Ultrazvučna pasterizacija je proces ne-termalne sterilizacije za neaktiviranje mikroba kao što su E.coli, Pseudomonas fluorescens, Listeria monocytogenes, Staphylococcus aureus, Bacillus coagulans, Anoxybacillus flavithermus između mnogih drugih kako bi se sprečila mikrobiološka kvarenja i postigla dugoročna stabilnost hrane i pića

Ne-Termalna pasterizacija hrane & Pića po sonikaciji

Ultrazvučna pasterizacija je ne-termalna alternativna tehnologija koja se koristi za uništavanje ili deaktiviranje organizama i enzima koji doprinose kvarenju hrane. Ultrazvuka se može koristiti za pasterizaciju konzervirane hrane, mleka, mlečnih proizvoda, jaja, sokova, napitaka sa niskim sadržajem alkohola i drugih tečnih namirnica. Samo ultrazvuk kao i ultrazvuk u kombinaciji sa povišenim stanjem toplote i pritiska (poznat kao termo-mano-sonication) mogu efikasno pasterizovati sokove, mleko, mlečne proizvode, tečna jaja i druge prehrambene proizvode. Sofisticirani ultrazvučni tretman pasterizacije izvrsno koristi tradicionalne tehnike pasterizacije jer ultrazvuk ne utiče nepovoljno na hranljiv sadržaj i fizičke karakteristike tretiranih prehrambenih proizvoda. Korišćenje ultrazvuka ili termo-mano-sonication u cilju pasterizacije tečnih prehrambenih proizvoda može obezbediti proizvod bogat hranljivim materijama sa većim kvalitetom od tradicionalnog metoda pasterizacije kratkog vremena na visokoj temperaturi (HTST).
Istraživačke studije kao što su iz Beslar et al. (2015) pokazale su da ultrazvučni tretman može da pruži značajne prednosti za preradu sokova uključujući poboljšane faktore kvaliteta, kao što su prinos, ekstrakcija, oblačnost, reološka svojstva, kao i život na polici.

Krive preživljavanja Escherichia coli (a) i Staphylococcus aureus (b) u soku od jabuke nakon ultrazvučnog tretmana (UT) na različitim temperaturama i nakon Toplotnog tretmana (HT) na istim temperaturama.
slika i studija: Baboli et al. 2015

Kako funkcioniše ultrazvučna pasterizacija?

Ultrazvučna neaktivnost i uništavanje mikroba je ne-termalna tehnika, što znači da se njen glavni radni princip ne zasniva na toploti. Ultrazvučna pasterizacija je uzrokovana uglavnom efektima akustične kavitacije. Fenomen akustične / ultrazvučne kavitacije poznat je po lokalno visokim temperaturama, pritiscima i odgovarajućim razlikujenostima, koje se javljaju u i oko minuta mehurića kavitacije. Pored toga, akustična kavitacija generiše veoma intenzivne sile, tečne mlazeve i turbulencije. Ove destruktivne sile izazivaju veliku štetu na mikrobiološkim ćelijama, takvu perforaciju ćelija i poremećaje. Perforacija ćelija i poremećaj su jedinstveni efekti koji se nalaze u ultrasonično tretiranim ćelijama izazvanim uglavnom tečnim mlaznjacima generisanim kavitacijom.

Ultrazvučna pasterizacija se zasniva na akustičnoj kavitaciji i njenim hidrodinamičkim čaršijskim silama

Why Sonication Excels Traditional Pasteurization

Industrija hrane i pića široko primenjuje konvencionalnu pasterizaciju kako bi se neaktivirali ili ubili mikrobi kao što su bakterije, kvasac i gljivice kako bi se sprečilo kvarenje mikrobioma i da bi se njihovim proizvodima pružio duži život i stabilnost polica. Konvencionalna pasterizacija funkcioniše kratkim tretmanom na povišenim temperaturama obično ispod 100°C (212°F). Tačna temperatura i trajanje se obično prilagođavaju određenom prehrambenom proizvodu i mikrobima, koji moraju biti inaktivisani. Efikasnost procesa pasterizacije određuje se stopom inaktivacije mikrobioma, koja se meri kao smanjenje evidencije. Smanjenje evidencije meri procenat inaktivisanih mikroba na određenoj temperaturi tokom određenog vremena. Na uslove tretmana temperature i stopu neaktivnosti mikroba utiče vrsta mikroba kao i sastav prehrambenog proizvoda. Tradicionalna pasterizacija na bazi toplote ima nekoliko nedostataka u rasponu od nedovoljne mikrobiološke inaktivacije, negativnih efekata na prehrambeni proizvod, kao i neravnomernog grejanja preko tretiranog proizvoda. Nedovoljno grejanje do kratkog trajanja pasterizacije ili preniske temperature rezultira niskom stopom smanjenja evidencije i naknadnim mikrobiološkim kvarenjem. Previše toplotnog tretmana može da izazove pogoršanje proizvoda kao što su sagoreli ukusi, a manje gustine hranljivih materija zbog uništenih hranljivih sastojaka osetljivih na temperaturu.

Mane konvencionalne pasterizacije

• može da uništi ili ošteti važne hranljive materije
• može da izazove van ukusa
• visoki energetski zahtevi
• neefikasan protiv ubijanja patogena otpornih na toplotu
• nije primenljivo na svaki prehrambeni proizvod

Ultrazvučna pasterizacija mlečnih proizvoda

Sonicija, termo-sonicija i termo-mano-sonication habve naširoko su istraženi za pasterizaciju mleka i mlečnih proizvoda. Na primer, utvrđeno je da ultrazvuk eliminiše kvarenje i potencijalne patogene na nulu ili na nivoe prihvatljive južnoafričkim i britanskim mlečnim zakonodavstvom, čak i kada je početno opterećenje inokulumom od 5× više od dozvoljenog bilo prisutno pre tretmana. Održivi broj ćelija ešerihija koli smanjen je za 100% nakon 10,0 min ultrazvučnosti. Pored toga, pokazano je da su održive tačke Pseudomonas fluorescens smanjene za 100% nakon 6,0 min, a Listeria monocytogenes je smanjena za 99% nakon 10.0 min. (Cameron et al. 2009)
Istraživanja su takođe pokazala da termo-sonication može da inaktivira Listeria innocua i mezofilne bakterije u sirovom celom mleku. Ultrazvuk je pokazan kao održiva tehnologija za pasterizaciju i homogenizaciju mleka, ispoljavanje kraćeg vremena obrade bez važnih promena u pH i sadržaju mlečne kiseline, zajedno sa boljim izgledom i postojanošću u poređenju sa konvencionalnim termalnim tretmanom. Ove činjenice su povoljne u mnogim aspektima mlečne prerade. (Bermúdez-Aguirre et al. 2009)

Ultrazvučna pasterizacija sokova i voćnih pirea

Ultrazvučna pasterizacija primenjena je kao efikasna i brza alternativna tehnika pasterizacije kako bi se Ešerihija koli i Stafilokokus aureus incaktivisali u soku od jabuke. Kada je pulpa besplatnog soka od jabuke ultrasonično obrađena, vreme smanjenja od 5 debla je bilo 35 s za ešerihiju koli na 60degC i 30 s za S. aureus na 62degC. Iako je u studiji utvrđeno da je visok sadržaj pulpe učinio ultrazvuk manje smrtonosnim za S. aureus, dok nije imao značajan efekat na ešerihiju koli, treba napomenuti da nije primenjen nikakav pritisak. Sonicija pod povišenim pritiskom značajno intenzivira ultrazvučnu kavitaciju i time mikrobiološku inaktivaciju u više viskoznih tečnosti. Ultrazvučni tretman nije imao značajan efekat na antioksidativnu aktivnost određenu 2,2-difenil-1-pikril hidrazil (DPPH) radikalnom aktivnošću lešinara, ali je značajno povećao ukupan fenolni sadržaj. Tretman je takođe rezultirao stabilnijim sokom sa većom jednoličnošću. (cf. Baboli et al. 2020)

Ultrazvučna neaktivnost grama-pozitivnih i gramato-negativnih bakterija

Gram pozitivne bakterije, kao što su Listeria monocytogenes ili Staphylococcus aureus, opšte je poznato da su otpornije od gram-negativnih bakterija i da izdrže tehnologije pasterizacije kao što su PEF, HPP i mano-sonication (MS) na duži period lečenja zbog debljih zidova ćelija. Gram-negativne bakterije imaju dve – jedna spoljašnja i jedna citoplazmična – lipidne ćelijske membrane sa tankim slojem peptidoglycan među njima, što ih čini podložnijim ultrazvučnom neaktiviranju. S druge strane, gram-pozitivne bakterije imaju samo jednu lipidnu membranu sa debljim peptidoglycan zidom, što im daje veću otpornost protiv tretmana pasterizacije. Naučne istrage uporedile su efekat ultrazvuka snage na gram-negativne i gram-pozitivne bakterije i otkrile da je to imalo jači inhibitorni efekat na gram-negativne bakterije. (cf. Monsen et al. 2009) Gram-pozitivne bakterije zahtevaju intenzivnija ultrazvučna stanja, odnosno veće amplitude, više temperature, viši pritisak i/ili duže vreme sonicije. Power-ultrazvučni sistemi Hielscher Ultrasonics-a mogu da isporuče veoma visoke amplitude i mogu da rade na povišenim temperaturama i sa reaktorima koji vrše pritisak na protočne ćelije. To omogućava intenzivnu sonikaciju / termo-mano-sonikaciju kako bi se aktivirali čak i veoma otporni sojevi bakterija.

Ultrazvučna inaktivacija termoduričnih bakterija

Termodurijske bakterije su bakterije koje mogu da prežive, u različitim merilima, proces pasterizacije. Termodurijske vrste bakterija uključuju Bacillus, Clostridium i Enterococci. "Ultrazvučnost na 80% amplitude za 10 min međutim, inaktivirala je vegetativne ćelije B. koagulansa i A. flavithermusa u obranom mleku za 4,53, odnosno 4,26 balvana. Kombinovani tretman pasterizacije (63 stepena C/30 min) praćen ultrazvučnošću potpuno je eliminisao približno log 6 cfu/mL ovih ćelija u obranom mleku." (Khanal et al. 2014)

Oprema za ultrazvučnu pasterizaciju visokih performansi

Hielscher Ultrasonics je odavno iskusan u primeni power ultrazvuka u hrani & industriju pića, kao i mnoge druge industrijske grane. Naši ultrazvučni procesori opremljeni su lako čistim (clean-in-place CIP / sterilize-in-place SIP) sonotrodima i protočnim ćelijama (vlažnim delovima). Hielscher Ultrasonics’ industrijski ultrazvučni procesori mogu da isporuče veoma visoke amplitude. Amplitude do 200μm se mogu lako neprekidno pokrenuti u 24/7 operaciji. Visoke amplitude su važne za aktiviranje otpornijih mikroba (npr. gram-pozitivne bakterije). Za još veće amplitude dostupni su prilagođeni ultrazvučni sonotrodi. Svi sonotrodi i ultrazvučni reaktori ćelija protoka mogu da rade pod povišenim temperaturama i pritiscima, što omogućava pouzdanu termo-mano-soničnu i veoma efikasnu pasterizaciju.
Vrhunska tehnologija, visoke performanse i sofisticirani softver čine Hielscher Ultrasonics’ pouzdani radni konji u vašoj liniji pasterizacije hrane. Sa malim otiskom stopala i svestranim opcijama instalacije, Hielscher ultrazvučni uređaji se mogu lako integrisati ili retro uklopiti u postojeće proizvodne linije.
Molimo vas da nas kontaktirate da biste saznali više o karakteristikama i mogućnostima naših ultrazvučnih sistema pasterizacije. Biće nam drago da sa vama razgovaramo o vašoj prijavi!
Табела испод показује приближни капацитет обраде наших ултразвучних уређаја: