پاستوریزاسیون به روش اولتراسونیک یک فرآیند عقیم سازی غیر حرارتی برای غیرفعال کردن میکروب هایی مانند E.coli ، Pseudomonas fluorescens ، لیستریا مونوسیتوژنز ، استافیلوکوکوس اورئوس ، باسیلوس کوآگولانس ، آنوکسی باسیلوس فلاوریتموس، برای جلوگیری از فساد میکروبی و پایداری طولانی مدت مواد غذایی است.

پاستوریزاسیون غیر حرارتی مواد غذایی و نوشیدنی ها با استفاده از فراصوت

 پاستوریزاسیون به روش التراسونیک یک فناوری جایگزین غیر حرارتی است که برای از بین بردن یا غیرفعال سازی ارگانیسم ها و آنزیم هایی که در فساد غذا نقش دارند استفاده می شود. از فراصوت می توان برای پاستوریزه کردن مواد غذایی کنسرو شده، شیر، لبنیات، تخم مرغ، آب میوه ها، نوشیدنی هایی با مقدار الکل کم و سایر غذاهای مایع استفاده کرد. تابش التراسونیک (فراصوت) به تنهایی و همچنین تابش التراسونیک (فراصوت) همراه با افزایش گرما و فشار می تواند آب، شیر، لبنیات، تخم مرغ مایع و سایر محصولات غذایی را به طور موثر پاستوریزه کند. یک روش پیشرفته پاستوریزاسیون اولتراسونیک از تکنیک های سنتی پاستوریزاسیون برتری دارد، زیرا تابش التراسونیک (فراصوت) بر مواد مغذی و خصوصیات فیزیکی محصولات غذایی تحت تأثیر منفی اثر نمی گذارد. با استفاده از فراصوت یا فراصوت حرارتی به منظور پاستوریزه كردن محصولات غذایی مایع می توان محصولی غنی از مواد مغذی با كیفیت بالاتر از روش پاستوریزاسیون با درجه حرارت بالا و زمان كوتاه (HTST) تهیه كرد. مطالعات تحقیقاتی  Beslar و همکاران. (2015) دریافتند که تابش  اولتراسونیک می تواند مزایای قابل توجهی برای فراآوری آب میوه ها از جمله فاکتورهای کیفی افزایش یافته مانند عملکرد، استخراج ، ابری، خواص رئولوژیکی و رنگ و همچنین ماندگاری فراهم کند.

پاستوریزاسیون اولتراسونیک یک روش غیر حرارتی برای غیرفعال کردن میکروب ها در مواد غذایی مایع است. به دلیل دمای پایین فرآیند، از مواد مغذی و طعم دهنده ها در برابر تجزیه حرارتی جلوگیری می شود. در نتیجه، پاستوریزاسیون اولتراسونیک منجر به تولید محصولات غذایی با کیفیت بالا می شود.

منحنی های بقای اشریشیا کلی (a) و استافیلوکوکوس اورئوس (b) در آب سیب پس از تابش  اولتراسوند (UT)
در دماهای مختلف و پس از عملیات حرارتی (HT) در همان دما.
تصویر و مطالعه: بابولی و همکاران 2015

پاستوریزاسیون اولتراسونیک چگونه کار می کند؟

 غیرفعال سازی و تخریب میکروب ها در فراصوت یک روش غیر حرارتی است، به این معنی که کار اصلی آن بر پایه گرما نیست. پاستوریزاسیون اولتراسونیک عمدتاً به دلیل اثرات حفره سازی صوتی ایجاد می شود. پدیده کاویتاسیون صوتی / اولتراسونیک به دلیل دمای نقطه ای، فشارهای زیاد و دیفرانسیل مربوطه که در حباب های کاویتاسیون و حوالی آن اتفاق می افتد، شناخته می شود. علاوه بر این، ایجاد حفره صوتی باعث ایجاد نیروهای برشی بسیار شدید، جت های مایع و تلاطم می شود. این نیروهای تخریبی به سلولهای میکروبی، مثل سوراخ شدن سلول و ایجاد اختلال آسیب زیادی وارد می کنند. سوراخ شدن سلول و اختلال در آن اثرات منحصر به فردی است که در سلولهای تحت تابش فراصوت حاصل می شود و عمدتاً توسط جت های مایع تولید شده توسط حفره ایجاد می شود.

پاستوریزاسیون اولتراسونیک بر اساس کاویتاسیون صوتی و نیروهای برشی هیدرودینامیکی آن است.

 چرا Sonication بر پاستوریزاسیون سنتی برتری دارد؟

 صنایع غذایی و آشامیدنی برای غیرفعال کردن یا از بین بردن میکروب هایی مانند باکتری ، مخمر و قارچ ها، پاستوریزاسیون معمولی را برای جلوگیری از فساد میکروبی و ماندگاری و ثبات بیشتر محصولاتشان اعمال می کنند. پاستوریزاسیون متداول با یک تیمار کوتاه مدت در دمای بالاتر از 100 درجه سانتیگراد (212 درجه فارنهایت) کار می کند. دما و مدت زمان دقیق به طور معمول با محصول غذایی خاص و میکروب ها تنظیم می شود که باید غیرفعال شوند. اثر بخشی یک فرآیند پاستوریزاسیون توسط میزان غیرفعال سازی میکروبی تعیین می شود که به عنوان کاهش ورود به سیستم اندازه گیری می شود. کاهش ورود به سیستم درصد میکروب های غیرفعال شده را در یک درجه حرارت خاص در یک زمان خاص اندازه گیری می کند. شرایط تیمار دما و میزان غیرفعال سازی میکروبی تحت تأثیر نوع میکروب ها و همچنین ترکیب محصول غذایی است. پاستوریزاسیون سنتی بر پایه گرما دارای معایب مختلفی از عدم غیرفعال سازی کافی میکروبی، تأثیرات منفی بر روی محصول غذایی و همچنین گرم شدن ناهموار از طریق محصول تصفیه شده است. حرارت دادن ناکافی به مدت کوتاه پاستوریزاسیون یا دمای خیلی پایین منجر به کاهش میزان کاهش ورود به سیستم و در نتیجه فساد میکروبی می شود. عملیات حرارتی بیش از حد می تواند باعث خراب شدن محصول مانند سوزاندن عطر و طعم و تراکم مواد مغذی کمتر به دلیل از بین رفتن مواد مغذی حساس به دما شود.

معایب پاستوریزاسیون متعارف

1. می تواند مواد مغذی مهم را از بین ببرد یا آسیب برساند.

2.  می تواند باعث ایجاد طعم های نامطبوع شود.

3. نیازهای بالای انرژی

4.  بی اثر در برابر از بین بردن عوامل بیماری زا مقاوم در برابر حرارت

5. برای هر محصول غذایی قابل استفاده نیست

پاستوریزاسیون فراصوت لبنیات

 التراسونیک، التراسونیک حرارتی و التراسونیک حرارتی با فشار، به طور گسترده ای برای پاستوریزاسیون شیر و فرآورده های لبنی مورد تحقیق قرار گرفته است. به عنوان مثال، تابش التراسونیک (فراصوت) برای از بین بردن فساد و عوامل بیماری زای بالقوه به صفر یا در سطوح قابل قبول در استاندارد شیر کشور آفریقای جنوبی و انگلیس، حتی زمانی که بار میکروبی اولیه 5 برابر بالاتر از حد مجاز قبل از تابش  وجود داشت، از بین می رود. تعداد سلولهای زنده E. coli پس از 10.0 دقیقه تابش التراسونیک (فراصوت) 100٪ کاهش یافت. بعلاوه نشان داده شد که تعداد زنده سودوموناس فلورسانس پس از 6.0 دقیقه 100٪ و لیستریا مونوسیتوژنز پس از 10.0 دقیقه 99٪ کاهش یافت. (کامرون و همکاران 2009) تحقیقات همچنین نشان داد که فراصوت حرارتی می تواند لیستریا و باکتریهای مزوفیل را در شیر کامل خام غیرفعال کند. تابش التراسونیک (فراصوت) به عنوان یک فن آوری مناسب برای پاستوریزاسیون و همگن سازی شیر نشان داده شده است که مدت زمان پردازش کمتری را بدون تغییرات مهم در pH و محتوای اسید لاکتیک، همراه با ظاهر و قوام بهتر در مقایسه با تابش  حرارتی معمولی نشان می دهد. این حقایق در بسیاری از جنبه های فرآوری لبنیات سودمند است.

 (Bermúdez-Aguirre et al. 2009)

پاستوریزاسیون اولتراسونیک آب میوه ها و پوره های میوه ای

 پاستوریزاسیون به روش التراسونیک به منظور غیرفعال کردن اشریشیا کلی و استافیلوکوکوس اورئوس در آب سیب به عنوان یک روش پاستوریزاسیون جایگزین کارآمد و سریع استفاده شد. هنگامی که آب سیب خمیر کاغذ به صورت فراصوت فراآوری شد، کاهش E. coli  و برای S. aureus چشمگیر بود. اگرچه در این مطالعه مشخص شد که محتوای پالپ زیاد تابش التراسونیک (فراصوت) را برای S. aureus کمتر مرگبار است، در حالی که تأثیر قابل توجهی بر E. coli ندارد، اما باید توجه داشت که هیچ فشاری وارد نشده است. فراصوت تحت فشارهای بالا به طور قابل توجهی باعث تشدید حفره اولتراسونیک و در نتیجه غیرفعال سازی میکروبی در مایعات چسبناک تر می شود. تابش التراسونیک (فراصوت) تأثیر مهمی بر فعالیت آنتی اکسیدانی تعیین شده توسط فعالیت مهار رادیکال 2،2-دی فنیل-1-پیکریلیدرازیل (DPPH) نداشت، اما به طور قابل توجهی محتوای فنلی کل را افزایش داد. این تابش همچنین منجر به آبمیوه پایدارتر با یکنواختی بالاتر شد. (نک: بابولی و همکاران 2020)

 غیرفعال سازی اولتراسونیک باکتری‌های گرم مثبت و گرم منفی

باکتریهای گرم مثبت، مانند لیستریا مونوسیتوژنز یا استافیلوکوکوس اورئوس، به طور کلی مقاوم تر از باکتریهای گرم منفی شناخته شده و در برابر فن آوری های پاستوریزاسیون مانند PEF ، HPP و مونو سونیکینگ (MS) به دلیل سلولهای ضخیم تر، برای مدت طولانی تری مقاومت می کنند. دیوارها. باکتریهای گرم منفی دارای دو غشای سلول لیپیدی – یک خارجی و یک سیتوپلاسمی – هستند که یک لایه نازک از پپتیدو گلیکان در آنها وجود دارد، که آنها را مستعد ابتلا به غیرفعال سازی اولتراسونیک می کند. از طرف دیگر، باکتری های گرم مثبت فقط یک غشا لیپیدی دارند که دارای دیواره پپتیدو گلیکان ضخیم تری است و این باعث مقاومت بیشتر آنها در برابر تابش  های پاستوریزاسیون می شود. در تحقیقات علمی اثر تابش التراسونیک (فراصوت) قدرت بر باکتریهای گرم منفی و گرم مثبت مقایسه شده و مشخص شد که اثر مهاری قوی تری بر باکتری های گرم منفی دارد.(رجوع کنید به مونسن و همکاران 2009) باکتریهای گرم مثبت به شرایط تابش التراسونیک (فراصوت) شدیدتر، یعنی دامنه های بالاتر، درجه حرارت بالاتر، فشارهای بیشتر و یا زمان بیشتر صوتی احتیاج دارند. سیستم های تابش التراسونیک (فراصوت) با قدرتبالا شرکت فناوری ایرانیان پژوهش نصیر (فاپن) می توانند دامنه های بسیار بالا و توان بسیار بالایی را تحویل دهند و می توانند در دماهای بالا و با راکتورهای سلول فشاری تحت فشار کار کنند. این امر باعث می شود تا فراصوت و فراصوتحرارتی، شدید به منظور غیرفعال سازی سویه های باکتری بسیار مقاوم نیز صورت گیرد.

غیرفعال سازی اولتراسونیک باکتری های ترمودوریک

 باکتری های ترمودوریک باکتری هایی هستند که می توانند تا حدی متفاوت، روند پاستوریزاسیون زنده بمانند. گونه های ترمودوریک باکتری شامل باسیلوس، کلستریدیوم و انتروکوک است. “تابش التراسونیک در دامنه 80٪ به مدت 10 دقیقه ، سلولهای رویشی B. coagulans و A. flavithermus را در شیر بدون چربی به ترتیب 4.53 و 4.26 غیرفعال کرد. یک تابش  ترکیبی از پاستوریزاسیون (63 درجه سانتیگراد در 30 دقیقه) و به دنبال آن تابش التراسونیک (فراصوت) تقریباً 6 cfu / mL از این سلولها را در شیر بدون چربی کاملاً از بین برد. ” (خانال و همکاران 2014)

 مزایای پاستوریزاسیون اولتراسونیک و فراصوت/حرارت/ فشار

1. راندمان بالاتر

2. باکتری های ترمودوریک را از بین می برد

3. در برابر میکروب های مختلف موثر است

4. قابل استفاده برای غذاهای مایع

5. اثرات هم افزایی

6. استخراج مواد مغذی

7. کم مصرف

8. کار با آن آسان و ایمن است.

9. تجهیزات دارای گرید  غذایی هستند.

 پاستوریزاسیون اولتراسونیک با عملکرد بالا التراسونیک هموژنایزر شرکت فناوری ایرانیان پژوهش نصیر (فاپن)، دارای تجربه طولانی در زمینه استفاده از تابش التراسونیک (فراصوت) قدرت در صنایع غذایی و آشامیدنی و همچنین بسیاری از شاخه های صنعتی دیگر است. پردازنده های اولتراسونیک ما مجهز به سونوترودها و راکتور استیل برای تمیز کردن آسان وقابل  استریل هستند. پردازنده های اولتراسونیک صنعتی (التراسونیک هموژنایزر) شرکت فناوری ایرانیان پژوهش نصیر (فاپن)، می توانند دامنه های بسیار بالایی ارائه دهند. دامنه های تا 200 میکرومتر را می توان به راحتی و بصورت مداوم در عملیات 24/7 اجرا کرد. دامنه های بالا برای غیرفعال کردن میکروب های مقاوم تر (به عنوان مثال ، باکتری های گرم مثبت) مهم هستند. همه سونوترودها و راکتورهای سلول جریان مافوق صوت را می توان تحت درجه حرارت و فشارهای بالا کار کرد، که به شما امکان می دهد یک ترمیم-مانو-صوتی قوی داشته باشید که در پاستوریزاسیون بسیار مؤثر باشد. پیشرفته ترین فناوری، نرم افزار با کارایی بالا و پیشرفته، را در خط پاستوریزاسیون مواد غذایی شما ایجاد می کند. با استفاده از گزینه های نصب همه کاره، دستگاه های تابش التراسونیک (فراصوت)( التراسونیک هموژنایزر) شرکت فناوری ایرانیان پژوهش نصیر (فاپن)، می توانند به راحتی در خطوط تولید موجود ادغام شده و یا یکپارچه سازی شوند

شرکت فناوری ایرانیان پژوهش نصیر (فاپن)،  هموژنایزرهای اولتراسونیک با کارایی بالا را برای مخلوط کردن برنامه ها ، دیسپرس ، امولسیون و استخراج در مقیاس آزمایشگاهی ، آزمایشی و صنعتی تولید می کند.

منابع: