Ultraljudspastörisering av flytande livsmedel
Ultraljudspastörisering är en icke-termisk steriliseringsprocess för att inaktivera mikrober som E.coli, Pseudomonas fluorescens, Listeria monocytogenes, Staphylococcus aureus, Bacillus coagulans, Anoxybacillus flavithermus bland många andra för att förhindra mikrobiell förstörelse och uppnå långsiktig stabilitet hos mat och dryck.
Icke-termisk pastörisering av livsmedel & Drycker av ultraljudsbehandling
Ultraljudspastörisering är en icke-termisk alternativ teknik som används för att förstöra eller inaktivera organismer och enzymer som bidrar till att livsmedel förstörs. Ultraljud kan användas för att pastörisera konserver, mjölk, mejeriprodukter, ägg, juicer, drycker med låg alkoholhalt och andra flytande livsmedel. Ultraljud ensam samt ultraljud i kombination med förhöjda värme- och tryckförhållanden (känd som termo-mano-ultraljudsbehandling) kan effektivt pastörisera juicer, mjölk, mejeriprodukter, flytande ägg och andra livsmedelsprodukter. En sofistikerad ultraljudspastöriseringsbehandling överträffar traditionella pastöriseringstekniker eftersom ultraljud inte negativt påverkar näringsinnehållet och de fysiska egenskaperna hos de behandlade livsmedelsprodukterna. Att använda ultraljud eller termo-mano-sonikering för att pastörisera flytande livsmedelsprodukter kan ge en näringsrik produkt med högre kvalitet än den traditionella pastöriseringsmetoden med hög temperatur och kort tid (HTST).
Forskningsstudier som från Beslar et al. (2015) fann att ultraljudsbehandling kan ge betydande fördelar för bearbetning av juicer, inklusive förbättrade kvalitetsfaktorer, såsom avkastning, extraktion, grumlighet, reologiska egenskaper och färg samt hållbarheten.

Överlevnadskurvor för Escherichia coli (a) och Staphylococcus aureus (b) i äppeljuice efter ultraljudsbehandling (UT) vid olika temperaturer och efter värmebehandling (HT) vid samma temperaturer.
bild och studie: Baboli et al. 2015
Hur fungerar ultraljudspastörisering?
Ultraljudsinaktivering och förstörelse av mikrober är en icke-termisk teknik, vilket innebär att dess huvudsakliga arbetsprincip inte är baserad på värme. Ultraljudspastörisering orsakas främst av effekterna av akustisk kavitation. Fenomenet med akustisk / ultraljudskavitation är känt för sina lokalt höga temperaturer, tryck och respektive skillnader, som förekommer i och runt de minsta kavitationsbubblorna. Dessutom genererar akustisk kavitation mycket intensiva skjuvkrafter, vätskestrålar och turbulens. Dessa destruktiva krafter orsakar omfattande skador på mikrobiella celler, såsom cellperforering och störningar. Cellperforering och störning är unika effekter som finns i ultraljudsbehandlade celler och som huvudsakligen orsakas av de vätskestrålar som genereras av kavitation.
Varför ultraljudsbehandling utmärker sig traditionell pastörisering
Livsmedels- och dryckesindustrin använder konventionell pastörisering i stor utsträckning för att inaktivera eller döda mikrober som bakterier, jäst och svampar för att förhindra mikrobiell nedbrytning och för att ge sina produkter en längre hållbarhet och stabilitet. Konventionell pastörisering fungerar genom en kort behandling vid förhöjda temperaturer som vanligtvis är lägre än 100 °C (212 °F). Den exakta temperaturen och varaktigheten anpassas normalt till den specifika livsmedelsprodukten och mikroberna, som måste inaktiveras. Effektiviteten av en pastöriseringsprocess bestäms av den mikrobiella inaktiveringshastigheten, som mäts som logaritmisk reduktion. Logreduktionen mäter andelen inaktiverade mikrober vid en viss temperatur under en viss tid. Förhållandena för temperaturbehandlingen och den mikrobiella inaktiveringshastigheten påverkas av typen av mikrober samt livsmedlets sammansättning. Traditionell värmebaserad pastörisering har flera nackdelar, allt från otillräcklig mikrobiell inaktivering, negativa effekter på livsmedelsprodukten samt ojämn uppvärmning genom den behandlade produkten. Otillräcklig uppvärmning på grund av för kort pastöriseringstid eller för låg temperatur resulterar i en låg logreduktionshastighet och efterföljande mikrobiell nedbrytning. För mycket värmebehandling kan orsaka produktförsämring, t.ex. brända smaker, och mindre näringstäthet på grund av förstörda temperaturkänsliga näringsämnen.
