Coagulação do leite melhorada por processamento ultrassónico
A coagulação ultra-sónica do leite é uma técnica de processamento inovadora para melhorar a qualidade do produto e a eficiência da produção. O tratamento por ultra-sons aplicado ao leite antes da coagulação demonstrou um forte potencial para otimizar a fase de coalho no fabrico de queijo. Os ultra-sons de baixa frequência e alta potência podem alterar a estrutura das proteínas do leite e das micelas de caseína, levando a uma melhor formação de gel durante a coagulação. Estes efeitos tornam a sonicação um método potente para os tecnólogos de lacticínios que procuram melhorar as operações de processamento do leite e aumentar a eficiência e a consistência da produção de queijo.
A importância do coalho no fabrico de queijo
A coagulação é a primeira fase crítica na produção de queijo. Durante este processo, a enzima quimosina cliva as moléculas de κ-caseína, permitindo que as micelas de caseína se agreguem e formem uma rede de gel tridimensional que se torna a coalhada do queijo. A qualidade desta rede de gel influencia diretamente:
- Tempo de gelificação
- Firmeza da coalhada
- Taxa de endurecimento da coalhada
- Microestrutura e conetividade do gel
Estes parâmetros determinam a eficiência com que o leite pode ser convertido em queijo e, em última análise, influenciam o rendimento, a textura e o desempenho do processamento.
No entanto, o comportamento de coalho do leite pode variar devido a factores como a composição proteica, o equilíbrio de cálcio, o pH e a estrutura das micelas de caseína. As tecnologias que melhoram ou estabilizam estas propriedades podem, portanto, oferecer um valor significativo aos processadores de lacticínios.
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Como os ultra-sons melhoram a coagulação do leite
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.
Estes efeitos mecânicos podem modificar a estrutura física das proteínas do leite sem necessidade de temperaturas elevadas.
Pesquisa por Liu et al. (2014) demonstraram que a ultrassonografia do leite desnatado a 20 kHz antes da coagulação melhorou significativamente as caraterísticas de gelificação do leite.
O estudo mostrou que o tratamento por ultra-sons:
- Redução do tempo de gelificação necessário para a coagulação do coalho
- Aumento da taxa de endurecimento da coalhada
- Produziu géis mais fortes com maior firmeza da coalhada
- Melhoria da conetividade da rede do gel de coalho
Estas melhorias foram atribuídas a alterações induzidas por ultra-sons nas proteínas do leite e na estrutura das micelas de caseína.
Os mesmos resultados são descritos no estudo carregado, que relata que o leite tratado com ultrassom a pH 8 e reajustado para pH 6,7 mostrou as melhorias mais pronunciadas no desempenho da coagulação.
Principais efeitos estruturais no leite
O tratamento ultrassónico altera a microestrutura das proteínas do leite de várias formas. De acordo com o estudo e investigação relacionada:
- Redução do tamanho das micelas de caseína devido a forças mecânicas induzidas pela cavitação
- Formação de agregados proteicos mais pequenos
- Aumento da área de superfície das partículas de caseína
- Interações proteicas reforçadas durante a coagulação
Estas alterações estruturais permitem uma agregação mais eficaz após a adição de coalho.
Os resultados relatados no estudo evidenciam melhorias dramáticas no desempenho. Por exemplo:
- O tempo de gelificação diminuiu de cerca de 40 minutos no leite não tratado para cerca de 28 minutos no leite submetido a ultra-sons
- A firmeza da coalhada aumentou várias vezes em relação ao controlo não tratado
- A taxa de endurecimento da coalhada aumentou substancialmente
Estas alterações traduzem-se diretamente numa formação mais rápida e mais robusta da coalhada durante o fabrico do queijo.
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Peneiração por ultra-sons: Vantagens para os produtores de leite e queijo
Para o processamento industrial de produtos lácteos, os benefícios potenciais da coagulação melhorada por ultra-sons são consideráveis.
processamento mais rápido
Os ultra-sons reduzem o tempo de gelificação, o que pode acelerar as fases iniciais da produção de queijo.
- Tempo de coagulação mais curto
- Formação mais rápida da coalhada
- Potencialmente maior rendimento nas linhas de produção
Melhoria da estrutura da coalhada
O tratamento ultrassónico resulta numa rede de proteínas mais densa e mais interligada, produzindo uma coalhada mais forte.
Isto pode contribuir para:
- Melhoria do manuseamento da coalhada
- Melhor separação do soro de leite
- Controlo de textura melhorado
Aumento da eficiência de fabrico
Pode ser possível obter géis mais fortes e uma coagulação mais rápida:
- Maior potencial de produção de queijo
- Redução do tempo de processamento
- Qualidade de produto mais consistente
Estas vantagens são particularmente relevantes para a produção de queijo em grande escala, onde pequenas melhorias na eficiência do processo podem traduzir-se em ganhos económicos significativos.
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O ultrassom como tecnologia de processamento não térmico de laticínios
Um dos aspectos mais atractivos do processamento de leite por ultra-sons é o facto de ser considerado uma tecnologia de processamento não térmica ou suave.
Ao contrário dos tratamentos térmicos tradicionais, os ultra-sons podem modificar as propriedades estruturais das proteínas através de efeitos de cavitação mecânica, em vez de altas temperaturas. Isto ajuda a preservar as caraterísticas funcionais e nutricionais dos componentes do leite.
Revisões recentes destacam os ultra-sons como uma técnica eficaz e fiável para controlar a funcionalidade das proteínas e os processos de gelificação em sistemas lácteos, incluindo queijo e produtos lácteos fermentados.
Para os técnicos de lacticínios, isto abre oportunidades para adaptar a funcionalidade do leite sem comprometer a qualidade do produto.
Implementação industrial em fábricas de lacticínios
À medida que a investigação avança dos estudos laboratoriais para a aplicação industrial, a fiabilidade do equipamento e a conformidade com a segurança alimentar tornam-se considerações essenciais.
Os sistemas de sonicação industrial, como os desenvolvidos pela Hielscher Ultrasonics, são concebidos para um design higiénico e uma instalação segura em ambientes de processamento de alimentos. Esses sistemas podem ser operados em conformidade com as diretrizes cGMP e FDA, e as aplicações de processamento de alimentos podem ser validadas e certificadas através de testes independentes de terceiros.
Os sonicadores Hielscher ligam-se facilmente ao software da fábrica de processamento e integram-se sem problemas nas linhas de produção existentes. O registo automático de dados dos parâmetros do processo ultrassónico assegura a monitorização e o controlo de qualidade de acordo com as diretrizes cGMP.
Isto faz com que o processamento ultrassónico do leite seja uma tecnologia prática para fábricas de lacticínios comerciais que procuram a inovação do processo.
Para os técnicos de lacticínios e fabricantes de queijo, esta abordagem representa um passo de processamento fiável para processos de produção de queijo mais eficientes, controláveis e inovadores.
O que levar
A sonicação pode ser aplicada ao leite antes da produção de vários produtos lácteos, como o queijo e outros alimentos coagulados com coalho, para melhorar as suas propriedades funcionais e estruturais. Ao modificar as caraterísticas físicas das proteínas do leite e dos glóbulos de gordura, o tratamento ultrassónico do leite pode melhorar o comportamento da coagulação, a estrutura da coalhada e a qualidade geral do produto. Além disso, a sonicação pode ser utilizada para fracionar os componentes dos produtos lácteos, permitindo a separação ou modificação dos constituintes do leite para melhorar a funcionalidade do produto, a eficiência do processamento e o rendimento.
O quadro seguinte dá-lhe uma indicação da capacidade de processamento aproximada dos nossos ultra-sons:
| Volume do lote | caudal | Dispositivos recomendados |
|---|---|---|
| 10 a 2000mL | 20 a 400mL/min | UP200Ht, UP400ST |
| 0.1 a 20L | 0.2 a 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 a 100L | 2 a 10L/min | UIP4000hdt |
| 15 a 150L | 3 a 15L/min | UIP6000hdT |
| n.d. | 10 a 100L/min | UIP16000hdT |
| n.d. | maior | grupo de UIP16000hdT |
Conceção, fabrico e consultoria – Qualidade fabricada na Alemanha
Os ultrassons Hielscher são conhecidos pelos seus elevados padrões de qualidade e design. A robustez e a facilidade de operação permitem a integração harmoniosa dos nossos ultrassons nas instalações industriais. As condições difíceis e os ambientes exigentes são facilmente controlados pelos ultrassons Hielscher.
A Hielscher Ultrasonics é uma empresa certificada pela ISO e dá especial ênfase aos ultrassons de alto desempenho com tecnologia de ponta e facilidade de utilização. Naturalmente, os ultrassons da Hielscher estão em conformidade com a CE e cumprem os requisitos da UL, CSA e RoHs.
Homogeneizador ultrassónico para alimentos UIP16000hdT melhora a coagulação do leite
Literatura / Referências
- Liu, Zheng; Juliano, Pablo; Williams, Roderick; Niere, Julie; Augustin, Mary Ann (2014): Ultrasound improves the renneting properties of milk. Ultrasonic Sonochemistry 21(6), 2014.
- Carrillo-Lopez, L.M.; Juarez-Morales, M.G.; Garcia-Galicia, I.A.; Alarcon-Rojo, A.D.; Huerta-Jimenez, M. (2020): The Effect of High-Intensity Ultrasound on the Physicochemical and Microbiological Properties of Mexican Panela Cheese. Foods 2020, 9, 313.
- Bermúdez-Aguirre, D., Mawson, R. and Barbosa-Cánovas, G.V. (2008): Microstructure of Fat Globules in Whole Milk after Thermosonication Treatment. Journal of Food Science 73, 2008. E325-E332.
perguntas frequentes
O que é o coalho do leite?
A coagulação do leite é o processo de coagulação enzimática no qual a enzima quimosina (o componente ativo do coalho) cliva a κ-caseína na superfície das micelas de caseína. Isto desestabiliza as micelas, permitindo que se agreguem e formem uma rede tridimensional de gel proteico que se torna a coalhada do queijo.
O que é o Rennet?
O coalho é um complexo de enzimas coagulantes do leite utilizado no fabrico de queijo para induzir a coagulação do leite. O seu principal componente ativo é a quimosina (EC 3.4.23.4), uma protease aspártica que cliva especificamente a κ-caseína no leite. Esta reação enzimática desestabiliza as micelas de caseína, permitindo que estas se agreguem e formem uma rede de gel que se separa em coalhada e soro de leite.
Tradicionalmente, o coalho é extraído do abomaso (quarto estômago) de bezerros não desmamados, onde a enzima é produzida naturalmente para digerir as proteínas do leite. Atualmente, a produção comercial de queijo utiliza normalmente quimosina microbiana ou recombinante, produzida através de fermentação, que proporciona uma atividade enzimática consistente e é amplamente utilizada no processamento industrial de lacticínios.
Porque é que o coalho é adicionado ao leite?
O coalho é adicionado ao leite para iniciar a coagulação das proteínas da caseína. Ao clivar a κ-caseína, o coalho permite que as micelas de caseína se agreguem e formem uma estrutura de coalhada que se separa do soro de leite, permitindo a transformação do leite líquido em queijo.
Como é que o leite coagula e coalha?
O leite coagula e coalha quando a estabilidade das micelas de caseína no leite é quebrada, fazendo com que as proteínas do leite se agreguem e formem uma rede de gel tridimensional. No leite fresco, as proteínas de caseína estão organizadas em micelas que permanecem dispersas devido à ação estabilizadora da κ-caseína na sua superfície. Quando esta estabilidade é reduzida, as micelas agregam-se e formam a coalhada.
A coagulação pode ocorrer por ação enzimática, mais frequentemente pela enzima quimosina do coalho, que cliva especificamente a κ-caseína. Esta clivagem remove a camada estabilizadora em torno das micelas de caseína, permitindo a sua agregação através de interações hidrofóbicas e ligações mediadas pelo cálcio, formando uma estrutura de gel firme.
O leite também pode coalhar através da acidificação, onde o ácido lático produzido por bactérias baixa o pH do leite para o ponto isoelétrico da caseína (aproximadamente pH 4,6). A este pH, a repulsão eletrostática entre as partículas de caseína diminui, levando à agregação e precipitação das proteínas.
Em ambos os mecanismos, a agregação das proteínas de caseína prende a gordura e a água dentro da rede de proteínas em formação, resultando na separação da coalhada sólida do soro de leite líquido, que é o passo fundamental na produção de queijo e de outros produtos lácteos fermentados.
A Hielscher Ultrasonics fabrica homogeneizadores ultra-sónicos de alto desempenho a partir de laboratório para dimensão industrial.