descobriu-se que o ultrassom elimina a deterioração e os patógenos potenciais a zero ou a níveis aceitáveis pela legislação de leite 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)
A pesquisa também demonstrou que a termo-sonicação pode inativar a Listeria innocua e as bactérias mesófilas no leite integral cru. O ultrassom mostrou-se uma tecnologia viável para pasteurização e homogeneização do leite, exibindo tempos de processamento mais curtos sem alterações importantes no pH e no teor de ácido lático, 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 para inativar Escherichia coli e Staphylococcus aureus em suco de maçã. Quando o suco de maçã sem polpa foi processado por ultrassom, o tempo de redução de 5 log foi de 35 s para E. coli a 60 graus C e 30 s para S. aureus a 62 graus Celsius. Embora no estudo tenha sido constatado que o alto teor de polpa 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 sonicação sob pressões elevadas intensifica significativamente a cavitação ultrassônica e, portanto, a inativação microbiana em líquidos mais viscosos. O tratamento com ultrassom não teve efeito significativo na atividade antioxidante determinada pela atividade de sequestro do radical 2,2-difenil-1-picrilhidrazil (DPPH), mas aumentou significativamente o conteúdo fenólico total. O tratamento também resultou em suco mais estável e com maior uniformidade. (cf. Baboli et al. 2020)

Inativação ultrassônica de bactérias Gram-positivas e Gram-negativas

Bactérias Gram positivas, como Listeria monocytogenes ou Staphylococcus aureus, são geralmente conhecidas por serem mais resistentes do que bactérias gram-negativas e resistem a tecnologias de pasteurização como PEF, HPP e mano-sonicação (MS) por períodos de tratamento mais longos devido a paredes celulares mais espessas. As bactérias Gram-negativas têm duas – um externo e um citoplasmático – membranas celulares lipídicas com uma fina camada de peptidoglicano entre elas, o que as torna mais suscetíveis à inativação ultrassônica. Por outro lado, as bactérias gram-positivas possuem apenas uma única membrana lipídica com uma parede de peptidoglicano mais espessa, o que lhes confere mais resistência aos tratamentos de pasteurização. Investigações científicas compararam o efeito do ultrassom de potência em bactérias gram-negativas e gram-positivas e descobriram que ele teve um efeito inibitório mais forte em bactérias gram-negativas. (cf. Monsen et al. 2009) As bactérias Gram-positivas requerem condições de ultrassom mais intensas, ou seja, amplitudes mais altas, temperaturas mais altas, pressões mais altas e/ou tempo de sonicação mais longo. Os sistemas de ultrassom de potência da Hielscher Ultrasonics podem fornecer amplitudes muito altas e podem ser operados em temperaturas elevadas e com reatores de célula de fluxo pressurizáveis. Isso permite uma sonicação intensa / termo-mano-sonicação para inativar até mesmo cepas de bactérias muito resistentes.

Inativação ultrassônica de bactérias termodúricas

As bactérias termodúricas são bactérias que podem sobreviver, em graus variados, ao processo de pasteurização. As espécies de bactérias termodúricas incluem Bacillus, Clostridium e Enterococci. "A ultrassonografia a 80% de amplitude por 10 min, no entanto, inativou as células vegetativas de B. coagulans e A. flavithermus em leite desnatado em 4,53 e 4,26 logs, respectivamente. Um tratamento combinado de pasteurização (63 graus C / 30 min) seguido de ultrassom eliminou completamente aproximadamente 6 ufc / mL dessas células no leite desnatado. (Khanal et al. 2014)

Equipamento de pasteurização ultrassônica de alto desempenho

A Hielscher Ultrasonics tem uma longa experiência na aplicação de ultrassom de potência 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 de limpeza no local / esterilização no local SIP) e células de fluxo (as partes úmidas). Ultrassom de Hielscher’ Os processadores ultrassônicos industriais podem fornecer amplitudes muito altas. Amplitudes de até 200 μm podem ser facilmente executadas continuamente em operação 24 horas por dia, 7 dias por semana. Altas amplitudes são importantes para inativar micróbios mais resistentes (por exemplo, bactérias gram-positivas). Para amplitudes ainda maiores, estão disponíveis sonotrodos ultrassônicos personalizados. Todos os sonotrodos e reatores de células de fluxo ultrassônicos podem ser operados sob temperaturas e pressões elevadas, o que permite uma termo-mano-sonicação confiável e uma pasteurização altamente eficaz.
Tecnologia de ponta, software sofisticado e de alto desempenho fazem da Hielscher Ultrasonics’ cavalos de trabalho confiáveis em sua linha de pasteurização de alimentos. Com uma pegada pequena e opções de instalação versáteis, os ultrasonicadores Hielscher podem ser facilmente integrados ou adaptados às linhas de produção existentes.
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A tabela abaixo fornece uma indicação da capacidade aproximada de processamento de nossos ultrassônicos: