パワー超音波によるチーズ製造の改善

様々な種類の乳（牛、ヤギ、ヒツジ、バッファロー、ラクダ乳など）から作られるハードチーズ、ソフトチーズ、凝乳などの様々なタイプのチーズの生産は、超音波処理によって効率的に改善することができる。高強度超音波の適用により、均質化、発酵、熟成が促進され、微生物の安定性が向上し、栄養価や食感に好影響を与える。

高強度超音波がチーズ製造を改善する

超音波食品加工は、チーズ製造における乳の均質化と発酵を改善するために確立された技術である。さらに、超音波処理とマイルドな熱処理を組み合わせることで – サーモソニケーション – は、従来の熱による低温殺菌の代替として使用され、ビタミン、アミノ酸、脂肪などの栄養素の熱劣化を防ぎます。牛乳やホエイを使ったチーズ製造は、高強度低周波超音波の適用により、著しく強化・改善される。

超音波処理は、ウシ／ウシのミルク、ヒツジのミルク、バッファローのミルク、ヤギのミルク、ラクダのミルク、ウマのミルクからチーズを製造するプロセスに適用され、成功を収めている。
超音波によるチーズ製造は、チェダーチーズ、フェタチーズ、クリームチーズ、凝乳チーズ、メキシコ産パネラチーズ、ヒスパニック産ソフトチーズ、その他の特産チーズなど、さまざまな種類のチーズに使用できる。
チーズ製造における乳への低周波・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、カルドの硬さの低下、脂肪球の粒度分布が小さく均一になること、さらに保水性が高まることなどがある。
超音波処理によって乳脂肪球の均質性が高まり、より均一に分布するようになると、チーズの品質も向上する。例えば、レニンを添加したヤギ乳の凝乳特性は、10分間の超音波処理後、より緻密なゲル架橋ネットワークを示し、その結果、豊富な細孔を持つより均質な微細構造が得られた。これらの細孔は、超音波処理をしていない牛乳凝乳の細孔よりも有意に小さいことが注目される。このことは、超音波処理したヤギ乳の凝乳が、100Paを超えるG'max（貯蔵弾性率の最大値）を記録し、牛乳で報告された値よりもさらに高い硬さを示すことを示唆している。同様の効果は、粘着性（試料の内部結合の強さ）でも観察された。従って、高強度の超音波は乳成分間の強い相互作用を促進し、凝固特性を向上させると考えられる。(参照：Carrillo-Lopezら、2021年）

各種チーズ製造における超音波効果

高強度超音波が乳製品加工やチーズ製造に及ぼす影響は、熱心に研究されてきた。
チーズの収量の増加： パネラーチーズ製造時に新鮮な生乳を超音波処理装置UP400Sで超音波処理すると、滲出液が増加するにもかかわらず、チーズの収率（％）が増加した。チーズの黄色味と着色は、10分間のHIUによって促進された。pHは超音波処理5分後に6.6から6.74に上昇したが、10分後には低下した（Carrillo-Lopez et al.）
チーズの食感が改善された： チーズに関する研究では、Bermúdez-AguirreとBarbosa-Cánovasが、熱超音波処理（Hielscherを使用）された乳から得られたフレッシュチーズは、チーズの風味を損なわないことを報告している。 UP400S – 400 W, 24 kHz, 63 °C, 30 min)は、対照乳(サーモソニケーションなし)のチーズよりも柔らかく、もろかった。これらの特性は、フレッシュチーズの望ましい特性である、崩れやすいチーズをもたらした。これらの著者らは、熱超音波処理したミルクチーズの微細構造が、非音波処理ミルクチーズと比較して、より均質な構造を示すことに注目し、この挙動を説明した。さらに、熱超音波処理により、タンパク質と脂肪の均質化が改善され、マトリックス中の水分子の保持が増加したことにも言及している。従って、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る。

乳製品への超音波の影響：粘度 & 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生産される。牛乳は収穫後、均質乳や脱脂乳、ヨーグルト、クリーム、バター、チーズ、乳清、カゼイン、粉乳など様々な製品に加工される。牛乳は酪農産業にとって最も重要な原料であり、その生産量は全世界で年間5億4,206万9,000トンである[Gerosa et al.］
乳清（牛乳血清）はチーズやカゼイン製造の副産物である。主成分はグロビンスターゼのα-ラクトアルブミン（～65%）、β-ラクトグロブリン（～25%）、少量の血清アルブミン（～8%）と免疫グロビンである。乳清タンパク質は、乳清から抽出できる球状タンパク質である。
純度の高い乾燥粉乳を得るため、粉乳はスプレードライヤーで乾燥・気化処理される。スプレードライヤーはエネルギー消費量が非常に高いため、プロセス効率を最適化するためには、液体の固形分濃度を高くすることが重要です。

「新鮮なスキムミルク、再構成ミセルカゼイン、カゼインパウダーのサンプルを20kHzで超音波処理し、超音波処理の効果を調べた。新鮮なスキムミルクの場合、60分間の超音波処理後、残存する脂肪球の平均サイズは約10nm減少したが、カゼインミセルのサイズは変化しなかった。可溶性乳清タンパク質のわずかな増加と、それに伴う粘度の低下も、超音波処理の最初の数分間で発生したが、これはカゼインと乳清タンパク質の凝集体の分解に起因すると考えられる。60分まで超音波処理した超遠心スキムミルクサンプルでは、遊離カゼイン含量に測定可能な変化は検出されなかった。超音波処理によってpHが一時的にわずかに低下したが、可溶性カルシウム濃度には測定可能な変化は認められなかった。したがって、新鮮なスキムミルク中のカゼインミセルは超音波処理にさらされても安定であった。再構成ミセルカゼインについても同様の結果が得られたが、ホエイタンパク含量が増加するにつれて、より大きな粘度変化が観察された。超音波の制御された適用は、カゼインミセルのネイティブな状態に影響を与えることなく、プロセスによって誘発されたタンパク質の凝集を逆転させるために有用に適用することができる" [Chandrapala et al.[Chandrapala et al.］

高強度超音波が牛乳の栄養素と微生物の安定性に及ぼす影響

RazaviとKenari（2020）は、食品の腐敗や安全性の低下につながる微生物や酵素を不活性化するために、穏やかな熱処理工程と組み合わせた高強度超音波の影響を調査した。彼らの研究の目的は、高温加熱処理の代替としての超音波処理が、牛乳の微生物数、質的パラメータとしての脂質酸化、栄養特性としてのビタミンに及ぼす影響を評価することであった。その結果、超音波は牛乳の微生物負荷を減少させることができ、従来の加熱処理で処理した牛乳よりもビタミンの変化が少ないことが示された。この点で、超音波プローブを用いた超音波処理は、75％の強度で優れており、最も効果的であることがわかった。55℃、75％の強度で10分間の超音波プローブタイプの使用は、牛乳低温殺菌の非破壊プロセスとして推奨される。

チーズ製造用高性能超音波ホモジナイザー

Hielscher Ultrasonics社は、食品分野でのパワー超音波の応用において長年の経験を有しています。 & 飲料業界をはじめ、多くの産業分野で使用されています。当社の超音波処理装置は、洗浄が容易な（CIP/SIP）ソノトロードとフローセル（ウェットパーツ）を装備しています。Hielscher Ultrasonics’ 工業用超音波プロセッサは、非常に高い振幅を提供することができます。最大200µmの振幅は、24時間365日の連続運転が容易である。高振幅は、より耐性の高い微生物（グラム陽性菌など）を不活性化するために重要です。さらに高い振幅を得るために、カスタマイズされた超音波ソノトロードを用意しています。すべてのソノトロードと超音波フローセルリアクターは、高温高圧下で作動させることができ、信頼性の高いサーモマノソニケーションと非常に効果的な低温殺菌を可能にします。
最先端技術、高性能、洗練されたソフトウェアが、Hielscher Ultrasonicsを実現します。’ 食品殺菌ラインにおける信頼性の高いワークホースです。設置面積が小さく、多様な設置オプションがあるため、Hielscherの超音波発生装置は、既存の生産ラインに簡単に統合したり、後付けしたりすることができます。
超音波ホモジナイザーシステムの特徴や能力については、お気軽にお問い合わせください。お客様のチーズアプリケーションについて、喜んでご相談させていただきます！

下の表は、超音波処理装置の処理能力の目安です：