Verbeterde kaasproductie met ultrasoon vermogensonderzoek

De productie van verschillende kaassoorten zoals harde kazen, zachte kazen en wrongel, gemaakt van verschillende melksoorten (bv. koeien-, geiten-, schapen-, buffel-, kamelenmelk, enz.) kan efficiënt worden verbeterd door sonicatie. De toepassing van ultrageluid met hoge intensiteit versnelt het homogeniseren, fermenteren en rijpen, verbetert de microbiële stabiliteit en heeft een positief effect op de voedingswaarde en de textuur.

Ultrageluid met hoge intensiteit verbetert kaasproductie

Ultrasone voedselverwerking is een beproefde technologie om de homogenisering van melk en de fermentatie bij de kaasbereiding te verbeteren. Bovendien kan sonicatie in combinatie met milde warmtebehandeling – bekend als thermo-sonicatie – wordt gebruikt als alternatief voor de traditionele pasteurisatie op basis van warmte, waarbij voedingsstoffen zoals vitaminen, aminozuren en vetten worden beschermd tegen thermische degradatie. De kaasproductie op basis van melk of wei kan aanzienlijk worden geïntensiveerd en verbeterd door de toepassing van ultrasoon geluid met een hoge intensiteit en een lage frequentie.

Ultrasoonbehandeling is met succes toegepast bij kaasproductieprocessen op basis van runder-/koeienmelk, schapenmelk, buffelmelk, geitenmelk, kamelenmelk en paardenmelk.
Ultrasoon gestimuleerde kaasproductie kan worden gebruikt voor diverse kaassoorten, waaronder cheddarkaas, fetakaas, roomkaas, kwark, Mexicaanse panela kaas, Spaanse zachte kaas, en andere kaasspecialiteiten.
De effecten van ultrasoon geluid met een lage frequentie en een hoge intensiteit op melk bij de kaasbereiding omvatten een toename van de gelsterkte en de gelhardheid, een versnelling van de gelvorming, een toename van het specifieke oppervlak, een vermindering van de vastheid van de wrongel, een kleine en gelijkmatige verdeling van de deeltjesgrootte van de vetbolletjes en een groter watervasthoudend vermogen.
Een verhoogde homogeniteit en een gelijkmatigere verdeling van de melkvetbolletjes door ultrasoonisatie verbetert ook de kaaskwaliteit. Zo vertoonden de wrongeleigenschappen van geitenmelk met renine na 10 min ultrasoonbehandeling een dichter gel-crosslinked netwerk, wat resulteerde in een homogenere microstructuur met overvloedige poriën. Opvallend is dat deze poriën aanzienlijk kleiner waren dan die in de melkwrongel zonder sonicatie. Dit wijst erop dat de wrongel van geitenmelk, behandeld met ultrageluid, een grotere stevigheid vertoont, met waarden van G'max (maximale waarde voor de opslagmodulus) hoger dan 100 Pa, zelfs hoger dan die welke werden gerapporteerd voor koemelk. Een soortgelijk effect werd waargenomen bij de kleefkracht (de sterkte van de interne bindingen van het monster). Men kan er dus van uitgaan dat ultrageluid van hoge intensiteit sterke interacties bevordert tussen de bestanddelen van de melk, waardoor de uithardingseigenschappen verbeteren. (cf. Carrillo-Lopez et al. 2021)

Ultrasoon effect op de productie van verschillende kaassoorten

De effecten van ultrageluid van hoge intensiteit op de zuivelverwerking en de kaasbereiding zijn intensief bestudeerd.
Verhoogde kaasopbrengst: Het soniceren van verse rauwe melk met de ultrasoon UP400S tijdens de productie van panela kaas, resulteerde in een verhoogde kaasopbrengst (%), ondanks een toename van exsudaat. Gele tinten en kleuring in kaas wordt bevorderd door HIU bij 10 min. Maar noch L*, a*, noch C* kleurcoördinaten worden beïnvloed. pH verhoogd van 6,6 tot 6,74 na 5 min. ultrasoonbehandeling maar verlaagd bij 10 min. (cf. Carrillo-Lopez et al., 2020)
Verbeterde kaas textuur: Wat de studies over kaas betreft, hebben Bermúdez-Aguirre en Barbosa-Cánovas gemeld dat verse kaas van melk die een thermosonisatiebehandeling heeft ondergaan (met de Hielscher UP400S – 400 W, 24 kHz, 63 °C, 30 min) was zachter en brozer dan kaas uit de controlemelk (zonder thermosonisatie). Die kenmerken resulteerden in een gemakkelijker te verkruimelen kaas, wat een gewenste eigenschap van verse kaas is. De auteurs verklaarden dit gedrag door op te merken dat de microstructuur van gethermo-soneerde melkkaas homogener was dan die van niet-gethermo-soneerde melkkaas. Bovendien merkten zij op dat thermosonisatie de homogenisatie van eiwitten en vet verbeterde en de retentie van watermoleculen in de matrix verhoogde. Er kan dus worden aangenomen dat HIU sterke interacties bevordert tussen de componenten van de melk, waardoor de hardingseigenschappen verbeteren.

Invloed van Ultrasonics op Zuivel: Viscositeit & Reologie, Homogeniteit, Microbiële Activiteit

Zuivelproducten worden vervaardigd uit dierlijke melk, zoals bijvoorbeeld koeien-, schapen-, geiten-, buffel-, paarden- of kamelenmelk. Na het oogsten kan de melk worden verwerkt tot verschillende producten, zoals gehomogeniseerde en magere melk, yoghurt, room, boter, kaas, wei, caseïne of melkpoeder. Koemelk is de belangrijkste grondstof voor de zuivelindustrie met een wereldwijde productie van 542.069.000 ton/jaar.[Gerosa et al. 2012]
Wei (melkserum) is een bijproduct van de kaas- of caseïneproductie. Het bestaat hoofdzakelijk uit globinevormers α-lactalbumine (~65%), β-lactoglobuline (~25%), alsmede uit kleine hoeveelheden serumalbumine (~8%) en immunoglobines. Wei-eiwitten zijn bolvormige eiwitten die uit wei kunnen worden geëxtraheerd.
Melkpoeder wordt verwerkt met sproeidrogers om de melk te drogen en te verdampen en zo het zuivere droge melkpoeder te verkrijgen. Wegens het extreem hoge energieverbruik van sproeidrogers is een hoge vaste concentratie van de vloeistof belangrijk om het procesrendement te optimaliseren.

"Monsters van verse magere melk, gereconstitueerde micellaire caseïne en caseïnepoeder werden gesonificeerd bij 20 kHz om het effect van ultrasoonbehandeling te onderzoeken. Voor verse magere melk was de gemiddelde grootte van de resterende vetbolletjes met ongeveer 10 nm verminderd na 60 minuten sonicatie; de grootte van de caseïnemicellen bleek echter onveranderd te zijn. Een kleine toename in oplosbaar wei-eiwit en een overeenkomstige afname in viscositeit traden ook op binnen de eerste paar minuten van sonicatie, wat toegeschreven zou kunnen worden aan het uiteenvallen van caseïne-whei-eiwit aggregaten. Er konden geen meetbare veranderingen in het vrije caseïnegehalte worden gedetecteerd in ultragecentrifugeerde magere melkmonsters die tot 60 minuten werden gesonificeerd. Een kleine, tijdelijke daling in pH resulteerde uit sonicatie; er werd echter geen meetbare verandering in oplosbare calciumconcentratie waargenomen. Daarom waren de caseïnemicellen in verse magere melk stabiel tijdens de blootstelling aan ultrasoonbehandeling. Vergelijkbare resultaten werden verkregen voor gereconstitueerde micellaire caseïne, terwijl grotere viscositeitsveranderingen werden waargenomen naarmate het wei-eiwitgehalte werd verhoogd. Gecontroleerde toepassing van ultrageluid kan nuttig worden toegepast om proces-geïnduceerde eiwitaggregatie om te keren zonder de natieve toestand van caseïnemicellen aan te tasten." [Chandrapala et al. 2012].

Effecten van ultrageluid van hoge intensiteit op de voedingsstoffen en de microbiële stabiliteit van melk

Razavi en Kenari (2020) onderzochten de invloed van ultrageluid van hoge intensiteit in combinatie met een mild hittebehandelingsproces om microben en enzymen te deactiveren die leiden tot bederf en aantasting van de veiligheid in levensmiddelen. Het doel van hun studie was het evalueren van het effect van ultrageluid als alternatief voor een hittebehandelingsproces met hoge temperatuur op het aantal microben, lipide-oxidatie als kwalitatieve parameter en vitaminen als voedingskenmerken van melk. Uit de resultaten bleek dat ultrageluid de microbiële belasting van melk kon verminderen en minder veranderingen in vitamines teweegbracht dan melk die met conventionele hittebehandeling was behandeld. In dit opzicht bleek sonicatie met een ultrasone sonde superieur te zijn en het meest effectief bij een intensiteit van 75%. Het gebruik van een ultrasone sonde bij 55°C en 75% intensiteit gedurende 10 minuten wordt aanbevolen als een niet-destructief proces voor melkpasteurisatie.

Krachtige ultrasone homogenisatoren voor kaasproductie

Hielscher Ultrasonics heeft veel ervaring met de toepassing van ultrageluid in de voedingsmiddelenindustrie. & drankenindustrie en vele andere industriële takken. Onze ultrasoonprocessoren zijn uitgerust met eenvoudig te reinigen (clean-in-place CIP / sterilize-in-place SIP) sonotrodes en flow-cells (de natte delen). Hielscher ultrasoontechniek’ Industriële ultrasone processoren kunnen zeer hoge amplitudes leveren. Amplitudes tot 200µm kunnen gemakkelijk continu in 24/7 bedrijf worden uitgevoerd. Hoge amplitudes zijn belangrijk om meer resistente microben (bv. grampositieve bacteriën) te inactiveren. Voor nog hogere amplitudes zijn aangepaste ultrasone sonotroden beschikbaar. Alle sonotrodes en ultrasone flowcelreactoren kunnen onder verhoogde temperatuur en druk worden gebruikt, wat een betrouwbare thermo-mano-sonicatie en zeer effectieve pasteurisatie mogelijk maakt.
State-of-the-art technologie, hoge prestaties en geavanceerde software maken Hielscher Ultrasonics’ betrouwbare werkpaarden in uw voedselpasteurisatielijn. Hielscher ultrasooninstallaties nemen weinig ruimte in beslag en hebben veelzijdige installatiemogelijkheden, zodat ze gemakkelijk in bestaande productielijnen kunnen worden geïntegreerd of achteraf kunnen worden ingebouwd.
Neem contact met ons op om meer te weten te komen over de kenmerken en mogelijkheden van onze ultrasone homogenisatiesystemen. Wij bespreken graag uw kaastoepassing met u!

Onderstaande tabel geeft een indicatie van de geschatte verwerkingscapaciteit van onze ultrasonicators: