Verbesserte Milchgerinnung mittels Ultraschall

Die Ultraschall-gestützte Milchgerinnung ist eine innovative Verarbeitungstechnik, die Produktqualität und Produktionseffizienz verbessert. Die Behandlung der Milch mit Ultraschall vor der Gerinnung hat gezeigt, dass die Labstufe bei der Käseherstellung optimiert werden kann. Niederfrequenter Hochleistungs-Ultraschall kann die Struktur von Milchproteinen und Kaseinmizellen verändern, was zu einer verbesserten Gelbildung während des Labens führt. Diese Wirkungen machen die Beschallung zu einer wirksamen Methode für Molkereitechnologen, die die Milchverarbeitung verbessern und die Effizienz und Konsistenz der Käseherstellung steigern wollen.

Die Bedeutung des Labens bei der Käseherstellung

Die Läuterung ist die entscheidende erste Phase der Käseherstellung. Während dieses Prozesses spaltet das Enzym Chymosin die κ-Caseinmoleküle, so dass die Caseinmizellen aggregieren und ein dreidimensionales Gelnetzwerk bilden können, aus dem der Käsebruch entsteht. Die Qualität dieses Gelnetzwerks hat einen direkten Einfluss:

• Gerinnungszeit
• Festigkeit des Käsebruchs
• Festigkeitsgrad des Käsebruchs
• Mikrostruktur und Konnektivität der Gallerte

Diese Parameter bestimmen, wie effizient Milch in Käse umgewandelt werden kann, und beeinflussen letztlich Ertrag, Textur und Produktionsleistung.
Das Labverhalten von Milch kann jedoch aufgrund von Faktoren wie Proteinzusammensetzung, Kalziumbilanz, pH-Wert und Kaseinmizellenstruktur variieren. Technologien, die diese Eigenschaften verbessern oder stabilisieren, können daher für Milchverarbeiter von großem Wert sein.

Wie Ultraschall die Milchgerinnung verbessert

Ultrasound processing works by transmitting low-frequency ultrasound waves (>20 kHz) into liquid media. This generates acoustic cavitation, where microscopic bubbles form and collapse rapidly, creating localized mechanical forces, turbulence, and microjets in the liquid.
Diese mechanischen Effekte können die physikalische Struktur der Milchproteine verändern, ohne dass hohe Temperaturen erforderlich sind.
Untersuchungen von Liu et al. (2014) haben gezeigt, dass die Ultraschallbehandlung von Magermilch mit 20 kHz vor der Dicklegung die Gerinnungsfähigkeit der Milch deutlich verbessert.

Die Studie zeigte, dass die Ultraschallbehandlung:

• Verkürzung der für die Dicklegung erforderliche Gerinnungszeit
• Beschleunigt das Eindicken
• Erzeugt stärkere Gallerte mit höherer Bruchfestigkeit
• Verbesserte Konnektivität der Gellerte

Diese Verbesserungen wurden auf ultraschall-induzierte Veränderungen der Milchproteine und der Kaseinmizellenstruktur zurückgeführt.
Die gleichen Ergebnisse werden in der hochgeladenen Studie beschrieben, in der berichtet wird, dass mit Ultraschall behandelte Milch bei pH 8 und wieder auf pH 6,7 eingestellt die deutlichsten Verbesserungen der Gerinnungsleistung zeigte.

Strukturelle Effekte in der Milch

Die Ultraschallbehandlung verändert die Mikrostruktur der Milchproteine auf verschiedene Weise. Laut der Studie und verwandter Forschung können folgende Effekte beobachtet werden:

• Verringerung der Mizellengröße von Kasein durch mechanische Ultraschallkräfte
• Bildung von kleineren Proteinaggregaten
• Vergrößerte Oberfläche der Kaseinpartikel
• Verstärkte Proteininteraktionen während der Gerinnung

Diese strukturellen Veränderungen ermöglichen eine effizientere Aggregation nach Zugabe von Käsestarterkulturen.

Die in der Studie berichteten Ergebnisse zeigen signifikante Verbesserungen. Zum Beispiel:

1. Die Gerinnungszeit verringerte sich von etwa 40 Minuten in unbehandelter Milch auf etwa 28 Minuten in ultraschall-behandelter Milch.
2. Die Festigkeit des Käsebruchs wurde im Vergleich zur unbehandelten Kontrolle um ein Vielfaches erhöht.
3. Die Festigkeit des Käsebruchs nahm deutlich zu

Diese Veränderungen führen direkt zu einer schnelleren und robusteren Käsebruchbildung bei der Käseherstellung.

Ultraschall-gestütztes Eindicken: Vorteile für Molkerei- und Käseproduzenten

Für die industrielle Milchverarbeitung sind die Vorteile der Ultraschall-gestützten Mickgerinnung beträchtlich.

schnellere Verarbeitung

Ultraschall verkürzt die Eindickungszeit, was die ersten Phasen der Käseherstellung beschleunigen kann.

• Kürzere Gerinnungszeit
• Schnellere Käsebruchbildung
• Potenziell höherer Durchsatz in Produktionslinien

Verbesserte Käsebruchtruktur

Die Ultraschallbehandlung führt zu einem dichteren und besser vernetzten Proteinnetzwerk, wodurch ein festerer Käsebruch entsteht.

Dies ermöglicht eine:

• Verbesserte Handhabung des Käsebruchs
• Bessere Molkenabscheidung
• Verbesserte Texturkontrolle

Gesteigerte Effizienz in der Fertigung

Stärkere Gallerte und schnellere Gerinnung können folgendes ermöglichen:

• Höherer Käseertrag
• Verkürzte Verarbeitungsdauer
• Gleichmäßigere Produktqualität

Diese Vorteile sind vor allem für die groß angelegte Käseproduktion von Bedeutung, bei der kleine Verbesserungen der Prozesseffizienz zu erheblichen wirtschaftlichen Vorteilen führen können.

Ultraschall als nicht-thermische Technologie zur Milchverarbeitung

Einer der attraktivsten Aspekte der Milchverarbeitung mit Ultraschall ist, dass sie als nicht-thermische oder milde Verarbeitungstechnologie gilt.
Im Gegensatz zu herkömmlichen Wärmebehandlungen kann Ultraschall die strukturellen Eigenschaften von Proteinen nicht durch hohe Temperaturen, sondern durch mechanische Kavitationseffekte verändern. Dies trägt dazu bei, die funktionellen und ernährungsphysiologischen Eigenschaften der Milchbestandteile zu erhalten.
Jüngste Untersuchungen zeigen, dass Ultraschall eine wirksame und zuverlässige Technik zur Kontrolle der Proteinfunktionalität und der Gelierprozesse in Molkereisystemen, einschließlich Käse und fermentierten Milchprodukten, darstellt.
Für Molkereitechnologen eröffnet dies die Möglichkeit, die Funktionalität der Milch anzupassen, ohne die Produktqualität zu beeinträchtigen.

Industrielle Umsetzung in Molkereibetrieben

Für die industrielle Käseproduktion ist die Zuverlässigkeit der Geräte und die Einhaltung der Lebensmittelsicherheit ein wesentliche Faktor.
Industrielle Beschallungssysteme, wie sie von Hielscher Ultrasonics entwickelt wurden, sind auf hygienisches Design und sichere Installation in der Lebensmittelverarbeitung ausgelegt. Solche Systeme können in Übereinstimmung mit den cGMP- und FDA-Richtlinien betrieben werden, und Anwendungen in der Lebensmittelverarbeitung können durch unabhängige Prüfungen Dritter validiert und zertifiziert werden.
Hielscher Ultraschallgeräte lassen sich einfach an die Software der Prozessanlage anschließen und problemlos in bestehende Produktionslinien integrieren. Die automatisierte Datenaufzeichnung der Ultraschall-Prozessparameter sichert die Überwachung und Qualitätskontrolle gemäß cGMP-Richtlinien.
Dies macht die Ultraschall-Milchverarbeitung zu einer praktischen Technologie für gewerbliche Molkereien, die nach Prozessinnovationen suchen.
Für Molkereitechnologen und Käsehersteller stellt dieser Ansatz einen zuverlässigen Verarbeitungsschritt zu effizienteren, kontrollierbaren und innovativen Käseproduktionsprozessen dar.

In der folgenden Tabelle finden Sie die ungefähre Verarbeitungskapazität unserer Ultraschallhomogenisatoren:

Design, Herstellung und Beratung – Qualität Made in Germany

Hielscher Ultraschallgeräte sind bekannt für höchste Qualität und Designstandards. Robustheit und einfache Bedienung ermöglichen die problemlose Integration unserer Ultraschallgeräte in industrielle Anlagen. Raue Bedingungen und anspruchsvolle Umgebungen sind für Hielscher Ultraschallgeräte kein Problem.
Hielscher Ultrasonics ist ein ISO-zertifiziertes Unternehmen und legt großen Wert darauf, Hochleistungs-Ultraschallgeräte zu entwickeln und zu produzieren, die sich durch modernste Technik und Benutzerfreundlichkeit auszeichnen. Selbstverständlich sind Hielscher Sonicators CE-konform und erfüllen die Anforderungen von UL, CSA und RoHs.