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, à partir de différentes sortes de lait (p. ex. 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 l’affinage, améliore la stabilité microbienne et exerce des effets positifs sur la valeur nutritionnelle et la texture.

Les ultrasons de haute intensité améliorent la production de fromage

Le traitement des aliments par ultrasons est une technologie bien établie pour améliorer l’homogénéisation et la fermentation du lait dans la fabrication du fromage. En outre, la sonication combinée à un traitement thermique doux – appelée thermo-sonication – est utilisée comme alternative à la pasteurisation thermique traditionnelle, protégeant ainsi les nutriments tels que les vitamines, les acides aminés et les matières grasses contre la dégradation thermique. La production de fromage à partir de lait ou de lactosérum peut être considérablement intensifiée et améliorée par l’application d’ultrasons de haute intensité et de basse fréquence.

Effets des ultrasons de haute intensité sur la structure du lait et du caillé dans la production de fromage

L’ultrasonication a été appliquée avec succès dans des procédés de production de fromage utilisant du lait bovin (de vache), du lait de brebis, de bufflonne, de chèvre, de chamelle et de jument.
La production de fromage favorisée par les ultrasons peut être utilisée pour un large éventail de variétés de fromages, notamment le cheddar, la feta, le fromage à la crème, le fromage caillé, le fromage panela mexicain, le fromage à pâte molle hispanique et d’autres fromages de spécialité.
Les effets des ultrasons de basse fréquence et de haute intensité sur le lait pendant la production de fromage comprennent une augmentation de la résistance et de la dureté du gel, une formation accélérée du gel, une augmentation de la surface spécifique, une réduction de la fermeté du caillé, une distribution granulométrique plus fine et plus uniforme des globules gras ainsi qu’une capacité de rétention d’eau accrue.
Les améliorations de l’homogénéité induites par les ultrasons et la distribution plus uniforme des globules gras du lait améliorent encore la qualité du fromage. Par exemple, des études portant sur du lait de chèvre caillé à la rennine ont montré qu’après 10 minutes d’ultrasonication, le gel obtenu présentait une structure en réseau réticulé plus dense. Il en résultait une microstructure plus homogène, avec de nombreux pores nettement plus petits que ceux observés dans le caillé de lait non soniqué.
Ces différences structurelles suggèrent que le caillé de lait de chèvre traité par ultrasons de puissance présente une plus grande fermeté, avec des valeurs de G’max (module de conservation maximal) supérieures à 100 Pa–valeurs encore plus élevées que celles rapportées pour le lait de vache. Une amélioration similaire a été observée pour l’adhésivité (la force des liaisons internes au sein de l’échantillon). Dans l’ensemble, ces résultats indiquent que les ultrasons de haute intensité favorisent des interactions plus fortes entre les composants du lait, améliorant ainsi les propriétés de prise du lait pendant la production de fromage (cf. Carrillo-Lopez et al., 2021).

La sonication favorise également l’emprésurage du lait. En savoir plus !

Effets des ultrasons sur la production de fromages

Les effets des ultrasons de haute intensité sur la transformation laitière et la fabrication du fromage ont fait l’objet d’études approfondies.
Rendement fromager accru : La sonication de lait cru frais avec l’ultrasonicateur UP400S pendant la production de fromage panela a entraîné une augmentation du rendement fromager (%), malgré une augmentation de l’exsudat. Les tons jaunes et la coloration du fromage sont favorisés par les HIU à 10 min. En revanche, ni les coordonnées colorimétriques L*, a* ni C* ne sont affectées. Le pH est passé de 6,6 à 6,74 après 5 min d’ultrasonication, mais a diminué à 10 min. (cf. Carrillo-Lopez et al., 2020)
Texture du fromage améliorée : Concernant les études menées sur le fromage, Bermúdez-Aguirre et Barbosa-Cánovas ont rapporté que le fromage frais obtenu à partir de lait traité par thermosonication (à l’aide du Hielscher UP400S – 400 W, 24 kHz, 63 °C, 30 min) était plus mou et plus friable que le fromage issu du lait témoin (sans thermosonication). Ces caractéristiques donnaient un fromage plus facile à émietter, ce qui est une qualité recherchée pour le fromage frais. Ces auteurs ont expliqué ce comportement en notant que la microstructure du fromage de lait thermo-soniqué présentait une structure plus homogène que celle du fromage de lait non soniqué. En outre, 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 les HIU favorisent de fortes interactions entre les composants du lait, améliorant ainsi les propriétés de prise.

Influence des ultrasons sur les produits laitiers : viscosité et rhéologie, homogénéité, activité microbienne

Les produits laitiers sont fabriqués à partir de lait animal, p. ex. de lait de vache, de brebis, de chèvre, de bufflonne, de jument ou de chamelle. Après la collecte, 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 du lait) est un sous-produit de la production de fromage ou de caséine. Il se compose principalement de globinstagers α-lactalbumine (~65%), β-lactoglobuline (~25%), ainsi que de petites quantités de sérumalbumine (~8%) et d’immunoglobulines. Les protéines de lactosérum sont des protéines globulaires qui peuvent être extraites du lactosérum.
Le lait en poudre est produit au moyen de sécheurs par atomisation qui sèchent et vaporisent le lait afin d’obtenir une poudre de lait sec pure. En raison de la consommation d’énergie extrêmement élevée des sécheurs par atomisation, une concentration élevée en matière sèche du liquide est importante pour optimiser l’efficacité du procédé.

« Des échantillons de lait écrémé frais, de caséine micellaire reconstituée et de poudre de caséine ont été soniqués à 20kHz afin d’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 ; la taille des micelles de caséine a toutefois été déterminée comme inchangée. Une légère augmentation de la protéine de lactosérum soluble 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 d’agrégats caséine-protéines de lactosérum. Aucune variation mesurable de la teneur en caséine libre n’a pu être détectée dans les échantillons de lait écrémé ultracentrifugés soniqués jusqu’à 60min. La sonication a entraîné une légère baisse temporaire du pH ; aucune variation mesurable de la concentration en calcium soluble n’a toutefois été observée. Par conséquent, les micelles de caséine du lait écrémé frais sont restées stables pendant l’exposition à l’ultrasonication. Des résultats similaires ont été obtenus pour la caséine micellaire reconstituée, tandis que des variations de viscosité plus importantes ont été observées à mesure que la teneur en protéines de lactosérum augmentait. Une application contrôlée des ultrasons peut être utilement employée pour inverser l’agrégation des protéines induite par le procédé sans affecter l’état natif des micelles de caséine. » [Chandrapala et al. 2012]

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

Razavi et Kenari (2020) ont étudié l’influence des ultrasons de haute intensité combinés à un traitement thermique doux pour désactiver les microbes et les enzymes entraînant l’altération des aliments et la dégradation de leur sécurité. L’objectif de leur étude était d’évaluer l’effet du traitement par ultrasons, en tant qu’alternative au traitement thermique à haute température, sur la charge microbienne, l’oxydation des lipides en tant que paramètre qualitatif et les vitamines en tant que caractéristiques nutritionnelles du lait. Les résultats ont montré que les ultrasons ont pu réduire la charge microbienne du lait et ont entraîné moins de modifications des vitamines que dans le lait soumis à un traitement thermique conventionnel. À cet égard, la sonication au moyen d’une sonde à ultrasons s’est révélée supérieure et la plus efficace à 75% d’intensité. L’utilisation d’une sonde à ultrasons à 55°C et à 75% d’intensité pendant 10 minutes est recommandée comme procédé non destructif pour la pasteurisation du lait.

Homogénéisateurs à ultrasons haute performance pour la production de fromage

Hielscher Ultrasonics possède une longue expérience de l’application des ultrasons de puissance dans l’industrie agroalimentaire et des boissons ainsi que dans de nombreux autres secteurs industriels. Nos processeurs à ultrasons sont équipés de sonotrodes et de cellules à circulation (les pièces en contact avec le produit) faciles à nettoyer (nettoyage en place CIP / stérilisation en place SIP). Les processeurs à ultrasons industriels de Hielscher Ultrasonics peuvent fournir des amplitudes très élevées. Des amplitudes allant jusqu’à 200µm peuvent facilement être maintenues en continu, en fonctionnement 24/7. Des amplitudes élevées sont importantes pour inactiver les microbes plus résistants (p. ex. les bactéries à Gram positif). Pour des amplitudes encore plus élevées, des sonotrodes à ultrasons personnalisées sont disponibles. Toutes les sonotrodes et tous les réacteurs à cellule à circulation à ultrasons peuvent fonctionner à des températures et des pressions élevées, ce qui permet une thermo-mano-sonication fiable et une pasteurisation très efficace.
Une technologie de pointe, des performances élevées et un logiciel sophistiqué font des appareils de Hielscher Ultrasonics des bêtes de somme fiables dans votre ligne de pasteurisation alimentaire. Grâce à leur faible encombrement et à leurs options d’installation polyvalentes, les ultrasonicateurs Hielscher peuvent être facilement intégrés dans des lignes de production existantes ou installés ultérieurement sur celles-ci.
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Le tableau ci-dessous vous donne une indication de la capacité de traitement approximative de nos ultrasonicateurs :