Технология производства плавленых сыров
Плавленый сыр - это продукт, полученный путем измельчения, смешивания, плавления и эмульгирования одного или нескольких сортов сыра с помощью тепла и эмульгаторов. Он не производится непосредственно из молока, в отличие от натурального сыра. Основным ингредиентом плавленого сыра является натуральный сыр.
Технология производства плавленых сыров довольно простая: плавленый сыр производят путем купажирования натуральных сыров разного возраста и степени зрелости в присутствии эмульгирующих солей и других молочных и немолочных ингредиентов с последующим нагреванием и непрерывным перемешиванием до образования однородного продукта с увеличенным сроком хранения.
История появления
Зарождение плавленого сыра относится к началу 20 века. Первоначальная идея плавленого сыра заключалась в том, чтобы увеличить срок хранения натурального сыра и найти альтернативное применение натуральному сыру, который было трудно продать.
Плавленый сыр был изобретен в 1911 году в Швейцарии Уолтером Гербером и Фрицем Стеттлером из компании Gerber and Co., которые плавили швейцарский сыр, используя цитрат натрия в качестве эмульгирующей соли.
Несколько лет спустя, в Соединенных Штатах, разработка плавленого сыра была осуществлена Дж. Л. Крафтом в 1916 году, когда он консервировал натуральный сыр в банках, нагревая и перемешивая его, чтобы продлить срок его хранения. Разработка плавленого сыра с использованием эмульгирующих солей на основе фосфатов в Соединенных Штатах была приписана Дж. Л. Крафту и работникам Phenix Cheese Co., которые получили множество патентов за свою работу над плавленым сыром в период с 1916 по 1938 год.
Сырье
Натуральный сыр различной степени зрелости является основным ингредиентом для приготовления плавленых сыров или сырных (творожных) паст. Но все же плавленый сыр – это поликомпонентный продукт, который помимо белоксодержащего сырья может иметь в своем составе следующие ингредиенты:
- сливки, сливочное масло и другие молочные продукты с содержанием лактозы не более 5,0 % в конечном продукте;
- растительное масло;
- натуральные углеводные подсластители, такие как сахароза, декстроза, патока, мальтодекстрин, гидролизованная лактоза, мед, мальтоза, солод;
- сырье «в подработку»;
- пищевая поваренная соль, уксус, специи и другие приправы;
- культуры безвредных бактерий и ферментов;
- пищевые добавки, в том числе эмульгаторы (соли-плавители) и ароматизаторы.
Уровни эмульгатора обычно ограничены 3 % солей плавления на основе фосфата или цитрата. Дополнительные ингредиенты включают подкислители, воду, соль, искусственные красители, ингибиторы плесени, ферментно-модифицированный сыр и лецитин в качестве средства, препятствующего прилипанию. Также в плавленый производители могут добавлять другие молочные продукты, такие как молоко, сыворотка и сыры с высоким содержанием влаги, такие как сыр из обезжиренного молока.
Натуральный сыр.
Натуральные сыры при производстве плавленых сыров подбирают тщательно, ведь натуральный сыр оказывает заметное влияние на общий кальций, интактный казеин и pH и, следовательно, на конечные функциональные свойства плавленого сыра. Для классического производства плавленого сыра используются различные виды натуральных сыров, таких как Чеддер, Швейцарский, Гауда и т. д. В зависимости от типа производимого плавленого сыра количество натурального сыра в рецептуре плавленого сыра варьируется от 51% до >80% конечного плавленого сыра. Соответствующий выбор натурального сыра имеет решающее значение для получения плавленого сыра с желаемыми химическими и функциональными характеристиками. Натуральный сыр, используемый в рецептуре плавленого сыра, обычно выбирается на основе типа, вкуса, зрелости, консистенции, текстуры и pH. Производители плавленого сыра выбирают подходящую смесь молодого и выдержанного натурального сыра, чтобы получить плавленый сыр с желаемым вкусом и текстурой.
Уровень негидролизованного казеина по отношению к общему азоту в сыром сыре называется «относительным содержанием казеина». Степень разложения казеина в сыре при переработке будет влиять на характеристики плавления, а также на структуру и свойства конечного продукта. Блочный плавленый сыр, который имеет хорошие свойства нарезки, обычно требует сырья с длинной структурой и относительным содержанием казеина > 70%, то есть преимущественно молодого сыра. Для получения плавленого сыра с хорошими свойствами натирания и поджаривания относительное содержание казеина должно составлять 80-85%. Для приготовления
плавленого сыра пастообразного типа смесь должна состоять из среднезрелого сырья, небольшой доли молодого сыра для повышения стабильности и некоторого количества зрелого сыра для придания сильного вкуса.
Соли-плавители.
Соли-плавители (эмульгирующие соли) - это химические соединения, состоящие из одновалентных катионов и поливалентных анионов, которые оказывают большое влияние при производстве плавленых сыров. Двумя основными функциями солей-плавителей в плавленном сыре являются «связывание кальция» (разрушение белковой сети, связанной с кальцием и фосфатом, присутствующей в натуральном сыре) и «регулирование pH». Обе эти функции помогают гидратировать казеины, присутствующие в натуральном сыре, чтобы они могли легко взаимодействовать с водной и жировой фазами, создавая тем самым гомогенную эмульсию плавленого сыра.
Примеры солей-плавителей, используемых в производстве плавленых сыров, включают моно-, ди- и тринатрийфосфаты, дикалийфосфат, гексаметафосфат натрия, кислый пирофосфат натрия, тетрапирофосфат натрия, фосфат натрия-алюминия, цитрат натрия, цитрат калия, цитрат кальция, тартрат натрия, и тартрат натрия-калия. Наиболее распространенными солями-плавителями являются тринатрийцитрат и динатрийфосфат, при этом алюмофосфат натрия набирает популярность.
Тринатрийцитрат является предпочтительной эмульгирующей солью для плавленых сыров, нарезаемых ломтиками, тогда как динатрийфосфат (или соответствующие комбинации ди- и тринатрийфосфатов) используется в плавленых сырных спредах. Иногда вместе с этими эмульгирующими солями используются низкие уровни гексаметафосфата натрия.
Фосфатно-эмульгирующие соли оказывают бактериостатическое действие на плавленые сырные продукты, что обеспечивает защиту от роста клостридии ботулинум.
Сырье «в подработку».
Сырье «в подработку» - это ранее выпущенный продукт, и теперь повторно перерабатываемый на предприятии.
Если производитель не смог продать весь произведенный им плавленый сыр до истечения срока годности, то его все еще можно «спасти». На помощь приходит технологическая подработка.
«В подработку» также идет следующий плавленый сыр:
- потери во время переналадки производственной линии;
- стружка и обрезки кромок;
- остаточный плавленый сыр, который удаляется линий, бункеров и упаковочных машин, также называемый «горячим расплавом»;
- плавленый сыр, который был отклонен службой контроля качества из-за неправильного веса, упаковки или дефекта качества.
В общем, добавление «подработки» приводит к снижению плавкости и получению более твердого плавленого сыра. Рекомендуется не использовать подработку в количестве, превышающем 4% от общей сырной смеси, чтобы избежать нежелательного влияния на свойства готового плавленого сыра. Явление, при котором чрезмерная термическая обработка плавленого сыра может усилить взаимодействие между казеинами до такой степени, что они приобретают густую консистенцию, похожую на пудинг, называется «чрезмерным взбиванием», что может быть вызвано чрезмерным использованием «подработки».
Допустимые нормы закладки «подработки» с оптимальной дисперсией белка и эмульгированием - в пределах 2-30% в плавленых сырах, где желательно кремообразующее действие.
Обезжиренное сухое молоко, сухая сыворотка и концентрат сывороточного белка.
Такие ингредиенты, как обезжиренное сухое молоко (СОМ) и молочные ингредиенты на основе сыворотки (жидкая сыворотка, сывороточный порошок и концентрат сывороточного белка (КСБ) часто используются при приготовлении плавленых сыров, поскольку добавление этих ингредиентов в рецептуру помогает снизить стоимость продукта.
СОМ и сухая сладкая сыворотка имеют содержание лактозы около 50% и 75% соответственно, а коммерческие СОИ и КСБ содержат значительное количество сывороточных белков, два важных фактора состава.
Избыток лактозы может привести к проблеме «песочности», а избыток сывороточных белков может препятствовать «плавкости» плавленого сыра.
Пищевые камеди/гидроколлоиды.
Закладка пищевых камедей и гидроколлоидов в плавленый сыр осуществляется в количестве до 0,08% от массы готового продукта. К ним относятся камедь рожкового дерева, камедь карайи, трагакантовая камедь, гуаровая камедь, желатин, карбоксиметилцеллюлоза натрия, каррагинан, овсяная камедь, альгинат натрия, или ксантановая камедь по отдельности или в комбинации.
Поскольку плавленая сырная паста имеет высокое содержание влаги (до 60%), основная функция камедей – связывание воды и обеспечение надлежащего качества (вязкость/загустение продукта и улучшение вкусовых ощущений при его употреблении в пищу). Таким образом, такие загустители в составе сырного продукта оказывают влияние на текстурные свойства расплава. Выбор загустителей зависит от легкости диспергируемости, растворимости, свойств гидратации, способности удерживать влагу, вязкости при варке, совместимости с молочными белками и другими соединениями, присутствующими в плавленном сыре, а также оптимального рабочего диапазона pH.
Еще одна важная область, в которой использование загустителей набирает популярность, — это плавленые сыры с «обезжиренным» и «пониженным содержанием жира». Типичные уровни использования камедей и/или гидроколлоидов в этих целях составляют от 0,1% до 0,5%.
Альгинат натрия образует нетермообратимый гель в присутствии кальция и придает глянцевый вид
плавленым сырным спредам. Пектины можно добавлять в продукт с низким pH, чтобы предотвратить обезвоживание казеина во время термической обработки и последующее появление шероховатой текстуры.
Подкислители/агенты, контролирующие pH.
Для регулирования pH полученного плавленого сыра обычно используют лимонную кислоту, фосфорную кислоту, уксусную кислоту, молочную кислоту, гидрокарбонат натрия и/или карбонат кальция.
Красители.
В качестве красящего вещества применяют аннато, β-каротин, хлорофилл, включая хлорофилл меди, рибофлавин, олеорезин паприки и куркумин.
Ароматизаторы.
Для создания плавленого сыра с приятным, характерным сырным вкусом ароматизаторы являются основным ингредиентом.
Консерванты.
Для продления срока хранения сырных продуктов применяют сорбиновую кислоту и ее натриевые и калиевые соли, пропионовую кислоту и ее натриевые и кальциевые соли или низин. Низин – соединение, вырабатываемое некоторыми штаммами лактококка лактиса, который проявляет активность в отношении некоторых грамположительных бактерий. Возможна закладка низина - от 0,01 до 0,025%.
Сорбиновая кислота представляет собой ненасыщенную жирную кислоту с короткой цепью, растворимость в воде 0,16%. Она примерно в три раза лучше растворяется в жире. Сорбат калия лучше растворяется в воде. Антимикробная активность сорбата зависит от pH и возрастает по мере приближения pH к константе диссоциации. Сорбиновую кислоту можно добавлять в плавленый сыр в количестве ниже 0,2% (по массе).
Этапы производства
Основные этапы производства плавленого сыра можно разделить на два этапа:
- выбор ингредиентов и рецептура (выбор и измельчение натурального сыра (по возрасту, pH, вкусу и содержанию цельного казеина); выбор подходящей эмульгирующей соли; составление и расчет других ингредиентов (в соответствии с правовыми стандартами))
- переработка и хранение плавленого сыра (приготовление (нагревание и смешивание); упаковка, охлаждение и хранение)
Выбор ингредиентов и рецептура. Первый этап производства плавленого сыра включает в себя подбор ингредиентов и разработку рецептуры. Помимо натурального сыра и эмульгирующих солей, при производстве плавленого сыра используются различные молочные и немолочные ингредиенты (красители, ароматизаторы, специи, загустители, ингибиторы плесени и т. д.).
Различные ингредиенты по-разному влияют на физико-химические свойства, вкус и функциональные свойства плавленого сыра. Более того, правильный выбор натурального сыра и эмульгирующей соли очень важен для производства плавленого сыра с желаемыми конечными свойствами.
Переработка и хранение плавленого сыра. На крупных заводах сыр плавится непрерывно, а на небольших заводах его передают в специальное оборудование – вакуумные куттеры-плавители.
Вакуумный куттер-плавитель – это универсальное оборудование, которое дает проводить операции измельчения, нагревания, плавления/эмульгирования, смешивания, вакуумирования, и охлаждения.
Сначала в сыр примешивают воду, соль и эмульгирующую соль в режиме непрерывной работы высокоскоростного трехлепескового донного ножа. Смесь нагревают до 70-95°С или даже выше (в зависимости от типа плавленого сыра), используя паровую рубашку куттера-плавителя или функцию прямого впрыска пара для ускорения времени приготовления. Во время нагрева расплавляемая масса постоянно перемешивается специальной мешалкой, чтобы избежать пригорания. Обычно процесс происходит в вакууме, который удаляет нежелательные запахи и привкусы, а также облегчает регулирование содержания влаги.
Затем плавленый сыр выгружается из вакуумного куттера в контейнер из нержавеющей стали, который транспортируется на упаковочную станцию и опорожняется в загрузочные бункеры упаковочных машин. Обычно сыр упаковывают в горячем виде при температуре приготовления.
Плавленый сыр для приготовления бутербродов намазыванием должен быть охлажден как можно быстрее и, следовательно, после упаковки должен проходить через охлаждающий туннель, так как быстрое охлаждение улучшает растекаемость. С другой стороны, блочный (колбасный) сыр следует медленно охлаждать. После формования такой сыр оставляют при температуре окружающей среды.
Условия обработки, такие как время приготовления, температура приготовления, степень перемешивания (смешивания) во время приготовления и скорость охлаждения приготовленного плавленого сыра, определяют функциональные свойства полученного плавленого сыра.
Отличительные особенности плавленого сыра от натурального сыра
В отличие от натурального сыра, плавленый сыр можно охарактеризовать как стабильную эмульсию масло в воде. Использование солей-плавителей , в производстве плавленых сыров помогает улучшить эмульгирующие свойства казеинов путем вытеснения кальций-фосфатных комплексов в нерастворимой фосфатной сети кальция-параказеината (Ca-параказеината), присутствующей в натуральном сыре. Это смещение комплекса кальций-фосфат разрушает молекулярную силу, которая сшивает различные мономеры казеина в сети. Такое разрушение комплекса в сочетании с нагреванием и перемешиванием приводит к гидратации и частичному диспергированию Са-параказеинат-фосфатной сети. Кроме того, частично диспергированный комплекс Са-параказеинат взаимодействует с жиром посредством гидрофобных взаимодействий. После производства и на этапе охлаждения частично диспергированная казеинатная матрица образует «хлопья», и такие хлопья взаимодействуют, образуя однородную, тесно связанную гелевую сеть. Это явление приводит к тому, что жир эмульгируется однородной, тесно связанной сеткой белкового геля. Таким образом, структура плавленого сыра по существу состоит из равномерно распределенной жировой фазы в частично диспергированной сетке казеинового геля.
pH и функциональные свойства
Конечный pH плавленого сыра оказывает существенное влияние на качество и тип белковых взаимодействий в получаемой эмульсии плавленого сыра. Тип и уровень эмульгирующих солей, а
также тип и возраст натурального сыра, используемого при производстве плавленого сыра, оказывают заметное влияние на конечный pH получаемого плавленого сыра. Диапазон pH плавленого сыра хорошего качества должен составлять от 5,4 до 5,8. Уровень pH продукта должен составлять 5,6–5,9 для спредов и 5,4–5,6 для нарезки. При более высоком pH сыра (6,1) плавленый сыр имеет открытую структуру и более слабую эмульсию.
Конечный pH плавленого сыра является важным фактором, контролирующим конечную структуру и, следовательно, функциональные свойства плавленого сыра. Конечный pH плавленого сыра также влияет на твердость сыра; повышение pH сыра с 5,0 до 6,2 приводит к первоначальному увеличению твердости примерно до pH 5,8; однако при дальнейшем повышении pH (от 5,8 до 6,2) твердость имеет тенденцию к снижению.
Функциональные свойства, ожидаемые от блочного плавленого сыра, - это способность к нарезке ломтиками, шинковке/натиранию и плавимости. Спред из плавленого сыра должен проявлять способность намазываться при температуре охлаждения.
Перечисленные функциональные свойства плавленого сыра в большей степени зависят от применяемых солей-плавителей.
Плавкость плавленых сыров, изготовленных с использованием тринатрийцитрата и динатрийфосафта, существенно не различается, однако плавленый сыр, изготовленный с использованием гексаметафосфата натрия, имеет значительно меньшую плавкость. Твердость плавленых сыров, изготовленных с использованием тринатрийцитрата значительно ниже, чем у плавленых сыров, изготовленных с использованием динатрийфосфата и гексаметилфосфата натрия.
По мере увеличения концентрации вышеперечисленных солей-плавителей в плавленном сыре (39% влаги, 33% жира) его твердость увеличивается, а плавкость снижается. Сырный продукт изготовленный с использованием гексаметилфосфата натрия, при концентрации эмульгирующей соли 2,75% был наиболее твердым и наименее плавким, за ним следовал сырный продукт, изготовленный с использованием динатрийфосфата и тринатрийцитрата.
Водородный показатель pH плавленого сыра, изготовленного с использованием гексаметилфосфата натрия (уровень 2,5%) был значительно ниже (pH 5,3), чем у других плавленых сыров, изготовленных с использованием динитрийфосфата, тринатрийцитрата и пирофосфата тетранатрия (pH от 5,9 до 6,0). Плавкость и сыпучесть плавленых сыров, изготовленных с использованием тринатрийцитрата и динатрийфосфата были одинаковыми.
Для сырных спредов (сырных паст) нижний предел pH составляет 4,0, но на практике pH обычно составляет 5,4 или выше.
Чтобы сохранить функциональность, вкус и безопасность продукта, дополнительные ингредиенты могут также включать стабилизаторы, подсластители и низин.
Даже когда конечный pH PCS был доведен до значения от 5,4 до 5,5, партии PCS, изготовленные с использованием сыра
Чеддер с более высоким pH, были более твердыми и менее плавкими по сравнению с партиями, изготовленными с
использованием сыра Чеддер с нормальным pH.
Упаковка и применение
Типичная алюминиевая фольга (11–15 мкм) для плавленых сыров покрыта защитным полимером и
поливиниловым сополимером с температурой запечатывания 65–75°С. Это покрытие защищает алюминий от коррозии из-за солей и кислот, присутствующих в сыре, а также предотвращает нежелательную миграцию алюминия в тело сыра.
Плавленый сыр — один из ведущих сортов сыра в мире, который используется в качестве ингредиента в различных пищевых продуктах (обработанных пищевых продуктах и общественном питании). В некоторых странах плавленый сыр производится и продается в различных формах, таких как буханки, ломтики, кусочки и спреды, и используется в качестве ингредиента во многих продуктах.
В зависимости от конечного применения функциональные свойства плавленого сыра можно сгруппировать в две основные категории:
- нерасплавленная текстура;
- расплавленная текстура.
Помимо индивидуальных функциональных свойств, некоторые применения плавленого сыра требуют взаимодействия между плавлеными и нерасплавленными текстурными свойствами. Например, ломтик плавленого сыра для поджаренного сэндвича должен не только обладать твердостью, когезивностью и ограниченной клейкостью, но и подходить для механической обработки во время производства и нормально плавиться во время поджаривания.
Срок годности
Плавленый сыр высшего сорта должен иметь срок хранения не более 3–4 месяцев, особенно при фасовке продукта в полиэтиленовую упаковку. Продукты, хранящиеся в металлических банках или тубах, могут иметь более длительный срок хранения. Массовые продукты из плавленого сыра обычно сохраняют свое хорошее качество до 6–12 месяцев при комнатной температуре. При комнатной температуре продукт хорошо хранится около 8 недель для кусочков, 20 недель для небольших порций, более 1 года для продуктов, упакованных в тубы или банки. Однако даже бактериологически стабильные продукты в хорошей упаковке обычно сохраняют свои качества только в течение 6–12 месяцев при комнатной температуре.
На изменения с возрастом плавленого сыра влияют четыре основных фактора:
- состав продукта;
- обработка;
- упаковка;
- условия хранения (температура и продолжительность).
Микробиологические опасности при производстве плавленого сыра можно устранить с помощью
термической обработки вакуумном куттере. Постстерилизационное заражение можно предотвратить путем горячего розлива (85-95°C) в упаковку.