This article has an erratum: [https://doi.org/10.1051/dst/2010003]

Dairy Sci. Technol. 89 (2009) 83-98
DOI: 10.1051/dst/2008037

Impact of ultrasound on dairy spoilage microbes and milk components

Michelle Cameron, Lynn D. McMaster and Trevor J. Britz

Department of Food Science, University of Stellenbosch, Private Bag X1, Matieland, 7602, South Africa

Received 23 May 2007 – Accepted 28 November 2008 - Published online 30 January 2009

Abstract - Numerous reports in the literature suggest pasteurisation failures in the dairy industry as a possible cause for an end product with a poor quality. Ultrasonication offers the dairy industry a non-thermal alternative to pasteurisation. The aim of this study was to evaluate the use of ultrasonication as an alternative to heat pasteurisation. Ultrasound was found to eliminate spoilage and potential pathogens to zero or to levels acceptable by South African and British milk legislation, even when initial inoculum loads of 5 higher than permitted were present before treatment. Viable cell counts of E. coli were reduced by 100% after 10.0 min of ultrasonication. The data obtained also showed that viable counts of Pseudomonas fluorescens were reduced by 100% after 6.0 min and Listeria monocytogenes was reduced by 99% after 10.0 min. An infra-red based apparatus was used to analyse raw and pasteurised milk after an ultrasonic treatment. Ultrasonication did not lead to decreases in the protein or lactose content of both raw and pasteurised milk. Kjeldahl nitrogen determinations confirmed that ultrasonication had no detrimental effect on the total protein or casein content of pasteurised milk. This study indicated that ultrasonication lead to an increase in the fat concentration. This was explained by the larger surface area of the fat globules after ultrasonication, which led to an increase in light scattering as observed by the MilkoScan. Alkaline phosphatase and lactoperoxidase activities were also investigated as potential indicators of an effective ultrasonic treatment. Ultrasonication was, however, found to be ineffective in deactivating both enzymes used regularly by the dairy industry as indicators of effective thermal processes.

Résumé - Impact des ultrasons sur les microbes d'altération du lait et sur ses composants
De nombreuses publications suggèrent que dans l'industrie laitière, la mauvaise qualité du produit fini peut provenir de défaillances de la pasteurisation. Le but de cette étude a été d'évaluer l'utilisation de l'ultrasonication comme alternative au traitement thermique. Les résultats ont montré que les ultrasons éliminaient totalement, ou à des niveaux acceptables par la législation sud-africaine et anglaise, la flore d'altération et les pathogènes potentiels, et ce même quand les charges d'inoculum initiales avant traitement étaient 5 fois supérieures à celles autorisées. La réduction du nombre de cellules viables après ultrasonication était de 100 % après 10.0 min pour E. coli, de 100 % après 6.0 min pour Pseudomonas fluorescens et de 99 % après 10.0 min pour Listeria monocytogenes. L'analyse par infrarouge du lait cru et du lait pasteurisé après traitement aux ultrasons ne montrait aucune diminution de la teneur en protéines et en lactose dans ces deux laits. La quantification de l'azote par Kjeldahl confirmait l'absence d'effet préjudiciable de l'ultrasonication sur les teneurs en protéines totales ou en caséines du lait pasteurisé. Cette étude montre que l'ultrasonication conduit à une augmentation de la concentration en matière grasse. Ceci s'explique par la plus grande surface des globules gras après ultrasonication qui conduit à une augmentation de la diffraction de la lumière observée par le MilkoScan. Les activités de la phosphatase alcaline et de la lactoperoxydase, habituellement utilisées dans l'industrie laitière comme indicateurs de traitement thermique efficace, ont aussi été étudiées. Cependant, l'ultrasonication s'est avérée inefficace pour désactiver ces deux enzymes.

Key words: ultrasound / milk / microorganism / protein / D-value

Mots clés : ultrason / lait / microorganisme / protéine / réduction décimale

Corresponding author: tjbritz@sun.ac.za

© INRA, EDP Sciences 2009