Stremming van melk verbeterd door ultrasone verwerking

Ultrasone stremming van melk is een innovatieve verwerkingstechniek om de productkwaliteit en productie-efficiëntie te verbeteren. Ultrasone behandeling van melk vóór de coagulatie heeft een sterk potentieel laten zien om de stremmingsfase bij de kaasproductie te optimaliseren. Laagfrequent ultrageluid met hoog vermogen kan de structuur van melkeiwitten en caseïnemicellen veranderen, wat leidt tot een betere gelvorming tijdens de stremming. Deze effecten maken sonicatie tot een krachtige methode voor zuiveltechnologen die de melkverwerking willen verbeteren en de efficiëntie en consistentie van de kaasproductie willen verhogen.

Het belang van stremming bij de kaasproductie

Stremming is de cruciale eerste fase in de kaasproductie. Tijdens dit proces splitst het enzym chymosine κ-caseïnemoleculen, waardoor caseïnemicellen kunnen aggregeren en een driedimensionaal gelnetwerk kunnen vormen dat kaaswrongel wordt. De kwaliteit van dit gelnetwerk beïnvloedt rechtstreeks:

• Geleringstijd
• Stevigheid van de wrongel
• Snelheid waarmee de wrongel steviger wordt
• Microstructuur en onderlinge verbindingen van de gel

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

Hoe ultrageluid de stremming van melk verbetert

Ultrasone verwerking werkt door laagfrequente ultrasone golven (>20 kHz) in vloeibare media over te brengen. Dit veroorzaakt akoestische cavitatie, waarbij microscopisch kleine bellen ontstaan en snel imploderen, waardoor plaatselijke mechanische krachten, turbulentie en microjets in de vloeistof ontstaan.
Deze mechanische effecten kunnen de fysieke structuur van melkeiwitten wijzigen zonder dat hoge temperaturen nodig zijn.
Onderzoek van Liu et al. (2014) toonde aan dat sonicatie van magere melk bij 20 kHz vóór de stremming de geleringseigenschappen van melk aanzienlijk verbeterde.

De studie toonde aan dat ultrasone behandeling:

• De geleringstijd die nodig is voor coagulatie door stremsel verkortte
• De snelheid waarmee de wrongel steviger wordt verhoogde
• Sterkere gels met een hogere wrongelstevigheid opleverde
• De onderlinge verbindingen in het door stremsel gevormde gelnetwerk verbeterde

Deze verbeteringen werden toegeschreven aan door ultrageluid veroorzaakte veranderingen in melkeiwitten en de structuur van caseïnemicellen.
Dezelfde bevindingen worden beschreven in de geüploade studie, die meldt dat melk die bij pH 8 met ultrageluid werd behandeld en waarvan de pH vervolgens weer op 6,7 werd ingesteld, de meest uitgesproken verbeteringen in de coagulatieprestaties vertoonde.

Belangrijkste structurele effecten in melk

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

• Verkleining van caseïnemicellen door mechanische krachten die door cavitatie worden veroorzaakt
• Vorming van kleinere eiwitaggregaten
• Vergroting van het oppervlak van caseïnedeeltjes
• Versterkte interacties tussen eiwitten tijdens de coagulatie

Deze structurele veranderingen maken een efficiëntere aggregatie mogelijk zodra stremsel wordt toegevoegd.

De in de studie gerapporteerde resultaten laten zeer sterke prestatieverbeteringen zien. Bijvoorbeeld:

1. De geleringstijd nam af van ongeveer 40 minuten bij onbehandelde melk tot circa 28 minuten bij gesoniceerde melk
2. De stevigheid van de wrongel nam met een veelvoud toe ten opzichte van de onbehandelde controle
3. De snelheid waarmee de wrongel steviger wordt nam aanzienlijk toe

Deze veranderingen vertalen zich rechtstreeks in een snellere en robuustere wrongelvorming tijdens de kaasproductie.

Ultrasone stremming: voordelen voor zuivel- en kaasproducenten

Voor industriële zuivelverwerking zijn de potentiële voordelen van ultrasoon verbeterde stremming aanzienlijk.

Snellere verwerking

Ultrageluid verkort de geleringstijd, wat de vroege fasen van de kaasbereiding kan versnellen.

• Kortere coagulatietijd
• Snellere wrongelvorming
• Potentieel hogere verwerkingscapaciteit in productielijnen

Verbeterde wrongelstructuur

Ultrasone behandeling resulteert in een dichter eiwitnetwerk met meer onderlinge verbindingen, waardoor stevigere wrongel ontstaat.

Dit kan bijdragen aan:

• Betere hanteerbaarheid van de wrongel
• Betere afscheiding van wei
• Verbeterde beheersing van de textuur

Verhoogde productie-efficiëntie

Sterkere gels en snellere coagulatie kunnen het volgende mogelijk maken:

• Hoger potentieel voor kaasopbrengst
• Kortere verwerkingstijd
• Consistentere productkwaliteit

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

Ultrageluid als niet-thermische technologie voor zuivelverwerking

Een van de aantrekkelijkste aspecten van ultrasone melkverwerking is dat deze wordt beschouwd als een niet-thermische of milde verwerkingstechnologie.
Anders dan bij traditionele warmtebehandelingen kan ultrageluid de structurele eigenschappen van eiwitten wijzigen door mechanische cavitatie-effecten in plaats van door hoge temperaturen. Dit helpt de functionele eigenschappen en voedingskenmerken van melkbestanddelen te behouden.
Recente overzichtsstudies benadrukken ultrageluid als een effectieve en betrouwbare techniek voor het beheersen van de functionaliteit van eiwitten en geleringsprocessen in zuivelsystemen, waaronder kaas en gefermenteerde melkproducten.
Voor zuiveltechnologen biedt dit mogelijkheden om de functionaliteit van melk gericht aan te passen zonder de productkwaliteit in gevaar te brengen.

Industriële toepassing in zuivelfabrieken

Naarmate het onderzoek zich ontwikkelt van laboratoriumstudies naar industriële toepassing, worden de betrouwbaarheid van apparatuur en de naleving van voedselveiligheidseisen essentiële aandachtspunten.
Industriële sonicatiesystemen, zoals die van Hielscher Ultrasonics, zijn ontworpen met het oog op een hygiënisch ontwerp en een veilige installatie in omgevingen waar levensmiddelen worden verwerkt. Dergelijke systemen kunnen worden gebruikt in overeenstemming met cGMP- en FDA-richtlijnen, en toepassingen voor voedselverwerking kunnen worden gevalideerd en gecertificeerd door onafhankelijke tests door derden.
Sonicatoren van Hielscher kunnen eenvoudig worden aangesloten op software van procesinstallaties en kunnen soepel worden geïntegreerd in bestaande productielijnen. Geautomatiseerde registratie van de ultrasone procesparameters zorgt voor bewaking en kwaliteitscontrole in overeenstemming met cGMP-richtlijnen.
Dit maakt ultrasone melkverwerking tot een praktische technologie voor commerciële zuivelfabrieken die procesinnovatie nastreven.
Voor zuiveltechnologen en kaasproducenten vormt deze aanpak een betrouwbare verwerkingsstap op weg naar efficiëntere, beter beheersbare en innovatievere kaasproductieprocessen.

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

Ontwerp, productie en advies – kwaliteit uit Duitsland

Sonicatoren van Hielscher staan bekend om hun hoogste kwaliteits- en ontwerpnormen. Robuustheid en eenvoudige bediening maken een soepele integratie van onze sonicatoren in industriële installaties mogelijk. Sonicatoren van Hielscher zijn zonder problemen bestand tegen zware omstandigheden en veeleisende omgevingen.
Hielscher Ultrasonics is een ISO-gecertificeerd bedrijf en legt bijzondere nadruk op sonicatoren met hoge prestaties, de modernste technologie en gebruiksvriendelijkheid. Uiteraard voldoen sonicatoren van Hielscher aan de CE-eisen en aan de vereisten van UL, CSA en RoHs.