ALP science 2007, Nr. 515
EINSATZ DER MIKROFILTRATION ZUR HERSTEL- LUNG VON MILCHKONZENTRATEN UND DEREN VERARBEITUNG ZU HALBHARTKÄSE
Technisch-wissenschaftliche Informationen
ALP science
Titelbild
Einsatz der Mikrofiltration zur Herstellung von Milchkonzentraten und deren Verarbeitung zu Halbhartkäse
Erstveröffentlichung
Autoren Katrin Schreier Karl Schafroth
Herausgeber
Forschungsanstalt Agroscope Liebefeld-Posieux (ALP) Schwarzenburgstrasse 161
CH-3003 Bern
Telefon +41 (0)31 323 84 18 Fax +41 (0)31 323 82 27 http: www.alp.admin.ch e-mail: science@alp.admin.ch
Kontakt Rückfragen Katrin Schreier
e-mail katrin.schreier@alp.admin.ch Telefon +41 (0)31 323 26 52 Fax +41 (0)31 323 82 27
Gestaltung Marc Wassmer
Erscheinung
Mehrmals jährlich in unregelmässiger Folge
ISBN 978-3-905667-55-4 Inhalt
1 Einleitung 3
2 Von der Milch zum Retentat 4
2.1 Prozess 4
2.2 Eigenschaften des Retentates 7
2.3 Zwischenlagerung des Retentates 7
3 Vom Retentat zum Halbhartkäse 8
4 Säuerungsverhalten 11
4.1 Säuerungsverhalten verschiedener ALP-Kulturen
in Retentat 11
4.2 Säuerungsverhalten in Halbhartkäse aus Retentat 14 5 Auswirkungen der technologischen Schritte auf das End-
produkt unter Berücksichtigung der Milchvorbehandlung 16 5.1 Einfl uss von Calciumchlorid und der Reifungsart
auf die MF-Käse 16
5.2 Einfl uss der Vorreifungs- und Dickungszeit auf die MF-Käse, inklusive Cheddartechnologie 16 5.3 Einfl uss des Fettgehaltes, Molkenproteingehaltes
und Lactosegehaltes auf hochviskose
MF-Retentate und Rohkäse 16
6 Käsequalität 17
6.1 Sensorische Eigenschaften 17
6.2 Schmelzeigenschaften 19
7 Wirtschaftliche Überlegungen 21
7.1 Protein- und Fettübergangsraten in die Käse 21
8 Technologiebeurteilung 22
8.1 Auswirkung des Verfahrens auf die Käseeigen-
schaften (inklusive Grenzen) 22
8.2 Mögliche Anwendungen 23
9 Zusammenfassung 24
10 Literatur 25
11 Anhang 26
Katrin Schreier Karl Schafroth
EINSATZ DER MIKROFILTRATION ZUR HERSTELLUNG VON MILCHKONZENTRATEN UND DEREN VERARBEI- TUNG ZU HALBHARTKÄSE
Keywords
microfiltration, protein concentration, milk retentate, semi-hard cheese, continuous cheese production, flat sheet filter module, tubular module
1 Einleitung
Membrantrenntechnik ist eine State of the Art-Technologie geworden und aus grösseren Molkereien und Käsereien nicht mehr wegzudenken. Die Standardisierung der Verarbeitungsmilch (Reduktion von Gewichtsschwankungen pro Käselaib) und Abtrennung von Mikroorganismen und Sporen aus Milch, sowie die Aufarbeitung von Salzbädern oder die selektiven Fraktionierung von Milchbestandteilen sind einige Beispiele dafür.
Die kontinuierliche Herstellung von Halbhartkäse mit minimalem Molkeabfluss rückt in den Bereich des Möglichen. Vorteile der kontinuierlichen Käseproduktion sind: arbeitssparende kontinuier- liche Produktion durch Vollautomatisierung und Ausbeutesteige- rung (keine Verluste von Fett und Kasein im Permeat und in der Molke). Anstatt Labmolke wird ein hochwertiges Nebenprodukt gewonnen, die sogenannte „ideale Molke“. Sie enthält native Molkenproteine, ist praktisch keimfrei, ungesäuert, enthält kein Lab, sowie keine Fett- und Kaseinverluste und ist somit ideal zur Weiterverarbeitung geeignet. Mittels Mikrofiltration (MF) werden im Allgemeinen höhere Permeat-Leistungen erreicht im Gegensatz zur Ultrafiltration (UF). Das so gewonnene Milchretentat kann zu hochwertigen Halbhartkäsen weiterverarbeitet werden.
Mittels Mikrofiltration werden das Milchfett und die Caseine aufkonzentriert, während die Molkenproteine, Lactose und niedermolekularen Proteine und Salze die Membran weitestgehend passieren können. Zusammen mit den Proteinen wird das Eiweiss gebundene Calcium und Phosphat mitaufkonzentriert. Zudem wurde das Säuerungsverhalten verschiedener ALP-Kulturen in Milchretentat, welches durch Mikrofiltration gewonnen wurde, getestet. Aus vorherigen ALP-Arbeiten ist bekannt, dass das Retentat eine Pufferwirkung besitzt, und die Anfangssäuerung verlangsamt ist. Es gilt, eine optimale Kultur für die Herstellung von Halbhartkäse aus Retentat zu finden.
Das Ziel dieser Arbeit war, aus Milchretentat Halbhartkäse mit minimaler Bruchbereitung zu produzieren, welche in ihrer Qualität und Zusammensetzung vergleichbar mit traditionell hergestelltem Käse sind. Weiterhin wurden neue Kassettenfiltermodule getestet, um hochviskose Retentate bei niedrigeren Filtrationstemperaturen von 50-55 °C mit einer genügend hohen Trockenmasse für Halbhartkäse versuchsweise ohne Bruchbereitung und Molke- abscheidung kontinuierlich herzustellen.
2 Von der Milch zum Retentat
2.1 Prozess
Zahlreiche Versuche wurden bei ALP zur Herstellung von Halbhartkäse aus Milchretentat durchgeführt. Die Herstellung von Milchretentat mittels Mikrofiltration (MF) ist in Abb. 1 dargestellt.
Dazu wurde zunächst die auf den gewünschten Fettgehalt eingestellte Werkmilch pasteurisiert und anschliessend mittels Mikrofiltration aufkonzentriert. Die Daten sind in Anhang 1 dargestellt. Auch wurde die Auswirkung einer alternativen Vorbehandlung der Werkmilch auf die Käsequalität geprüft.
Die Kesselmilch (Magermilch) wurde alternativ zur Pasteurisierung mit einer 1.4 μm-Keramikmembran zur Keimreduzierung mikrofiltriert und mit dem anfallenden, pasteurisierten Retentat und pasteurisiertem Rahm, auf den Fettgehalt eingestellt.
Das Milchretentat wurde rasch auf Einlabungstemperatur oder, wenn es zwischengelagert wurde, auf 4 °C heruntergekühlt und spätestens bis zum nächsten Tag zu Halbhart-Käse mit minimaler oder versuchsweise ohne Bruchbereitung oder mittels Cheddartechnologie verarbeitet.
Die Aufkonzentrierung der Milch erfolgte entweder batchweise oder kontinuierlich mittels Querstromfiltration auf einer Pilotanlage im Labor- bzw. Industriemassstab.
Bei der batchweisen Mikrofiltration von pasteurisierter Werkmilch (3.15 % Fettgehalt) konnte ein Flux von 150 L/h zu Beginn und zum Ende von 20 L/h erzielt werden. Die Temperatur musste mit zunehmendem Konzentrationsfaktor und zunehmender Viskosität des Retentates von 50 °C auf 80 °C erhöht werden, um noch
einen Permeatflux aufrecht zu erhalten. Der Konzentrationsfaktor betrug unter der Annahme einer 100 %-igen Aufkonzentrierung des Milchfettes etwa 5.7.
Zudem wurde Milch mit unterschiedlichem Ausgangsfettgehalt kontinuierlich mikrofiltriert und zur Lactosereduktion z. T. noch diafiltriert (DF). Die Daten der beiden Pilotanlagen und der Filtrationsparameter sind aus der Tab. 1 ersichtlich.
Abb. 1: Herstellung von Milchretentat mittels Mikrofiltration
~ VKF 5 Fett: 33 g/kg (~48 % FiTr. im Käse)
Retentat Pasteurisierung 80 °C/15 s
Werkmilch
Standardisierung
9 kg 38 °C
~pH 6.55
MF-Konzentrierung (0.1 µm)
Pasteurisierung 72 °C/18 s
Permeat:
„Ideale Molke“
Magermilch
MF (1.4 µm)
Rahm
Retentat
Pasteurisierung 80 °C/5 s keimreduziertes
Permeat
Alternative 1 Alternative 2
~ VKF 5 Fett: 33 g/kg (~48 % FiTr. im Käse)
Retentat Pasteurisierung 80 °C/15 s
Werkmilch
Standardisierung
9 kg 38 °C
~pH 6.55
MF-Konzentrierung (0.1 µm)
Pasteurisierung 72 °C/18 s
Permeat:
„Ideale Molke“
Magermilch
MF (1.4 µm)
Rahm
Retentat
Pasteurisierung 80 °C/5 s keimreduziertes
Permeat
Alternative 1 Alternative 2
Alternative 1 Alternative 2
Tab. 1: Daten der Pilotanlagen und der Experimente
Die Werkmilch wurde auf 50 °C vorgewärmt und auf maximal mögliche Trockenmasse aufkonzentriert, die von der Ausgangs- zusammensetzung der Werkmilch abhängt.
Die Werkmilch mit einer Ausgangstrockensubstanz von 11.7 %, einem Fettgehalt von 3.15 % und einem Proteingehalt von 3.3 % konnte im Batch-Verfahren bis auf eine Trockensubstanz (TS) von 39.3 % (Retentat: Fettgehalt von 17.8 % und Proteingehalt von 16.3 %) aufkonzentriert werden. Bei einer 100 %-igen Fett- retention entspricht dies einem Konzentrationsfaktor von 5.6.
Das Retentat enthält ein Casein-Molkenprotein-Verhältnis (CMV) von 93.6:6.4 im Vergleich zu 84.8:15.2 in der Ausgangsmilch, dies bedeutet, dass sich der Molkenproteinanteil im Retentat halbiert hat. In der Ausgangsmilch liegen 11.1 % als β-Lactoglobulin vor und 4.1 % als α-Lactalbumin. Das Verhältnis der beiden Molken- proteine ändert sich, in dem Retentat liegen 5 % als β-Lacto- globulin und 1.4 % als α-Lactalbumin vor. α-Lactalbumin wird im Retentat verringert (abgereichert). Der Gehalt an Lactose sinkt auf
2.9 % im Vergleich zur Ausgangsmilch mit 4.6 %. Mittels Diafil- tration könnte der Lactosegehalt gesenkt werden. Der Aschege- halt ist gegenüber der Werkmilch (0.74 %) mit 1.83 % erhöht . Der Calciumgehalt beträgt in der Werkmilch 1122 mg/kg im Retentat hingegen 6925.5 mg/kg, weil mit den Caseinen auch das an die Pro- teine gebundene Calcium und Phosphor erhöht wird. Die Gehalte an Citronensäure sind im Retentat gleich wie in der Kesselmilch.
In vorherigen Arbeiten bei ALP konnte festgestellt werden, dass der Fettverlust ins Permeat bei der Mikrofiltration nahezu Null ist.
Ins Permeat gehen 5.9 % Trockenmasse über, dabei handelt es sich vor allem um niedermolekulare Verbindungen wie Salze, gelöstes Calcium, Lactose, NPN und einen Teil der Molkenproteine.
Die durch Mikrofiltration entkeimte Magermilch mit einem Fett- gehalt von 0.02 bis 0.05 %, wurde mit pasteurisiertem Retentat und pasteurisiertem Rahm auf 3.3 % Fett eingestellt und auf eine Trockensubstanz von 35.3 % im Batch-Verfahren aufkonzentriert.
Pilot-Anlage Herstellfi rma Bezeichnung, Typ Massstab
Tetra Pak (Schweiz AG) Alcross M, Typ 7 Pilotmassstab
Filterelemente Herstellfi rma Bezeichnung, Typ Deckschichtkontrolle Modul
Loopanzahl Filtrationsart Material Porengrösse [μm]
Filterfl äche total [m2] Filterlänge [mm]
ø-Filterkanäle [mm]
Pall-Exekia P 19-40 GP-Ausführung Rohrmodul 1 MF Al2O3 0.1 1.68 1020 4.0
Parameter Modus
Filtrationstemperatur [°C]
batchweise 50->80
Varianten 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
Käse HH HH HH HH C HH HH HH HH HH HH HH HH- HH HH-
HH: Halbhartkäse mit minimaler Bruchbereitung C: Käse mit Cheddartechnologie produziert HH-: Halbhartkäse ohne Bruchbereitung
HF-Finnatec GmbH Pilotanlage
Produktionsmassstab
NCSRT Consep® 11000 -
Kassettenmodul 3
MF/UF/UF (+ DF) PS bzw. PES 0.12 μm bzw. 10 kDa 10/10/5
k. A.
k. A.
kontinuierlich 50-55
Das Retentat hatte einen Fettgehalt von 16.8 %. Dies entspricht einem Konzentrationsfaktor von etwa 5.1. Der Rahm zur Fettge- haltseinstellung hatte einen Fettgehalt von 34.5 %. Der Molken- proteinanteil dieses Retentates ist leicht höher als der im Retentat, welches aus Pastmilch (3.15 % Fett) hergestellt wurde.
Mit der kontinuierlichen Industrie-Pilotanlage konnte die Werk- milch mit Diafiltration (DF) bis auf 33.4 % Trockensubstanz für Magermilch, 40.0 % Trockensubstanz für Werkmilch mit 2 % Fett, 44.8 % Trockensubstanz für Werkmilch mit 3.2 % Fett als Aus- gangsfeed aufkonzentriert werden.
Die pasteurisierte Magermilch mit einer Trockenmasse von 9.1 %, mit einem Fettgehalt von 0.07 % und Proteingehalt von 3.4 % konnte bis auf eine Trockenmasse von 33.4 % bei einem Protein- gehalt von 27.7 % und Fettgehalt von 0.67 % mittels MF-UF-UF mit DF bei 50 bis 55 °C aufkonzentriert werden ohne die Filtra- tionstemperatur bis auf 80 °C erhöhen zu müssen. Somit könnten die Molkenproteine in ihrem nativen Zustand gewonnen werden.
Pasteurisierte Werkmilch mit einer Trockenmasse von 10.78 %, einem Fettgehalt von 2.1 % und Proteingehalt mit 3.16 % konnte mittels MF-UF-UF und DF bis auf eine Trockenmasse von 39.96 % bei einem Fettgehalt von 15.1 % und Proteingehalt von 21.1 % aufkonzentriert werden.
Ohne Diafiltration konnte die Werkmilch von einer Trockensub- stanz von 10.8 % (Fettgehalt 2.0 % und Proteingehalt 3.27 %) auf eine Trockenmasse von 41.88 %, (Fettgehalt von 14.5 % und Proteingehalt von 22.17 %) aufkonzentriert werden.
Die Werkmilch mit 3.2 % Fett mit einer Trockenmasse von 11.94 % und einem Rohproteingehalt von 3.25 % konnte bis auf eine Trockenmasse von 44.8 % aufkonzentriert werden mit 21.2 % Fett und 19.76 % Protein. Das durchschnittliche CMV beträgt etwa 85.5:14.5 in der Ausgangsmilch, im Retentat etwa 89.0:11.0.
Im Magermilchretentat mit Diafiltration hergestellt betrug der Proteinanteil an der Trockenmasse 83 %, was sehr hoch ist. Durch
den Einsatz der Diafiltration konnte der Lactosegehalt der Werk- milch mit 2 % Fett von 3.2 % auf 1.9 % eingestellt werden.
Die Zusammensetzung der einzelnen Retentate und der Aus- gangsmilch sind in Anhang 2 und 3 dargestellt.
2.2 Eigenschaften des Retentates
Während des Aufkonzentrierens der Kesselmilch mittels Mikrofil- tration mit einer 0.1 μm-Membran werden nicht nur Caseine und Milchfett sondern auch Mikroorganismen und Sporen in der Milch mitaufkonzentriert (Konzentrationsfaktor der aerob mesophilen Keime der pasteurisierten Werkmilch: 3.2). Daher ist es wichtig auf eine gute Rohmilchqualität zu achten und möglichst silofreie Milch zu verwenden, und die Rohmilch sofort bei Erreichen der Käserei zu pasteurisieren, d. h. die pathogenen Mikroorganismen abzutöten und ihre Enzymaktivität zu inaktivieren, oder mittels Mikrofiltration die Keimzahl zu reduzieren.
MF-Retentat hat sehr spezifische Eigenschaften, die sich mit stei- gendem Volumenkonzentrationsfaktor und/oder mit abnehmen- dem Fettgehalt verstärken. Diese speziellen Eigenschaften müssen bei der Retentatverarbeitung berücksichtigt werden.
• Bei 5 °C ist das Mikrofiltrations-Retentat (Milchgel) gelartig und fest, mit ansteigender Temperatur nimmt die Viskosität ab, bei 40 °C ist es dickflüssig.
• Um die Mischfähigkeit für den Zusatz von Kulturen, Lab und eventuell anderen Zutaten zu gewährleisten, ist eine genü- gend hohe Verarbeitungstemperatur von 35 bis 40 °C, je nach Volumenkonzentrationsfaktor und Fettanteil zwingend not- wendig.
• Durch den relativ hohen Anteil an Trockensubstanz und der damit verbundenen hohen Viskosität, ist die Wärmeübertra- gung im Retentat sehr träge, und somit nehmen Temperatur- veränderungen eine gewisse Zeit in Anspruch.
• Auf die Reinigung der Gerätschaften und Anlagen ist ein besonderes Augenmerk zu richten.
• Erfahrungen beim Pasteurisieren von Milchretentat haben gezeigt, dass die gewohnten Zeit- und Temperaturbedin- gungen nicht ausreichen, um eine genügend hohe Keim- reduktion zu erreichen, da die Keime im Innern der Gelstruktur vor der Temperatureinwirkung besser geschützt sind.
• Auf warmem Milchretentat, das in einem offenen Behälter beispielsweise einer Milchkanne, zwischengelagert wird, bildet sich sofort eine Haut, die sich sehr schwer wieder homogen verflüssigen lässt.
2.3 Zwischenlagerung des Retentates
Milchretentat kann in Behältern oder in Plastiksäcken gekühlt bei 5 °C für ca. 10 Tage oder tiefgekühlt bei -25 °C für mehrere Monate zwischengelagert werden. Aufgetaut wird das Retentat bei 5 °C in 3 bis 5 Tagen. Tiefgefrorenes Retentat ist nach dem Auftauen bei Raumtemperatur gummig-fest. Um es wieder komplett zu verflüssigen, muss es auf 70 °C erwärmt werden, trotzdem ist es sehr schwierig alle verfestigten Teile aufzulösen.
Zwischengelagert bei 5 °C bleibt das Retentat in seiner gelartigen Struktur bestehen, muss aber, um vollständig verflüssigt zu werden, unter mechanischer Mithilfe auf etwa 50 °C aufgewärmt werden. Vor allem beim Abkühlen aber auch beim Aufwärmen ist das zwischengelagerte Retentat während längerer Zeit idealen Wachstumsbedingungen für Keime, von 20 bis 50 °C, ausgesetzt, was die mikrobiologische Qualität der Produkte negativ be- einflussen kann.
Bedingt durch diese Schwierigkeiten ist eine Zwischenlagerung des Retentates nicht zu empfehlen, sondern nach dem Aufkonzentrieren eine direkte Verarbeitung anzustreben. In allen Versuchsreihen wurde daher das Retentat nach der Mikrofiltration auf Gerinnungstemperatur heruntergekühlt und sofort zu Käse weiterverarbeitet. Das Retentat wurde nie unter 35 °C abgekühlt, um eine Gelbildung zu vermeiden.
3 Vom Retentat zum Halbhartkäse
An ALP wurde eine Standardrezeptur zur Herstellung von Hal- bhartkäse aus Milchretentat entwickelt. Es wurden insgesamt 16 Käse mit einem Frischgewicht (nach einem Tag nach der Käseproduktion) von etwa 6 kg nach der in Abb. 2 aufgeführten Rezeptur produziert.
VKF: Volumenkonzentrationsfaktor
Abb. 2: Standardrezeptur zur Herstellung von Halbhartkäse aus Mikrofiltrationsretentat mit minimaler Bruchbereitung
Die Dickungszeit beinhaltet die Gerinnungszeit (Zeitdauer vom Einlaben bis zum Gerinnen) und die Ausdickungszeit (von der Gerinnung der Milch bis zum Schneiden der Gallerte). Abweichend von der Standardrezeptur wurde bei den Käsevarianten 1 bis 4 der Calciumgehalt (35 %-ige CaCl2-Lösung, Merck) und die Art der Reifung (Folien- und Schmierereifung) variiert.
Weiterhin wurde bei den Käsevarianten 5 bis 9, um den Was- sergehalt im Käse gegenüber der Standardrezeptur zu senken, die Kesselmilch einstündig vorgereift und eine längere Dickungszeit gewählt. Durch das Vakuumieren der Käse während zweier Tage, sollte die Bruchlochung im Käse unterdrückt werden, analog zu foliengereiften Käsen. Es wurden neben Halbhartkäse mit minimaler Bruchbereitung auch Halbhartkäse ohne minimale Bruchbereitung aus Vollretentat sowie Käse mit Hilfe der Cheddartechnologie hergestellt. Bei dieser Technologie erfolgte nach der minimalen Bruchbereitung das Bruchsalzen (Salzzugabe 2.80 %) mit anschliessendem Pressen gemäss Standardrezeptur.
Bei den Käsevarianten 10 bis 15 wurde abweichend zur Stan- dardrezeptur die Labungstemperatur auf 41 °C erhöht und das Lösen des Käses nur nach 10 und 20 min durchgeführt. Das Pressen begann 1 h nach der Kulturenzugabe. Käsevariante 11 wurde abweichend 2 h bei 1 bar gepresst. Zudem wurde der Fettgehalt der aufzukonzentrierenden Milch (Magermilch und Werkmilch mit 2.0 % und 3.2 % Fett) sowie der Lactosegehalt mittels Diafiltration in der zweiten Stufe variiert. Das Magermilchretentat und das Retentat der 2 %-igen Werkmilch wurden mit hochfettem 70 %-igem Rahm auf den Fettgehalt der Käse eingestellt, dabei wurde der Proteingehalt des Retentates leicht wieder verdünnt. Bei der Herstellung von Käse ohne Bruchbereitung
wurde das mit Kulturen und Lab versetzte Retentat in eine, mit einem Plastiksack ausgelegte Pressform gegossen. Nach etwa einer Stunde Verfestigungszeit wurde der Laib aus dem Sack genommen, wieder zurück in die Pressform gelegt und gemäss Standardrezeptur gepresst. Aufgrund der hohen Viskosität des Retentates kann die minimale Bruchbearbeitung nicht mit herkömmlichen Bruchbearbeitungswerkzeugen erfolgen. Es wurde zur Bruchbereitung eine verstärkte Harfe oder ein Messer verwendet. Soweit nicht auf den Endfettgehalt eingestellte Kesselmilch aufkonzentriert wurde, wurde der Fettgehalt mit hochfettem Rahm eingestellt.
Die Zusammensetzung der verschiedenen Käse aus dem Milch- retentat sowie die Zusammensetzung eines MF-Halbhartkäse aus Retentat (kontinuierliche Aufkonzentrierung) im Vergleich zu einem traditionell hergestelltem Halbhartkäse sind in Anhang 4 bis 6 dargestellt. Aus Tabelle 2 ist zu sehen, dass die für Halb- hartkäse benötigte Trockenmasse erreicht wird. Es ist möglich Halbhartkäse aus Milchretentat mit minimaler Bruchbereitung herzustellen.
Der Wassergehalt der aus Milchretentat hergestellten Halb- hartkäse (Variante 1 bis 4) nach 24 h lag mit 467 bis 496 g/kg (x=479 g/kg, s=12.7 g/kg) etwas über denen von Raclettekäse mit 430-460 g/kg. Nach einer Reifungszeit von 68 Tagen betrug der durchschnittliche Wassergehalt 421.5 g/kg (s=3.1 g/kg), Werte für den Modellraclette MK 401, nach 90 Tagen sind 390-410 g/kg. Die Halbhartkäse mit minimaler Bruchbereitung hatten noch einen etwas zu hohen Wassergehalt, der in nach- folgenden Versuchen durch geeignete Massnahmen gesenkt wurde.
VarianteEinheit123456789101112131415 Käse nach 1 TagHHHHHHHHHHHHHHHHCHHHHHHHHHHHH
Modell- raclette trad. Herstellung Fettgehalt der mikrofiltrierten Milch3.153.153.153.153.33.33.33.33.30.072.02.12.13.23.23.3 FiltrationMFMFMFMFMFMFMFMFMFMF-UF-UFMF-UF-UFMF-UF-UFMF-UF-UFMF-UF-UFMF-UF-UFohne CaCl2-Zugabe[‰]001.671.67000000000000.20 ReifungsartFSFSSvSvSvSvFSSSSvSSvS Vorreifungszeit [min]000006060606000000040 Dickungszeit[min]35353535356015024024035353535353535 DiafiltrationneinneinneinneinneinneinneinneinneinDFneinDFDFDFDFnein Bruchbereitungminimalminimalminimalminimalminimalminimalminimalminimalminimalohneohneohneminimalohneminimalmit Wasser (Trocknungsverlust)496467472481479487505489539506501556442550444457 Wasser in fettfreier Masse Wff [g/kg]651626630640647648661634692669k.A.k.A.k.A.k.A.k.A.616 Fett [g/kg]238255251248260248236229221244k.A.k.A.k.A.k.A.k.A.258 Fett in der Trockenmasse FiTr. [g/kg]473478475478499484476447479493k.A.k.A.k.A.k.A.k.A.475
[g/kg]
Tab. 2: Erreichte Trockenmasse der MF-Käse (nach 1 Tag) im Vergleich zu einem traditionell hergestellten Modellraclette (nach 1 Tag)
4 Säuerungsverhalten
4.1 Säuerungsverhalten verschiedener ALP-Kulturen in Retentat
Aus der Literatur ist bekannt, dass das Säuerungsverhalten von Kulturen in Milchretentat gegenüber dem in Milch abweicht [Hannon et al. 2006]. In vorhergehenden Arbeiten [interner Bericht 5/2002] wurde meist die Kultur MK 401 verwendet.
Mit anderen Kulturen wurden in der Vergangenheit keine Ver- suche durchgeführt. In dieser Arbeit sollten einige ALP Kulturen auf ihr Säuerungsverhalten untersucht werden, auch in Ab- hängigkeit ihrer Salzkonzentration und der eingesetzten Kultu- renmenge. Der Säuerungsverlauf wurde in Magermilchretentat
(Trockenmasse von 28.7 %, Konzentrationsfaktor: 8.3) für die Kultur MK 401 zur Bestimmung des Einflusses des Salzgehaltes auf die Säuerung bestimmt. Die Zusammensetzung der Ausgangs- magermilch, des Filtrates und des Magermilchretentates sind in Anhang 7 dargestellt. Für die Säuerungskurven wurde Retentat eines Mikrofiltrationsbatches verwendet. Zur Erstellung aller Säuerungskurven wurde der Mittelwert zweier Proben gebildet.
Die Säuerungsverläufe wurden wie folgt bestimmt (Abb. 3):
Abb. 3: Versuchsdurchführung zur Aufzeichnung des Säuerungsverlaufes in Retentat
Die Bebrütungstemperatur wurde im Referenz-Retentat gemessen.
Direkt nach dem Animpfen mit Kultur wurde die Aufzeichnung des pH-Verlaufes über 20 h gestartet. Das Magermilchretentat hatte nach dem Sterilisieren eine gebräunte, verfestigte Lactoseschicht. Diese Schicht löste sich aber beim Temperieren auf Bebrütungstemperatur durch heftiges Schütteln wieder auf.
Ein sterilisiertes Vollmilchretentat zeigte nur eine gelartige Schicht (wie Gelatine), welche durch Schütteln leicht wieder aufgelöst werden konnte.
Abb. 4 zeigt den Säuerungsverlauf von MK 401 in sterilisiertem bzw. pasteurisiertem Magermilchretentat mit und ohne Kochsalz- zugabe. Die Kultur MK 401 säuert bei einer Bebrütungstempera- tur von 37 °C innerhalb von 5 h auf einen pH-Wert von 5.47 in
sterilisiertem Magermilchretentat ohne NaCl-Zugabe mit einer Impfmenge von: 1 % und auf pH 5.54 mit einer Impfmenge von 1.5 % und in pasteurisiertem Magermilchretentat mit einer Impf- menge von 1.5 % auf pH 5.49. Nach 20 h lag der End-pH-Wert im Bereich 4.47-4.67. Im Vergleich dazu säuert die Referenz (MK 401 in sterilisierter standardisierter Magermilch, T=37 °C, Impfmenge 1 %) nach 5 h auf 4.83 und bis auf einen End-pH-Wert nach 20 h von 3.85. In pasteurisiertem Magermilchretentat ist eine deutliche Säuerungsverzögerung unabhängig der Impfmenge durch die Salzzugabe zu sehen, in sterilisiertem Magermilchretentat tritt dieser Effekt nicht so stark auf. Nach etwa 11 Stunden erreichen die Kulturen mit Salzzugabe annähernd wieder pH-Werte wie ohne Salzzugabe, aber die Abweichung beträgt immer noch 0.2 pH-Einheiten. Eine 1%-ige Salzzugabe hemmt die MK 401 erhe- blich im Wachstum.
Abb. 4: Säuerungskurve der MK 401. Medienvarianten: s (sterilisiertes Magermilchretentat 119 °C/15 min, TS=28.7 %), p (pasteurisiertes Magermilchretentat (65 °C / 30 min, TS=28.7 %), sMM (sterilisierte standardisierte Magermilch) bei 37 °C;
Impfmengen: 1 und 1.5 %; NaCl-Zusatz: 0 % und 1 % MK 401
Bebrütungstemperatur: 37 °C
Medium: Magermilchretentat / standardisierte Magermilch
3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
Zeit [h]
pH [-]
s 1 % MK 401, 0 % NaCl s 1.5 % MK 401, 0 % NaCl s 1 % MK 401, 1 % NaCl s 1.5 % MK 401, 1 % NaCl p 1 % MK 401, 0 % NaCl p 1.5 % MK 401, 0 % NaCl p 1 % MK 401, 1 % NaCl p 1.5 % MK 401, 1 % NaCl sMM 1% MK 401, 0 % NaCl
s: Medium steril p: Medium pasteurisiert
MM: standardisierte sterilisierte Magermilch
MK 401
Bebrütungstemperatur: 37 °C
Medium: Magermilchretentat / standardisierte Magermillch
Im Nachfolgenden wurde nach einer in Retentat sehr schnell säuernden Kultur gesucht, welche für Halbhartkäse aus Retentat verwendet werden könnte. In einem Milchretentat konnte für sieben verschiedene ALP-Kulturen (RMK 280, RMK 101, Joghurt/
Käse, RMK 302, MK 401, RMK 291, RMK 150) die unterschiedliche
Säuerung in Milchretentat (Ausgangsmilch mit 3.3 % Fett) gezeigt werden. Dazu wurden 100 mL pasteurisiertes Milchretentat (Trockenmasse 35.5 %) auf 38 °C erwärmt, mit 1 % Kultur beimpft und bei dieser Temperatur inkubiert. Nachfolgende Tabelle 3 zeigt die Säuerungsfähigkeit dieser Kulturen in Milchretentat.
Tab. 3: Säuerungsfähigkeit verschiedener ALP-Kulturen in Milch- retentat (35.3 % TS, pH=6.55) bei 38 °C
Zeit [h] 5 20
RMK 280 6.34 5.24
RMK 101 5.32 5.06
Joghurt Käse 5.38 5.02
RMK 302 5.68 5.09
MK 401 6.03 5.19
RMK 291 5.45 5.05
RMK 150 5.30 5.05
Nach 5 Stunden betrug der pH-Unterschied im Milchretentat zwischen den am schnellsten (RMK 101 und RMK 150: etwa pH 5.31) und den am langsamsten (RMK 280: etwa pH 6.34) säuernden Kulturen fast eine pH-Einheit. Alle Kulturen säuerten bis auf einen End-pH-Wert nach 20 h von < 5.20, nur die RMK 280 mit einem pH-Wert von 5.24 säuerte nicht befriedigend in Milch- retentat. RMK 101, Joghurt Käse, RMK 291 und RMK 150 wiesen das beste Säuerungsvermögen in dem Milchretentat auf (pH-Wert nach 5 h: < 5.45) und können für den Einsatz bei der Retentat- verarbeitung empfohlen werden.
Dieser Säuerungsversuch wurde mit nicht sterilisiertem Retentat (Bebrütungstemperatur: 38 °C) mit einem Fettgehalt von 16.8 % durchgeführt („käsenahe Bedingungen“), die MK 401 säuerte nach 5 h nicht so gut wie in sterilisiertem Magermilchretentat (Bebrütungstemperatur: 37 °C). Der pH-Wert betrug darin nach 5 h 5.47-5.54 bzw. nach 20 h 4.47-4.67 im Gegensatz zu den
„käsenahen Bedingungen“ mit einem pH-Wert von 6.03 nach 5 h und 5.19 nach 20 h.
4.2 Säuerungsverhalten in Halbhartkäse aus Retentat
Zur Käseherstellung aus Retentat wurde aufgrund der in 4.1 be- schriebenen Ergebnissen für alle Versuche die RMK 150 verwendet.
Der pH-Wert nach 0 h ist als der Zeitpunkt direkt nach Kulturen-, Lab- und eventueller Calciumchloridzugabe definiert.
Die Säuerung in aus Milchretentat hergestelltem Käse mit mini- maler Bruchbereitung (RMK 150) ist im Vergleich zu einem tradi- tionellem Raclette (RMK 901) verlangsamt (Abb. 5). Der Calcium- chloridzusatz in MF-Halbhartkäse (past. Milch) wirkte sich nicht auf die Säuerungskinetik aus: Nach 4 h betrug der pH-Wert der Halbhartkäse mit und ohne Calciumchloridzugabe noch 6.08 bzw.
6.10 und nach 20 h etwa 5.23 bzw. 5.27. Die Mikrofiltration (1.4 μm) der Milch zur Keimreduktion unabhängig der Vorreifungs- zeit und Dickungszeit des Retentates wirkte sich positiv auf die Säuerung aus, so konnte nach 5 h ein pH-Wert von 5.55 erzielt werden. Die aeroben mesophilen Keime in der keimarmen mikro- filtrierten Werkmilch betrugen 340 kbE/g und wurden im Retentat auf 1300 kbE/g aufkonzentriert. Wohingegen bei den Versuchen mit Variation der Reifungsart und Calciumchloridzugabe die pas- teurisierte Milch eine aerob mesophile Keimzahl von 1800 kbE/g aufwies, welche im Retentat auf 5800 kbE/g aufkonzentriert wurde. Die Keimzahlen liegen in der gleichen Grössenordnung.
In nachfolgenden Versuchen sollte geprüft werden, ob sich die Vor- behandlung der Werkmilch auf das Säuerungsverhalten auswirkt.
Im Vergleich zur Säuerung der RMK 150 in Milchretentat mit einem pH-Wert nach 4 h von 5.61 ist die Säuerung im Käse langsamer (pH-Wert nach 4 h etwa 6.1). Nach 20 h wird aber von den MF-Käsen der End-pH-Wert des Modellraclettes erreicht. Die langsame Anfangssäuerung hat auch Auswirkungen auf die Mikrobiologie der jungen Käse. So muss beachtet werden, dass das Retentat ein ideales Nährmedium für E. coli ist.
Alle aus Milchretentat hergestellten Käse zeigten nach einem Tag noch einen unvollständigen Galaktoseabbau. So betrug bei den Varianten 1 bis 4 die Restgalaktose der eintägigen Käse noch 47.3 mmol/kg ± 0.7 mmol/kg. Dieser Wert ist zu hoch und nicht vergleichbar mit einem traditionell hergestellten Raclette nach 24 h mit Restgalaktose unter 10 mmol/kg. Im eintägigen Modellraclette mit MK 401 sollte für eine gute Käsequalität die Galaktosekonzentration kleiner als 5 mmol/kg sein. Mittels Diafiltration wurde analog zum Bruchwaschen bei der traditionellen Herstellung der Lactosegehalt in nachfolgenden Versuchen (Variante 10-15) gesenkt. Die aus Retentat hergestellten Käse- varianten 1 bis 4 wiesen nach 24 Stunden einen Milchsäuregehalt von etwa 120 mmol/kg auf.
Aus Abb. 6 ist ersichtlich, dass sich die Cheddartechnologie positiv auf die Anfangssäuerung der Halbhartkäse auswirkte: Die Milchsäuregärung ist besser als bei den Varianten mit minimaler Bruchbereitung. Durch das spätere Schneiden ist der Wassergehalt höher und fördert das Wachstum der Milchsäurebakterien:
Nach 5 h konnte ein pH-Wert von 5.55 erreicht werden. Die Kombination der Cheddartechnologie mit vorherig mikrofiltrierter Kesselmilch anstatt einer thermischen Erhitzung mit verlängerter Vorreifungszeit sollte bei ALP in Zukunft geprüft werden, um die Anfangssäuerung zu beschleunigen.
Abb. 5: Säuerung von RMK 150 in hergestellten MF-Käsen
Abb. 6: Säuerungsverlauf von Halbhartkäse mit (mBr) und ohne Bruchbereitung (oBr) und mit und ohne Diafiltration (DF) sowie mittels Cheddartechnologie hergestellter Halbhartkäse
Säuerungsverlauf in MF-Käse
5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 5.6 5.7 5.8 5.9 6 6.1 6.2 6.3 6.4 6.5 6.6 6.7
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
Zeit [h]
pH-Wert [-]
traditioneller Raclette Variante 1/3 Variante 2/4 Variante 5 Variante 6 Variante 7 Variante 8 Variante 9
Säuerungsverlauf in MF-Käse
Säuerungsverlauf in MF-Käse
4.9 5 5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 5.6 5.7 5.8 5.9 6 6.1 6.2 6.3 6.4 6.5 6.6 6.7
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
Zeit [h]
pH-Wert [-]
traditioneller Raclette, N=2 Cheddar (mBr), N=2 Halbhartkäse (DF, oBr), N=2 Halbhartkäse (keine DF, oBr) N=1 Halbhartkäse (DF, mBr), N=2
Säuerungsverlauf in MF-Käse
5 Auswirkungen der technologischen Schritte auf das End- produkt unter Berücksichtigung der Milchvorbehandlung
5.1 Einfl uss von Calciumchlorid und der Reifungsart auf die MF-Käse
Im Rahmen der Halbhartkäseherstellung (Varianten 1 bis 4) aus Milchretentat wurde zuerst geprüft, ob für pasteurisiertes Kesselmilchretentat zur MF-Käseherstellung eine Calcium- chloridzugabe erforderlich ist und wie die Schmiere- bzw. Folien- reifung für die Halbhartkäse verläuft. Abweichend von der Standardrezeptur wurde der Calciumgehalt und die Art der Reifung (Folien- und Schmierereifung) variiert. Es gab keine grossen Unterschiede zwischen mit und ohne Calciumchlorid hergestelltem Käse. Daraus folgt, dass MF-Käse aus vorher pasteurisierter Kesselmilch kein Calciumchlorid zugesetzt werden muss.
Die Kochsalzgehalte der foliengereiften Retentatkäse nach 68 Tagen liegen mit 16.2 und 15.0 g/kg (mit 0.167 % CaCl2-Zugabe) im normalen Bereich für Halbhartkäse [Fröhlich-Wyder, 2006].
Die schmieregereiften liegen mit 19.5 und 18.6 g/kg etwas höher im unteren Normalbereich von Raclettekäse. Beim proteolytischen Abbau des Caseins nimmt der Gehalt an wasserlöslichen Peptiden und Aminosäuren zu. Der Gehalt an wasserlöslichem Stickstoff (WLN) ist ein Mass für die Proteolyse in die Breite und folglich für die Schmelzbarkeit. Die Gehalte an wasserlöslichem Stickstoff der Käse nach 68 Tagen Reifungszeit lagen zwischen 11.7 und 18.3 g/kg. Wie bei traditionell hergestelltem Käse zeigten die foliengereiften Käse eine schwächere Proteolyse. Die Gehalte der schmieregereiften Käse nach 68 Tagen waren mit 18.3 g/kg (ohne) und 14.5 g/kg (mit Calciumchloridzusatz von 0.167 %) höher als die der foliengereiften Käse mit 13.1 g/kg (ohne) und 11.7 (mit Calciumchloridzusatz von 0.167 %). Ein Calciumchloridzusatz von 0.167 % verringerte die Gehalte an wasserlöslichem Stickstoff sowohl bei schmiere- als auch bei foliengereiften Käsen um 3.8 g/kg bzw. 1.4 g/kg.
Die flüchtigen Fettsäuren sind für das Aroma der Käse mitver- antwortlich. Die aus Retentat hergestellten Käse nach einer Reifungszeit von 68 Tagen zeigten geringere Gehalte an flüchtigen Gesamtfettsäuren mit 4.80 bis 5.55 mmol/kg, welche im Vergleich zu denen von Past.-Modellraclette nach herkömmlicher Technologie hergestellt sehr tief sind. Die aus Retentat hergestellten Käse sind milder im Aroma. Die Gehalte an Propionsäure, iso-Capronsäure und iso-Valeriansäure waren in den schmieregereiften Käsen höher als in den foliengereiften Käsen.
5.2 Einfl uss der Vorreifungs- und Dickungszeit auf die MF-Käse, inklusive Cheddartechnologie
Um den Wassergehalt im Käse gegenüber der Standardrezeptur zu senken, wurde die zur Keimreduktion mikrofiltrierte Kesselmilch einstündig vorgereift und die Dickungszeit verlängert, sowie der Einfluss der Cheddartechnologie auf die Käseeigenschaften geprüft.
Das einstündige Vorreifen und die verlängerte Dickungszeit hatten keinen grossen Einfluss auf die Käse. Durch Erhöhung der Dickungszeit bei einstündigem Vorreifen wurde die Trockenmasse tendenziell verringert. Es können keine genauen Angaben gemacht werden, da der Wassergehalt nach 1 Tag mit 499.8 g/kg
± 23.9 g/kg zwischen den einzelnen Varianten sehr schwankte.
Die lange Vorreifungs- und Dickungszeit wirkte sich nicht auf die Restgalaktosegehalte mit 48.7 mmol/kg ± 1.5 mmol/kg der eintägigen Käsevarianten 5 bis 9 aus. Die Gesamtmilchsäure- gehalte der Varianten 5 bis 9 (Durchschnitt: 131.6 mmol/kg, s=5.4 mmol/kg) liegen deutlich höher als die der Varianten 1 bis 4 (Durchschnitt: 119.3 mmol/kg, s=2.5 mmol/kg). Modell- raclette weist zum Vergleich Gesamtmilchsäuregehalte vo n 135-145 mmol/kg auf. Analog zum Wassergehalt der eintägigen Käse stieg mit zunehmender Dickungszeit der NaCl-Gehalt von 24.05 auf 26.2 g/kg tendenziell leicht an. Der NaCl-Gehalt in der wässrigen Phase blieb konstant (58.4 ± 0.9 g/kg). Der geringste NaCl-Gehalt lag in der Cheddar-Variante mit 12.2 g/kg vor (NaCl-Gehalt in der wässrigen Phase 26.1 g/kg).
5.3 Einfl uss des Fettgehaltes, Molkenproteingehaltes und Lactosegehaltes auf hochviskose MF-Retentate und Rohkäse
Die Käsevarianten 10 bis 15 wurden aus pasteurisierter Werk- milch mit unterschiedlichem Fettgehalt mittels kontinuierlicher dreistufiger Mikrofiltration und Ultrafiltration hergestellt.
Mittels Diafiltration während der Aufkonzentrierung wurde der Lactosegehalt analog dem Bruchwaschen bei der traditionellen Technologie gesenkt. Die eintägigen Halbhartkäsevarianten 13 und 15 mit minimaler Bruchbereitung hatten eine Trockenmasse von 557 g/kg, dies liegt im Bereich von traditionell hergestelltem Raclette. Der Wassergehalt der aus Retentat mit unterschiedlichen Fettgehalten hergestellten Halbhartkäse ohne Bruchbereitung (Va- rianten 10, 11, 12, 14) nach 24 h lagen zwischen 556 und 501 g/kg.
Daraus ist ersichtlich, dass auch mit der kontinuierlichen Anlage produzierte Halbhartkäse nicht ohne minimale Bruchbereitung hergestellt werden können. Der Fettgehalt in der Trockenmasse des 24-stündigen Halbhartkäses Variante 10 betrug 493.4 g/kg, vergleichbar mit Variante 5. Die Galaktosewerte der aus Retentat hergestellten Käse ohne Diafiltration waren durchwegs zu hoch.
6 Käsequalität
6.1 Sensorische Eigenschaften
Die produzierten MF-Käse wurden sensorisch von einem Fachpanel getestet. Abb. 7 zeigt die Schnittbilder der aus Milchretentat hergestellten MF-Käse. Die Käse mit Variation der Reifungsart und Calciumchloridzugabe nach einer Reifungszeit von 68 Tagen sind links abgebildet, rechts die Käse, bei denen die
Abb. 7: Schnittbild von aus Mikrofiltrationsretentat hergestellten gereiften Halbhartkäsen mit minimaler Bruchbereitung (links: gereifte MF-Käse TS 57.9 %, Fettgehalt 27.5 %; rechts: gereifte MF-Käse TS 57.4 % und Fettgehalt 27.3 %)
Die Varianten 1, 3, 5 und 8 wurden vom Äusseren als am besten beurteilt. Deutlich zu sehen ist die Bruchlochung der schmieregereiften und somit nicht vakuumierten Käse (Variante 2 und 4). Variante 1 und 3 wurden vakuumiert und foliengereift und zeigten keine Bruchlochung. Bezüglich der Lochung wurden die Varianten 1 und 3, sowie 6, 7 und 8 als am besten beurteilt.
Die beiden Käse mit Schmierereifung, welche nicht vakuumiert wurden, zeigten neben einer unsauberen Lochung (Bruchlochung) zudem ein fehlerhaftes Äusseres (schrumpfig) hervorgerufen durch einen zu feuchten Keller. In nachfolgenden Versuchen (rechtes Bild) konnte die Bruchlochung durch das Vakuumieren der jungen Käse direkt nach dem Salzbad während der Dauer von zwei Tagen, vor der Schmierereifung weitgehend verhindert werden (Tab. 4).
Bei den Halbhartkäsen 7 und 8 mit 60-minütiger Vorreifungszeit wurde ein zunehmend marmorierter, sandiger Teig festgestellt.
Der Cheddar mit einer 4-stündigen Dickungszeit wurde mit 250 g Salz bruchgesalzen und anschliessend foliengereift. Dies wirkte
sich positiv auf die bei 2.5 und 4 h Dickungszeit beobachteten Teigfehler (marmoriert) der im Salzbad gesalzenenen Käse aus. Die Lagerfähigkeit war bei allen MF-Käsen nur mittelmässig. Beachtlich ist, dass die Käse sensorisch zum Teil als gut (Variante 1, 2, 3 und 5) beurteilt wurden. Der Käsebruch der Variante 1 und 3 (der Käse wurde nach 5 Tagen vakuumiert) war gut verwachsen, der Teig war kompakt, lang und brach gut an der Bruchgrenze. Variante 3 war ebenfalls gut verwachsen. Variante 2 und 4 waren weniger gut verwachsen und zeigten keine geschlossene Teigstruktur im Gegensatz zu dem foliengereiften Käse. Der CaCl2-Zusatz förderte einen festeren, gummigeren Käseteig (Variante 2 und 4).
Die Käsevarianten 1 bis 4 wurden nach 68 Tagen Reifungszeit im Vergleich zu einem traditionell hergestellten Käse als reifer empfunden. Käsevariante 1 und 3 hatten einen reinen, milchigen, joghurtähnlichen Geschmack und ähnelten an einen Rahmtilsiter.
Der Zusatz von CaCl2 wirkte sich auf die Festigkeit der Käse aus, Vorreifung und die Dickungszeit variiert wurde nach 90-tägiger Reifungszeit. Bei allen Käsen handelte es sich um Halbhartkäse mit minimaler Bruchbereitung, Variante 9 ist ein Halbhartkäse nach Cheddartechnologie hergestellt.
aber auch eine leichte Bitterkeit der Käse wurde festgestellt. Die Käsevarianten 2 und 4 hatten einen fein fruchtigen, säuerlichen Geschmack. Der Käse 2 schmeckte reifer und säuerlicher als Variante 1. Käsevariante 4 war milder im Geschmack als Variante 2.
Bezüglich Flavour und Textur wurde Variante 5 am besten be- urteilt, auch hier hatte sich die Mikrofiltration zur Keimreduktion und die anschliessende Vakuumierung vor der Schmierereifung positiv ausgewirkt. Käsevariante 5 war nicht bitter, hatte eine
leichte Süsse, mittlere Säure und war salziger als die Varianten 1 bis 4. Die Käsevarianten 5 bis 9 hatten eine mittlere Aromain- tensität ohne Aromafehler. Eine Erhöhung der Dickungszeit mit Vorreifungszeit führte zu einer geringfügigen Erhöhung der Bit- terkeit und Salzigkeit, einer stärkeren Säure bei gleichbleibender Süsse. Die Aromaintensität blieb etwa gleich, allerdings nahmen die Aromafehler mit der Erhöhung der Dickungszeit zu. Ausserdem führte die Erhöhung der Dickungszeit tendenziell zur Erhöhung der Teigfestigkeit und verkürzte den Käseteig.
Tab. 4: Sensorische Ergebnisse der gereiften MF-Käse
Punkteskala mit aufsteigender Majorität (1=am schwächsten, 5=am stärksten) 1 Skala: 1 bis 5
2 Skala: 1 bis 3 3 Skala: 1 bis 4
4 prozentualer Anteil der Prüfer, die das Merkmal feststellten [%]
Käsefehler, welche von der Mehrheit der Prüfer festgestellt wurden, wurden fett gekennzeichnet.
Variante 1 2 3 4 5 6 7 8 9
Käse HH HH HH HH HH HH HH HH C
CaCl2-Zugabe [‰]
Reifungsart Folie Schmiere Folie Schmiere Schmiere vac. Schmiere vac. Schmiere vac. Schmiere vac. Folie
Vorreifungszeit [min] 0
Dickungszeit [min] 35 60 150 240 240
Note Äusseres 4.67 3.67 4.67 3.67 4.86 4.14 4.29 4.71 1.57
Anzahl Löcher 3.33 4.5 3.17 4.5 3.86 3.29 2.86 2.86 1.57
Lochgrösse 1.33 3 1.33 3 1.43 1.14 1.29 1.14 1.86
Note Lochung 3.5 2.17 3.5 2.17 3.29 3.57 3.71 3.71 2.14
braune Punkte 2 1 1 1 1 1 1 1 1.14 1
Lagerfähigkeit 3 2.33 2 2.33 2 2.29 2.43 2.57 2.86 1
bitter 2 2.33 2.17 3 1.71 2.86 2.43 2.43 2.43
sauer 3.33 2.5 2.67 2.83 2.29 2.71 3.86 3.14 4.29
süss 1.17 1 1.17 1 1.29 1 1 1 1.14
salzig 1.33 1.67 1.5 1.5 2.86 2.57 3.14 2.71 3.14
Aromaintensität 2.17 3 2 2.67 3 2.86 3.14 2.86 3.14
Aromafehler 1.83 1.67 1.5 1.67 1.29 2.29 2.86 2.71 2.86
Festigkeit 2.17 2.5 2.17 2 2 2.86 3.14 2.86 1.57
Länge 2.67 2.83 2.83 2.67 3.43 3.14 2 2.43 1.43
Flavour 3.33 3.33 3.33 3.17 4 2.86 2.29 2.86 3
Texture 4 3.5 4.33 3.17 4 3.57 2.57 3.14 1.86
Flecken 17 0 0 0 14 29 0 0 0
Fettschwitzen 0 0 0 0 14
klebrige Schmiere 0 0 0 0 14
weiss-schmierig 17 0 17 17 0 0 0 0 14
schrumpfig 0 100 0 100 29 71 29 14 14
nasse Ränder 0 0 0 0 14
Formfehler 0 0 0 0 29
unregelmässig 0 20 0 20 0 0 0 0 14
nestig 0 80 0 80 0 0 0 0 29
unsauber 20 100 20 100 57 29 57 29 14
gezogen 14 0 14 0 29
Pick 0 0 0 0 14
feines Gläs 14 29 0 0 14
Gläs 29 14 0 0 43
marmoriert keine keine keine keine 0 0 57 86 14
weiss 0 0 0 0 29
sandig 0 14 29 14 14
Fettabscheidung 1 1.17 1 1.17 1 1.14 1.71 1.14 2.14
Viskosität 4.67 4.17 4.83 4.33 3 3.29 1.71 2.29 1
fadenziehend 1.33 1.83 1.67 1.33 3.14 2.29 1.86 1.71 1
Gummigkeit 4 3.17 3.83 3.5 1.86 2.86 2 2 1
0
Aussehen 1
Flavour & Textur 1
Fehler Äusseres 4
35
0 1.67
60
Fehler Lochung 4
Teigfehler 4 Eigenschaften im
geschmolzenen Zustand (im Pfännchen) 1
0
6.2 Schmelzeigenschaften
In Abb. 8 sind die Eigenschaften der produzierten Halbhartkäse im geschmolzenen Zustand dargestellt. Die Fettabscheidung ist für alle Käse gering unabhängig der Reifungsart und Calciumchloridzugabe und ist vergleichbar mit pasteurisiertem Modellraclette. Die foliengereiften Käse (Varianten 1 und 3) zeigten eine höhere Viskosität als schmieregereifte (Variante 2 und 4). Eine Calciumchloridzugabe von 1.67 ‰ erhöhte die Viskosität gering.
Am stärksten fadenziehend war der schmieregereifte Halbhartkäse ohne Calciumchloridzugabe (Variante 2), am wenigsten der foliengereifte Halbhartkäse und der schmieregereifte Halbhartkäse mit Calciumchloridzugabe. Die foliengereiften Käse waren stärker gummig als die schmieregereiften. Der schmieregereifte Käse
ohne Calciumchloridzugabe (Variante 2) wurde vom Fachpanel im geschmolzenen Zustand als am besten beurteilt.
Im Vergleich zu Modellraclette mit mittlerer Viskosität und mittleren fadenziehenden Eigenschaften sind die Viskosität der MF-Käse stark erhöht und die fadenziehenden Eigenschaften erniedrigt. Die Gummigkeit der schmieregereiften MF-Käse ist vergleichbar mit der eines pasteurisierten Modellraclettes. Dies ist in dem zu hohen Calciumgehalt der MF-Käse zu begründen.
Durch die Mikrofiltration wird das an die Proteine gebundene Calcium mitaufkonzentriert, dies führt im Vergleich zu traditionell hergestelltem Raclette zu einem erhöhten Calciumgehalt.
Variante 1: 0 % CaCl2-Zugabe, Folienreifung, 0 min Vorreifungszeit, 35 min Dickungszeit;
Variante 2: 0 % CaCl2-Zugabe, Schmierereifung, 0 min Vorreifungszeit, 35 min Dickungszeit;
Variante 3: 0.167 % CaCl2-Zugabe, Folienreifung, 0 min Vorreifungszeit, 35 min Dickungszeit;
Variante 4: 0.167 % CaCl2-Zugabe, Schmierereifung, 0 min Vorreifungszeit, 35 min Dickungszeit
Abb. 8: Einfluss der Reifungsart und Calciumchloridzugabe auf die Eigenschaften des aus Mikrofiltrationsretentat hergestellten Käses (im geschmolzenen Zustand)
Halbhartkäse aus Milchretentat
0 1 2 3 4 5 Fettabscheidung
V iskosität
fadenziehend G um m igkeit
traditioneller H albhartkäse V ariante 1
V ariante 2 V ariante 3 V ariante 4
Halbhartkäse aus Milchretentat
Variante 5: 0 % CaCl2-Zugabe, vakuumierte Schmierereifung, 0 min Vorreifungszeit, 35 min Dickungszeit;
Variante 6: 0 % CaCl2-Zugabe, vakuumierte Schmierereifung, 60 min Vorreifungszeit, 60 min Dickungszeit;
Variante 7: 0 % CaCl2-Zugabe, vakuumierte Schmierereifung, 60 min Vorreifungszeit, 150 min Dickungszeit;
Variante 8: 0 % CaCl2-Zugabe, vakuumierte Schmierereifung, 60 min Vorreifungszeit, 240 min Dickungszeit;
Variante 9: 0 % CaCl2-Zugabe, Folienreifung, 60 min Vorreifungszeit, 240 min Dickungszeit
Abb. 9: Einfluss der Vorbehandlung, Vorreifungs- und Dickungszeit auf die Eigenschaften des aus Mikrofiltrationsretentat hergestellten Käses (im geschmolzenen Zustand)
Durch alternative Keimreduktion (1.4 μm-Mikrofiltration) der Werkmilch und eine Vorreifung und verlängerte Dickungszeit erhöhte sich die Fettabscheidung der Käse im geschmolzenen Zustand leicht (Abb. 9). Die Fettabscheidung des Cheddarähn- lichen Käses war im Vergleich zum Standardraclette erhöht. Die
Viskosität, fadenziehende Eigenschaften und die Gummigkeit wurden durch die Vorbehandlung, Vorreifung und verlängerte Dickungszeit gesenkt. Die Viskosität und die fadenziehenden Eigenschaften der Standard MF-Käse sowie der Käse mit einstündigem Vorreifen und einstündiger Dickungszeit lagen im Bereich eines pasteurisierten Modellraclettes.
Halbhartkäse aus Milchretentat
0 1 2 3 4 5 Fettabscheidung
V iskosität
fadenziehend G um m igkeit
traditioneller H albhartkäse V ariante 5
V ariante 6 V ariante 7 V ariante 8 V ariante 9
Halbhartkäse aus Milchretentat
7 Wirtschaftliche Überlegungen
7.1 Protein- und Fettübergangsraten in die Käse
Die Berechnung der Fett- und Proteinausbeute im Käse wurden ausgehend von der Kesselmilch für Halbhartkäse mit Variation der Reifungsart und Calciumchloridzusatzes nach folgender Formel berechnet:
Für die Praxis sind Protein- und Fettübergangsraten von der Milch in den Käse wichtig. Die Wirtschaftlichkeit von Membranprozessen lässt sich direkt aus den Transmissionsraten (Fett- und Proteinübergangsraten) und dem Flux herleiten. Das Ziel der Mikrofiltration zur Aufkonzentrierung von Casein und Fett ist eine 100 %-ige Retention. Mit der batchweise arbeitenden Tetra Pilot Anlage, welche mit einer Keramikmembran bestückt wurde, wurde die Fettübergangsrate von der pasteurisierten Milch bzw. dem Retentat in den Halbhartkäse für die Varianten 1 bis 4 bestimmt. Die Protein- und Fettübergangszahlen von der Milch in den Käse betrugen etwa 86.4 ± 0.8 % und annähernd 100 %. Die Protein- und Fettübergangsraten aus dem Retentat in den Käse lagen bei 94 ± 0.9 % für Protein und nahezu 100 % für Fett. Es ist zu berücksichtigen, dass es sich um Einzelmessungen von 4 Käsen im Modellmassstab handelt. In traditionell hergestell- tem Modellraclette betrug die Ausbeute an Rohprotein 86.1 % (Versuch 01-33-26). Laut Kammerlehner bewegen sich die Übergangszahlen je nach Käsesorte zwischen 74-76 % für Eiweiss und 80-90 % für Fett.
Ausbeute Komponente (%)=
• 100
% Komponente im Produkt • Produktmenge
% Komponente • Milchmenge
