Ultrazvukový pasterizácia tekutých potravín

Ultrazvukový pasterizácia je netepelný sterilizačný proces na inaktiváciu mikróbov, ako sú E.coli, Pseudomonas fluorescens, Listeria monocytogenes, Staphylococcus aureus, Bacillus coagulans, Anoxybacillus flavithermus medzi mnohými ďalšími, aby sa zabránilo mikrobiálnemu kazeniu a dosiahla dlhodobá stabilita potravín a nápojov.

Netepelná pasterizácia potravín & Nápoje od ultrazvukom

Ultrazvuková pasterizácia je netepelná alternatívna technológia, ktorá sa používa na zničenie alebo deaktiváciu organizmov a enzýmov, ktoré prispievajú k znehodnoteniu potravín. Ultrazvukom môže byť použitý na pasterizáciu konzervovaných potravín, mlieka, mliečnych výrobkov, vajec, štiav, nápojov s nízkym obsahom alkoholu a iných tekutých potravín. Ultrazvukom sám, rovnako ako ultrazvuk v kombinácii so zvýšenými tepelnými a tlakovými podmienkami (známy ako termo-mano-ultrazvukom) môže účinne pasterizovať šťavy, mlieko, mliečne výrobky, tekuté vajcia a ďalšie potravinárske výrobky. Sofistikovaná ultrazvuková pasterizácia vyniká tradičnými pasterizačnými technikami, pretože ultrazvuk nepriaznivo neovplyvní obsah živín a fyzikálne vlastnosti ošetrených potravinárskych výrobkov. Použitie ultrazvuku alebo termo-mano-ultrazvukom s cieľom pasterizovať tekuté potravinárske výrobky môže poskytnúť produkt bohatý na živiny s vyššou kvalitou ako tradičné vysokoteplotné krátke čas (HTST) pasterizácia metóda.
Výskumné štúdie, ako napríklad z Beslar et al. (2015) zistil, že ultrazvukové ošetrenie môže poskytnúť významné výhody pre spracovanie štiav vrátane zvýšenej kvality faktory, ako je výnos, extrakcia, zakalenie, reologické vlastnosti, a farba, rovnako ako trvanlivosť.

Krivky prežitia Escherichia coli a) a Staphylococcus aureus b) v jablkovom džúse po ultrazvukovej liečbe (UT) pri rôznych teplotách a po tepelnom ošetrení (HT) pri rovnakých teplotách.
obrázok a štúdium: Baboli et al. 2015

Ako funguje ultrazvuková pasterizácia?

Ultrazvuková inaktivácia a zničenie mikróbov je netepelná technika, čo znamená, že jej hlavný pracovný princíp nie je založený na teple. Ultrazvukový pasterizácia je spôsobená hlavne účinkami akustickej kavitácie. Fenomén akustickej / ultrazvukovej kavitácie je známy pre svoje lokálne vysoké teploty, tlaky a príslušné diferenciáli, ktoré sa vyskytujú v a okolo minútové kavitácie bubliny. Okrem toho akustická kavitácia vytvára veľmi intenzívne nožné sily, kvapalné trysky a turbulencie. Tieto deštruktívne sily spôsobujú rozsiahle poškodenie mikrobiálnych buniek, ako je perforácia buniek a narušenie. Perforácia buniek a narušenie sú jedinečné účinky nájdené v rozpúšťadle ošetrených bunkách spôsobené hlavne kvapalnými tryskami generovanými kavitáciou.

Ultrazvuková pasterizácia je založená na akustickej kavitácii a jej hydrodynamických sádkových silách

Prečo ultrazvukom exceluje tradičnú pasterizáciu

Potravinársky a nápojový priemysel vo veľkej miere uplatňuje konvenčnú pasterizáciu na inaktiváciu alebo usmrtenie mikróbov, ako sú baktérie, kvasinky a huby, aby sa zabránilo mikrobiálnemu znehodnoteniu a aby sa ich produktom poskytla dlhšia trvanlivosť a stabilita. Konvenčná pasterizácia funguje krátkym ošetrením pri zvýšených teplotách zvyčajne pod 100 °C. Presná teplota a trvanie sa zvyčajne prispôsobujú špecifickému potravinárskemu výrobku a mikróbom, ktoré sa musia inaktivovať. Účinnosť pasterizačného procesu je určená mikrobiálnou inaktivačnú rýchlosť, ktorá sa meria ako zníženie log. Zníženie log meria percento inaktivovaných mikróbov pri špecifickej teplote počas určitého času. Podmienky ošetrenia teploty a rýchlosť mikrobiálnej inaktivácie sú ovplyvnené typom mikróbov, ako aj zložením potravinového výrobku. Tradičná pasterizácia založená na teple má niekoľko nevýhod od nedostatočnej mikrobiálnej inaktivácie, negatívnych účinkov na potravinársky výrobok, ako aj nerovnomerného zahrievania ošetreným výrobkom. Nedostatočné zahrievanie na krátku dĺžku pasterizácie alebo príliš nízku teplotu má za následok nízku rýchlosť redukcie guľatiny a následné mikrobiálne znehodnotenie. Príliš veľa tepelného spracovania môže spôsobiť poškodenie výrobku, ako sú spálené príchute, a menšiu hustotu živín v dôsledku zničených živín citlivých na teplotu.

Nevýhody konvenčnej pasterizácie

• môže zničiť alebo poškodiť dôležité živiny
• môže spôsobiť príchute
• vysoké energetické požiadavky
• neúčinné proti zabíjaniu tepelne odolných patogénov
• nevzťahuje sa na každý potravinársky výrobok

Ultrazvuková pasterizácia mliečnych výrobkov

Ultrazvukom, termo-ultrazvukom a termo-mano-ultrazvukom habve bol široko skúmaný pre pasterizáciu mlieka a mliečnych výrobkov. Zistilo sa napríklad, že ultrazvuk eliminuje kazenie a potenciálne patogény na nulu alebo na úrovne prijateľné juhoafrickými a britskými právnymi predpismi o mlieku, aj keď počiatočné inokulové zaťaženie o 5× vyššie, ako bolo povolené, bolo prítomné pred ošetrením. Životaschopné bunky počty E. coli boli znížené o 100% po 10,0 min ultrazvukom. Okrem toho sa ukázalo, že životaschopný počet fluorescencií Pseudomonas sa po 6,0 min znížil o 100% a Listeria monocytogenes sa znížila o 99% po 10,0 min. (Cameron a kol. 2009)
Výskum tiež ukázal, že termo-ultrazvukom môže inaktivovať Listeria innocua a mezofilné baktérie v surovom ovčom mlieku. Ultrazvuk sa ukázal ako životaschopná technológia pre pasterizáciu a homogenizáciu mlieka, vykazujúca kratšie časy spracovania bez dôležitých zmien v pH a obsahu kyseliny mliečnej, spolu s lepším vzhľadom a konzistenciou v porovnaní s konvenčnou tepelnou liečbou. Tieto fakty sú výhodné v mnohých aspektoch spracovania mlieka a mliečnych výrobkov. (Bermúdez-Aguirre a kol. 2009)

Ultrazvuková pasterizácia štiav a ovocných pyré

Ultrazvukový pasterizácia bola aplikovaná ako efektívna a rýchla alternatívna pasterizácia technika s cieľom inaktivovať Escherichia coli a Staphylococcus aureus v jablkovom džúse. Keď bola šťava z jabĺk bez dužiny rozpúšťadle spracovaná, čas zníženia 5 log bol 35 s pre E. coli pri 60degC a 30 s pre S. aureus pri 62degC. Hoci sa v štúdii zistilo, že vysoký obsah buničiny urobil ultrazvuk menej smrteľným pre S. aureus, zatiaľ čo nemal významný vplyv na E. coli, treba poznamenať, že nebol vyvíjaný žiadny tlak. Ultrazvukom pri zvýšených tlakoch výrazne zintenzívňuje ultrazvukové kavitácie a tým mikrobiálnej inaktivácie vo viskóznych kvapalín. Ultrazvuková liečba nemala žiadny významný vplyv na antioxidačnú aktivitu určenú 2,2-difenyl-1-picrylhydrazyl (DPPH) radikálom, ale výrazne zvýšila celkový obsah fenolu. Liečba tiež viedla k stabilnejšiemu džúsu s vyššou jednotnosťou. (porovnaj Baboli et al. 2020)

Ultrazvuková inaktivácia grampozitívnych a gramnegatívnych baktérií

Grampozitívnych baktérií, ako je Listeria monocytogenes alebo Staphylococcus aureus, je všeobecne známe, že sú odolnejšie ako gramnegatívnych baktérií a odolávajú pasterizačným technológiám, ako sú PEF, HPP a mano-ultrazvukom (MS) počas dlhších období liečby v dôsledku hrubších bunkových stien. Gramnegatívnych baktérií sú dve – jeden vonkajší a jeden cytoplazmický – membrány lipidových buniek s tenkou vrstvou peptidoglykánu medzi nimi, čo ich robí náchylnejšími na ultrazvukovú inaktiváciu. Na druhej strane, grampozitívnych baktérií má len jednu lipidovú membránu s hrubšou peptidoglykánskou stenou, čo im dáva väčšiu odolnosť proti pasterizačným ošetreniam. Vedecké výskumy porovnávali účinok ultrazvuku sily na gramnegatívnych a grampozitívnych baktérií a zistili, že má silnejší inhibitívny účinok na gramnegatívnych baktérií. (porovnaj Monsen a kol. 2009) Grampozitívnych baktérií vyžadujú intenzívnejšie ultrazvukové podmienky, tj vyššie amplitúdy, vyššie teploty, vyššie tlaky a / alebo dlhší čas ultrazvukom. Výkonové ultrazvukové systémy Hielscher Ultrasonics môžu poskytovať veľmi vysoké amplitúdy a môžu byť prevádzkované pri zvýšených teplotách a s tlakovými reaktormi s prietokovými bunami. To umožňuje intenzívne ultrazvukom / termo-mano-ultrazvukom s cieľom inaktivovať aj veľmi rezistentné baktérie kmeňov.

Ultrazvuková inaktivácia termodurických baktérií

Termodurické baktérie sú baktérie, ktoré môžu v rôznej miere prežiť proces pasterizácie. Termoduric druhy baktérií patrí Bacillus, Clostridium a Enterococci. "Ultrazvukom na 80% amplitúdy po 10 min však inaktivoval vegetatívne bunky B. koagulánov a A. flavithermus v odstredenom mlieku o 4,53, respektíve 4,26 guľatiny. Kombinovaná liečba pasterizácie (63 stupňov C/30 min), po ktorej nasleduje ultrazvukom úplne eliminovaná približne log 6 KTJ/ml týchto buniek v odstredenom mlieku." (Khanal a kol. 2014)

Vysokovýkonné ultrazvukové pasterizačné zariadenia

Hielscher Ultrasonics je dlho-skúsený v aplikácii ultrazvuku sily v potravinách & nápojového priemyslu, ako aj mnohých ďalších priemyselných odvetví. Naše ultrazvukové procesory sú vybavené ľahko čisti-čisté (clean-in-place CIP / sterilizovať-in-place SIP) sonotród a prietokové bunky (mokré časti). Hielscher ultrazvukom’ priemyselné ultrazvukové procesory môžu dodávať veľmi vysoké amplitúdy. Amplitúdy do 200 μm sa dajú ľahko nepretržite prevádzkovať v 24/7 prevádzke. Vysoké amplitúdy sú dôležité na inaktiváciu rezistentných mikróbov (napr. grampozitívnych baktérií). Pre ešte vyššie amplitúdy, prispôsobené ultrazvukové sonotród sú k dispozícii. Všetky sonotród a ultrazvukové prietokové bunky reaktory môžu byť prevádzkované pri zvýšených teplotách a tlakoch, čo umožňuje spoľahlivú termo-mano-ultrazvukom a vysoko efektívnu pasterizáciu.
Najmodernejšia technológia, vysokovýkonný a sofistikovaný softvér, aby Hielscher Ultrasonics’ spoľahlivé pracovné kone vo vašej linke na pasterizáciu potravín. S malou stopou a všestranné možnosti inštalácie, Hielscher ultrasonicators možno ľahko integrovať alebo retro-namontované do existujúcich výrobných liniek.
Prosím, kontaktujte nás vedieť sa dozvedieť viac o vlastnostiach a schopnosti našich ultrazvukových pasterizačných systémov. Radi s vami prediskutujeme vašu žiadosť!
Nasledujúca tabuľka vám uvádza približnú spracovateľskú kapacitu našich ultrazvukov: