Μελέτη ομογενοποίησης με υπερήχους σε ζυμωμένα προϊόντα γάλακτος

Abstract

One of the most important aspect of food science is the discovery and creation of innovative techniques and methods to optimize production processes and food quality. Recently, there has been great interest, from the food industry, for alternative technologies that combine performance and efficiency with minimal processing and cost, but at the same time provide safe and high quality products. The application of ultrasound is an innovative food processing method that has low cost and low energy consumption, is simple, fast, non-toxic and environmentally friendly. Ηigh-intensity ultrasound, when propagated in food systems causes physicochemical changes comparable, if not more beneficial, to the results of established techniques applied for years in the food industry. In particular, milk homogenization by pressure, a method widely applied in the dairy industry, is a process with a result that, theoretically, could be effectively achieved with high-intensity ultrasound. The current study aims to evaluate high-intensity ultrasound as a milk homogenization method and, given it’s effectiveness, to integrate the method into the yogurt production process, in comparison to the already, commonly, applied two-stage homogenization method. In this case, cow's milk (raw) with a fixed fat content of 3,5% w/w, has been treated with ultrasound (frequency 20kHz) of different amplitudes, 150, 262, 375, 562 and 750W, for 10 min, and compared with conventional 2 stage pressure homogenization with pressure values of 10/5, 15/5, 20/5, 25/5 and 30/5 ΜPa. The various homogenization conditions studied here, were evaluated for their homogenizing effect based on the size (mean diameter) and distribution of fat globules, the emulsion stability of milk and it’s z-potential. In addition, the effect of these conditions on the total microbial flora and the population of lactic bacteria, the volatile components and the proteins of the milk were also studied. Subsequently, milk samples homogenized by the various conditions mentioned, were inoculated with conventional lactic acid culture Streptococcus salivarius subsp. thermophilus and Lactobacillus delbrueckii subsp. Bulgaricus and the course of their fermentation process into yogurt was analyzed, in terms of fermentation time, the maximum rate of change in pH and viscosity (μpH and μvisc respectively) as well as the duration of the lag phase of the same parameters (λpH and λvisc respectively). Following the completion of the fermentation process, yogurt samples were analyzed for their viscosity and texture characteristics (hardness, cohesiveness, adhesiveness and gumminess), their volatile components, their sensory profile and their microstructure. Finally, the homogenization conditions mentioned above, were utilized into the fermentation process of probiotic yogurt, with the probiotic strain Bifidobacterium animalis sub. Lactis in action and the fermentation parameters (fermentation time, μpH, μvisc, λpH, λvisc) as well as the yogurt characteristics (viscosity, hardness, cohesiveness, adhesiveness and gumminess) were measured. Milk fat globules decreased in size and showed a more homogeneous distribution than raw milk in response to all conditions studied. However, fat globules, in milk that had been homogenized by ultrasound, were more homogenously distributed, even at low ultrasound intensities, while in milk samples that had been homogenized by pressure, fat globules of bigger size were detected occasionally. Both homogenization methods led to milk fat globule size decrease and the stronger the homogenization intensity, either higher ultrasound amplitude or higher pressure, the smaller the milk fat globules. The mean diameter of fat globules in non-homogenized milk was 1.53μm. The lowest average mean diameter of milk fat globules achieved by pressure homogenization was 0.62μm (corresponding to pressure value of 30/5MPa), while the respective for ultrasound homogenization was 0.61μm (corresponding to ultrasound amplitude of 750W).Homogenization intensity and method had significant effect (P<0.05) on the milk emulsion stability. Pressure homogenized samples remained stable for 6-8 days, no matter the homogenization pressure value. On the other hand, ultrasound homogenized samples displayed higher variance of their emulsion stability depending on the ultrasound amplitude. Higher ultrasound amplitude led to milk samples remaining stable for longer times, from 2 days (corresponding to ultrasound amplitude of 150W) to 14 days (corresponding to ultrasound amplitude of750W). Homogenization intensity had significant effect (P>0.05) on milk z-potential. The more intense the homogenization treatment, the higher the z-potential value. Slightly higher were the z-potential values of the milk samples homogenized by ultrasound. Pressure homogenization led to up to 4mV increase (corresponding to pressure value of 30/5Mpa) while ultrasound homogenization led to up to 7mV increase (corresponding to ultrasound amplitude of 750W). Ultrasound homogenization caused significant reduction (P<0.05) in the total microbial and lactic acid bacteria content of the milk samples, in contrast to pressure homogenization that did not significantly affect the microbial flora. Higher ultrasound amplitude led to lower microbial content, maximum reduction of TMC achieved was 69% and maximum reduction of lactic bacteria content achieved was 73%, corresponding to homogenization with ultrasound amplitude of 750W. In the milk homogenized samples the following volatile components were identified: acetaldehyde hexanal, acetone, 2-butanone, 3-butadione, 2-heptanone, bicyclo[2.2.1]-hepta-2one, 2-nonanone 2-undecanone, butyric acid, octanoic acid, decanoic acid, hexadecanoic acid dimethyl sulfide, 1-buten-3-ene, 2,1-heptene and delta-decalactone. The concentrations of ketones, aldehydes and carboxylic acids, identified here, were greater in the milk samples homogenized by ultrasound, compared to the pressure homogenized samples, additionally higher ultrasound amplitudes led to greater concentrations of these compounds. The increase in concentrations of the compounds is attributed to oxidative reactions occurring in milk during homogenization by ultrasound. The milk proteins underwent partial denaturation during ultrasonic homogenization. The percentage of protein denaturation, depending on homogenizing ultrasound amplitude, ranged from 7.08% (corresponding to ultrasound amplitude of 150W) to 68,78%. (corresponding to ultrasound amplitude of 150W). In contrast, pressure homogenization caused minimal protein denaturation (<3%) in all pressure valued studied. High-intensity ultrasound, unfolds the peptide chains of proteins, exposing active cites of their molecules, therefore facilitating interaction with other molecules present in milk (proteins, milk fat globules) and improving the milk’s properties and functionality (increase emulsion stability, increase z-potential, create homogenous distribution of milk fat globules, increase gelation rate, leading to the production of yogurt with higher viscosity and improved texture characteristics).The evolution of the fermentation process of homogenized milk showed significant differences depending on the two different homogenization methods studied. Although the fermentation time did not show significant differences in response to the differentiation of the homogenization conditions studied here (mean value 295±10 min), fermentation kinetic parameters of (μpH, μvisc, λpH and λvisc) were significantly affected (P<0,05). μpH of milk samples homogenized by pressure had mean value equal to 1.50*10-3±1.05*10-4 min-1 the respective value of the ultrasound homogenized samples was 8.6*10-3±5.5*10-4 min-1. λpH of milk samples homogenized by pressure had mean value equal to 120±5 min and was not significantly affected by the pressure values. However, the λpH of the ultrasound homogenized samples were significantly (Ρ<0.05) shorter than the respective of the pressure homogenized samples. The higher the ultrasound amplitude of the homogenization the shorter the λpH, with the lowest value (24min) corresponding to the milk sample homogenized by ultrasound amplitude of 750W. μviscwas significantly affected only by ultrasonic intensity or homogenization pressure (P<0.05), with its values increasing as the ultrasonic intensity or homogenization pressure increased. λvisc displayed mean value of 130±17min for the pressure homogenized samples, while the ultrasound homogenized samples 124±12min. Ultrasound intensity and homogenization pressure had no significant effect on λvisc. Yogurt viscosity values increased in response to the increase of the homogenization intensity, either pressure value or ultrasound amplitude. However, viscosity values of yogurt samples derived from milk homogenized by ultrasound were higher than the corresponding values of yogurts derived from pressure homogenized milk. Viscosity values of the yogurt samples derived from milk homogenized by ultrasound ranged from 1.03 Pa*s to 2.65 Pa*s (corresponding to samples derived from milk homogenized by ultrasound amplitude of 150W and 750W respectively), while for the samples derived from milk homogenized by pressure ranged from 1.29 Pa*s to 1.55 Pa*s (corresponding to samples derived from milk homogenized by pressure 10/5MPa and 30/5MPa respectively). The hardness of the yogurt samples, derived from pressure homogenized milk ranged from 0.964Ν to 1.153 Ν (corresponding to samples derived from milk homogenized by pressure 10/5MPa and 30/5MPa respectively) while of the samples derived from milk homogenized by ultrasound ranged from 1.049Ν to 1.503Ν (corresponding to samples derived from milk homogenized by ultrasound amplitude of 150W and 750W respectively). Gumminess values the yogurt samples, derived from pressure homogenized milk ranged from 0.572 N*s to 0.726 N*s (corresponding to samples derived from milk homogenized by pressure 10/5MPa and 30/5MPa respectively) and of the samples derived from milk homogenized by ultrasound ranged from 0.580 N*s to 0.824 N*s (corresponding to samples derived from milk homogenized by ultrasound amplitude of 150W and 750W respectively). Cohesiveness values the yogurt samples, derived from pressure homogenized milk ranged from 0.517 to 0.547 (corresponding to samples derived from milk homogenized by pressure 10/5MPa and 30/5MPa respectively), and of the samples derived from milk homogenized by ultrasound ranged from 0.542 to 0.632 ((corresponding to samples derived from milk homogenized by ultrasound amplitude of 150W and 750W respectively). Hardness, cohesiveness and gumminess of the yogurt samples increased the more intense the homogenization conditions of the milk which the sample was derived from. Yogurt adhesiveness was not significantly affected by the milk homogenization (method or intensity) and displayed mean value 0.351±0.019 Ν*S. The microstructure of yogurts made from pressure homogenized milk had a foam resembling form, while gaps and discontinuities were also detected. In contrast, the microstructure of yoghurts from ultrasonically homogenized milk, especially at higher ultrasound amplitudes, was smoother, more homogeneous and continuous. In the yoghurt samples derived from milk homogenized by ultrasound and pressure milk, the same compounds were identified as those identified in the milk samples, plus 3-hydroxy-butanone and hexaenoic acid. Increased concentrations in yoghurt samples from ultrasound-homogenized milk compared to yogurt samples from pressure-homogenized samples were detected in the following compounds: acetaldehyde, 1-buten-3-ene, acetone, dimethyl sulfide, 1-heptene, hexanal, butyric acid, 2-heptanone, hexanoic acid, 2-nonanone, bicyclo[2.2.1]-hepta-2one, octanoic acid, decanoic acid, 2-decanone and hexadecanoic acid. In order to predict the total degree of liking (DOL) of yogurt based on the aromatic compounds it contains, a mathematical model was suggested using the least squares partial regression method (PLS) and the «leave-p-out cross validation» (LpOCV) methodology, the following compounds were selected: acetaldehyde, 2-butanone, 2-3-butadione, 3-hydroxy-2-butanone and D-decalactone (with pleasant aroma-taste characteristics), and hexanal, butyric acid, 2-heptanone, 2-decanone and hexadecanoic acid (with unpleasant aroma-taste characteristics), as parameters with the most significant effect. The sensory evaluation of the yogurt samples derived from milk homogenized by pressure and ultrasound involved the analysis of 37 characteristics in order to describe adequately their appearance, texture, mouthfeel, odor, taste and flavor. The results displayed significant differences (Ρ<0.05) between samples from pressure homogenized milk and from ultrasonically homogenized milk in texture, mouthfeel, odor, taste and flavor characteristics. Yogurt samples derived from milk homogenized by ultrasound scored higher in the positive texture and mouthfeel characteristics (cohesiveness, hardness, texture DOL) but scored lower on odor, and flavor characteristics, compared to samples from milk homogenized by pressure. However, the total DOL scores of all the samples, did not differ significantly. For the prediction of the total DOL of yogurt based on the odour, taste and aroma characteristics, a mathematical model was suggested, using PLS method and LpOCV methodology and the characteristics with the most significant effect were selected: whey odour, grass/aldehyde odour, burnt odour, yoghurt taste, milk flavor, whey flavor, oily flavor, grassy/aldehydic flavour and pungent flavour. The fermentation process of the milk samples homogenized by ultrasound or pressure by the probiotic culture of Bifidobacterium animalis subsp. Lactis lasted 192±12 min for all homogenization conditions studied. μpΗ of the milk samples homogenized by pressure displayed mean value of 9.48*10-3±3.1*10-4 s-1 and differ significantly with the μpΗ of the samples homogenized by ultrasound, the latter’s mean value was 11*10-3±7.4*10-4s-1. λpH of the milk samples homogenized by ultrasound ranged from 50min to 31min (corresponding to the milk samples homogenized by ultrasound amplitude of 150W and 750W respectively) and for the milk samples homogenized by pressure ranged from 66 to 56min (corresponding to the milk samples homogenized by pressure of 10/5MPa and 30/5MPa respectively). μvisc the milk samples homogenized by pressure displayed mean value of 4.72*10-3±0.27*10-4 s-1; but had significant difference (Ρ<0.05) from the μvisc of the milk samples homogenized by ultrasound, which ranged from 4.48*10-3 s-1 to 19.35*10-3 s-1 (corresponding to the milk samples homogenized by ultrasound amplitude of 150W and 750W respectively). λvisc the milk samples homogenized by pressure ranged from 82 min to 78 min (corresponding to the milk samples homogenized by pressure of 10/5MPa and 30/5MPa respectively), and for the milk samples homogenized by ultrasound ranged from 92min to 32min (corresponding to the milk samples homogenized by ultrasound amplitude of 150W and 750W respectively). The viscosity, hardness, cohesiveness and gumminess of the prebiotic yogurt samples were significantly affected (Ρ<0.05) by the homogenization method and the homogenization intensity (either pressure or ultrasound amplitude). Highest values of those properties were measured on the yogurt samples from milk homogenized by ultrasound. Additionally, higher homogenization pressure values or higher homogenization ultrasound amplitude lead to the increase of the viscosity, hardness, cohesiveness and gumminess of the prebiotic yogurt samples. Specifically viscosity values of probiotic yogurt samples derived from milk homogenized by pressure ranged from 1.02 Pa*s to 1.44 Pa*s (corresponding to samples derived from milk homogenized by pressure of 10/5MPa and 30/5MPa respectively), while viscosity values of probiotic yogurt samples derived from milk homogenized by ultrasound ranged from 0.95 Pa*s to 2.48 Pa*s (corresponding to samples derived from milk homogenized by ultrasound amplitude of 150W and 750W respectively). Hardness values of probiotic yogurt samples derived from milk homogenized by pressure ranged from 1.08 Ν to 1,208 Ν (corresponding to samples derived from milk homogenized by pressure of 10/5MPa and 30/5MPa respectively), and of probiotic yogurt samples derived from milk homogenized by ultrasound ranged from 1.049 Ν to 1.503 N (corresponding to samples derived from milk homogenized by ultrasound amplitude of 150W and 750W respectively). Cohesiveness values of probiotic yogurt samples derived from milk homogenized by pressure ranged from 0.617 to 0.632 (corresponding to samples derived from milk homogenized by pressure of 10/5MPa and 30/5MPa respectively), and of probiotic yogurt samples derived from milk homogenized by ultrasound ranged from 0.591 to 0.731 (corresponding to samples derived from milk homogenized by ultrasound amplitude of 150W and 750W respectively). values of probiotic yogurt samples derived from milk homogenized by pressure ranged from 0.671 Ν*s to 0.764 N*s (corresponding to samples derived from milk homogenized by pressure of 10/5MPa and 30/5MPa respectively), and of probiotic yogurt samples derived from milk homogenized by ultrasound ranged from 0.620 N*s to 1.099 N*s (corresponding to samples derived from milk homogenized by ultrasound amplitude of 150W and 750W respectively). Adhesiveness δεν not significantly affected neither by the method nor by the intensity of homogenization and displayed mean value equal to 0.445±0.02 Ν*S. In conclusion, high-intensity ultrasound has better homogenizing effect than conventional homogenization with two-stage pressure, achieving similar reduction in milk fat globules size, but a more homogenous distribution as well as emulsion stability of milk for longer period of time. In addition, high intensity ultrasound disrupt the cellular membranes of the native milk microflora, therefore unleashing in the milk enzymes and metabolites that can be utilized by added starter cultures and facilitate the latter’s growth during fermentation process. Also, cause partial denaturation in milk proteins, which favors interactions between protein molecules and other components of milk, thereby increasing their functionality and enhancing the homogenizing effect. As far as the volatile components of the mil are concerned, high-intensity ultrasound has a negative effect, as it causes the formation of compounds such as aldehydes, ketones and carboxylic acids, components responsible for of undesirable flavor in milk and subsequent dairy products. Utilization of ultrasound homogenization of milk in yogurt production, facilitates fermentation and coagulation of milk, resulting in yogurt with higher viscosity, improved texture characteristics and more homogenous microstructure but with unpleasant flavors.

Ανέκαθεν η επιστήμη τροφίμων ανεκάλυπτε και δημιουργούσε καινοτόμες τεχνικές και μεθόδους για τη βελτιστοποίηση των διεργασιών παραγωγής και της ποιότητας των τροφίμων. Πρόσφατα έχει δημιουργηθεί μεγάλο ενδιαφέρον, και από τη βιομηχανία τροφίμων, για εναλλακτικές τεχνολογίες που συνδυάζουν απόδοση και αποτελεσματικότητα με ελάχιστη επεξεργασία και κόστος, αλλά παράλληλα παρέχουν ασφαλή και υψηλής ποιότητας προϊόντα. Η εφαρμογή υπερήχων είναι μία καινοτόμος μέθοδος επεξεργασίας τροφίμων που έχει χαμηλό κόστος και μικρή ενεργειακή κατανάλωση, είναι απλή, γρήγορη, μη τοξική και φιλική προς το περιβάλλον. Οι υπέρηχοι, ειδικότερα οι υψηλής έντασης, κατά τη διάδοσή τους σε συστήματα τροφίμων προκαλούν φυσικοχημικές αλλαγές συγκρίσιμες, αν όχι πιο ωφέλιμες, με καθιερωμένες τεχνικές που εφαρμόζονται για χρόνια στη βιομηχανία τροφίμων. Συγκεκριμένα, η ομογενοποίηση γάλακτος με πίεση, μέθοδος που εφαρμόζεται κατά κόρον στην γαλακτοβιομηχανία, είναι μία διεργασία με αποτέλεσμα που, θεωρητικά, θα μπορούσε να επιτευχθεί αποτελεσματικά με υπέρηχους υψηλής έντασης. Η παρούσα μελέτη αποσκοπεί στην αξιολόγηση των υπερήχων υψηλής έντασης ως μέθοδο ομογενοποίησης του γάλακτος και, δεδομένης της αποτελεσματικότητάς τους, στην ενσωμάτωση της μεθόδου στην παραγωγική διαδικασία του γιαουρτιού σε σύγκριση με την ήδη εφαρμοζόμενη μέθοδο ομογενοποίησης με πίεση δύο σταδίων. Εν προκειμένω, σε αγελαδινό (ακατέργαστο) γάλα, σταθερής περιεκτικότητας λιπαρών 3,5% κ.β., εφαρμόστηκαν υπέρηχοι συχνότητας 20kHz και εντάσεων 150, 262, 375, 562 και 750W για 10 min, και αντίστοιχα ομογενοποίηση με πίεση 2 σταδίων 10/5, 15/5, 20/5, 25/5 και 30/5 ΜPa. Οι διάφορες συνθήκες προς μελέτη αξιολογήθηκαν ως προς το ομογενοποιητικό τους αποτέλεσμα με βάση το μέγεθος (μέση διάμετρος) και την κατανομή των λιποσφαιρίων, τον χρόνο σταθερότητας του γάλακτος ως γαλάκτωμα και το ζ-δυναμικό του. Ακόμη εξετάστηκε η επίδραση των συνθηκών αυτών στην ολική μικροβιακή χλωρίδα και τον πληθυσμό των γαλακτικών βακτηρίων στο γάλα, στα αρωματικά συστατικά και στις πρωτεΐνες του γάλακτος. Ακολούθως, τα δείγματα γάλακτος που είχαν υποστεί ομογενοποίηση με τις δύο μεθόδους στις διάφορες συνθήκες που αναφέρθηκαν, εμβολιάστηκαν με συμβατική οξυγαλακτική καλλιέργεια Streptococcus salivarius subsp. thermophilus και Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus και μελετήθηκε η πορεία της ζύμωσής τους κατά την παραγωγή γιαουρτιού με βάση τον χρόνο ζύμωσης, όπως και το μέγιστο ρυθμό αλλαγής του pH(μpH) και του ιξώδους (μvisc) και τη διάρκεια της λανθάνουσας φάσης των ίδιων παραμέτρων (λpH και λvisc αντίστοιχα). Στο τέλος της ζύμωσης τα δείγματα γιαουρτιού, αναλύθηκαν ως προς το ιξώδες και τα χαρακτηριστικά υφής τους (σκληρότητα, συνεκτικότητα, προσκολλησιμότητα και κομμιώδες), τις ουσίες που απαρτίζουν το αρωματικό προφίλ τους, τα οργανοληπτικά χαρακτηριστικά τους και τη μικροδομή τους. Τέλος, γάλα ομογενοποιημένο στις ίδιες συνθήκες και με τις δύο μεθόδους ομογενοποίησης εμβολιάστηκε με Bifidobacterium animalis sub. lactis για την παραγωγή προβιοτικού γιαουρτιού και εξετάστηκαν οι αντίστοιχες παράμετροι της διεργασίας ζύμωσης (χρόνος ζύμωσης, μpH, μvisc, λpH και λvisc), το ιξώδες και τα χαρακτηριστικά υφής του. Τα λιποσφαίρια του γάλακτος μειώθηκαν σε μέγεθος και παρουσίασαν πιο ομοιογενή κατανομή σε σχέση με το ανεπεξέργαστο γάλα σε όλες τις συνθήκες που μελετήθηκαν. Όμως η κατανομή των λιποσφαιρίων στο γάλα που είχε ομογενοποιηθεί με υπέρηχους είχε μεγαλύτερη ομοιομορφία ακόμη και σε χαμηλές εντάσεις, ενώ στο γάλα που είχε ομογενοποιηθεί με πίεση εντοπίστηκαν λιποσφαίρια που διέφεραν σε μέγεθος και δημιουργούσαν οπτικά ανομοιογένεια στην εμφάνιση του γάλακτος. Oι δύο μέθοδοι ομογενοποίησης, και με πίεση και με υπέρηχους, προκάλεσαν μείωση στο μέγεθος των λιποσφαιρίων, και μάλιστα όσο πιο ισχυρή ήταν η ένταση ομογενοποίησης, μεγαλύτερη ένταση υπερήχων ή υψηλότερη πίεση, τόσο μικρότερα ήταν τα λιποσφαίρια. Η μέση διάμετρος των λιποσφαιρίων στο μη ομογενοποιημένο γάλα ήταν 1,53μm και στο ομογενοποιημένο με πίεση γάλα έφτασε στην τιμή 0,62μm (για δείγμα που είχε ομογενοποιηθεί με πίεση 30/5MPa), ενώ στο ομογενοποιημένο με υπέρηχους γάλα η μέση διάμετρος λιποσφαιρίων που επιτεύχθηκε ήταν 0,61μm (για δείγμα που είχε ομογενοποιηθεί με υπέρηχους έντασης 750W). Ο χρόνος για τον οποίον τα δείγματα γάλακτος παρέμειναν σε μία φάση παρουσίασε σημαντική (Ρ<0,05) διαφορά ανάλογα με τις συνθήκες ομογενοποίησης. Οι συνθήκες ομογενοποίησης με πίεση που μελετήθηκαν οδήγησαν σε χρόνο σταθερότητας του γάλακτος ως γαλάκτωμα για 6-8 ημέρες. Η ομογενοποίηση με υπέρηχους οδήγησε σε διαφορετικό χρόνο σταθερότητας του γάλακτος ανάλογα με την ένταση των υπερήχων, ξεκινώντας από 2 ημέρες σε συνθήκες ομογενοποίησης 150W, μέχρι 14 ημέρες σε συνθήκες ομογενοποίησης 750W. Η απόκριση του ζ-δυναμικού του γάλακτος στις συνθήκες που μελετήθηκαν ήταν παρόμοια και για τις δύο μεθόδους, και αυξήθηκε ανάλογα με την ένταση ομογενοποίησης. Ελάχιστα μεγαλύτερη αύξηση παρουσιάστηκε στα δείγματα που είχαν ομογενοποιηθεί με υπέρηχους. Οι συνθήκες πίεσης που εφαρμόστηκαν οδήγησαν σε μέγιστη αύξηση του ζ-δυναμικού του γάλακτος μέχρι 4mV (ομογενοποίηση με πίεση 30/5 ΜPa), ενώ οι υπέρηχοι μέχρι 7mV αντίστοιχα (ομογενοποίηση με υπέρηχους έντασης 750W). Η ομογενοποίηση με υπέρηχους προκάλεσε μείωση του ολικού μικροβιακού φορτίου και της περιεκτικότητας του γάλακτος σε γαλακτικά βακτήρια, σε αντίθεση με την ομογενοποίηση με πίεση που δεν επηρέασε σημαντικά τη μικροβιακή χλωρίδα. Η αύξηση της έντασης των υπερήχων ομογενοποίησης οδήγησε σε λιγότερες αποικίες στα δείγματα γάλακτος, με το μέγιστο ποσοστό μείωσης ολικής μικροβιακής χώρίδας (69%) και αποικιών γαλακτικών βακτηρίων (73%) επιτεύχθηκε με επεξεργασία υπερήχων έντασης 750W. Στα δείγματα ομογενοποιημένου γάλακτος ταυτοποιήθηκαν οι εξής αρωματικές ουσίες: ακεταλδεΰδη, εξανάλη, ακετόνη, 2-βουτανόνη, 3-βουταδιόνη, 2-επτανόνη, δικυκλο[2.2.1]-επτα-2όνη, 2-εννεανόνη 2-ενδεκανόνη, βουτυρικό οξύ, οκτανικό οξύ, δεκανοϊκό οξύ, δεκαεξανικό οξύ, διμεθυλοσουλφίδιο, 1-βουτεν-3-ένιο, 2,1-επτένιο και Δ-δεκαλακτόνη. Οι συγκεντρώσεις των κετονών, των αλδεϋδών και των οξέων που ταυτοποιήθηκαν ήταν μεγαλύτερες στα δείγματα γάλακτος που είχαν ομογενοποιηθεί με υπέρηχους, σε σχέση με τα δείγματα γάλακτος που είχαν ομογενοποιηθεί με πίεση, και επιπλέον οι μεγαλύτερες εντάσεις υπερήχων ομογενοποίησης οδήγησαν σε μεγαλύτερες συγκεντρώσεις αυτών των ενώσεων στο γάλα. Η αύξηση των συγκεντρώσεων των ενώσεων που προαναφέρθηκαν αποδίδεται σε οξειδωτικές αντιδράσεις που συμβαίνουν στο γάλα κατά την ομογενοποίηση με υπέρηχους. Οι πρωτεΐνες του γάλακτος υπέστησαν μερική μετουσίωση κατά την ομογενοποίηση με υπέρηχους. Το ποσοστό της πρωτεϊνικής μετουσίωσης κυμάνθηκε ανάλογα με τις συνθήκες ομογενοποίησης από 7,08% (για ένταση υπερήχων 150W) έως 68,78%. (για ένταση υπερήχων 750W). Αντίθετα, η ομογενοποίηση με πίεση προκάλεσε ελάχιστη μετουσίωση των πρωτεϊνών (<3%) σε όλες τις συνθήκες που μελετήθηκαν. Η επίδραση των υπερήχων υψηλής έντασης στα μόρια των πρωτεϊνών του γάλακτος, ξεδιπλώνει τις πεπτιδικές αλυσίδες των πρωτεϊνών, εκθέτοντας ενεργά κέντρα των μορίων τους. Έτσι διευκολύνονται αλληλεπιδράσεις των πρωτεϊνών με άλλα μόρια και συστατικά του γάλακτος (άλλες πρωτεΐνες, λιποσφαίρια), με θετικές επιδράσεις σε αρκετά χαρακτηριστικά και λειτουργικές ιδιότητες του γάλακτος (αύξηση σταθερότητας γάλακτος ως γαλάκτωμα, αύξηση ζ-δυναμικού, ομοιογενής κατανομή λιποσφαιρίων, αύξηση ρυθμού πήξης προς γιαούρτι, αύξηση ιξώδους και βελτίωση χαρακτηριστικών υφής του παραγόμενου γιαουρτιού). Η εξέλιξη της διεργασίας ζύμωσης του ομογενοποιημένου γάλακτος παρουσίασε σημαντικές διαφορές για τις δύο διαφορετικές μεθόδους ομογενοποίησης. Παρόλο που ο χρόνος ζύμωσης δεν παρουσίασε σημαντικές διαφορές ανάλογα τις διαφορετικές συνθήκες ομογενοποίησης με τις δύο μεθόδους (μέσος όρος για τις συνθήκες που μελετήθηκαν ήταν 295±10 min), οι χρόνοι ζύμωσης των δειγμάτων γάλακτος ομογενοποιημένων με υπέρηχους ήταν ελάχιστα συντομότεροι, οι κινητικές παράμετροι της ζύμωσης (μpH, μvisc, λpH και λvisc) επηρεάστηκαν σημαντικά (Ρ<0,05). Ο μpH των δειγμάτων γάλακτος που είχαν ομογενοποιηθεί με πίεση είχε μέσο όρο 1,50*10-3±1,05*10-4 min-1 ενώ των δειγμάτων γάλακτος που είχαν ομογενοποιηθεί με υπέρηχους είχε 8,6*10-3±5,5*10-4 min-1 αντίστοιχα. Η λpH των ομογενοποιημένων με πίεση δειγμάτων είχε μέσο όρο 120±5 min και δεν παρουσίασε σημαντικές διαφορές σε σχέση με την πίεση ομογενοποίησης του γάλακτος. Όμως η λpH των ομογενοποιημένων με υπέρηχους δειγμάτων γάλακτος ήταν σημαντικά συντομότερη (Ρ<0,05) από την αντίστοιχη των ομογενοποιημένων με πίεση δειγμάτων, και μειωνόταν όσο αυξανόταν η ένταση των υπερήχων ομογενοποίησης, με ελάχιστη τιμή λpH (24min) να αντιστοιχεί στο δείγμα γάλακτος ομογενοποιημένο με υπέρηχους έντασης 750W. Ο μvisc επηρεάστηκε σημαντικά μόνο από την ένταση υπερήχων ή την πίεση ομογενοποίησης (Ρ<0,05), με τις τιμές του να αυξάνονται όσο αυξανόταν η ένταση υπερήχων ή η πίεση ομογενοποίησης στις δύο μεθόδους. Η λvisc των ομογενοποιημένων με πίεση δειγμάτων είχε μέσο όρο 130±17min, ενώ των ομογενοποιημένων με υπέρηχους δειγμάτων 124±12min. Η ένταση υπερήχων και η πίεση ομογενοποίησης δεν είχαν σημαντική επίδραση στη λvisc. Η τιμή του ιξώδους του γιαουρτιού, γενικώς, αυξανόταν όσο αυξανόταν η πίεση ή η ένταση των υπερήχων ομογενοποίησης του γάλακτος από το οποίο προήλθε το προϊόν. Όμως οι τιμές ιξώδους των δειγμάτων γιαουρτιού από ομογενοποιημένο με υπέρηχους γάλα ήταν υψηλότερες από εκείνες των δειγμάτων από ομογενοποιημένο με πίεση γάλα. Για τα δείγματα γιαουρτιού από ομογενοποιημένο με υπέρηχους γάλα οι τιμές κυμαίνονταν από 1,03 Pa*s έως 2,65 Pa*s (ομογενοποίηση σε 150 W και 750 W αντίστοιχα), ενώ για τα δείγματα από ομογενοποιημένο με πίεση γάλα κυμαίνονταν μεταξύ 1,29 Pa*s και 1,55 Pa*s (ομογενοποίηση σε 10/5 Μpa και 30/5 Mpa αντίστοιχα). Η σκληρότητα του γιαουρτιού για τα δείγματα από ομογενοποιημένο με πίεση γάλα κυμάνθηκε από 0,964Ν έως 1,153 Ν (ομογενοποίηση σε 10/5MPa και 30/5MPa αντίστοιχα) ενώ για τα δείγματα από ομογενοποιημένο με υπέρηχους γάλα από 1,049Ν έως 1,503Ν (ομογενοποίηση σε 150W και 750W αντίστοιχα). Οι τιμές κομμιώδους των γιαουρτιών από ομογενοποιημένο με πίεση γάλα κυμάνθηκαν από 0,572 N*s έως 0,726 N*s (ομογενοποίηση σε 10/5MPa και 30/5MPa αντίστοιχα) και από ομογενοποιημένο με υπέρηχους γάλα μεταξύ 0,580 N*s και 0,824 N*s (ομογενοποίηση σε 150W και 750W αντίστοιχα). Η συνεκτικότητα των γιαουρτιών από ομογενοποιημένο με πίεση γάλα είχε εύρος από 0,517 έως 0,547 (ομογενοποίηση σε 10/5MPa και 30/5MPa αντίστοιχα), ενώ των δειγμάτων από ομογενοποιημένο με υπέρηχους γάλα από 0,542 έως 0,632 (ομογενοποίηση σε 150W και 750W αντίστοιχα). Η σκληρότητα, η συνεκτικότητα και το κομμιώδες των δειγμάτων γιαουρτιού αυξάνονταν όσο πιο έντονες ήταν οι συνθήκες ομογενοποίησης του γάλακτος από το οποίο προήλθε το προϊόν. Η προσκολλησιμότητα των γιαουρτιών δεν παρουσίασε σημαντικές διαφορές ως προς τις συνθήκες ομογενοποίησης του γάλακτος και είχε τιμές 0,351±0,019 Ν*S για όλες τις συνθήκες που μελετήθηκαν. Η μικροδομή των γιαουρτιών από ομογενοποιημένο με πίεση γάλα είχε μορφή που προσομοίαζε με αφρό, ενώ εντοπίστηκαν επίσης κενά και ασυνέχειες. Αντίθετα, η μικροδομή των γιαουρτιών από ομογενοποιημένο με υπέρηχους γάλα, ειδικότερα σε υψηλότερες εντάσεις, ήταν πιο λεία, ομοιογενής και συνεχής.Στα δείγματα γιαουρτιού από γάλα ομογενοποιημένο με υπέρηχους και με πίεση ταυτοποιήθηκαν οι ίδιες ενώσεις με εκείνες που ταυτοποιήθηκαν και στα δείγματα γάλακτος, και επιπλέον η 3-υδροξυ-βουτανόνη και το εξανικό οξύ. Αυξημένες συγκεντρώσεις στα δείγματα γιαουρτιού από γάλα ομογενοποιημένο με υπέρηχους σε σχέση με τα δείγματα από γάλα ομογενοποιημένο με πίεση εντοπίστηκαν στις ενώσεις: ακεταλδεΰδη, 1-βουτεν-3-ένιο, ακετόνη, διμεθυλοσουλφίδιο, 1-επτένιο, εξανάλη, βουτυρικό οξύ, 2-επτανόνη, εξανικό οξύ, 2-εννεανόνη, δικυκλο[2.2.1]-επτα-2όνη, οκτανικό οξύ, δεκανοϊκό οξύ, 2-ενδεκανόνη και δεκαεξανικό οξύ. Για τον υπολογισμό της συνολικής αρέσκειας του γιαουρτιού βάσει των αρωματικών ενώσεων που περιλαμβάνει, προτάθηκε μαθηματικό μοντέλο με τη μέθοδο μερικής παλινδρόμησης ελαχίστων τετραγώνων και σύμφωνα με το κριτήριο «leave-p-out cross validation» (LpOCV) επιλέχθηκαν οι εξής ενώσεις: η ακεταλδεΰδη, η 2-βουτανόνη, η 2-3-βουταδιόνη, η 3-υδροξυ-2-βουτανόνη και η Δ-δεκαλακτόνη (με ευχάριστα χαρακτηριστικά αρώματος-γεύσης), και η εξανάλη, το βουτυρικό οξύ, η 2-επτανόνη, η 2-ενδεκανόνη και το δεκαεξανικό οξύ (με δυσάρεστα χαρακτηριστικά αρώματος-γεύσης), ως παράμετροι με τη σημαντικότερη επίδραση. Εξετάζοντας τα δείγματα γιαουρτιού για 37 οργανοληπτικά χαρακτηριστικά, εντοπίστηκαν σημαντικές (Ρ<0,05) διαφορές μεταξύ των δειγμάτων από ομογενοποιημένο με πίεση γάλα και από ομογενοποιημένο με υπέρηχους γάλα τόσο στα χαρακτηριστικά υφής όσο και στα χαρακτηριστικά αρώματος και γεύσης. Σε σχέση με τα δείγματα γιαουρτιού από ομογενοποιημένο με πίεση γάλα, τα δείγματα γιαουρτιού από ομογενοποιημένο με υπέρηχους γάλα έλαβαν υψηλότερες βαθμολογίες στα ευχάριστα χαρακτηριστικά υφής (συνεκτικότητα, σκληρότητα, πηγματώδης υφή, αρέσκεια υφής) αλλά έλαβαν χαμηλότερη βαθμολογία στην αποδοχή αρώματος και γεύσης. Αφενός διότι βρέθηκαν να έχουν πολύ έντονα αρωματικά χαρακτηριστικά που δημιουργούσαν αρνητική εντύπωση στους δοκιμαστές, και αφετέρου διότι εντοπίστηκαν και αρνητικά - ξένα αρώματα (χλόης, ταγγό, καμένο). Εντούτοις η συνολική αποδοχή των γιαουρτιών δεν παρουσίασε μεγάλη απόκλιση σε σχέση με τη μέθοδο και την ένταση ομογενοποίησης του γάλακτος, με τα δείγματα γιαουρτιού από ομογενοποιημένο με πίεση γάλα να έχουν ελάχιστα μεγαλύτερη αποδοχή λόγω του πιο αποδεκτού αρώματός τους και της ευχάριστης γεύσης τους. Για τον υπολογισμό της συνολικής αρέσκειας βάσει των οργανοληπτικών χαρακτηριστικών οσμής, γεύσης και αρώματος προτάθηκε μαθηματικό μοντέλο, με τη μέθοδο μερικής παλινδρόμησης ελαχίστων τετραγώνων, και επιλέχθηκαν τα χαρακτηριστικά με τη σημαντικότερη επίδραση: οσμή ορού γάλακτος, οσμή χόρτου/αλδεΰδης, καμένη οσμή, γεύση γιαουρτιού, άρωμα γάλακτος, άρωμα ορού, λιπαρό άρωμα, άρωμα χλόης και ταγγό άρωμα. Η ζύμωση των δειγμάτων γάλακτος που είχαν υποστεί ομογενοποίηση με υπέρηχους και με πίεση για παραγωγή γιαουρτιού από καλλιέργεια Bifidobacterium animalis subsp. Lactis έδειξε τιμές χρόνου ζύμωσης 192±12 min για όλες τις συνθήκες ομογενοποίησης που μελετήθηκαν. Ο μpΗ των δειγμάτων γάλακτος ομογενοποιημένα με πίεση είχε μέσο όρο 9,48*10-3±3,1*10-4 s-1 και διέφερε σημαντικά (Ρ<0,05) από τον μpΗ των δειγμάτων από ομογενοποιημένων με υπέρηχους που είχε μέσο όρο 11*10-3±7,4*10-4s-1. Η λpH είχε χαμηλότερες τιμές για τα δείγματα γάλακτος ομογενοποιημένα με υπερήχους, που κυμαίνονταν από 50min έως 31min (ομογενοποίηση σε 150W και 750W αντίστοιχα) ενώ για δείγματα γάλακτος ομογενοποιημένα με πίεση οι τιμές κυμαίνονταν από 66 έως 56min (ομογενοποίηση σε 10/5MPa και 30/5MPa αντίστοιχα). Ο μvisc των δειγμάτων γάλακτος ομογενοποιημένων με πίεση είχε μέση τιμή 4,72*10-3±0,27*10-4 s-1 όμως διέφερε σημαντικά (Ρ<0,05) από τον αντίστοιχο των δειγμάτων γάλακτος ομογενοποιημένα με υπέρηχους που ήταν υψηλότερος με τιμές από 4,48*10-3 s-1 έως 19,35*10-3 s-1 (ομογενοποίηση σε 150W και 750W αντίστοιχα). Η λvisc των δειγμάτων γάλακτος ομογενοποιημένα με πίεση είχε τιμές από 82 min έως 78 min (ομογενοποίηση σε 10/5 MΡa και 30/5 ΜPa αντίστοιχα), ενώ των δειγμάτων γάλακτος ομογενοποιημένα με υπέρηχους είχε τιμές από 92min έως 32min (ομογενοποίηση σε 150W και 750W αντίστοιχα). Όπως και στο συμβατικό γιαούρτι, το ιξώδες, η σκληρότητα, η συνεκτικότητα και το κομμιώδες του προβιοτικού γιαουρτιού επηρεάστηκαν σημαντικά (Ρ<0,05) από τη μέθοδο καθώς και την ένταση υπερήχων ή την πίεση ομογενοποίησης. Η μέθοδος υπερήχων οδήγησε σε υψηλότερες τιμές των χαρακτηριστικών αυτών, ενώ και αύξηση της πίεσης ή της έντασης υπερήχων αύξανε τις τιμές αυτών των χαρακτηριστικών. Ειδικότερα η τιμή του ιξώδους των προβιοτικών γιαουρτιών από ομογενοποιημένο με πίεση γάλα κυμάνθηκε από 1,02 Pa*s έως 1,44 Pa*s (ομογενοποίηση σε 10/5MPa και 30/5MPa αντίστοιχα), ενώ των δειγμάτων από ομογενοποιημένο με υπέρηχους γάλα μεταξύ 0,95 Pa*s και 2,48 Pa*s (ομογενοποίηση σε 150W και 750W αντίστοιχα). Η σκληρότητα των προβιοτικών γιαουρτιών από ομογενοποιημένο με πίεση γάλα κυμάνθηκε από 1,08 Ν έως 1,208 Ν (ομογενοποίηση σε 10/5MPa και 30/5MPa αντίστοιχα), ενώ των δειγμάτων από ομογενοποιημένο με υπέρηχους γάλα από 1,049 Ν έως 1,503 (ομογενοποίηση σε 150W και 750W αντίστοιχα). Η συνεκτικότητα των προβιοτικών γιαουρτιών από ομογενοποιημένο με πίεση γάλα κυμάνθηκε από 0,617 έως 0,632 (ομογενοποίηση σε 10/5MPa και 30/5MPa αντίστοιχα), ενώ των δειγμάτων από ομογενοποιημένο με υπέρηχους γάλα μεταξύ 0,591 και 0,731 (ομογενοποίηση σε 150W και 750W αντίστοιχα). Το κομμιώδες των προβιοτικών γιαουρτιών από ομογενοποιημένο με πίεση γάλα κυμάνθηκε από 0,671 Ν*s έως 0,764 N*s (ομογενοποίηση σε 10/5MPa και 30/5MPa αντίστοιχα), ενώ των δειγμάτων από ομογενοποιημένο με υπέρηχους γάλα μεταξύ 0,620 N*s και 1,099 N*s (ομογενοποίηση σε 150W και 750W αντίστοιχα). Η προσκολλησιμότητα δεν επηρεάστηκε ούτε από τη μέθοδο ούτε από την ένταση της ομογενοποίησης και είχε μέσο όρο τιμών 0,445±0,02 Ν*S. Συνοψίζοντας, οι υπέρηχοι υψηλής έντασης έχουν ομογενοποιητικό αποτέλεσμα καλύτερο από τη συμβατική ομογενοποίηση με πίεση δύο σταδίων, καθότι επιτυγχάνουν συγκρίσιμη μείωση στο μέγεθος των λιποσφαιρίων του γάλακτος, αλλά πιο ομοιόμορφη κατανομή μεγέθους όπως και μεγαλύτερη σταθερότητα του γάλακτος ως γαλάκτωμα για περισσότερο χρόνο. Επίσης διαταράσσουν τις κυτταρικές μεμβράνες των μικροβίων του γάλακτος μειώνοντας την ΟΜΧ και ελευθερώνοντας στο όγκο του γάλακτος ένζυμα και μεταβολίτες που μπορούν να αξιοποιηθούν από τις καλλιέργειες εκκίνησης κατά την οξυγαλακτική ζύμωση του γάλακτος προς γιαούρτι. Ακόμη, προκαλούν μερική μετουσίωση στις πρωτεΐνες του γάλακτος, γεγονός που ευνοεί τις αλληλεπιδράσεις μεταξύ πρωτεϊνικών μορίων και άλλων συστατικών του γάλακτος, αυξάνοντας έτσι τη λειτουργικότητά τους και ενισχύοντας το ομογενοποιητικό αποτέλεσμα. Στα αρωματικά μόρια του γάλακτος, οι υπέρηχοι υψηλής έντασης έχουν αρνητική επίδραση, καθώς προκαλούν το σχηματισμό ενώσεων όπως αλδεΰδες, κετόνες και οργανικά οξέα, που στην πλειοψηφία τους προκαλούν μη αποδεκτό άρωμα στο γάλα και τα προϊόντα του. Η εφαρμογή ομογενοποίησης γάλακτος με υπέρηχους στην παραγωγή γιαουρτιού, διευκολύνει την ζύμωση και την πήξη του γάλακτος, καταλήγοντας σε γιαούρτι με υψηλότερο ιξώδες, βελτιωμένα χαρακτηριστικά υφής και πιο ομοιόμορφη μικροδομή αλλά με λιγότερο ευχάριστο άρωμα.