Izboljšana proizvodnja sira z močnim ultrazvokom

Proizvodnjo različnih vrst sira, kot so trdi siri, mehki siri in skuta, iz različnih vrst mleka (npr. kravjega, kozjega, ovčjega, bivoljega, kameljega mleka itd.) je mogoče učinkovito izboljšati s sonikacijo. Uporaba ultrazvoka visoke intenzivnosti pospešuje homogenizacijo, fermentacijo in zorenje, izboljšuje mikrobiološko stabilnost ter pozitivno vpliva na hranilno vrednost in teksturo.

Ultrazvok visoke intenzivnosti izboljšuje proizvodnjo sira

Ultrazvočna obdelava živil je dobro uveljavljena tehnologija za izboljšanje homogenizacije mleka in fermentacije pri proizvodnji sira. Poleg tega se sonikacija v kombinaciji z blago toplotno obdelavo – znana kot termosonikacija – uporablja kot alternativa tradicionalni toplotni pasterizaciji, s čimer hranila, kot so vitamini, aminokisline in maščobe, ščiti pred toplotno razgradnjo. Proizvodnjo sira iz mleka ali sirotke je mogoče znatno intenzivirati in izboljšati z uporabo nizkofrekvenčnega ultrazvoka visoke intenzivnosti.

Učinki ultrazvoka visoke intenzivnosti na strukturo mleka in koaguluma pri proizvodnji sira

Sonikacija se uspešno uporablja v postopkih proizvodnje sira iz govejega (kravjega), ovčjega, bivoljega, kozjega, kameljega in kobiljega mleka.
Z ultrazvokom spodbujeno proizvodnjo sira je mogoče uporabiti za širok nabor vrst sira, vključno s čedarjem, feto, kremnim sirom, skuto, mehiškim sirom panela, hispanskim mehkim sirom in drugimi posebnimi siri.
Učinki nizkofrekvenčnega ultrazvoka visoke intenzivnosti na mleko med proizvodnjo sira vključujejo večjo trdnost in trdoto gela, pospešeno nastajanje gela, večjo specifično površino, manjšo čvrstost koaguluma, porazdelitev velikosti maščobnih kroglic z manjšimi in bolj enakomernimi velikostmi ter izboljšano sposobnost zadrževanja vode.
Z ultrazvokom dosežene izboljšave homogenosti in enakomernejša porazdelitev mlečnih maščobnih kroglic dodatno izboljšujejo kakovost sira. Raziskave kozjega mleka, koaguliranega z reninom, so na primer pokazale, da je nastali gel po 10 minutah sonikacije izkazoval gostejšo, zamreženo strukturo. Tako je nastala bolj homogena mikrostruktura s številnimi porami, ki so bile znatno manjše od tistih, opaženih v koagulumu mleka, ki ni bilo sonikirano.
Te strukturne razlike nakazujejo, da koagulum kozjega mleka, obdelan z močnim ultrazvokom, izkazuje večjo čvrstost, z vrednostmi G’max (največji modul elastičnosti pri shranjevanju), ki presegajo 100 Pa – vrednostmi, ki so celo višje od tistih, navedenih za kravje mleko. Podobno izboljšanje so opazili pri adhezivnosti (trdnosti notranjih vezi v vzorcu). Te ugotovitve na splošno kažejo, da ultrazvok visoke intenzivnosti spodbuja močnejše interakcije med sestavinami mleka in s tem izboljšuje lastnosti strjevanja mleka med proizvodnjo sira (prim. Carrillo-Lopez et al., 2021).

Sonikacija spodbuja tudi usirjanje mleka s siriščem. Preberite več!

Učinki ultrazvoka na proizvodnjo sirov

Učinki ultrazvoka visoke intenzivnosti na predelavo mleka in proizvodnjo sira so bili intenzivno raziskovani.
Večji izplen sira: Sonikacija svežega surovega mleka z ultrazvočno napravo UP400S med proizvodnjo sira panela je povečala izplen sira (%), kljub povečanju količine izločene tekočine. HIU pri 10 min spodbuja rumene odtenke in obarvanost sira. Vendar ne vpliva na barvne koordinate L*, a* in C*. pH se je po 5 min sonikacije zvišal s 6,6 na 6,74, pri 10 min pa se je znižal. (prim. Carrillo-Lopez et al., 2020)
Izboljšana tekstura sira: V zvezi z raziskavami sira sta Bermúdez-Aguirre in Barbosa-Cánovas poročala, da je bil sveži sir, pridobljen iz mleka, obdelanega s termosonikacijo (z uporabo naprave Hielscher UP400S – 400 W, 24 kHz, 63 °C, 30 min), mehkejši in bolj krhek kot sir iz kontrolnega mleka (brez termosonikacije). Zaradi teh lastnosti se je sir lažje drobil, kar je zaželena lastnost svežega sira. Avtorja sta to vedenje pojasnila z ugotovitvijo, da je bila mikrostruktura sira iz termosonikiranega mleka bolj homogena kot pri siru iz mleka, ki ni bilo sonikirano. Poleg tega sta ugotovila, da je termosonikacija izboljšala homogenizacijo beljakovin in maščob ter povečala zadrževanje vodnih molekul v matriksu. Zato je mogoče predpostaviti, da HIU spodbuja močne interakcije med sestavinami mleka in izboljšuje lastnosti strjevanja.

Vpliv ultrazvoka na mleko in mlečne izdelke: viskoznost in reologija, homogenost, mikrobna aktivnost

Mlečni izdelki se proizvajajo iz živalskega mleka, na primer kravjega, ovčjega, kozjega, bivoljega, kobiljega ali kameljega mleka. Po molži je mleko mogoče predelati v različne izdelke, kot so homogenizirano in posneto mleko, jogurt, smetana, maslo, sir, sirotka, kazein ali mleko v prahu. Kravje mleko je najpomembnejša surovina za mlečno industrijo, svetovna proizvodnja pa znaša 542.069.000 ton/leto.[Gerosa et al. 2012]
Sirotka (mlečni serum) je stranski proizvod proizvodnje sira ali kazeina. Sestavljajo jo predvsem globinstagers α-laktalbumin (~65%), β-laktoglobulin (~25%) ter majhne količine serumskega albumina (~8%) in imunoglobulinov. Sirotkine beljakovine so globularne beljakovine, ki jih je mogoče izločiti iz sirotke.
Mleko v prahu se proizvaja v razpršilnih sušilnikih, v katerih se mleko suši in izpareva, da se pridobi čisto, suho mleko v prahu. Zaradi izjemno velike porabe energije v razpršilnih sušilnikih je visoka koncentracija suhe snovi v tekočini pomembna za optimizacijo učinkovitosti postopka.

“Vzorce svežega posnetega mleka, rekonstituiranega micelarnega kazeina in kazeina v prahu so sonikirali pri 20kHz, da bi raziskali učinek sonikacije. Pri svežem posnetem mleku se je povprečna velikost preostalih maščobnih kroglic po 60min sonikacije zmanjšala za približno 10nm; vendar so ugotovili, da je velikost kazeinskih micel ostala nespremenjena. V prvih nekaj minutah sonikacije sta se pojavila tudi majhno povečanje količine topnih sirotkinih beljakovin in ustrezno zmanjšanje viskoznosti, kar bi bilo mogoče pripisati razbitju agregatov kazeina in sirotkinih beljakovin. V ultracentrifugiranih vzorcih posnetega mleka, sonikiranih do 60min, ni bilo mogoče zaznati merljivih sprememb vsebnosti prostega kazeina. Sonikacija je povzročila majhno, začasno znižanje pH; vendar niso opazili merljive spremembe koncentracije topnega kalcija. Zato so bile kazeinske micele v svežem posnetem mleku med izpostavljenostjo sonikaciji stabilne. Podobne rezultate so dobili pri rekonstituiranem micelarnem kazeinu, medtem ko so pri povečani vsebnosti sirotkinih beljakovin opazili večje spremembe viskoznosti. Nadzorovana uporaba ultrazvoka je lahko koristna za odpravljanje agregacije beljakovin, povzročene z obdelavo, brez vpliva na nativno stanje kazeinskih micel.” [Chandrapala et al. 2012]

Učinki ultrazvoka visoke intenzivnosti na hranila v mleku in mikrobiološko stabilnost

Razavi in Kenari (2020) sta raziskovala vpliv ultrazvoka visoke intenzivnosti v kombinaciji z blago toplotno obdelavo na inaktivacijo mikrobov in encimov, ki povzročajo kvarjenje in zmanjšujejo varnost živil. Cilj njune raziskave je bil ovrednotiti učinek ultrazvočne obdelave kot alternative toplotni obdelavi pri visoki temperaturi na število mikroorganizmov, oksidacijo lipidov kot parameter kakovosti in vitamine kot prehranske značilnosti mleka. Rezultati so pokazali, da je ultrazvok lahko zmanjšal mikrobno obremenitev mleka in povzročil manj sprememb vitaminov kot običajna toplotna obdelava mleka. Pri tem se je sonikacija z ultrazvočno sondo izkazala za boljšo in najučinkovitejšo pri 75% intenzivnosti. Uporaba ultrazvočne sonde pri 55°C in 75% intenzivnosti za 10 minut je priporočena kot nedestruktiven postopek pasterizacije mleka.

Visokozmogljivi ultrazvočni homogenizatorji za proizvodnjo sira

Hielscher Ultrasonics ima dolgoletne izkušnje z uporabo močnega ultrazvoka v industriji hrane in pijač ter v številnih drugih industrijskih panogah. Naši ultrazvočni procesorji so opremljeni s sonotrodami in pretočnimi celicami (deli v stiku s tekočino), ki jih je preprosto čistiti (čiščenje na mestu CIP / sterilizacija na mestu SIP). Industrijski ultrazvočni procesorji Hielscher Ultrasonics lahko zagotavljajo zelo visoke amplitude. Amplitude do 200µm je mogoče preprosto vzdrževati neprekinjeno pri delovanju 24/7. Visoke amplitude so pomembne za inaktivacijo odpornejših mikrobov (npr. grampozitivnih bakterij). Za še višje amplitude so na voljo ultrazvočne sonotrode po meri. Vse sonotrode in ultrazvočni reaktorji s pretočnimi celicami lahko delujejo pri povišanih temperaturah in tlakih, kar omogoča zanesljivo termomanosonikacijo in zelo učinkovito pasterizacijo.
Najsodobnejša tehnologija, visoka zmogljivost in dovršena programska oprema zagotavljajo, da so naprave Hielscher Ultrasonics zanesljivi delovni stroji v vaši liniji za pasterizacijo živil. Zaradi majhnih prostorskih zahtev in raznolikih možnosti namestitve je ultrazvočne naprave Hielscher mogoče preprosto vključiti ali naknadno vgraditi v obstoječe proizvodne linije.
Stopite v stik z nami zdaj, da izveste več o lastnostih in zmogljivostih naših sistemov za ultrazvočno homogenizacijo. Z veseljem se bomo z vami pogovorili o vaši uporabi pri proizvodnji sira!

Spodnja tabela prikazuje okvirno zmogljivost obdelave naših ultrazvočnih naprav: