Cải thiện sản xuất phô mai bằng siêu âm công suất

Quá trình sản xuất các loại phô mai khác nhau như phô mai cứng, phô mai mềm và sữa đông từ nhiều loại sữa (ví dụ: sữa bò, dê, cừu, trâu, lạc đà, v.v.) có thể được cải thiện hiệu quả bằng xử lý siêu âm. Việc ứng dụng siêu âm cường độ cao đẩy nhanh quá trình đồng hóa, lên men và ủ chín, cải thiện độ ổn định vi sinh và có tác động tích cực đến giá trị dinh dưỡng cũng như kết cấu.

Siêu âm cường độ cao cải thiện quá trình sản xuất phô mai

Xử lý thực phẩm bằng siêu âm là một công nghệ đã được ứng dụng rộng rãi để cải thiện quá trình đồng hóa và lên men sữa trong sản xuất phô mai. Ngoài ra, xử lý siêu âm kết hợp với xử lý nhiệt nhẹ – được gọi là xử lý siêu âm kết hợp nhiệt – được sử dụng để thay thế phương pháp thanh trùng truyền thống bằng nhiệt, qua đó bảo vệ các chất dinh dưỡng như vitamin, axit amin và chất béo khỏi sự phân hủy do nhiệt. Quá trình sản xuất phô mai từ sữa hoặc whey có thể được tăng cường và cải thiện đáng kể bằng cách ứng dụng siêu âm cường độ cao, tần số thấp.

Ảnh hưởng của siêu âm cường độ cao đến cấu trúc sữa và sữa đông trong sản xuất phô mai

Xử lý siêu âm đã được ứng dụng thành công trong các quy trình sản xuất phô mai từ sữa bò, sữa cừu, sữa trâu, sữa dê, sữa lạc đà và sữa ngựa.
Quá trình sản xuất phô mai được thúc đẩy bằng siêu âm có thể áp dụng cho nhiều loại phô mai, bao gồm phô mai cheddar, phô mai feta, phô mai kem, phô mai sữa đông, phô mai panela của Mexico, phô mai mềm kiểu Hispanic và các loại phô mai đặc sản khác.
Ảnh hưởng của siêu âm tần số thấp, cường độ cao đến sữa trong quá trình sản xuất phô mai bao gồm tăng độ bền và độ cứng của gel, đẩy nhanh quá trình tạo gel, tăng diện tích bề mặt riêng, giảm độ chắc của sữa đông, làm cho phân bố kích thước các cầu mỡ nhỏ hơn và đồng đều hơn, đồng thời tăng khả năng giữ nước.
Những cải thiện về tính đồng nhất và sự phân bố đồng đều hơn của các cầu mỡ sữa do siêu âm tạo ra giúp nâng cao hơn nữa chất lượng phô mai. Ví dụ, các nghiên cứu về sữa dê được làm đông bằng rennin cho thấy sau 10 phút xử lý siêu âm, gel thu được có cấu trúc mạng lưới liên kết chéo dày đặc hơn. Điều này tạo ra một vi cấu trúc đồng nhất hơn với nhiều lỗ rỗng có kích thước nhỏ hơn đáng kể so với những lỗ rỗng quan sát được trong sữa đông không được xử lý siêu âm.
Những khác biệt về cấu trúc này cho thấy sữa dê đông được xử lý bằng siêu âm công suất có độ chắc cao hơn, với các giá trị G’max (mô đun tích trữ cực đại) vượt quá 100 Pa – thậm chí cao hơn các giá trị được báo cáo đối với sữa bò. Sự cải thiện tương tự cũng được quan sát thấy ở độ bám dính (độ bền của các liên kết bên trong mẫu). Nhìn chung, những kết quả này cho thấy siêu âm cường độ cao thúc đẩy tương tác mạnh hơn giữa các thành phần của sữa, qua đó cải thiện đặc tính đông tụ của sữa trong quá trình sản xuất phô mai (xem Carrillo-Lopez và cộng sự, 2021).

Xử lý siêu âm cũng thúc đẩy quá trình đông tụ sữa bằng rennet. Đọc thêm!

Ảnh hưởng của siêu âm đến quá trình sản xuất phô mai

Ảnh hưởng của siêu âm cường độ cao đến chế biến sữa và sản xuất phô mai đã được nghiên cứu chuyên sâu.
Tăng hiệu suất thu hồi phô mai: Xử lý sữa tươi nguyên liệu bằng thiết bị siêu âm UP400S trong quá trình sản xuất phô mai panela giúp tăng hiệu suất thu hồi phô mai (%), mặc dù lượng dịch tiết ra tăng. Siêu âm cường độ cao (HIU) thúc đẩy sắc vàng và sự hình thành màu trong phô mai ở thời gian 10 min. Tuy nhiên, các tọa độ màu L*, a* và C* đều không bị ảnh hưởng. pH tăng từ 6,6 lên 6,74 sau 5 min xử lý siêu âm nhưng giảm ở thời gian 10 min. (xem Carrillo-Lopez và cộng sự, 2020)
Cải thiện kết cấu phô mai: Về các nghiên cứu được thực hiện trên phô mai, Bermúdez-Aguirre và Barbosa-Cánovas báo cáo rằng phô mai tươi thu được từ sữa xử lý bằng siêu âm kết hợp nhiệt (sử dụng thiết bị Hielscher UP400S – 400 W, 24 kHz, 63 °C, 30 min) mềm hơn và giòn hơn so với phô mai làm từ sữa đối chứng (không xử lý bằng siêu âm kết hợp nhiệt). Những đặc tính này khiến phô mai dễ bóp vụn hơn, một đặc tính mong muốn của phô mai tươi. Các tác giả giải thích hiện tượng này bằng cách chỉ ra rằng vi cấu trúc của phô mai làm từ sữa xử lý bằng siêu âm kết hợp nhiệt đồng nhất hơn so với phô mai làm từ sữa không xử lý bằng siêu âm. Ngoài ra, họ ghi nhận rằng xử lý bằng siêu âm kết hợp nhiệt cải thiện sự đồng nhất hóa protein và chất béo, đồng thời tăng khả năng giữ các phân tử nước trong mạng cấu trúc. Do đó, có thể giả định rằng siêu âm cường độ cao (HIU) thúc đẩy các tương tác mạnh giữa các thành phần của sữa, qua đó cải thiện đặc tính đông tụ.

Ảnh hưởng của siêu âm đối với sữa và các sản phẩm từ sữa: Độ nhớt và lưu biến, tính đồng nhất, hoạt động của vi sinh vật

Các sản phẩm từ sữa được sản xuất từ sữa động vật, chẳng hạn như sữa bò, cừu, dê, trâu, ngựa hoặc lạc đà. Sau khi thu hoạch, sữa có thể được chế biến thành nhiều sản phẩm khác nhau, như sữa đồng nhất hóa và sữa tách béo, sữa chua, kem sữa, bơ, phô mai, whey, casein hoặc sữa bột. Sữa bò là nguyên liệu quan trọng nhất của ngành công nghiệp sữa với sản lượng toàn cầu đạt 542.069.000 tấn/năm.[Gerosa et al. 2012]
Whey (huyết thanh sữa) là sản phẩm phụ của quá trình sản xuất phô mai hoặc casein. Thành phần chủ yếu gồm các protein hình cầu α-lactalbumin (~65%), β-lactoglobulin (~25%), cùng với một lượng nhỏ albumin huyết thanh (~8%) và các immunoglobulin. Protein whey là các protein hình cầu có thể được chiết xuất từ whey.
Sữa bột được sản xuất bằng thiết bị sấy phun để làm khô sữa và làm bay hơi nước trong sữa nhằm thu được sữa bột khô tinh khiết. Do thiết bị sấy phun tiêu thụ năng lượng cực kỳ cao, nồng độ chất rắn cao trong chất lỏng đóng vai trò quan trọng trong việc tối ưu hóa hiệu quả quá trình.

“Các mẫu sữa tách béo tươi, casein micelle hoàn nguyên và bột casein được xử lý bằng siêu âm ở 20kHz để khảo sát tác động của xử lý siêu âm. Đối với sữa tách béo tươi, kích thước trung bình của các cầu chất béo còn lại giảm khoảng 10nm sau 60min xử lý bằng siêu âm; tuy nhiên, kích thước của các micelle casein được xác định là không thay đổi. Hàm lượng protein whey hòa tan cũng tăng nhẹ và độ nhớt giảm tương ứng trong vài phút đầu xử lý bằng siêu âm, có thể là do sự phá vỡ các tập hợp protein casein–whey. Không phát hiện được thay đổi có thể đo lường nào về hàm lượng casein tự do trong các mẫu sữa tách béo đã ly tâm siêu tốc và được xử lý bằng siêu âm trong thời gian lên đến 60min. Xử lý bằng siêu âm làm pH giảm nhẹ, tạm thời; tuy nhiên, không quan sát thấy thay đổi có thể đo lường nào về nồng độ canxi hòa tan. Do đó, các micelle casein trong sữa tách béo tươi vẫn ổn định trong thời gian tiếp xúc với siêu âm. Kết quả tương tự cũng thu được đối với casein micelle hoàn nguyên, trong khi mức thay đổi độ nhớt lớn hơn được quan sát thấy khi hàm lượng protein whey tăng. Việc sử dụng siêu âm có kiểm soát có thể hữu ích để đảo ngược sự kết tụ protein do quá trình chế biến gây ra mà không ảnh hưởng đến trạng thái tự nhiên của các micelle casein.” [Chandrapala et al. 2012]

Tác động của siêu âm cường độ cao đối với các chất dinh dưỡng trong sữa và độ ổn định vi sinh

Razavi và Kenari (2020) đã nghiên cứu ảnh hưởng của siêu âm cường độ cao kết hợp với quy trình xử lý nhiệt nhẹ nhằm bất hoạt các vi sinh vật và enzyme gây hư hỏng và làm giảm độ an toàn của thực phẩm. Mục tiêu nghiên cứu của họ là đánh giá tác động của quy trình siêu âm như một phương pháp thay thế cho quy trình xử lý nhiệt ở nhiệt độ cao đối với số lượng vi sinh vật, sự oxy hóa lipid như một thông số chất lượng và vitamin như một đặc tính dinh dưỡng của sữa. Kết quả cho thấy siêu âm có thể giảm tải lượng vi sinh vật trong sữa và ít làm thay đổi vitamin hơn so với sữa được xử lý nhiệt thông thường. Về mặt này, xử lý bằng đầu dò siêu âm được xác định là vượt trội và hiệu quả nhất ở cường độ 75%. Việc sử dụng siêu âm dạng đầu dò ở 55°C và cường độ 75% trong 10 phút được khuyến nghị là một quy trình không phá hủy để thanh trùng sữa.

Máy đồng hóa siêu âm hiệu suất cao để sản xuất phô mai

Hielscher Ultrasonics có nhiều năm kinh nghiệm ứng dụng siêu âm công suất cao trong ngành thực phẩm và đồ uống cũng như nhiều ngành công nghiệp khác. Các thiết bị xử lý siêu âm của chúng tôi được trang bị đầu phát siêu âm và buồng dòng chảy (các bộ phận tiếp xúc với chất lỏng) dễ làm sạch (làm sạch tại chỗ CIP / tiệt trùng tại chỗ SIP). Các thiết bị xử lý siêu âm công nghiệp của Hielscher Ultrasonics có thể tạo ra biên độ rất cao. Có thể dễ dàng duy trì biên độ lên đến 200µm liên tục khi vận hành 24/7. Biên độ cao đóng vai trò quan trọng trong việc bất hoạt các vi sinh vật có sức đề kháng cao hơn (ví dụ: vi khuẩn Gram dương). Để đạt biên độ cao hơn nữa, có các đầu phát siêu âm được chế tạo theo yêu cầu. Tất cả các đầu phát siêu âm và thiết bị phản ứng siêu âm dạng buồng dòng chảy đều có thể vận hành ở nhiệt độ và áp suất cao, cho phép xử lý kết hợp siêu âm, nhiệt và áp suất một cách đáng tin cậy và thanh trùng với hiệu quả cao.
Công nghệ tiên tiến nhất, hiệu suất cao và phần mềm tinh vi giúp các thiết bị của Hielscher Ultrasonics trở thành những cỗ máy chủ lực đáng tin cậy trong dây chuyền thanh trùng thực phẩm của bạn. Với diện tích lắp đặt nhỏ và các phương án lắp đặt linh hoạt, máy siêu âm Hielscher có thể dễ dàng được tích hợp hoặc lắp bổ sung vào các dây chuyền sản xuất hiện có.
Hãy liên hệ với chúng tôi ngay để tìm hiểu thêm về các tính năng và khả năng của hệ thống đồng hóa siêu âm của chúng tôi. Chúng tôi rất sẵn lòng trao đổi với bạn về ứng dụng trong sản xuất phô mai của bạn!

Bảng dưới đây cho biết năng lực xử lý gần đúng của các máy siêu âm của chúng tôi: