Wykorzystanie ultrafiltracji (mikrofiltracji) w produkcji serów topionych

Transkrypt

1 SZKOŁA GŁÓWNA GOSPODARSTWA WIEJSKIEGO w Warszawie Katedra Biotechnologii, Mikrobiologii i Oceny Żywności Zakład Biotechnologii Mleka Wykorzystanie ultrafiltracji (mikrofiltracji) w produkcji serów topionych dr inż. Katarzyna Kycia dr hab. Antoni Pluta, prof. SGGW Forum Serowarskie Licheń

2 Procesy membranowe stosowane do frakcjonowania mleka Ultrafiltracja (UF) Mikrofiltracja (MF) [Heino 2009]

3 Schemat modułu do filtracji membranowej [Bylund G., Dairy Processing Handbook, Lund 1995]

4 Proces produkcji mleka z zastosowaniem mikrofiltracji [Bylund G., Dairy Processing Handbook, Lund 1995]

5 Proces usuwania bakterii z mleka przy zastosowaniu MF [Mistry V., Encyclopedia of Dairy Sciences 2002]

6 The problem and source of loss is the milk remaining in the MF unit at the end of the production cycle. This milk also has to be put away and used elsewhere. VA GmbH patented process has managed to drastically reduce the dead volume of the installation. The sojourn time in the installation is now about 1min which means that an installation producing 25,000l/h has a dead volume of maximum 500l per day that is to say %, at electrical energy consumption around 80 kw, the installation area - about 20 m².

7 Mikrofiltracja w mleczarstwie 1. Zmniejszenie liczebności bakterii i przetrwalników w mleku serowarskim (Clostridium) i mleku ESL, 2. Usuwanie bakterii i przetrwalników z serwatki przeznaczonej do wyrobu koncentratów, odżywek itp., 3. Usuwanie zanieczyszczeń (np. mikrobiologicznych) z solanki, 4. Oddzielanie kazeiny i białek serwatkowych z mleka, 5. Dokładne odtłuszczanie serwatki w produkcji WPC (pienienie).

8 Korzyści z zastosowania UF w produkcji serów świeżych i miękkich 1. zwiększenie wydajności o 20-30%, 2. zwiększenie wartości odżywczej, 3. zmniejszenie ilości podpuszczki (o około 70%), 4. większe wystandaryzowanie produktu, 5. zmniejszenie kosztów produkcji, 6. lepsze wykorzystanie składników mleka.

9 Mikrofiltracja powoduje potencjalne korzyści w produkcji serów: 1. Usuwanie niepożądanych przetrwalników i bakterii z mleka surowego (zwiększenie bezpieczeństwa tych produktów), 2. Zwiększanie wydajności, 3. Zmniejszenie ilości dodatków (preparaty koagulujące, startery), 4. Optymalizacja składu serów i możliwość otrzymywania serów o zmodyfikowanych cechach sensorycznych, 5. Zmniejszenie ilości kwaśnej serwatki otrzymywanej przy produkcji serów świeżych (kwasowych) i miękkich, 6. Zmniejszenie ilości wody płuczącej, 7. Otrzymanie natywnej (idealnej) serwatki jako surowca do produkcji napojów i preparatów do żywienia niemowląt i dzieci.

10 Cel badań Określenie możliwości wykorzystania ultrafiltracji do wyrobu nowego typu produktu, nazwanego umownie serem jogurtowym lub jogurtowo-podpuszczkowym, odznaczającego się dużą przydatnością do topienia, pełną retencją białek serwatkowych, wysoką retencją wapnia i odpowiednio wysoką trwałością.

11 Zakres badań 1. Wyrób tzw. sera jogurtowego, jego charakterystyka oraz określenie jego trwałości; 2. Określenie możliwości zastąpienia surowców używanych tradycyjnie do topienia sera przez ser jogurtowy; 3. Określenie przydatności do topienia sera jogurtowego przechowywanego w warunkach chłodniczych i w stanie zamrożenia; 4. Ocena w skali przemysłowej przydatności sera jogurtowego do wyrobu sera topionego; 5. Zbadanie możliwości dojrzewania sera jogurtowego oraz porównanie wpływu dodatku dojrzewającego sera jogurtowego i jogurtowo-podpuszczkowego na jakość sera topionego; 6. Próba określenia wpływu ilości dodanej podpuszczki i temperatury dojrzewania serów jogurtowo-podpuszczkowych na stopień ich dojrzałości oraz przydatność do topienia.

12 ETAP 1. Otrzymywanie, charakterystyka i trwałość sera jogurtowego MATERIAŁY: Mleko pasteryzowane 3,2% tłuszczu; Szczepionki jogurtowe DVS (YC-X11 i YC-180 firmy Chr. Hansen) zawierające bakterie jogurtowe, tj.: Str.thermophilus i Lb. delbrueckii subsp. bulgaricus; podpuszczkę mikrobiologiczną (Marzyme 50 firmy Rhodia Food Biolacta).

13 MLEKO PASTERYZOWANE (3,2% tłuszczu, temp. 50 o C) ULTRAFILTRACJA (temp. 52 o C) RETENTAT (CF= 4-6) PASTERYZACJA (temp. 72 o C/15s) CHŁODZENIE (46 o C) CHŁODZENIE (40 o C) MIESZANIE PAKOWANIE INKUBACJA (44 o C/do ph 5,1 5,2) CHŁODZENIE do 6 o C SZCZEPIONKA JOGURTOWA PODPUSZCZKA MIESZANIE PAKOWANIE INKUBACJA (40 o C/do ph 5,1 5,2) CHŁODZENIE do 6 o C SER JOGURTOWY DO TOPIENIA (przechowywanie 6 i -18 o C) SER JOGURTOWO- PODPUSZCZKOWY DO TOPIENIA

14 Zmiany kwasowości miareczkowej podczas ukwaszania mleka i retentatu przy użyciu kultury jogurtowej YC-X11 70 Kasowość miareczkowa [osh] mleko retentat Czas ukwaszania [h]

15 Zmiany phpodczas ukwaszania mleka i retentatuprzy użyciu kultury jogurtowej YC-X11 7 6,5 6 ph 5,5 5 4, Czas ukwaszania [h] mleko retentat

16 Charakterystyka otrzymanego sera jogurtowego Sucha substancja: 35,79%, Tłuszcz: 16,06%, Białko ogółem: 15,20%, Laktoza: 2,44%, Popiół: 1,89%, Wapń: 611,2 mg/100g ph: 5,16 Kwasowość miareczkowa: 57,29 o SH

17 Analiza mikrobiologiczna sera jogurtowego Bakterie jogurtowe wykazały bardzo dobry wzrost w retentatach: Str. thermophilus: 2,5*10 9 j.t.k./g Lb. delbrueckiisubsp. bulgaricus: 9,1*10 7 j.t.k./g

18 Określenie trwałości sera jogurtowego (przechowywanie w 6 i 18 o C przez 0-22 miesiące) Zmiany ph sera podczas przechowywania w temp. 6 i 18 o C 5,4 5,2 5 ph 4,8 4,6 4,4 4, Czas przechowywania sera jogurtowego [miesiące] ph dla t = 6oC ph dla t= - 18oC

19 Zmiany liczby bakterii jogurtowych podczas przechowywania sera w temp. 6 i 18 o C Liczba bakterii [log j.t.k./g] Czas przechowywania [miesiące] S. thermophilus w 6ºC S. thermophilus w -18ºC L. bulgaricus 6ºC L. bulgaricus -18ºC

20 Zmiany w ocenie sensorycznej sera jogurtowego podczas przechowywania w temp. 6 i 18 o C Ocena [punkty] 6,00 5,00 4,00 3,00 2,00 1,00 0,00 5,00 5,00 5,00 4,97 4,75 4,72 5,00 5,00 4,85 4,59 4,54 4,42 4,00 3,47 3, Czas przechowywania [miesiące] w temperaturze 6ºC w temperaturze -18ºC

21 ETAP 2. Przydatność świeżego sera jogurtowego do wyrobu serów topionych Surowce zastosowane do topienia: Ser jogurtowy; Dojrzały ser podpuszczkowy; Młody ser podpuszczkowy; Topnik (Joha PL new); Parametry topienia sera: Masło; Woda; Sól. czas topienia: 15 minut, temperatura topienia: 80 o C, szybkość obrotu mieszadła: 300obr/min.

22 Warianty doświadczalnych serów topionych L.p. Surowce serowe Udział [%] surowców serowych 1. Ser jogurtowy Ser podpuszczkowy dojrzały 3. Ser podpuszczkowy młody WARIANT KONTROLNY

23 Wpływ dodatku sera jogurtowego na zawartość białka ogółem (N*6,38) w serach topionych 20 Białko ogółem (N*6,38) [%] ,35a 16,08ab 15,68bc 15,20c 14,57d 13,16e Dodatek sera jogurtowego [%]

24 Wpływ dodatku sera jogurtowego na ph serów topionych 6 ph serów topionych 5,9 5,8 5,7 5,6 5,5 5,4 5,80a 5,78ab 5,77b 5,73b 5,68d 5,55e 5, Dodatek sera jogurtowego [%]

25 Wpływ dodatku sera jogurtowego na twardość doświadczalnych serów topionych mierzoną w teście penetracji i TPA Twardość sera topionego [N] k k k a a a b l c m Dodatek sera jogurtowego [%] Test penetracji Test podwójnego ściskania (TPA)

26 Wpływ dodatku sera jogurtowego na lepkość pozorną serów topionych w temperaturze 60 o C Lepkość pozorna [MPa*s] a a a a a a a a b b c c Dodatek sera jogurtowego [%] pomiar za pomocą Rheotestu pomiar za pomocą Brookfielda

27 Wpływ dodatku sera jogurtowego na wyniki oceny sensorycznej serów topionych Ocena sensoryczna [punkty] a a a a b a a a a a a a a a a a c a b b c b c d SMAK ZAPACH BARWA KONSYSTENCJA W legendzie podano dodatek sera jogurtowego [%]: 0% Sj 10% Sj 30% Sj 50% Sj 70% Sj 100% Sj

28 ETAP 3. Przydatność przechowywanego sera jogurtowego do wyrobu serów topionych Ser jogurtowy przechowywany (0-22 miesięcy) 6 o C -18 o C DO TOPIENIA DO TOPIENIA

29 Ocena sensoryczna serów topionych z 30% udziałem serów jogurtowych przechowywanych Ocena sensoryczna serów topionych [punkty] 4,8 4,7 4,6 4,5 4,4 4,3 4,2 4, Czas przechowywania sera jogurtowego przed topieniem [miesiące] Dodatek sera jogurtowego przechowywanego w -18oC Dodatek sera jogurtowego przechowywanego w 6oC

30 ETAP 4. Ocenaw skali przemysłowej przydatności sera jogurtowego do wyrobu sera topionego DOŚWIADCZENIE W SKALI PRZEMYSŁOWEJ WARIANT KONTROLNY - 0% WARIANT BADAWCZY -30% SERA JOGURTOWEGO ELIMINACJA SERA MŁODEGO Z MIESZANKI DO TOPIENIA

31 Ocena sensoryczna serów topionych wyprodukowanych w skali przemysłowej Ocena sensoryczna [punkty] 5 4,9 4,8 4,7 4,6 4,5 4,4 4,3 4,2 SMAK ZAPACH BARWA KONSYSTENCJA Wariant kontrolny A 0%Sj Wariant doświadczalny A 30%Sj

32 ETAP 5. Ocenaporównawcza serów jogurtowych i jogurtowo-podpuszczkowych do wyrobu serówtopionych SZCZEPIONKA JOGURTOWA (0,3g/l retentatu) RETENTAT (CF= 4-6) PODPUSZCZKA SER JOGURTOWO- PODPUSZCZKOWY DO TOPIENIA OCENA PO WYROBIE OCENA PO DOJRZEWANIU 10 o C/6tyg.

33 Wpływ dojrzewania na zawartość azotu rozpuszczalnego przy ph 4,6 w serach jogurtowych i jogurtowo-podpuszczkowych Azot rozpuszczalny przy ph 4,6 [%N ogółem] ,36a 13,13b PO WYROBIE 11,43a 21,39b PO DOJRZEWANIU Ser jogurtowy Ser jogurtowo-podpuszczkowy

34 Wpływ dojrzewania na zawartość azotu niebiałkowego w serach jogurtowych i jogurtowo-podpuszczkowych Azot niebiałkowy [%N ogółem] ,02a 5,90b PO WYROBIE 6,71a 12,36b PO DOJRZEWANIU Ser jogurtowy Ser jogurtowo-podpuszczkowy

35 Ocena sensoryczna serów topionych otrzymanych z dodatkiem serów jogurtowych i jogurtowo-podpuszczkowych Ocena sensoryczna [punkty] 4,85 4,8 4,75 4,7 4,65 4,6 4,55 4,5 a b b a a a a b a a a a a a a a SMAK ZAPACH BARWA KONSYSTENCJA Legenda: sery topione z dodatkiem: S. j. po wyrobie S. j-p. po wyrobie S. j. po dojrzewaniu S. j-p. po dojrzewaniu

36 ETAP 6. Wpływ ilości dodanej podpuszczki i temperatury dojrzewania nastopieńdojrzałości sera jogurtowego i jogurtowo-podpuszczkowego oraz ich przydatność do topienia Otrzymywano: 1. Sery jogurtowe; 2. Sery jogurtowo-podpuszczkowe z różnym dodatkiem podpuszczki. Sery te poddawano dojrzewaniu w temperaturze 6 i 10 o C. Do topienia stosowano sery o większym stopniu dojrzałości.

37 Wpływu dodatku podpuszczkii temperatury dojrzewania na stopień proteolizy w serach jogurtowo-podpuszczkowych N rozpuszczalny przy ph 4,6 [%N ogółem] Sery UF z dodatkiem podpuszczki w ilości [cm3/dm3]: Sery UF po wyrobie Sery UF po dojrzewaniu w 6oC/6tyg. Sery UF po dojrzewaniu w 10oC/6 tyg.

38 Podsumowanie 1. Mleko zagęszczone metodą ultrafiltracji (CF 4 do 6) stanowi dobre medium dla rozwoju bakterii jogurtowych, o czym świadczy wysoka dynamika przyrostów kwasowości miareczkowej, znacznie wyższa niż dla mleka niezagęszczonego. Wysoki stopień zbuforowania retentatu UF (około 2-krotnie wyższy niż dla zwykłego mleka) powoduje, że założony poziom jego ukwaszenia mierzony wartością ph osiąga się przy użyciu kultury jogurtowej w czasie około 50% dłuższym niż dla mleka niezagęszczonego.

39 Podsumowanie 2. Współczynnik zagęszczenia mleka metodą ultrafiltracji wynoszący 4 do 6 jest wystarczający do otrzymania retentatu odpowiedniego do produkcji sera jogurtowego lub jogurtowopodpuszczkowego o dużej przydatności do produkcji smarownego sera topionego. Optymalny udział tych serów w serze topionym wynosi 30%. Przemysłowy ser topiony otrzymany z 30% udziałem sera jogurtowego miał lepsze cechy smakowo-zapachowe i konsystencję niż ser przemysłowy bez udziału tego sera.

40 Podsumowanie 3. Ser jogurtowy otrzymany w wyniku ukwaszenia retentatu UF z mleka do ph 5,1 5,2 przy użyciu kultury jogurtowej wykazuje co najmniej 6-miesięczną trwałość w temperaturze 6 o C i co najmniej 22-miesięczną trwałość w temperaturze 18 o C. 4. Streptococcusthermophilus wykazał znacznie większą przeżywalność podczas przechowywania sera jogurtowego w temperaturze 6 o C i 18 o C niż Lactobacillusdelbrueckiisubsp. bulgaricus.

41 Podsumowanie 5. Świeżo wyprodukowany ser jogurtowo-podpuszczkowy otrzymany w wyniku dodatnia substytutu podpuszczki do retentatu UF z mleka i jego ukwaszenia do ph 5,1 5,2 przy użyciu kultury jogurtowej wykazuje podobną przydatność do topienia jak ser jogurtowy. 6. Podczas 6-tygodniowego dojrzewania w temperaturze 10 o C proteoliza w serze jogurtowo-podpuszczkowym była znacznie wyższa niż w serze jogurtowym. 7. Dojrzewanie sera jogurtowo-podpuszczkowego (6 tygodni/10 o C) korzystnie wpłynęło na cechy smakowo-zapachowe i konsystencję sera topionego otrzymanego z jego 30% udziałem.