Βελτιωμένη τυροκόμηση με υπερήχους ισχύος

Η παραγωγή διαφόρων τύπων τυριού, όπως σκληρά τυριά, μαλακά τυριά και τυρόπηγμα, από διάφορα είδη γάλακτος (π.χ. αγελαδινό, κατσικίσιο, πρόβειο, βουβαλίσιο, γάλα καμήλας κ.λπ.) μπορεί να βελτιωθεί αποτελεσματικά με κατεργασία με υπερήχους. Η εφαρμογή υπερήχων υψηλής έντασης επιταχύνει την ομογενοποίηση, τη ζύμωση και την ωρίμανση, βελτιώνει τη μικροβιακή σταθερότητα και έχει θετικές επιδράσεις στη θρεπτική αξία και την υφή.

Οι υπέρηχοι υψηλής έντασης βελτιώνουν την παραγωγή τυριού

Η επεξεργασία τροφίμων με υπερήχους είναι μια καθιερωμένη τεχνολογία για τη βελτίωση της ομογενοποίησης του γάλακτος και της ζύμωσης κατά την τυροκόμηση. Επιπλέον, η κατεργασία με υπερήχους σε συνδυασμό με ήπια θερμική επεξεργασία – γνωστή ως θερμοϋπερηχητική κατεργασία – χρησιμοποιείται ως εναλλακτική της παραδοσιακής θερμικής παστερίωσης, προστατεύοντας έτσι θρεπτικά συστατικά, όπως βιταμίνες, αμινοξέα και λίπη, από τη θερμική αποδόμηση. Η παραγωγή τυριού από γάλα ή ορό γάλακτος μπορεί να εντατικοποιηθεί και να βελτιωθεί σημαντικά με την εφαρμογή υπερήχων υψηλής έντασης και χαμηλής συχνότητας.

Επιδράσεις των υπερήχων υψηλής έντασης στη δομή του γάλακτος και του τυροπήγματος κατά την παραγωγή τυριού

Η κατεργασία με υπερήχους έχει εφαρμοστεί με επιτυχία σε διεργασίες παραγωγής τυριού από βοοειδές (αγελαδινό) γάλα, πρόβειο γάλα, βουβαλίσιο γάλα, κατσικίσιο γάλα, γάλα καμήλας και γάλα φοράδας.
Η παραγωγή τυριού που ενισχύεται με υπερήχους μπορεί να αξιοποιηθεί για ένα ευρύ φάσμα ποικιλιών τυριού, όπως τσένταρ, φέτα, τυρί κρέμα, τυρί από τυρόπηγμα, μεξικανικό τυρί panela, μαλακό τυρί ισπανόφωνων περιοχών και άλλα ειδικά τυριά.
Οι επιδράσεις των υπερήχων χαμηλής συχνότητας και υψηλής έντασης στο γάλα κατά την παραγωγή τυριού περιλαμβάνουν αυξημένη αντοχή και σκληρότητα της γέλης, ταχύτερο σχηματισμό γέλης, αυξημένη ειδική επιφάνεια, μειωμένη συνεκτικότητα του τυροπήγματος, κατανομή μεγέθους των λιποσφαιρίων σε μικρότερα μεγέθη και με μεγαλύτερη ομοιομορφία, καθώς και ενισχυμένη ικανότητα συγκράτησης νερού.
Οι βελτιώσεις της ομοιογένειας που προκαλούνται από τους υπερήχους και η πιο ομοιόμορφη κατανομή των λιποσφαιρίων του γάλακτος βελτιώνουν περαιτέρω την ποιότητα του τυριού. Για παράδειγμα, μελέτες σε κατσικίσιο γάλα που πήχθηκε με ρεννίνη έδειξαν ότι, μετά από 10 λεπτά κατεργασίας με υπερήχους, η προκύπτουσα γέλη παρουσίαζε πυκνότερη δομή δικτύου με εγκάρσιες συνδέσεις. Αυτό οδήγησε σε πιο ομοιογενή μικροδομή με άφθονους πόρους, οι οποίοι ήταν σημαντικά μικρότεροι από εκείνους που παρατηρήθηκαν σε τυρόπηγμα γάλακτος χωρίς κατεργασία με υπερήχους.
Αυτές οι δομικές διαφορές υποδηλώνουν ότι το τυρόπηγμα κατσικίσιου γάλακτος που έχει υποστεί κατεργασία με υπερήχους ισχύος παρουσιάζει μεγαλύτερη συνεκτικότητα, με τιμές G’max (μέγιστο μέτρο αποθήκευσης) που υπερβαίνουν τα 100 Pa – τιμές ακόμη υψηλότερες από εκείνες που έχουν αναφερθεί για το αγελαδινό γάλα. Παρόμοια βελτίωση παρατηρήθηκε στην προσκολλητικότητα (την αντοχή των εσωτερικών δεσμών εντός του δείγματος). Συνολικά, αυτά τα ευρήματα δείχνουν ότι οι υπέρηχοι υψηλής έντασης προάγουν ισχυρότερες αλληλεπιδράσεις μεταξύ των συστατικών του γάλακτος, βελτιώνοντας έτσι τις ιδιότητες πήξης του γάλακτος κατά την παραγωγή τυριού (πρβλ. Carrillo-Lopez et al., 2021).

Η κατεργασία με υπερήχους προάγει επίσης την πήξη του γάλακτος με πυτιά. Διαβάστε περισσότερα!

Επιδράσεις των υπερήχων στην παραγωγή τυριών

Οι επιδράσεις των υπερήχων υψηλής έντασης στην επεξεργασία γαλακτοκομικών προϊόντων και στην τυροκόμηση έχουν μελετηθεί εντατικά.
Αυξημένη απόδοση σε τυρί: Η κατεργασία φρέσκου νωπού γάλακτος με τη συσκευή υπερήχων UP400S κατά την παραγωγή τυριού panela οδήγησε σε αυξημένη απόδοση σε τυρί (%), παρά την αύξηση του εκκρινόμενου υγρού. Οι κίτρινοι τόνοι και ο χρωματισμός του τυριού ενισχύονται από τους υπερήχους υψηλής έντασης (HIU) στα 10 min. Ωστόσο, δεν επηρεάζεται καμία από τις χρωματικές συντεταγμένες L*, a* και C*. Το pH αυξήθηκε από 6,6 σε 6,74 μετά από 5 min κατεργασίας με υπερήχους, αλλά μειώθηκε στα 10 min. (πρβλ. Carrillo-Lopez et al., 2020)
Βελτιωμένη υφή τυριού: Όσον αφορά μελέτες που διεξήχθησαν σε τυρί, οι Bermúdez-Aguirre και Barbosa-Cánovas ανέφεραν ότι το φρέσκο τυρί που παρασκευάστηκε από γάλα το οποίο υποβλήθηκε σε συνδυασμένη κατεργασία με θερμότητα και υπερήχους (με χρήση της συσκευής Hielscher UP400S – 400 W, 24 kHz, 63 °C, 30 min) ήταν πιο μαλακό και πιο εύθρυπτο από το τυρί που παρασκευάστηκε από το γάλα ελέγχου (χωρίς συνδυασμένη κατεργασία με θερμότητα και υπερήχους). Αυτά τα χαρακτηριστικά είχαν ως αποτέλεσμα ένα τυρί που θρυμματιζόταν ευκολότερα, ιδιότητα επιθυμητή για το φρέσκο τυρί. Οι συγγραφείς αυτοί εξήγησαν τη συμπεριφορά αυτή επισημαίνοντας ότι η μικροδομή του τυριού από γάλα που είχε υποβληθεί σε συνδυασμένη κατεργασία με θερμότητα και υπερήχους παρουσίαζε πιο ομοιογενή δομή σε σύγκριση με το τυρί από γάλα που δεν είχε υποβληθεί σε κατεργασία με υπερήχους. Επιπλέον, σημείωσαν ότι η συνδυασμένη κατεργασία με θερμότητα και υπερήχους βελτίωσε την ομογενοποίηση των πρωτεϊνών και του λίπους και αύξησε τη συγκράτηση μορίων νερού στη μήτρα. Επομένως, μπορεί να υποτεθεί ότι οι υπέρηχοι υψηλής έντασης (HIU) προάγουν ισχυρές αλληλεπιδράσεις μεταξύ των συστατικών του γάλακτος, βελτιώνοντας τις ιδιότητες πήξης του.

Επίδραση των υπερήχων στα γαλακτοκομικά: Ιξώδες και ρεολογία, ομοιογένεια, μικροβιακή δραστηριότητα

Τα γαλακτοκομικά προϊόντα παράγονται από γάλα ζώων, όπως, για παράδειγμα, αγελαδινό, πρόβειο, κατσικίσιο, βουβαλίσιο γάλα, γάλα φοράδας ή καμήλας. Μετά τη συλλογή του, το γάλα μπορεί να υποβληθεί σε επεξεργασία για την παραγωγή διαφόρων προϊόντων, όπως ομογενοποιημένο και αποβουτυρωμένο γάλα, γιαούρτι, κρέμα γάλακτος, βούτυρο, τυρί, ορός γάλακτος, καζεΐνη ή γάλα σε σκόνη. Το αγελαδινό γάλα είναι η σημαντικότερη πρώτη ύλη για τη γαλακτοβιομηχανία, με παγκόσμια παραγωγή 542.069.000 τόνων/έτος.[Gerosa et al. 2012]
Ο ορός γάλακτος είναι υποπροϊόν της παραγωγής τυριού ή καζεΐνης. Αποτελείται κυρίως από globinstagers α-λακταλβουμίνη (~65%), β-λακτοσφαιρίνη (~25%), καθώς και από μικρές ποσότητες λευκωματίνης ορού (~8%) και ανοσοσφαιρινών. Οι πρωτεΐνες ορού γάλακτος είναι σφαιρικές πρωτεΐνες που μπορούν να εξαχθούν από τον ορό γάλακτος.
Το γάλα σε σκόνη υποβάλλεται σε επεξεργασία με ξηραντήρες ψεκασμού για την ξήρανση και την εξάτμιση του γάλακτος, προκειμένου να ληφθεί η καθαρή ξηρή σκόνη γάλακτος. Λόγω της εξαιρετικά υψηλής κατανάλωσης ενέργειας των ξηραντήρων ψεκασμού, η υψηλή συγκέντρωση στερεών στο υγρό είναι σημαντική για τη βελτιστοποίηση της αποδοτικότητας της διεργασίας.

“Δείγματα φρέσκου αποβουτυρωμένου γάλακτος, ανασυσταθείσας μικκυλιακής καζεΐνης και καζεΐνης σε σκόνη υποβλήθηκαν σε κατεργασία με υπερήχους στα 20kHz για τη διερεύνηση της επίδρασης της κατεργασίας με υπερήχους. Στο φρέσκο αποβουτυρωμένο γάλα, το μέσο μέγεθος των εναπομεινάντων λιποσφαιρίων μειώθηκε κατά περίπου 10nm μετά από 60min κατεργασίας με υπερήχους· ωστόσο, διαπιστώθηκε ότι το μέγεθος των μικκυλίων καζεΐνης παρέμεινε αμετάβλητο. Μικρή αύξηση της διαλυτής πρωτεΐνης ορού γάλακτος και αντίστοιχη μείωση του ιξώδους παρατηρήθηκαν επίσης μέσα στα πρώτα λεπτά της κατεργασίας με υπερήχους, γεγονός που θα μπορούσε να αποδοθεί στη διάσπαση των συσσωματωμάτων καζεΐνης και πρωτεϊνών ορού γάλακτος. Δεν ήταν δυνατό να ανιχνευθούν μετρήσιμες μεταβολές στην περιεκτικότητα σε ελεύθερη καζεΐνη σε υπερφυγοκεντρημένα δείγματα αποβουτυρωμένου γάλακτος που υποβλήθηκαν σε κατεργασία με υπερήχους για έως και 60min. Η κατεργασία με υπερήχους προκάλεσε μικρή, προσωρινή μείωση του pH· ωστόσο, δεν παρατηρήθηκε μετρήσιμη μεταβολή στη συγκέντρωση διαλυτού ασβεστίου. Επομένως, τα μικκύλια καζεΐνης στο φρέσκο αποβουτυρωμένο γάλα ήταν σταθερά κατά την έκθεση σε κατεργασία με υπερήχους. Παρόμοια αποτελέσματα προέκυψαν για την ανασυσταθείσα μικκυλιακή καζεΐνη, ενώ παρατηρήθηκαν μεγαλύτερες μεταβολές του ιξώδους καθώς αυξανόταν η περιεκτικότητα σε πρωτεΐνες ορού γάλακτος. Η ελεγχόμενη εφαρμογή υπερήχων μπορεί να χρησιμοποιηθεί επωφελώς για την αναστροφή της συσσωμάτωσης των πρωτεϊνών που προκαλείται από την επεξεργασία, χωρίς να επηρεάζεται η φυσική κατάσταση των μικκυλίων καζεΐνης.” [Chandrapala et al. 2012]

Επιδράσεις των υπερήχων υψηλής έντασης στα θρεπτικά συστατικά του γάλακτος και στη μικροβιακή σταθερότητα

Οι Razavi και Kenari (2020) διερεύνησαν την επίδραση των υπερήχων υψηλής έντασης σε συνδυασμό με μια ήπια διεργασία θερμικής επεξεργασίας για την αδρανοποίηση μικροοργανισμών και ενζύμων που οδηγούν σε αλλοίωση και υποβάθμιση της ασφάλειας των τροφίμων. Σκοπός της μελέτης τους ήταν να αξιολογήσουν την επίδραση της επεξεργασίας με υπερήχους, ως εναλλακτικής της θερμικής επεξεργασίας σε υψηλή θερμοκρασία, στον αριθμό των μικροοργανισμών, στην οξείδωση των λιπιδίων ως παράμετρο ποιότητας και στις βιταμίνες ως διατροφικά χαρακτηριστικά του γάλακτος. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι οι υπέρηχοι μπόρεσαν να μειώσουν το μικροβιακό φορτίο του γάλακτος και προκάλεσαν λιγότερες μεταβολές στις βιταμίνες σε σύγκριση με το γάλα που υποβλήθηκε σε συμβατική θερμική επεξεργασία. Ως προς αυτό, η κατεργασία με υπερήχους με χρήση καθετήρα υπερήχων διαπιστώθηκε ότι υπερείχε και ήταν αποτελεσματικότερη σε ένταση 75%. Η χρήση υπερήχων με καθετήρα στους 55°C και σε ένταση 75% για 10 λεπτά συνιστάται ως μη καταστροφική διεργασία για την παστερίωση του γάλακτος.

Ομογενοποιητές υπερήχων υψηλών επιδόσεων για την παραγωγή τυριού

Η Hielscher Ultrasonics διαθέτει πολυετή εμπειρία στην εφαρμογή υπερήχων ισχύος στη βιομηχανία τροφίμων και ποτών, καθώς και σε πολλούς άλλους βιομηχανικούς κλάδους. Οι επεξεργαστές υπερήχων μας είναι εξοπλισμένοι με ηχοτρόδια και κυψελίδες ροής (τα μέρη που έρχονται σε επαφή με το υγρό), τα οποία καθαρίζονται εύκολα (επιτόπιος καθαρισμός CIP / επιτόπια αποστείρωση SIP). Οι βιομηχανικοί επεξεργαστές υπερήχων της Hielscher Ultrasonics μπορούν να παρέχουν πολύ υψηλά πλάτη ταλάντωσης. Πλάτη ταλάντωσης έως και 200µm μπορούν εύκολα να διατηρούνται συνεχώς σε λειτουργία 24/7. Τα υψηλά πλάτη ταλάντωσης είναι σημαντικά για την αδρανοποίηση πιο ανθεκτικών μικροοργανισμών (π.χ. θετικών κατά Gram βακτηρίων). Για ακόμη υψηλότερα πλάτη ταλάντωσης, διατίθενται ηχοτρόδια υπερήχων κατασκευασμένα κατά παραγγελία. Όλα τα ηχοτρόδια και οι αντιδραστήρες υπερήχων με κυψελίδα ροής μπορούν να λειτουργούν σε αυξημένες θερμοκρασίες και πιέσεις, επιτρέποντας την αξιόπιστη κατεργασία με υπερήχους υπό ταυτόχρονη εφαρμογή θερμότητας και πίεσης και την εξαιρετικά αποτελεσματική παστερίωση.
Η τεχνολογία αιχμής, οι υψηλές επιδόσεις και το προηγμένο λογισμικό καθιστούν τους επεξεργαστές υπερήχων της Hielscher Ultrasonics αξιόπιστα εργαλεία στη γραμμή παστερίωσης τροφίμων σας. Χάρη στον μικρό χώρο που καταλαμβάνουν και στις ευέλικτες επιλογές εγκατάστασης, οι συσκευές υπερήχων της Hielscher μπορούν εύκολα να ενσωματωθούν σε υπάρχουσες γραμμές παραγωγής ή να προστεθούν σε αυτές στο πλαίσιο αναβάθμισης.
Επικοινωνήστε μαζί μας τώρα για να μάθετε περισσότερα σχετικά με τα χαρακτηριστικά και τις δυνατότητες των συστημάτων ομογενοποίησης με υπερήχους που προσφέρουμε. Θα χαρούμε να συζητήσουμε μαζί σας την εφαρμογή σας στην παραγωγή τυριού!

Ο παρακάτω πίνακας παρέχει μια ένδειξη της κατά προσέγγιση δυναμικότητας επεξεργασίας των συσκευών υπερήχων μας: