Tehostettu juustonvalmistus teho-ultraäänellä

Eri maitolaaduista (esim. lehmän-, vuohen-, lampaan-, puhvelin- ja kamelinmaidosta jne.) valmistettavien erilaisten juustojen, kuten kovien juustojen, pehmeiden juustojen ja rahkan, tuotantoa voidaan tehostaa tehokkaasti ultraäänikäsittelyllä. Korkeaintensiteettisen ultraäänen käyttö nopeuttaa homogenisointia, fermentointia ja kypsymistä, parantaa mikrobiologista stabiilisuutta ja vaikuttaa myönteisesti ravintoarvoon ja rakenteeseen.

Korkeaintensiteettinen ultraääni tehostaa juuston tuotantoa

Elintarvikkeiden ultraäänikäsittely on vakiintunut tekniikka, jolla parannetaan maidon homogenisointia ja fermentointia juustonvalmistuksessa. Lisäksi ultraäänikäsittelyä yhdistettynä mietoon lämpökäsittelyyn – eli lämpöavusteista ultraäänikäsittelyä – käytetään vaihtoehtona perinteiselle lämpöön perustuvalle pastöroinnille, mikä suojaa ravintoaineita, kuten vitamiineja, aminohappoja ja rasvoja, lämpöhajoamiselta. Maidosta tai herasta tapahtuvaa juuston tuotantoa voidaan merkittävästi tehostaa ja parantaa käyttämällä korkeaintensiteettistä, matalataajuista ultraääntä.

Korkeaintensiteettisen ultraäänen vaikutukset maidon ja juustomassan rakenteeseen juuston tuotannossa

Ultraäänikäsittelyä on käytetty menestyksekkäästi juuston tuotantoprosesseissa, joissa käytetään naudan (lehmän) maitoa, lampaanmaitoa, puhvelinmaitoa, vuohenmaitoa, kamelinmaitoa ja hevosenmaitoa.
Ultraääniavusteista juuston tuotantoa voidaan hyödyntää monien juustolajien valmistuksessa, kuten cheddarjuuston, fetajuuston, tuorejuuston, rahkajuuston, meksikolaisen panelajuuston, latinalaisamerikkalaisen pehmeän juuston ja muiden erikoisjuustojen valmistuksessa.
Matalataajuisen, korkeaintensiteettisen ultraäänen vaikutuksia maitoon juuston tuotannon aikana ovat geelin lujuuden ja kovuuden lisääntyminen, geelin muodostumisen nopeutuminen, ominaispinta-alan kasvu, juustomassan kiinteyden väheneminen, rasvapallosten pienempi ja tasaisempi hiukkaskokojakauma sekä parempi vedenpidätyskyky.
Ultraäänen aikaansaama homogeenisuuden paraneminen ja maidon rasvapallosten tasaisempi jakautuminen parantavat edelleen juuston laatua. Esimerkiksi renniinillä juoksetettua vuohenmaitoa koskevat tutkimukset osoittivat, että 10 minuutin ultraäänikäsittelyn jälkeen syntyneellä geelillä oli tiheämpi, ristisilloittunut verkkorakenne. Näin syntyi homogeenisempi mikrorakenne, jossa oli runsaasti huokosia, jotka olivat merkittävästi pienempiä kuin ultraäänikäsittelemättömässä maitohyytymässä havaitut huokoset.
Nämä rakenteelliset erot viittaavat siihen, että teho-ultraäänellä käsitelty vuohenmaitohyytymä on kiinteämpää ja sen G’max-arvot (suurin varastomoduuli) ylittävät 100 Pa – arvot ovat jopa suurempia kuin lehmänmaidolle raportoidut arvot. Vastaava parannus havaittiin tarttuvuudessa (näytteen sisäisten sidosten lujuudessa). Kaiken kaikkiaan nämä havainnot osoittavat, että korkeaintensiteettinen ultraääni edistää maidon ainesosien välisiä voimakkaampia vuorovaikutuksia ja parantaa siten maidon hyytymisominaisuuksia juuston tuotannossa (vrt. Carrillo-Lopez et al., 2021).

Ultraäänikäsittely edistää myös maidon juoksetusta. Lue lisää!

Ultraäänen vaikutukset juustojen tuotantoon

Korkeaintensiteettisen ultraäänen vaikutuksia maitotuotteiden käsittelyyn ja juustonvalmistukseen on tutkittu perusteellisesti.
Suurempi juustosaanto: Tuoreen raakamaidon ultraäänikäsittely ultraäänilaitteella UP400S panelajuuston tuotannon aikana kasvatti juustosaantoa (%) erottuneen nesteen määrän kasvusta huolimatta. Korkeaintensiteettinen ultraääni (HIU) vahvistaa juuston keltaisia sävyjä ja väritystä 10 minuutin käsittelyllä. Värikoordinaatteihin L*, a* ja C* se ei kuitenkaan vaikuta. pH nousi arvosta 6,6 arvoon 6,74 ultraäänikäsittelyn kestettyä 5 minuuttia, mutta laski 10 minuutin kohdalla. (vrt. Carrillo-Lopez et al., 2020)
Parempi juuston rakenne: Juustoa koskevissa tutkimuksissa Bermúdez-Aguirre ja Barbosa-Cánovas raportoivat, että lämpöavusteisella ultraäänikäsittelyllä käsitellystä maidosta saatu tuorejuusto (käytetty laite: Hielscher UP400S – 400 W, 24 kHz, 63 °C, 30 min) oli pehmeämpää ja hauraampaa kuin vertailumaidosta valmistettu juusto (ilman lämpöavusteista ultraäänikäsittelyä). Näiden ominaisuuksien ansiosta juusto mureni helpommin, mikä on tuorejuustolle toivottava ominaisuus. Kirjoittajat selittivät tämän käyttäytymisen sillä, että lämpöavusteisella ultraäänikäsittelyllä käsitellystä maidosta valmistetun juuston mikrorakenne oli homogeenisempi kuin ultraäänikäsittelemättömästä maidosta valmistetun juuston. Lisäksi he totesivat, että lämpöavusteinen ultraäänikäsittely paransi proteiinien ja rasvan homogenisointia ja lisäsi vesimolekyylien pidättymistä matriisiin. Näin ollen voidaan olettaa, että korkeaintensiteettinen ultraääni (HIU) edistää maidon ainesosien välisiä voimakkaita vuorovaikutuksia ja parantaa hyytymisominaisuuksia.

Ultraäänen vaikutus maitotuotteisiin: viskositeetti ja reologia, homogeenisuus, mikrobien aktiivisuus

Maitotuotteita valmistetaan eläinten maidosta, kuten esimerkiksi lehmän-, lampaan-, vuohen-, puhvelin-, hevosen- tai kamelinmaidosta. Lypsyn jälkeen maidosta voidaan jalostaa erilaisia tuotteita, kuten homogenoitua maitoa ja rasvatonta maitoa, jogurttia, kermaa, voita, juustoa, heraa, kaseiinia tai maitojauhetta. Lehmänmaito on meijeriteollisuuden tärkein raaka-aine, ja sen maailmanlaajuinen tuotanto on 542 069 000 tonnia vuodessa.[Gerosa et al. 2012]
Hera (maitoseerumi) on juuston tai kaseiinin tuotannon sivutuote. Se koostuu pääasiassa globinstagers-komponenteista α-laktalbumiini (~65 %) ja β-laktoglobuliini (~25 %) sekä pienistä määristä seerumin albumiinia (~8 %) ja immunoglobuliineja. Heraproteiinit ovat globulaarisia proteiineja, jotka voidaan erottaa herasta.
Maitojauhetta valmistetaan sumutuskuivaimilla kuivaamalla maito ja haihduttamalla siitä vettä puhtaan, kuivan maitojauheen saamiseksi. Sumutuskuivaimien erittäin suuren energiankulutuksen vuoksi nesteen suuri kuiva-ainepitoisuus on tärkeä prosessin tehokkuuden optimoimiseksi.

”Tuoreen rasvattoman maidon, uudelleen liuotetun misellaarisen kaseiinin ja kaseiinijauheen näytteitä käsiteltiin ultraäänellä 20 kHz:n taajuudella ultraäänikäsittelyn vaikutusten tutkimiseksi. Tuoreessa rasvattomassa maidossa jäljellä olevien rasvapallosten keskimääräinen koko pieneni noin 10 nm ultraäänikäsittelyn kestettyä 60 minuuttia; kaseiinimisellien koon todettiin kuitenkin pysyneen muuttumattomana. Myös liukoisen heraproteiinin määrä kasvoi hieman ja viskositeetti pieneni vastaavasti ultraäänikäsittelyn ensimmäisten minuuttien aikana, mikä saattoi johtua kaseiini-heraproteiiniaggregaattien hajoamisesta. Vapaan kaseiinin pitoisuudessa ei havaittu mitattavia muutoksia ultrasentrifugoiduissa rasvattoman maidon näytteissä, joita oli käsitelty ultraäänellä enintään 60 minuuttia. Ultraäänikäsittely laski pH:ta hieman ja tilapäisesti; liukoisen kalsiumin pitoisuudessa ei kuitenkaan havaittu mitattavaa muutosta. Tuoreen rasvattoman maidon kaseiinimisellit olivat siten stabiileja ultraäänikäsittelyn aikana. Vastaavia tuloksia saatiin uudelleen liuotetulla misellaarisella kaseiinilla, mutta suurempia viskositeetin muutoksia havaittiin heraproteiinipitoisuuden kasvaessa. Ultraäänen hallitulla käytöllä voidaan hyödyllisesti purkaa prosessin aiheuttamaa proteiinien aggregoitumista vaikuttamatta kaseiinimisellien natiiviin tilaan.” [Chandrapala et al. 2012]

Korkeaintensiteettisen ultraäänen vaikutukset maidon ravintoaineisiin ja mikrobiologiseen stabiilisuuteen

Razavi ja Kenari (2020) tutkivat korkeaintensiteettisen ultraäänen ja miedon lämpökäsittelyn yhdistelmän vaikutusta sellaisten mikrobien ja entsyymien inaktivointiin, jotka aiheuttavat elintarvikkeiden pilaantumista ja heikentävät niiden turvallisuutta. Tutkimuksen tavoitteena oli arvioida ultraäänikäsittelyn vaikutusta vaihtoehtona korkeassa lämpötilassa tehtävälle lämpökäsittelylle tarkastelemalla mikrobimäärää, lipidien hapettumista maidon laatuparametrina ja vitamiineja maidon ravitsemuksellisina ominaisuuksina. Tulokset osoittivat, että ultraääni pystyi vähentämään maidon mikrobikuormaa ja aiheutti vähemmän muutoksia vitamiineissa kuin perinteinen lämpökäsittely. Tässä suhteessa ultraäänisondilla tehty ultraäänikäsittely todettiin paremmaksi, ja se oli tehokkaimmillaan 75 %:n intensiteetillä. Ultraäänisondin käyttöä 55 °C:n lämpötilassa ja 75 %:n intensiteetillä 10 minuutin ajan suositellaan maidon pastörointiin vaurioittamattomana prosessina.

Tehokkaat ultraäänihomogenisaattorit juuston tuotantoon

Hielscher Ultrasonicsilla on pitkä kokemus teho-ultraäänen käytöstä elintarvike- ja juomateollisuudessa sekä monilla muilla teollisuudenaloilla. Ultraääniprosessorimme on varustettu helposti puhdistettavilla sonotrodeilla ja virtauskennoilla (nesteen kanssa kosketuksiin joutuvat osat), jotka mahdollistavat paikallaan puhdistuksen (CIP) ja paikallaan steriloinnin (SIP). Hielscher Ultrasonicsin teolliset ultraääniprosessorit voivat tuottaa erittäin suuria amplitudeja. Jopa 200 µm:n amplitudeja voidaan helposti käyttää jatkuvasti ympärivuorokautisessa käytössä viikon jokaisena päivänä (24/7). Suuret amplitudit ovat tärkeitä vastustuskykyisempien mikrobien (esim. grampositiivisten bakteerien) inaktivoimiseksi. Vielä suurempia amplitudeja varten on saatavilla räätälöityjä ultraäänisonotrodeja. Kaikkia sonotrodeja ja ultraäänivirtauskennoreaktoreita voidaan käyttää korotetuissa lämpötiloissa ja paineissa, mikä mahdollistaa luotettavan lämpö- ja paineavusteisen ultraäänikäsittelyn sekä erittäin tehokkaan pastöroinnin.
Huipputeknologia, suuri suorituskyky ja edistyksellinen ohjelmisto tekevät Hielscher Ultrasonicsin laitteista elintarvikkeiden pastörointilinjan luotettavia työjuhtia. Pienen tilantarpeen ja monipuolisten asennusvaihtoehtojen ansiosta Hielscher-ultraäänilaitteet voidaan helposti integroida tai jälkiasentaa olemassa oleviin tuotantolinjoihin.
Ota meihin yhteyttä nyt saadaksesi lisätietoja ultraäänihomogenisointijärjestelmiemme ominaisuuksista ja suorituskyvystä. Keskustelemme mielellämme kanssasi juustonvalmistussovelluksestasi!

Alla oleva taulukko antaa viitteitä ultraäänilaitteidemme likimääräisestä käsittelykapasiteetista: