שיפור ייצור גבינות באמצעות אולטרסאונד בעוצמה גבוהה

ניתן לשפר ביעילות באמצעות סוניקציה את ייצורם של סוגי גבינות שונים, כגון גבינות קשות, גבינות רכות וגבן, המיוצרים מסוגי חלב שונים (למשל חלב פרה, עז, כבשה, תאו, נאקה וכו'). השימוש באולטרסאונד בעוצמה גבוהה מאיץ הומוגניזציה, תסיסה והבשלה, משפר את היציבות המיקרוביאלית ומשפיע לטובה על הערך התזונתי ועל המרקם.

אולטרסאונד בעוצמה גבוהה משפר את ייצור הגבינות

עיבוד מזון באולטרסאונד הוא טכנולוגיה מבוססת היטב לשיפור ההומוגניזציה והתסיסה של חלב בייצור גבינות. נוסף על כך, סוניקציה בשילוב טיפול חום מתון – המכונה תרמו־סוניקציה – משמשת חלופה לפסטור מסורתי המבוסס על חום, ובכך מגינה על רכיבי תזונה כגון ויטמינים, חומצות אמינו ושומנים מפני פירוק תרמי. ניתן להגביר ולשפר במידה ניכרת את ייצור הגבינות מחלב או ממי גבינה באמצעות אולטרסאונד בעוצמה גבוהה ובתדירות נמוכה.

השפעות אולטרסאונד בעוצמה גבוהה על מבנה החלב והגבן בייצור גבינות

טיפול באולטרסאונד יושם בהצלחה בתהליכי ייצור גבינות מחלב בקר (פרה), חלב כבשים, חלב תאואים, חלב עזים, חלב נאקות וחלב סוסות.
ניתן להשתמש בייצור גבינות המואץ באמצעות אולטרסאונד למגוון רחב של סוגי גבינות, ובהם גבינת צ'דר, גבינת פטה, גבינת שמנת, גבינת גבן, גבינת פנלה מקסיקנית, גבינה רכה בסגנון היספני וגבינות מיוחדות נוספות.
השפעות האולטרסאונד בתדירות נמוכה ובעוצמה גבוהה על חלב במהלך ייצור גבינות כוללות עלייה בחוזק הג'ל ובקשיותו, האצת היווצרות הג'ל, הגדלת שטח הפנים הסגולי, הפחתת מוצקות הגבן, התפלגות גדלים קטנה ואחידה יותר של כדוריות השומן ושיפור יכולת אחזקת המים.
השיפור באחידות בעקבות הטיפול באולטרסאונד והפיזור האחיד יותר של כדוריות שומן החלב משפרים עוד יותר את איכות הגבינה. לדוגמה, מחקרים על חלב עזים שהוגבן באמצעות רנין הראו כי לאחר 10 דקות של טיפול באולטרסאונד, הג'ל שהתקבל הציג מבנה רשתי צפוף יותר ובעל קשרי צילוב. כך נוצר מיקרו־מבנה אחיד יותר עם נקבוביות רבות, שהיו קטנות במידה ניכרת מאלו שנצפו בגבן מחלב שלא עבר סוניקציה.
הבדלים מבניים אלה מצביעים על כך שגבן מחלב עזים שטופל באולטרסאונד בעוצמה גבוהה מפגין מוצקות רבה יותר, עם ערכי G'max (מודול האגירה המרבי) העולים על 100 Pa – ערכים גבוהים אף מאלו שדווחו עבור חלב פרה. שיפור דומה נצפה בדביקוּת (חוזק הקשרים הפנימיים בתוך הדגימה). ככלל, ממצאים אלה מצביעים על כך שאולטרסאונד בעוצמה גבוהה מעודד אינטראקציות חזקות יותר בין רכיבי החלב, ובכך משפר את תכונות ההתמצקות של החלב במהלך ייצור גבינות (cf. Carrillo-Lopez et al., 2021).

סוניקציה מעודדת גם את הגבנת החלב באמצעות אנזים הגבנה. קראו עוד!

השפעות אולטרסאונד על ייצור גבינות

השפעות האולטרסאונד בעוצמה גבוהה על עיבוד מוצרי חלב ועל ייצור גבינות נחקרו בהרחבה.
תפוקת גבינה מוגברת: סוניקציה של חלב גולמי טרי באמצעות מכשיר האולטרסאונד UP400S במהלך ייצור גבינת פנלה הביאה לעלייה בתפוקת הגבינה (%), למרות עלייה בכמות הנוזלים שהופרשו. טיפול באולטרסאונד בעוצמה גבוהה (HIU) במשך 10 min מעודד גוונים צהובים והיווצרות צבע בגבינה. עם זאת, קואורדינטות הצבע L*, a* ו־C* אינן מושפעות. ה־pH עלה מ־6.6 ל־6.74 לאחר 5 min של טיפול באולטרסאונד, אך ירד לאחר 10 min. (cf. Carrillo-Lopez et al., 2020)
מרקם גבינה משופר: באשר למחקרים שנערכו על גבינה, Bermúdez-Aguirre ו-Barbosa-Cánovas דיווחו כי גבינה טרייה שהופקה מחלב שטופל בתרמוסוניקציה (באמצעות מכשיר של Hielscher UP400S – 400 W, 24 kHz, 63 °C, 30 min) הייתה רכה ושבירה יותר מגבינה שהופקה מחלב הביקורת (ללא תרמוסוניקציה). מאפיינים אלה הניבו גבינה שקל יותר לפורר, תכונה רצויה בגבינה טרייה. מחברים אלה הסבירו התנהגות זו בכך שהמיקרומבנה של גבינה מחלב שטופל בתרמוסוניקציה היה הומוגני יותר מזה של גבינה מחלב שלא עבר סוניקציה. נוסף על כך, הם ציינו כי תרמוסוניקציה שיפרה את ההומוגניזציה של חלבונים ושומן והגבירה את שימור מולקולות המים במטריצה. לפיכך, ניתן להניח שאולטרסאונד בעוצמה גבוהה (HIU) מעודד אינטראקציות חזקות בין רכיבי החלב ומשפר את תכונות ההתמצקות.

השפעת אולטרסאונד על מוצרי חלב: צמיגות וראולוגיה, הומוגניות ופעילות מיקרוביאלית

מוצרי חלב מיוצרים מחלב של בעלי חיים, כגון פרות, כבשים, עיזים, תאואים, סוסות או נאקות. לאחר איסופו, ניתן לעבד את החלב למוצרים שונים, כגון חלב שעבר הומוגניזציה וחלב רזה, יוגורט, שמנת, חמאה, גבינה, מי גבינה, קזאין או אבקת חלב. חלב פרה הוא חומר הגלם החשוב ביותר לתעשיית החלב, עם ייצור עולמי של 542,069,000 טונות/שנה.[Gerosa et al. 2012]
מי גבינה (סרום החלב) הם תוצר לוואי של ייצור גבינה או קזאין. הם מורכבים בעיקר מ-globinstagers α-lactalbumin (~65%), β-lactoglobulin (~25%), וכן מכמויות קטנות של אלבומין בסרום (~8%) ואימונוגלובולינים. חלבוני מי גבינה הם חלבונים כדוריים שניתן למצות ממי הגבינה.
אבקת חלב מיוצרת באמצעות מייבשי ריסוס לייבוש ולאידוי החלב, במטרה לקבל אבקת חלב יבשה וטהורה. בשל צריכת האנרגיה הגבוהה ביותר של מייבשי ריסוס, ריכוז מוצקים גבוה בנוזל חשוב למיטוב יעילות התהליך.

"דגימות של חלב רזה טרי, קזאין מיצלרי משוחזר ואבקת קזאין עברו סוניקציה בתדר 20kHz כדי לחקור את השפעת הטיפול באולטרסאונד. בחלב רזה טרי, הגודל הממוצע של כדוריות השומן שנותרו פחת בכ-10nm לאחר 60min של סוניקציה; עם זאת, נמצא שגודל מיצלות הקזאין נותר ללא שינוי. בדקות הראשונות של הסוניקציה חלו גם עלייה קטנה בכמות חלבון מי הגבינה המסיס וירידה מקבילה בצמיגות, שניתן לייחס לפירוק צברים של קזאין וחלבוני מי גבינה. לא ניתן היה לזהות שינויים מדידים בתכולת הקזאין החופשי בדגימות חלב רזה שעברו צנטריפוגת-על וסוניקציה במשך עד 60min. הסוניקציה גרמה לירידה קטנה וזמנית ב-pH; עם זאת, לא נצפה שינוי מדיד בריכוז הסידן המסיס. לפיכך, מיצלות הקזאין בחלב רזה טרי היו יציבות במהלך החשיפה לטיפול באולטרסאונד. תוצאות דומות התקבלו עבור קזאין מיצלרי משוחזר, ואילו שינויים גדולים יותר בצמיגות נצפו ככל שעלתה תכולת חלבון מי הגבינה. ניתן להשתמש באופן מועיל ביישום מבוקר של אולטרסאונד כדי להפוך הצטברות חלבונים הנגרמת במהלך העיבוד, בלי להשפיע על המצב הטבעי של מיצלות הקזאין." [Chandrapala et al. 2012]

השפעות אולטרסאונד בעוצמה גבוהה על רכיבי התזונה בחלב ועל היציבות המיקרוביאלית

Razavi ו-Kenari ‏(2020) חקרו את השפעתו של אולטרסאונד בעוצמה גבוהה בשילוב עם תהליך טיפול תרמי מתון להשבתת מיקרואורגניזמים ואנזימים הגורמים לקלקול ולפגיעה בבטיחות המזון. מטרת מחקרם הייתה להעריך את השפעת הטיפול באולטרסאונד כחלופה לטיפול תרמי בטמפרטורה גבוהה על ספירת המיקרואורגניזמים, על חמצון ליפידים כמדד לאיכות ועל ויטמינים כמאפיינים תזונתיים של החלב. התוצאות הראו כי אולטרסאונד הצליח להפחית את העומס המיקרוביאלי בחלב וגרם לשינויים מעטים יותר בוויטמינים בהשוואה לחלב שעבר טיפול תרמי קונבנציונלי. בהקשר זה, סוניקציה באמצעות גשוש אולטרסוני נמצאה עדיפה ויעילה ביותר בעוצמה של 75%. השימוש באולטרסאונד מסוג גשוש בטמפרטורה של 55°C ובעוצמה של 75% למשך 10 דקות מומלץ כתהליך שאינו הרסני לפסטור חלב.

הומוגנייזרים אולטרסוניים עתירי ביצועים לייצור גבינה

ל-Hielscher Ultrasonics ניסיון רב שנים ביישום אולטרסאונד רב עוצמה בתעשיית המזון והמשקאות וכן בענפי תעשייה רבים אחרים. המעבדים האולטרסוניים שלנו מצוידים בסונוטרודות ובתאי זרימה (החלקים הבאים במגע עם הנוזל) הקלים לניקוי (ניקוי במקום CIP / עיקור במקום SIP). המעבדים האולטרסוניים התעשייתיים של Hielscher Ultrasonics מסוגלים לספק אמפליטודות גבוהות מאוד. ניתן להפעיל בקלות וברציפות אמפליטודות של עד 200µm במסגרת עבודה 24/7. אמפליטודות גבוהות חשובות להשבתת מיקרואורגניזמים עמידים יותר (למשל, חיידקים גראם-חיוביים). לאמפליטודות גבוהות אף יותר, זמינות סונוטרודות אולטרסוניות מותאמות אישית. ניתן להפעיל את כל הסונוטרודות והריאקטורים האולטרסוניים בעלי תאי הזרימה בטמפרטורות ובלחצים מוגברים, דבר המאפשר סוניקציה אמינה בשילוב חום ולחץ ופסטור יעיל ביותר.
טכנולוגיה מתקדמת ביותר, ביצועים גבוהים ותוכנה מתוחכמת הופכים את המערכות של Hielscher Ultrasonics לסוסי עבודה אמינים בקו פסטור המזון שלכם. בזכות שטח התקנה קטן ואפשרויות התקנה מגוונות, ניתן לשלב בקלות את המכשירים האולטרסוניים של Hielscher בקווי ייצור קיימים או להתקינם בהם במסגרת שדרוג.
צרו איתנו קשר כעת כדי ללמוד עוד על התכונות והיכולות של מערכות ההומוגניזציה האולטרסוניות שלנו. נשמח לדון איתכם ביישום שלכם בתחום הגבינה!

הטבלה שלהלן נותנת מושג על כושר העיבוד המשוער של המכשירים האולטרסוניים שלנו: