Pasteurização ultra-sónica de alimentos líquidos

A pasteurização por ultra-sons 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 por ultra-sons é uma tecnologia alternativa não térmica que é utilizada para destruir ou desativar organismos e enzimas que contribuem para a deterioração dos alimentos. A pasteurização por ultra-sons pode ser utilizada para pasteurizar alimentos enlatados, leite, lacticínios, ovos, sumos, bebidas com baixo teor alcoólico e outros alimentos líquidos. A ultra-sons isolada, bem como os ultra-sons combinados com condições elevadas de calor e pressão (conhecidas como termo-mano-sonicação) podem pasteurizar eficazmente sumos, leite, lacticínios, ovos líquidos e outros produtos alimentares. Um tratamento sofisticado de pasteurização por ultra-sons supera as técnicas tradicionais de pasteurização, uma vez que os ultra-sons não afectam negativamente o teor de nutrientes e as caraterísticas físicas dos produtos alimentares tratados. A utilização de ultra-sons ou de termo-mano-sonicação para pasteurizar produtos alimentares líquidos pode proporcionar um produto rico em nutrientes e de melhor qualidade do que o método tradicional de pasteurização de alta temperatura e tempo curto (HTST).
Estudos de pesquisa como de Beslar et al. (2015) descobriram que o tratamento ultra-sônico pode fornecer vantagens significativas para o processamento de sucos, incluindo fatores de qualidade aprimorados, como rendimento, extração, cloudiness, propriedades reológicas e cor, bem como a vida útil.

Curvas de sobrevivência de Escherichia coli (a) e Staphylococcus aureus (b) em sumo de maçã após tratamento por ultra-sons (UT) a diferentes temperaturas e após tratamento térmico (HT) às mesmas temperaturas.
imagem e estudo: Baboli et al. 2015

Como funciona a pasteurização por ultra-sons?

A inativação e destruição ultra-sónica de micróbios é uma técnica não térmica, o que significa que o seu princípio de funcionamento principal não se baseia no calor. A pasteurização ultra-sónica é causada principalmente pelos efeitos da cavitação acústica. O fenómeno da cavitação acústica / ultra-sónica é conhecido pelas suas temperaturas, pressões e respectivos diferenciais localmente elevados, que ocorrem dentro e à volta das minúsculas bolhas de cavitação. Além disso, a cavitação acústica gera forças de cisalhamento muito intensas, jactos de líquido e turbulências. Estas forças destrutivas causam danos extensos nas células microbianas, tais como a perfuração e o rompimento das células. A perfuração e a rutura das células são efeitos únicos encontrados nas células tratadas por ultra-sons, causados principalmente pelos jactos de líquido gerados pela cavitação.

A pasteurização por ultra-sons baseia-se na cavitação acústica e nas suas forças de cisalhamento hidrodinâmicas

Porque é que a Sonicação é superior à Pasteurização Tradicional

A indústria alimentar e de bebidas aplica amplamente a pasteurização convencional para inativar ou matar micróbios, tais como bactérias, leveduras e fungos, para evitar a deterioração microbiana e para dar aos seus produtos um prazo de validade e estabilidade mais longos. A pasteurização convencional funciona através de um tratamento curto a temperaturas elevadas, normalmente inferiores a 100°C (212°F). A temperatura e a duração exactas são normalmente ajustadas ao produto alimentar específico e aos micróbios que devem ser inactivados. A eficácia de um processo de pasteurização é determinada pela taxa de inativação microbiana, que é medida como redução de log. A redução logarítmica mede a percentagem de micróbios inactivados a uma temperatura específica durante um período de 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 alimentar. A pasteurização tradicional baseada no calor tem várias desvantagens que vão desde a inativação microbiana insuficiente, efeitos negativos no produto alimentar, bem como um aquecimento desigual através do produto tratado. Um aquecimento insuficiente devido à curta duração da pasteurização ou a uma temperatura demasiado baixa resulta numa taxa de redução de logaritmos baixa e na subsequente deterioração microbiana. Um tratamento demasiado quente pode causar a deterioração do produto, como a queima de sabores, e uma menor densidade nutricional devido à destruição de nutrientes sensíveis à temperatura.

Desvantagens da pasteurização convencional

• pode destruir ou danificar nutrientes importantes
• pode causar sabores estranhos
• necessidades energéticas elevadas
• ineficaz contra agentes patogénicos resistentes ao calor
• não aplicável a todos os produtos alimentares

Pasteurização ultra-sónica de produtos lácteos

A sonicação, a termo-sonicação e a termo-mano-sonicação têm sido amplamente investigadas para a pasteurização do leite e dos produtos lácteos. Por exemplo, verificou-se que os ultra-sons eliminam a deterioração e os potenciais agentes patogénicos para zero ou para níveis aceitáveis pela legislação sul-africana e britânica relativa ao leite, mesmo quando estavam presentes cargas iniciais de inóculo 5 vezes superiores às permitidas antes do tratamento. As contagens de células viáveis de E. coli foram reduzidas em 100% após 10,0 minutos de ultra-sons. 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 investigação também demonstrou que a termo-sonicação pode inativar Listeria innocua e bactérias mesófilas no leite integral cru. Os ultra-sons demonstraram ser uma tecnologia viável para a pasteurização e homogeneização do leite, apresentando tempos de processamento mais curtos sem alterações importantes no pH e no teor de ácido lático, juntamente com melhor aparência e consistência quando comparados com o tratamento térmico convencional. Estes factos são vantajosos em muitos aspectos do processamento de lacticínios. (Bermúdez-Aguirre et al. 2009)

Pasteurização ultra-sónica de sumos e purés de fruta

A pasteurização ultra-sónica foi aplicada como uma técnica de pasteurização alternativa eficiente e rápida, a fim de inativar Escherichia coli e Staphylococcus aureus no sumo de maçã. Quando o sumo de maçã sem polpa foi processado por ultra-sons, o tempo de redução de 5-log foi de 35 s para E. coli a 60degC e de 30 s para S. aureus a 62degC. Embora no estudo se tenha verificado que o elevado teor de polpa tornou os ultra-sons menos letais para S. aureus, enquanto que não teve qualquer efeito significativo sobre E. coli, deve notar-se que não foi aplicada qualquer pressão. A sonicação sob pressões elevadas intensifica significativamente a cavitação ultra-sónica e, consequentemente, a inativação microbiana em líquidos mais viscosos. O tratamento com ultra-sons não teve efeito significativo na atividade antioxidante determinada pela atividade de eliminação do radical 2,2-difenil-1-picrilhidrazil (DPPH), mas aumentou significativamente o conteúdo fenólico total. O tratamento também resultou num sumo mais estável e com maior uniformidade. (cf. Baboli et al. 2020)

Inativação ultra-sónica de bactérias Gram-Positivas e Gram-Negativas

As bactérias gram-positivas, como a Listeria monocytogenes ou o Staphylococcus aureus, são geralmente conhecidas por serem mais resistentes do que as bactérias gram-negativas e suportam as tecnologias de pasteurização, como a PEF, a HPP e a mano-sonicação (MS), durante períodos de tratamento mais longos devido a paredes celulares mais espessas. As bactérias gram-negativas têm dois – um externo e um citoplasmático – membranas celulares lipídicas com uma fina camada de peptidoglicano entre elas, o que as torna mais susceptíveis à inativação por ultra-sons. Por outro lado, as bactérias gram-positivas têm apenas uma única membrana lipídica com uma parede de peptidoglicano mais espessa, o que lhes confere maior resistência aos tratamentos de pasteurização. Investigações científicas compararam o efeito do ultrassom potente em bactérias gram-negativas e gram-positivas e descobriram que ele tinha um efeito inibitório mais forte em bactérias gram-negativas. (cf. Monsen et al. 2009) As bactérias gram-positivas requerem condições de ultra-sons mais intensas, ou seja, amplitudes mais elevadas, temperaturas mais elevadas, pressões mais elevadas 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 a temperaturas elevadas e com reatores de células de fluxo pressurizáveis. Isto permite a sonicação intensa / termo-mano-sonicação, a fim de inativar mesmo estirpes de bactérias muito resistentes.

Inativação ultra-sónica de bactérias termodúricas

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

Equipamento de Pasteurização Ultrassónica de Alto Desempenho

A Hielscher Ultrasonics tem uma longa experiência na aplicação de ultra-sons de potência no sector alimentar & indústria de bebidas, bem como muitos outros ramos industriais. Os nossos processadores de ultra-sons estão equipados com sonotrodos e células de fluxo (as partes húmidas) fáceis de limpar (clean-in-place CIP / sterilize-in-place SIP). Hielscher Ultrasonics’ Os processadores ultra-sónicos industriais podem fornecer amplitudes muito elevadas. Amplitudes de até 200µm podem ser facilmente executadas continuamente em operação 24/7. As amplitudes elevadas são importantes para inativar micróbios mais resistentes (por exemplo, bactérias gram-positivas). Para amplitudes ainda mais elevadas, estão disponíveis sonotrodos ultra-sónicos personalizados. Todos os sonotrodos e reactores de células de fluxo ultrassónico podem ser operados sob temperaturas e pressões elevadas, o que permite uma termo-mano-sonicação fiável e uma pasteurização altamente eficaz.
Tecnologia de ponta, alto desempenho e software sofisticado fazem da Hielscher Ultrasonics’ Os ultra-sons da Hielscher são cavalos de batalha fiáveis na sua linha de pasteurização de alimentos. Com um tamanho reduzido e opções de instalação versáteis, os ultrassons Hielscher podem ser facilmente integrados ou adaptados às linhas de produção existentes.
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O quadro seguinte dá-lhe uma indicação da capacidade de processamento aproximada dos nossos ultra-sons: