Verbeterde kaasproductie met ultrageluid met hoog vermogen

De productie van verschillende kaassoorten, zoals harde kazen, zachte kazen en wrongel, uit verschillende melksoorten (bijv. koeien-, geiten-, schapen-, buffel- en kamelenmelk enz.) kan efficiënt worden verbeterd door sonicatie. 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.

Ultrageluid met hoge intensiteit verbetert de kaasproductie

Ultrasone voedselverwerking is een gevestigde technologie om de homogenisatie van melk en de fermentatie bij de kaasproductie te verbeteren. Daarnaast wordt sonicatie in combinatie met een milde warmtebehandeling – bekend als thermosonicatie – gebruikt als alternatief voor traditionele pasteurisatie op basis van warmte, waardoor voedingsstoffen zoals vitaminen, aminozuren en vetten tegen thermische afbraak worden beschermd. De kaasproductie met melk of wei kan aanzienlijk worden geïntensiveerd en verbeterd door de toepassing van laagfrequent ultrageluid met hoge intensiteit.

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

Sonicatie is met succes toegepast in kaasproductieprocessen met rundermelk (koeienmelk), schapenmelk, buffelmelk, geitenmelk, kamelenmelk en paardenmelk.
Ultrasoon bevorderde kaasproductie kan worden toegepast voor een breed scala aan kaassoorten, waaronder cheddar, feta, roomkaas, kwark, Mexicaanse panelakaas, zachte kaas van het Hispanic-type en andere speciale kazen.
De effecten van laagfrequent ultrageluid met hoge intensiteit op melk tijdens de kaasproductie omvatten een verhoogde gelsterkte en gelhardheid, versnelde gelvorming, een verhoogd specifiek oppervlak, verminderde stevigheid van de wrongel, een kleinere en gelijkmatigere deeltjesgrootteverdeling van vetbolletjes en een verbeterd vermogen om water vast te houden.
Door ultrageluid veroorzaakte verbeteringen in de homogeniteit en de gelijkmatigere verdeling van melkvetbolletjes verbeteren de kaaskwaliteit verder. Uit studies naar geitenmelk die met chymosine was gestremd, bleek bijvoorbeeld dat de resulterende gel na 10 minuten sonicatie een dichtere, verknoopte netwerkstructuur vertoonde. Dit leverde een homogenere microstructuur op met talrijke poriën die aanzienlijk kleiner waren dan die in melkwrongel zonder sonicatie.
Deze structurele verschillen suggereren dat wrongel van geitenmelk die met ultrageluid met hoog vermogen is behandeld, een grotere stevigheid vertoont, met G’max-waarden (maximale opslagmodulus) van meer dan 100 Pa – waarden die zelfs hoger zijn dan die gerapporteerd voor koeienmelk. Een vergelijkbare verbetering werd waargenomen in de adhesiviteit (de sterkte van de interne bindingen binnen het monster). Over het geheel genomen wijzen deze bevindingen erop dat ultrageluid met hoge intensiteit sterkere interacties tussen melkbestanddelen bevordert en zo de stremmingseigenschappen van melk tijdens de kaasproductie verbetert (vgl. Carrillo-Lopez et al., 2021).

Sonicatie bevordert ook de stremming van melk met stremsel. Lees meer!

Ultrasone effecten op de productie van kazen

De effecten van ultrageluid met hoge intensiteit op de zuivelverwerking en kaasproductie zijn uitvoerig onderzocht.
Verhoogde kaasopbrengst: De sonicatie van verse rauwe melk met de sonicator UP400S tijdens de productie van panelakaas leidde tot een verhoogde kaasopbrengst (%), ondanks een toename van het exsudaat. Gele tinten en kleuring in kaas worden bevorderd door HIU bij 10 min. De kleurcoördinaten L*, a* en C* worden echter niet beïnvloed. De pH steeg van 6,6 naar 6,74 na 5 min sonicatie, maar daalde bij 10 min. (vgl. Carrillo-Lopez et al., 2020)
Verbeterde kaastextuur: Met betrekking tot studies naar kaas rapporteerden Bermúdez-Aguirre en Barbosa-Cánovas dat verse kaas uit melk die met thermosonicatie was behandeld (met de Hielscher UP400S – 400 W, 24 kHz, 63 °C, 30 min) zachter en brozer was dan kaas uit de controlemelk (zonder thermosonicatie). Door deze eigenschappen kon de kaas gemakkelijker worden verkruimeld, wat een wenselijke eigenschap van verse kaas is. Deze auteurs verklaarden dit gedrag door erop te wijzen dat de microstructuur van kaas uit melk die met thermosonicatie was behandeld, homogener was dan die van kaas uit melk zonder sonicatie. Bovendien merkten zij op dat thermosonicatie de homogenisatie van eiwitten en vet verbeterde en ervoor zorgde dat meer watermoleculen in de matrix werden vastgehouden. Daarom kan worden aangenomen dat HIU sterke interacties tussen de bestanddelen van de melk bevordert en zo de stremmingseigenschappen verbetert.

Invloed van ultrageluid op zuivel: viscositeit en reologie, homogeniteit, microbiële activiteit

Zuivelproducten worden gemaakt van dierlijke melk, zoals bijvoorbeeld koeien-, schapen-, geiten-, buffel-, paarden- of kamelenmelk. Na het melken kan de melk worden verwerkt tot verschillende producten, zoals gehomogeniseerde en magere melk, yoghurt, room, boter, kaas, wei, caseïne of melkpoeder. Koeienmelk 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 productie van kaas of caseïne. Het bestaat voornamelijk uit globinstagers α-lactalbumine (~65%), β-lactoglobuline (~25%), en kleine hoeveelheden serumalbumine (~8%) en immunoglobulinen. Wei-eiwitten zijn globulaire eiwitten die uit wei kunnen worden geëxtraheerd.
Melkpoeder wordt geproduceerd met sproeidrogers die de melk drogen en indampen om zuiver droog melkpoeder te verkrijgen. Vanwege het extreem hoge energieverbruik van sproeidrogers is een hoge concentratie vaste stoffen in de vloeistof belangrijk om de procesefficiëntie te optimaliseren.

“Monsters van verse magere melk, gereconstitueerde micellaire caseïne en caseïnepoeder werden bij 20kHz gesoniceerd om het effect van sonicatie te onderzoeken. Bij verse magere melk nam de gemiddelde grootte van de resterende vetbolletjes na 60min sonicatie met ongeveer 10nm af; de grootte van de caseïnemicellen bleek echter onveranderd. Binnen de eerste paar minuten sonicatie traden ook een kleine toename van oplosbaar wei-eiwit en een overeenkomstige afname van de viscositeit op, wat kon worden toegeschreven aan het uiteenvallen van aggregaten van caseïne en wei-eiwitten. In ultragecentrifugeerde monsters van magere melk die tot 60min waren gesoniceerd, konden geen meetbare veranderingen in het gehalte aan vrije caseïne worden vastgesteld. Sonicatie leidde tot een kleine, tijdelijke daling van de pH; er werd echter geen meetbare verandering in de concentratie oplosbaar calcium waargenomen. De caseïnemicellen in verse magere melk waren dus stabiel tijdens de blootstelling aan sonicatie. Vergelijkbare resultaten werden verkregen voor gereconstitueerde micellaire caseïne, terwijl grotere veranderingen in viscositeit werden waargenomen naarmate het gehalte aan wei-eiwit toenam. Gecontroleerde toepassing van ultrageluid kan nuttig worden ingezet om door het proces veroorzaakte eiwitaggregatie ongedaan te maken zonder de natieve toestand van caseïnemicellen te beïnvloeden.” [Chandrapala et al. 2012]

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

Razavi en Kenari (2020) onderzochten de invloed van ultrageluid met hoge intensiteit in combinatie met een milde warmtebehandeling om microben en enzymen te inactiveren die tot bederf en een verminderde voedselveiligheid leiden. Het doel van hun studie was om het effect van een ultrasoon proces als alternatief voor een warmtebehandeling bij hoge temperatuur te beoordelen op het aantal micro-organismen, lipidenoxidatie als kwaliteitsparameter en vitaminen als voedingskenmerken van melk. De resultaten toonden aan dat ultrageluid de microbiële belasting van melk kon verminderen en minder veranderingen in vitaminen veroorzaakte dan conventionele warmtebehandeling van melk. In dit opzicht bleek sonicatie met een ultrasone sonde superieur en het meest effectief bij een intensiteit van 75%. Het gebruik van een ultrasone sonde bij 55°C en een intensiteit van 75% gedurende 10 minuten wordt aanbevolen als een niet-destructief proces voor de pasteurisatie van melk.

Ultrasone homogenisatoren met hoge prestaties voor de kaasproductie

Hielscher Ultrasonics heeft jarenlange ervaring met de toepassing van ultrageluid met hoog vermogen in de voedingsmiddelen- en drankenindustrie en in vele andere industriële sectoren. Onze ultrasone processoren zijn uitgerust met eenvoudig te reinigen sonotrodes en doorstroomcellen (de onderdelen die met het product in contact komen), geschikt voor reiniging ter plaatse (CIP) en sterilisatie ter plaatse (SIP). De industriële ultrasone processoren van Hielscher Ultrasonics kunnen zeer hoge amplitudes leveren. Amplitudes tot 200µm kunnen eenvoudig continu worden toegepast bij 24/7-bedrijf. Hoge amplitudes zijn belangrijk om resistentere microben (bijv. grampositieve bacteriën) te inactiveren. Voor nog hogere amplitudes zijn op maat gemaakte ultrasone sonotrodes beschikbaar. Alle sonotrodes en ultrasone doorstroomcelreactoren kunnen bij verhoogde temperaturen en drukken worden gebruikt, wat betrouwbare thermomanosonicatie en zeer effectieve pasteurisatie mogelijk maakt.
Geavanceerde technologie, hoge prestaties en verfijnde software maken de systemen van Hielscher Ultrasonics tot betrouwbare werkpaarden in uw lijn voor voedselpasteurisatie. Dankzij hun geringe ruimtebeslag en veelzijdige installatiemogelijkheden kunnen de sonicatoren van Hielscher eenvoudig in bestaande productielijnen worden geïntegreerd of achteraf worden ingebouwd.
Neem nu contact met ons op voor meer informatie over de functies en mogelijkheden van onze ultrasone homogenisatiesystemen. Wij bespreken uw toepassing voor kaas graag met u!

De onderstaande tabel geeft u een indicatie van de geschatte verwerkingscapaciteit van onze sonicatoren: