Siêu âm thanh trùng 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 người khác để ngăn ngừa hư hỏng vi khuẩn và đạt được sự ổn định lâu dài của thực phẩm và đồ uống.

Thanh trùng thực phẩm không nhiệt & Đồ uống của 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 enzyme góp phần làm hỏng thực phẩm. Ultrasonication 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. Ultrasonication một mình cũng như siêu âm kết hợp với điều kiện nhiệt độ và áp suất cao (được gọi là thermo-mano-sonication) có hiệu quả thanh trùng nước ép, sữa, sữa, trứng lỏng và các sản phẩm thực phẩm khác. Một điều trị thanh trùng siêu âm tinh vi vượt trội các kỹ thuật thanh trùng truyền thống vì siêu âm không ảnh hưởng xấu đến hàm lượng chất dinh dưỡng và đặc điểm vật lý của các sản phẩm thực phẩm được điều trị. Sử dụng siêu âm hoặc thermo-mano-sonication 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 nhiệt độ cao truyền thống (HTST).
Nghiên cứu như từ Beslar et al. (2015) phát hiện ra rằng điều trị bằng siêu âm có thể cung cấp lợi thế đáng kể cho việc xử lý nước ép bao gồm các yếu tố chất lượng nâng cao, chẳng hạn như năng suất, khai thác, mây, tính chất 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 táo sau khi điều trị 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 phá hủy vi khuẩn là một kỹ thuật không nhiệt, có nghĩa là nguyên tắc làm việc chính của nó không dựa trên nhiệt. Siêu âm thanh trùng được gây ra chủ yếu bởi tác dụng của cavitation âm thanh. Hiện tượng cavitation âm thanh / siêu âm được biết đến với nhiệt độ cao cục bộ, áp suất, và vi sai tương ứng, xảy ra trong và xung quanh bong bóng cavitation phút. Hơn nữa, cavitation âm thanh tạo ra lực cắt rất dữ dội, máy bay phản lực chất lỏng và nhiễu loạn. Những lực phá hủy này gây ra thiệt hại lớn cho các tế bào vi khuẩn, thủng tế bào và gián đoạn như vậy. Tế bào thủng và gián đoạn là những hiệu ứng duy nhất được tìm thấy trong ultrasonically điều trị tế bào gây ra chủ yếu bởi các máy bay phản lực chất lỏng được tạo ra bởi cavitation.

Siêu âm thanh trùng dựa trên cavitation âm thanh và lực cắt thủy động lực học của nó

Tại sao Sonication vượt trội thanh trùng truyền thống

Ngành công nghiệp thực phẩm và đồ uống áp dụng thanh trùng thông thường rộng rãi để bất hoạt hoặc tiêu diệt các vi khuẩn như vi khuẩn, nấm men và nấm để ngăn ngừa hư hỏng vi khuẩn và cung cấp cho sản phẩm của họ thời hạn sử dụng và ổn định lâu hơn. 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 cho sản phẩm thực phẩm cụ thể và vi khuẩn, phải được bất hoạt. Hiệu quả của quá trình thanh trùng được xác định bởi tỷ lệ ngừng hoạt động của vi khuẩn, được đo bằng cách giảm nhật ký. Việc giảm nhật ký đo tỷ lệ 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 vi khuẩn 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 khác nhau, từ bất hoạt vi khuẩn không đủ, tác động tiêu cực đến sản phẩm thực phẩm cũng như sưởi ấm không đồng đều thông qua sản phẩm được xử lý. Làm nóng không đủ bởi thời gian thanh trùng ngắn hoặc nhiệt độ quá thấp dẫn đến tỷ lệ khử nhật ký thấp và hư hỏng vi khuẩn tiếp theo. Xử lý quá nhiều nhiệt có thể gây ra sự suy giảm sản phẩm như đốt cháy hương vị, và mật độ dinh dưỡng ít 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 mất hương vị
• yêu cầu năng lượng cao
• không hiệu quả chống lại việc tiêu diệt mầm bệnh chịu nhiệt
• không áp dụng cho mọi sản phẩm thực phẩm

Siêu âm thanh trùng của 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 chủng 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 thermo-sonication có thể bất hoạt Listeria innocua và vi khuẩn mesophilic trong sữa nguyên chất thô. 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 thay đổi quan trọng về hàm lượng pH và axit lactic, cùng với sự xuất hiện và nhất quán tốt hơn khi so sánh với điều trị nhiệt thông thường. Những sự thật này là thuận lợi trong nhiều khía cạnh của chế biến sữa. (Bermúdez-Aguirre và cộng sự 2009)

Siêu âm thanh trùng nước ép và trái cây purees

Siêu âm thanh trùng đã được áp dụng như một kỹ thuật thanh trùng thay thế hiệu quả và nhanh chóng để bất hoạt Escherichia coli và Staphylococcus aureus trong nước táo. Khi nước táo miễn phí bột giấy được xử lý ultrasonically, thời gian giảm 5 nhật ký là 35 s cho E. coli ở 60degC và 30 s cho S. aureus tại 62degC. Mặc dù trong nghiên cứu đã được tìm thấy rằng hàm lượng bột giấy cao làm cho siêu âm ít gây chết người cho S. aureus, trong khi nó không có tác dụng đáng kể trên E. coli, cần lưu ý rằng không có áp lực đã được áp dụng. Sonication dưới áp lực cao tăng đáng kể tăng cường cavitation siêu âm và do đó bất hoạt vi khuẩn trong chất lỏng nhớt hơn. Điều trị siêu âm không có tác dụng đáng kể đối với hoạt động chống oxy hóa được xác định bởi 2,2-diphenyl-1-picrylhydrazyl (DPPH) hoạt động nhặt rác triệt để, nhưng nó làm tăng đáng kể tổng hàm lượng phenolic. Việc điều trị cũng dẫn đến nước ép ổn định hơn với độ đồng nhất cao hơn. (xem Baboli và cộng sự 2020)

Bất hoạt siêu âm của vi khuẩn Gram dương và Gram âm

Vi khuẩn gram dương, chẳng hạn như Listeria monocytogenes hoặc Staphylococcus aureus, nói chung được biết là kháng nhiều 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 bên ngoài và một tế bào chất – màng tế bào lipid với một lớp peptidoglycan mỏng trong số chúng, khiến chúng dễ bị bất hoạt siêu âm hơn. Mặt khác, vi khuẩn gram dương chỉ có một màng lipid duy nhất với thành peptidoglycan dày hơn, mang lại cho chúng sức đề kháng cao hơn chống lại các phương pháp điều trị thanh trùng. Các nghiên cứu khoa học đã so sánh tác dụng của siêu âm điện 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 đòi hỏi 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 sonication dài hơn. Hệ thống siêu âm điện của Hielscher Ultrasonics có thể cung cấp biên độ rất cao và có thể được vận hành ở nhiệt độ cao và với lò phản ứng tế bào dòng chảy pressurizable. Điều này cho phép sonication cường độ cao / thermo-mano-sonication để bất hoạt ngay cả các chủng vi khuẩn rất kháng.

Bất hoạt siêu âm của vi khuẩn thermoduric

Vi khuẩn thermoduric là vi khuẩn có thể tồn tại, ở các mức độ khác nhau, quá trình thanh trùng. Các loài vi khuẩn nhiệt bao gồm Bacillus, Clostridium và Enterococci. "Ultrasonication ở biên độ 80% trong 10 phút tuy nhiên, bất hoạt các tế bào thực vật của B. coagulans và A. flavithermus trong sữa tách kem bởi 4,53, và 4,26 nhật ký, tương ứng. Một điều trị kết hợp thanh trùng (63 độ C / 30 phút) tiếp theo là ultrasonication 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 áp dụng siêu âm điện trong thực phẩm & ngành đồ uống cũng như nhiều ngành công nghiệp khác. Bộ vi xử lý siêu âm của chúng tôi được trang bị sonotrodes và tế bào dòng chảy (các bộ phận ướt) dễ làm sạch (CIP tại chỗ / khử trùng tại chỗ). Siêu âm Hielscher’ bộ vi 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 hơn (ví dụ: vi khuẩn gram dương). Đối với biên độ thậm chí cao hơn, sonotrodes siêu âm tùy chỉnh có sẵn. Tất cả các sonotrodes và lò phản ứng tế bào dòng chảy siêu âm có thể được hoạt động dưới nhiệt độ và áp suất cao, cho phép một thermo-mano-sonication đáng tin cậy và thanh trùng hiệu quả cao.
Công nghệ tiên tiến, hiệu suất cao và phần mềm tinh vi làm cho Hielscher Ultrasonics’ ngựa làm việc đáng tin cậy trong dây chuyền thanh trùng thực phẩm của bạn. Với một dấu chân nhỏ và các tùy chọn cài đặt linh hoạt, Ultrasonicators Hielscher có thể dễ dàng tích hợp hoặc trang bị retro vào dây chuyền sản xuất hiện có.
Vui lòng liên hệ với chúng tôi để tìm hiểu thêm về các tính năng và khả năng của hệ thống thanh trùng siêu âm của chúng tôi. Chúng tôi sẽ rất vui khi thảo luận về đơn đăng ký của bạn với bạn!
Bảng dưới đây cho bạn một dấu hiệu về khả năng xử lý gần đúng của máy siêu âm: