Coagulazione presamica del latte migliorata dal trattamento a ultrasuoni
La coagulazione presamica del latte assistita da ultrasuoni è una tecnica di lavorazione innovativa per migliorare la qualità del prodotto e l’efficienza produttiva. Il trattamento a ultrasuoni applicato al latte prima della coagulazione ha mostrato un notevole potenziale per ottimizzare la fase di coagulazione presamica nella produzione di formaggio. Gli ultrasuoni a bassa frequenza e ad alta potenza possono modificare la struttura delle proteine del latte e delle micelle di caseina, migliorando la formazione del gel durante la coagulazione presamica. Questi effetti rendono la sonicazione un metodo efficace per i tecnologi lattiero-caseari che desiderano migliorare le operazioni di lavorazione del latte e aumentare l’efficienza e la costanza della produzione di formaggio.
L’importanza della coagulazione presamica nella produzione di formaggio
La coagulazione presamica è la prima fase cruciale della produzione di formaggio. Durante questo processo, l’enzima chimosina scinde le molecole di κ-caseina, consentendo alle micelle di caseina di aggregarsi e formare un reticolo tridimensionale di gel che diventa la cagliata. La qualità di questo reticolo di gel influenza direttamente:
- Tempo di gelificazione
- Consistenza della cagliata
- Velocità di rassodamento della cagliata
- Microstruttura e connettività del gel
Questi parametri determinano l’efficienza con cui il latte può essere trasformato in formaggio e, in ultima analisi, influenzano la resa, la consistenza e le prestazioni del processo.
Tuttavia, il comportamento del latte durante la coagulazione presamica può variare a causa di fattori quali la composizione proteica, l’equilibrio del calcio, il pH e la struttura delle micelle di caseina. Le tecnologie che migliorano o stabilizzano queste proprietà possono quindi offrire un valore significativo alle aziende di trasformazione lattiero-casearia.
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Come gli ultrasuoni migliorano la coagulazione presamica del latte
Il trattamento a ultrasuoni funziona trasmettendo onde ultrasoniche a bassa frequenza (>20 kHz) in mezzi liquidi. Ciò genera cavitazione acustica, durante la quale bolle microscopiche si formano e collassano rapidamente, creando forze meccaniche localizzate, turbolenza e microgetti nel liquido.
Questi effetti meccanici possono modificare la struttura fisica delle proteine del latte senza richiedere temperature elevate.
La ricerca di Liu et al. (2014) ha dimostrato che la sonicazione del latte scremato a 20 kHz prima della coagulazione presamica migliorava significativamente le caratteristiche di gelificazione del latte.
Lo studio ha mostrato che il trattamento a ultrasuoni:
- Riduceva il tempo di gelificazione necessario per la coagulazione presamica
- Aumentava la velocità di rassodamento della cagliata
- Produceva gel più resistenti con una maggiore consistenza della cagliata
- Migliorava la connettività del reticolo di gel presamico
Questi miglioramenti sono stati attribuiti ai cambiamenti indotti dagli ultrasuoni nelle proteine del latte e nella struttura delle micelle di caseina.
Gli stessi risultati sono descritti nello studio caricato, che riporta che il latte trattato con ultrasuoni a pH 8 e successivamente riportato a pH 6,7 mostrava i miglioramenti più marcati nelle prestazioni di coagulazione.
Principali effetti strutturali nel latte
Il trattamento a ultrasuoni modifica la microstruttura delle proteine del latte in diversi modi. Secondo lo studio e le ricerche correlate:
- Riduzione delle dimensioni delle micelle di caseina dovuta alle forze meccaniche indotte dalla cavitazione
- Formazione di aggregati proteici più piccoli
- Aumento della superficie delle particelle di caseina
- Potenziamento delle interazioni proteiche durante la coagulazione
Questi cambiamenti strutturali consentono un’aggregazione più efficiente una volta aggiunto il caglio.
I risultati riportati nello studio evidenziano notevoli miglioramenti delle prestazioni. Ad esempio:
- Il tempo di gelificazione è diminuito da circa 40 minuti nel latte non trattato a circa 28 minuti nel latte sottoposto a sonicazione
- La consistenza della cagliata è aumentata di diverse volte rispetto al controllo non trattato
- La velocità di rassodamento della cagliata è aumentata sostanzialmente
Questi cambiamenti si traducono direttamente in una formazione della cagliata più rapida e più solida durante la produzione di formaggio.
Cella di flusso in vetro per il trattamento a ultrasuoni in prove su banco, ad esempio per la sonicazione del latte
Coagulazione presamica assistita da ultrasuoni: vantaggi per i produttori lattiero-caseari e di formaggio
Per la lavorazione lattiero-casearia industriale, i potenziali benefici della coagulazione presamica migliorata dagli ultrasuoni sono considerevoli.
Lavorazione più rapida
Gli ultrasuoni riducono il tempo di gelificazione, il che può accelerare le prime fasi della produzione di formaggio.
- Tempo di coagulazione più breve
- Formazione della cagliata più rapida
- Capacità produttiva potenzialmente maggiore nelle linee di produzione
Migliore struttura della cagliata
Il trattamento a ultrasuoni produce un reticolo proteico più denso e più interconnesso, generando cagliate più resistenti.
Ciò può contribuire a:
- Migliore manipolazione della cagliata
- Migliore separazione del siero
- Maggiore controllo della consistenza
Maggiore efficienza produttiva
Gel più resistenti e una coagulazione più rapida possono consentire:
- Potenziale resa casearia più elevata
- Riduzione dei tempi di lavorazione
- Qualità del prodotto più costante
Questi vantaggi sono particolarmente rilevanti per la produzione di formaggio su larga scala, in cui piccoli miglioramenti dell’efficienza del processo possono tradursi in significativi benefici economici.
Processore industriale a ultrasuoni UIP4000hdT per la lavorazione del latte su scala industriale.
Gli ultrasuoni come tecnologia non termica per la lavorazione lattiero-casearia
Uno degli aspetti più interessanti della lavorazione del latte a ultrasuoni è che viene considerata una tecnologia di trattamento non termico o blando.
A differenza dei trattamenti termici tradizionali, gli ultrasuoni possono modificare le proprietà strutturali delle proteine attraverso gli effetti meccanici della cavitazione, anziché mediante temperature elevate. Questo aiuta a preservare le caratteristiche funzionali e nutrizionali dei componenti del latte.
Recenti rassegne evidenziano gli ultrasuoni come una tecnica efficace e affidabile per controllare la funzionalità delle proteine e i processi di gelificazione nei sistemi lattiero-caseari, inclusi il formaggio e i prodotti a base di latte fermentato.
Per i tecnologi lattiero-caseari, questo apre opportunità per adattare la funzionalità del latte senza compromettere la qualità del prodotto.
Implementazione industriale negli stabilimenti lattiero-caseari
Man mano che la ricerca passa dagli studi di laboratorio all’applicazione industriale, l’affidabilità delle apparecchiature e la conformità ai requisiti di sicurezza alimentare diventano aspetti essenziali.
I sistemi industriali di sonicazione, come quelli sviluppati da Hielscher Ultrasonics, sono progettati secondo criteri di progettazione igienica e per un’installazione sicura negli ambienti di trasformazione alimentare. Questi sistemi possono essere utilizzati in conformità alle linee guida cGMP e FDA, e le applicazioni di trasformazione alimentare possono essere validate e certificate mediante test indipendenti eseguiti da terze parti.
I sonicatori Hielscher si collegano facilmente al software degli impianti di processo e si integrano senza difficoltà nelle linee di produzione esistenti. La registrazione automatizzata dei dati relativi ai parametri del processo a ultrasuoni garantisce il monitoraggio e il controllo della qualità in conformità alle linee guida cGMP.
Questo rende la lavorazione del latte a ultrasuoni una tecnologia pratica per gli stabilimenti lattiero-caseari commerciali che cercano di innovare i processi.
Per i tecnologi lattiero-caseari e i produttori di formaggio, questo approccio rappresenta una fase di lavorazione affidabile verso processi di produzione del formaggio più efficienti, controllabili e innovativi.
I punti essenziali
La sonicazione può essere applicata al latte prima della produzione di vari prodotti lattiero-caseari, come il formaggio e altri alimenti coagulati con caglio, per migliorarne le proprietà funzionali e strutturali. Modificando le caratteristiche fisiche delle proteine del latte e dei globuli di grasso, il trattamento lattiero-caseario a ultrasuoni può migliorare il comportamento di coagulazione, la struttura della cagliata e la qualità complessiva del prodotto. Inoltre, la sonicazione può essere utilizzata per frazionare i componenti lattiero-caseari, consentendo la separazione o la modifica dei costituenti del latte per migliorare la funzionalità del prodotto, l’efficienza di lavorazione e la resa.
La tabella seguente fornisce un’indicazione della capacità di lavorazione approssimativa dei nostri sonicatori:
| Volume del lotto | Portata | Dispositivi consigliati |
|---|---|---|
| Da 10 a 2000mL | Da 20 a 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| Da 0,1 a 20L | Da 0,2 a 4L/min | UIP2000hdT |
| Da 10 a 100L | Da 2 a 10L/min | UIP4000hdT |
| Da 15 a 150L | Da 3 a 15L/min | UIP6000hdT |
| n.a. | Da 10 a 100L/min | UIP16000hdT |
| n.a. | superiore | gruppo di UIP16000hdT |
Progettazione, produzione e consulenza – Qualità Made in Germany
I sonicatori Hielscher sono rinomati per i loro elevatissimi standard di qualità e progettazione. La robustezza e la facilità d’uso consentono di integrare senza difficoltà i nostri sonicatori negli impianti industriali. I sonicatori Hielscher gestiscono agevolmente condizioni gravose e ambienti impegnativi.
Hielscher Ultrasonics è un’azienda certificata ISO e pone particolare attenzione ai sonicatori ad alte prestazioni dotati di tecnologia all’avanguardia e caratterizzati dalla facilità d’uso. Naturalmente, i sonicatori Hielscher sono conformi ai requisiti CE e soddisfano i requisiti UL, CSA e RoHs.
Omogeneizzatore a ultrasuoni per alimenti UIP16000hdT migliora la coagulazione presamica del latte
Bibliografia / Riferimenti
- 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.
Domande frequenti
Che cos’è la coagulazione presamica del latte?
La coagulazione presamica del latte è il processo di coagulazione enzimatica in cui l’enzima chimosina (il componente attivo del caglio) scinde la κ-caseina sulla superficie delle micelle di caseina. Questo destabilizza le micelle, consentendo loro di aggregarsi e formare un reticolo tridimensionale di gel proteico che diventa la cagliata.
Che cos’è il caglio?
Il caglio è un complesso di enzimi coagulanti del latte utilizzato nella produzione di formaggio per indurre la coagulazione del latte. Il suo principale componente attivo è la chimosina (EC 3.4.23.4), una proteasi aspartica che scinde specificamente la κ-caseina nel latte. Questa reazione enzimatica destabilizza le micelle di caseina, consentendo loro di aggregarsi e formare un reticolo di gel che si separa in cagliata e siero.
Tradizionalmente, il caglio viene estratto dall’abomaso (quarto stomaco) dei vitelli non svezzati, dove l’enzima viene prodotto naturalmente per digerire le proteine del latte. Oggi, nella produzione commerciale di formaggio si utilizza comunemente chimosina microbica o ricombinante, prodotta mediante fermentazione, che offre un’attività enzimatica costante ed è ampiamente utilizzata nella lavorazione lattiero-casearia industriale.
Perché si aggiunge il caglio al latte?
Il caglio viene aggiunto al latte per avviare la coagulazione delle proteine caseiniche. Scindendo la κ-caseina, il caglio consente alle micelle di caseina di aggregarsi e formare una struttura di cagliata che si separa dal siero, permettendo la trasformazione del latte liquido in formaggio.
Come coagula il latte e come si forma la cagliata?
Il latte coagula e forma la cagliata quando viene compromessa la stabilità delle micelle di caseina nel latte, provocando l’aggregazione delle proteine del latte e la formazione di un reticolo tridimensionale di gel. Nel latte fresco, le proteine caseiniche sono organizzate in micelle che rimangono disperse grazie all’azione stabilizzante della κ-caseina sulla loro superficie. Quando questa stabilità si riduce, le micelle si aggregano e formano la cagliata.
La coagulazione può avvenire per azione enzimatica, più comunemente mediante l’enzima chimosina presente nel caglio, che scinde specificamente la κ-caseina. Questa scissione rimuove lo strato stabilizzante attorno alle micelle di caseina, consentendo loro di aggregarsi attraverso interazioni idrofobiche e legami mediati dal calcio, formando una struttura di gel compatta.
Il latte può anche formare la cagliata per acidificazione, quando l’acido lattico prodotto dai batteri abbassa il pH del latte verso il punto isoelettrico della caseina (circa pH 4,6). A questo pH, la repulsione elettrostatica tra le particelle di caseina diminuisce, portando all’aggregazione e alla precipitazione delle proteine.
In entrambi i meccanismi, l’aggregazione delle proteine caseiniche intrappola grasso e acqua all’interno del reticolo proteico in formazione, determinando la separazione della cagliata solida dal siero liquido, che costituisce il passaggio fondamentale nella produzione di formaggio e di altri prodotti lattiero-caseari fermentati.
Hielscher Ultrasonics produce omogeneizzatori a ultrasuoni ad alte prestazioni, dai modelli da laboratorio a quelli di dimensioni industriali.