پاستوریزاسیون غیر حرارتی التراسونیک

۲۴ تیر ۱۴۰۳ غذایی پاستوریزاسیون غیر حرارتی ، پاستوریزاسیون آب میوه ، پاستوریزاسیون شیر

پاستوریزاسیون غیرحرارتی التراسونیک

پاستوریزاسیون غیر حرارتی التراسونیک یک فرایند استریلیزاسیون غیر حرارتی است که برای غیر فعال کردن میکروب‌ها مانند E.coli، Pseudomonas fluorescens، Listeria monocytogenes، Staphylococcus aureus، Bacillus coagulans، Anoxybacillus flavithermus و بسیاری دیگر از میکروب‌ها برای جلوگیری از فساد میکروبی و دستیابی به پایداری بلند مدت مواد غذایی و نوشیدنی‌ها استفاده می‌شود.

پاستوریزاسیون غیر حرارتی مواد غذایی و نوشیدنی‌ها با التراسونیک هموژنایزر

پاستوریزاسیون غیر حرارتی التراسونیک یک فناوری جایگزین است که برای از بین بردن یا غیرفعال کردن ارگانیسم‌ها و آنزیم‌هایی که به فساد مواد غذایی منجر می‌شوند، استفاده می‌شود. التراسونیک می‌تواند برای پاستوریزه کردن غذاهای کنسرو شده، شیر، لبنیات، تخم مرغ، آبمیوه، نوشیدنی‌های با محتوای الکل پایین و سایر مواد غذایی مایع استفاده شود. التراسونیک به تنهایی و همچنین التراسونیک همراه با شرایط حرارت و فشار بالا (معروف به ترمو-مانو-سونیکیشن) می‌تواند به طور موثر آبمیوه، شیر، لبنیات، تخم مرغ مایع و سایر محصولات غذایی را پاستوریزه کند. پاستوریزاسیون غیرحرارتی التراسونیک تکنیک‌های سنتی پاستوریزاسیون را بهبود می‌بخشد زیرا التراسونیک بر محتوای مغذی و ویژگی‌های فیزیکی محصولات غذایی تحت فرآوری تاثیر منفی نمی‌گذارد. استفاده از التراسونیک یا ترمو-مانو-سونیکیشن برای پاستوریزاسیون غیر حرارتی محصولات غذایی مایع می‌تواند محصولی با بار غذایی و کیفیت بالاتری نسبت به روش پاستوریزاسیون با دمای بالا و زمان کوتاه (HTST) سنتی فراهم کند.

مطالعات تحقیقاتی مانند مطالعه Beslar و همکاران (2015) نشان داده‌اند که فرآوری التراسونیک می‌تواند مزایای قابل توجهی برای فرآیند تولید آبمیوه‌ها از جمله عوامل کیفیتی بهبود یافته، مانند بهره‌وری، استخراج، ابرناکی، خواص رئولوژیکی و رنگ و همچنین زمان ماندگاری را فراهم کند.

پاستوریزاسیون غیر حرارتی التراسونیک

منحنی‌های بقای باکتری E.coli (a) و استافیلوکوکوس آورئوس (b) در آب‌سیب پس از فرآوری التراسونیک (UT) در دماهای مختلف و پس از فرآوری حرارتی (HT) در همان دماها.(پاستوریزاسیون غیر حرارتی التراسونیک)

تصویر و مطالعه: بابلی و همکاران ۲۰۱۵

چگونه پاستوریزاسیون غیر حرارتی اولتراسونیک کار می‌کند؟

غیر فعال سازی و از بین ‌بردن میکروب‌ها با التراسونیک تکنیکی غیرحرارتی است، به این معنی که اساس کار آن بر پایه حرارت نیست. پاستوریزاسیون غیر حرارتی التراسونیک اصلی‌ترین اثرات خود را از اثرات کاویتاسیون التراسونیک بر سیستم بر می‌گیرد. پدیده کویتاسیون التراسونیک به خاطر دماها، فشارها و اختلاف فشار موضعی که در اطراف حباب‌های کوچک کاویتاسیون اتفاق می‌افتد، شناخته شده ‌است. علاوه بر این، کاویتاسیون التراسونیک توانایی ایجاد نیروهای بسیار شدید برشی، جت های مایع و توربولانس را دارد. این نیروهای مخرب صدمات گسترده‌ای به سلول‌های میکروبی وارد می‌کنند، از جمله سوراخ کردن و تخریب سلول. سوراخ کردن و تخریب سلول اثرات منحصربفردی هستند که در سلول‌های تحت التراسونیک و به خاطر جت‌های مایعی که از اثرات انفجاری تولید می‌شوند، مشاهده می‌شوند.

پاستوریزاسون غیر حرارتی التراسونیک یا پاستوریزاسیون سنتی

صنایع غذایی و نوشیدنی از پاستوریزاسیون سنتی به طور گسترده استفاده می‌کنند تا میکروب‌هایی مانند باکتری‌ها، مخمرها و قارچ‌ها را غیرفعال یا از بین ببرند تا از فساد میکروبی جلوگیری کنند و مدت زمان نگهداری و پایداری محصولات خود را بیشتر کنند. پاستوریزاسیون سنتی با یک فرآیند کوتاه در دماهای بالا که معمولاً زیر ۱۰۰ درجه سانتی‌گراد (۲۱۲ درجه فارنهایت) است، کار می‌کند. دمای دقیق و مدت زمان معمولاً به محصول غذایی خاص و میکروب‌ها که باید غیرفعال شوند، تنظیم می‌شود. کارایی یک فرآیند پاستوریزاسیون توسط نرخ غیرفعال‌سازی میکروب‌ها تعیین می‌شود که به عنوان کاهش لگاریتمی اندازه‌گیری می‌شود. کاهش لگاریتمی درصد میکروب‌های غیرفعال شده در یک دمای خاص در طول زمان خاص را اندازه‌گیری می‌کند. شرایط فرآیند دما و نرخ غیرفعال‌سازی میکروب‌ها توسط نوع میکروب‌ها و همچنین ترکیب محصول غذایی تحت تأثیر قرار می‌گیرند. پاستوریزاسیون حرارتی سنتی دارای چندین عیب است که از غیرفعال‌سازی ناکافی میکروب‌ها، اثرات منفی بر محصول غذایی و همچنین گرمایش نامنظم از طریق محصول تحت فرآوری می‌توان نام برد. گرمایش ناکافی ناشی از مدت زمان پاستوریزاسیون کوتاه یا دمای پایین، به نرخ کاهش لگاریتمی کم و فساد میکروبی پی‌درپی منجر می‌شود. گرمایش زیاد می‌تواند به خرابی محصول منجر شود مانند طعم‌ سوختگی و کاهش چگالی مواد مغذی به دلیل از بین رفتن مواد مغذی حساس به دما. در حالی که هیچ یک از این مشکلات در پاستوریزاسیون غیر حرارتی التراسونیک دیده نمی شود.

معایب پاستوریزاسیون سنتی

می‌تواند مواد مغذی مهم را از بین ببرد یا آسیب بزند
می‌تواند طعم‌های نامطلوبی ایجاد کند
نیاز به انرژی بالا
بر روی پاتوژن‌های مقاوم به گرما موثر نیست
به همه محصولات غذایی قابل اعمال نیست

پاستوریزاسیون غیر حرارتی التراسونیک لبنیات

سونیکیشن، ترموسونیکیشن و ترمومانوسونیکیشن برای پاستوریزاسیون غیر حرارتی شیر و محصولات لبنی به صورت گسترده مورد تحقیق قرار گرفته‌اند. به عنوان مثال، التراسونیک می‌تواند میکروارگانهای فاسدکننده و بیماری زا را به صفر یا به حدود قابل قبول بر اساس قوانین شیر در آفریقای جنوبی و بریتانیا، از بین ببرد، حتی زمانی که شدت آلودگی اولیه 5 برابر بیشتر از مجاز بودند. تعداد سلول‌های قابل اندازه‌گیری قارچی کلی بعد از 10.0 دقیقه التراسونیک 100% کاهش یافت. علاوه بر این نشان داده شد که تعداد قابل اندازه‌گیری سلول‌های Pseudomonas fluorescens بعد از 6.0 دقیقه و Listeria monocytogenes بعد از 10.0 دقیقه به ترتیب 100% و 99% کاهش یافت. (کامرون و همکاران 2009)

تحقیقات نشان داد که ترمو-سونیکیشن می‌تواند لیستریا اینوکوا و باکتری‌های مزوفیلی را در شیر خام کامل غیرفعال کند. التراسونیک به عنوان یک فناوری قابل قبول برای پاستوریزه و هموژن‌کردن شیر نشان داده شد، با زمان‌های پردازش کوتاه‌تر بدون تغییرات مهم در pH و میزان اسید لاکتیک، همچنین با ظاهر و پیوستگی بهتر نسبت به دستورالعمل‌های حرارتی سنتی.

پاستوریزاسیون غیر حرارتی التراسونیک شیر

پاستوریزاسیون غیر حرارتی التراسونیک آبمیوه‌ها و پوره میوه‌ها

پاستوریزاسیون غیر حرارتی التراسونیک به عنوان یک روش پاستوریزاسیون جایگزین کارا و سریع جهت غیرفعال کردن اشرشیاکلی و استافیلوکوکوس اورئوس در آب سیب اعمال شد. زمان کاهش 5 لگاریتمی برای اشرشیاکلی در ۶۰ درجه سانتیگراد ۳۵ ثانیه بود و برای استافیلوکوکوس اورئوس در ۶۲ درجه سانتیگراد ۳۰ ثانیه بود. با این حال، در مطالعه مشخص شد که محتوای بالای پالپ باعث کاهش قدرت کشندگی التراسونیک نسبت به استافیلوکوکوس اورئوس شده ولی تأثیر معنی‌داری بر اشرشیاکلی نداشت. باید توجه داشت که فرآیند تحت فشار انجام نشده بود. سونیکشن تحت فشارهای بالا باعث تشدید کاویتاسیون التراسونیک و در نتیجه غیرفعال کردن میکروبی در مایعات چسبناک‌تر می‌شود. اعمال التراسونیک تأثیر معنی‌داری بر فعالیت آنتی‌اکسیدانی که توسط فعالیت پاک‌سازی رادیکال 2,2-دی‌فنیل-1-پی‌سریل‌هیدرازیل (DPPH) تعیین شده بود نداشت، اما محتوای فنل کل را به شکل معنی‌داری افزایش داد. فرآوری التراسونیک منجر به آب میوه با پایداری بیشتر و یکنواختی بالاتر شد.

پاستوریزاسیون غیر حرارتی آب سیب

تخریب التراسونیک باکتری‌های گرم مثبت و گرم منفی

باکتری‌های گرم مثبت مانند لیستریا مونوسیتوژنز یا استافیلوکوکوس آورئوس به طور کلی مقاومت بیشتری نسبت به باکتری‌های گرم منفی دارند و به دلیل دیواره‌های سلولی ضخیم‌تر، در مقابل فناوری‌های پاستوریزاسیون مانند PEF، HPP و منو-سونیکشن (MS) برای دوره‌های فرآوری بلندتر مقاومت می‌کنند. باکتری‌های گرم منفی دو غشا سلولی چربی دارند - یکی بیرونی و یکی سیتوپلاسمی - با لایه نازکی از پپتیدوگلیکان بین آن‌ها که باعث حساسیت بیشتر آن‌ها نسبت به تخریب التراسونیک می‌شود. از سوی دیگر، باکتری‌های گرم مثبت تنها یک غشای سلولی چربی با دیواره پپتیدوگلیکان ضخیم دارند که باعث مقاومت بیشتر آن‌ها در برابر فرآروی پاستوریزاسیون می‌شود. تحقیقات علمی تأثیر التراسونیک بر باکتری‌های گرم منفی و گرم مثبت را مقایسه کرده و متوجه شده‌اند که تأثیر بازدارندگی قوی‌تری بر باکتری‌های گرم منفی دارد. باکتری‌های گرم مثبت نیازمند شرایط التراسونیک شدیدتری مثل دامنه‌های بالاتر، دماهای بالاتر، فشارهای بالاتر و/یا زمان‌های سونیکیشن طولانی‌تر هستند. سیستم‌های التراسونیک قدرتمند آواپرداز قادر به ارائه دامنه‌های بسیار بالا هستند و می‌توانند در دماهای بالا و با راکتورهای التراسونیک تحت فشار عمل کنند. این امکان را برای سونیکیشن شدید / ترمو-منو-سونیکیشن فراهم می‌کند تا حتی سویه‌های باکتری بسیار مقاوم را تخریب کند.

باکتری‌های دماپا، باکتری‌هایی هستند که می‌توانند در طیف گسترده‌ای از فرآیند پاستوریزاسیون زنده بمانند. گونه‌های باکتری‌های دماپا شامل باسیل، کلستریدیوم و انتروکوک‌ها هستند. اما "التراسونیک در 80 درصد از دامنه، به مدت 10 دقیقه باعث غیرفعال شدن سلول‌های گیاهی B. coagulans و A. flavithermus در شیر پاستوریزه شده شد که به ترتیب 4.53 و 4.26 لگاریتم کاهش یافت. یک فرآیند ترکیبی از پاستوریزاسیون (دمای 63 سانتی‌گراد/30 دقیقه) دنبال شده توسط التراسونیک، حدوداً log 6 cfu/mL از این سلول‌ها را در شیر پاستوریزه شده از بین می‌برد." (خانل و همکاران، 2014)