高出力超音波によるチーズ製造の改善

さまざまな種類の乳（牛、ヤギ、羊、水牛、ラクダの乳など）から作られるハードチーズ、ソフトチーズ、カードなど、多様なチーズの製造は、超音波処理によって効率的に改善できます。高強度超音波の適用は、均質化、発酵、熟成を促進し、微生物学的安定性を改善するとともに、栄養価と食感に好ましい効果をもたらします。

高強度超音波によるチーズ製造の改善

超音波による食品加工は、チーズ製造における乳の均質化と発酵を改善するための確立された技術です。さらに、穏やかな加熱処理と組み合わせた超音波処理 – 加熱超音波処理として知られる手法 – は、従来の加熱による低温殺菌の代替として用いられ、ビタミン、アミノ酸、脂肪などの栄養素を熱による分解から保護します。高強度・低周波超音波の適用により、乳やホエイを用いたチーズ製造を大幅に促進し、改善できます。

チーズ製造における乳とカードの構造に対する高強度超音波の効果

超音波処理は、ウシ（牛）の乳、羊乳、水牛乳、ヤギ乳、ラクダ乳、馬乳を用いたチーズ製造工程で成功裏に適用されています。
超音波で促進するチーズ製造は、チェダーチーズ、フェタチーズ、クリームチーズ、カードチーズ、メキシコのパネラチーズ、ヒスパニック系ソフトチーズ、その他の特製チーズなど、幅広い種類のチーズに利用できます。
チーズ製造中の乳に対する低周波・高強度超音波の効果には、ゲル強度とゲル硬度の増加、ゲル形成の促進、比表面積の増加、カードの硬さの低下、脂肪球の粒径分布の微細化と均一化、保水能力の向上が含まれます。
超音波による均質性の改善と乳脂肪球の分布の均一化は、チーズ品質をさらに向上させます。例えば、レンニンで凝固させたヤギ乳に関する研究では、10分間の超音波処理後に得られたゲルが、より緻密な架橋網目構造を示しました。これにより、超音波処理を行っていない乳のカードに見られるものよりも有意に小さい細孔を豊富に含む、より均質な微細構造が形成されました。
これらの構造の違いは、高出力超音波で処理したヤギ乳のカードがより高い硬さを示し、G’max値（最大貯蔵弾性率）が100 Paを超えることを示唆しています – この値は牛乳について報告された値よりもさらに高いものです。付着性（試料内部の結合の強さ）にも同様の改善が見られました。全体として、これらの知見は、高強度超音波が乳成分間のより強い相互作用を促進し、それによってチーズ製造中の乳の凝固特性を改善することを示しています（cf. Carrillo-Lopez et al., 2021）。

超音波処理は乳のレンネット凝固も促進します。詳しくはこちら！

チーズ製造に対する超音波の効果

乳製品加工およびチーズ製造に対する高強度超音波の効果は、精力的に研究されてきました。
チーズ収率の向上： パネラチーズの製造中に超音波処理装置UP400Sで新鮮な生乳を超音波処理したところ、滲出液の増加にもかかわらず、チーズ収率（%）が向上しました。10 minのHIU処理により、チーズの黄色の色調と着色が促進されます。ただし、色座標L*、a*、C*はいずれも影響を受けません。pHは5 minの超音波処理後に6.6から6.74へ上昇しましたが、10 minでは低下しました。（cf. Carrillo-Lopez et al., 2020）
チーズの食感の改善： チーズを対象に実施された研究について、Bermúdez-AguirreとBarbosa-Cánovasは、加熱超音波処理（Hielscherの UP400S – 400 W、24 kHz、63 °C、30 minを使用）を施した乳から得られたフレッシュチーズは、対照の乳（加熱超音波処理なし）から作られたチーズよりも軟らかく、もろいと報告しました。これらの特性により、チーズはより崩しやすくなり、これはフレッシュチーズにとって望ましい性質です。著者らは、加熱超音波処理を施した乳から作られたチーズの微細構造が、超音波処理を施していない乳から作られたチーズよりも均質な構造を示したことを挙げ、この挙動を説明しました。また、加熱超音波処理はタンパク質と脂肪の均質化を改善し、マトリックス内の水分子の保持を増加させたと述べています。したがって、HIUは乳成分間の強い相互作用を促進し、凝固特性を改善すると考えられます。

乳製品に対する超音波の影響：粘度とレオロジー、均質性、微生物活性

乳製品は、牛、羊、ヤギ、水牛、馬、ラクダなどの動物の乳から製造されます。搾乳後、乳は均質化乳、脱脂乳、ヨーグルト、クリーム、バター、チーズ、ホエイ、カゼイン、粉乳など、さまざまな製品に加工できます。牛乳は乳製品産業にとって最も重要な原料であり、世界の生産量は542,069,000トン/年です。[Gerosa et al. 2012]
ホエイ（乳清）は、チーズまたはカゼイン製造の副産物です。主にglobinstagersであるα-ラクトアルブミン（~65%）、β-ラクトグロブリン（~25%）と、少量の血清アルブミン（~8%）および免疫グロブリンから構成されます。ホエイタンパク質は、ホエイから抽出できる球状タンパク質です。
粉乳は、純粋な乾燥粉乳を得るため、噴霧乾燥機で乳を乾燥させ、水分を蒸発させて製造されます。噴霧乾燥機はエネルギー消費が極めて大きいため、工程効率を最適化するには、液体の固形分濃度が高いことが重要です。

「新鮮な脱脂乳、再構成したミセル状カゼイン、カゼイン粉末の試料を20kHzで超音波処理し、超音波処理の効果を調べました。新鮮な脱脂乳では、60minの超音波処理後に残存脂肪球の平均粒径が約10nm減少しましたが、カゼインミセルの大きさは変化していないことが確認されました。超音波処理の最初の数分間には、可溶性ホエイタンパク質のわずかな増加と、それに対応する粘度の低下も生じました。これは、カゼインとホエイタンパク質の凝集体が解体されたことに起因する可能性があります。最大60minの超音波処理を施し、超遠心分離した脱脂乳試料では、遊離カゼイン含量に測定可能な変化は検出されませんでした。超音波処理によりpHは一時的にわずかに低下しましたが、可溶性カルシウム濃度に測定可能な変化は観察されませんでした。したがって、新鮮な脱脂乳中のカゼインミセルは、超音波処理中も安定していました。再構成したミセル状カゼインでも同様の結果が得られましたが、ホエイタンパク質含量が増加すると、より大きな粘度変化が観察されました。超音波を制御して適用することで、カゼインミセルの天然の状態に影響を与えることなく、加工によって生じたタンパク質の凝集を解消するために有効に利用できます。」 [Chandrapala et al. 2012]

乳の栄養素と微生物学的安定性に対する高強度超音波の効果

RazaviとKenari（2020）は、食品の腐敗や安全性の低下を引き起こす微生物と酵素を不活化するため、穏やかな加熱処理工程と組み合わせた高強度超音波の影響を調べました。この研究の目的は、高温加熱処理の代替としての超音波処理が、乳の微生物数、品質指標としての脂質酸化、栄養特性としてのビタミンに及ぼす効果を評価することでした。結果は、超音波が乳の微生物負荷を低減でき、従来の加熱処理を施した乳よりもビタミンの変化が少ないことを示しました。この点に関して、超音波プローブを用いた超音波処理は優れており、強度75%で最も効果的であることがわかりました。乳の低温殺菌における非破壊的な処理として、プローブ型超音波装置を55°C、強度75%で10分間使用することが推奨されています。

チーズ製造用の高性能超音波ホモジナイザー

Hielscher Ultrasonicsは、食品・飲料産業をはじめ、多くの産業分野における高出力超音波の応用で長年の経験を有しています。当社の超音波処理装置は、洗浄しやすい（定置洗浄CIP / 定置滅菌SIP）ソノトロードとフローセル（接液部）を備えています。Hielscher Ultrasonicsの産業用超音波処理装置は、非常に高い振幅を実現できます。最大200µmの振幅で、24時間・週7日の連続運転を容易に行えます。高い振幅は、より抵抗性の高い微生物（グラム陽性細菌など）を不活化するために重要です。さらに高い振幅に対応するため、特注の超音波ソノトロードも提供しています。すべてのソノトロードおよび超音波フローセルリアクターは、高温・高圧下で運転でき、信頼性の高い加熱・加圧超音波処理と、非常に効果的な低温殺菌を可能にします。
最先端の技術、高性能、高度なソフトウェアにより、Hielscher Ultrasonicsの装置は食品の低温殺菌ラインで頼れる主力装置となります。設置面積が小さく、多様な設置方法に対応するHielscherの超音波処理装置は、既存の製造ラインに容易に組み込んだり、後付けしたりできます。
当社の超音波均質化システムの機能と能力について詳しくお知りになりたい場合は、今すぐお問い合わせください。チーズへの応用について、ぜひご相談ください！

以下の表は、当社の超音波処理装置のおおよその処理能力を示しています：