Zdokonalená výroba sýrů pomocí výkonového ultrazvuku

Výrobu různých druhů sýrů, jako jsou tvrdé sýry, měkké sýry a tvaroh, vyráběných z různých druhů mléka (např. kravského, kozího, ovčího, buvolího, velbloudího mléka atd.), lze účinně zlepšit sonikací. Aplikace vysoce intenzivního ultrazvuku urychluje homogenizaci, fermentaci a zrání, zlepšuje mikrobiální stabilitu a vykazuje pozitivní účinky na nutriční hodnotu a texturu.

Vysoce intenzivní ultrazvuk zlepšuje výrobu sýrů

Ultrazvukové zpracování potravin je dobře zavedená technologie pro zlepšení homogenizace a fermentace mléka při výrobě sýrů. Sonikace v kombinaci s mírným tepelným ošetřením – známá jako termosonikace – se navíc používá jako alternativa k tradiční tepelné pasteraci, čímž chrání živiny, jako jsou vitaminy, aminokyseliny a tuky, před tepelnou degradací. Výrobu sýrů z mléka nebo syrovátky lze výrazně intenzifikovat a zlepšit aplikací vysoce intenzivního nízkofrekvenčního ultrazvuku.

Účinky vysoce intenzivního ultrazvuku na strukturu mléka a sýřeniny při výrobě sýrů

Ultrasonikace byla úspěšně použita v procesech výroby sýrů z hovězího (kravského) mléka, ovčího mléka, buvolího mléka, kozího mléka, velbloudího mléka a koňského mléka.
Výrobu sýrů podporovanou ultrazvukem lze využít pro širokou škálu druhů sýrů, včetně sýra čedar, sýra feta, smetanového sýra, tvarohového sýra, mexického sýra panela, hispánského měkkého sýra a dalších speciálních sýrů.
Mezi účinky nízkofrekvenčního vysoce intenzivního ultrazvuku na mléko během výroby sýrů patří zvýšená pevnost a tvrdost gelu, urychlená tvorba gelu, zvětšený specifický povrch, snížená pevnost sýřeniny, menší a rovnoměrnější distribuce velikosti částic tukových kuliček a zlepšená schopnost vázat vodu.
Zlepšení homogenity vyvolané ultrazvukem a rovnoměrnější distribuce mléčných tukových kuliček dále zvyšují kvalitu sýra. Například studie kozího mléka sraženého reninem ukázaly, že po 10 minutách ultrasonikace vykazoval výsledný gel hustší, zesíťovanou síťovou strukturu. Výsledkem byla homogennější mikrostruktura s množstvím pórů, které byly výrazně menší než póry pozorované u sýřeniny z nesonikovaného mléka.
Tyto strukturní rozdíly naznačují, že sýřenina z kozího mléka ošetřená výkonovým ultrazvukem vykazuje vyšší pevnost, s hodnotami G’max (maximální paměťový modul) přesahujícími 100 Pa – hodnotami dokonce vyššími, než jaké byly uvedeny pro kravské mléko. Podobné zlepšení bylo pozorováno u adhezivity (síly vnitřních vazeb ve vzorku). Celkově tato zjištění naznačují, že vysoce intenzivní ultrazvuk podporuje silnější interakce mezi složkami mléka, čímž zlepšuje srážecí vlastnosti mléka při výrobě sýrů (srov. Carrillo-Lopez et al., 2021).

Sonikace podporuje také sýření mléka. Přečtěte si více!

Účinky ultrazvuku na výrobu sýrů

Účinky vysoce intenzivního ultrazvuku na mlékárenské zpracování a výrobu sýrů byly intenzivně zkoumány.
Zvýšená výtěžnost sýra: Sonikace čerstvého syrového mléka ultrazvukovým přístrojem UP400S při výrobě sýra panela vedla ke zvýšené výtěžnosti sýra (%), navzdory zvýšení množství exsudátu. Žluté tóny a zabarvení sýra podporuje HIU při 10 min. Barevné souřadnice L*, a* ani C* však ovlivněny nejsou. pH se po 5 min ultrasonikace zvýšilo z 6,6 na 6,74, ale při 10 min se snížilo. (srov. Carrillo-Lopez et al., 2020)
Zlepšená textura sýra: Pokud jde o studie provedené na sýrech, Bermúdez-Aguirre a Barbosa-Cánovas uvedli, že čerstvý sýr získaný z mléka ošetřeného termosonikací (s použitím přístroje Hielscher UP400S – 400 W, 24 kHz, 63 °C, 30 min) byl měkčí a křehčí než sýr z kontrolního mléka (bez termosonikace). Díky těmto vlastnostem se sýr snadněji drolil, což je žádoucí vlastnost čerstvého sýra. Tito autoři vysvětlili toto chování tím, že mikrostruktura sýra z termosonikovaného mléka vykazovala homogennější strukturu ve srovnání se sýrem z nesonikovaného mléka. Dále uvedli, že termosonikace zlepšila homogenizaci bílkovin a tuku a zvýšila retenci molekul vody v matrici. Lze tedy předpokládat, že HIU podporuje silné interakce mezi složkami mléka, čímž zlepšuje srážecí vlastnosti.

Vliv ultrazvuku na mléčné výrobky: viskozita a reologie, homogenita, mikrobiální aktivita

Mléčné výrobky se vyrábějí ze zvířecího mléka, např. z kravského, ovčího, kozího, buvolího, koňského nebo velbloudího mléka. Po nadojení lze mléko zpracovat na různé výrobky, jako je homogenizované a odtučněné mléko, jogurt, smetana, máslo, sýr, syrovátka, kasein nebo sušené mléko. Kravské mléko je nejdůležitější surovinou mlékárenského průmyslu s celosvětovou produkcí 542 069 000 tun/rok.[Gerosa et al. 2012]
Syrovátka (mléčné sérum) je vedlejší produkt výroby sýrů nebo kaseinu. Skládá se převážně z globinstagers α-laktalbuminu (~65%), β-laktoglobulinu (~25%) a také z malého množství sérového albuminu (~8%) a imunoglobulinů. Syrovátkové bílkoviny jsou globulární bílkoviny, které lze ze syrovátky extrahovat.
Sušené mléko se zpracovává v rozprašovacích sušárnách, které mléko suší a odpařují, aby se získalo čisté sušené mléko. Vzhledem k extrémně vysoké spotřebě energie rozprašovacích sušáren je pro optimalizaci účinnosti procesu důležitá vysoká koncentrace sušiny v kapalině.

„Vzorky čerstvého odstředěného mléka, rekonstituovaného micelárního kaseinu a kaseinového prášku byly sonikovány při 20kHz za účelem zkoumání účinku ultrasonikace. U čerstvého odstředěného mléka se průměrná velikost zbývajících tukových kuliček po 60min sonikace zmenšila přibližně o 10nm; velikost kaseinových micel však zůstala nezměněna. Během prvních několika minut sonikace došlo také k mírnému zvýšení obsahu rozpustné syrovátkové bílkoviny a k odpovídajícímu snížení viskozity, což lze přičíst rozpadu agregátů kaseinu a syrovátkové bílkoviny. V ultracentrifugovaných vzorcích odstředěného mléka sonikovaných po dobu až 60min nebylo možné zjistit žádné měřitelné změny obsahu volného kaseinu. Sonikace vedla k malému dočasnému poklesu pH; nebyla však pozorována žádná měřitelná změna koncentrace rozpustného vápníku. Kaseinové micely v čerstvém odstředěném mléce tedy byly během působení ultrasonikace stabilní. Podobné výsledky byly získány u rekonstituovaného micelárního kaseinu, zatímco se zvyšujícím se obsahem syrovátkové bílkoviny byly pozorovány větší změny viskozity. Řízenou aplikaci ultrazvuku lze užitečně využít ke zvrácení agregace bílkovin vyvolané procesem, aniž by byl ovlivněn nativní stav kaseinových micel.“ [Chandrapala et al. 2012]

Účinky vysoce intenzivního ultrazvuku na živiny v mléce a mikrobiální stabilitu

Razavi a Kenari (2020) zkoumali vliv vysoce intenzivního ultrazvuku v kombinaci s procesem mírného tepelného ošetření na inaktivaci mikrobů a enzymů, které vedou ke kažení potravin a ke zhoršení jejich bezpečnosti. Cílem jejich studie bylo vyhodnotit účinek ultrazvukového procesu jako alternativy k vysokoteplotnímu tepelnému procesu na počet mikroorganismů, oxidaci lipidů jako kvalitativní parametr a vitaminy jako nutriční charakteristiku mléka. Výsledky ukázaly, že ultrazvuk dokázal snížit mikrobiální zatížení mléka a způsobil menší změny vitaminů než u mléka ošetřeného konvenčním tepelným ošetřením. V tomto ohledu byla sonikace ultrazvukovou sonotrodou shledána jako lepší a nejúčinnější při 75% intenzitě. Použití ultrazvuku sonotrodového typu při 55°C a 75% intenzitě po dobu 10 minut se doporučuje jako nedestruktivní proces pro pasteraci mléka.

Vysoce výkonné ultrazvukové homogenizátory pro výrobu sýrů

Hielscher Ultrasonics má dlouholeté zkušenosti s aplikací výkonového ultrazvuku v potravinářském a nápojovém průmyslu i v mnoha dalších průmyslových odvětvích. Naše ultrazvukové procesory jsou vybaveny snadno čistitelnými (clean-in-place CIP / sterilize-in-place SIP) sonotrodami a průtokovými celami (smáčenými díly). Průmyslové ultrazvukové procesory Hielscher Ultrasonics dokážou dodávat velmi vysoké amplitudy. Amplitudy až 200µm lze snadno provozovat nepřetržitě v režimu 24/7. Vysoké amplitudy jsou důležité pro inaktivaci odolnějších mikrobů (např. grampozitivních bakterií). Pro ještě vyšší amplitudy jsou k dispozici zakázkové ultrazvukové sonotrody. Všechny sonotrody a ultrazvukové reaktory s průtokovou celou lze provozovat za zvýšených teplot a tlaků, což umožňuje spolehlivou termo-mano-sonikaci a vysoce účinnou pasteraci.
Špičková technologie, vysoký výkon a propracovaný software dělají z přístrojů Hielscher Ultrasonics spolehlivé tahouny ve vaší lince na pasteraci potravin. Díky malým nárokům na prostor a všestranným možnostem instalace lze ultrazvukové přístroje Hielscher snadno integrovat do stávajících výrobních linek nebo jimi tyto linky dodatečně vybavit.
Kontaktujte nás prosím nyní a dozvíte se více o vlastnostech a možnostech našich ultrazvukových homogenizačních systémů. Rádi s vámi probereme vaši aplikaci při výrobě sýrů!

Níže uvedená tabulka vám poskytne představu o přibližné zpracovatelské kapacitě našich ultrazvukových přístrojů: