Улучшение сычужного свертывания молока с помощью обработки ультразвуком

Сычужное свертывание молока с применением ультразвука – инновационная технология обработки для повышения качества продукции и эффективности производства. Обработка молока ультразвуком перед коагуляцией показала значительный потенциал для оптимизации этапа сычужного свертывания при производстве сыра. Низкочастотный ультразвук высокой мощности может изменять структуру молочных белков и казеиновых мицелл, улучшая образование геля при сычужном свертывании. Эти эффекты делают обработку ультразвуком действенным методом для технологов молочной промышленности, стремящихся усовершенствовать процессы переработки молока и повысить эффективность производства сыра и стабильность его качества.

Значение сычужного свертывания в производстве сыра

Сычужное свертывание – важнейший первый этап производства сыра. Во время этого процесса фермент химозин расщепляет молекулы κ-казеина, позволяя казеиновым мицеллам агрегировать и образовывать трехмерную гелевую сетку, которая превращается в сырный сгусток. Качество этой гелевой сетки непосредственно влияет на:

• Время гелеобразования
• Прочность сгустка
• Скорость упрочнения сгустка
• Микроструктуру и связность геля

Эти параметры определяют эффективность переработки молока в сыр и в конечном итоге влияют на выход, текстуру и показатели процесса переработки.
Однако характер сычужного свертывания молока может варьироваться в зависимости от таких факторов, как белковый состав, баланс кальция, pH и структура казеиновых мицелл. Поэтому технологии, улучшающие или стабилизирующие эти свойства, могут представлять значительную ценность для предприятий по переработке молока.

Как ультразвук улучшает сычужное свертывание молока

Обработка ультразвуком основана на передаче низкочастотных ультразвуковых волн (>20 kHz) в жидкие среды. Это вызывает акустическую кавитацию, при которой микроскопические пузырьки быстро образуются и схлопываются, создавая в жидкости локальные механические силы, турбулентность и микроструи.
Эти механические воздействия могут изменять физическую структуру молочных белков без необходимости применения высоких температур.
Исследование Liu и соавт. (2014) показало, что обработка обезжиренного молока ультразвуком при 20 kHz перед сычужным свертыванием значительно улучшала характеристики гелеобразования молока.

Исследование показало, что обработка ультразвуком:

• Сокращала время гелеобразования, необходимое для сычужной коагуляции
• Повышала скорость упрочнения сгустка
• Обеспечивала образование более прочных гелей с более высокой прочностью сгустка
• Улучшала связность сетки сычужного геля

Эти улучшения были связаны с вызванными ультразвуком изменениями молочных белков и структуры казеиновых мицелл.
Те же результаты описаны в загруженном исследовании, где сообщается, что молоко, обработанное ультразвуком при pH 8 с последующим восстановлением pH до 6,7, показало наиболее выраженное улучшение показателей коагуляции.

Основные структурные изменения в молоке

Обработка ультразвуком изменяет микроструктуру молочных белков несколькими способами. Согласно этому исследованию и связанным с ним работам:

• Уменьшение размера казеиновых мицелл под действием механических сил, вызванных кавитацией
• Образование более мелких белковых агрегатов
• Увеличение площади поверхности казеиновых частиц
• Усиление взаимодействий между белками во время коагуляции

Эти структурные изменения обеспечивают более эффективную агрегацию после добавления сычужного ферментного препарата.

Результаты, представленные в исследовании, свидетельствуют о существенном улучшении показателей процесса. Например:

1. Время гелеобразования сократилось с приблизительно 40 минут в необработанном молоке до примерно 28 минут в молоке, обработанном ультразвуком
2. Прочность сгустка увеличилась в несколько раз по сравнению с необработанным контрольным образцом
3. Скорость упрочнения сгустка существенно возросла

Эти изменения непосредственно обеспечивают более быстрое образование более прочного сгустка при производстве сыра.

Сычужное свертывание с применением ультразвука: преимущества для производителей молочной продукции и сыра

Потенциальные преимущества улучшенного с помощью ультразвука сычужного свертывания для промышленной переработки молока весьма значительны.

Более быстрая переработка

Ультразвук сокращает время гелеобразования, что может ускорить начальные этапы производства сыра.

• Более короткое время коагуляции
• Более быстрое образование сгустка
• Потенциально более высокая производительность производственных линий

Улучшенная структура сгустка

Обработка ультразвуком приводит к образованию более плотной белковой сетки с большей взаимосвязанностью, обеспечивая получение более прочных сгустков.

Это может способствовать:

• Улучшению обработки сгустка
• Лучшему отделению сыворотки
• Более эффективному контролю текстуры

Повышение эффективности производства

Более прочные гели и более быстрая коагуляция могут обеспечить:

• Более высокий потенциальный выход сыра
• Сокращение времени переработки
• Более стабильное качество продукции

Эти преимущества особенно актуальны для крупномасштабного производства сыра, где небольшие улучшения эффективности процесса могут приводить к значительной экономической выгоде.

Ультразвук как технология нетепловой переработки молочной продукции

Одна из наиболее привлекательных особенностей обработки молока ультразвуком заключается в том, что она считается нетепловой или щадящей технологией обработки.
В отличие от традиционной тепловой обработки, ультразвук может изменять структурные свойства белков за счет механического воздействия кавитации, а не высоких температур. Это помогает сохранять функциональные и питательные характеристики компонентов молока.
В недавних обзорах ультразвук рассматривается как эффективный и надежный метод управления функциональными свойствами белков и процессами гелеобразования в молочных системах, включая сыр и кисломолочные продукты.
Для технологов молочной промышленности это открывает возможности целенаправленно изменять функциональные свойства молока без ущерба для качества продукции.

Промышленное внедрение на молочных предприятиях

По мере перехода от лабораторных исследований к промышленному применению надежность оборудования и соблюдение требований безопасности пищевой продукции становятся важнейшими факторами.
Промышленные системы обработки ультразвуком, например разработанные Hielscher Ultrasonics, проектируются с учетом требований к гигиенической конструкции и безопасной установке на пищевых производствах. Такие системы можно эксплуатировать в соответствии с рекомендациями cGMP и FDA, а их применение в переработке пищевой продукции можно валидировать и сертифицировать посредством независимых испытаний, проводимых третьей стороной.
Ультразвуковые процессоры Hielscher легко подключаются к программному обеспечению технологических установок и без затруднений интегрируются в существующие производственные линии. Автоматизированная регистрация параметров ультразвукового процесса обеспечивает мониторинг и контроль качества в соответствии с рекомендациями cGMP.
Это делает обработку молока ультразвуком практичной технологией для коммерческих молочных предприятий, стремящихся внедрять инновации в технологические процессы.
Для технологов молочной промышленности и производителей сыра этот подход представляет собой надежный технологический этап на пути к более эффективным, управляемым и инновационным процессам производства сыра.

Приведенная ниже таблица дает представление о приблизительной производительности наших ультразвуковых процессоров:

Проектирование, производство и консультирование – качество из Германии

Ультразвуковые процессоры Hielscher хорошо известны своим высочайшим качеством и высочайшими стандартами проектирования. Надежность и простота эксплуатации позволяют без затруднений интегрировать наши ультразвуковые процессоры в промышленные объекты. Ультразвуковые процессоры Hielscher легко справляются с тяжелыми условиями и требовательной производственной средой.
Hielscher Ultrasonics – компания, сертифицированная по ISO, которая уделяет особое внимание высокопроизводительным ультразвуковым процессорам, сочетающим самые современные технологии и удобство использования. Разумеется, ультразвуковые процессоры Hielscher соответствуют требованиям CE и отвечают требованиям UL, CSA и RoHs.