Stremming van melk verbeterd door ultrasone verwerking

Ultrasone melkstremming is een innovatieve verwerkingstechniek om de productkwaliteit en de productie-efficiëntie te verbeteren. Ultrasone behandeling van melk voorafgaand aan de stremming heeft aangetoond dat het een groot potentieel heeft om de stremmingsfase in de kaasproductie te optimaliseren. Ultrasoon geluid met een lage frequentie en een hoog vermogen kan de structuur van melkeiwitten en caseïnemicellen veranderen, wat leidt tot een betere gelvorming tijdens de stremming. Deze effecten maken van ultrasone trillingen een krachtige methode voor zuiveltechnologen die de melkverwerking willen verbeteren en de efficiëntie en consistentie van de kaasproductie willen verhogen.

Het belang van raspen bij de productie van kaas

Stremming is de kritieke eerste fase in de kaasproductie. Tijdens dit proces splitst het enzym chymosine de κ-caseinemoleculen, waardoor caseïnemicellen samenklonteren en een driedimensionaal gelnetwerk vormen dat kaaswrongel wordt. De kwaliteit van dit gelnetwerk heeft een directe invloed:

• Gelatietijd
• Hardheid wrongel
• Hardheid van de wrongel
• Microstructuur en connectiviteit van de gel

Deze parameters bepalen hoe efficiënt melk kan worden omgezet in kaas en beïnvloeden uiteindelijk de opbrengst, textuur en verwerkingsprestaties.
Het stremselgedrag van melk kan echter variëren door factoren als eiwitsamenstelling, calciumbalans, pH en caseïnemicelstructuur. Technologieën die deze eigenschappen verbeteren of stabiliseren kunnen daarom van grote waarde zijn voor zuivelverwerkers.

Hoe ultrageluid de melkstelping verbetert

Ultrasound processing works by transmitting low-frequency ultrasound waves (>20 kHz) into liquid media. This generates acoustic cavitation, where microscopic bubbles form and collapse rapidly, creating localized mechanical forces, turbulence, and microjets in the liquid.
Deze mechanische effecten kunnen de fysieke structuur van melkeiwitten wijzigen zonder dat daar hoge temperaturen voor nodig zijn.
Onderzoek door Liu et al. (2014) toonde aan dat ultrasoonbehandeling van magere melk bij 20 kHz voorafgaand aan de stremming de geleerkarakteristieken van melk aanzienlijk verbeterde.

Het onderzoek toonde aan dat ultrasone behandeling:

• Verkort de gelatietijd die nodig is voor stremming van het stremsel
• Verhoogde snelheid van wrongelversteviging
• Produceerde sterkere gels met een hogere hardheid van de wrongel
• Verbeterde connectiviteit van het lebgelnetwerk

Deze verbeteringen werden toegeschreven aan door ultrageluid veroorzaakte veranderingen in melkeiwitten en caseïnemicelstructuur.
Dezelfde bevindingen worden beschreven in het geüploade onderzoek, dat rapporteert dat melk behandeld met ultrasoon geluid bij pH 8 en opnieuw ingesteld op pH 6,7 de meest uitgesproken verbeteringen in stollingsprestaties vertoonde.

Belangrijkste structurele effecten in melk

Ultrasone behandeling verandert de microstructuur van melkeiwitten op verschillende manieren. Volgens de studie en gerelateerd onderzoek:

• Vermindering van de micelgrootte van caseïne door mechanische krachten veroorzaakt door cavitatie
• Vorming van kleinere eiwitaggregaten
• Verhoogd oppervlak van caseïnedeeltjes
• Verbeterde eiwitinteracties tijdens stolling

Deze structurele veranderingen zorgen voor een efficiëntere aggregatie zodra stremsel wordt toegevoegd.

De resultaten die in het onderzoek naar voren komen, laten dramatische prestatieverbeteringen zien. Bijvoorbeeld:

1. De geleringstijd nam af van ongeveer 40 minuten in onbehandelde melk tot ongeveer 28 minuten in ultrasoon behandelde melk.
2. De stevigheid van de wrongel nam verschillende keren toe in vergelijking met de onbehandelde controle
3. De hardheid van de wrongel nam aanzienlijk toe

Deze veranderingen leiden direct tot een snellere en robuustere wrongelvorming tijdens de kaasproductie.

Ultrasoon raspen: Voordelen voor zuivel- en kaasproducenten

Voor industriële zuivelverwerking zijn de potentiële voordelen van ultrasoon verbeterd stremsel aanzienlijk.

snellere afhandeling

Ultrasoon geluid verkort de gelatietijd, wat de vroege stadia van het kaasmaken kan versnellen.

• Kortere stollingstijd
• Snellere wrongelvorming
• Potentieel hogere doorvoer in productielijnen

Verbeterde wrongelstructuur

Ultrasone behandeling resulteert in een dichter en meer aaneengesloten eiwitnetwerk, waardoor sterkere wrongels ontstaan.

Dit kan bijdragen aan:

• Verbeterde wrongelbehandeling
• Betere weischeiding
• Verbeterde textuurcontrole

Verbeterde productie-efficiëntie

Sterkere gels en snellere coagulatie kunnen mogelijk maken:

• Hogere kaasopbrengst
• Kortere verwerkingstijd
• Consistentere productkwaliteit

Deze voordelen zijn vooral relevant voor grootschalige kaasproductie, waar kleine verbeteringen in de procesefficiëntie kunnen leiden tot aanzienlijke economische voordelen.

Ultrasoon geluid als een niet-thermische zuivelverwerkingstechnologie

Een van de meest aantrekkelijke aspecten van ultrasone melkverwerking is dat het wordt beschouwd als een niet-thermische of milde verwerkingstechnologie.
In tegenstelling tot traditionele warmtebehandelingen kan ultrageluid de structurele eigenschappen van eiwitten wijzigen door mechanische cavitatie-effecten in plaats van door hoge temperaturen. Dit helpt de functionele en voedingskenmerken van melkbestanddelen te behouden.
Recente reviews tonen aan dat ultrageluid een effectieve en betrouwbare techniek is voor het controleren van eiwitfunctionaliteit en geleringsprocessen in zuivelsystemen, waaronder kaas en gefermenteerde melkproducten.
Voor zuiveltechnologen biedt dit mogelijkheden om de functionaliteit van melk aan te passen zonder de productkwaliteit in gevaar te brengen.

Industriële implementatie in zuivelfabrieken

Naarmate het onderzoek zich ontwikkelt van laboratoriumonderzoek naar industriële toepassing, worden betrouwbaarheid van apparatuur en naleving van voedselveiligheidsnormen essentiële overwegingen.
Industriële sonicatiesystemen zoals die ontwikkeld door Hielscher Ultrasonics zijn ontworpen voor een hygiënisch ontwerp en veilige installatie in voedselverwerkende omgevingen. Dergelijke systemen kunnen worden gebruikt in overeenstemming met cGMP- en FDA-richtlijnen en voedselverwerkingstoepassingen kunnen worden gevalideerd en gecertificeerd door onafhankelijke derden.
Hielscher sonicators kunnen eenvoudig worden aangesloten op de software van procesinstallaties en kunnen probleemloos worden geïntegreerd in bestaande productielijnen. De geautomatiseerde gegevensregistratie van de ultrasone procesparameters zorgt voor bewaking en kwaliteitscontrole volgens de cGMP-richtlijnen.
Dit maakt ultrasone melkverwerking tot een praktische technologie voor commerciële zuivelfabrieken die op zoek zijn naar procesinnovatie.
Voor zuiveltechnologen en kaasfabrikanten betekent deze aanpak een betrouwbare stap in de richting van efficiëntere, beter controleerbare en innovatieve kaasproductieprocessen.

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

Ontwerp, productie en advies – Kwaliteit Made in Germany

Hielscher ultrasone machines staan bekend om hun hoge kwaliteit en ontwerpnormen. Robuustheid en eenvoudige bediening zorgen voor een soepele integratie van onze ultrasoonapparatuur in industriële faciliteiten. Ruwe omstandigheden en veeleisende omgevingen worden gemakkelijk door Hielscher ultrasoontoestellen aangepakt.
Hielscher Ultrasonics is een ISO-gecertificeerd bedrijf en legt speciale nadruk op hoogwaardige ultrasone apparaten met state-of-the-art technologie en gebruiksvriendelijkheid. Uiteraard zijn de Hielscher ultrasoonapparaten CE-conform en voldoen ze aan de eisen van UL, CSA en RoHs.