Amélioration de la fabrication du fromage grâce aux ultrasons de puissance

La production de divers types de fromages tels que les fromages à pâte dure, les fromages à pâte molle et le caillé, fabriqués à partir de diverses sortes de lait (par exemple, lait de vache, de chèvre, de brebis, de bufflonne, de chamelle, etc.) peut être améliorée efficacement par sonication. L'application d'ultrasons de haute intensité accélère l'homogénéisation, la fermentation et la maturation, améliore la stabilité microbienne et a des effets positifs sur la valeur nutritive et la texture.

Les ultrasons de haute intensité améliorent la production de fromage

Le traitement alimentaire par ultrasons est une technologie bien établie pour améliorer l'homogénéisation du lait et la fermentation dans la fabrication du fromage. En outre, la sonication associée à un traitement thermique doux – connue sous le nom de thermo-sonication – est utilisé comme alternative à la pasteurisation traditionnelle à base de chaleur, prévenant ainsi les nutriments tels que les vitamines, les acides aminés et les graisses contre la dégradation thermique. La production de fromage à partir de lait ou de petit-lait peut être considérablement intensifiée et améliorée par l'application d'ultrasons de haute intensité et de basse fréquence.

L'ultrasonication a été appliquée avec succès aux processus de production de fromage à partir de lait de bovin/vache, de lait de brebis, de lait de bufflonne, de lait de chèvre, de lait de chameau et de lait de cheval.
La production de fromage favorisée par les ultrasons peut être utilisée pour divers types de fromage, notamment le cheddar, la feta, le fromage frais, le fromage en grains, le fromage panela mexicain, le fromage à pâte molle hispanique et d'autres spécialités fromagères.
Les effets des ultrasons à basse fréquence et à haute intensité sur le lait dans la production de fromage comprennent une augmentation de la résistance et de la dureté du gel, l'accélération de la formation du gel, l'augmentation de la surface spécifique, la réduction de la fermeté du caillé, la distribution de particules de petite taille et de taille régulière des globules gras ainsi qu'une plus grande capacité de rétention d'eau.
L'augmentation par ultrasons de l'homogénéité et de la répartition plus régulière des globules de graisse du lait améliore également la qualité du fromage. Par exemple, les propriétés du caillé de lait de chèvre avec de la rénine ont montré après 10 minutes d'ultrasons un réseau réticulé de gel plus dense, résultant en une microstructure plus homogène avec des pores abondants. Il est à noter que ces pores étaient nettement plus petits que ceux du caillé de lait sans sonication. Cela suggère que le caillé de lait de chèvre traité par ultrasons puissants présente une plus grande fermeté, enregistrant des valeurs de G'max (valeur maximale du module de stockage) supérieures à 100 Pa, voire supérieures à celles rapportées pour le lait de vache. Un effet similaire a été observé sur l'adhésivité (la force des liaisons internes de l'échantillon). On peut donc supposer que les ultrasons de haute intensité favorisent de fortes interactions entre les composants du lait, améliorant ainsi les propriétés de prise. (cf. Carrillo-Lopez et al. 2021)

Effets des ultrasons sur la production de divers fromages

Les effets des ultrasons de haute intensité sur la transformation des produits laitiers et la fabrication du fromage ont été intensément étudiés.
Augmentation du rendement du fromage : La sonication du lait cru frais avec l'ultrasoniseur UP400S pendant la production de fromage panela, a permis d'augmenter le rendement en fromage (%), malgré une augmentation de l'exsudat. Les tons jaunes et la coloration du fromage sont favorisés par le HIU à 10 minutes. Mais les coordonnées chromatiques L*, a* et C* ne sont pas affectées. Le pH a augmenté de 6,6 à 6,74 après 5 minutes d'ultrasons, mais a diminué après 10 minutes. (cf. Carrillo-Lopez et al., 2020)
Amélioration de la texture du fromage : En ce qui concerne les études réalisées sur le fromage, Bermúdez-Aguirre et Barbosa-Cánovas ont signalé que le fromage frais obtenu à partir de lait traité par thermosonication (en utilisant le Hielscher UP400S – 400 W, 24 kHz, 63 °C, 30 min) était plus doux et plus cassant que le fromage provenant du lait témoin (sans thermosonication). Ces caractéristiques se traduisaient par un fromage plus facile à émietter, ce qui est un attribut souhaitable du fromage frais. Ces auteurs ont expliqué ce comportement en notant que la microstructure du fromage de lait thermosoné présente une structure plus homogène par rapport au fromage de lait non thermosoné. De plus, ils ont noté que la thermosonication améliorait l'homogénéisation des protéines et des matières grasses et augmentait la rétention des molécules d'eau dans la matrice. On peut donc supposer que le HIU favorise de fortes interactions entre les composants du lait, améliorant ainsi les propriétés de prise.

Influence des ultrasons sur les produits laitiers : Viscosité & Rhéologie, Homogénéité, Activité microbienne

Les produits laitiers sont fabriqués à partir de lait animal, comme par exemple le lait de vache, de brebis, de chèvre, de bufflonne, de cheval ou de chamelle. Après la récolte, le lait peut être transformé en divers produits, tels que le lait homogénéisé et écrémé, le yaourt, la crème, le beurre, le fromage, le lactosérum, la caséine ou le lait en poudre. Le lait de vache est la matière première la plus importante de l'industrie laitière avec une production mondiale de 542 069 000 tonnes/an [Gerosa et al. 2012].
Le lactosérum (sérum de lait) est un sous-produit de la production de fromage ou de caséine. Il se compose principalement d'α-lactalbumine (~65%), de β-lactoglobuline (~25%), ainsi que de petites quantités de sérum-albumine (~8%) et d'immunoglobines. Les protéines du lactosérum sont des protéines globulaires qui peuvent être extraites du lactosérum.
Le lait en poudre est traité par des sécheurs par atomisation pour sécher et vaporiser le lait afin d'obtenir le lait en poudre sec et pur. En raison de la consommation d'énergie extrêmement élevée des sécheurs par atomisation, il est important d'obtenir une concentration solide élevée du liquide pour optimiser l'efficacité du processus.

"Des échantillons de lait écrémé frais, de caséine micellaire reconstituée et de caséine en poudre ont été soniqués à 20kHz pour étudier l'effet de l'ultrasonication. Pour le lait écrémé frais, la taille moyenne des globules gras restants a été réduite d'environ 10nm après 60min de sonication ; cependant, la taille des micelles de caséine a été déterminée comme étant inchangée. Une petite augmentation des protéines de lactosérum solubles et une diminution correspondante de la viscosité se sont également produites au cours des premières minutes de sonication, ce qui pourrait être attribué à la rupture des agrégats caséine-protéines de lactosérum. Aucune modification mesurable de la teneur en caséine libre n'a pu être détectée dans les échantillons de lait écrémé ultracentrifugés soumis à une sonication allant jusqu'à 60 minutes. Une petite diminution temporaire du pH a résulté de la sonication ; cependant, aucun changement mesurable de la concentration de calcium soluble n'a été observé. Par conséquent, les micelles de caséine du lait écrémé frais étaient stables pendant l'exposition aux ultrasons. Des résultats similaires ont été obtenus pour la caséine micellaire reconstituée, alors que des changements de viscosité plus importants ont été observés lorsque la teneur en protéines de lactosérum était augmentée. L'application contrôlée des ultrasons peut être utilement appliquée pour inverser l'agrégation des protéines induite par le processus sans affecter l'état natif des micelles de caséine. " [Chandrapala et al. 2012]

Effets des ultrasons de haute intensité sur les nutriments et la stabilité microbienne du lait

Razavi et Kenari (2020) ont étudié l'influence des ultrasons de haute intensité combinés à un processus de traitement thermique doux pour désactiver les microbes et les enzymes conduisant à l'altération et à la dégradation de la sécurité des aliments. L'objectif de leur étude était d'évaluer l'effet des ultrasons comme alternative au traitement thermique à haute température sur la numération microbienne, l'oxydation des lipides comme paramètre qualitatif et les vitamines comme caractéristiques nutritionnelles du lait. Les résultats ont montré que les ultrasons ont été capables de réduire la charge microbienne du lait et qu'ils ont entraîné moins de changements au niveau des vitamines que le lait traité avec un traitement thermique conventionnel. À cet égard, la sonication à l'aide d'une sonde à ultrasons s'est avérée supérieure et plus efficace à une intensité de 75 %. L'utilisation d'une sonde à ultrasons à 55°C et à une intensité de 75% pendant 10 minutes est recommandée comme procédé non destructif pour la pasteurisation du lait.

Homogénéisateurs à ultrasons haute performance pour la production de fromage

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Le tableau ci-dessous vous donne une indication de la capacité de traitement approximative de nos ultrasonicators: