Laptele și iaurtul sunt elemente importante ale alimentației umane, datorită valorii lor nutritive ridicate și proprietăților senzoriale atrăgătoare.

În timpul procesării laptelui (omogenizare, pasteurizare) și fabricarea ulterioară a iaurtului (fermentării), apar modificări fizico-chimice care afectează aroma și textura acestor produse, în timp ce dezvoltarea proceselor standardizate contribuie la dezvoltarea caracteristicilor texturale și aromatice dorite.

Procesele care au loc în timpul procesării laptelui și fabricației iaurtului cu metode industriale convenționale, precum și cu metode inovatoare propuse în prezent (presiune ultra-înaltă, ultrasunete, microfluidizare, câmpuri electrice pulsate), precum și efectul acestora asupra texturii și aromei finale, în produsele convenționale sau probiotice/prebiotice au fost prezentate în recenzia ”Innovative Processing of Milk for Yogurt Manufacture; Development of Texture and Flavor: A Review”, întocmită de Panagiotis Sfakianakis și Constatnina Tzia-Laboratory of Food Chemistry and Technology, National Technical University of Athens.

Metode inovatoare de prelucrare a laptelui și iaurtului

Dintre procesele implicate în prelucrarea laptelui și a iaurtului, cele mai importante sunt omogenizarea, pasteurizarea și fermentarea.

În afară de procesele convenționale menționate anterior, în această secțiune sunt prezentate noi tendințe în prelucrarea laptelui care implică utilizarea presiunii ultra-înalte, ultrasunetelor, câmpului electric pulsat și microfluidizării.

Nu în ultimul rând, sunt discutate bacteriile probiotice și prebioticele care au efecte benefice asupra sănătății umane și au fost utilizate pe scară largă în industria produselor lactate.

Probioticele și prebioticele merită și ele menționate, deoarece produsele lactate sunt cel mai obișnuit mediu pentru livrarea lor în intestinul uman.

Tratamentul UHP

Presiunea ultra înaltă (UHP) implică aplicarea unor presiuni de la 100 la 1000 MPa. Utilizarea UHP în produsele alimentare a fost inițiată la începutul anilor 1980 și este o metodă de pasteurizare non-termică. Studiile au arătat că tratamentul laptelui cu presiuni de 400–600 MPa timp de 10 minute la 25 C poate obține un rezultat similar cu pasteurizarea la temperatură joasă în ceea ce privește inactivarea microorganismelor patogene și de alterare.

Studii similare privind tratamentul cu UHP al laptelui de la Johnston și colab. și Law, și colab. au descris dezintegrarea micelilor de cazeină în particule mai mici și creșterea simultană a cantității de cazeine și fosfat de calciu în faza serică. De asemenea, a fost găsit de aceiași cercetători care după tratamentul UHP, în special cu presiune mai mare de 500 MPa, că are loc denaturarea mai multor proteine ​​din zer, în special β-lactoglobulina, mai multe imunoglobuline și α-lactalbumină [25,28].

Cu toate acestea, Gervilla, et al. a observat un efect ciudat al UHP asupra dimensiunii și distribuției MFG. UHP până la 500 MPa la 25 și 50 C a redus diametrul MFG în intervalul 1-2 μm, dar la 4 C MFG nu a afișat nicio tendință de a se micșora. Acest lucru ar putea fi atribuit faptului că membrana MFG a rămas neschimbată.

Aplicarea UHP în formarea gelului acid al laptelui îmbunătățește textura și fermitatea, reduce sinereza și crește capacitatea de reținere a apei în comparație cu iaurturile convenționale. Combinația dintre UHP și tratamentul termic este raportată de Ferragut și colab. pentru a crește vâscozitatea iaurtului și a reduce timpii de gelificare în comparație cu probele tratate cu UHP.

Tratamentul cu ultrasunete și caracteristicile iaurtului

Ultrasunetele (US) sunt o undă sonoră cu o frecvență mai mare decât limita superioară a auzului uman, de obicei mai mare de 20 kHz. Tehnologia a fost utilizată în industria alimentară de la sfârșitul anilor 1960, pentru curățare, monitorizare și caracterizare a componentelor alimentare.

US de intensitate mare (nivel de putere mai mare de 10 W), atunci când este propagat printr-o soluție, generează gradienți imenși de presiune, temperatură și forfecare și astfel provoacă cavitație. Prin urmare, US este considerată o metodă alternativă pentru reducerea dimensiunii MFG și poate fi aplicată eficient pentru omogenizarea laptelui.

Wu și colab. și Nguyen și Anema au arătat că aplicarea US în lapte reduce diametrul MFG la între 0,1 și 0,6 μm. În plus, tratamentul american a fost menționat de Krešić și colab. și Chandrapala, și colab. pentru a provoca modificări ale compoziției și structurii membranei MFG conducând la un efect de omogenizare eficient în comparație cu metodele convenționale.

În plus, efectul US asupra proteinelor din lapte a fost studiat de Madadlou și colab. și de Chandrapala, și colab.. S-a demonstrat că tratamentul cu US provoacă alterarea structurii secundare a proteinelor din lapte, agregarea particulelor de proteine, precum și denaturarea.

Riener și colab. au combinat US cu tratamentul termic (termosonicare) al laptelui și a obținut un efect similar asupra MFG cu cel obținut cu tratamentul US fără căldură, ducând la reducerea dimensiunii și modificări ale membranei permițând interacțiunea cu miceliile de cazeină.

Mai exact, tratamentul cu termosonicare duce la un diametru mediu de 0,6 μm de MFG și o membrană MFG mai bogată în molecule de cazeină decât cea nativă [38]. Mai mult, s-a raportat că US cu amplitudine mare reduce conținutul microbian al laptelui.

În cele din urmă, tratamentul de mare intensitate determină emisia de substanțe volatile din lapte și formarea de arome nedorite. Pe baza studiului realizat de Riener, et al., când laptele este tratat cu ultrasunete, pot să apară benzen, toluen, 1,3-butadienă,3-ciclopentadienă, 1-hexenă, 1-octenă, 1-nonenă, p-xilen, Sunt emise n-hexanal, n-heptanal, 2-butanonă, acetonă, dimetilsulfură și cloroform.

Aldehidele pot fi produse din descompunerea hidroperoxizilor generați de foto-oxidarea indusă de US, în timp ce seria de 1-alchene C6-C9 ar putea apărea din scindarea pirolitică a lanțurilor de acizi grași. Formarea benzenului poate fi atribuită scindării lanțurilor laterale de aminoacizi, cum ar fi fenilalanina. Aceste substanțe volatile provoacă o aromă cauciucoasă și arsă.

Rezultate promițătoare

Implementarea tratamentului american cu ultrasunete asupra producției de produse lactate fermentate a fost studiată cu rezultate promițătoare. Gelurile de lapte și iaurtul produse din lapte tratat cu US de intensitate ridicată au demonstrat proprietăți fizice îmbunătățite și o valoare ridicată a caracteristicilor texturii (fermitate, coezivitate).

Nivelul de amplitudine crescut al tratamentului US (20 kHz, 50–500 W, 1–10 min) a îmbunătățit semnificativ capacitatea de reținere a apei a iaurtului și a crescut vâscozitatea și a redus sinereza; în plus, o intensitate mai mare în SUA și un timp mai mare de expunere în SUA a laptelui au dus la creșterea vâscozității iaurtului.

Vâscozitatea crescută a iaurtului a fost raportată de Riener și colab. [38] chiar și din lapte degresat tratat cu US (22 kHz, 50 W, 0–30 min), datorită denaturării termice ridicate a proteinelor din zer. Termosonificarea laptelui înainte de fermentare (25 kHz, 400 W, 45 sau 75 C timp de 10 minute) a dus la formarea de iaurt cu vâscozitate mai mare și capacități mai mari de reținere a apei în comparație cu laptele tratat convențional.

Același tratament a modificat microstructura iaurtului, rezultând o rețea de tip fagure și prezentând o natură mai poroasă, a cărei dimensiune structurală medie a fost mai mică (~2 μm) în comparație cu iaurtul încălzit convențional.

Un studiu al lui Vercet și colab. a combinat tratamentul de termosonicare a laptelui (40 C, 20 kHz timp de 12 s) cu presiune moderată (2 kg × cm −2) și a arătat că vâscozitatea aparentă, stresul de curgere și proprietățile vâscoelastice ale iaurtului au fost crescute în plus față de structura acestuia fiind întărită.

Vâscozitatea crescută și textura iaurtului de riduit din lapte cu ultrasunete poate fi pus pe seama denaturarii proteinelor din zer si asocierii acestora din urma cu cazeine. Proteinele din zer denaturate sunt mai susceptibile de asociere cu cazeina și miceliile de cazeină. În plus, în timpul acidificării proteinele denaturate din zer, asociate sau nu cu micelii de cazeină, se agregează datorită reducerii sarcinii repulsive.

Prin urmare, proteinele din zer denaturate, asociate cu micelii de cazeină, ar putea acționa ca material de legătură între miceliile de cazeină și, ca urmare, legăturile care se formează în matricea de iaurt se formează mai ușor, rezultând un coagul de iaurt mai puternic.

Aplicarea microfluidizării

Microfluidizerul este un aparat care provoacă omogenizare prin forfecare, turbulență și cavitație. Inițial, accelerează fluidul și îl separă în două microfluxuri care se intersectează într-o cameră și se ciocnesc. Impactul provoacă turbulențe intense și cavitație și astfel se realizează efectul de omogenizare.

În cazul laptelui studiat de Ciron, et al., tratamentul de microfluidizare a redus diametrul MFG la mai puțin de 2 μm. Aplicarea microfluidizării în fabricarea iaurtului a fost adesea folosită.

O comparație între iaurturile derivate din lapte microfluidizat cu conținut de grăsime de 0% și 1,5% cu laptele omogenizat convențional a arătat că iaurtul fără grăsimi din lapte microfluidizat prezintă o sinereză crescută și vâscozitate și fermitate reduse în comparație cu iaurtul fabricat în mod convențional, în timp ce iaurturile cu conținut scăzut de grăsimi din lapte microfluidizat.

Laptele a avut caracteristici de textură similare cu acelea din laptele omogenizat convențional. Microfluidizarea laptelui cu conținut scăzut de grăsimi a dus la iaurt cu microstructură modificată, oferind mai multă interconectivitate în rețelele proteice cu globule de grăsime încorporate, dar cu profiluri de textură și reținere de apă similare în comparație cu iaurtul preparat din lapte omogenizat convențional.

Cu toate acestea, tehnica necesită mai multe studii pentru a evalua eficiența fabricării iaurtului.

Aplicarea câmpului electric pulsatoriu

Tratamentul cu câmp electric pulsat (PEF) emite impulsuri electrice intense printr-un mediu continuu, pentru a inactiva microorganismele cu cele mai bune rezultate obținute în fluide. PEF a fost aplicat în sistemele de lapte combinat cu culturi probiotice.

Intensitatea câmpurilor variază între 15 și 50 kV/cm, iar tratamentul durează doar câteva secunde. Principiul PEF este de a destabiliza celulele microbiene cu un impuls de înaltă presiune. Ulterior, electroporarea la membrana celulară o face mai permeabilă; prin urmare, celulele se rup și își expulzează conținutul.

În plus, Lin și colab. au combinat PEF, UHP și tratamentul termic în lapte și au observat și mai mult o scădere a conținutului microbiologic. Eficiența PEF depinde de intensitatea câmpului electric și de numărul și durata impulsurilor.

În ciuda potențialului său, aplicarea PEF necesită o toleranță ridicată la câmpuri electrice ridicate, conductivitate electrică scăzută și absența bulelor.

Fortifierea: Iaurturile probiotice

Produsele probiotice nutritive moderne sunt clasificate ca fiind cele care conțin microorganisme probiotice. Microorganismele probiotice sunt definite ca microbi vii, care, atunci când sunt ingerați, beneficiază de sănătatea gazdei prin efectul lor asupra microflorei intestinale.

În plus, culturile de probiotice trebuie să poată supraviețui în tot tractul intestinal, să reziste condițiilor acide în timpul trecerii gastrice și a digestiei bilei. Pentru a avea efectul lor benefic asupra sănătății gazdei, tulpinile probiotice trebuie, cel puțin temporar, să se stabilească printre microflora naturală a intestinului.

Mențiunea inițială despre microorganismele care beneficiază de sănătatea ființei gazde, în timp ce sunt livrate prin consumul de alimente, este atribuită lui Élie Metchnikoff în primii ani ai secolului al XX-lea. Termenul de ”probiotic” este atribuit lui Lilley și Stillwell, pentru a le diferenția de antibiotice. Acești autori au definit probioticele ca o substanță produsă de un microorganism care stimulează creșterea altui microorganism.

Definiția acceptată a probioticelor este o definiție ușor îmbunătățită de către Fuller în 1989: ”Supliment alimentar microbian viu care afectează benefic gazda prin îmbunătățirea echilibrului microbian intestinal”.

Produsele lactate fermentate, și în special iaurtul, sunt purtători ideali pentru ca culturile de probiotice să intre în sistemul digestiv uman și să le asigure supraviețuirea prin stomac; prin urmare, subiectul iaurtului probiotic este studiat amănunțit din perspectiva sa medicală și a științei lactatelor.

Efectul asupra fermentației

Majoritatea bacteriilor probiotice nu au un efect semnificativ asupra procesului de fermentație sau asupra proprietăților senzoriale ale iaurtului. Pe baza studiilor lui Allgeyer, et al. și Atunes și colab., adăugarea de Bifidobacterium lactis și Lactobacillus acidophilus nu a dus la nicio diferență în evaluarea senzorială a iaurtului probiotic și a iaurtului neprobiotic cu conținut scăzut și complet de grăsimi.

Aceleași rezultate au fost remarcate și de alți cercetători. Cu toate acestea, conform lui Akalin, et al. combinația dintre cultura probiotică (Bifidobacterium animalis ssp. Lactis) și fortificarea cu WPC (concentrat de proteine ​​din zer) a dus la un coagul mai puternic și la creșterea valorilor de fermitate și adezivitate pentru iaurt.

Acest lucru a fost atribuit mai ales efectului fortificării cu WPC și nu prezenței culturii probiotice. În general, încorporarea bacteriilor probiotice în fabricarea iaurtului este viabilă și această afirmație este demonstrată de cantitatea de produse cu iaurt probiotice disponibile pe piață; cu toate acestea, provocarea reală este de a se asigura că cultura probiotică ajunge în viață în intestinele consumatorilor și este capabilă să se stabilească în microflora nativă.

Fortifierea: Prebioticele și produsele lactate

Potrivit lui Gibson și Roberfroid, prebioticele sunt clasificate ca anumite ingrediente alimentare care afectează benefic gazda într-un mod foarte specific. Prebioticele sunt componente alimentare, nedigerabile de om, care stimulează selectiv creșterea și activitatea anumitor specii bacteriene deja existente în colonul uman și îmbunătățesc inductiv sănătatea gazdei.

Cele mai multe prebiotice sunt oligozaharide în general, fructooligozaharide în special. Cele mai comune oligozaharide cu caracter prebiotic sunt inulina, trans-galactooligozaharidul, lactuloza, izomaltul și oligofructoza. S-a demonstrat că stimulează creșterea Bifidobacteriilor endogene și le fac speciile predominante în fecalele umane.

Pe baza studiului lui Cruza, et al. care au adăugat oligofructoză la iaurtul simplu, nu a existat nicio influență asupra pH-ului, capacității proteolitice sau asupra viabilității Streptococcus thermophilus sau Lactobacillus bulgaricus. Cu toate acestea, produsul final al acestui demers a fost caracterizat ca un gel slab cu comportament tixotrop și pseudoplastic.

În cele din urmă, iaurturile fortificate cu oligofructoză au avut o acceptare destul de mare de către consumatori. Un alt studiu realizat de Pimentel a sugerat că adăugarea de inuline cu lanț lung, un alt prebiotic cunoscut, în iaurtul cu conținut scăzut de grăsimi poate duce la rezultate interesante în proprietățile senzoriale și mai ales în caracteristicile texturii.

În special, înlocuirea grăsimilor native din lapte cu inulină cu lanț lung a creat o fermitate și o culoare la fel de acceptabile ca și în cazul iaurtului care conține grăsimi native din lapte. Cele mai multe studii privind adăugarea de oligozaharide prebiotice în iaurt sunt de acord că majoritatea caracteristicilor produsului final și ale procesului rămân destul de apropiate de valorile originale.

Mai multe prebiotice cu lanț scurt au un efect ușor negativ asupra fermității și cremosității iaurtului, în timp ce prebioticele cu lanț lung cresc aceste valori. În general, alegerea finală rămâne a consumatorului și preferința acestuia pentru textură.

Concluzii

Prelucrarea laptelui și fabricarea iaurtului utilizează câteva procedee interesante din punct de vedere științific, cum ar fi centrifugarea, omogenizarea, tratamentul termic și, în cazul iaurtului, fabricarea și fermentarea. Fiecare procedură afectează semnificativ calitatea și caracteristicile senzoriale ale produsului final, fie că este lapte sau iaurt.

Tratamentul termic convențional include termalizarea, pasteurizarea la temperatură joasă și înaltă, tratamentul termic ultra și sterilizarea. Aplicarea tratamentului termic în lapte afectează aroma, conținutul microbian și proteinele din lapte. Cu cât tratamentul termic este mai intens, cu atât schimbările care apar sunt mai radicale.

Tratamentul termic afectează și textura iaurtului produs Foods 2014, 3 189, crescând valoarea caracteristicilor texturii (fermitate, coezivitate) și vâscozitate. Omogenizarea, utilizată în mod obișnuit în prelucrarea produselor lactate, se face prin aplicarea presiunii, reducerea dimensiunii globului de grăsime din lapte și împiedicând separarea grăsimilor din lapte.

Alte tratamente care determină același efect de omogenizare cu presiunea în lapte sunt presiunea ultra înaltă, ultrasunetele, microfluidizarea și câmpurile electrice pulsate. Fiecare tip de omogenizare determină efecte suplimentare asupra laptelui și asupra iaurtului produs.

În cele din urmă, procesul de fermentație convențional, în fabricarea iaurtului, a inclus utilizarea speciei Streptococcus salivarius subsp. thermophilus și Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus.

Știința modernă a lactatelor și nutriția au sugerat implicarea culturilor probiotice și a ingredientelor prebiotice pentru a crește valoarea nutritivă a produselor lactate, minimizând în același timp efectele dăunătoare asupra caracteristicilor senzoriale.