Nackdelar med konventionell pastörisering
- Kan förstöra eller skada viktiga näringsämnen
- kan orsaka bismaker
- Höga energikrav
- ineffektiv mot döda värmeresistenta patogener
- Gäller inte alla livsmedelsprodukter

Den UIP16000 är en fullindustriell ultraljudshomogenisator för inline-pastörisering av mat och dryck.
Ultraljud pastörisering av mejeri
Ultraljudsbehandling, termo-ultraljudsbehandling och termo-mano-ultraljudsbehandling habve har undersökts i stor utsträckning för pastörisering av mjölk och mejeriprodukter. Till exempel visade det sig att ultraljud eliminerade nedbrytning och potentiella patogener till noll eller till nivåer som är acceptabla enligt sydafrikansk och brittisk mjölklagstiftning, även när initiala inokulumbelastningar på 5 × högre än tillåtet förekom före behandlingen. Livskraftiga celltal av E. coli minskade med 100% efter 10,0 min ultraljud. Dessutom visades att antalet livsdugliga fall av Pseudomonas fluorescen minskade med 100 % efter 6,0 minuter och att Listeria monocytogenes minskade med 99 % efter 10,0 minuter (Cameron et al. 2009)
Forskning visade också att termo-ultraljudsbehandling kan inaktivera Listeria innocua och mesofila bakterier i rå helmjölk. Ultraljud visade sig vara en gångbar teknik för pastörisering och homogenisering av mjölk, som uppvisar kortare bearbetningstider utan viktiga förändringar i pH och mjölksyrahalt, tillsammans med bättre utseende och konsistens jämfört med konventionell termisk behandling. Dessa fakta är fördelaktiga i många aspekter av mejeribearbetning. (Bermúdez-Aguirre et al. 2009)
Ultraljudspastörisering av juicer och fruktpuréer
Ultraljudspastörisering tillämpades som en effektiv och snabb alternativ pastöriseringsteknik för att inaktivera Escherichia coli och Staphylococcus aureus i äppeljuice. När den fruktköttsfria äppeljuicen bearbetades med ultraljud var reduktionstiden på 5 s 35 s för E. coli vid 60 °C och 30 s för S. aureus vid 62 °C. Även om det i studien visade sig att hög pulpahalt gjorde ultraljud mindre dödligt för S. aureus, medan det inte hade någon signifikant effekt på E. coli, bör det noteras att inget tryck applicerades. Ultraljudsbehandling under förhöjda tryck intensifierar avsevärt ultraljud kavitation och därmed mikrobiell inaktivering i mer viskösa vätskor. Ultraljudsbehandling hade ingen signifikant effekt på antioxidantaktiviteten som bestämdes av 2,2-difenyl-1-pikrylhydrazyl (DPPH) radikalrensande aktivitet, men den totala fenolhalten ökade signifikant. Behandlingen resulterade också i en stabilare juice med högre enhetlighet. (jfr Baboli et al. 2020)
Ultraljudsinaktivering av grampositiva och gramnegativa bakterier
Grampositiva bakterier, såsom Listeria monocytogenes eller Staphylococcus aureus, är i allmänhet kända för att vara mer resistenta än gramnegativa bakterier och tål pastöriseringstekniker som PEF, HPP och mano-ultraljudsbehandling (MS) under längre behandlingsperioder på grund av tjockare cellväggar. Gramnegativa bakterier har två – en extern och en cytoplasmatisk – lipidcellmembran med ett tunt lager peptidoglykan bland dem, vilket gör dem mer mottagliga för ultraljudsinaktivering. Å andra sidan har grampositiva bakterier bara ett enda lipidmembran med en tjockare peptidoglykanvägg, vilket ger dem mer motståndskraft mot pastöriseringsbehandlingar. Vetenskapliga undersökningar jämförde effekten av kraftultraljud på gramnegativa och grampositiva bakterier och fann att det hade en starkare hämmande effekt på gramnegativa bakterier. (jfr Monsen et al. 2009) Grampositiva bakterier kräver mer intensiva ultraljudsförhållanden, dvs högre amplituder, högre temperaturer, högre tryck och / eller längre ultraljudsbehandling. Hielscher Ultrasonics kraft-ultraljudssystem kan leverera mycket höga amplituder och kan användas vid förhöjda temperaturer och med trycksatta flödescellsreaktorer. Detta möjliggör intensiv ultraljudsbehandling / termo-mano-ultraljudsbehandling för att inaktivera även mycket resistenta bakteriestammar.
Ultraljudsinaktivering av termoduriska bakterier
Thermoduric-bakterier är bakterier som i varierande utsträckning kan överleva pastöriseringsprocessen. Thermoduriska arter av bakterier inkluderar Bacillus, Clostridium och Enterococci. "Ultraljud vid 80% amplitud i 10 minuter inaktiverade dock de vegetativa cellerna av B. coagulans och A. flavithermus i skummjölk med 4,53 respektive 4,26 logar. En kombinerad behandling av pastörisering (63 grader C/30 min) följt av ultraljud eliminerade helt cirka 6 cfu/ml av dessa celler i skummjölk." (Khanal et al. 2014)
- Högre effektivitet
- Dödar thermoduriska bakterier
- Effektiv mot olika mikrober
- Tillämpligt på flytande livsmedel med grenrör
- Synergistiska effekter
- Utvinning av näringsämnen
- energisnål
- Enkel och säker att använda
- Utrustning av livsmedelskvalitet
- CIP / SIP

Ultraljud inställning UIP4000hdT för icke-termisk inline-pastörisering av livsmedelsprodukter (t.ex. mejeriprodukter, mjölk, juicer, flytande ägg, drycker)
Högpresterande utrustning för ultraljudspastörisering
Hielscher Ultrasonics har lång erfarenhet av att tillämpa kraftultraljud i maten & dryckesindustrin samt många andra industrigrenar. Våra ultraljudsprocessorer är utrustade med ultraljudslösningar och flödesceller (de våta delarna) som är lätta att rengöra (clean-in-place CIP / sterilize-in-place SIP). Hielscher Ultraljud’ Industriella ultraljudsprocessorer kan leverera mycket höga amplituder. Amplituder på upp till 200 μm kan enkelt köras kontinuerligt i 24/7 drift. Höga amplituder är viktiga för att inaktivera mer resistenta mikrober (t.ex. grampositiva bakterier). För ännu högre amplituder finns anpassade ultraljudssonotroder tillgängliga. Alla sonotroder och ultraljudsflödescellsreaktorer kan drivas under förhöjda temperaturer och tryck, vilket möjliggör en tillförlitlig termo-mano-sonikering och mycket effektiv pastörisering.
Toppmodern teknik, högpresterande och sofistikerad programvara gör Hielscher Ultrasonics’ Pålitliga arbetshästar i din pastöriseringslinje för livsmedel. Med ett litet fotavtryck och mångsidiga installationsalternativ kan Hielscher ultraljudsapparater enkelt integreras eller eftermonteras i befintliga produktionslinjer.
Kontakta oss för att lära dig mer om funktionerna och kapaciteten hos våra ultraljudspastöriseringssystem. Vi diskuterar gärna din ansökan med dig!
Tabellen nedan ger dig en indikation på den ungefärliga bearbetningskapaciteten hos våra ultraljudsapparater:
Batchvolym | Flöde | Rekommenderade enheter |
---|---|---|
1 till 500 ml | 10 till 200 ml/min | UP100H |
10 till 2000 ml | 20 till 400 ml/min | UP200Ht, UP400St |
0.1 till 20L | 0.2 till 4L/min | UIP2000hdT |
10 till 100L | 2 till 10L/min | UIP4000hdT |
N.A. | 10 till 100 L/min | UIP16000 |
N.A. | Större | kluster av UIP16000 |
Kontakta oss! / Fråga oss!
Litteratur / Referenser
- 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.
Fakta som är värda att veta
Vad är mesofila bakterier?
Mesofila bakterier definierar en grupp bakterier som växer vid måttliga temperaturer mellan 20 °C och 45 °C och med en optimal tillväxttemperatur i intervallet 30–39 °C. Exempel på mesofila bakterier E. coli, Propionibacterium freudenreichii, P. acidipropionici, P. jensenii, P. thoenii, P. cyclohexanicum, P. microaerophilum, Lactobacillus plantarum bland många andra.
Bakterier som föredrar högre temperaturer är kända som termofila. Termofila bakterier jäser bäst när de är över 30 °C.