Χρήση υπερήχων για τη τροποποίηση των μηχανικών ιδιοτήτων και της μικροδομής του γιαουρτιού
Creators: name: Παπαδάτος, Διονύσιος Γεωργίου
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2023
Subjects: Υπέρηχοι
Γιαούρτι
Μηχανικές Ιδιότητες και Μικροδομή
Ultrasonication
Yogurt
Mechanical Properties and Microstructure

description: Σκοπός της παρούσας διατριβής είναι η μελέτη της τροποποίησης των μηχανικών ιδιοτήτων και της μικροδομής του γιαουρτιού με τη χρήση υπερήχων. Στα πλαίσια των πειραμάτων της παρούσας διατριβής, χρησιμοποιήθηκε αγελαδινό γάλα του αγροκτήματος του ΑΠΘ, από το οποίο δημιουργήθηκαν δείγματα, στα οποία έγινε ομογενοποίηση με χρήση υπερήχων με αυξανόμενη ισχύ (10%, 30%, 50%, που αντιστοιχεί σε 20, 66, 100 Watt) για συγκεκριμένο χρονικό διάστημα (2 ή 5 λεπτά). Στην συνέχεια, προστέθηκε οξυγαλακτική καλλιέργεια προς δημιουργία γιαουρτιού και μελετήθηκαν οι ιδιότητες του κάθε δείγματος ξεχωριστά. Δημιουργήθηκαν, ακόμη, δείγματα από άπαχο γάλα, με ή χωρίς τη χρήση υπερήχων (ισχύς 50%), όπου η λιποπεριεκτικότητα ήταν αρκετά χαμηλή (&lt; 0,5%), για να μελετηθεί η επίδραση των υπερήχων κυρίως στις πρωτεΐνες του γάλακτος. Τέλος, έγινε ομογενοποίηση με έντονη μηχανική ανάδευση, για να υπάρξει άμεση σύγκριση των δειγμάτων που δημιουργήθηκαν με ομογενοποίηση υπερήχων, με γιαούρτι που παράγεται σε βιομηχανικό επίπεδο. Σύμφωνα με τα αποτελέσματα, η δράση των υπερήχων οδηγεί σε δραστική μείωση του μέσου μεγέθους των λιποσφαιρίων (από 3 - 4 μm σε 0,2 - 0,4 μm στη μεγαλύτερη ισχύ των υπερήχων - 50%) με αντίστοιχη αύξηση της ικανότητας συγκράτησης νερού στα τελικά δείγματα γιαουρτιού, η οποία ήταν ανάλογη με την αύξηση της ισχύος των υπερήχων που εφαρμόστηκαν στα δείγματα. Αλλαγές παρατηρήθηκαν και στη μικροδομή των δειγμάτων, με τα δείγματα στα οποία χρησιμοποιήθηκαν υπέρηχοι, να παρουσιάζουν μικρότερο πορώδες στη δομή τους λόγω της δημιουργίας δικτύου μεταξύ των διασπασμένων λιποσφαιρίων και των πρωτεϊνών. Τέλος, παρατηρήθηκε αύξηση του ρυθμού οξίνισης στα δείγματα γάλακτος που χρησιμοποιήθηκαν υπέρηχοι, ενώ όσο αυξανόταν η ισχύ των υπερήχων, τόσο μεγαλύτερες τιμές προέκυπταν στις τιμές του G΄ (συντελεστής ελαστικότητας), του Flow Point (σημείο όπου γίνεται η κατάρρευση/διάσπαση της δομής) και του Yield stress (οριακό σημείο όπου το δείγμα αρχίζει να ρέει) στα επιμέρους δείγματα, δηλαδή τόσο σκληρότερη και πιο συμπαγής δομή δημιουργήθηκε στα εξεταζόμενα δείγματα γιαουρτιού. Τα τελικά δείγματα γιαουρτιού, που προέκυψαν από ομογενοποίηση γάλακτος με χρήση υπερήχων, έφεραν βελτιωμένες ιδιότητες τόσο στη μικροδομή (πιο ομοιογενής) όσο και στη μακροδομή (πιο συνεκτική) σε σχέση με τα δείγματα γιαουρτιού από γάλα που δεν ομογενοποιήθηκε, καθώς και από γάλα που προήλθε από ομογενοποίηση με μηχανική ανάδευση. Τα συγκεκριμένα αποτελέσματα δείχνουν ότι οι υπέρηχοι αποτελούν ένα χρήσιμο εργαλείο στη μελλοντική βιομηχανία των γαλακτοκομικών προϊόντων, αφού επιφέρουν πολλαπλά οφέλη (ομογενοποίηση, βελτίωση των μηχανικών ιδιοτήτων, εξυγίανση) στα παραγόμενα είδη γιαουρτιού, σε σχέση με τις πιο συμβατικές μεθόδους επεξεργασίας του γάλακτος (μηχανική ανάδευση ή ομογενοποίηση με υψηλή πίεση)
description: The purpose of this dissertation was to study the modification of the mechanical properties and microstructure of yogurt using ultrasonication. In the context of the experiments of the present dissertation, milk was obtained from cows of the university farm of AUTh, and ultrasonication was applied with increasing amplitude (10%, 30%, 50%, which correspond to 20, 66, 100 Watt) for a specific period of time (2 or 5 minutes). Then, lactic acid starter culture was added to make yoghurt and the properties of each sample were studied separately. Skimmed milk samples were also created, with or without the use of ultrasonication (amplitude 50%), where the fat content was low enough (≈0.5%) to study the effect of ultrasonication primarily on milk proteins. Finally, a sample was created by milk homogenization with mechanical agitation, in order to have a direct comparison of the samples created by ultrasonic homogenization, with yogurt produced on industrial level. According to the results, the use of ultrasonication leads to a drastic reduction in the average size of milk fat globules (from 3 - 4 μm to 0.2 - 0.4 μm at the highest ultrasonic amplitude - 50%) with an increase in the corresponding water holding capacity in the final yogurt samples, which was proportional to the increase in the power of the ultrasonication applied to the samples. Changes were also observed in the microstructure of the samples, with the ultrasonicated samples to have the smaller gaps in their structure due to the formation of a network between the homogenised milk fat globules and proteins. Finally, an increase in the acidification rate was observed in the milk samples with ultrasonication, while the higher the amplitude of the ultrasonication, the higher the values of the G' (Storage Modulus), the Flow Point and the Yield Stress in the individual samples, i.e. the harder and more compact structure was created to the yogurt samples. The final yogurt samples, obtained from milk homogenization using ultrasonication, had improved properties in both microstructure (more homogeneous) and macrostructure (more cohesive) compared to yogurt samples from non-homogenized milk, as well as from milk that was homogenized by mechanical forces. These specific results show that ultrasonication may become a useful processing tool in the future for the dairy industry, since it brings multiple benefits (homogenization, improvement of mechanical properties, sanitization) to the types of yogurt produced, in comparison to the more conventional milk processing methods (mechanical stirring or Ultra High Pressure Homogenization)