Технология ультразвуковой стерилизации варенья

Технология ультразвуковой стерилизации варенья

Это технология нетермической обработки, использующая ультразвуковую энергию, предназначенная для стерилизации и сохранения жидких пищевых продуктов, таких как джемы, без использования высоких температур или с минимальным нагреванием.

Основная концепция: Что такое технология ультразвуковой стерилизации варенья?

Технология ультразвуковой стерилизации варенья, также известная как ультразвуковая стерилизация или акустическая кавитационная стерилизация, использует высокоинтенсивный низкочастотный ультразвук (обычно в диапазоне 20–100 кГц) для создания сильных физических и химических эффектов в жидких средах (таких как варенье), тем самым разрушая структуру микроорганизмов (таких как бактерии, дрожжи и плесень), достигая стерилизации или значительно уменьшая количество микроорганизмов.

Его часто сочетают с мягким нагревом (50–60°C) или умеренным давлением для создания синергетического эффекта, значительно повышающего эффективность стерилизации.

Принцип работы: эффект акустической кавитации

В основе этой технологии лежит эффект акустической кавитации. Весь процесс можно разбить на следующие этапы:

Ультразвуковая инъекция: ультразвук высокой интенсивности передается в варенье через преобразователь.

Образование кавитационного пузыря: Ультразвуковые волны представляют собой продольные волны с чередующимися сжатиями и разрежениями. В фазе отрицательного давления (редкая фаза) жидкость растягивается, и существующие крошечные ядра газа (ядра кавитации) внутри быстро расширяются, образуя крошечные пузырьки.

Коллапс кавитационного пузыря: сразу после фазы положительного давления (фаза сжатия) эти вновь расширенные пузырьки быстро сжимаются и взрываются за чрезвычайно короткое время (микросекунды или даже наносекунды), разрушаясь и распадаясь.

Высвобождение энергии. Этот процесс имплозии создает чрезвычайно экстремальные местные условия:

Чрезвычайно высокие температуры: в эпицентре коллапса теоретические температуры могут достигать более 5000 К (приближаясь к температуре поверхности Солнца).

Чрезвычайно высокое давление: местное давление может достигать более 1000 атмосфер.

Интенсивные ударные волны и микроструи: асимметричное схлопывание пузырьков порождает высокоскоростные микроструи и мощные ударные волны.

Механизм стерилизации: Как эффект кавитации убивает микроорганизмы?

Экстремальная энергия, выделяющаяся при схлопывании кавитационных пузырьков, действует множеством способов, приводя к инактивации микробных клеток:

Механические и физические повреждения:

Разрыв клеточной мембраны: мощные ударные волны и микроструи действуют как «миниатюрные снаряды», напрямую поражая и разрывая клеточные стенки и мембраны микроорганизмов, вызывая утечку клеточного содержимого и полное разрушение клеточной структуры. Это основной механизм стерилизации.

Химические эффекты (атаки свободных радикалов):

Под воздействием высокой температуры и давления, возникающих в результате схлопывания кавитационных пузырьков, молекулы воды разрушаются, образуя большое количество свободных радикалов, таких как ·OH (гидроксильные радикалы) и ·H (водородные радикалы).

Эти свободные радикалы обладают чрезвычайно сильными окислительными свойствами; они атакуют клеточные мембраны, ферменты и генетический материал (ДНК/РНК) микроорганизмов, что приводит к метаболической дисфункции и смерти.

Термические эффекты:

Хотя локальная температура в точке кавитации чрезвычайно высока, ее диапазон и продолжительность чрезвычайно малы, что оказывает незначительное влияние на общую макроскопическую температуру системы заклинивания. Эта локализованная высокая температура губительно действует на микроорганизмы, находящиеся непосредственно вблизи точки коллапса.

Технические преимущества (по сравнению с традиционной тепловой стерилизацией)

По сравнению с традиционной высокотемпературной пастеризацией или мгновенной стерилизацией сверхвысокой температурой (UHT), технология ультразвуковой стерилизации предлагает значительные преимущества:

Лучшее сохранение питательных веществ и вкуса: благодаря низкой температуре обработки (даже при дополнительном нагреве она намного ниже, чем при традиционных высоких температурах), термочувствительные витамины (такие как витамин С), натуральные пигменты, ароматические вещества и вкусовые компоненты в джеме сохраняются в наибольшей степени.

Превосходный цвет и текстура: избегая чрезмерного потемнения, вызванного реакцией Майяра и карамелизацией, джем сохраняет более яркий естественный цвет и более свежую текстуру.

Энергоэффективность: ультразвуковая энергия воздействует непосредственно на микроорганизмы, что приводит к высокому использованию энергии и относительно короткому времени обработки.