Ультразвуковая пастеризация жидких пищевых продуктов

Ультразвуковая пастеризация – это процесс нетермической стерилизации для инактивации микробов, таких как E.coli, Pseudomonas fluorescens, Listeria monocytogenes, Staphylococcus aureus, Bacillus coagulans, Anoxybacillus flavithermus и многих других, для предотвращения порчи микроорганизмов и достижения долгосрочной стабильности продуктов питания и напитков.

Нетермическая пастеризация пищевых продуктов & Напитки по ультразвуку

Ультразвуковая пастеризация – это нетермическая альтернативная технология, которая используется для уничтожения или дезактивации организмов и ферментов, способствующих порче продуктов питания. Ультразвук можно использовать для пастеризации консервированных продуктов, молока, молочных продуктов, яиц, соков, напитков с низким содержанием алкоголя и других жидких продуктов. Ультразвук в одиночку, а также ультразвук в сочетании с повышенными температурами и давлением (известные как термоманография) могут эффективно пастеризовать соки, молоко, молочные продукты, жидкие яйца и другие пищевые продукты. Сложная ультразвуковая пастеризация превосходит традиционные методы пастеризации, поскольку ультразвук не оказывает негативного влияния на содержание питательных веществ и физические характеристики обрабатываемых пищевых продуктов. Использование ультразвука или термоультразвуковой обработки для пастеризации жидких пищевых продуктов может обеспечить получение богатого питательными веществами продукта с более высоким качеством, чем при традиционном высокотемпературном методе кратковременной пастеризации (HTST).
Научные исследования, такие как Beslar et al. (2015), показали, что ультразвуковая обработка может обеспечить значительные преимущества для обработки соков, включая улучшенные факторы качества, такие как выход, экстракция, помутнение, реологические свойства и цвет, а также срок годности.

Кривые выживаемости Escherichia coli (a) и Staphylococcus aureus (b) в яблочном соке после ультразвуковой обработки (УЗИ) при разных температурах и после тепловой обработки (HT) при одинаковых температурах.фото и исследование: Baboli et al. 2015

Как работает ультразвуковая пастеризация?

Ультразвуковая инактивация и уничтожение микробов является нетермическим методом, а значит, его основной принцип работы не основан на нагреве. Ультразвуковая пастеризация обусловлена в основном эффектами акустической кавитации. Явление акустической/ультразвуковой кавитации известно своими локально высокими температурами, давлениями и соответствующими дифференциалами, которые возникают в мельчайших кавитационных пузырьках и вокруг них. Кроме того, акустическая кавитация создает очень интенсивные силы сдвига, струи жидкости и турбулентности. Эти разрушительные силы вызывают обширные повреждения микробных клеток, такие как перфорация и разрушение клеток. Перфорация и разрушение клеток являются уникальными эффектами, обнаруженными в клетках с ультразвуковой обработкой, вызванными в основном струями жидкости, образующимися при кавитации.

Ультразвуковая пастеризация основана на акустической кавитации и ее гидродинамических силах сдвига

Почему ультразвуковая обработка превосходит традиционную пастеризацию

Пищевая промышленность и производство напитков широко применяют традиционную пастеризацию для инактивации или уничтожения микробов, таких как бактерии, дрожжи и грибки, чтобы предотвратить порчу микроорганизмов и обеспечить более длительный срок хранения и стабильность своих продуктов. Традиционная пастеризация работает путем короткой обработки при повышенных температурах, обычно ниже 100 °C (212 °F). Точная температура и продолжительность обычно регулируются в зависимости от конкретного пищевого продукта и микробов, которые должны быть инактивированы. Эффективность процесса пастеризации определяется скоростью инактивации микроорганизмов, которая измеряется как восстановление логарифма. Логарифмическое восстановление измеряет процент инактивированных микробов при определенной температуре в течение определенного времени. Условия температурной обработки и скорость инактивации микроорганизмов зависят от вида микробов, а также от состава пищевого продукта. Традиционная пастеризация на основе нагревания имеет ряд недостатков, начиная от недостаточной микробной инактивации, негативного воздействия на пищевой продукт, а также неравномерного нагрева обработанного продукта. Недостаточный нагрев из-за короткой продолжительности пастеризации или слишком низкой температуры приводит к низкой скорости восстановления бревна и последующей порче микроорганизмов. Слишком сильная термическая обработка может привести к порче продукта, например, к пригоревшему аромату и снижению плотности питательных веществ из-за разрушения питательных веществ, чувствительных к температуре.

Недостатки традиционной пастеризации

• может разрушать или повреждать важные питательные вещества
• может вызвать посторонние привкусы
• Высокие потребности в энергии
• неэффективен против уничтожения термостойких патогенов
• Применимо не ко всем пищевым продуктам

Ультразвуковая пастеризация молочных продуктов

Ультразвуковая терапия, термоультразвуковая обработка и термоманоультразвуковая обработка широко исследованы для пастеризации молока и молочных продуктов. Например, было обнаружено, что ультразвук устраняет порчу и потенциальные патогены до нуля или до уровней, приемлемых для молочного законодательства Южной Африки и Великобритании, даже когда начальная нагрузка инокулята в 5× выше допустимой до лечения. Количество жизнеспособных клеток E. coli было снижено на 100% после 10,0 мин ультразвукового исследования. Кроме того, было показано, что жизнеспособное количество Pseudomonas fluorescens было снижено на 100% через 6,0 мин, а Listeria monocytogenes было снижено на 99% через 10,0 мин. (Cameron et al. 2009)
Исследования также показали, что термоультразвуковая обработка может инактивировать Listeria innocua и мезофильные бактерии в сыром цельном молоке. Было показано, что ультразвук является жизнеспособной технологией для пастеризации и гомогенизации молока, демонстрируя более короткое время обработки без существенных изменений pH и содержания молочной кислоты, а также лучший внешний вид и консистенцию по сравнению с традиционной термической обработкой. Эти факты выгодны во многих аспектах переработки молочных продуктов. (Бермудес-Агирре и др. 2009)

Ультразвуковая пастеризация соков и фруктовых пюре

Ультразвуковая пастеризация была применена в качестве эффективной и быстрой альтернативной технологии пастеризации с целью инактивации Escherichia coli и золотистого стафилококка в яблочном соке. При ультразвуковой обработке яблочного сока без мякоти время восстановления на 5 log составило 35 с для E. coli при 60 °C и 30 с для S. aureus при 62 °C. Хотя в ходе исследования было установлено, что высокое содержание пульпы делает ультразвук менее летальным для S. aureus, в то время как он не оказывает существенного влияния на E. coli, следует отметить, что давление не применялось. Ультразвуковая обработка под повышенным давлением значительно усиливает ультразвуковую кавитацию и, следовательно, микробную инактивацию в более вязких жидкостях. Ультразвуковая обработка не оказала существенного влияния на антиоксидантную активность, определяемую активностью поглощения радикалов 2,2-дифенил-1-пикрилгидразила (ДППГ), но значительно увеличила общее содержание фенольных соединений. Обработка также привела к получению более стабильного сока с более высокой однородностью. (ср. Baboli et al. 2020)

Ультразвуковая инактивация грамположительных и грамотрицательных бактерий

Грамположительные бактерии, такие как Listeria monocytogenes или Staphylococcus aureus, как известно, более устойчивы, чем грамотрицательные бактерии, и выдерживают технологии пастеризации, такие как PEF, HPP и мано-сонификация (MS), в течение более длительных периодов лечения из-за более толстых клеточных стенок. Грамотрицательных бактерий бывает две – один наружный и один цитоплазматический – мембраны липидных клеток с тонким слоем пептидогликана среди них, что делает их более восприимчивыми к ультразвуковой инактивации. С другой стороны, грамположительные бактерии имеют только одну липидную мембрану с более толстой стенкой пептидогликана, что придает им большую устойчивость к пастеризации. Научные исследования сравнили влияние силового ультразвука на грамотрицательные и грамположительные бактерии и обнаружили, что он оказывает более сильное тормозящее действие на грамотрицательные бактерии. (см. Monsen et al. 2009) Грамположительные бактерии требуют более интенсивных ультразвуковых условий, т.е. более высоких амплитуд, более высоких температур, более высокого давления и/или более длительного времени ультразвуковой обработки. Ультразвуковые технологии Hielscher’ Силовые ультразвуковые системы могут обеспечивать очень высокую амплитуду и могут работать при повышенных температурах и с реакторами с проточной ячейкой под давлением. Это позволяет проводить интенсивную обработку ультразвуком? Термо-мано-ультразвук для инактивации даже очень устойчивых штаммов бактерий.

Ультразвуковая инактивация термодурных бактерий

Термопрочные бактерии — это бактерии, которые могут в той или иной степени выжить в процессе пастеризации. К термодурным видам бактерий относятся Bacillus, Clostridium и Enterococci. “Однако ультразвук с амплитудой 80% в течение 10 мин инактивировал вегетативные клетки B. coagulans и A. flavithermus в обезжиренном молоке на 4,53 и 4,26 логарифма соответственно. Комбинированная пастеризация (63 градуса С/30 мин) с последующей ультразвуковой обработкой полностью устранила примерно log 6 КОЕ/мл этих клеток в обезжиренном молоке.” (Khanal et al. 2014)

Высокопроизводительное оборудование для ультразвуковой пастеризации

Компания Hielscher Ultrasonics имеет многолетний опыт применения силового ультразвука в пищевых продуктах & Индустрия напитков, а также многие другие отрасли промышленности. Наши ультразвуковые процессоры оснащены простыми в очистке (безразборная мойка CIP? стерилизация на месте SIP) сонотродами и проточными ячейками (влажные части). Ультразвуковые технологии Hielscher’ Промышленные ультразвуковые процессоры могут обеспечивать очень высокую амплитуду. Амплитуды до 200 мкм могут легко работать непрерывно в режиме 24/7. Высокие амплитуды важны для инактивации более устойчивых микробов (например, грамположительных бактерий). Для еще более высоких амплитуд доступны индивидуальные ультразвуковые сонотроды. Все сонотроды и ультразвуковые проточные реакторы могут работать при повышенных температурах и давлениях, что обеспечивает надежную термомано-ультранификацию и высокоэффективную пастеризацию.
Самые современные технологии, высокая производительность и сложное программное обеспечение делают Hielscher Ultrasonics’ Надежные рабочие лошадки на вашей линии пастеризации пищевых продуктов. Благодаря небольшой занимаемой площади и универсальным вариантам установки ультразвуковые аппараты Hielscher могут быть легко интегрированы или модернизированы в существующие производственные линии.
Пожалуйста, свяжитесь с нами, чтобы узнать больше о функциях и возможностях наших систем ультразвуковой пастеризации. Мы будем рады обсудить с вами вашу заявку!
В таблице ниже приведена примерная производительность обработки наших ультразвуковых аппаратов: