Poboljšana proizvodnja sira ultrazvukom velike snage

Proizvodnja različitih vrsta sireva, poput tvrdih sireva, mekih sireva i svježeg sira, od različitih vrsta mlijeka (npr. kravljeg, kozjeg, ovčjeg, bivoljeg, devinog mlijeka itd.) može se učinkovito poboljšati sonikacijom. Primjena ultrazvuka visokog intenziteta ubrzava homogenizaciju, fermentaciju i zrenje, poboljšava mikrobiološku stabilnost te pozitivno utječe na hranjivu vrijednost i teksturu.

Ultrazvuk visokog intenziteta poboljšava proizvodnju sira

Ultrazvučna obrada hrane dobro je uhodana tehnologija za poboljšanje homogenizacije mlijeka i fermentacije u proizvodnji sira. Nadalje, sonikacija u kombinaciji s blagom toplinskom obradom – poznata kao termosonikacija – primjenjuje se kao alternativa tradicionalnoj toplinskoj pasterizaciji, čime se hranjive tvari poput vitamina, aminokiselina i masti štite od toplinske razgradnje. Proizvodnja sira od mlijeka ili sirutke može se znatno intenzivirati i poboljšati primjenom ultrazvuka visokog intenziteta i niske frekvencije.

Učinci ultrazvuka visokog intenziteta na strukturu mlijeka i gruša u proizvodnji sira

Ultrazvučna obrada uspješno se primjenjuje u postupcima proizvodnje sira od goveđeg (kravljeg), ovčjeg, bivoljeg, kozjeg, devinog i kobiljeg mlijeka.
Proizvodnja sira potpomognuta ultrazvukom može se primijeniti na širok raspon vrsta sireva, uključujući cheddar, fetu, krem sir, svježi sir, meksički sir panela, hispanski meki sir i druge specijalne sireve.
Učinci ultrazvuka niske frekvencije i visokog intenziteta na mlijeko tijekom proizvodnje sira uključuju povećanu čvrstoću i tvrdoću gela, ubrzano stvaranje gela, povećanu specifičnu površinu, smanjenu čvrstoću gruša, raspodjelu masnih globula s manjim i ujednačenijim veličinama čestica te poboljšanu sposobnost zadržavanja vode.
Poboljšanja homogenosti izazvana ultrazvukom i ujednačenija raspodjela globula mliječne masti dodatno poboljšavaju kvalitetu sira. Primjerice, istraživanja kozjeg mlijeka zgrušanog reninom pokazala su da je nakon 10 minuta ultrazvučne obrade nastali gel imao gušću, umreženu strukturu. Time je nastala homogenija mikrostruktura s brojnim porama koje su bile znatno manje od onih opaženih u grušu mlijeka koje nije bilo podvrgnuto sonikaciji.
Te strukturne razlike upućuju na to da gruš kozjeg mlijeka obrađen ultrazvukom velike snage ima veću čvrstoću, s vrijednostima G’max (maksimalni modul pohrane) koje premašuju 100 Pa – vrijednostima čak višima od onih zabilježenih za kravlje mlijeko. Slično poboljšanje opaženo je i u adhezivnosti (čvrstoći unutarnjih veza unutar uzorka). Sveukupno, ti nalazi pokazuju da ultrazvuk visokog intenziteta potiče snažnije interakcije među sastojcima mlijeka, čime poboljšava svojstva zgrušavanja mlijeka tijekom proizvodnje sira (usp. Carrillo-Lopez et al., 2021).

Sonikacija također potiče zgrušavanje mlijeka sirilom. Pročitajte više!

Učinci ultrazvuka na proizvodnju sireva

Učinci ultrazvuka visokog intenziteta na preradu mlijeka i proizvodnju sira intenzivno su istraživani.
Povećani prinos sira: Sonikacija svježeg sirovog mlijeka ultrazvučnim uređajem UP400S tijekom proizvodnje sira panela rezultirala je povećanim prinosom sira (%), unatoč povećanoj količini eksudata. Ultrazvuk visokog intenziteta (HIU) tijekom 10 min potiče žute tonove i obojenost sira. Međutim, ne utječe na koordinate boje L*, a* ni C*. pH se povećao s 6,6 na 6,74 nakon 5 min ultrazvučne obrade, ali se smanjio nakon 10 min. (usp. Carrillo-Lopez et al., 2020)
Poboljšana tekstura sira: U pogledu istraživanja provedenih na siru, Bermúdez-Aguirre i Barbosa-Cánovas izvijestili su da je svježi sir dobiven od mlijeka obrađenog termosonikacijom (s pomoću uređaja Hielscher UP400S – 400 W, 24 kHz, 63 °C, 30 min) bio mekši i lomljiviji od sira dobivenog od kontrolnog mlijeka (bez termosonikacije). Zbog tih se svojstava sir lakše mrvio, što je poželjno svojstvo svježeg sira. Autori su to ponašanje objasnili navodeći da je mikrostruktura sira od termosoniranog mlijeka bila homogenija u usporedbi sa sirom od nesoniranog mlijeka. Nadalje, primijetili su da je termosonikacija poboljšala homogenizaciju bjelančevina i masti te povećala zadržavanje molekula vode u matrici. Stoga se može pretpostaviti da ultrazvuk visokog intenziteta (HIU) potiče snažne interakcije među sastojcima mlijeka, poboljšavajući svojstva grušanja.

Utjecaj ultrazvuka na mliječne proizvode: viskoznost i reologija, homogenost, mikrobna aktivnost

Mliječni proizvodi proizvode se od životinjskog mlijeka, primjerice kravljeg, ovčjeg, kozjeg, bivoljeg, kobiljeg ili devinog mlijeka. Nakon mužnje mlijeko se može preraditi u različite proizvode, poput homogeniziranog i obranog mlijeka, jogurta, vrhnja, maslaca, sira, sirutke, kazeina ili mlijeka u prahu. Kravlje mlijeko najvažnija je sirovina za mljekarsku industriju, sa svjetskom proizvodnjom od 542.069.000 tona godišnje.[Gerosa et al. 2012]
Sirutka (mliječni serum) nusproizvod je proizvodnje sira ili kazeina. Sastoji se uglavnom od globinstagers α-laktalbumina (~65%), β-laktoglobulina (~25%) te malih količina serumskog albumina (~8%) i imunoglobulina. Bjelančevine sirutke globularne su bjelančevine koje se mogu ekstrahirati iz sirutke.
Mlijeko u prahu proizvodi se u sušilicama s raspršivanjem, u kojima se mlijeko suši i isparava kako bi se dobilo čisto suho mlijeko u prahu. Zbog iznimno velike potrošnje energije sušilica s raspršivanjem, visoka koncentracija suhe tvari u tekućini važna je za optimizaciju učinkovitosti procesa.

“Uzorci svježeg obranog mlijeka, rekonstituiranog micelarnog kazeina i kazeina u prahu sonirani su pri 20kHz kako bi se istražio učinak sonikacije. U svježem obranom mlijeku prosječna veličina preostalih masnih globula smanjila se za približno 10nm nakon 60min sonikacije; međutim, utvrđeno je da je veličina kazeinskih micela ostala nepromijenjena. Tijekom prvih nekoliko minuta sonikacije došlo je i do malog povećanja količine topljivih bjelančevina sirutke te odgovarajućeg smanjenja viskoznosti, što bi se moglo pripisati razbijanju agregata kazeina i bjelančevina sirutke. U ultracentrifugiranim uzorcima obranog mlijeka soniranima do 60min nisu se mogle otkriti mjerljive promjene u sadržaju slobodnog kazeina. Sonikacija je dovela do malog, privremenog smanjenja pH; međutim, nije uočena mjerljiva promjena koncentracije topljivog kalcija. Stoga su kazeinske micele u svježem obranom mlijeku bile stabilne tijekom izlaganja sonikaciji. Slični rezultati dobiveni su za rekonstituirani micelarni kazein, dok su veće promjene viskoznosti uočene s povećanjem sadržaja bjelančevina sirutke. Kontrolirana primjena ultrazvuka može se korisno primijeniti za poništavanje agregacije bjelančevina uzrokovane procesom, bez utjecaja na nativno stanje kazeinskih micela.” [Chandrapala et al. 2012]

Učinci ultrazvuka visokog intenziteta na hranjive tvari u mlijeku i mikrobnu stabilnost

Razavi i Kenari (2020) istraživali su utjecaj ultrazvuka visokog intenziteta u kombinaciji s blagom toplinskom obradom na inaktivaciju mikroorganizama i enzima koji uzrokuju kvarenje i smanjuju sigurnost hrane. Cilj njihova istraživanja bio je procijeniti učinak ultrazvučne obrade kao alternative toplinskoj obradi na visokoj temperaturi na broj mikroorganizama, oksidaciju lipida kao parametar kvalitete te vitamine kao prehrambene značajke mlijeka. Rezultati su pokazali da je ultrazvuk uspio smanjiti mikrobno opterećenje mlijeka te da je uzrokovao manje promjena vitamina nego konvencionalna toplinska obrada mlijeka. Pritom se sonikacija ultrazvučnom sondom pokazala boljom i najučinkovitijom pri intenzitetu od 75%. Primjena ultrazvučne sonde pri 55°C i intenzitetu od 75% tijekom 10 minuta preporučuje se kao nedestruktivan postupak pasterizacije mlijeka.

Ultrazvučni homogenizatori visokih performansi za proizvodnju sira

Hielscher Ultrasonics ima dugogodišnje iskustvo u primjeni ultrazvuka velike snage u industriji hrane i pića te u mnogim drugim industrijskim granama. Naši ultrazvučni procesori opremljeni su sonotrodama i protočnim ćelijama (dijelovima u dodiru s medijem) koje se lako čiste (čišćenje na mjestu CIP / sterilizacija na mjestu SIP). Industrijski ultrazvučni procesori tvrtke Hielscher Ultrasonics mogu postići vrlo visoke amplitude. Amplitude do 200µm mogu se lako kontinuirano održavati u radu 24/7. Visoke amplitude važne su za inaktivaciju otpornijih mikroorganizama (npr. gram-pozitivnih bakterija). Za još više amplitude dostupne su prilagođene ultrazvučne sonotrode. Sve sonotrode i ultrazvučni reaktori s protočnim ćelijama mogu raditi pri povišenim temperaturama i tlakovima, što omogućuje pouzdanu termo-mano-sonikaciju i vrlo učinkovitu pasterizaciju.
Najsuvremenija tehnologija, visoke performanse i napredan softver čine uređaje tvrtke Hielscher Ultrasonics pouzdanim radnim uređajima u vašoj liniji za pasterizaciju hrane. Zahvaljujući maloj površini koju zauzimaju i raznovrsnim mogućnostima ugradnje, ultrazvučni uređaji Hielscher mogu se lako integrirati ili naknadno ugraditi u postojeće proizvodne linije.
Obratite nam se sada kako biste saznali više o značajkama i mogućnostima naših sustava za ultrazvučnu homogenizaciju. Rado ćemo s vama razgovarati o vašoj primjeni u proizvodnji sira!

Tablica u nastavku daje okvirni prikaz približnog kapaciteta obrade naših ultrazvučnih uređaja: