Pasteurizarea cu ultrasunete a alimentelor lichide

Pasteurizarea cu ultrasunete este un proces de sterilizare non-termică pentru a inactiva microbii, ar fi E. coli, Pseudomonas fluorescens, Listeria monocytogenes, Staphylococcus aureus, Bacillus coagulans, Anoxybacillus flavithermus printre multe altele pentru a preveni deteriorarea microbiană și pentru a obține stabilitatea pe termen lung a alimentelor și băuturilor.

Pasteurizarea non-termică a alimentelor & Băuturi prin sonicare

Pasteurizarea cu ultrasunete este o tehnologie alternativă non-termică care este utilizată pentru a distruge sau dezactiva organismele și enzimele care contribuie la deteriorarea alimentelor. Ultrasonication poate fi folosit pentru pasteurizarea conservelor, lapte, lactate, ouă, sucuri, băuturi cu conținut scăzut de alcool și alte alimente lichide. Ultrasonication singur, precum și ultrasunete combinate cu condiții ridicate de căldură și presiune (cunoscut sub numele de termo-mano-sonicare) poate pasteuriza eficient sucuri, lapte, lactate, ouă lichide și alte produse alimentare. Un tratament sofisticat de pasteurizare cu ultrasunete excelează tehnicile tradiționale de pasteurizare, deoarece ultrasunetele nu afectează negativ conținutul de nutrienți și caracteristicile fizice ale produselor alimentare tratate. Folosind ultrasunete sau termo-mano-sonicare pentru pasteurizarea produselor alimentare lichide poate oferi un produs bogat în nutrienți, cu o calitate superioară decât metoda tradițională de pasteurizare la temperaturi ridicate de scurtă durată (HTST).
Studiile de cercetare, ar fi de la Beslar et al. (2015) a constatat că tratamentul cu ultrasunete poate oferi avantaje semnificative pentru prelucrarea sucurilor, inclusiv factori de calitate îmbunătățite, ar fi randamentul, extracția, tulburarea, proprietățile reologice și culoarea, precum și termenul de valabilitate.

Curbele de supraviețuire ale Escherichia coli (a) și Staphylococcus aureus (b) în sucul de mere după tratamentul cu ultrasunete (UT) la temperaturi diferite și după tratamentul termic (HT) la aceleași temperaturi.
imagine și studiu: Baboli et al. 2015

Cum funcționează pasteurizarea cu ultrasunete?

Inactivarea cu ultrasunete și distrugerea microbilor este o tehnică non-termică, ceea ce înseamnă că principiul său principal de funcționare nu se bazează pe căldură. Pasteurizarea cu ultrasunete este cauzată în principal de efectele cavitației acustice. Fenomenul de cavitație acustică / cu ultrasunete este cunoscut pentru temperaturile sale locale ridicate, presiuni, și diferențialele respective, care apar în și în jurul bulelor de cavitație minute. În plus, cavitația acustică generează forțe de forfecare foarte intense, jeturi lichide și turbulențe. Aceste forțe distructive provoacă daune extinse asupra celulelor microbiene, cum ar fi perforarea și întreruperea celulelor. Perforarea celulelor și întreruperea sunt efecte unice găsite în celulele tratate cu ultrasunete cauzate în principal de jeturile lichide generate de cavitație.

Pasteurizarea cu ultrasunete se bazează pe cavitație acustică și forțele sale hidrodinamice de forfecare

De ce Sonicare excelează pasteurizarea tradițională

Industria alimentară și a băuturilor aplică pasteurizarea convențională pe scară largă pentru a inactiva sau ucide microbii, cum ar fi bacteriile, drojdiile și ciupercile, pentru a preveni deteriorarea microbiană și pentru a oferi produselor lor o durată de depozitare și stabilitate mai lungă. Pasteurizarea convențională funcționează printr-un tratament scurt la temperaturi ridicate de obicei sub 100 ° C (212 ° F). Temperatura și durata exactă sunt în mod normal ajustate la produsul alimentar specific și la microbi, care trebuie inactivați. Eficacitatea unui proces de pasteurizare este determinată de rata de inactivare microbiană, care este măsurată ca reducere logaritmică. Reducerea logaritmică măsoară procentul de microbi inactivați la o anumită temperatură într-un anumit timp. Condițiile tratamentului termic și rata de inactivare microbiană sunt influențate de tipul de microbi, precum și de compoziția produsului alimentar. Pasteurizarea tradițională pe bază de căldură are mai multe dezavantaje, de la inactivarea microbiană insuficientă, efectele negative asupra produsului alimentar, precum și încălzirea inegală prin produsul tratat. Încălzirea insuficientă până la durata scurtă de pasteurizare sau temperatura prea scăzută are ca rezultat o rată scăzută de reducere a logaritului și deteriorarea microbiană ulterioară. Prea mult tratament termic poate provoca deteriorarea produsului, cum ar fi aromele arse și o densitate mai mică a nutrienților din cauza nutrienților sensibili la temperatură distruși.

Dezavantaje ale pasteurizării convenționale

• poate distruge sau deteriora substanțe nutritive importante
• poate provoca off-arome
• cerințe ridicate de energie
• ineficient împotriva ucide agenții patogeni rezistenți la căldură
• nu se aplică tuturor produselor alimentare

Pasteurizarea cu ultrasunete a produselor lactate

Sonicare, termo-sonicare și termo-mano-sonicare habve au fost cercetate pe scară largă pentru pasteurizarea laptelui și a produselor lactate. De exemplu, s-a constatat că ultrasunetele elimină alterarea și potențialii agenți patogeni la zero sau la niveluri acceptabile de legislația sud-africană și britanică privind laptele, chiar și atunci când încărcăturile inițiale de inocul de 5× mai mari decât cele permise au fost prezente înainte de tratament. Numărul de celule viabile de E. coli au fost reduse cu 100% după 10.0 min de ultrasonication. În plus, s-a demonstrat că numărul viabil de Pseudomonas fluorescens a fost redus cu 100% după 6,0 minute, iar Listeria monocytogenes a fost redusă cu 99% după 10,0 min. (Cameron et al. 2009)
Cercetările au demonstrat, de asemenea, că termo-sonicare poate inactiva Listeria innocua și bacteriile mezofile din laptele integral crud. Ecografia s-a dovedit a fi o tehnologie viabilă pentru pasteurizarea și omogenizarea laptelui, prezentând timpi de procesare mai scurți, fără modificări importante ale pH-ului și conținutului de acid lactic, împreună cu un aspect și o consistență mai bune în comparație cu tratamentul termic convențional. Aceste fapte sunt avantajoase în multe aspecte ale procesării produselor lactate. (Bermúdez-Aguirre și colab., 2009)

Pasteurizarea cu ultrasunete a sucurilor și piureurilor de fructe

Pasteurizarea cu ultrasunete a fost aplicată ca o tehnică alternativă eficientă și rapidă de pasteurizare pentru a inactiva Escherichia coli și Staphylococcus aureus în sucul de mere. Când sucul de mere fără pulpă a fost procesat ultrasonically, timpul de reducere 5-log a fost de 35 s pentru E. coli la 60 grade C și 30 s pentru S. aureus la 62 grade C. Deși în studiu sa constatat că conținutul ridicat de pulpă a făcut ultrasunetele mai puțin letale pentru S. aureus, în timp ce nu a avut niciun efect semnificativ asupra E. coli, trebuie remarcat faptul că nu a fost aplicată nicio presiune. Sonicare sub presiuni ridicate intensifică semnificativ cavitație cu ultrasunete și, prin urmare, inactivare microbiană în lichide mai vâscoase. Tratamentul cu ultrasunete nu a avut niciun efect semnificativ asupra activității antioxidante determinate de activitatea de curățare a radicalilor 2,2-difenil-1-picrilhidrazil (DPPH), dar a crescut semnificativ conținutul fenolic total. Tratamentul a dus, de asemenea, la un suc mai stabil, cu o uniformitate mai mare. (cf. Baboli et al. 2020)

Inactivarea cu ultrasunete a bacteriilor gram-pozitive și gram-negative

Bacteriile gram pozitive, cum ar fi Listeria monocytogenes sau Staphylococcus aureus, sunt, în general, cunoscute a fi mai rezistente decât bacteriile gram-negative și rezistă tehnologiilor de pasteurizare, cum ar fi PEF, HPP și mano-sonication (MS) pentru perioade mai lungi de tratament datorită pereților celulari mai groși. Bacteriile gram-negative au două – una externă și una citoplasmatică – membranele celulare lipidice cu un strat subțire de peptidoglican printre ele, ceea ce le face mai susceptibile la inactivarea cu ultrasunete. Pe de altă parte, bacteriile gram-pozitive au doar o singură membrană lipidică cu un perete peptidoglican mai gros, ceea ce le conferă mai multă rezistență împotriva tratamentelor de pasteurizare. Investigațiile științifice au comparat efectul ultrasunetelor de putere asupra bacteriilor gram-negative și gram-pozitive și au constatat că au avut un efect inhibitor mai puternic asupra bacteriilor gram-negative. (cf. Monsen et al. 2009) Bacteriile gram-pozitive necesită condiții cu ultrasunete mai intense, adică amplitudini mai mari, temperaturi mai ridicate, presiuni mai mari și / sau timp de sonicare mai lung. Hielscher Ultrasonics' putere-ultrasunete sisteme poate livra amplitudini foarte mari și pot fi operate la temperaturi ridicate și cu reactoare cu celule de flux presurizabile. Acest lucru permite sonicare intensă / termo-mano-sonicare, în scopul de a inactiva chiar tulpini de bacterii foarte rezistente.

Inactivarea cu ultrasunete a bacteriilor termodurice

Bacteriile termorice sunt bacterii care pot supraviețui, într-o măsură variabilă, procesului de pasteurizare. Speciile termodurice de bacterii includ Bacillus, Clostridium și Enterococci. "Ultrasonication la 80% amplitudine pentru 10 min, cu toate acestea, inactivat celulele vegetative ale B. coagulans și A. flavithermus în lapte degresat de 4.53, și 4.26 busteni, respectiv. Un tratament combinat de pasteurizare (63 grade C / 30 min) urmat de ultrasonication complet eliminat aproximativ log 6 ufc / ml din aceste celule în lapte degresat. " (Khanal și colab. 2014)

Echipamente de pasteurizare cu ultrasunete de înaltă performanță

Hielscher Ultrasonics este cu experiență îndelungată în aplicarea ultrasunetelor de putere în produsele alimentare & industria băuturilor, precum și multe alte ramuri industriale. Procesoarele noastre cu ultrasunete sunt echipate cu ușor de curățat (curat-in-loc CIP / sterilize-in-place SIP) sonotrodes și celule de flux (părțile umede). Hielscher Ultrasonics’ Procesoarele industriale cu ultrasunete pot furniza amplitudini foarte mari. Amplitudinile de până la 200μm pot fi ușor rulate continuu în funcționare 24/7. Amplitudinile mari sunt importante pentru a inactiva microbii mai rezistenți (de exemplu, bacteriile gram-pozitive). Pentru amplitudini chiar mai mari, sonotrodes cu ultrasunete personalizate sunt disponibile. Toate sonotrodes și reactoare cu celule de flux cu ultrasunete pot fi operate sub temperaturi și presiuni ridicate, ceea ce permite o termo-mano-sonicare fiabilă și pasteurizare extrem de eficientă.
Tehnologia de ultimă oră, software-ul de înaltă performanță și sofisticat face Hielscher Ultrasonics’ Cai de lucru fiabili în linia dvs. de pasteurizare a alimentelor. Cu o amprentă mică și opțiuni de instalare versatile, ultrasonicators Hielscher pot fi ușor integrate sau retro-montate în liniile de producție existente.
Vă rugăm să ne contactați pentru a afla mai multe despre caracteristicile și capacitatea sistemelor noastre de pasteurizare cu ultrasunete. Am fi bucuroși să discutăm cererea dvs. cu dvs.!
Tabelul de mai jos vă oferă o indicație a capacității aproximative de procesare a ultrasonicators noastre: