Emprésurage du lait amélioré par traitement aux ultrasons
L’emprésurage du lait par ultrasons est une technique de traitement innovante qui permet d’améliorer la qualité des produits et l’efficacité de la production. Le traitement par ultrasons appliqué au lait avant la coagulation a montré un fort potentiel pour optimiser l’étape d’emprésurage dans la fabrication du fromage. Les ultrasons de basse fréquence et de haute puissance peuvent modifier la structure des protéines du lait et des micelles de caséine, ce qui améliore la formation du gel lors de l’emprésurage. Grâce à ces effets, la sonication est une méthode efficace pour les technologues laitiers qui cherchent à améliorer les opérations de traitement du lait et à accroître l’efficacité et la régularité de la production fromagère.
L’importance de l’emprésurage dans la fabrication du fromage
L’emprésurage est la première étape, décisive, de la production fromagère. Au cours de ce processus, l’enzyme chymosine clive les molécules de κ-caséine, ce qui permet aux micelles de caséine de s’agréger et de former un réseau de gel tridimensionnel qui devient le caillé. La qualité de ce réseau de gel influence directement :
- Temps de gélification
- Fermeté du caillé
- Vitesse de raffermissement du caillé
- Microstructure et connectivité du gel
Ces paramètres déterminent l’efficacité avec laquelle le lait peut être transformé en fromage et influencent en définitive le rendement, la texture et les performances du procédé.
Cependant, le comportement du lait à l’emprésurage peut varier en fonction de facteurs tels que la composition protéique, l’équilibre calcique, le pH et la structure des micelles de caséine. Les technologies qui améliorent ou stabilisent ces propriétés peuvent donc apporter une valeur considérable aux transformateurs laitiers.
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Comment les ultrasons améliorent l’emprésurage du lait
Le traitement par ultrasons consiste à transmettre des ondes ultrasonores de basse fréquence (>20 kHz) dans des milieux liquides. Il en résulte une cavitation acoustique : des bulles microscopiques se forment et implosent rapidement, créant dans le liquide des forces mécaniques localisées, des turbulences et des microjets.
Ces effets mécaniques peuvent modifier la structure physique des protéines du lait sans nécessiter de températures élevées.
Les travaux de Liu et al. (2014) ont démontré que la sonication du lait écrémé à 20 kHz avant l’emprésurage améliorait significativement les caractéristiques de gélification du lait.
L’étude a montré que le traitement par ultrasons :
- réduisait le temps de gélification nécessaire à la coagulation par la présure
- augmentait la vitesse de raffermissement du caillé
- produisait des gels plus solides avec une fermeté du caillé plus élevée
- améliorait la connectivité du réseau de gel présure
Ces améliorations ont été attribuées aux modifications des protéines du lait et de la structure des micelles de caséine induites par les ultrasons.
Les mêmes résultats sont décrits dans l’étude mise en ligne, selon laquelle le lait traité par ultrasons à pH 8 puis réajusté à pH 6,7 présentait les améliorations les plus marquées des performances de coagulation.
Principaux effets structurels dans le lait
Le traitement par ultrasons modifie la microstructure des protéines du lait de plusieurs manières. D’après l’étude et des recherches connexes :
- Réduction de la taille des micelles de caséine sous l’effet des forces mécaniques induites par la cavitation
- Formation d’agrégats protéiques plus petits
- Augmentation de la surface des particules de caséine
- Interactions protéiques renforcées lors de la coagulation
Ces modifications structurelles permettent une agrégation plus efficace une fois la présure ajoutée.
Les résultats rapportés dans l’étude mettent en évidence des améliorations spectaculaires des performances. Par exemple :
- Le temps de gélification est passé d’environ 40 minutes dans le lait non traité à environ 28 minutes dans le lait soniqué
- La fermeté du caillé a été multipliée plusieurs fois par rapport au témoin non traité
- La vitesse de raffermissement du caillé a considérablement augmenté
Ces changements se traduisent directement par une formation du caillé plus rapide et plus robuste lors de la fabrication du fromage.
Cellule à circulation en verre à ultrasons pour essais sur paillasse, p. ex. pour la sonication du lait
Emprésurage par ultrasons : avantages pour les producteurs laitiers et fromagers
Pour la transformation laitière industrielle, les avantages potentiels d’un emprésurage amélioré par ultrasons sont considérables.
Traitement plus rapide
Les ultrasons réduisent le temps de gélification, ce qui peut accélérer les premières étapes de la fabrication du fromage.
- Temps de coagulation plus court
- Formation plus rapide du caillé
- Cadence potentiellement plus élevée sur les lignes de production
Structure du caillé améliorée
Le traitement par ultrasons conduit à un réseau protéique plus dense et plus interconnecté, ce qui produit des caillés plus fermes.
Cela peut contribuer à :
- une meilleure manipulation du caillé
- une meilleure séparation du lactosérum
- un contrôle accru de la texture
Efficacité de fabrication accrue
Des gels plus fermes et une coagulation plus rapide peuvent permettre :
- un potentiel de rendement fromager plus élevé
- une réduction du temps de traitement
- une qualité de produit plus régulière
Ces avantages sont particulièrement pertinents pour la production fromagère à grande échelle, où de faibles améliorations de l’efficacité des procédés peuvent se traduire par des gains économiques significatifs.
Processeur industriel à ultrasons UIP4000hdT pour le traitement du lait à l’échelle industrielle.
Les ultrasons, une technologie non thermique de transformation laitière
L’un des aspects les plus intéressants du traitement du lait par ultrasons est qu’il est considéré comme une technologie de traitement non thermique ou douce.
Contrairement aux traitements thermiques traditionnels, les ultrasons peuvent modifier les propriétés structurelles des protéines par des effets mécaniques de cavitation plutôt que par des températures élevées. Cela contribue à préserver les caractéristiques fonctionnelles et nutritionnelles des composants du lait.
Des revues récentes soulignent que les ultrasons constituent une technique efficace et fiable pour maîtriser la fonctionnalité des protéines et les processus de gélification dans les systèmes laitiers, y compris le fromage et les produits laitiers fermentés.
Pour les technologues laitiers, cela ouvre la possibilité d’adapter la fonctionnalité du lait sans compromettre la qualité des produits.
Mise en œuvre industrielle dans les laiteries
À mesure que la recherche passe des études en laboratoire à l’application industrielle, la fiabilité des équipements et la conformité en matière de sécurité alimentaire deviennent des considérations essentielles.
Les systèmes de sonication industriels tels que ceux développés par Hielscher Ultrasonics sont conçus selon les principes de conception hygiénique et pour une installation sûre dans les environnements de transformation alimentaire. Ces systèmes peuvent être exploités conformément aux directives cGMP et de la FDA, et les applications de transformation alimentaire peuvent être validées et certifiées par des essais indépendants réalisés par des tiers.
Les sonicateurs Hielscher se connectent facilement aux logiciels des installations de production et s’intègrent harmonieusement dans les lignes de production existantes. L’enregistrement automatique des données des paramètres du procédé ultrasonore garantit la surveillance et le contrôle qualité conformément aux directives cGMP.
Le traitement du lait par ultrasons constitue ainsi une technologie pratique pour les laiteries commerciales en quête d’innovation de procédé.
Pour les technologues laitiers et les fabricants de fromage, cette approche représente une étape de traitement fiable vers des procédés de production fromagère plus efficaces, plus maîtrisables et plus innovants.
L’essentiel
La sonication peut être appliquée au lait avant la production de divers produits laitiers, tels que le fromage et d’autres aliments coagulés par la présure, afin d’améliorer leurs propriétés fonctionnelles et structurelles. En modifiant les caractéristiques physiques des protéines du lait et des globules gras, le traitement laitier par ultrasons peut améliorer le comportement de coagulation, la structure du caillé et la qualité globale du produit. En outre, la sonication peut être utilisée pour fractionner les composants laitiers, ce qui permet de séparer ou de modifier les constituants du lait afin d’améliorer la fonctionnalité des produits, l’efficacité du traitement et le rendement.
Le tableau ci-dessous vous donne une indication de la capacité de traitement approximative de nos ultrasonicateurs :
| Volume du lot | Débit | Appareils recommandés |
|---|---|---|
| 10 à 2000mL | 20 à 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 à 20L | 0,2 à 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 à 100L | 2 à 10L/min | UIP4000hdT |
| 15 à 150L | 3 à 15L/min | UIP6000hdT |
| n.a. | 10 à 100L/min | UIP16000hdT |
| n.a. | supérieur | cluster de UIP16000hdT |
Conception, fabrication et conseil – Qualité Made in Germany
Les ultrasonicateurs Hielscher sont réputés pour leurs normes de qualité et de conception les plus élevées. Leur robustesse et leur facilité d’utilisation permettent une intégration harmonieuse de nos ultrasonicateurs dans les installations industrielles. Les ultrasonicateurs Hielscher font facilement face aux conditions difficiles et aux environnements exigeants.
Hielscher Ultrasonics est une entreprise certifiée ISO qui accorde une importance particulière aux ultrasonicateurs haute performance alliant technologie de pointe et convivialité. Bien entendu, les ultrasonicateurs Hielscher sont conformes CE et répondent aux exigences UL, CSA et RoHs.
L’homogénéisateur alimentaire à ultrasons UIP16000hdT améliore l’emprésurage du lait
Bibliographie / Références
- Liu, Zheng; Juliano, Pablo; Williams, Roderick; Niere, Julie; Augustin, Mary Ann (2014): Ultrasound improves the renneting properties of milk. Ultrasonic Sonochemistry 21(6), 2014.
- Carrillo-Lopez, L.M.; Juarez-Morales, M.G.; Garcia-Galicia, I.A.; Alarcon-Rojo, A.D.; Huerta-Jimenez, M. (2020): The Effect of High-Intensity Ultrasound on the Physicochemical and Microbiological Properties of Mexican Panela Cheese. Foods 2020, 9, 313.
- Bermúdez-Aguirre, D., Mawson, R. and Barbosa-Cánovas, G.V. (2008): Microstructure of Fat Globules in Whole Milk after Thermosonication Treatment. Journal of Food Science 73, 2008. E325-E332.
Foire aux questions
Qu’est-ce que l’emprésurage du lait ?
L’emprésurage du lait est le processus de coagulation enzymatique au cours duquel l’enzyme chymosine (le composant actif de la présure) clive la κ-caséine à la surface des micelles de caséine. Les micelles sont ainsi déstabilisées, ce qui leur permet de s’agréger et de former un réseau de gel protéique tridimensionnel qui devient le caillé.
Qu’est-ce que la présure ?
La présure est un complexe d’enzymes coagulant le lait, utilisé en fromagerie pour provoquer la coagulation du lait. Son principal composant actif est la chymosine (EC 3.4.23.4), une protéase aspartique qui clive spécifiquement la κ-caséine du lait. Cette réaction enzymatique déstabilise les micelles de caséine, ce qui leur permet de s’agréger et de former un réseau de gel qui se sépare en caillé et en lactosérum.
Traditionnellement, la présure est extraite de la caillette (quatrième estomac) de veaux non sevrés, où l’enzyme est naturellement produite pour digérer les protéines du lait. Aujourd’hui, la fabrication fromagère commerciale utilise couramment de la chymosine microbienne ou recombinante, produite par fermentation, qui offre une activité enzymatique constante et est largement utilisée dans la transformation laitière industrielle.
Pourquoi ajoute-t-on de la présure au lait ?
La présure est ajoutée au lait pour déclencher la coagulation des protéines de caséine. En clivant la κ-caséine, la présure permet aux micelles de caséine de s’agréger et de former une structure de caillé qui se sépare du lactosérum, ce qui rend possible la transformation du lait liquide en fromage.
Comment le lait coagule-t-il et caille-t-il ?
Le lait coagule et caille lorsque la stabilité des micelles de caséine du lait est rompue, ce qui provoque l’agrégation des protéines du lait et la formation d’un réseau de gel tridimensionnel. Dans le lait frais, les protéines de caséine sont organisées en micelles qui restent dispersées grâce à l’action stabilisatrice de la κ-caséine à leur surface. Lorsque cette stabilité diminue, les micelles s’agrègent et forment le caillé.
La coagulation peut se produire par action enzymatique, le plus souvent sous l’effet de l’enzyme chymosine contenue dans la présure, qui clive spécifiquement la κ-caséine. Ce clivage élimine la couche stabilisatrice qui entoure les micelles de caséine, ce qui leur permet de s’agréger par interactions hydrophobes et par liaisons médiées par le calcium, formant une structure de gel ferme.
Le lait peut également cailler par acidification : l’acide lactique produit par les bactéries abaisse le pH du lait vers le point isoélectrique de la caséine (environ pH 4,6). À ce pH, la répulsion électrostatique entre les particules de caséine diminue, ce qui entraîne l’agrégation et la précipitation des protéines.
Dans les deux mécanismes, l’agrégation des protéines de caséine piège la matière grasse et l’eau dans le réseau protéique en formation, ce qui aboutit à la séparation du caillé solide et du lactosérum liquide, étape fondamentale de la production du fromage et d’autres produits laitiers fermentés.
Hielscher Ultrasonics fabrique des homogénéisateurs à ultrasons haute performance, de l’échelle du laboratoire à l’échelle industrielle.