고출력 초음파를 통한 치즈 제조 개선

다양한 종류의 유즙(예: 소, 염소, 양, 물소, 낙타의 젖 등)으로 만드는 경질 치즈, 연질 치즈, 커드 등 여러 종류의 치즈 생산은 초음파 처리를 통해 효율적으로 개선할 수 있습니다. 고강도 초음파를 적용하면 균질화, 발효 및 숙성이 촉진되고, 미생물학적 안정성이 향상되며, 영양가와 조직감에 긍정적인 효과가 나타납니다.

고강도 초음파를 통한 치즈 생산 개선

초음파 식품 가공은 치즈 제조에서 유즙의 균질화와 발효를 개선하는 데 사용되는 확립된 기술입니다. 또한, 초음파 처리와 온화한 열처리를 결합한 열 초음파 처리는 기존의 열 기반 저온살균을 대체하는 방법으로 사용되며, 이를 통해 비타민, 아미노산, 지방 등의 영양소가 열로 인해 분해되는 것을 방지합니다. 고강도 저주파 초음파를 적용하면 유즙이나 유청을 이용한 치즈 생산을 크게 강화하고 개선할 수 있습니다.

치즈 생산에서 고강도 초음파가 유즙과 커드 구조에 미치는 영향

초음파 처리는 소의 젖(우유), 양유, 물소유, 염소유, 낙타유 및 마유를 사용하는 치즈 생산 공정에 성공적으로 적용되어 왔습니다.
초음파로 촉진되는 치즈 생산은 체더 치즈, 페타 치즈, 크림치즈, 커드 치즈, 멕시코 파넬라 치즈, 히스패닉 연질 치즈 및 기타 특수 치즈를 포함한 다양한 치즈 종류에 활용할 수 있습니다.
치즈 생산 중 저주파 고강도 초음파가 유즙에 미치는 영향으로는 겔 강도와 겔 경도의 증가, 겔 형성 촉진, 비표면적 증가, 커드의 단단함 감소, 지방구 크기의 감소와 더욱 균일한 입도 분포, 보수력 향상 등이 있습니다.
초음파에 의한 균질성 향상과 유지방구의 더욱 균일한 분포는 치즈 품질을 한층 더 높입니다. 예를 들어, 레닌으로 응고시킨 염소유에 관한 연구에서는 10분간 초음파 처리한 후 형성된 겔이 더욱 조밀하고 가교된 망상 구조를 나타냈습니다. 그 결과, 초음파 처리하지 않은 유즙 커드에서 관찰된 것보다 크기가 유의하게 작은 기공이 풍부한, 더욱 균질한 미세구조가 형성되었습니다.
이러한 구조적 차이는 고출력 초음파로 처리한 염소유 커드가 더 높은 단단함을 나타내며, G’max 값(최대 저장 탄성률)이 100 Pa를 초과함을 시사합니다 – 이는 우유에서 보고된 값보다도 더 높습니다. 부착성(시료 내부 결합의 강도)에서도 유사한 개선이 관찰되었습니다. 전반적으로 이러한 결과는 고강도 초음파가 유즙 성분 간의 더 강한 상호작용을 촉진하여 치즈 생산 중 유즙의 응고 특성을 개선함을 보여줍니다(cf. Carrillo-Lopez et al., 2021).

초음파 처리는 유즙의 레닛 응고도 촉진합니다. 자세히 알아보세요!

초음파가 치즈 생산에 미치는 영향

고강도 초음파가 유제품 가공과 치즈 제조에 미치는 영향은 집중적으로 연구되어 왔습니다.
치즈 수율 증가: 파넬라 치즈 생산 중 초음파 처리기 UP400S로 신선한 원유를 초음파 처리한 결과, 삼출액이 증가했음에도 치즈 수율(%)이 증가했습니다. 10 min 동안 고강도 초음파(HIU)를 적용하면 치즈의 황색 색조와 발색이 촉진됩니다. 그러나 L*, a*, C* 색 좌표에는 영향이 없습니다. pH는 5 min의 초음파 처리 후 6.6에서 6.74로 증가했으나 10 min에서는 감소했습니다. (cf. Carrillo-Lopez et al., 2020)
치즈 조직감 개선: 치즈를 대상으로 수행한 연구에서 Bermúdez-Aguirre와 Barbosa-Cánovas는 열 초음파 처리(Hielscher UP400S – 400 W, 24 kHz, 63 °C, 30 min 사용)를 거친 우유로 만든 신선 치즈가 대조군 우유(열 초음파 처리를 하지 않은 우유)로 만든 치즈보다 더 부드럽고 더 쉽게 부서진다고 보고했다. 이러한 특성으로 인해 치즈가 더 쉽게 부스러졌으며, 이는 신선 치즈의 바람직한 특성이다. 이 저자들은 열 초음파 처리한 우유로 만든 치즈의 미세구조가 초음파 처리를 하지 않은 우유로 만든 치즈보다 더 균일한 구조를 나타냈다는 점을 들어 이러한 거동을 설명했다. 또한 열 초음파 처리가 단백질과 지방의 균질화를 개선하고 매트릭스 내 물 분자의 보유량을 증가시켰다고 언급했다. 따라서 고강도 초음파(HIU)가 우유 성분 간의 강한 상호작용을 촉진하여 응고 특성을 개선한다고 추정할 수 있다.

초음파가 유제품에 미치는 영향: 점도 및 유변학적 특성, 균질성, 미생물 활성

유제품은 소, 양, 염소, 물소, 말 또는 낙타 등의 동물 젖으로 생산된다. 착유 후에는 젖을 균질유와 탈지유, 요구르트, 크림, 버터, 치즈, 유청, 카세인 또는 분유와 같은 다양한 제품으로 가공할 수 있다. 우유는 유제품 산업에서 가장 중요한 원료이며, 전 세계 생산량은 연간 542,069,000톤이다.[Gerosa et al. 2012]
유청(유즙 혈청)은 치즈 또는 카세인 생산의 부산물이다. 유청은 주로 구형 단백질인 α-락트알부민(~65%), β-락토글로불린(~25%)과 소량의 혈청 알부민(~8%) 및 면역글로불린으로 구성된다. 유청 단백질은 유청에서 추출할 수 있는 구형 단백질이다.
분유는 순수한 건조 분유를 얻기 위해 분무 건조기로 우유를 건조하고 수분을 증발시켜 제조한다. 분무 건조기의 에너지 소비량이 극히 높으므로, 공정 효율을 최적화하려면 액체의 고형분 농도가 높아야 한다.

“초음파 처리의 영향을 조사하기 위해 신선 탈지유, 재구성한 미셀 카세인 및 카세인 분말 시료를 20kHz에서 초음파 처리했다. 신선 탈지유에서는 60min의 초음파 처리 후 잔존 지방구의 평균 크기가 약 10nm 감소했으나, 카세인 미셀의 크기는 변하지 않은 것으로 확인되었다. 초음파 처리 초기 몇 분 이내에 가용성 유청 단백질이 소폭 증가하고 이에 상응하여 점도가 감소하는 현상도 나타났으며, 이는 카세인–유청 단백질 응집체의 해체에 기인할 수 있다. 최대 60min 동안 초음파 처리한 후 초원심분리한 탈지유 시료에서는 유리 카세인 함량의 측정 가능한 변화가 검출되지 않았다. 초음파 처리로 pH가 일시적으로 소폭 감소했으나, 가용성 칼슘 농도에서는 측정 가능한 변화가 관찰되지 않았다. 따라서 신선 탈지유의 카세인 미셀은 초음파 처리에 노출되는 동안 안정적이었다. 재구성한 미셀 카세인에서도 유사한 결과가 얻어졌으나, 유청 단백질 함량이 증가할수록 더 큰 점도 변화가 관찰되었다. 초음파를 제어하여 적용하면 카세인 미셀의 천연 상태에 영향을 주지 않으면서 공정으로 유발된 단백질 응집을 되돌리는 데 유용하게 활용할 수 있다.” [Chandrapala et al. 2012]

고강도 초음파가 우유의 영양소와 미생물학적 안정성에 미치는 영향

Razavi와 Kenari(2020)는 식품의 부패와 안전성 저하를 유발하는 미생물 및 효소를 불활성화하기 위해 온화한 열처리 공정과 결합한 고강도 초음파의 영향을 조사했습니다. 이 연구의 목적은 고온 열처리 공정의 대안으로서 초음파 처리가 미생물 수, 우유의 품질 지표인 지질 산화, 영양적 특성인 비타민에 미치는 영향을 평가하는 것이었습니다. 연구 결과, 초음파는 우유의 미생물 부하를 줄일 수 있었으며, 기존 열처리를 거친 우유보다 비타민의 변화가 적었습니다. 이와 관련하여 초음파 프로브를 이용한 처리가 더 우수했으며, 75% 강도에서 가장 효과적인 것으로 나타났습니다. 우유의 비파괴적 저온 살균 공정으로 55°C 및 75% 강도에서 10분간 프로브형 초음파 장치를 사용하는 방법이 권장됩니다.

치즈 생산용 고성능 초음파 균질기

Hielscher Ultrasonics는 식음료 산업을 비롯한 다양한 산업 분야에서 고출력 초음파를 적용해 온 오랜 경험을 보유하고 있습니다. 당사의 초음파 처리 장치에는 세척이 용이한 소노트로드와 플로우 셀(접액부)이 장착되어 있으며, 제자리 세정(CIP) / 제자리 멸균(SIP)이 가능합니다. Hielscher Ultrasonics의 산업용 초음파 처리 장치는 매우 높은 진폭을 제공할 수 있습니다. 최대 200µm의 진폭으로도 24/7 연속 운전을 손쉽게 수행할 수 있습니다. 높은 진폭은 저항성이 더 강한 미생물(예: 그람 양성균)을 불활성화하는 데 중요합니다. 이보다 더 높은 진폭이 필요한 경우 맞춤형 초음파 소노트로드를 사용할 수 있습니다. 모든 소노트로드와 초음파 플로우 셀 반응기는 고온 및 고압에서 작동할 수 있어, 신뢰성 있는 열·압력 병용 초음파 처리와 매우 효과적인 저온 살균이 가능합니다.
최첨단 기술, 고성능 및 정교한 소프트웨어를 갖춘 Hielscher Ultrasonics의 장비는 식품 저온 살균 라인에서 믿음직한 주력 장비로 활용됩니다. 설치 면적이 작고 다양한 설치 방식이 가능하므로, Hielscher 초음파 장치는 기존 생산 라인에 손쉽게 통합하거나 추가 설치할 수 있습니다.
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아래 표는 당사 초음파 장치의 대략적인 처리 용량을 보여줍니다: