A sajt viselkedésének megértése! Az optimális tárolási feltételektől a tökéletes olvadásig.

Bevezetés

A termikus elemzés az élelmiszer- és italiparban kulcsfontosságú szerepet játszik a receptúrák kidolgozásában, a gyártási folyamatok optimalizálásában, a minőség-ellenőrzésben, a tárolási feltételek vizsgálatában, valamint a termékek eltarthatósági idejének meghatározásában. Az ipari sajtgyártás alapvető folyamata során a pasztőrözött tejet rennin enzimmel oltják be a koaguláció előidézése érdekében. Ezt követően a sajtmasszát elválasztják a savótól, őrlik, és a kívánt formára alakítják, mielőtt érlelésre kerülne (ha érlelés szükséges). A sajt szerkezete rendkívül egyedi: a zsírgolyók a kazein fehérjéből (a tej fő fehérjéje) kialakult micellákban vannak szuszpendálva. Összetételi szempontból a különböző polimerek hozzáadása eltérő érzékszervi benyomásokat és tulajdonságokat eredményez; erre példa a hialuronsav hozzáadása a pizzasajthoz [1].

Ebben a tanulmányban azt vizsgáltuk, hogy egy egyszerű tárolási szempont, például a fagyasztás, hogyan befolyásolja a különböző sajtfajták tulajdonságait. A hűtőházban való tárolás és a fagyasztás egyaránt kritikus fontosságú folyamatok a sajtgyártás és -forgalmazás során, valamint a sajt otthoni tárolása szempontjából is. Ezen felül azt is vizsgálni szerettük volna, hogy meg tudjuk-e mérni az olvadt sajt nyújthatósági tulajdonságait, hogy felmérjük annak teljesítményét olyan ételekben, mint a pizza és a grillezett sajtos szendvics.

A dinamikus mechanikai elemzést (DMA) elsősorban a polimer anyagok viszkoelasztikus tulajdonságainak elemzésére használják, de fémek és kerámiák mérésére, illetve specifikus mechanikai feltételek szimulálására is alkalmazzák. Az NETZSCH DMA 303 Eplexor^® egy sokoldalú asztali készülék, amely -170 °C és 800 °C (-274 °F és 1472 °F) közötti hőmérsékleti tartományban képes méréseket végezni, 1 mN és 50 N közötti erő alkalmazásával, és 0,001–150 Hz közötti frekvencián működik. Ebben a példában a készüléket a fehér cheddar és a parmezán mechanikai tulajdonságainak mérésére használták fel egy fagyás–Olvadási hőmérsékletek és EnthalpiákEgy anyag fúziós entalpiája, más néven látens hő, annak az energiabevitelnek, jellemzően hőnek a mértéke, amely ahhoz szükséges, hogy egy anyag szilárd állapotból folyékony állapotba kerüljön. Egy anyag olvadáspontja az a hőmérséklet, amelyen szilárd (kristályos) állapotból folyékony (izotróp olvadék) állapotot vált.olvadás ciklus előtt és után.

Azonban annak mérése, hogy a tárolási körülmények és a hőmérséklet hogyan befolyásolják a szilárd sajt mechanikai tulajdonságait, csupán a történet fele abból a szempontból, hogy hogyan élvezzük a terméket. Az olvasztott fehér cheddar nyúlási tulajdonságait is megmérték, hogy meghatározzák annak viselkedését olyan főzési helyzetekben, mint például a grillezett sajt vagy a fondü.

NETZSCH A cég egyedülálló pozíciót foglal el a reológia területén azzal, hogy mind hagyományos rotációs/oszcillációs reométereket, mind nagy erőhatású kapilláris reométereket kínál: ezek a műszerek együttesen több mint hat nagyságrendnyi nyírási sebességtartományt fednek le. Kettős henger és nulla hosszúságú fúvóka konfiguráció alkalmazásával a nyíró- és alakváltozási viszkozitás egyidejűleg meghatározható a nyírási sebesség függvényében. Ebben az esetben az olvasztott fehér cheddar korrigált alakváltozási tulajdonságait mérték a nyírási sebesség függvényében.

DMA-vizsgálat a fagyasztás sajt tulajdonságaira gyakorolt hatásának meghatározására

A fehér cheddar és a parmezán oszlopokat nyomópróbával vizsgálták (lásd az 1. ábrát), hogy meghatározzák azok hőmérsékletfüggő mechanikai tulajdonságait. DMA-méréssel határozták meg a sajtminták tárolási modulusát (E’), amely az anyag energia-tárolási képességét írja le, a Viszkózus modulusA komplex modulus (viszkózus komponens), a veszteségmodulus vagy G'' a minták "képzeletbeli" része a teljes komplex modulus. Ez a viszkózus komponens jelzi a mérendő minta folyadékszerű vagy fázison kívüli válaszát. veszteségi modulusát (E”), amely az anyag energiaelvezetési képességét írja le (jellemzően a belső súrlódás által generált hő révén), valamint a csillapítási tényezőt (tan δ), amely a Viszkózus modulusA komplex modulus (viszkózus komponens), a veszteségmodulus vagy G'' a minták "képzeletbeli" része a teljes komplex modulus. Ez a viszkózus komponens jelzi a mérendő minta folyadékszerű vagy fázison kívüli válaszát. veszteségi modulus és a tárolási modulus aránya, és leírja az anyag azon képességét, hogy egy rá ható erő hatására rugalmasan vagy viszkózus módon deformálódjon. Végül a Komplex modulusA komplex modulus két komponensből, a tárolási és a veszteségmodulból áll. A tárolási modulus (vagy Young-modulus) a merevséget, a veszteségmodul pedig a megfelelő minta csillapítási (vagy viszkoelasztikus) viselkedését írja le a dinamikus mechanikai analízis (DMA) módszerével. komplex modulus (jelölése |E|, matematikailag E’ és E” négyzetösszegének gyöke) egyszerű módszert nyújt a minták közötti általános merevség hőmérsékletfüggő összehasonlítására.

Ebben a vizsgálatban fehér Cheddar- vagy parmezánmintákat mértünk 20 °C-tól 55 °C-ig vagy 65 °C-ig (az olvadásponttól függően), miután azokat kizárólag 4 °C-on hűtöttük. A fagyás-Olvadási hőmérsékletek és EnthalpiákEgy anyag fúziós entalpiája, más néven látens hő, annak az energiabevitelnek, jellemzően hőnek a mértéke, amely ahhoz szükséges, hogy egy anyag szilárd állapotból folyékony állapotba kerüljön. Egy anyag olvadáspontja az a hőmérséklet, amelyen szilárd (kristályos) állapotból folyékony (izotróp olvadék) állapotot vált.olvadás ciklus hatásának megértése érdekében fehér Cheddar- és parmezánmintákat egy éjszakán át -20 °C-on tároltunk, majd felolvasztottuk és ugyanazzal a hőmérsékleti programmal elemeztük őket. A fagyás-Olvadási hőmérsékletek és EnthalpiákEgy anyag fúziós entalpiája, más néven látens hő, annak az energiabevitelnek, jellemzően hőnek a mértéke, amely ahhoz szükséges, hogy egy anyag szilárd állapotból folyékony állapotba kerüljön. Egy anyag olvadáspontja az a hőmérséklet, amelyen szilárd (kristályos) állapotból folyékony (izotróp olvadék) állapotot vált.olvadás ciklus hatását a fehér Cheddar tulajdonságaira a 2. ábra, a parmezánra pedig a 3. ábra mutatja be.

A 2. és 3. ábrákból egyértelműen látható a különbség a sajtok között (csupán hűtőben való tárolás után): a parmezán modulusértékei jelentősen magasabbak a fehér cheddarhoz képest (E’ érték: 3,02 szemben 0,39 MPa-val 25 °C-on), ami várható is, mivel a parmezán kemény sajtnak minősül. Mindkét sajt modulusértékei és csillapítási tényezői is magasabbak voltak a fagyás-Olvadási hőmérsékletek és EnthalpiákEgy anyag fúziós entalpiája, más néven látens hő, annak az energiabevitelnek, jellemzően hőnek a mértéke, amely ahhoz szükséges, hogy egy anyag szilárd állapotból folyékony állapotba kerüljön. Egy anyag olvadáspontja az a hőmérséklet, amelyen szilárd (kristályos) állapotból folyékony (izotróp olvadék) állapotot vált.olvadás ciklus után (a parmezán E’ értéke 3,02-ről 3,87-re, a fehér cheddaré pedig 0,39-ről 0,60 MPa-ra nőtt 25 °C-on), ami arra utal, hogy a tárolási körülmények hatással vannak az anyagra, és jelentősen merevebbé teszik azt.

Az 1. táblázat összefoglalja az egyes minták eredményeit 25 °C-os hőmérsékleten. Az E’ és E” értékek közötti kölcsönhatás megértése fontos ahhoz, hogy megértsük, hogyan fogjuk érzékelni a sajtot rágás közben, illetve hogy ellenáll-e vagy könnyen enged a fogak által kifejtett erőnek [2].

1. táblázat: A fehér Cheddar és a parmezán E', E'' és tan δ értékeinek összefoglalása 25 °C-on

Érdekes megjegyezni, hogy a fagyás utáni megnövekedett merevség hatása szobahőmérsékleten jelentősebb, de a minták felmelegedésével jelentősen csökken (2c. és 3c. ábra).

Végül fontos megjegyezni, hogy a DMA 303 Eplexor^® képes kriogén hőmérsékleteket elérni, ezért a fagyás-Olvadási hőmérsékletek és EnthalpiákEgy anyag fúziós entalpiája, más néven látens hő, annak az energiabevitelnek, jellemzően hőnek a mértéke, amely ahhoz szükséges, hogy egy anyag szilárd állapotból folyékony állapotba kerüljön. Egy anyag olvadáspontja az a hőmérséklet, amelyen szilárd (kristályos) állapotból folyékony (izotróp olvadék) állapotot vált.olvadás ciklus a műszerben is végrehajtható lenne. Megállapítottuk azonban, hogy a sajtoszlopok annyira merevek lettek, hogy a dinamikus deformációhoz nagyobb erőre volt szükség, mint amennyit a műszer biztosítani tudott. Ezen anyagok fagyás közbeni vizsgálatához nagyobb erővel rendelkező műszerre, például a DMA 503 Eplexor^® -re van szükség.

Kapilláris reometria, extrudálás és lehúzási vizsgálat

A NETZSCH Rosand RH2000 és az RH7/10 sorozatú kapilláris reométereket általában a polimerek olvadékban mért viszkozitásának vizsgálatára használják. Jelen kísérletben azt tűztük ki célul, hogy megmérjük egy olvadó sajt – például a fehér cheddar – viszkozitását a nyírási sebesség függvényében (a parmezán ugyanis nem olvad meg megfelelően). A mintát 65 °C-on mértük, mivel ez a fondü készítéséhez általánosan használt hőmérséklet, ahol a sajt nyújthatósága igazán fontos szerepet játszik.

Az alapvető viszkozitásméréseken túl a Rosand műszerek különféle kiegészítők és matematikai modellek segítségével további tulajdonságokat is képesek meghatározni, mint például a lehúzási erőt, a szerszámduzzadást és a nyúlási viszkozitást. A Rosand ikerfuratos kialakításának köszönhetően hosszú szerszám és nyílásos szerszám is használható a minta egyidejű mérésére, valamint a nyíró- és nyúlási viszkozitás kiszámítására a Cogswell-modell segítségével. Gyakorlati szempontból ez azt mutatja, hogy az olvadt anyag mennyire nyújtható ki egy adott nyírási sebesség mellett, vagyis mennyire nyúlik az olvadt sajt, amikor egy pizzaszeletet egy adott sebességgel húznak el. A fehér cheddar nyíró- és nyúlási tulajdonságait a 4. ábra mutatja. A fehér cheddar a polimerekre jellemző tulajdonságot mutatta: nyíróvékonyodó volt; a minta viszkozitása a nyírási sebesség növekedésével csökkent.

Newtoni anyagok esetében jól ismert, hogy az anyag nyúlási viszkozitása háromszor nagyobb, mint a nyíróviszkozitása. Polimer olvadékoknál a nyúlási viszkozitás és a nyíróviszkozitás aránya sokkal nagyobb, akár több nagyságrenddel is. Ebben az esetben megállapították, hogy a fehér Cheddar nyúlási viszkozitása rendkívül magas, több ezerrel magasabb, mint a nyírási viszkozitása. Gyakorlati szempontból ez azt jelenti, hogy a fehér Cheddar nyírás közben is rendkívül viszkózus marad (hasonlóan a mézhez a vízhez képest), ezért kevésbé hajlamos a szakadásra. Ahogy a Cheddar-t gyorsabb ütemben nyírják, a nyúlási viszkozitás csökken. Ezért a sajtnyújtás optimalizálásakor a kellően magas hőmérséklet fenntartása és a lassú nyújtás maximalizálja azt a távolságot, ameddig a Cheddar megnyújtható.

Összefoglalás

A termikus elemzés az élelmiszer- és italiparban kulcsfontosságú szerepet játszik, hiszen a termékösszetétel kidolgozásától a szavatossági idő meghatározásáig minden területen segítséget nyújt. Jelen tanulmányban bemutattuk, hogy a NETZSCH különböző műszerei hogyan használhatók fel nemcsak annak megértéséhez, hogy a tárolási hőmérséklet hogyan befolyásolja a fehér cheddar és a parmezán tulajdonságait, hanem az olvadt állapotban lévő sajt tulajdonságainak – például a fehér cheddar nyúlási képességének – mérésére is. A DMA 303 Eplexor^®®segítségével összehasonlítottuk a fehér cheddar és a parmezán mechanikai tulajdonságait különböző hőmérsékleti tartományokban. Ezen felül kimutattuk, hogy a fagyás-olvasztás ciklus mindkét sajt esetében jelentősen növeli a merevségi modulusukat, ami fontos szempont a termék szállítása és kezelése szempontjából. A „ Rosand RH2000 ” modellt használták a fehér cheddar olvadt állapotának tulajdonságainak, különösen a nyúlási tulajdonságoknak a modellezésére. A felhasználó szempontjából ez lényegében a sajt főzésére és az azt követő „húzására” vonatkozó modell, amely kritikus változó a marketing és a teljesítmény szempontjából.