Ultrazvočna pasterizacija tekočih živil
Ultrazvočna pasterizacija je postopek netermične sterilizacije za inaktivacijo mikrobov, kot so E.coli, Pseudomonas fluorescens, Listeria monocytogenes, Staphylococcus aureus, Bacillus coagulans, Anoxybacillus flavithermus med mnogimi drugimi, da se prepreči mikrobno kvarjenje in doseže dolgoročna stabilnost hrane in pijače.
Netermična pasterizacija živil & Pijače s sonication
Ultrazvočna pasterizacija je netoplotna alternativna tehnologija, ki se uporablja za uničenje ali deaktivacijo organizmov in encimov, ki prispevajo k kvarjenju hrane. Ultrasonication se lahko uporablja za pasterizacijo konzervirane hrane, mleka, mlečnih izdelkov, jajc, sokov, pijač z nizko vsebnostjo alkohola in drugih tekočih živil. Samo ultrazvok in ultrazvok v kombinaciji s povišanimi pogoji toplote in tlaka (znani kot termo-mano-sonication) lahko učinkovito pasterizirata sokove, mleko, mlečne izdelke, tekoča jajca in druge živilske izdelke. Prefinjena ultrazvočna pasterizacija je odlična s tradicionalnimi tehnikami pasterizacije, saj ultrazvok ne vpliva negativno na vsebnost hranil in fizikalne lastnosti obdelanih živil. Uporaba ultrazvoka ali termo-mano-sonication za pasterizacijo tekočih živilskih izdelkov lahko zagotovi izdelek, bogat s hranili, z višjo kakovostjo kot tradicionalna metoda pasterizacije s kratkim časom pri visoki temperaturi (HTST).
(2015) so ugotovili, da lahko ultrazvočna obdelava zagotovi pomembne prednosti za predelavo sokov, vključno z izboljšanimi dejavniki kakovosti, kot so donos, ekstrakcija, motnost, reološke lastnosti in barva ter rok uporabnosti.
Ultrazvočna pasterizacija je netermična tehnika za inaktivacijo mikrobov v tekoči hrani. Zaradi nizke temperature obdelave so hranila in okusi zaščiteni pred toplotno razgradnjo. S tem ultrazvočna pasterizacija povzroči visoko kakovostne živilske izdelke.
Krivulje preživetja Escherichia coli (a) in Staphylococcus aureus (b) v jabolčnem soku po ultrazvočni obdelavi (UT) pri različnih temperaturah in po toplotni obdelavi (HT) pri enakih temperaturah.
slika in študija: Baboli et al. 2015
Kako deluje ultrazvočna pasterizacija?
Ultrazvočna inaktivacija in uničenje mikrobov je netoplotna tehnika, kar pomeni, da njen glavni princip delovanja ne temelji na toploti. Ultrazvočno pasterizacijo povzročajo predvsem učinki akustične kavitacije. Pojav akustične / ultrazvočne kavitacije je znan po svojih lokalno visokih temperaturah, tlakih in ustreznih razlikah, ki se pojavljajo v in okoli minutnih kavitacijskih mehurčkov. Poleg tega akustična kavitacija ustvarja zelo intenzivne strižne sile, tekoče curke in turbulence. Te uničujoče sile povzročajo obsežne poškodbe mikrobnih celic, kot so perforacija celic in motnje. Perforacija in motnje celic so edinstveni učinki, ki jih najdemo v ultrazvočno obdelanih celicah, ki jih povzročajo predvsem tekoči curki, ki nastanejo s kavitacijo.
Ultrazvočna pasterizacija temelji na akustični kavitaciji in njenih hidrodinamičnih strižnih silah
Zakaj ultrazvočna razbijanje odlikuje tradicionalno pasterizacijo
Industrija hrane in pijače široko uporablja konvencionalno pasterizacijo za inaktivacijo ali ubijanje mikrobov, kot so bakterije, kvasovke in glivice, da bi preprečili mikrobno kvarjenje in dali svojim izdelkom daljši rok uporabnosti in stabilnost. Konvencionalna pasterizacija deluje s kratko obdelavo pri povišanih temperaturah, ki so običajno pod 100 ° C (212 ° F). Natančna temperatura in trajanje se običajno prilagodita določenemu živilu in mikrobom, ki jih je treba inaktivirati. Učinkovitost procesa pasterizacije je določena s stopnjo mikrobne inaktivacije, ki se meri kot zmanjšanje loga. Zmanjšanje log meri odstotek inaktiviranih mikrobov pri določeni temperaturi v določenem času. Na pogoje temperaturne obdelave in stopnjo mikrobne inaktivacije vplivata vrsta mikrobov in sestava živila. Tradicionalna toplotna pasterizacija ima več pomanjkljivosti, od nezadostne mikrobne inaktivacije, negativnih učinkov na živilski izdelek in neenakomernega segrevanja skozi tretirani izdelek. Nezadostno segrevanje zaradi kratkega trajanja pasterizacije ali prenizke temperature povzroči nizko stopnjo zmanjšanja hlodov in posledično mikrobno kvarjenje. Preveč toplotne obdelave lahko povzroči poslabšanje izdelka, kot so izgoreli okusi, in manjšo gostoto hranil zaradi uničenih hranil, občutljivih na temperaturo.
Slabosti konvencionalne pasterizacije
- lahko uniči ali poškoduje pomembna hranila
- lahko povzroči neprijetne okuse
- visoke energetske potrebe
- neučinkovit proti ubijanju toplotno odpornih patogenov
- se ne uporablja za vsako živilo
T UIP16000 je popolnoma industrijski ultrazvočni homogenizator za inline pasterizacijo hrane in pijače.
Ultrazvočna pasterizacija mleka
Sonication, thermo-sonication in thermo-mano-sonication habve so bili široko raziskani za pasterizacijo mleka in mlečnih izdelkov. Na primer, ugotovljeno je bilo, da ultrazvok odpravlja kvarjenje in potencialne patogene na nič ali na ravni, ki jih dovoljuje južnoafriška in britanska zakonodaja o mleku, tudi če so bile pred zdravljenjem prisotne začetne obremenitve z inokulumom 5× višje od dovoljene. Število živih celic E. coli se je zmanjšalo za 100% po 10,0 minuti ultrazvoka. Poleg tega je bilo dokazano, da se je število Pseudomonas fluorescens zmanjšalo za 100% po 6,0 minuti, Listeria monocytogenes pa za 99% po 10,0 min. (Cameron et al. 2009)
Raziskave so tudi pokazale, da lahko termo-sonication inaktivira Listeria innocua in mezofilne bakterije v surovem polnomastnem mleku. Ultrazvok se je izkazal za izvedljivo tehnologijo za pasterizacijo in homogenizacijo mleka, ki kaže krajši čas obdelave brez pomembnih sprememb pH in vsebnosti mlečne kisline, skupaj z boljšim videzom in konsistenco v primerjavi s konvencionalno toplotno obdelavo. Ta dejstva so koristna v številnih vidikih predelave mleka. (Bermúdez-Aguirre et al. 2009)
Ultrazvočna pasterizacija sokov in sadnih pirejev
Ultrazvočna pasterizacija je bila uporabljena kot učinkovita in hitra alternativna tehnika pasterizacije za inaktivacijo Escherichia coli in Staphylococcus aureus v jabolčnem soku. Ko je bil jabolčni sok brez celuloze ultrazvočno obdelan, je bil čas zmanjšanja 5 log 35 s za E. coli pri 60 ° C in 30 s za S. aureus pri 62 ° C. Čeprav je bilo v študiji ugotovljeno, da je visoka vsebnost celuloze naredila ultrazvok manj smrtonosen za S. aureus, čeprav ni imel pomembnega učinka na E. coli, je treba opozoriti, da ni bil uporabljen noben pritisk. Sonication pod povišanimi tlaki znatno okrepi ultrazvočno kavitacijo in s tem mikrobno inaktivacijo v bolj viskoznih tekočinah. Ultrazvočno zdravljenje ni imelo pomembnega učinka na antioksidativno aktivnost, določeno z aktivnostjo odstranjevanja radikalov 2,2-difenil-1-pikrilhidrazyl (DPPH), vendar je pomembno povečalo skupno vsebnost fenolov. Zdravljenje je povzročilo tudi stabilnejši sok z večjo enakomernostjo. (prim. Baboli et al. 2020)
Ultrazvočna inaktivacija gram-pozitivnih in gram-negativnih bakterij
Gram pozitivne bakterije, kot sta Listeria monocytogenes ali Staphylococcus aureus, so na splošno bolj odporne kot gram-negativne bakterije in zdržijo tehnologije pasterizacije, kot so PEF, HPP in mano-sonication (MS) za daljša obdobja zdravljenja zaradi debelejših celičnih sten. Gram-negativne bakterije imajo dve – ena zunanja in ena citoplazmatska – lipidne celične membrane s tanko plastjo peptidoglikana, zaradi česar so bolj dovzetne za ultrazvočno inaktivacijo. Po drugi strani pa imajo gram-pozitivne bakterije samo eno lipidno membrano z debelejšo peptidoglikansko steno, kar jim daje večjo odpornost proti pasterizaciji. Znanstvene raziskave so primerjale učinek ultrazvoka moči na gram-negativne in gram-pozitivne bakterije in ugotovile, da ima močnejši zaviralni učinek na gram-negativne bakterije. (prim. Monsen et al. 2009) Gram-pozitivne bakterije zahtevajo intenzivnejše ultrazvočne pogoje, tj. Višje amplitude, višje temperature, višje tlake in / ali daljši čas ultrazvočne obdelave. Ultrazvočni sistemi Hielscher Ultrasonics lahko zagotavljajo zelo visoke amplitude in jih lahko delujejo pri povišanih temperaturah in s reaktorji pretočnih celic pod tlakom. To omogoča intenzivno ultrazvočno razbijanje / termo-mano-sonikacijo, da se inaktivirajo tudi zelo odporni bakterijski sevi.
Ultrazvočna inaktivacija termoduričnih bakterij
Termodurične bakterije so bakterije, ki lahko v različnem obsegu preživijo proces pasterizacije. Termodurične vrste bakterij vključujejo Bacillus, Clostridium in Enterococci. "Ultrasonication pri 80% amplitudi za 10 minut pa je inaktiviral vegetativne celice B. coagulans in A. flavithermus v posnetem mleku za 4,53 oziroma 4,26 hlodov. Kombinirana obdelava pasterizacije (63 stopinj C / 30 min), ki ji je sledila ultrazvočna obdelava, je popolnoma odstranila približno log 6 cfu / ml teh celic v posnetem mleku. (Khanal et al. 2014)
- Višja učinkovitost
- Ubija termodurične bakterije
- Učinkovito proti različnim mikrobom
- Uporablja se za raznovrstna tekoča živila
- Sinergijski učinki
- Ekstrakcija hranil
- energetsko učinkovit
- enostaven in varen za uporabo
- Oprema za živila
- CIP / SIP
Ultrazvočna nastavitev UIP4000hdT za netermično inline pasterizacijo živil (npr. mlečnih izdelkov, mleka, sokov, tekočih jajc, pijač)
Visoko zmogljiva ultrazvočna oprema za pasterizacijo
Hielscher Ultrasonics ima dolgoletne izkušnje z uporabo ultrazvoka moči v hrani & industrija pijač in številne druge industrijske panoge. Naši ultrazvočni procesorji so opremljeni z enostavnimi za čiščenje (čiščenje na mestu CIP / sterilizacija na mestu SIP) sonotrodami in pretočnimi celicami (mokri deli). Hielscher Ultrasonics’ Industrijski ultrazvočni procesorji lahko zagotovijo zelo visoke amplitude. Amplitude do 200 μm se lahko enostavno neprekinjeno izvajajo v 24/7 delovanju. Visoke amplitude so pomembne za inaktivacijo bolj odpornih mikrobov (npr. gram-pozitivnih bakterij). Za še višje amplitude so na voljo prilagojene ultrazvočne sonotrode. Vse sonotrode in ultrazvočni reaktorji pretočnih celic lahko delujejo pri povišanih temperaturah in tlakih, kar omogoča zanesljivo termo-mano-sonikacijo in visoko učinkovito pasterizacijo.
Najsodobnejša tehnologija, visoko zmogljiva in prefinjena programska oprema naredijo Hielscher Ultrasonics’ zanesljivi delovni konji v vaši liniji za pasterizacijo hrane. Z majhnim odtisom in vsestranskimi možnostmi namestitve je mogoče Hielscher ultrazvočne naprave enostavno integrirati ali naknadno vgraditi v obstoječe proizvodne linije.
Prosimo, kontaktirajte nas, če želite izvedeti več o značilnostih in zmogljivostih naših ultrazvočnih sistemov za pasterizacijo. Z veseljem se bomo z vami pogovorili o vaši prijavi!
Spodnja tabela vam prikazuje približno zmogljivost obdelave naših ultrazvočnih aparatov:
| Obseg serije | Pretok | Priporočene naprave |
|---|---|---|
| 1 do 500 ml | 10 do 200 ml / min | UP100H |
| 10 do 2000 ml | 20 do 400 ml / min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 do 20L | 00,2 do 4 l/min | UIP2000hdT |
| 10 do 100L | 2 do 10 l/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10 do 100 l/min | UIP16000 |
| n.a. | Večji | Grozd UIP16000 |
Kontaktirajte nas! / Vprašajte nas!
Hielscher Ultrasonics proizvaja visoko zmogljive ultrazvočne homogenizatorje za mešanje, disperzijo, emulgacijo in ekstrakcijo v laboratorijski, pilotni in industrijski ravni.
Literatura / Reference
- S.Z. Salleh-Mack, J.S. Roberts (2007): Ultrasound pasteurization: The effects of temperature, soluble solids, organic acids and pH on the inactivation of Escherichia coli ATCC 25922. Ultrasonics Sonochemistry, Volume 14, Issue 3, 2007. 323-329.
- Bermúdez-Aguirre, Daniela; Corradini, Maria G.; Mawson, Raymond; Barbosa-Cánovas, Gustavo V. (2009): Modeling the inactivation of Listeria innocua in raw whole milk treated under thermo-sonication. Innovative Food Science and Emerging Technologies 10, 2009. 172–178.
- Michelle Cameron, Lynn D. Mcmaster, Trevor J. Britz (2009): Impact of ultrasound on dairy spoilage microbes and milk components. Dairy Science & Technology, EDP sciences/Springer, 2009, 89 (1), pp.83-98.
- Som Nath Khanal; Sanjeev Anand; Kasiviswanathan Muthukumarappan; MeganHuegli (2014): Inactivation of thermoduric aerobic sporeformers in milk by ultrasonication. Food Control 37(1), 2014. 232-239.
- Balasubramanian Ganesan; Silvana Martini; Jonathan Solorio; Marie K. Wals (2015): Determining the Effects of High Intensity Ultrasound on the Reduction of Microbes in Milk and Orange Juice Using Response Surface Methodology. International Journal of Food Science Volume 2015.
- Baboli, Z.M.; Williams, L.; Chen, G. (2020): Rapid Pasteurization of Apple Juice Using a New Ultrasonic Reactor. Foods 2020, 9, 801.
- Mehmet Başlar, Hatice Biranger Yildirim, Zeynep Hazal Tekin, Mustafa Fatih Ertugay (2015): Ultrasonic Applications for Juice Making. In: M. Ashokkumar (ed.), Handbook of Ultrasonics and Sonochemistry, Springer Science+Business Media Singapore 2015.
- T. Monsen, E. Lövgren, M. Widerström, L. Wallinder (2009): In vitro effect of ultrasound on bacteria and suggested protocol for sonication and diagnosis of prosthetic infections. Journal of Clinical Microbiology 47 (8), 2009. 2496–2501.
Dejstva, ki jih je vredno vedeti
Kaj so mezofilne bakterije?
Mezofilne bakterije opredeljujejo skupino bakterij, ki rastejo pri zmernih temperaturah med 20 °C in 45 °C in z optimalno temperaturo rasti v območju 30–39 °C. Primeri mezofilnih bakterij E. coli, Propionibacterium freudenreichii, P. acidipropionici, P. jensenii, P. thoenii, P. cyclohexanicum, P. microaerophilum, Lactobacillus plantarum med mnogimi drugimi.
Bakterije, ki imajo raje višje temperature, so znane kot termofilne. Termofilne bakterije najbolje fermentirajo, ko so višje od 30 °C.