Förbättrad osttillverkning med effektultraljud

Tillverkningen av olika osttyper såsom hårdostar, mjukostar och ostmassa från olika mjölksorter (t.ex. ko-, get-, får-, buffel- och kamelmjölk etc.) kan effektivt förbättras genom ultraljudsbehandling. Användningen av högintensivt ultraljud påskyndar homogenisering, fermentering och mognad, förbättrar den mikrobiella stabiliteten och har positiva effekter på näringsvärde och textur.

Högintensivt ultraljud förbättrar ostproduktionen

Livsmedelsbearbetning med ultraljud är en väletablerad teknik för att förbättra mjölkhomogenisering och fermentering vid osttillverkning. Dessutom används ultraljudsbehandling i kombination med mild värmebehandling – så kallad termosonikering – som ett alternativ till traditionell värmebaserad pastörisering, vilket skyddar näringsämnen såsom vitaminer, aminosyror och fetter mot termisk nedbrytning. Ostproduktion med mjölk eller vassle kan intensifieras och förbättras avsevärt genom användning av högintensivt, lågfrekvent ultraljud.

Effekter av högintensivt ultraljud på mjölkens och ostmassans struktur vid ostproduktion

Ultraljudsbehandling har framgångsrikt tillämpats i ostproduktionsprocesser med nötmjölk (komjölk), fårmjölk, buffelmjölk, getmjölk, kamelmjölk och hästmjölk.
Ultraljudsfrämjad ostproduktion kan användas för ett brett urval av ostsorter, däribland cheddarost, fetaost, färskost av typen cream cheese, kvarg, mexikansk panelaost, latinamerikansk mjukost och andra specialostar.
Effekterna av lågfrekvent, högintensivt ultraljud på mjölk vid ostproduktion omfattar ökad gelstyrka och gelhårdhet, snabbare gelbildning, ökad specifik yta, minskad fasthet hos ostmassan, en partikelstorleksfördelning hos fettkulorna med mindre och mer enhetliga storlekar samt förbättrad vattenhållande förmåga.
Ultraljudsinducerade förbättringar av homogeniteten och den jämnare fördelningen av mjölkfettkulor förbättrar ostkvaliteten ytterligare. Exempelvis visade studier av getmjölk som koagulerats med kymosin att den resulterande gelen efter 10 minuters ultraljudsbehandling uppvisade en tätare, tvärbunden nätverksstruktur. Detta gav en mer homogen mikrostruktur med rikligt med porer som var betydligt mindre än de som observerades i ostmassa från mjölk som inte ultraljudsbehandlats.
Dessa strukturella skillnader tyder på att ostmassa från getmjölk som behandlats med effektultraljud uppvisar större fasthet, med G’max-värden (maximal lagringsmodul) som överstiger 100 Pa – värden som till och med är högre än de som rapporterats för komjölk. En liknande förbättring observerades för adhesiviteten (styrkan hos de interna bindningarna i provet). Sammantaget tyder dessa resultat på att högintensivt ultraljud främjar starkare interaktioner mellan mjölkens beståndsdelar och därigenom förbättrar mjölkens koaguleringsegenskaper vid ostproduktion (jfr Carrillo-Lopez et al., 2021).

Ultraljudsbehandling främjar även mjölkens löpekoagulering. Läs mer!

Ultraljudets effekter på ostproduktion

Effekterna av högintensivt ultraljud på mejeribearbetning och osttillverkning har studerats ingående.
Ökat ostutbyte: Ultraljudsbehandling av färsk obehandlad mjölk med ultraljudsprocessorn UP400S vid produktion av panelaost gav ett ökat ostutbyte (%), trots en ökad mängd utsöndrad vätska. Gula toner och färgning i osten främjas av högintensivt ultraljud (HIU) vid 10 min. Däremot påverkas varken färgkoordinaterna L*, a* eller C*. pH ökade från 6,6 till 6,74 efter 5 min ultraljudsbehandling men sjönk vid 10 min. (jfr Carrillo-Lopez et al., 2020)
Förbättrad osttextur: I studier av ost rapporterade Bermúdez-Aguirre och Barbosa-Cánovas att färskost framställd av mjölk som behandlats med termosonikering (med Hielscher UP400S – 400 W, 24 kHz, 63 °C, 30 min) var mjukare och sprödare än ost framställd av kontrollmjölken (utan termosonikering). Dessa egenskaper gjorde osten lättare att smula, vilket är en önskvärd egenskap hos färskost. Författarna förklarade detta beteende med att mikrostrukturen hos ost framställd av termosonikerad mjölk var mer homogen än hos ost framställd av mjölk som inte sonikerats. De konstaterade dessutom att termosonikering förbättrade homogeniseringen av proteiner och fett och ökade retentionen av vattenmolekyler i matrisen. Därför kan man anta att HIU främjar starka interaktioner mellan mjölkens beståndsdelar, vilket förbättrar koaguleringsegenskaperna.

Ultraljudets inverkan på mejeriprodukter: viskositet och reologi, homogenitet, mikrobiell aktivitet

Mejeriprodukter framställs av mjölk från djur, till exempel kor, får, getter, bufflar, hästar eller kameler. Efter mjölkningen kan mjölken bearbetas till olika produkter, såsom homogeniserad mjölk och skummjölk, yoghurt, grädde, smör, ost, vassle, kasein eller mjölkpulver. Komjölk är mejeriindustrins viktigaste råvara med en global produktion på 542 069 000 ton/år.[Gerosa et al. 2012]
Vassle (mjölkserum) är en biprodukt från ost- eller kaseintillverkning. Den består huvudsakligen av de globulära proteinerna α-laktalbumin (~65%), β-laktoglobulin (~25%) samt små mängder serumalbumin (~8%) och immunglobuliner. Vassleproteiner är globulära proteiner som kan utvinnas ur vassle.
Mjölkpulver framställs med spraytorkar som torkar och förångar mjölken för att erhålla rent, torrt mjölkpulver. På grund av spraytorkarnas extremt höga energiförbrukning är en hög torrsubstanshalt i vätskan viktig för att optimera processeffektiviteten.

”Prover av färsk skummjölk, rekonstituerat micellärt kasein och kaseinpulver sonikerades vid 20kHz för att undersöka effekten av ultraljudsbehandling. I färsk skummjölk minskade den genomsnittliga storleken på de kvarvarande fettkulorna med ungefär 10nm efter 60min sonikering; kaseinmicellernas storlek konstaterades däremot vara oförändrad. En liten ökning av lösligt vassleprotein och en motsvarande minskning av viskositeten inträffade också under sonikeringens första minuter, vilket kunde tillskrivas sönderdelningen av kasein–vassleproteinaggregat. Inga mätbara förändringar i halten fritt kasein kunde påvisas i ultracentrifugerade skummjölksprover som sonikerats i upp till 60min. Sonikeringen gav upphov till en liten, tillfällig sänkning av pH; ingen mätbar förändring i koncentrationen av lösligt kalcium observerades dock. Kaseinmicellerna i färsk skummjölk var således stabila under ultraljudsbehandlingen. Liknande resultat erhölls för rekonstituerat micellärt kasein, medan större viskositetsförändringar observerades när vassleproteinhalten ökades. Kontrollerad användning av ultraljud kan med fördel användas för att reversera processinducerad proteinaggregering utan att påverka kaseinmicellernas nativa tillstånd.” [Chandrapala et al. 2012]

Effekter av högintensivt ultraljud på mjölkens näringsämnen och mikrobiella stabilitet

Razavi och Kenari (2020) undersökte hur högintensivt ultraljud i kombination med en mild värmebehandlingsprocess påverkar inaktiveringen av mikroorganismer och enzymer som leder till förskämning och försämrad livsmedelssäkerhet. Syftet med studien var att utvärdera effekten av ultraljudsbehandling som alternativ till värmebehandling vid hög temperatur på antalet mikroorganismer, lipidoxidation som kvalitetsparameter och vitaminer som näringsmässiga egenskaper hos mjölk. Resultaten visade att ultraljud kunde minska mjölkens mikrobiella belastning och medförde mindre förändringar av vitaminerna än konventionell värmebehandling av mjölk. I detta avseende visade sig ultraljudsbehandling med en ultraljudssond vara överlägsen och mest effektiv vid 75% intensitet. Användning av ultraljud med sond vid 55°C och 75% intensitet i 10 minuter rekommenderas som en icke-destruktiv process för pastörisering av mjölk.

Högpresterande ultraljudshomogenisatorer för ostproduktion

Hielscher Ultrasonics har lång erfarenhet av att använda effektultraljud inom livsmedels- och dryckesindustrin samt många andra industrigrenar. Våra ultraljudsprocessorer är utrustade med lättrengjorda sonotroder och flödesceller (de vätskeberörda delarna), som kan rengöras på plats (CIP) och steriliseras på plats (SIP). Hielscher Ultrasonics industriella ultraljudsprocessorer kan leverera mycket höga amplituder. Amplituder på upp till 200µm kan enkelt upprätthållas kontinuerligt vid drift dygnet runt, 24/7. Höga amplituder är viktiga för att inaktivera mer motståndskraftiga mikroorganismer (t.ex. grampositiva bakterier). För ännu högre amplituder finns specialanpassade ultraljudssonotroder. Alla sonotroder och ultraljudsreaktorer med flödesceller kan användas vid förhöjda temperaturer och tryck, vilket möjliggör tillförlitlig termo-mano-sonikering och högeffektiv pastörisering.
Den senaste tekniken, höga prestanda och avancerad programvara gör utrustningen från Hielscher Ultrasonics till tillförlitliga arbetshästar i din produktionslinje för livsmedelspastörisering. Tack vare ett litet utrymmesbehov och mångsidiga installationsmöjligheter kan Hielschers ultraljudsapparater enkelt integreras eller eftermonteras i befintliga produktionslinjer.
Kontakta oss nu för att få veta mer om funktionerna och kapaciteten hos våra system för ultraljudshomogenisering. Vi diskuterar gärna din osttillämpning med dig!

Tabellen nedan ger en uppfattning om våra ultraljudsapparaters ungefärliga bearbetningskapacitet: