Siêu âm thanh trùng thực phẩm lỏng

Thanh trùng siêu âm là một quá trình khử trùng không nhiệt để bất hoạt các vi khuẩn như E.coli, Pseudomonas fluorescens, Listeria monocytogenes, Staphylococcus aureus, Bacillus coagulans, Anoxybacillus flavithermus trong số nhiều loại khác để ngăn ngừa sự hư hỏng của vi sinh vật và đạt được sự ổn định lâu dài của thực phẩm và đồ uống.

Thanh trùng thực phẩm không nhiệt & Đồ uống bằng Sonication

Thanh trùng siêu âm là một công nghệ thay thế không nhiệt được sử dụng để tiêu diệt hoặc vô hiệu hóa các sinh vật và enzym góp phần làm hỏng thực phẩm. Siêu âm có thể được sử dụng để thanh trùng thực phẩm đóng hộp, sữa, sữa, trứng, nước trái cây, đồ uống có nồng độ cồn thấp và các loại thực phẩm lỏng khác. Siêu âm đơn thuần cũng như siêu âm kết hợp với các điều kiện nhiệt và áp suất cao (được gọi là siêu âm nhiệt) có thể thanh trùng nước trái cây, sữa, sữa, trứng lỏng và các sản phẩm thực phẩm khác một cách hiệu quả. Phương pháp xử lý thanh trùng siêu âm tinh vi vượt trội hơn các kỹ thuật thanh trùng truyền thống vì siêu âm không ảnh hưởng xấu đến hàm lượng chất dinh dưỡng và đặc tính vật lý của các sản phẩm thực phẩm được xử lý. Sử dụng siêu âm hoặc siêu âm nhiệt để thanh trùng các sản phẩm thực phẩm lỏng có thể cung cấp một sản phẩm giàu chất dinh dưỡng với chất lượng cao hơn so với phương pháp thanh trùng thời gian ngắn ở nhiệt độ cao (HTST) truyền thống.
Các nghiên cứu như từ Beslar et al. (2015) cho thấy rằng xử lý bằng sóng siêu âm có thể mang lại những lợi thế đáng kể cho việc chế biến nước trái cây bao gồm các yếu tố chất lượng nâng cao, chẳng hạn như năng suất, chiết xuất, độ đục, đặc tính lưu biến và màu sắc cũng như thời hạn sử dụng.

Đường cong sống sót của Escherichia coli (a) và Staphylococcus aureus (b) trong nước ép táo sau khi điều trị bằng siêu âm (UT) ở các nhiệt độ khác nhau và sau khi xử lý nhiệt (HT) ở cùng nhiệt độ.
Hình ảnh và nghiên cứu: Baboli et al. 2015

Thanh trùng siêu âm hoạt động như thế nào?

Bất hoạt siêu âm và tiêu diệt vi khuẩn là một kỹ thuật không nhiệt, có nghĩa là nguyên lý hoạt động chính của nó không dựa trên nhiệt. Thanh trùng siêu âm chủ yếu do tác động của xâm thực âm thanh. Hiện tượng xâm thực âm thanh / siêu âm được biết đến với nhiệt độ, áp suất và chênh lệch tương ứng cao cục bộ, xảy ra trong và xung quanh bong bóng xâm thực nhỏ. Hơn nữa, xâm thực âm thanh tạo ra lực cắt, tia chất lỏng và nhiễu loạn rất mạnh. Những lực phá hủy này gây ra thiệt hại lớn trên các tế bào vi sinh vật, chẳng hạn như sự thủng và phá vỡ tế bào. Sự đục lỗ và phá vỡ tế bào là những tác động độc đáo được tìm thấy trong các tế bào được xử lý bằng siêu âm chủ yếu do các tia chất lỏng được tạo ra bởi xâm thực.

Thanh trùng siêu âm dựa trên xâm thực âm thanh và lực cắt thủy động lực học của nó

Tại sao Sonication vượt trội so với thanh trùng truyền thống

Ngành công nghiệp thực phẩm và đồ uống áp dụng rộng rãi quá trình thanh trùng thông thường để bất hoạt hoặc tiêu diệt các vi khuẩn như vi khuẩn, nấm men và nấm để ngăn ngừa sự hư hỏng của vi sinh vật và giúp sản phẩm của họ có thời hạn sử dụng lâu hơn và ổn định. Thanh trùng thông thường hoạt động bằng cách xử lý ngắn ở nhiệt độ cao thường dưới 100 ° C (212 ° F). Nhiệt độ và thời gian chính xác thường được điều chỉnh theo sản phẩm thực phẩm cụ thể và vi khuẩn, chúng phải được bất hoạt. Hiệu quả của quá trình thanh trùng được xác định bởi tỷ lệ bất hoạt của vi sinh vật, được đo bằng giảm log. Việc giảm log đo tỷ lệ phần trăm vi khuẩn bất hoạt ở một nhiệt độ cụ thể trong một thời gian cụ thể. Các điều kiện xử lý nhiệt độ và tỷ lệ bất hoạt của vi sinh vật bị ảnh hưởng bởi loại vi khuẩn cũng như thành phần của sản phẩm thực phẩm. Thanh trùng dựa trên nhiệt truyền thống có một số nhược điểm từ bất hoạt vi sinh vật không đủ, tác động tiêu cực đến sản phẩm thực phẩm cũng như làm nóng không đồng đều thông qua sản phẩm đã qua xử lý. Làm nóng không đủ do thời gian thanh trùng ngắn hoặc nhiệt độ quá thấp dẫn đến tỷ lệ giảm log thấp và vi sinh vật hư hỏng sau đó. Xử lý nhiệt quá nhiều có thể gây hư hỏng sản phẩm như cháy mùi vị và mật độ dinh dưỡng thấp hơn do các chất dinh dưỡng nhạy cảm với nhiệt độ bị phá hủy.

Nhược điểm của thanh trùng thông thường

• có thể phá hủy hoặc làm hỏng các chất dinh dưỡng quan trọng
• có thể gây ra mùi vị không đúng vị
• Yêu cầu năng lượng cao
• không hiệu quả chống tiêu diệt mầm bệnh chịu nhiệt
• Không áp dụng cho mọi sản phẩm thực phẩm

Thanh trùng siêu âm sữa

Sonication, thermo-sonication và thermo-mano-sonication habve đã được nghiên cứu rộng rãi để thanh trùng sữa và các sản phẩm từ sữa. Ví dụ, siêu âm đã được tìm thấy để loại bỏ hư hỏng và mầm bệnh tiềm ẩn đến 0 hoặc đến mức chấp nhận được bởi luật sữa Nam Phi và Anh, ngay cả khi tải lượng tiêm ban đầu cao hơn 5× so với mức cho phép đã có mặt trước khi điều trị. Số lượng tế bào khả thi của E. coli đã giảm 100% sau 10,0 phút siêu âm. Hơn nữa, số lượng Pseudomonas fluorescens khả thi đã giảm 100% sau 6,0 phút và Listeria monocytogenes giảm 99% sau 10,0 phút (Cameron et al. 2009)
Nghiên cứu cũng chứng minh rằng quá trình siêu âm nhiệt có thể vô hiệu hóa Listeria innocua và vi khuẩn meophilic trong sữa nguyên chất nguyên chất. Siêu âm đã được chứng minh là một công nghệ khả thi để thanh trùng và đồng nhất sữa, thể hiện thời gian xử lý ngắn hơn mà không có những thay đổi quan trọng về độ pH và hàm lượng axit lactic, cùng với vẻ ngoài tốt hơn và tính nhất quán khi so sánh với xử lý nhiệt thông thường. Những thực tế này có lợi trong nhiều khía cạnh của chế biến sữa. (Bermúdez-Aguirre và cộng sự. 2009)

Thanh trùng siêu âm nước trái cây và trái cây xay nhuyễn

Thanh trùng siêu âm được áp dụng như một kỹ thuật thanh trùng thay thế hiệu quả và nhanh chóng để vô hiệu hóa Escherichia coli và Staphylococcus aureus trong nước ép táo. Khi nước ép táo không có cùi được xử lý bằng siêu âm, thời gian giảm 5 log là 35 giây đối với E. coli ở 60 độ C và 30 giây đối với S. aureus ở 62 độ C. Mặc dù trong nghiên cứu đã phát hiện ra rằng hàm lượng bột giấy cao làm cho siêu âm ít gây tử vong hơn đối với S. aureus, mặc dù nó không có ảnh hưởng đáng kể đến E. coli, nhưng cần lưu ý rằng không có áp lực nào được áp dụng. Siêu âm dưới áp suất cao làm tăng đáng kể quá trình xâm thực siêu âm và do đó bất hoạt vi sinh vật trong chất lỏng nhớt hơn. Điều trị bằng siêu âm không có ảnh hưởng đáng kể đến hoạt động chống oxy hóa được xác định bởi hoạt động loại bỏ gốc 2,2-diphenyl-1-picrylhydrazyl (DPPH), nhưng nó làm tăng đáng kể tổng hàm lượng phenolic. Việc xử lý cũng dẫn đến nước trái cây ổn định hơn với độ đồng đều cao hơn. (xem Baboli et al. 2020)

Siêu âm bất hoạt vi khuẩn Gram dương và Gram âm

Vi khuẩn gram dương, chẳng hạn như Listeria monocytogenes hoặc Staphylococcus aureus, thường được biết là có khả năng kháng thuốc tốt hơn vi khuẩn gram âm và chịu được các công nghệ thanh trùng như PEF, HPP và mano-sonication (MS) trong thời gian điều trị lâu hơn do thành tế bào dày hơn. Vi khuẩn gram âm có hai – một tế bào chất bên ngoài và một tế bào chất – màng tế bào lipid với một lớp peptidoglycan mỏng trong số đó, khiến chúng dễ bị bất hoạt bằng sóng siêu âm hơn. Mặt khác, vi khuẩn gram dương chỉ có một màng lipid duy nhất với thành peptidoglycan dày hơn, giúp chúng có khả năng chống lại các phương pháp điều trị thanh trùng tốt hơn. Các nghiên cứu khoa học đã so sánh tác dụng của siêu âm công suất đối với vi khuẩn gram âm và gram dương và phát hiện ra rằng nó có tác dụng ức chế mạnh hơn đối với vi khuẩn gram âm. (xem Monsen et al. 2009) Vi khuẩn gram dương yêu cầu điều kiện siêu âm cường độ cao hơn, tức là biên độ cao hơn, nhiệt độ cao hơn, áp suất cao hơn và / hoặc thời gian siêu âm lâu hơn. Hệ thống siêu âm công suất của Hielscher Ultrasonic có thể cung cấp biên độ rất cao và có thể hoạt động ở nhiệt độ cao và với các lò phản ứng tế bào dòng chảy có áp suất. Điều này cho phép siêu âm / siêu âm nhiệt cường độ cao để vô hiệu hóa ngay cả các chủng vi khuẩn rất kháng thuốc.

Bất hoạt siêu âm của vi khuẩn nhiệt

Vi khuẩn thermoduric là vi khuẩn có thể tồn tại, ở các mức độ khác nhau, quá trình thanh trùng. Các loài vi khuẩn thermoduric bao gồm Bacillus, Clostridium và Enterococci. Tuy nhiên, siêu âm ở biên độ 80% trong 10 phút, đã làm bất hoạt các tế bào sinh dưỡng của B. coagulans và A. flavithermus trong sữa tách kem lần lượt là 4,53 và 4,26 log. Một điều trị kết hợp thanh trùng (63 độ C / 30 phút) sau đó là siêu âm loại bỏ hoàn toàn khoảng 6 cfu / mL của các tế bào này trong sữa tách kem. (Khanal và cộng sự 2014)

Thiết bị thanh trùng siêu âm hiệu suất cao

Hielscher Ultrasonics có kinh nghiệm lâu năm trong việc ứng dụng siêu âm công suất trong thực phẩm & ngành nước giải khát cũng như nhiều ngành công nghiệp khác. Bộ xử lý siêu âm của chúng tôi được trang bị sonotrodes và tế bào dòng chảy (các bộ phận ướt) dễ làm sạch (CIP làm sạch tại chỗ / khử trùng tại chỗ SIP). Siêu âm Hielscher’ Bộ xử lý siêu âm công nghiệp có thể cung cấp biên độ rất cao. Biên độ lên đến 200μm có thể dễ dàng chạy liên tục trong hoạt động 24/7. Biên độ cao rất quan trọng để bất hoạt các vi khuẩn kháng thuốc cao hơn (ví dụ: vi khuẩn gram dương). Đối với biên độ cao hơn nữa, sonotrodes siêu âm tùy chỉnh có sẵn. Tất cả các sonotrodes và lò phản ứng tế bào dòng siêu âm có thể được vận hành dưới nhiệt độ và áp suất cao, cho phép siêu âm nhiệt đáng tin cậy và thanh trùng hiệu quả cao.
Công nghệ hiện đại, hiệu suất cao và phần mềm tinh vi tạo nên Hielscher Ultrasonics’ ngựa làm việc đáng tin cậy trong dây chuyền thanh trùng thực phẩm của bạn. Với diện tích nhỏ và các tùy chọn lắp đặt linh hoạt, máy siêu âm Hielscher có thể dễ dàng tích hợp hoặc trang bị thêm vào dây chuyền sản xuất hiện có.
Vui lòng liên hệ với chúng tôi để biết thêm về các tính năng và khả năng của hệ thống thanh trùng siêu âm của chúng tôi. Chúng tôi rất vui khi được thảo luận về đơn đăng ký của bạn với bạn!
Bảng dưới đây cung cấp cho bạn một dấu hiệu về khả năng xử lý gần đúng của ultrasonicators của chúng tôi: