Подобряване на сирищното подсирване на млякото чрез ултразвукова обработка

Ултразвуковото сирищно подсирване на млякото е иновативна технология за обработка, която подобрява качеството на продукта и производствената ефективност. Ултразвуковата обработка на млякото преди коагулацията е показала значителен потенциал за оптимизиране на етапа на сирищно подсирване при производството на сирене. Нискочестотният ултразвук с висока мощност може да промени структурата на млечните белтъци и казеиновите мицели, като подобри образуването на гел при сирищното подсирване. Тези ефекти правят ултразвуковата обработка мощен метод за технолозите в млечната промишленост, които се стремят да подобрят операциите по преработка на млякото и да повишат ефективността и постоянството на производството на сирене.

Значението на сирищното подсирване при производството на сирене

Сирищното подсирване е решаващият първи етап в производството на сирене. При този процес ензимът химозин разцепва молекулите на κ-казеина, което позволява на казеиновите мицели да се агрегират и да образуват триизмерна гелова мрежа, която се превръща в сиренен коагулум. Качеството на тази гелова мрежа влияе пряко върху:

• Времето за гелообразуване
• Твърдостта на сиренения коагулум
• Скоростта на втвърдяване на сиренения коагулум
• Микроструктурата и свързаността на гела

Тези параметри определят колко ефективно млякото може да се превърне в сирене и в крайна сметка влияят върху добива, текстурата и ефективността на обработката.
Поведението на млякото при сирищно подсирване обаче може да варира поради фактори като белтъчния състав, калциевия баланс, pH и структурата на казеиновите мицели. Затова технологиите, които подобряват или стабилизират тези свойства, могат да бъдат от значителна полза за преработвателите на мляко.

Как ултразвукът подобрява сирищното подсирване на млякото

Ултразвуковата обработка се осъществява чрез предаване на нискочестотни ултразвукови вълни (>20 kHz) в течни среди. Това предизвиква акустична кавитация, при която микроскопични мехурчета се образуват и бързо колапсират, създавайки локализирани механични сили, турбулентност и микроструи в течността.
Тези механични ефекти могат да променят физическата структура на млечните белтъци, без да са необходими високи температури.
Изследване на Liu и съавт. (2014) показва, че ултразвуковата обработка на обезмаслено мляко при 20 kHz преди сирищното подсирване значително подобрява характеристиките на гелообразуване на млякото.

Изследването показва, че ултразвуковата обработка:

• Намалява времето за гелообразуване, необходимо за сирищната коагулация
• Увеличава скоростта на втвърдяване на сиренения коагулум
• Образува по-здрави гелове с по-висока твърдост на сиренения коагулум
• Подобрява свързаността на геловата мрежа, образувана при сирищна коагулация

Тези подобрения се отдават на предизвиканите от ултразвука промени в млечните белтъци и структурата на казеиновите мицели.
Същите резултати са описани в каченото изследване, според което млякото, обработено с ултразвук при pH 8 и с повторно коригирано pH до 6,7, показва най-изразените подобрения в коагулационните характеристики.

Основни структурни ефекти в млякото

Ултразвуковата обработка променя микроструктурата на млечните белтъци по няколко начина. Според изследването и свързаните с него проучвания:

• Намаляване на размера на казеиновите мицели поради механичните сили, предизвикани от кавитацията
• Образуване на по-малки белтъчни агрегати
• Увеличаване на площта на повърхността на казеиновите частици
• Засилване на взаимодействията между белтъците по време на коагулацията

Тези структурни промени позволяват по-ефективна агрегация след добавянето на сирище.

Резултатите, докладвани в изследването, подчертават значителни подобрения в ефективността. Например:

1. Времето за гелообразуване намалява от около 40 минути при необработеното мляко до приблизително 28 минути при ултразвуково обработеното мляко
2. Твърдостта на сиренения коагулум се увеличава няколко пъти в сравнение с необработената контролна проба
3. Скоростта на втвърдяване на сиренения коагулум се увеличава значително

Тези промени водят пряко до по-бързо и по-устойчиво образуване на сиренен коагулум при производството на сирене.

Ултразвуково сирищно подсирване: предимства за производителите на млечни продукти и сирене

За промишлената преработка на млечни продукти потенциалните ползи от подобреното чрез ултразвук сирищно подсирване са значителни.

По-бърза обработка

Ултразвукът намалява времето за гелообразуване, което може да ускори ранните етапи на производството на сирене.

• По-кратко време за коагулация
• По-бързо образуване на сиренен коагулум
• Потенциално по-висока производителност на производствените линии

Подобрена структура на сиренения коагулум

Ултразвуковата обработка води до по-плътна белтъчна мрежа с повече взаимни връзки, като образува по-здрав сиренен коагулум.

Това може да допринесе за:

• По-добра обработка на сиренения коагулум
• По-добро отделяне на суроватката
• Подобрен контрол на текстурата

Повишена производствена ефективност

По-здравите гелове и по-бързата коагулация могат да позволят:

• По-висок потенциален добив на сирене
• Намалено време за обработка
• По-постоянно качество на продукта

Тези предимства са особено значими за мащабното производство на сирене, при което малки подобрения в ефективността на процеса могат да доведат до значителни икономически ползи.

Ултразвукът като нетермична технология за преработка на млечни продукти

Един от най-привлекателните аспекти на ултразвуковата обработка на млякото е, че тя се счита за нетермична или щадяща технология за обработка.
За разлика от традиционните топлинни обработки, ултразвукът може да променя структурните свойства на белтъците чрез механичните ефекти на кавитацията, вместо чрез високи температури. Това помага да се запазят функционалните и хранителните характеристики на компонентите на млякото.
Скорошни обзорни публикации изтъкват ултразвука като ефективен и надежден метод за контролиране на функционалните свойства на белтъците и процесите на гелообразуване в млечни системи, включително сирене и ферментирали млечни продукти.
За технолозите в млечната промишленост това открива възможности да адаптират функционалните свойства на млякото, без да компрометират качеството на продукта.

Промишлено внедряване в млекопреработвателни предприятия

С преминаването на изследванията от лабораторни проучвания към промишлено приложение надеждността на оборудването и съответствието с изискванията за безопасност на храните стават съществени съображения.
Промишлените системи за ултразвукова обработка, като разработените от Hielscher Ultrasonics, са проектирани с хигиенична конструкция и за безопасен монтаж в среда за преработка на храни. Такива системи могат да се експлоатират в съответствие с насоките на cGMP и FDA, а приложенията за преработка на храни могат да бъдат валидирани и сертифицирани чрез изпитвания от независими трети страни.
Ултразвуковите процесори на Hielscher се свързват лесно със софтуера на технологичните инсталации и се интегрират безпроблемно в съществуващите производствени линии. Автоматизираното записване на данните за параметрите на ултразвуковия процес осигурява наблюдение и контрол на качеството в съответствие с насоките на cGMP.
Това прави ултразвуковата обработка на млякото практична технология за търговските млекопреработвателни предприятия, които търсят иновации в процесите.
За технолозите в млечната промишленост и производителите на сирене този подход представлява надеждна технологична стъпка към по-ефективни, контролируеми и иновативни процеси за производство на сирене.

Таблицата по-долу дава представа за приблизителния капацитет за обработка на нашите ултразвукови процесори:

Проектиране, производство и консултации – качество, произведено в Германия

Ултразвуковите процесори на Hielscher са добре известни с най-високите си стандарти за качество и проектиране. Здравината и лесната работа позволяват безпроблемното интегриране на нашите ултразвукови процесори в промишлени съоръжения. Ултразвуковите процесори на Hielscher лесно се справят с тежки условия и взискателни среди.
Hielscher Ultrasonics е компания, сертифицирана по ISO, и поставя специален акцент върху високопроизводителните ултразвукови процесори, които се отличават с най-съвременни технологии и удобство при работа. Разбира се, ултразвуковите процесори на Hielscher са в съответствие с CE и отговарят на изискванията на UL, CSA и RoHs.