Förbättrad osttillverkning med kraftfulla ultraljud

Produktion av olika osttyper såsom hårdostar, mjuka ostar och ostmassa, gjorda av olika mjölksorter (t.ex. ko, get, får, buffel, kamelmjölk etc.) kan effektivt förbättras genom ultraljudsbehandling. Appliceringen av högintensivt ultraljud påskyndar homogenisering, jäsning och mognad, förbättrar mikrobiell stabilitet och visar positiva effekter på näringsvärde och konsistens.

Ultraljud med hög intensitet förbättrar ostproduktionen

Ultraljudsbearbetning av livsmedel är en väletablerad teknik för att förbättra mjölkhomogenisering och jäsning vid osttillverkning. Dessutom ultraljudsbehandling i kombination med mild värmebehandling – Känd som termo-ultraljudsbehandling – används som ett alternativ till traditionell värmebaserad pastörisering, vilket förhindrar att näringsämnen som vitaminer, aminosyror och fetter bryts ned termiskt. Ostproduktion med hjälp av mjölk eller vassle kan intensifieras och förbättras avsevärt genom tillämpning av högintensivt, lågfrekvent ultraljud.

Ultraljud har framgångsrikt tillämpats på ostproduktionsprocesser från nötkreatur / komjölk, fårmjölk, buffelmjölk, getmjölk, kamelmjölk och hästmjölk.
Ultraljudsfrämjad ostproduktion kan användas för olika osttyper, inklusive cheddarost, fetaost, färskost, ostmassa, mexikansk panelaost, latinamerikansk mjukost och andra ostspecialiteter.
Effekterna av lågfrekvent, högintensivt ultraljud på mjölk vid ostproduktion inkluderar en ökning av gelstyrkan och gelhårdheten, accelerationen av gelbildningen, ökningen av den specifika ytan, minskning av ostmassans fasthet, den lilla och jämna partikelstorleksfördelningen av fettkulor samt en större vattenhållande kapacitet.
Ultraljudsökad homogenitet och jämnare fördelning av mjölkfettkulor förbättrar också ostkvaliteten. Till exempel visade ostmassans egenskaper hos getmjölk med renin efter 10 minuters ultraljud ett tätare geltvärbundet nätverk, vilket resulterade i en mer homogen mikrostruktur med rikliga porer. Det är anmärkningsvärt att dessa porer var betydligt mindre än de i mjölkmassan utan ultraljudsbehandling. Detta tyder på att ostmassan från getmjölk som behandlats med kraftultraljud visar större fasthet och registrerar värden på G'max (maximalt värde för lagringsmodulen) högre än 100 Pa, till och med högre än de som rapporterats i komjölk. Liknande effekt observerades i vidhäftningsförmågan (styrkan hos de inre bindningarna i provet). Därför kan man anta att högintensivt ultraljud främjar starka interaktioner mellan komponenterna i mjölken, vilket förbättrar härdningsegenskaperna. (jfr Carrillo-Lopez et al. 2021)

Ultraljudseffekter på produktionen av olika ostar

Effekterna av högintensivt ultraljud på mejeribearbetning och osttillverkning har studerats intensivt.
Ökad ostavkastning: Ultraljudsbehandling av färsk råmjölk med ultraljudsapparaten UP400S under panela ostproduktion, resulterade i en ökad ostavkastning (%), trots en ökning av exsudat. Gula toner och färgning i ost främjas av HIU vid 10 min. Men det är inte färgkoordinaterna L*, a* eller C* som påverkas. pH ökade från 6,6 till 6,74 efter 5 minuters ultraljud men minskade vid 10 minuter (jfr Carrillo-Lopez et al., 2020)
Förbättrad ostkonsistens: När det gäller studier som utförts på ost rapporterade Bermúdez-Aguirre och Barbosa-Cánovas att färskost erhållen från mjölk som behandlats med termosonik (med hjälp av Hielscher UP400S – 400 W, 24 kHz, 63 °C, 30 min) var mjukare och sprödare än ost från kontrollmjölken (utan termosonikering). Dessa egenskaper resulterade i en ost som blev lättare att smula sönder, vilket är en önskvärd egenskap hos färskost. Dessa författare förklarade detta beteende genom att notera att mikrostrukturen hos termo-sonikerad mjölkost presenterade en mer homogen struktur jämfört med icke-ultraljudsbehandlad mjölkost. Dessutom noterade de att termosonik förbättrade homogeniseringen av proteiner och fett och ökade retentionen av vattenmolekyler i matrisen. Därför kan man anta att HIU främjar starka interaktioner mellan komponenterna i mjölken, vilket förbättrar härdningsegenskaperna.

Inverkan av ultraljud på mejeriprodukter: Viskositet & Reologi, homogenitet, mikrobiell aktivitet

Mejeriprodukter tillverkas av animalisk mjölk, till exempel ko-, får-, get-, buffel-, häst- eller kamelmjölk. Efter skörden kan mjölken bearbetas till olika produkter, t.ex. homogeniserad och skummad mjölk, yoghurt, grädde, smör, ost, vassle, kasein eller mjölkpulver. Komjölk är den viktigaste råvaran för mejeriindustrin med en global produktion på 542 069 000 ton/år. [Gerosa et al. 2012]
Vassle (mjölkserum) är en biprodukt från ost- eller kaseinproduktion. Den består huvudsakligen av globinstagers α-laktalbumin (~65 %), β-laktoglobulin (~25 %), samt av små mängder serumalbumin (~8 %) och immunglobiner. Vassleproteiner är globulära proteiner som kan utvinnas ur vassle.
Mjölkpulver bearbetas av spraytorkar för att torka och förånga mjölken i förhållande till att erhålla det rena torra mjölkpulvret. På grund av den extremt höga energiförbrukningen i spraytorkar är en hög koncentration av vätskan i fast form viktig för att optimera processeffektiviteten.

"Prover av färsk skummjölk, rekonstituerat micellärt kasein och kaseinpulver sonikerades vid 20 kHz för att undersöka effekten av ultraljud. För färsk skummjölk minskade den genomsnittliga storleken på de återstående fettkulorna med cirka 10 nm efter 60 minuters ultraljudsbehandling; Storleken på kaseinmicellerna bestämdes dock vara oförändrad. En liten ökning av lösligt vassleprotein och en motsvarande minskning av viskositeten inträffade också inom de första minuterna av ultraljudsbehandling, vilket kan hänföras till uppdelningen av kasein-vassleproteinaggregat. Inga mätbara förändringar i halten av fritt kasein kunde detekteras i ultracentrifugerade skummjölksprover sonikerade i upp till 60 minuter. En liten, tillfällig minskning av pH till följd av ultraljudsbehandling; Däremot observerades ingen mätbar förändring i löslig kalciumkoncentration. Därför var kaseinmiceller i färsk skummjölk stabila under exponeringen för ultraljud. Liknande resultat erhölls för rekonstituerat micellärt kasein, medan större viskositetsförändringar observerades när vassleproteinhalten ökade. Kontrollerad applicering av ultraljud kan med fördel tillämpas för att vända processinducerad proteinaggregering utan att påverka det naturliga tillståndet hos kaseinmiceller. [Chandrapala et al. 2012]

Effekter av högintensivt ultraljud på mjölknäringsämnen och mikrobiell stabilitet

Razavi och Kenari (2020) undersökte påverkan av högintensiva ultraljudskombinationer med en mild värmebehandlingsprocess för att inaktivera mikrober och enzymer, vilket leder till förstörelse och försämring av säkerheten i livsmedel. Syftet med deras studie var att utvärdera effekten av ultraljudsprocessen som ett alternativ till högtemperaturvärmeprocessen på mikrobiellt antal, lipidoxidation som kvalitativ parameter och vitaminer som näringsegenskaper hos mjölk. Resultaten visade att ultraljud har kunnat minska den mikrobiella belastningen i mjölk och att det gjorde färre förändringar i vitaminer än mjölk som behandlats med konventionell värmebehandling. I detta avseende, ultraljudsbehandling med hjälp av en ultraljudssond visade sig vara överlägsen och mest effektiv vid 75% intensitet. Användning av ultraljudssond vid 55 °C och 75 % intensitet i 10 minuter rekommenderas som en icke-destruktiv process för mjölkpastörisering.

Högpresterande ultraljudshomogenisatorer för ostproduktion

Hielscher Ultrasonics har lång erfarenhet av att tillämpa kraftultraljud i maten & dryckesindustrin samt många andra industrigrenar. Våra ultraljudsprocessorer är utrustade med ultraljudslösningar och flödesceller (de våta delarna) som är lätta att rengöra (clean-in-place CIP / sterilize-in-place SIP). Hielscher Ultraljud’ Industriella ultraljudsprocessorer kan leverera mycket höga amplituder. Amplituder på upp till 200 μm kan enkelt köras kontinuerligt i 24/7 drift. Höga amplituder är viktiga för att inaktivera mer resistenta mikrober (t.ex. grampositiva bakterier). För ännu högre amplituder finns anpassade ultraljudssonotroder tillgängliga. Alla sonotroder och ultraljudsflödescellsreaktorer kan drivas under förhöjda temperaturer och tryck, vilket möjliggör en tillförlitlig termo-mano-sonikering och mycket effektiv pastörisering.
Toppmodern teknik, högpresterande och sofistikerad programvara gör Hielscher Ultrasonics’ Pålitliga arbetshästar i din pastöriseringslinje för livsmedel. Med ett litet fotavtryck och mångsidiga installationsalternativ kan Hielscher ultraljudsapparater enkelt integreras eller eftermonteras i befintliga produktionslinjer.
Kontakta oss gärna för att lära dig mer om funktionerna och kapaciteten hos våra ultraljudshomogeniseringssystem. Vi diskuterar gärna din ostapplikation med dig!

Tabellen nedan ger dig en indikation på den ungefärliga bearbetningskapaciteten hos våra ultraljudsapparater: