Унапређена производња сира применом ултразвука велике снаге

Производња различитих врста сира, као што су тврди сиреви, меки сиреви и сирни груш, од различитих врста млека (нпр. крављег, козјег, овчијег, бивољег, камиљег млека итд.) може се ефикасно унапредити соникацијом. Примена ултразвука високог интензитета убрзава хомогенизацију, ферментацију и зрење, побољшава микробиолошку стабилност и позитивно утиче на нутритивну вредност и текстуру.

Ултразвук високог интензитета унапређује производњу сира

Ултразвучна обрада хране је добро утврђена технологија за побољшање хомогенизације и ферментације млека у производњи сира. Поред тога, соникација у комбинацији са благом топлотном обрадом – позната као термосоникација – користи се као алтернатива традиционалној топлотној пастеризацији, чиме се хранљиве материје као што су витамини, аминокиселине и масти штите од топлотне разградње. Производња сира од млека или сурутке може се знатно интензивирати и унапредити применом ултразвука високог интензитета и ниске фреквенције.

Ефекти ултразвука високог интензитета на млеко и структуру сирног груша у производњи сира

Ултразвучна обрада успешно се примењује у поступцима производње сира од говеђег (крављег), овчијег, бивољег, козјег, камиљег и кобиљег млека.
Производња сира потпомогнута ултразвуком може се применити на широк спектар врста сира, укључујући чедар, фету, крем сир, свежи сир, мексички сир панела, хиспански меки сир и друге специјалне сиреве.
Ефекти ултразвука ниске фреквенције и високог интензитета на млеко током производње сира обухватају повећану чврстоћу и тврдоћу гела, убрзано формирање гела, повећану специфичну површину, смањену чврстоћу сирног груша, расподелу масних глобула са мањим и уједначенијим величинама и повећану способност задржавања воде.
Побољшање хомогености и уједначенија расподела глобула млечне масти изазвани ултразвуком додатно побољшавају квалитет сира. На пример, истраживања козјег млека згрушаног ренином показала су да је након 10 минута ултразвучне обраде добијени гел имао гушћу, умрежену структуру. Тако је настала хомогенија микроструктура са бројним порама које су биле знатно мање од оних уочених у сирном грушу од млека које није обрађено ултразвуком.
Ове структурне разлике указују на то да сирни груш од козјег млека обрађен ултразвуком велике снаге има већу чврстоћу, са вредностима G’max (максимални модул складиштења) које премашују 100 Pa – вредностима чак вишим од оних забележених за кравље млеко. Слично побољшање уочено је и код адхезивности (јачине унутрашњих веза у узорку). У целини, ови налази указују на то да ултразвук високог интензитета подстиче јаче интеракције међу компонентама млека, чиме побољшава својства згрушавања млека током производње сира (уп. Carrillo-Lopez et al., 2021).

Соникација подстиче и згрушавање млека сирилом. Прочитајте више!

Ефекти ултразвука на производњу сирева

Ефекти ултразвука високог интензитета на прераду млека и производњу сира интензивно су проучавани.
Повећан принос сира: Соникација свежег сировог млека ултразвучним уређајем UP400S током производње сира панела довела је до повећања приноса сира (%), упркос повећаном издвајању ексудата. Ултразвук високог интензитета (HIU) подстиче жуте тонове и обојеност сира при обради од 10 min. Међутим, нема утицаја ни на координату боје L*, ни на a*, ни на C*. pH је порастао са 6,6 на 6,74 након 5 min ултразвучне обраде, али се смањио при обради од 10 min. (уп. Carrillo-Lopez et al., 2020)
Побољшана текстура сира: У вези са истраживањима спроведеним на сиру, Bermúdez-Aguirre и Barbosa-Cánovas су известили да је свежи сир добијен од млека третираног термосоникацијом (помоћу уређаја Hielscher UP400S – 400 W, 24 kHz, 63 °C, 30 min) био мекши и кртији од сира добијеног од контролног млека (без термосоникације). Због тих својстава сир се лакше мрвио, што је пожељна особина свежег сира. Ови аутори су такво понашање објаснили запажањем да је микроструктура сира од термосоникованог млека била хомогенија у поређењу са сиром од несоникованог млека. Поред тога, приметили су да је термосоникација побољшала хомогенизацију протеина и масти и повећала задржавање молекула воде у матриксу. Стога се може претпоставити да ултразвук високог интензитета (HIU) подстиче снажне интеракције између састојака млека, побољшавајући његова својства згрушавања.

Утицај ултразвука на млечне производе: вискозност и реологија, хомогеност, микробна активност

Млечни производи се производе од млека животиња, као што су, на пример, кравље, овчије, козје, бивоље, кобиље или камиље млеко. Након муже, млеко се може прерадити у различите производе, као што су хомогенизовано и обрано млеко, јогурт, павлака, маслац, сир, сурутка, казеин или млеко у праху. Кравље млеко је најважнија сировина за млечну индустрију, са светском производњом од 542.069.000 тона годишње.[Gerosa et al. 2012]
Сурутка (млечни серум) је нуспроизвод производње сира или казеина. Састоји се углавном од глобуларних протеина α-лакталбумина (~65%) и β-лактоглобулина (~25%), као и малих количина серумског албумина (~8%) и имуноглобулина. Протеини сурутке су глобуларни протеини који се могу издвојити из сурутке.
Млеко у праху се производи у сушарама са распршивањем, у којима се млеко суши и из њега испарава вода како би се добило чисто, суво млеко у праху. Због изузетно велике потрошње енергије сушара са распршивањем, висока концентрација суве материје у течности важна је за оптимизацију ефикасности процеса.

„Узорци свежег обраног млека, реконституисаног мицеларног казеина и казеина у праху сониковани су на 20kHz ради испитивања ефекта ултразвучне обраде. У свежем обраном млеку, просечна величина преосталих масних глобула смањена је за приближно 10nm након 60min соникације; међутим, утврђено је да је величина казеинских мицела остала непромењена. Мало повећање количине растворљивих протеина сурутке и одговарајуће смањење вискозности такође су се јавили током првих неколико минута соникације, што би се могло приписати разбијању агрегата казеина и протеина сурутке. У ултрацентрифугираним узорцима обраног млека соникованим до 60min нису се могле открити мерљиве промене садржаја слободног казеина. Соникација је довела до малог, привременог смањења pH; међутим, није уочена мерљива промена концентрације растворљивог калцијума. Према томе, казеинске мицеле у свежем обраном млеку биле су стабилне током излагања ултразвучној обради. Слични резултати добијени су за реконституисани мицеларни казеин, док су веће промене вискозности уочене са повећањем садржаја протеина сурутке. Контролисана примена ултразвука може се корисно применити за поништавање агрегације протеина изазване прерадом, без утицаја на нативно стање казеинских мицела.“ [Chandrapala et al. 2012]

Ефекти ултразвука високог интензитета на хранљиве материје млека и микробну стабилност

Разави и Кенари (2020) истраживали су утицај ултразвука високог интензитета у комбинацији са благом топлотном обрадом на деактивацију микроорганизама и ензима који доводе до кварења хране и смањења њене безбедности. Циљ њиховог истраживања био је да процене утицај ултразвучног поступка, као алтернативе топлотној обради на високој температури, на број микроорганизама, оксидацију липида као параметар квалитета и витамине као нутритивне карактеристике млека. Резултати су показали да је ултразвук успео да смањи микробиолошко оптерећење млека и да је изазвао мање промене у витаминима него конвенционална топлотна обрада млека. У том погледу, утврђено је да је соникација помоћу ултразвучне сонде супериорна и најефикаснија при интензитету од 75%. Примена ултразвучне сонде на 55°C и при интензитету од 75% током 10 минута препоручује се као недеструктиван поступак за пастеризацију млека.

Ултразвучни хомогенизатори високих перформанси за производњу сира

Hielscher Ultrasonics има дугогодишње искуство у примени ултразвука велике снаге у индустрији хране и пића, као и у многим другим индустријским гранама. Наши ултразвучни процесори опремљени су сонотрода ма и проточним ћелијама (деловима у контакту са производом) које се лако чисте (чишћење на месту CIP / стерилизација на месту SIP). Индустријски ултразвучни процесори компаније Hielscher Ultrasonics могу да остваре веома високе амплитуде. Амплитуде до 200µm могу се лако одржавати непрекидно у режиму рада 24/7. Високе амплитуде су важне за инактивацију отпорнијих микроорганизама (нпр. грам-позитивних бактерија). За још више амплитуде доступне су ултразвучне сонотроде израђене по мери. Све сонотроде и ултразвучни реактори са проточним ћелијама могу да раде при повишеним температурама и притисцима, што омогућава поуздану термо-мано-соникацију и веома ефикасну пастеризацију.
Најсавременија технологија, високе перформансе и софистициран софтвер чине уређаје компаније Hielscher Ultrasonics поузданим ослонцем ваше линије за пастеризацију хране. Захваљујући малим просторним захтевима и разноврсним могућностима уградње, Hielscher ултразвучни уређаји могу се лако интегрисати или накнадно уградити у постојеће производне линије.
Контактирајте нас сада да бисте сазнали више о карактеристикама и могућностима наших система за ултразвучну хомогенизацију. Радо ћемо са вама разговарати о примени у вашој производњи сира!

Табела у наставку пружа преглед приближног капацитета обраде наших ултразвучних уређаја: