Verbeterde kaasproductie met Power Ultrasonics

De productie van verschillende soorten kaas, zoals harde kazen, zachte kazen en wrongel, gemaakt van verschillende soorten melk (zoals koe-, geiten-, schapen-, buffel- en kamelenmelk) kan efficiënt worden verbeterd door middel van sonisatie. De toepassing van ultrageluid met hoge intensiteit versnelt de homogenisatie, fermentatie en rijping, verbetert de microbiële stabiliteit en heeft positieve effecten op de voedingswaarde en textuur.

Ultrasoon geluid met hoge intensiteit verbetert de kaasproductie

Ultrasone voedselverwerking is een gevestigde technologie om de homogenisatie van melk en de fermentatie bij de productie van kaas te verbeteren. Bovendien kan sonicatie in combinatie met milde warmtebehandeling – bekend als thermosonicatie – wordt gebruikt als alternatief voor traditionele pasteurisatie op basis van hitte, waardoor 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 lage frequentie.

Effecten van ultrageluid met hoge intensiteit op de structuur van melk en wrongel bij de productie van kaas

Ultrasoon is met succes toegepast in kaasproductieprocessen met rundermelk, schapenmelk, buffelmelk, geitenmelk, kamelenmelk en paardenmelk.
Ultrasoon gestimuleerde kaasproductie kan worden gebruikt voor een breed scala aan kaassoorten, waaronder cheddarkaas, feta, roomkaas, kwark, Mexicaanse panela kaas, Latijns-Amerikaanse zachte kaas en andere speciale kaassoorten.
De effecten van laagfrequent ultrageluid met hoge intensiteit op melk tijdens de kaasproductie zijn onder andere verhoogde gelsterkte en gelhardheid, versnelde gelvorming, verhoogd specifiek oppervlak, verminderde wrongelhardheid, een kleinere en meer uniforme deeltjesgrootteverdeling van vetbolletjes en een verbeterd watervasthoudend vermogen.
Door ultrageluid veroorzaakte verbeteringen in de homogeniteit en de meer uniforme verdeling van melkvetbolletjes verbeteren de kaaskwaliteit nog verder. Onderzoek naar geitenmelk gestremd met rennine toonde bijvoorbeeld aan dat na 10 minuten ultrasone trillingen de resulterende gel een dichtere, vernette netwerkstructuur vertoonde. Dit resulteerde in een homogenere microstructuur met overvloedige poriën die aanzienlijk kleiner waren dan de poriën die werden waargenomen in niet-gesoneerde melkwrongel.
Deze structurele verschillen suggereren dat geitenmelkwrongel die is behandeld met ultrageluid een grotere stevigheid vertoont, met G'max-waarden (maximale opslagmodulus) van meer dan 100 Pa-waarden die zelfs hoger zijn dan die voor koemelk. Een vergelijkbare verbetering werd waargenomen in de kleefkracht (de sterkte van de interne bindingen in het monster). Over het geheel genomen geven deze bevindingen aan dat ultrageluid met hoge intensiteit sterkere interacties tussen melkbestanddelen bevordert, waardoor de verhardingseigenschappen van melk tijdens de kaasproductie verbeteren (vgl. Carrillo-Lopez et al., 2021).

Sonificatie bevordert ook de stremming van melk. Lees meer!

Ultrasone effecten op de productie van kaas

De effecten van ultrageluid met hoge intensiteit op zuivelverwerking en kaasproductie zijn intensief bestudeerd.
Verhoogde kaasopbrengst: De sonificatie van verse rauwe melk met de ultrasone UP400S tijdens de productie van panela kaas resulteerde in een verhoogde kaasopbrengst (%), ondanks een toename van het exsudaat. Gele tinten en kleuring in kaas wordt bevorderd door HIU bij 10 min. Maar L*-, a*- en C*-kleurcoördinaten worden niet beïnvloed. De pH steeg van 6,6 naar 6,74 na 5 minuten ultrasoonbehandeling, maar daalde na 10 minuten (vgl. Carrillo-Lopez et al., 2020).
Verbeterde kaastextuur: Wat betreft onderzoeken op kaas, meldden Bermúdez-Aguirre en Barbosa-Cánovas dat verse kaas van melk die thermosonisch is behandeld (met behulp van de Hielscher UP400S – 400 W, 24 kHz, 63 °C, 30 minuten) was zachter en brosser dan kaas van de controlemelk (zonder thermosonisatie). Deze eigenschappen resulteerden in een gemakkelijker te verkruimelen kaas, wat een gewenst kenmerk is van verse kaas. Deze auteurs verklaarden dit gedrag door op te merken dat de microstructuur van thermosonische melkkaas een homogenere structuur vertoonde in vergelijking met niet-gethermoniseerde melkkaas. Bovendien merkten ze op dat thermosonicatie 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 tussen de bestanddelen van de melk bevordert, waardoor de zeteigenschappen verbeteren.

Invloed van ultrasoon op zuivel: Viscositeit & Reologie, homogeniteit, microbiële activiteit

Zuivelproducten worden gemaakt van dierlijke melk, zoals koeien-, schapen-, geiten-, buffel-, paarden- of kamelenmelk. Na het oogsten kan de melk verwerkt worden 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 kaas- of caseïneproductie. Het bestaat voornamelijk uit globinevormers α-lactalbumine (~65%), β-lactoglobuline (~25%), evenals kleine hoeveelheden serumalbumine (~8%) en immunoglobines. Wei-eiwitten zijn bolvormige eiwitten die kunnen worden geëxtraheerd uit wei.
Melkpoeder wordt verwerkt door sproeidrogers om de melk te drogen en te verdampen en zo zuiver melkpoeder te verkrijgen. Vanwege het extreem hoge energieverbruik van sproeidrogers is een hoge vaste concentratie van de vloeistof belangrijk om de efficiëntie van het proces te optimaliseren.

“Monsters van verse magere melk, gereconstitueerde micellaire caseïne en caseïnepoeder werden gesoneerd bij 20 kHz om het effect van ultrasone trillingen te onderzoeken. Voor verse magere melk werd de gemiddelde grootte van de resterende vetbolletjes verminderd met ongeveer 10 nm na 60min van sonificatie; de grootte van de caseïne micellen werd echter onveranderd vastgesteld. Een kleine toename in oplosbaar wei-eiwit en een corresponderende afname in viscositeit trad ook op binnen de eerste paar minuten van sonificatie, wat toegeschreven kon worden aan het uiteenvallen van caseïne-wei-eiwit aggregaten. Er konden geen meetbare veranderingen in vrije caseïne worden gedetecteerd in ultragecentrifugeerde monsters van magere melk die maximaal 60 minuten werden geësoniseerd. Een kleine, tijdelijke daling van de pH was het gevolg van sonificatie; er werd echter geen meetbare verandering in de oplosbare calciumconcentratie waargenomen. Daarom waren caseïnemicellen in verse magere melk stabiel tijdens de blootstelling aan ultrasone trillingen. Vergelijkbare resultaten werden verkregen voor gereconstitueerde micellaire caseïne, terwijl grotere viscositeitsveranderingen werden waargenomen naarmate het wei-eiwitgehalte werd verhoogd. Gecontroleerde toepassing van ultrasoon geluid kan nuttig worden toegepast om procesgeïnduceerde eiwitaggregatie om te keren zonder de natieve staat van caseïnemicellen aan te tasten.” [Chandrapala et al. 2012]

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

Razavi en Kenari (2020) onderzochten de invloed van ultrageluid met hoge intensiteit in combinatie met een mild warmtebehandelingsproces om microben en enzymen te deactiveren die leiden tot bederf en aantasting van de veiligheid in voedingsmiddelen. Het doel van hun onderzoek was het evalueren van het effect van ultrageluid als alternatief voor hittebehandeling bij hoge temperatuur op het aantal bacteriën, lipideoxidatie als kwalitatieve parameter en vitaminen als voedingskenmerken van melk. De resultaten toonden aan dat ultrageluid in staat was om de microbiële belasting van melk te verminderen en minder veranderingen in vitaminen teweegbracht dan melk die werd behandeld met conventionele hittebehandeling. In dit opzicht bleek sonificatie met een ultrasone sonde superieur en het meest effectief te zijn 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.

Ultrasone homogenisatoren met hoge prestaties voor kaasproductie

Hielscher Ultrasonics heeft jarenlange ervaring in de toepassing van ultrageluid in de voedingsmiddelenindustrie. & drankenindustrie en vele andere industriële branches. Onze ultrasoonprocessoren zijn uitgerust met eenvoudig te reinigen (clean-in-place CIP / sterilize-in-place SIP) sonotrodes en flowcellen (de natte delen). Hielscher ultrasoontechniek’ Industriële ultrasone processoren kunnen zeer hoge amplitudes leveren. Amplitudes tot 200 µm kunnen gemakkelijk continu worden gebruikt in een 24/7 bedrijf. Hoge amplitudes zijn belangrijk om resistente microben te inactiveren (bijv. Gram-positieve bacteriën). Voor nog hogere amplitudes zijn op maat gemaakte ultrasone sonotroden beschikbaar. Alle sonotrodes en ultrasone flowcelreactoren kunnen onder verhoogde temperaturen en druk werken, wat een betrouwbare thermo-mano-sonisatie en zeer effectieve pasteurisatie mogelijk maakt.
Geavanceerde technologie, hoge prestaties en geavanceerde software maken Hielscher Ultrasonics’ betrouwbare werkpaarden in uw voedselpasteurisatielijn. Met een kleine voetafdruk en veelzijdige installatiemogelijkheden kunnen Hielscher ultrasoonapparaten eenvoudig worden geïntegreerd of achteraf worden ingebouwd in bestaande productielijnen.
Neem contact met ons op voor meer informatie over de functies en mogelijkheden van onze ultrasone homogenisatiesystemen. We bespreken graag uw kaastoepassing met u!

De onderstaande tabel geeft een indicatie van de verwerkingscapaciteit van onze ultrasone machines: