Ультразвукова пастеризація рідких харчових продуктів

Ультразвукова пастеризація — це процес нетермічної стерилізації для інактивації мікробів, таких як E.coli, Pseudomonas fluorescens, Listeria monocytogenes, Staphylococcus aureus, Bacillus coagulans, Anoxybacillus flavithermus та багатьох інших, для запобігання мікробному псуванню та досягнення довгострокової стабільності їжі та напоїв.

Нетермічна пастеризація харчових продуктів & Напої методом Sonication

Ультразвукова пастеризація – це нетермічна альтернативна технологія, яка використовується для знищення або дезактивації організмів та ферментів, що сприяють псуванню харчових продуктів. Ультразвук можна використовувати для пастеризації консервованих продуктів, молока, молочних продуктів, яєць, соків, напоїв з низьким вмістом алкоголю та інших рідких продуктів. Лише ультразвук, а також ультразвук у поєднанні з підвищеними умовами тепла та тиску (відомі як термо-мано-соніка) можуть ефективно пастеризувати соки, молоко, молочні продукти, рідкі яйця та інші харчові продукти. Складна ультразвукова пастеризація перевершує традиційні методи пастеризації, оскільки ультразвук не впливає негативно на вміст поживних речовин і фізичні характеристики оброблених харчових продуктів. Використання ультразвуку або термоманозвуку для пастеризації рідких харчових продуктів може забезпечити багатий поживними речовинами продукт вищої якості, ніж традиційний метод пастеризації з високою температурою короткого часу (HTST).
Дослідження, такі як Beslar et al. (2015), показали, що ультразвукова обробка може забезпечити значні переваги для обробки соків, включаючи підвищені фактори якості, такі як вихід, екстракція, помутніння, реологічні властивості та колір, а також термін зберігання.

Криві виживання Escherichia coli (a) і Staphylococcus aureus (b) в яблучному соку після ультразвукової обробки (UT) при різних температурах і після термічної обробки (HT) при однакових температурах.
малюнок і вивчення: Baboli et al. 2015

Як працює ультразвукова пастеризація?

Ультразвукова інактивація та знищення мікробів є нетермічною технікою, що означає, що її основний принцип роботи не заснований на нагріванні. Ультразвукова пастеризація викликається в основному впливом акустичної кавітації. Явище акустичної / ультразвукової кавітації відоме своїми локально високими температурами, тиском і відповідними перепадами, які виникають в найдрібніших кавітаційних бульбашках і навколо них. Крім того, акустична кавітація генерує дуже інтенсивні сили зсуву, струмені рідини та турбулентності. Ці руйнівні сили спричиняють великі пошкодження мікробних клітин, такі як перфорація та руйнування клітин. Перфорація та руйнування клітин є унікальними ефектами, що зустрічаються в клітинах, оброблених ультразвуком, спричиненими в основному струменями рідини, що утворюються в результаті кавітації.

Ультразвукова пастеризація заснована на акустичній кавітації та її гідродинамічних силах зсуву

Чому ультразвук перевершує традиційну пастеризацію

Харчова промисловість широко застосовує звичайну пастеризацію для інактивації або знищення мікробів, таких як бактерії, дріжджі та грибки, щоб запобігти мікробному псуванню та надати своїм продуктам довший термін зберігання та стабільність. Звичайна пастеризація працює шляхом короткої обробки при підвищених температурах, як правило, нижче 100 ° C (212 ° F). Точна температура і тривалість зазвичай підлаштовується під конкретний харчовий продукт і мікроби, які повинні бути інактивовані. Ефективність процесу пастеризації визначається швидкістю інактивації мікроорганізмів, яка вимірюється як логарифмічна редукція. Редукція журналу вимірює відсоток інактивованих мікробів при певній температурі протягом певного часу. На умови температурної обробки і швидкість інактивації мікроорганізмів впливає вид мікробів, а також склад харчового продукту. Традиційна пастеризація на основі нагрівання має ряд недоліків, починаючи від недостатньої інактивації мікроорганізмів, негативного впливу на харчовий продукт, а також нерівномірного нагрівання обробленого продукту. Недостатнє нагрівання до короткої тривалості пастеризації або занадто низька температура призводить до низької швидкості відновлення логарифмічних речовин і подальшого псування мікроорганізмів. Занадто тривала термічна обробка може призвести до псування продукту, наприклад, до пригорання неприємного смаку та зниження щільності поживних речовин через зруйновані поживні речовини, чутливі до температури.

Недоліки звичайної пастеризації

• може зруйнувати або пошкодити важливі поживні речовини
• може спричинити неприємний присмак
• високі вимоги до енергії
• неефективний проти знищення термостійких патогенів
• Застосовується не до кожного харчового продукту

Ультразвукова пастеризація молочних продуктів

Ультразвукова діагностика, термозвукова та термоманозвукова діагностика широко досліджуються для пастеризації молока та молочних продуктів. Наприклад, було виявлено, що ультразвук усуває псування та потенційні патогени до нуля або до рівнів, прийнятних законодавством Південної Африки та Великої Британії щодо молока, навіть якщо початкове навантаження інокуляту на 5× вище дозволеного було до лікування. Кількість життєздатних клітин E. coli знижувалася на 100% після 10,0 хв ультразвуку. Крім того, було показано, що життєздатні показники Pseudomonas fluorescens знижувалися на 100% через 6,0 хв, а Listeria monocytogenes знижувалися на 99% через 10,0 хв. (Cameron et al. 2009)
Дослідження також продемонстрували, що термозвук може інактивувати Listeria innocua та мезофільні бактерії в сирому незбираному молоці. Ультразвук виявився життєздатною технологією для пастеризації та гомогенізації молока, демонструючи коротший час обробки без важливих змін рН та вмісту молочної кислоти, а також кращий зовнішній вигляд та консистенцію порівняно зі звичайною термічною обробкою. Ці факти є вигідними в багатьох аспектах переробки молочних продуктів. (Бермудес-Агірре та ін., 2009)

Ультразвукова пастеризація соків і фруктових пюре

Ультразвукова пастеризація була застосована як ефективний і швидкий метод альтернативної пастеризації з метою інактивації кишкової палички та золотистого стафілокока в яблучному соку. Коли яблучний сік без м'якоті був оброблений ультразвуком, час відновлення 5 log становив 35 с для E. coli при 60 °C і 30 с для S. aureus при 62 °C. Хоча в дослідженні було виявлено, що високий вміст пульпи робило ультразвук менш смертельним для S. aureus, при цьому він не мав значного впливу на кишкову паличку, слід зазначити, що тиск не застосовувався. Ультразвукове випромінювання при підвищеному тиску значно посилює ультразвукову кавітацію і тим самим інактивацію мікроорганізмів в більш в'язких рідинах. Лікування ультразвуком не мало значного впливу на антиоксидантну активність, яка визначалася активністю поглинання радикалів 2,2-дифеніл-1-пікрилгідразилу (DPPH), але значно підвищувало загальний вміст фенолів. Обробка також призвела до отримання більш стабільного соку з більш високою однорідністю. (пор. Баболі та ін. 2020)

Ультразвукова інактивація грампозитивних і грамнегативних бактерій

Відомо, що грампозитивні бактерії, такі як Listeria monocytogenes або Staphylococcus aureus, загалом є більш стійкими, ніж грамнегативні бактерії, і витримують технології пастеризації, такі як PEF, HPP та маносоніка (MS) протягом більш тривалих періодів лікування через більш товсті клітинні стінки. Грамнегативні бактерії мають два – один зовнішній і один цитоплазматичний – ліпідні клітинні мембрани з тонким шаром пептидоглікану серед них, що робить їх більш сприйнятливими до ультразвукової інактивації. З іншого боку, грампозитивні бактерії мають лише одну ліпідну мембрану з товстішою стінкою пептидоглікану, що надає їм більшої стійкості проти пастеризаційних процедур. Наукові дослідження порівняли вплив енергетичного ультразвуку на грамнегативні та грампозитивні бактерії та виявили, що він має сильніший інгібуючий ефект на грамнегативні бактерії. (пор. Monsen et al. 2009) Грампозитивні бактерії потребують більш інтенсивних ультразвукових умов, тобто вищих амплітуд, вищих температур, вищого тиску та/або довшого часу ультразвуку. Енергетичні ультразвукові системи Hielscher Ultrasonics можуть забезпечувати дуже високі амплітуди і можуть працювати при підвищених температурах і з реакторами з проточними елементами, що працюють під тиском. Це дозволяє проводити інтенсивну ультразвукову діагностику з метою інактивації навіть дуже резистентних штамів бактерій.

Ультразвукова інактивація термодурних бактерій

Термодурні бактерії – це бактерії, які можуть виживати, в різній мірі, в процесі пастеризації. До термодурних видів бактерій належать Bacillus, Clostridium та Enterococci. «Ультразвук з амплітудою 80% протягом 10 хв, однак, інактивував вегетативні клітини B. coagulans і A. flavithermus у знежиреному молоці на 4,53 і 4,26 logs відповідно. Комбінована обробка пастеризацією (63 градуси С/30 хв) з подальшим ультразвуковим дослідженням повністю вивела приблизно 6 КУО/мл цих клітин у знежиреному молоці». (Ханал та ін., 2014)

Високопродуктивне обладнання для ультразвукової пастеризації

Hielscher Ultrasonics має багаторічний досвід у застосуванні силового ультразвуку в харчових продуктах & промисловості напоїв, а також багатьох інших галузей промисловості. Наші ультразвукові процесори оснащені простими в очищенні (чистий на місці CIP / стерилізований на місці SIP) сонотродами і проточними комірками (мокрі частини). Ультразвук Hielscher’ Промислові ультразвукові процесори можуть видавати дуже високі амплітуди. Амплітуди до 200 мкм можна легко безперервно працювати в режимі 24/7. Високі амплітуди важливі для інактивації більш резистентних мікробів (наприклад, грампозитивних бактерій). Для ще більш високих амплітуд доступні індивідуальні ультразвукові сонотроди. Усі сонотроди та реактори з ультразвуковими проточними елементами можуть працювати при підвищених температурах та тиску, що дозволяє проводити надійне термоманозвукове дослідження та високоефективну пастеризацію.
Найсучасніші технології, висока продуктивність і складне програмне забезпечення роблять Hielscher Ultrasonics’ Надійні робочі коні на вашій лінії пастеризації харчових продуктів. Завдяки невеликій площі та універсальним можливостям установки, ультразвукові апарати Hielscher можна легко інтегрувати або модернізувати в існуючі виробничі лінії.
Будь ласка, зв'яжіться з нами, щоб дізнатися більше про особливості та можливості наших систем ультразвукової пастеризації. Будемо раді обговорити з Вами Вашу заявку!
Наведена нижче таблиця дає уявлення про приблизну потужність обробки наших ультразвукових апаратів: