Poboljšana proizvodnja sira pomoću snažnog ultrazvuka

Proizvodnja različitih vrsta sira, kao što su tvrdi sirevi, meki sirevi i skuta, od različitih vrsta mlijeka (npr. kravlje, kozje, ovčje, bivolje, devino mlijeko itd.) može se učinkovito poboljšati ultrazvučnom obradom (sonikacijom). Primjena ultrazvuka visokog intenziteta ubrzava homogenizaciju, fermentaciju i zrenje, poboljšava mikrobiološku stabilnost i pokazuje pozitivne učinke na nutritivnu vrijednost i teksturu.

Ultrazvuk visokog intenziteta poboljšava proizvodnju sira

Ultrazvučna obrada hrane dobro je uspostavljena tehnologija za poboljšanje homogenizacije i fermentacije mlijeka u proizvodnji sira. Nadalje, ultrazvučna obrada (sonikacija) u kombinaciji s blagom toplinskom obradom – poznata kao termosonikacija – koristi se kao alternativa tradicionalnoj pasterizaciji zasnovanoj na toplini, čime se hranjive tvari kao što su vitamini, aminokiseline i masti štite od toplinske razgradnje. Proizvodnja sira od mlijeka ili sirutke može se značajno intenzivirati i poboljšati primjenom niskofrekventnog ultrazvuka visokog intenziteta.

Učinci ultrazvuka visokog intenziteta na strukturu mlijeka i skute u proizvodnji sira

Ultrazvučna obrada (sonikacija) uspješno se primjenjuje u procesima proizvodnje sira od goveđeg (kravljeg) mlijeka, ovčjeg mlijeka, bivoljeg mlijeka, kozjeg mlijeka, devinog mlijeka i konjskog mlijeka.
Ultrazvukom potpomognuta proizvodnja sira može se koristiti za širok raspon vrsta sira, uključujući čedar, feta sir, krem sir, skutni sir, meksički sir panela, hispanski meki sir i druge specijalitetne sireve.
Učinci niskofrekventnog ultrazvuka visokog intenziteta na mlijeko tokom proizvodnje sira uključuju povećanu čvrstoću i tvrdoću gela, ubrzano stvaranje gela, povećanu specifičnu površinu, smanjenu čvrstoću skute, manju i ujednačeniju raspodjelu veličine čestica masnih globula te poboljšanu sposobnost zadržavanja vode.
Poboljšanja homogenosti izazvana ultrazvukom i ujednačenija raspodjela globula mliječne masti dodatno poboljšavaju kvalitetu sira. Na primjer, istraživanja kozjeg mlijeka usirenog renin enzimom pokazala su da je nakon 10 minuta ultrazvučne obrade nastali gel imao gušću, umreženu strukturu mreže. Time je dobivena homogenija mikrostruktura s obilnim porama koje su bile znatno manje od onih uočenih u skuti nesonikiranog mlijeka.
Ove strukturne razlike upućuju na to da skuta kozjeg mlijeka tretirana snažnim ultrazvukom ima veću čvrstoću, uz vrijednosti G'max (maksimalni modul pohrane) veće od 100 Pa – vrijednosti čak i veće od onih zabilježenih za kravlje mlijeko. Slično poboljšanje uočeno je i kod adhezivnosti (jačine unutrašnjih veza unutar uzorka). Sveukupno, ovi nalazi pokazuju da ultrazvuk visokog intenziteta potiče jače interakcije među komponentama mlijeka, čime se poboljšavaju svojstva usirivanja mlijeka tokom proizvodnje sira (usp. Carrillo-Lopez et al., 2021).

Ultrazvučna obrada potiče i usirivanje mlijeka sirilom. Saznajte više!

Ultrazvučni učinci na proizvodnju sireva

Učinci ultrazvuka visokog intenziteta na preradu mlijeka i proizvodnju sira intenzivno su proučavani.
Povećan prinos sira: Ultrazvučna obrada svježeg sirovog mlijeka ultrazvučnim uređajem UP400S tokom proizvodnje sira panela rezultirala je povećanim prinosom sira (%), uprkos povećanju količine eksudata. HIU nakon 10 min potiče žute tonove i obojenost sira. Međutim, koordinate boje L*, a* i C* nisu zahvaćene. pH je porastao sa 6,6 na 6,74 nakon 5 min ultrazvučne obrade, ali se smanjio nakon 10 min. (usp. Carrillo-Lopez et al., 2020)
Poboljšana tekstura sira: Što se tiče istraživanja provedenih na siru, Bermúdez-Aguirre i Barbosa-Cánovas izvijestili su da je svježi sir dobiven od mlijeka tretiranog termosonikacijom (pomoću uređaja Hielscher UP400S – 400 W, 24 kHz, 63 °C, 30 min) bio mekši i lomljiviji od sira iz kontrolnog mlijeka (bez termosonikacije). Te su karakteristike rezultirale sirom koji se lakše mrvi, što je poželjno svojstvo svježeg sira. Ovi autori su to ponašanje objasnili time što je mikrostruktura sira od termosonikiranog mlijeka imala homogeniju strukturu u poređenju sa sirom od nesonikiranog mlijeka. Štaviše, naveli su da je termosonikacija poboljšala homogenizaciju proteina i masti i povećala zadržavanje molekula vode u matriksu. Stoga se može pretpostaviti da HIU potiče snažne interakcije među komponentama mlijeka, čime se poboljšavaju svojstva usirivanja.

Utjecaj ultrazvuka na mliječne proizvode: viskoznost i reologija, homogenost, mikrobna aktivnost

Mliječni proizvodi proizvode se od životinjskog mlijeka, kao što je npr. kravlje, ovčje, kozje, bivolje, konjsko ili devino mlijeko. Nakon muže mlijeko se može prerađivati u različite proizvode, kao što su homogenizirano i obrano mlijeko, jogurt, vrhnje, maslac, sir, sirutka, kazein ili mlijeko u prahu. Kravlje mlijeko je najvažnija sirovina za mliječnu industriju, sa svjetskom proizvodnjom od 542.069.000 tona godišnje.[Gerosa et al. 2012]
Sirutka (mliječni serum) nusproizvod je proizvodnje sira ili kazeina. Sastoji se uglavnom od globinstagers α-laktalbumina (~65%), β-laktoglobulina (~25%), kao i od malih količina serumskog albumina (~8%) i imunoglobulina. Proteini sirutke su globularni proteini koji se mogu izdvojiti iz sirutke.
Mlijeko u prahu proizvodi se pomoću sušara s raspršivanjem, koje suše i isparavaju mlijeko kako bi se dobilo čisto suho mlijeko u prahu. Zbog izuzetno visoke potrošnje energije sušara s raspršivanjem, visoka koncentracija čvrstih tvari u tekućini važna je za optimizaciju efikasnosti procesa.

“Uzorci svježeg obranog mlijeka, rekonstituiranog micelarnog kazeina i kazeina u prahu ultrazvučno su obrađeni na 20kHz kako bi se ispitao učinak ultrazvučne obrade. Kod svježeg obranog mlijeka prosječna veličina preostalih masnih globula smanjila se za približno 10nm nakon 60min ultrazvučne obrade; međutim, utvrđeno je da je veličina kazeinskih micela ostala nepromijenjena. Malo povećanje topljivih proteina sirutke i odgovarajuće smanjenje viskoznosti također se dogodilo u prvih nekoliko minuta ultrazvučne obrade, što bi se moglo pripisati razbijanju agregata proteina kazeina i sirutke. U ultracentrifugiranim uzorcima obranog mlijeka koji su ultrazvučno obrađivani do 60min nisu se mogle otkriti mjerljive promjene sadržaja slobodnog kazeina. Ultrazvučna obrada dovela je do malog, privremenog smanjenja pH; međutim, nije uočena mjerljiva promjena koncentracije topljivog kalcija. Stoga su kazeinske micele u svježem obranom mlijeku bile stabilne tokom izlaganja ultrazvučnoj obradi. Slični rezultati dobiveni su za rekonstituirani micelarni kazein, dok su veće promjene viskoznosti uočene kako se sadržaj proteina sirutke povećavao. Kontrolirana primjena ultrazvuka može se korisno primijeniti za poništavanje agregacije proteina izazvane procesom, bez utjecaja na nativno stanje kazeinskih micela.” [Chandrapala et al. 2012]

Učinci ultrazvuka visokog intenziteta na nutrijente mlijeka i mikrobnu stabilnost

Razavi i Kenari (2020) istražili su utjecaj ultrazvuka visokog intenziteta u kombinaciji s procesom blage toplinske obrade na deaktivaciju mikroba i enzima koji dovode do kvarenja i narušavanja sigurnosti hrane. Cilj njihove studije bio je procijeniti učinak ultrazvučnog procesa kao alternative procesu visokotemperaturne toplinske obrade na broj mikroba, oksidaciju lipida kao kvalitativni parametar i vitamine kao nutritivne karakteristike mlijeka. Rezultati su pokazali da je ultrazvuk bio u stanju smanjiti mikrobno opterećenje mlijeka i da je izazvao manje promjena u vitaminima nego mlijeko tretirano konvencionalnom toplinskom obradom. U tom smislu, utvrđeno je da je ultrazvučna obrada pomoću ultrazvučne sonde superiorna i najučinkovitija pri intenzitetu od 75%. Upotreba ultrazvučne sonde pri 55°C i intenzitetu od 75% tokom 10 minuta preporučuje se kao nedestruktivan proces pasterizacije mlijeka.

Visokoučinkoviti ultrazvučni homogenizatori za proizvodnju sira

Hielscher Ultrasonics ima dugogodišnje iskustvo u primjeni snažnog ultrazvuka u industriji hrane i pića, kao i u mnogim drugim industrijskim granama. Naši ultrazvučni procesori opremljeni su sonotrodama i protočnim ćelijama (dijelovima u kontaktu s medijem) koje se lako čiste (čišćenje na mjestu CIP / sterilizacija na mjestu SIP). Industrijski ultrazvučni procesori Hielscher Ultrasonics mogu postići vrlo visoke amplitude. Amplitude do 200µm mogu se lako kontinuirano koristiti u radu 24/7. Visoke amplitude važne su za inaktivaciju otpornijih mikroba (npr. gram-pozitivnih bakterija). Za još više amplitude dostupne su prilagođene ultrazvučne sonotrode. Sve sonotrode i ultrazvučni protočni reaktori mogu raditi pri povišenim temperaturama i tlakovima, što omogućava pouzdanu termo-mano-sonikaciju i vrlo učinkovitu pasterizaciju.
Najsavremenija tehnologija, visoke performanse i sofisticiran softver čine ultrazvučne uređaje Hielscher Ultrasonics pouzdanim radnim konjima u vašoj liniji za pasterizaciju hrane. Zahvaljujući maloj površini koju zauzimaju i raznovrsnim mogućnostima ugradnje, Hielscher ultrazvučni uređaji mogu se lako integrirati ili naknadno ugraditi u postojeće proizvodne linije.
Kontaktirajte nas sada kako biste saznali više o karakteristikama i mogućnostima naših sistema za ultrazvučnu homogenizaciju. Rado ćemo s vama razgovarati o vašoj primjeni u proizvodnji sira!

Tabela u nastavku daje orijentacijski pregled približnog kapaciteta obrade naših ultrazvučnih uređaja: