Покращене виробництво сиру за допомогою потужної ультразвукової обробки

Виробництво різних видів сиру, таких як тверді сири, м’які сири та сирний сгусток, виготовлених з різних видів молока (наприклад, коров’ячого, козячого, овечого, буйволячого, верблюжого молока тощо), може бути ефективно покращено за допомогою ультразвукової обробки. Застосування високотривного ультразвуку прискорює гомогенізацію, ферментацію та дозрівання, покращує мікробну стабільність і позитивно впливає на харчову цінність та текстуру.

Високотривний ультразвук покращує виробництво сиру

Ультразвукова обробка харчових продуктів є добре відомою технологією для покращення гомогенізації молока та ферментації у виробництві сиру. Крім того, ультразвукова обробка в поєднанні з м’якою тепловою обробкою – відома як термозвукова обробка – використовується як альтернатива традиційній пастеризації на основі тепла, запобігаючи таким чином термічній деградації поживних речовин, таких як вітаміни, амінокислоти та жири. Виробництво сиру з молока або сироватки може бути суттєво інтенсифіковане та покращене застосуванням високотривного низькочастотного ультразвуку.

Вплив високотривного ультразвуку на структуру молока та сирного сгустка у виробництві сиру

Ультразвукову обробку успішно застосовували у процесах виробництва сиру з коров’ячого (бичачого) молока, овечого молока, буйволячого молока, козячого молока, верблюжого молока та кінського молока.
Ультразвуково стимульоване виробництво сиру можна використовувати для широкого спектру видів сиру, включаючи чеддер, фета, вершковий сир, сирний сгусток, мексиканський сир панела, іспанський м’який сир та інші спеціальні види сиру.
Ефекти низькочастотного високотривного ультразвуку на молоко під час виробництва сиру включають збільшення міцності гелю та твердості гелю, прискорення утворення гелю, збільшення питомої площі поверхні, зменшення щільності сирного сгустка, менший та більш однорідний розподіл розміру частинок жирових кульок, а також підвищену здатність утримувати воду.
Поліпшення однорідності та більш рівномірний розподіл жирових кульок молока, викликані ультразвуком, додатково покращують якість сиру. Наприклад, дослідження козячого молока, згущеного ренніном, показали, що після 10 хвилин ультразвукової обробки отриманий гель мав більш щільну, зшиту мережеву структуру. Це створило більш однорідну мікроструктуру з численними порами, які були значно меншими, ніж ті, що спостерігалися у незобробленому ультразвуком сирному сгустку.
Ці структурні відмінності свідчать про те, що козяче молоко, оброблене потужним ультразвуком, демонструє більшу щільність, зі значеннями G’max (максимальний модуль пружності) понад 100 Pa – значеннями навіть вищими, ніж ті, що повідомлялися для коров’ячого молока. Подібне покращення спостерігалося у адгезивності (міцність внутрішніх зв’язків у зразку). Загалом, ці результати вказують на те, що високотривний ультразвук сприяє сильнішим взаємодіям між компонентами молока, покращуючи таким чином властивості згортання молока під час виробництва сиру (пор. Carrillo-Lopez et al., 2021).

Ультразвукова обробка також сприяє згортанню молока ренніном. Докладніше!

Ультразвукові ефекти у виробництві сирів

Ефекти високотривного ультразвуку на переробку молочної продукції та виробництво сиру були ретельно вивчені.
Збільшення виходу сиру: Ультразвукова обробка свіжого непастеризованого молока за допомогою ультразвукового апарату UP400S під час виробництва сиру панела призвела до збільшення виходу сиру (%), незважаючи на збільшення екссудату. Жовті тони та забарвлення сиру стимулюються високотривним ультразвуком протягом 10 хв. Але координати кольору L*, a* та C* не змінюються. pH збільшився з 6,6 до 6,74 після 5 хв ультразвукової обробки, але знизився через 10 хв. (пор. Carrillo-Lopez et al., 2020)
Покращена текстура сиру: Щодо досліджень, проведених із сиром, Бермудес-Агірре та Барбоса-Кановас повідомили, що свіжий сир, отриманий із молока, обробленого термосонікацією (використовуючи Hielscher UP400S – 400 W, 24 kHz, 63 °C, 30 min) був м’якшим і більш крихким, ніж сир із контрольного молока (без термосонікації). Ці характеристики призвели до того, що сир легше розсипався, що є бажаною властивістю свіжого сиру. Ці автори пояснили таку поведінку, зазначивши, що мікроструктура сиру з термо-сонікованого молока мала більш однорідну структуру порівняно з сиром із не-сонікованого молока. Крім того, вони зазначили, що термосонікація покращила гомогенізацію білків і жиру та збільшила утримання молекул води в матриці. Отже, можна припустити, що HIU сприяє сильним взаємодіям між компонентами молока, покращуючи властивості згортання.

Вплив ультразвуку на молочну промисловість: в’язкість і реологія, однорідність, мікробна активність

Молочні продукти виробляються з тваринного молока, такого як, наприклад, коров’яче, овече, козяче, буйоле, кінське або верблюже молоко. Після збору молоко може бути перероблено на різні продукти, такі як гомогенізоване і знежирене молоко, йогурт, вершки, масло, сир, сироватка, казеїн або сухе молоко. Коров’яче молоко є найважливішою сировиною для молочної промисловості зі світовим виробництвом 542 069 000 тонн/рік.[Gerosa et al. 2012]
Сироватка (молочна сироватка) є побічним продуктом виробництва сиру або казеїну. Вона складається переважно з глобулінових стадій α-лактальбуміну (~65%), β-лактоглобуліну (~25%), а також невеликих кількостей сироваткового альбуміну (~8%) та імуноглобулінів. Сироваткові білки є глобулярними білками, які можна екстрагувати з сироватки.
Сухе молоко обробляється розпилювальними сушарками для сушіння та випаровування молока з метою отримання чистого сухого молока. Через надзвичайно високе енергоспоживання розпилювальних сушарок важливо мати високу концентрацію твердих речовин у рідині для оптимізації ефективності процесу.

“Зразки свіжого знежиреного молока, реконструйованого міцелярного казеїну та казеїнового порошку були піддані ультразвуковій обробці при 20kHz для дослідження впливу ультразвуку. Для свіжого знежиреного молока середній розмір залишкових жирових кульок зменшився приблизно на 10nm після 60min ультразвукової обробки; однак розмір казеїнових міцел був визначений як незмінний. Невелике збільшення розчинного сироваткового білка та відповідне зменшення в’язкості також відбулися протягом перших кількох хвилин ультразвукової обробки, що можна пояснити руйнуванням агрегатів казеїн-сироваткових білків. У зразках знежиреного молока, центрифугованих при надвисоких швидкостях, які піддавалися ультразвуковій обробці до 60min, не було виявлено вимірюваних змін у вмісті вільного казеїну. Невелике тимчасове зниження pH відбулося внаслідок ультразвукової обробки; однак не було спостережено вимірюваних змін у концентрації розчинного кальцію. Тому казеїнові міцели у свіжому знежиреному молоці були стабільними під час впливу ультразвуку. Подібні результати були отримані для реконструйованого міцелярного казеїну, тоді як більші зміни в’язкості спостерігалися зі збільшенням вмісту сироваткового білка. Контрольоване застосування ультразвуку може бути корисно використано для зворотного руйнування агрегатів білків, викликаних процесом, без впливу на нативний стан казеїнових міцел.” [Chandrapala et al. 2012]

Вплив високоінтенсивного ультразвуку на поживні речовини молока та мікробну стабільність

Razavi та Kenari (2020) досліджували вплив високоінтенсивного ультразвуку, поєднаного з процесом м’якої теплової обробки, для інактивації мікробів та ферментів, що призводять до псування та зниження безпеки продуктів харчування. Метою їхнього дослідження було оцінити вплив ультразвукового процесу як альтернативи високотемпературній тепловій обробці на мікробний лічильник, окислення ліпідів як якісний параметр та вітаміни як харчові характеристики молока. Результати показали, що ультразвук зміг зменшити мікробне навантаження молока та спричинив менше змін у вітамінах, ніж молоко, оброблене традиційним нагріванням. У цьому відношенні ультразвукова обробка за допомогою ультразвукового зонда виявилася найкращою та найбільш ефективною при інтенсивності 75%. Використання ультразвукового зонда при 55°C та інтенсивності 75% протягом 10 хвилин рекомендується як неруйнівний процес для пастеризації молока.

Високоефективні ультразвукові гомогенізатори для виробництва сиру

Hielscher Ultrasonics має багаторічний досвід у застосуванні потужного ультразвуку в харчовій та напоїв промисловості, а також у багатьох інших галузях промисловості. Наші ультразвукові процесори оснащені легкими в очищенні (clean-in-place CIP / sterilize-in-place SIP) сонотродами та проточними комірками (мокрі частини). Промислові ультразвукові процесори Hielscher Ultrasonics можуть забезпечувати дуже високі амплітуди. Амплітуди до 200µm можна легко підтримувати в режимі 24/7. Високі амплітуди важливі для інактивації більш стійких мікробів (наприклад, грампозитивних бактерій). Для ще вищих амплітуд доступні індивідуальні ультразвукові сонотроди. Усі сонотроди та ультразвукові реактори з проточними комірками можуть працювати при підвищених температурах і тисках, що дозволяє здійснювати надійну термоманосонікацію та високоефективну пастеризацію.
Передові технології, висока продуктивність та складне програмне забезпечення роблять Hielscher Ultrasonics надійними «робочими конячками» на вашій лінії пастеризації продуктів харчування. Завдяки компактним розмірам та різноманітним варіантам встановлення, ультразвукові системи Hielscher можна легко інтегрувати або модернізувати в існуючі виробничі лінії.
Зв’яжіться з нами, щоб дізнатися більше про характеристики та можливості наших систем ультразвукової гомогенізації. Ми будемо раді обговорити з вами ваш застосунок для виробництва сиру!

Нижче наведена таблиця дає уявлення про приблизну продуктивність обробки наших ультразвукових систем: