Usprawniona produkcja serów dzięki ultradźwiękom dużej mocy

Produkcję różnych rodzajów serów, takich jak sery twarde, sery miękkie i twaróg, wytwarzanych z różnych rodzajów mleka (np. krowiego, koziego, owczego, bawolego, wielbłądziego itp.), można skutecznie usprawnić poprzez sonikację. Zastosowanie ultradźwięków o wysokiej intensywności przyspiesza homogenizację, fermentację i dojrzewanie, poprawia stabilność mikrobiologiczną oraz korzystnie wpływa na wartość odżywczą i teksturę.

Ultradźwięki o wysokiej intensywności usprawniają produkcję serów

Ultradźwiękowe przetwarzanie żywności jest uznaną technologią usprawniającą homogenizację mleka i fermentację w produkcji serów. Ponadto sonikację w połączeniu z łagodną obróbką cieplną – znaną jako termosonikacja – stosuje się jako alternatywę dla tradycyjnej pasteryzacji cieplnej, chroniąc w ten sposób składniki odżywcze, takie jak witaminy, aminokwasy i tłuszcze, przed degradacją termiczną. Produkcję serów z mleka lub serwatki można znacznie zintensyfikować i usprawnić dzięki zastosowaniu ultradźwięków o wysokiej intensywności i niskiej częstotliwości.

Wpływ ultradźwięków o wysokiej intensywności na strukturę mleka i skrzepu w produkcji serów

Sonikację z powodzeniem zastosowano w procesach produkcji serów z mleka bydlęcego (krowiego), owczego, bawolego, koziego, wielbłądziego i końskiego.
Produkcję serów wspomaganą ultradźwiękami można wykorzystywać do wytwarzania szerokiej gamy serów, w tym sera cheddar, sera feta, sera kremowego, twarogu, meksykańskiego sera panela, miękkiego sera typu latynoskiego i innych serów specjalnych.
Wpływ ultradźwięków o niskiej częstotliwości i wysokiej intensywności na mleko podczas produkcji serów obejmuje zwiększenie wytrzymałości i twardości żelu, przyspieszenie tworzenia żelu, zwiększenie powierzchni właściwej, zmniejszenie zwięzłości skrzepu, przesunięcie rozkładu wielkości kuleczek tłuszczowych ku mniejszym rozmiarom i zwiększenie jego jednorodności oraz poprawę zdolności zatrzymywania wody.
Wywołana ultradźwiękami poprawa jednorodności i bardziej równomierne rozmieszczenie kuleczek tłuszczu mlecznego dodatkowo podnoszą jakość sera. Na przykład badania mleka koziego koagulowanego chymozyną wykazały, że po 10 minutach sonikacji powstały żel miał gęstszą, usieciowaną strukturę. W efekcie uzyskano bardziej jednorodną mikrostrukturę z licznymi porami, które były znacznie mniejsze niż pory obserwowane w skrzepie mleka niepoddanego sonikacji.
Te różnice strukturalne sugerują, że skrzep mleka koziego poddany działaniu ultradźwięków dużej mocy wykazuje większą zwięzłość, a wartości G’max (maksymalnego modułu zachowawczego) przekraczają 100 Pa – są więc jeszcze wyższe niż wartości podawane dla mleka krowiego. Podobną poprawę zaobserwowano w odniesieniu do adhezyjności (wytrzymałości wiązań wewnętrznych w próbce). Ogólnie wyniki te wskazują, że ultradźwięki o wysokiej intensywności sprzyjają silniejszym oddziaływaniom między składnikami mleka, poprawiając w ten sposób właściwości krzepnięcia mleka podczas produkcji serów (por. Carrillo-Lopez et al., 2021).

Sonikacja wspomaga również koagulację podpuszczkową mleka. Dowiedz się więcej!

Wpływ ultradźwięków na produkcję serów

Wpływ ultradźwięków o wysokiej intensywności na przetwórstwo mleczarskie i produkcję serów był przedmiotem intensywnych badań.
Większy uzysk sera: Sonikacja świeżego mleka surowego za pomocą sonikatora UP400S podczas produkcji sera panela spowodowała zwiększenie uzysku sera (%), pomimo zwiększenia ilości odcieku. Zastosowanie HIU przez 10 min sprzyja powstawaniu żółtych tonów i zabarwienia sera. Nie wpływa jednak na współrzędne barwy L*, a* ani C*. pH wzrosło z 6,6 do 6,74 po 5 min sonikacji, ale obniżyło się po 10 min. (por. Carrillo-Lopez et al., 2020)
Lepsza tekstura sera: W badaniach dotyczących serów Bermúdez-Aguirre i Barbosa-Cánovas stwierdzili, że świeży ser otrzymany z mleka poddanego termosonikacji (przy użyciu urządzenia Hielscher UP400S – 400 W, 24 kHz, 63 °C, 30 min) był bardziej miękki i kruchy niż ser z mleka kontrolnego (bez termosonikacji). Dzięki tym cechom ser łatwiej się kruszył, co jest pożądaną właściwością świeżego sera. Autorzy wyjaśnili to zachowanie, wskazując, że mikrostruktura sera z mleka poddanego termosonikacji była bardziej jednorodna niż mikrostruktura sera z mleka niepoddanego sonikacji. Ponadto zauważyli, że termosonikacja poprawiała homogenizację białek i tłuszczu oraz zwiększała zatrzymywanie cząsteczek wody w matrycy. Można zatem przyjąć, że HIU sprzyjają silnym oddziaływaniom między składnikami mleka, poprawiając właściwości krzepnięcia.

Wpływ ultradźwięków na produkty mleczarskie: lepkość i reologia, jednorodność, aktywność drobnoustrojów

Produkty mleczarskie wytwarza się z mleka zwierzęcego, np. krowiego, owczego, koziego, bawolego, końskiego lub wielbłądziego. Po pozyskaniu mleko można przetwarzać na różne produkty, takie jak mleko homogenizowane i odtłuszczone, jogurt, śmietana, masło, ser, serwatka, kazeina lub mleko w proszku. Mleko krowie jest najważniejszym surowcem dla przemysłu mleczarskiego, a jego światowa produkcja wynosi 542 069 000 ton/rok.[Gerosa et al. 2012]
Serwatka (surowica mleka) jest produktem ubocznym produkcji sera lub kazeiny. Składa się głównie z globinstagers: α-laktoalbuminy (~65%), β-laktoglobuliny (~25%), a także z niewielkich ilości albuminy surowicy (~8%) i immunoglobulin. Białka serwatkowe są białkami globularnymi, które można wyodrębnić z serwatki.
Mleko w proszku wytwarza się przy użyciu suszarek rozpyłowych, które suszą mleko i odparowują z niego wodę w celu uzyskania czystego, suchego mleka w proszku. Ze względu na niezwykle wysokie zużycie energii przez suszarki rozpyłowe wysokie stężenie substancji stałych w cieczy jest istotne dla optymalizacji efektywności procesu.

„Próbki świeżego mleka odtłuszczonego, odtworzonej kazeiny micelarnej i kazeiny w proszku poddano sonikacji przy 20kHz w celu zbadania wpływu sonikacji. W przypadku świeżego mleka odtłuszczonego średnia wielkość pozostałych kuleczek tłuszczowych zmniejszyła się o około 10nm po 60min sonikacji; stwierdzono jednak, że wielkość miceli kazeinowych pozostała niezmieniona. W ciągu pierwszych kilku minut sonikacji wystąpił również niewielki wzrost ilości rozpuszczalnych białek serwatkowych i odpowiadający mu spadek lepkości, co można przypisać rozbijaniu agregatów kazeiny i białek serwatkowych. W ultrawirowanych próbkach mleka odtłuszczonego poddanych sonikacji przez czas do 60min, nie wykryto mierzalnych zmian zawartości wolnej kazeiny. Sonikacja spowodowała niewielki, przejściowy spadek pH; nie zaobserwowano jednak mierzalnej zmiany stężenia rozpuszczalnego wapnia. Micele kazeinowe w świeżym mleku odtłuszczonym były zatem stabilne podczas ekspozycji na ultradźwięki. Podobne wyniki uzyskano dla odtworzonej kazeiny micelarnej, natomiast wraz ze wzrostem zawartości białek serwatkowych obserwowano większe zmiany lepkości. Kontrolowane zastosowanie ultradźwięków może skutecznie odwracać agregację białek wywołaną przetwarzaniem, bez wpływu na natywny stan miceli kazeinowych.” [Chandrapala et al. 2012]

Wpływ ultradźwięków o wysokiej intensywności na składniki odżywcze mleka i stabilność mikrobiologiczną

Razavi i Kenari (2020) badali wpływ ultradźwięków o wysokiej intensywności w połączeniu z łagodną obróbką cieplną na inaktywację drobnoustrojów i enzymów prowadzących do psucia się żywności i obniżenia jej bezpieczeństwa. Celem badania była ocena wpływu procesu ultradźwiękowego jako alternatywy dla wysokotemperaturowej obróbki cieplnej na liczbę drobnoustrojów, utlenianie lipidów jako parametr jakościowy oraz witaminy jako wskaźniki wartości odżywczej mleka. Wyniki wykazały, że ultradźwięki pozwoliły zmniejszyć obciążenie mikrobiologiczne mleka i powodowały mniejsze zmiany w witaminach niż konwencjonalna obróbka cieplna mleka. Pod tym względem sonikacja przy użyciu sonotrody okazała się lepsza i najskuteczniejsza przy intensywności 75%. Zastosowanie ultradźwięków przy użyciu sonotrody w temperaturze 55°C i przy intensywności 75% przez 10 minut jest zalecane jako niedestrukcyjny proces pasteryzacji mleka.

Wysokowydajne homogenizatory ultradźwiękowe do produkcji serów

Hielscher Ultrasonics ma wieloletnie doświadczenie w stosowaniu ultradźwięków dużej mocy w przemyśle spożywczym i napojowym, a także w wielu innych gałęziach przemysłu. Nasze procesory ultradźwiękowe są wyposażone w łatwe do czyszczenia (mycie na miejscu CIP / sterylizacja na miejscu SIP) sonotrody i komory przepływowe (części mające kontakt z przetwarzanym medium). Przemysłowe procesory ultradźwiękowe Hielscher Ultrasonics mogą zapewniać bardzo wysokie amplitudy. Amplitudy do 200µm można z łatwością utrzymywać w ciągłej pracy 24/7. Wysokie amplitudy są istotne dla inaktywacji bardziej odpornych drobnoustrojów (np. bakterii Gram-dodatnich). Aby uzyskać jeszcze wyższe amplitudy, dostępne są sonotrody ultradźwiękowe wykonywane na zamówienie. Wszystkie sonotrody i ultradźwiękowe reaktory z komorą przepływową mogą pracować w podwyższonych temperaturach i przy podwyższonych ciśnieniach, co umożliwia niezawodną termomanosonikację i wysoce skuteczną pasteryzację.
Najnowocześniejsza technologia, wysoka wydajność i zaawansowane oprogramowanie sprawiają, że urządzenia Hielscher Ultrasonics są niezawodnymi narzędziami do intensywnej pracy w linii pasteryzacji żywności. Dzięki niewielkim wymiarom i różnorodnym możliwościom instalacji sonikatory Hielscher można łatwo zintegrować z istniejącymi liniami produkcyjnymi lub zainstalować w nich w ramach modernizacji.
Skontaktuj się z nami już teraz, aby dowiedzieć się więcej o funkcjach i możliwościach naszych ultradźwiękowych systemów homogenizacji. Chętnie omówimy z Tobą zastosowanie tych systemów w produkcji Twoich serów!

Poniższa tabela przedstawia orientacyjną wydajność przetwarzania naszych sonikatorów: