Βελτιωμένη παραγωγή τυριού με υπερήχους ισχύος

Η παραγωγή διαφόρων τύπων τυριών, όπως σκληρά τυριά, μαλακά τυριά και τυρόπηγμα, που παρασκευάζονται από διάφορα είδη γάλακτος (π.χ. αγελαδινό, κατσικίσιο, πρόβειο, βουβάλι, γάλα καμήλας κ.λπ.) μπορεί να βελτιωθεί αποτελεσματικά με υπερήχους. Η εφαρμογή υπερήχων υψηλής έντασης επιταχύνει την ομογενοποίηση, τη ζύμωση και την ωρίμανση, βελτιώνει τη μικροβιακή σταθερότητα και παρουσιάζει θετικά αποτελέσματα στη θρεπτική αξία και υφή.

Ο υπέρηχος υψηλής έντασης βελτιώνει την παραγωγή τυριού

Υπερήχων επεξεργασίας τροφίμων είναι μια καθιερωμένη τεχνολογία για τη βελτίωση της ομογενοποίησης του γάλακτος και της ζύμωσης στην τυροκομία. Επιπλέον, υπερήχηση σε συνδυασμό με ήπια θερμική επεξεργασία – γνωστή ως θερμο-υπερήχηση – χρησιμοποιείται ως εναλλακτική λύση στην παραδοσιακή παστερίωση με βάση τη θερμότητα, εμποδίζοντας έτσι θρεπτικά συστατικά όπως βιταμίνες, αμινοξέα και λίπη κατά της θερμικής υποβάθμισης. Η παραγωγή τυριού με γάλα ή ορό γάλακτος μπορεί να ενταθεί σημαντικά και να βελτιωθεί με την εφαρμογή υπερήχων υψηλής έντασης, χαμηλής συχνότητας.

Επιδράσεις των υπερήχων υψηλής έντασης στη δομή του γάλακτος και του πήγματος στην παραγωγή τυριού

Ο υπερηχητικός έλεγχος έχει εφαρμοστεί με επιτυχία σε διαδικασίες παραγωγής τυριών με τη χρήση βοοειδούς (αγελαδινού) γάλακτος, πρόβειου γάλακτος, βουβαλίσιου γάλακτος, κατσικίσιου γάλακτος, γάλακτος καμήλας και αλογίσιου γάλακτος.
Η παραγωγή τυριού που προωθείται με υπερήχους μπορεί να χρησιμοποιηθεί για ένα ευρύ φάσμα ποικιλιών τυριού, όπως τυρί τσένταρ, φέτα, ανθότυρο, τυρόπηγμα, μεξικάνικο τυρί panela, ισπανικό μαλακό τυρί και άλλα ειδικά τυριά.
Οι επιδράσεις των υπερήχων χαμηλής συχνότητας και υψηλής έντασης στο γάλα κατά την παραγωγή τυριού περιλαμβάνουν αυξημένη αντοχή και σκληρότητα πηκτής, επιταχυνόμενο σχηματισμό πηκτής, αυξημένη ειδική επιφάνεια, μειωμένη σκληρότητα τυροπήγματος, μικρότερη και πιο ομοιόμορφη κατανομή μεγέθους σωματιδίων των λιπαρών σφαιριδίων και αυξημένη ικανότητα συγκράτησης νερού.
Η βελτίωση της ομοιογένειας και η πιο ομοιόμορφη κατανομή των σφαιριδίων λίπους του γάλακτος που προκαλείται από τους υπέρηχους βελτιώνουν περαιτέρω την ποιότητα του τυριού. Για παράδειγμα, μελέτες σε κατσικίσιο γάλα που πήζει με ρενίνη έδειξαν ότι μετά από 10 λεπτά υπερήχων, το πήκτωμα που προέκυψε παρουσίαζε πυκνότερη, δικτυωμένη δομή δικτύου. Αυτό παρήγαγε μια πιο ομοιογενή μικροδομή με άφθονους πόρους που ήταν σημαντικά μικρότεροι από εκείνους που παρατηρήθηκαν στο μη ηχομονωμένο πηγμένο γάλα.
Αυτές οι δομικές διαφορές υποδηλώνουν ότι το τυρόπηγμα κατσικίσιου γάλακτος που έχει υποστεί επεξεργασία με υπερήχους ισχύος παρουσιάζει μεγαλύτερη σκληρότητα, με τιμές G'max (μέγιστο μέτρο αποθήκευσης) που υπερβαίνουν τα 100 Pa-τιμές υψηλότερες ακόμη και από εκείνες που αναφέρονται για το αγελαδινό γάλα. Παρόμοια βελτίωση παρατηρήθηκε και στη συγκολλητικότητα (αντοχή των εσωτερικών δεσμών στο εσωτερικό του δείγματος). Συνολικά, τα ευρήματα αυτά δείχνουν ότι οι υπέρηχοι υψηλής έντασης προωθούν ισχυρότερες αλληλεπιδράσεις μεταξύ των συστατικών του γάλακτος, βελτιώνοντας έτσι τις ιδιότητες πήξης του γάλακτος κατά την παραγωγή τυριού (βλ. Carrillo-Lopez et al., 2021).

Ο ηχοβολισμός προωθεί επίσης την πυτιά του γάλακτος. Διαβάστε περισσότερα!

Επιδράσεις των υπερήχων στην παραγωγή τυριών

Οι επιδράσεις των υπερήχων υψηλής έντασης στην επεξεργασία γαλακτοκομικών προϊόντων και την παραγωγή τυριού έχουν μελετηθεί έντονα.
Αυξημένη απόδοση τυριού: Η υπερήχηση του φρέσκου νωπού γάλακτος με τον υπερηχητικό UP400S κατά τη διάρκεια της παραγωγής τυριού panela, είχε ως αποτέλεσμα αυξημένη απόδοση τυριού (%), παρά την αύξηση του εξιδρώματος. Οι κίτρινοι τόνοι και ο χρωματισμός στο τυρί προωθούνται από τον ΟΑΥ στα 10 λεπτά. Αλλά δεν επηρεάζονται οι χρωματικές συντεταγμένες L*, a*, ούτε C*. Το pH αυξήθηκε από 6.6 σε 6.74 μετά από 5 λεπτά υπερήχων αλλά μειώθηκε σε 10 λεπτά. (πρβλ. Carrillo-Lopez et al., 2020)
Βελτιωμένη υφή τυριού: Όσον αφορά τις μελέτες που πραγματοποιήθηκαν για το τυρί, οι Bermúdez-Aguirre και Barbosa-Cánovas ανέφεραν ότι το νωπό τυρί που λαμβάνεται από γάλα που έχει υποστεί επεξεργασία με θερμουπερήχους (χρησιμοποιώντας το Hielscher UP400S – 400 W, 24 kHz, 63 °C, 30 min) ήταν μαλακότερο και πιο εύθραυστο από το τυρί από το γάλα ελέγχου (χωρίς θερμοήχους). Αυτά τα χαρακτηριστικά είχαν ως αποτέλεσμα ένα ευκολότερο τυρί να θρυμματιστεί, το οποίο είναι ένα επιθυμητό χαρακτηριστικό του φρέσκου τυριού. Αυτοί οι συγγραφείς εξήγησαν αυτή τη συμπεριφορά σημειώνοντας ότι η μικροδομή του θερμο-υπερηχητικού τυριού γάλακτος παρουσίασε μια πιο ομοιογενή δομή σε σύγκριση με το τυρί γάλακτος χωρίς υπερήχους. Επιπλέον, σημείωσαν ότι η θερμουπερήχηση βελτίωσε την ομογενοποίηση των πρωτεϊνών και του λίπους και αύξησε την κατακράτηση μορίων νερού στη μήτρα. Ως εκ τούτου, μπορεί να υποτεθεί ότι η HIU προάγει ισχυρές αλληλεπιδράσεις μεταξύ των συστατικών του γάλακτος, βελτιώνοντας τις ιδιότητες ρύθμισης.

Επίδραση των υπερήχων στα γαλακτοκομικά προϊόντα: Ιξώδες & Ρεολογία, Ομοιογένεια, Μικροβιακή Δραστηριότητα

Τα γαλακτοκομικά προϊόντα παράγονται από ζωικό γάλα, όπως π.χ. αγελαδινό, αιγοπρόβειο, βουβαλίσιο, άλογο ή καμήλα. Μετά τη συγκομιδή, το γάλα μπορεί να μεταποιηθεί σε διάφορα προϊόντα, όπως ομογενοποιημένο και αποβουτυρωμένο γάλα, γιαούρτι, κρέμα γάλακτος, βούτυρο, τυρί, ορό γάλακτος, καζεΐνη ή γάλα σε σκόνη. Το αγελαδινό γάλα αποτελεί τη σημαντικότερη πρώτη ύλη για τη γαλακτοβιομηχανία με παγκόσμια παραγωγή 542.069.000 τόνων/έτος. [Gerosa et al. 2012]
Ο ορός γάλακτος (ορός γάλακτος) είναι υποπροϊόν της παραγωγής τυριού ή καζεΐνης. Αποτελείται κυρίως από σφαιρινοσταγτήρες 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 ορό γάλακτος.
Το γάλα σε σκόνη υποβάλλεται σε επεξεργασία με ξηραντήρες ψεκασμού για να στεγνώσει και να εξατμιστεί το γάλα σε σχέση με το καθαρό ξηρό γάλα σε σκόνη. Λόγω της εξαιρετικά υψηλής κατανάλωσης ενέργειας των ξηραντών ψεκασμού, η υψηλή στερεά συγκέντρωση του υγρού είναι σημαντική για τη βελτιστοποίηση της απόδοσης της διαδικασίας.

“Δείγματα φρέσκου αποβουτυρωμένου γάλακτος, ανασυσταθείσας μικκυτταρικής καζεΐνης και καζεΐνης σε σκόνη ηχοβολήθηκαν στα 20kHz για να διερευνηθεί η επίδραση των υπερήχων. Για το φρέσκο αποβουτυρωμένο γάλα, το μέσο μέγεθος των εναπομεινάντων σφαιριδίων λίπους μειώθηκε κατά περίπου 10 nm μετά από 60 λεπτά ηχοβολισμού- ωστόσο, το μέγεθος των μικκυλίων καζεΐνης προσδιορίστηκε ως αμετάβλητο. Μια μικρή αύξηση της διαλυτής πρωτεΐνης ορού γάλακτος και μια αντίστοιχη μείωση του ιξώδους σημειώθηκε επίσης μέσα στα πρώτα λεπτά του ηχοβολισμού, η οποία θα μπορούσε να αποδοθεί στη διάσπαση των συσσωματωμάτων καζεΐνης-πρωτεΐνης ορού γάλακτος. Σε δείγματα αποβουτυρωμένου γάλακτος με υπερηχοκέντρηση που υποβλήθηκαν σε ηχοβολισμό για έως και 60 λεπτά δεν ανιχνεύθηκαν μετρήσιμες μεταβολές στην περιεκτικότητα σε ελεύθερη καζεΐνη. Από τον ηχοβολισμό προέκυψε μια μικρή, προσωρινή μείωση του pH- ωστόσο, δεν παρατηρήθηκε καμία μετρήσιμη αλλαγή στη συγκέντρωση διαλυτού ασβεστίου. Επομένως, τα μικκύλια καζεΐνης στο φρέσκο αποβουτυρωμένο γάλα ήταν σταθερά κατά την έκθεση σε υπερήχους. Παρόμοια αποτελέσματα προέκυψαν και για την ανασυσταθείσα μικροκυτταρική καζεΐνη, ενώ παρατηρήθηκαν μεγαλύτερες μεταβολές στο ιξώδες καθώς αυξανόταν η περιεκτικότητα σε πρωτεΐνες ορού γάλακτος. Η ελεγχόμενη εφαρμογή υπερήχων μπορεί να εφαρμοστεί με χρήσιμο τρόπο για την αντιστροφή της πρωτεϊνικής συσσωμάτωσης που προκαλείται από τη διεργασία χωρίς να επηρεάζεται η εγγενής κατάσταση των μικκυλίων καζεΐνης.” [Chandrapala et al. 2012]

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

Οι Razavi και Kenari (2020) διερεύνησαν την επίδραση του συνδυασμού υπερήχων υψηλής έντασης με μια ήπια διαδικασία θερμικής επεξεργασίας για την απενεργοποίηση μικροβίων και ενζύμων που οδηγούν σε αλλοίωση και υποβάθμιση της ασφάλειας στα τρόφιμα. Ο στόχος της μελέτης τους ήταν να αξιολογήσουν την επίδραση της διαδικασίας υπερήχων ως εναλλακτική λύση για τη θερμική διαδικασία υψηλής θερμοκρασίας στον αριθμό μικροβίων, την οξείδωση των λιπιδίων ως ποιοτική παράμετρο και τις βιταμίνες ως διατροφικά χαρακτηριστικά του γάλακτος. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι ο υπέρηχος ήταν σε θέση να μειώσει το μικροβιακό φορτίο του γάλακτος και έκανε λιγότερες αλλαγές στις βιταμίνες από το γάλα που υποβλήθηκε σε επεξεργασία με συμβατική θερμική επεξεργασία. Από αυτή την άποψη, κατεργασία με υπερήχους χρησιμοποιώντας έναν υπερηχητικό καθετήρα βρέθηκε να είναι ανώτερη και πιο αποτελεσματική σε ένταση 75%. Η χρήση αισθητήρα υπερήχων τύπου στους 55°C και ένταση 75% για 10 λεπτά συνιστάται ως μη καταστρεπτική διαδικασία παστερίωσης γάλακτος.

Υψηλής απόδοσης υπερήχων ομογενοποιητές για την παραγωγή τυριού

Hielscher Υπέρηχοι είναι μακρόχρονη εμπειρία στην εφαρμογή υπερήχων ισχύος στα τρόφιμα & βιομηχανία ποτών καθώς και πολλοί άλλοι βιομηχανικοί κλάδοι. Οι υπερηχητικοί επεξεργαστές μας είναι εξοπλισμένοι με εύκολο στον καθαρισμό (καθαρό στο χώρο CIP / αποστείρωση στο χώρο SIP) sonotrodes και κύτταρα ροής (τα υγρά μέρη). Hielscher Υπέρηχοι’ Οι βιομηχανικοί επεξεργαστές υπερήχων μπορούν να προσφέρουν πολύ υψηλά πλάτη. Πλάτη έως 200μm μπορούν εύκολα να λειτουργούν συνεχώς σε 24 ώρες το 24ωρο, 7 ημέρες την εβδομάδα λειτουργία. Τα υψηλά πλάτη είναι σημαντικά για την αδρανοποίηση πιο ανθεκτικών μικροβίων (π.χ. θετικά κατά Gram βακτήρια). Για ακόμη υψηλότερα πλάτη, διατίθενται προσαρμοσμένα υπερηχητικά sonotrodes. Όλοι οι αντιδραστήρες sonotrodes και υπερήχων κυττάρων ροής μπορούν να λειτουργήσουν υπό υψηλές θερμοκρασίες και πιέσεις, γεγονός που επιτρέπει μια αξιόπιστη θερμο-mano-sonication και εξαιρετικά αποτελεσματική παστερίωση.
Τεχνολογία αιχμής, υψηλής απόδοσης και εξελιγμένο λογισμικό κάνουν Hielscher Υπέρηχοι’ αξιόπιστα άλογα εργασίας στη γραμμή παστερίωσης τροφίμων σας. Με ένα μικρό αποτύπωμα και ευέλικτες επιλογές εγκατάστασης, Hielscher υπερήχων μπορεί εύκολα να ενσωματωθεί ή να τοποθετηθεί εκ των υστέρων σε υπάρχουσες γραμμές παραγωγής.
Επικοινωνήστε μαζί μας γνωρίζετε για να μάθετε περισσότερα σχετικά με τα χαρακτηριστικά και την ικανότητα των συστημάτων ομογενοποίησης υπερήχων μας. Θα χαρούμε να συζητήσουμε μαζί σας την εφαρμογή του τυριού σας!

Ο παρακάτω πίνακας σας δίνει μια ένδειξη της κατά προσέγγιση ικανότητας επεξεργασίας των υπερήχων μας: