تحسين تصنيع الجبن باستخدام الموجات فوق الصوتية عالية القدرة

يمكن تحسين إنتاج أنواع مختلفة من الجبن، مثل الأجبان الصلبة والأجبان الطرية والخثارة، المصنوعة من أنواع مختلفة من الحليب (مثل حليب الأبقار والماعز والأغنام والجاموس والإبل وغيرها)، بكفاءة باستخدام المعالجة بالموجات فوق الصوتية. ويسرّع تطبيق الموجات فوق الصوتية عالية الشدة التجانس والتخمير والإنضاج، ويحسّن الاستقرار الميكروبي، ويُظهر تأثيرات إيجابية على القيمة الغذائية والقوام.

الموجات فوق الصوتية عالية الشدة تحسّن إنتاج الجبن

تُعد معالجة الأغذية بالموجات فوق الصوتية تقنية راسخة لتحسين تجانس الحليب وتخميره في تصنيع الجبن. علاوة على ذلك، تُستخدم المعالجة بالموجات فوق الصوتية بالاقتران مع المعالجة الحرارية المعتدلة – المعروفة باسم المعالجة الحرارية بالموجات فوق الصوتية – بديلاً للبسترة التقليدية القائمة على الحرارة، مما يحمي المغذيات، مثل الفيتامينات والأحماض الأمينية والدهون، من التحلل الحراري. ويمكن تكثيف إنتاج الجبن باستخدام الحليب أو مصل اللبن وتحسينه بدرجة كبيرة من خلال تطبيق الموجات فوق الصوتية عالية الشدة ومنخفضة التردد.

تأثيرات الموجات فوق الصوتية عالية الشدة على بنية الحليب والخثارة في إنتاج الجبن

طُبّقت المعالجة بالموجات فوق الصوتية بنجاح في عمليات إنتاج الجبن باستخدام حليب الأبقار والأغنام والجاموس والماعز والإبل والخيل.
يمكن استخدام إنتاج الجبن المعزّز بالموجات فوق الصوتية لإنتاج مجموعة واسعة من أصناف الجبن، بما فيها جبن الشيدر وجبن الفيتا والجبن الكريمي وجبن الخثارة وجبن البانيلا المكسيكي والجبن الطري من التقاليد الإسبانية وأجبان متخصصة أخرى.
تشمل تأثيرات الموجات فوق الصوتية منخفضة التردد وعالية الشدة على الحليب أثناء إنتاج الجبن زيادة قوة الهلام وصلابته، وتسريع تكوّن الهلام، وزيادة مساحة السطح النوعية، وتقليل تماسك الخثارة، والحصول على توزيع لحجوم جسيمات كريات الدهون أصغر وأكثر تجانسًا، وتعزيز قدرة الاحتفاظ بالماء.
وتزيد التحسينات في التجانس الناتجة عن الموجات فوق الصوتية والتوزيع الأكثر انتظامًا لكريات دهن الحليب من جودة الجبن. فعلى سبيل المثال، أظهرت دراسات على حليب الماعز المخثّر بإنزيم الرينين أن الهلام الناتج بعد 10 دقائق من المعالجة بالموجات فوق الصوتية اتّسم ببنية شبكية أكثر كثافة ومترابطة بروابط عرضية. وأنتج ذلك بنية مجهرية أكثر تجانسًا ذات مسام وفيرة كانت أصغر بكثير من تلك الملاحظة في خثارة الحليب غير المعالج بالموجات فوق الصوتية.
تشير هذه الاختلافات البنيوية إلى أن خثارة حليب الماعز المعالجة بالموجات فوق الصوتية عالية القدرة تتّسم بتماسك أكبر، مع قيم G’max (معامل التخزين الأقصى) تتجاوز 100 Pa – وهي قيم أعلى حتى من تلك المبلّغ عنها لحليب الأبقار. ولوحظ تحسّن مماثل في الالتصاقية (قوة الروابط الداخلية ضمن العينة). وبوجه عام، تشير هذه النتائج إلى أن الموجات فوق الصوتية عالية الشدة تعزّز تفاعلات أقوى بين مكونات الحليب، مما يحسّن خصائص التماسك أثناء تخثّر الحليب في إنتاج الجبن (راجع Carrillo-Lopez et al., 2021).

تعزّز المعالجة بالموجات فوق الصوتية أيضًا تخثير الحليب بالمنفحة. اقرأ المزيد!

تأثيرات الموجات فوق الصوتية على إنتاج الأجبان

دُرست تأثيرات الموجات فوق الصوتية عالية الشدة على معالجة منتجات الألبان وتصنيع الجبن دراسة مكثّفة.
زيادة مردود الجبن: أدّت معالجة الحليب الخام الطازج بالموجات فوق الصوتية باستخدام جهاز المعالجة بالموجات فوق الصوتية UP400S أثناء إنتاج جبن البانيلا إلى زيادة مردود الجبن (%)، رغم زيادة السائل المنفصل. وتعزّز الموجات فوق الصوتية عالية الشدة (HIU) الدرجات اللونية الصفراء والتلوّن في الجبن عند 10 min. ولكن لا تتأثر إحداثيات اللون L* أو a* أو C*. وارتفعت قيمة pH من 6.6 إلى 6.74 بعد 5 min من المعالجة بالموجات فوق الصوتية، لكنها انخفضت عند 10 min. (راجع Carrillo-Lopez et al., 2020)
تحسين قوام الجبن: فيما يتعلق بالدراسات التي أُجريت على الجبن، أفاد Bermúdez-Aguirre وBarbosa-Cánovas بأن الجبن الطازج الناتج من الحليب المعالج حراريًا بالموجات فوق الصوتية (باستخدام جهاز Hielscher UP400S – 400 W، 24 kHz، 63 °C، 30 min) كان أطرى وأكثر هشاشة من الجبن الناتج من حليب المجموعة الضابطة (دون معالجة حرارية بالموجات فوق الصوتية). وأدّت هذه الخصائص إلى جبن أسهل تفتيتًا، وهي صفة مرغوبة في الجبن الطازج. وفسّر هؤلاء المؤلفون هذا السلوك بالإشارة إلى أن البنية المجهرية للجبن المصنوع من الحليب المعالج حراريًا بالموجات فوق الصوتية أظهرت بنية أكثر تجانسًا مقارنة بالجبن المصنوع من الحليب غير المعالج بالموجات فوق الصوتية. كما أشاروا إلى أن المعالجة الحرارية بالموجات فوق الصوتية حسّنت تجانس البروتينات والدهون وزادت احتجاز جزيئات الماء في المصفوفة. ومن ثم، يمكن افتراض أن الموجات فوق الصوتية عالية الشدة (HIU) تعزّز تفاعلات قوية بين مكونات الحليب، مما يحسّن خصائص التماسك أثناء التخثّر.

تأثير الموجات فوق الصوتية على منتجات الألبان: اللزوجة والريولوجيا والتجانس والنشاط الميكروبي

تُنتَج منتجات الألبان من الحليب الحيواني، مثل حليب الأبقار أو الأغنام أو الماعز أو الجاموس أو الخيل أو الإبل. وبعد جمع الحليب، يمكن معالجته لإنتاج منتجات مختلفة، مثل الحليب المتجانس والحليب منزوع الدسم والزبادي والقشدة والزبدة والجبن ومصل اللبن والكازين أو مسحوق الحليب. ويُعد حليب الأبقار أهم مادة خام لصناعة الألبان، بإنتاج عالمي يبلغ 542,069,000 طن/سنة.[Gerosa et al. 2012]
مصل اللبن (مصل الحليب) منتج ثانوي لإنتاج الجبن أو الكازين. ويتكوّن أساسًا من globinstagers ألفا-لاكتالبومين α-lactalbumin (~65%)، وبيتا-لاكتوغلوبولين β-lactoglobulin (~25%)، وكذلك كميات صغيرة من ألبومين المصل (~8%) والغلوبولينات المناعية. وبروتينات مصل اللبن هي بروتينات كروية يمكن استخلاصها من مصل اللبن.
يُنتَج مسحوق الحليب باستخدام مجففات الرذاذ لتجفيف الحليب وتبخير السائل فيه بهدف الحصول على مسحوق الحليب الجاف النقي. ونظرًا إلى الاستهلاك المرتفع للغاية للطاقة في مجففات الرذاذ، فإن ارتفاع تركيز المواد الصلبة في السائل مهم لتحسين كفاءة العملية.

“عولجت عينات من الحليب الطازج منزوع الدسم، والكازين المذَيَّلي المعاد تحضيره، ومسحوق الكازين بالموجات فوق الصوتية عند 20kHz لدراسة تأثير المعالجة بالموجات فوق الصوتية. وفي الحليب الطازج منزوع الدسم، انخفض متوسط حجم كريات الدهون المتبقية بنحو 10nm بعد 60min من المعالجة بالموجات فوق الصوتية؛ إلا أن حجم مذيلات الكازين تبيّن أنه لم يتغير. وحدثت أيضًا زيادة طفيفة في بروتين مصل اللبن الذائب وانخفاض مقابل في اللزوجة خلال الدقائق القليلة الأولى من المعالجة بالموجات فوق الصوتية، وهو ما يمكن أن يُعزى إلى تفكك تجمعات الكازين وبروتين مصل اللبن. ولم يكن من الممكن الكشف عن أي تغيرات قابلة للقياس في محتوى الكازين الحر في عينات الحليب منزوع الدسم التي خضعت للطرد المركزي الفائق وعولجت بالموجات فوق الصوتية لمدة تصل إلى 60min. وأدّت المعالجة بالموجات فوق الصوتية إلى انخفاض طفيف ومؤقت في pH؛ إلا أنه لم يُلاحظ أي تغير قابل للقياس في تركيز الكالسيوم الذائب. ولذلك، كانت مذيلات الكازين في الحليب الطازج منزوع الدسم مستقرة أثناء التعرض للمعالجة بالموجات فوق الصوتية. وحُصل على نتائج مماثلة للكازين المذَيَّلي المعاد تحضيره، في حين لوحظت تغيرات أكبر في اللزوجة مع زيادة محتوى بروتين مصل اللبن. ويمكن استخدام التطبيق المنضبط للموجات فوق الصوتية على نحو مفيد لعكس تجمع البروتينات الناتج عن المعالجة دون التأثير على الحالة الأصلية لمذيلات الكازين.” [Chandrapala et al. 2012]

تأثيرات الموجات فوق الصوتية عالية الشدة على مغذيات الحليب والاستقرار الميكروبي

درس Razavi وKenari (2020) تأثير الموجات فوق الصوتية عالية الشدة المقترنة بعملية معالجة حرارية معتدلة لتعطيل الميكروبات والإنزيمات التي تؤدي إلى فساد الأغذية وتراجع سلامتها. وكان هدف دراستهما تقييم تأثير المعالجة بالموجات فوق الصوتية بوصفها بديلاً للمعالجة الحرارية بدرجات حرارة مرتفعة على العدد الميكروبي، وأكسدة الدهون بوصفها مؤشرًا للجودة، والفيتامينات بوصفها خصائص غذائية للحليب. وأظهرت النتائج أن الموجات فوق الصوتية استطاعت تقليل الحمل الميكروبي للحليب، وأحدثت تغيرات أقل في الفيتامينات مقارنة بالحليب المعالج بالمعالجة الحرارية التقليدية. وفي هذا الصدد، تبيّن أن المعالجة باستخدام مسبار للموجات فوق الصوتية كانت متفوقة وبلغت أعلى فعالية عند شدة 75%. ويُوصى باستخدام الموجات فوق الصوتية من نوع المسبار عند 55°C وشدة 75% لمدة 10 دقائق بوصفها عملية غير إتلافية لبسترة الحليب.

مجانسات عالية الأداء بالموجات فوق الصوتية لإنتاج الجبن

تتمتع Hielscher Ultrasonics بخبرة طويلة في تطبيق الموجات فوق الصوتية عالية القدرة في صناعة الأغذية والمشروبات، وكذلك في العديد من الفروع الصناعية الأخرى. وقد جُهّزت معالجاتنا بالموجات فوق الصوتية بسونوترودات وخلايا تدفق سهلة التنظيف (التنظيف في المكان CIP / التعقيم في المكان SIP)، وهي الأجزاء الملامسة للسائل. ويمكن لمعالجات Hielscher Ultrasonics الصناعية بالموجات فوق الصوتية توفير سعات اهتزاز عالية جدًا. ويمكن بسهولة تشغيل سعات اهتزاز تصل إلى 200µm بصورة مستمرة في التشغيل على مدار 24/7. وتُعد سعات الاهتزاز العالية مهمة لتعطيل الميكروبات الأكثر مقاومة (مثل البكتيريا موجبة الغرام). وللحصول على سعات اهتزاز أعلى، تتوفر سونوترودات مخصصة للموجات فوق الصوتية. ويمكن تشغيل جميع السونوترودات ومفاعلات خلايا التدفق بالموجات فوق الصوتية تحت درجات حرارة وضغوط مرتفعة، مما يتيح معالجة موثوقة بالموجات فوق الصوتية المقترنة بالحرارة والضغط وبسترة عالية الفعالية.
تجعل التقنية المتطورة والأداء العالي والبرمجيات المتقدمة أجهزة Hielscher Ultrasonics معدات عمل موثوقة في خط بسترة الأغذية لديك. وبفضل المساحة الصغيرة التي تشغلها وخيارات التركيب المتنوعة، يمكن بسهولة دمج أجهزة Hielscher للمعالجة بالموجات فوق الصوتية في خطوط الإنتاج القائمة أو إضافتها إليها لتحديثها.
يرجى التواصل معنا الآن لمعرفة المزيد عن ميزات أنظمة التجانس بالموجات فوق الصوتية لدينا وقدراتها. يسعدنا مناقشة تطبيقك الخاص بالجبن معك!

يوفر لك الجدول أدناه مؤشرًا إلى سعة المعالجة التقريبية لأجهزتنا للمعالجة بالموجات فوق الصوتية: