Zdokonalená výroba syrov pomocou výkonového ultrazvuku

Výrobu rôznych druhov syrov, ako sú tvrdé syry, mäkké syry a tvaroh, z rôznych druhov mlieka (napr. kravského, kozieho, ovčieho, byvolieho, ťavieho atď.) možno účinne zlepšiť sonikáciou. Použitie ultrazvuku s vysokou intenzitou urýchľuje homogenizáciu, fermentáciu a zrenie, zlepšuje mikrobiálnu stabilitu a má pozitívny vplyv na výživovú hodnotu a textúru.

Ultrazvuk s vysokou intenzitou zlepšuje výrobu syrov

Ultrazvukové spracovanie potravín je osvedčená technológia na zlepšenie homogenizácie mlieka a fermentácie pri výrobe syrov. Sonikácia v kombinácii s miernym tepelným ošetrením – známa ako termosonikácia – sa navyše používa ako alternatíva k tradičnej tepelnej pasterizácii, čím chráni živiny, ako sú vitamíny, aminokyseliny a tuky, pred tepelnou degradáciou. Výrobu syrov z mlieka alebo srvátky možno výrazne zintenzívniť a zlepšiť použitím nízkofrekvenčného ultrazvuku s vysokou intenzitou.

Účinky ultrazvuku s vysokou intenzitou na štruktúru mlieka a syreniny pri výrobe syrov

Ultrazvukové ošetrenie sa úspešne uplatnilo pri výrobe syrov z hovädzieho (kravského), ovčieho, byvolieho, kozieho, ťavieho a kobylieho mlieka.
Výrobu syrov podporovanú ultrazvukom možno využiť pri širokej škále druhov syrov vrátane čedaru, fety, smotanového syra, tvarohu, mexického syra panela, hispánskeho mäkkého syra a ďalších špeciálnych syrov.
Účinky nízkofrekvenčného ultrazvuku s vysokou intenzitou na mlieko počas výroby syrov zahŕňajú zvýšenie pevnosti a tvrdosti gélu, zrýchlenie tvorby gélu, zväčšenie merného povrchu, zníženie pevnosti syreniny, menšie veľkosti tukových guľôčok a rovnomernejšie rozdelenie ich veľkostí, ako aj zvýšenú schopnosť zadržiavať vodu.
Zlepšenie homogenity vyvolané ultrazvukom a rovnomernejšie rozloženie guľôčok mliečneho tuku ďalej zvyšujú kvalitu syrov. Napríklad štúdie kozieho mlieka zrazeného renínom ukázali, že po 10 minútach ultrazvukového ošetrenia mal výsledný gél hustejšiu, zosieťovanú štruktúru. Vznikla tak homogénnejšia mikroštruktúra s početnými pórmi, ktoré boli výrazne menšie než póry pozorované v syrenine z mlieka neošetreného sonikáciou.
Tieto štrukturálne rozdiely naznačujú, že syrenina z kozieho mlieka ošetrená výkonovým ultrazvukom vykazuje vyššiu pevnosť s hodnotami G’max (maximálny akumulačný modul) presahujúcimi 100 Pa – hodnotami ešte vyššími než tie, ktoré boli uvádzané pre kravské mlieko. Podobné zlepšenie sa pozorovalo aj pri priľnavosti (pevnosti vnútorných väzieb vo vzorke). Celkovo tieto zistenia naznačujú, že ultrazvuk s vysokou intenzitou podporuje silnejšie interakcie medzi zložkami mlieka, čím zlepšuje schopnosť mlieka vytvárať zrazeninu počas výroby syrov (porov. Carrillo-Lopez et al., 2021).

Sonikácia podporuje aj zrážanie mlieka syridlom. Prečítajte si viac!

Účinky ultrazvuku na výrobu syrov

Účinky ultrazvuku s vysokou intenzitou na spracovanie mlieka a mliečnych výrobkov a na výrobu syrov boli intenzívne skúmané.
Vyššia výťažnosť syrov: Sonikácia čerstvého surového mlieka ultrazvukovým prístrojom UP400S počas výroby syra panela viedla k zvýšeniu výťažnosti syra (%) napriek zvýšeniu množstva exsudátu. Ultrazvuk s vysokou intenzitou (HIU) pri ošetrení trvajúcom 10 min podporuje žlté odtiene a sfarbenie syra. Farebné súradnice L*, a* ani C* však nie sú ovplyvnené. Po 5 min ultrazvukového ošetrenia sa pH zvýšilo z 6,6 na 6,74, ale pri 10 min sa znížilo. (porov. Carrillo-Lopez et al., 2020)
Lepšia textúra syrov: Pokiaľ ide o štúdie vykonané na syroch, Bermúdez-Aguirre a Barbosa-Cánovas uviedli, že čerstvý syr získaný z mlieka ošetreného termosonikáciou (pomocou prístroja Hielscher UP400S – 400 W, 24 kHz, 63 °C, 30 min) bol mäkší a krehkejší než syr z kontrolného mlieka (bez termosonikácie). Vďaka týmto vlastnostiam sa syr ľahšie drobil, čo je pri čerstvom syre žiaduca vlastnosť. Autori vysvetlili toto správanie tým, že mikroštruktúra syra z termosonikovaného mlieka bola homogénnejšia v porovnaní so syrom z nesonikovaného mlieka. Okrem toho uviedli, že termosonikácia zlepšila homogenizáciu bielkovín a tuku a zvýšila zadržiavanie molekúl vody v matrici. Preto možno predpokladať, že ultrazvuk s vysokou intenzitou (HIU) podporuje silné interakcie medzi zložkami mlieka, čím zlepšuje jeho schopnosť vytvárať zrazeninu.

Vplyv ultrazvuku na mliečne výrobky: viskozita a reológia, homogenita, mikrobiálna aktivita

Mliečne výrobky sa vyrábajú zo živočíšneho mlieka, napríklad z kravského, ovčieho, kozieho, byvolieho, kobylieho alebo ťavieho mlieka. Po nadojení možno mlieko spracovať na rôzne výrobky, ako sú homogenizované a odstredené mlieko, jogurt, smotana, maslo, syr, srvátka, kazeín alebo sušené mlieko. Kravské mlieko je najdôležitejšou surovinou pre mliekarenský priemysel s celosvetovou produkciou 542 069 000 ton/rok.[Gerosa et al. 2012]
Srvátka (mliečne sérum) je vedľajším produktom výroby syra alebo kazeínu. Pozostáva najmä z globulárnych bielkovín α-laktalbumínu (~65%), β-laktoglobulínu (~25%), ako aj z malých množstiev sérového albumínu (~8%) a imunoglobulínov. Srvátkové bielkoviny sú globulárne bielkoviny, ktoré možno extrahovať zo srvátky.
Sušené mlieko sa vyrába v rozprašovacích sušiarňach sušením mlieka a odparovaním vody z neho s cieľom získať čisté sušené mlieko. Vzhľadom na mimoriadne vysokú spotrebu energie rozprašovacích sušiarní je na optimalizáciu účinnosti procesu dôležitá vysoká koncentrácia sušiny v kvapaline.

„Vzorky čerstvého odstredeného mlieka, rekonštituovaného micelárneho kazeínu a práškového kazeínu sa sonikovali pri 20kHz s cieľom preskúmať účinok ultrazvukového ošetrenia. V čerstvom odstredenom mlieku sa priemerná veľkosť zostávajúcich tukových guľôčok po 60min sonikácie znížila približne o 10nm; zistilo sa však, že veľkosť kazeínových miciel zostala nezmenená. Počas prvých niekoľkých minút sonikácie došlo aj k miernemu zvýšeniu obsahu rozpustných srvátkových bielkovín a zodpovedajúcemu zníženiu viskozity, čo bolo možné pripísať rozpadu agregátov kazeínu a srvátkových bielkovín. Vo vzorkách odstredeného mlieka podrobených ultracentrifugácii a sonikovaných až 60min sa nezistili žiadne merateľné zmeny obsahu voľného kazeínu. Sonikácia spôsobila mierny, dočasný pokles pH; nepozorovala sa však žiadna merateľná zmena koncentrácie rozpustného vápnika. Kazeínové micely v čerstvom odstredenom mlieku teda zostali počas pôsobenia ultrazvuku stabilné. Podobné výsledky sa získali aj pri rekonštituovanom micelárnom kazeíne, pričom so zvyšujúcim sa obsahom srvátkových bielkovín sa pozorovali väčšie zmeny viskozity. Riadené pôsobenie ultrazvuku možno účelne využiť na zvrátenie agregácie bielkovín vyvolanej spracovaním bez ovplyvnenia natívneho stavu kazeínových miciel.“ [Chandrapala et al. 2012]

Účinky ultrazvuku s vysokou intenzitou na živiny v mlieku a mikrobiálnu stabilitu

Razavi a Kenari (2020) skúmali vplyv ultrazvuku s vysokou intenzitou v kombinácii s miernym tepelným ošetrením na inaktiváciu mikroorganizmov a enzýmov, ktoré vedú ku kazeniu potravín a znižovaniu ich bezpečnosti. Cieľom ich štúdie bolo vyhodnotiť vplyv ultrazvukového procesu ako alternatívy k vysokoteplotnému tepelnému ošetreniu na počet mikroorganizmov, oxidáciu lipidov ako parameter kvality a vitamíny ako ukazovatele výživovej hodnoty mlieka. Výsledky ukázali, že ultrazvuk dokázal znížiť mikrobiálnu záťaž mlieka a spôsobil menšie zmeny vitamínov než konvenčné tepelné ošetrenie mlieka. V tomto ohľade sa sonikácia pomocou ultrazvukovej sondy ukázala ako lepšia a najúčinnejšia pri 75% intenzite. Použitie sondového ultrazvukového zariadenia pri 55°C a 75% intenzite počas 10 minút sa odporúča ako nedeštruktívny proces pasterizácie mlieka.

Vysokovýkonné ultrazvukové homogenizátory na výrobu syrov

Hielscher Ultrasonics má dlhoročné skúsenosti s využívaním výkonového ultrazvuku v potravinárskom a nápojovom priemysle, ako aj v mnohých ďalších priemyselných odvetviach. Naše ultrazvukové procesory sú vybavené ľahko čistiteľnými sonotródami a prietokovými celami (časťami prichádzajúcimi do styku s kvapalinou), ktoré umožňujú čistenie na mieste (CIP) a sterilizáciu na mieste (SIP). Priemyselné ultrazvukové procesory spoločnosti Hielscher Ultrasonics dokážu dosahovať veľmi vysoké amplitúdy. Amplitúdy až do 200µm možno ľahko udržiavať nepretržite v prevádzke 24/7. Vysoké amplitúdy sú dôležité na inaktiváciu odolnejších mikroorganizmov (napr. grampozitívnych baktérií). Pre ešte vyššie amplitúdy sú k dispozícii ultrazvukové sonotródy vyrobené na mieru. Všetky sonotródy a ultrazvukové prietokové reaktory možno prevádzkovať pri zvýšených teplotách a tlakoch, čo umožňuje spoľahlivú termomanosonikáciu a vysoko účinnú pasterizáciu.
Najmodernejšia technológia, vysoký výkon a sofistikovaný softvér robia zo zariadení Hielscher Ultrasonics spoľahlivých pomocníkov vo vašej linke na pasterizáciu potravín. Vďaka malým nárokom na priestor a všestranným možnostiam inštalácie možno ultrazvukové zariadenia Hielscher ľahko integrovať alebo dodatočne zabudovať do existujúcich výrobných liniek.
Kontaktujte nás teraz a dozviete sa viac o vlastnostiach a možnostiach našich ultrazvukových homogenizačných systémov. Radi s vami prediskutujeme vašu aplikáciu pri výrobe syrov!

Nasledujúca tabuľka poskytuje prehľad o približnej spracovateľskej kapacite našich ultrazvukových zariadení: