Giriş
Termal analiz, gıda ve içecek endüstrisinde formülasyon, üretim süreçlerinin optimize edilmesi, kalite kontrolü, depolama koşullarının incelenmesi ve ürün raf ömrünün belirlenmesi açısından hayati öneme sahiptir. Temel endüstriyel peynir üretim süreci, pıhtılaşmayı sağlamak üzere pastörize süte peynir mayası enziminin eklenmesini içerir. Daha sonra peynir kütlesi peynir altı suyundan ayrılır, öğütülür ve (olgunlaştırma gerekiyorsa) olgunlaştırılmadan önce belirli bir şekle getirilir. Peynir, yağ globüllerinin sütün ana proteini olan kazein proteininden oluşan miseller tarafından süspansiyon halinde tutulduğu çok benzersiz bir yapıya sahiptir. Formülasyon açısından bakıldığında, çeşitli polimerlerin eklenmesi farklı duyusal algılara ve özelliklere yol açar; buna bir örnek, pizza peynirine hiyalüronik asit eklenmesidir [1].
Bu çalışmada, dondurma gibi basit bir depolama yönteminin çeşitli peynir türlerinin özelliklerini nasıl etkilediğini araştırmayı amaçladık. Soğuk depolama ve dondurma, hem peynir üretimi ve dağıtımı hem de peynirin evde nasıl saklandığı açısından kritik süreçlerdir. Ayrıca, erimiş peynirin gerilme özelliklerini ölçerek pizza ve ızgara peynir gibi yemeklerdeki performansını değerlendirebileceğimizi araştırmak istedik.
Dinamik Mekanik Analiz (DMA), öncelikle polimerik malzemelerin viskoelastik özelliklerini analiz etmek için kullanılır; ancak metalleri ve seramikleri ölçmek veya belirli mekanik koşulları simüle etmek için de kullanılır. NETZSCH 'in DMA 303 Eplexor® modeli, -170°C ile 800°C (-274°F ile 1472°F) arasındaki sıcaklık aralığında ölçüm yapabilen, 1 mN ile 50 N arasında kuvvet uygulayabilen ve 0,001 ile 150 Hz arasındaki frekanslarda çalışabilen çok yönlü bir masaüstü cihazdır. Bu örnekte, cihaz, dondurma-çözme döngüsünden önce ve sonra beyaz çedar ve parmesan peynirlerinin mekanik özelliklerini ölçmek için kullanılmıştır.
Ancak, saklama koşullarının ve sıcaklığın katı peynirin mekanik özelliklerine nasıl etki ettiğini ölçmek, üründen nasıl keyif aldığımızın sadece yarısıdır. Izgara peynir veya fondü gibi pişirme senaryolarındaki performansını belirlemek için erimiş beyaz çedar peynirinin uzama özellikleri de ölçülmüştür.
NETZSCH hem geleneksel dönme/salınımlı reometreleri hem de yüksek kuvvetli kapiler reometreleri sunarak reoloji alanında benzersiz bir konuma sahiptir: Bu cihazlar birlikte, kesme hızlarında altı mertebeden fazla bir aralığı kapsamaktadır. Çift silindir ve sıfır uzunluklu nozul konfigürasyonu kullanılarak, kesme ve gerinim viskoziteleri kesme hızının bir fonksiyonu olarak eşzamanlı olarak belirlenebilir. Bu örnekte, erimiş beyaz çedar peynirinin düzeltilmiş gerinim özellikleri, kesme hızının bir fonksiyonu olarak ölçülmüştür.
Dondurmanın Peynir Özellikleri Üzerindeki Etkisini Belirlemek İçin DMA Testi
Şekil 1’de gösterildiği üzere, beyaz Cheddar ve Parmesan peynirlerinden oluşan sütunlar, sıcaklığın bir fonksiyonu olarak mekanik özelliklerini belirlemek amacıyla sıkıştırma modunda test edildi. DMA, peynir numunelerinin bir malzemenin enerji depolama kabiliyetini tanımlayan depolama modülünü (E’), bir malzemenin enerji dağıtma kabiliyetini (genellikle iç sürtünmeden kaynaklanan ısı yoluyla) tanımlayan Viskoz modülKarmaşık modül (viskoz bileşen), kayıp modülü veya G'', numunelerin genel karmaşık modülünün "hayali" kısmıdır. Bu viskoz bileşen, ölçüm yapılan numunenin sıvı benzeri veya faz dışı tepkisini gösterir. kayıp modülünü (E”) ve Viskoz modülKarmaşık modül (viskoz bileşen), kayıp modülü veya G'', numunelerin genel karmaşık modülünün "hayali" kısmıdır. Bu viskoz bileşen, ölçüm yapılan numunenin sıvı benzeri veya faz dışı tepkisini gösterir. kayıp modülünün depolama modülüne oranı olan ve bir malzemenin uygulanan bir kuvvete karşı elastik veya viskoz olarak deforme olma yeteneğini tanımlayan sönümleme faktörü (tan δ) belirlenmiştir. Son olarak, Karmaşık ModülKarmaşık modül, depolama ve kayıp modülleri olmak üzere iki bileşenden oluşur. Depolama modülü (veya Young modülü) sertliği, kayıp modülü ise Dinamik Mekanik Analiz (DMA) yöntemi kullanılarak ilgili numunenin sönümleme (veya viskoelastik) davranışını tanımlar. karmaşık modül (|E| ile gösterilir; matematiksel olarak E’ ve E” değerlerinin karelerinin toplamının kökü), numuneler arasındaki genel sertliği sıcaklığın bir fonksiyonu olarak karşılaştırmanın basit bir yoludur.
Bu çalışmada, sadece 4 °C’de buzdolabında saklandıktan sonra beyaz Cheddar veya Parmesan peynirinden alınan bir numune, 20 °C’den başlayarak Erime Sıcaklıkları ve EntalpileriGizli ısı olarak da bilinen bir maddenin füzyon entalpisi, bir maddeyi katı halden sıvı hale dönüştürmek için gerekli olan enerji girdisinin, tipik olarak ısının bir ölçüsüdür. Bir maddenin erime noktası, katı (kristal) halden sıvı (izotropik eriyik) hale geçtiği sıcaklıktır.erime noktasına bağlı olarak 55 °C veya 65 °C’ye kadar ısıtıldı. Dondurma-çözme döngüsünün etkisini anlamak amacıyla, beyaz Cheddar ve Parmesan örnekleri bir gece boyunca -20°C'de saklandıktan sonra çözülmüş ve aynı sıcaklık programı ile analiz edildi. Dondurma-çözme döngüsünün beyaz Cheddar'ın özellikleri üzerindeki sonucu Şekil 2'de, Parmesan peyniri üzerindeki sonucu ise Şekil 3'te gösterilmiştir.
Şekil 2 ve 3’ten anlaşıldığı üzere, peynirler arasında (sadece buzdolabında saklandıktan sonra) belirgin bir fark vardır; Parmesan, beyaz Cheddar’a kıyasla önemli ölçüde daha yüksek modül değerlerine sahiptir (25°C’de E’ değeri 3,02’ye karşı 0,39 MPa); bu durum, Parmesan’ın sert peynir sınıfına girmesi nedeniyle beklenen bir sonuçtur. Her iki peynir de donma-çözülme döngüsünden sonra daha yüksek modül değerleri ve sönümleme faktörleri sergilemiştir (25 °C’de parmesanın E’ değeri 3,02’den 3,87’ye, beyaz çedarın ise 0,39’dan 0,60 MPa’ya yükselmiştir), bu da depolama koşullarının malzemeyi etkilediğini ve onu önemli ölçüde daha sert hale getirdiğini göstermektedir.
Tablo 1, 25 °C’lik seçilen bir sıcaklıkta her bir numunenin sonuçlarını özetlemektedir. E’ ve E” değerleri arasındaki etkileşimi anlamak, peynirin çiğneme sırasında nasıl algılanacağını, dişlerin uyguladığı kuvvete direnip direnmeyeceğini ya da kolayca boyun eğip eğmeyeceğini anlamak açısından önemlidir [2].
Tablo 1: 25 °C'de beyaz Cheddar ve Parmesan peynirleri için E', E'' ve tan δ değerlerinin özeti
| Değişken | Dondurulmamış | Dondurulmuş ve Çözülmüş | Dondurma Sonrası Artış |
|---|---|---|---|
Beyaz Çedar | |||
| E' (MPa) | 0,39 | 0,60 | 1,54 |
| E'' (MPa) | 0,13 | 0,22 | 1,69 |
| tan δ | 0,36 | 0,37 | 1,12 |
Parmesan | |||
| E' (MPa) | 3,03 | 3,87 | 1,28 |
| E'' (MPa) | 1,10 | 1,50 | 1,36 |
| tan δ | 0,36 | 0,39 | 1,08 |
İlginç bir şekilde, dondurma sonrası artan sertliğin etkisi oda sıcaklığında daha belirgindir, ancak numuneler ısıtıldıkça büyük ölçüde azalır (Şekil 2c ve 3c).
Son olarak, DMA 303 Eplexor® cihazının kriyojenik sıcaklıklara ulaşabildiğini ve bu nedenle donma-çözülme döngüsünün cihazın kendi içinde tamamlanabileceğini belirtmek önemlidir. Ancak, peynir sütunlarının o kadar sertleştiği ve dinamik deformasyon için cihazın sağlayabileceğinden daha fazla kuvvet gerektiği tespit edilmiştir. Bu malzemeleri donma sırasında incelemek için, DMA 503 Eplexor® gibi daha yüksek kuvvet uygulayabilen bir cihaz gereklidir.
Kılcal Reometri, Ekstrüzyon ve Çekme Testi
NETZSCH Rosand RH2000 ve RH7/10 serisi kapiler reometreler, genellikle eriyik halindeki polimerlerin viskozitesini anlamak için kullanılır. Bu çalışmada, beyaz çedar gibi eriyen bir peynirin (Parmesan peyniri iyi erimediği için) viskozitesini, kesme hızının bir fonksiyonu olarak ölçmeyi amaçladık. Peynirin uzama özelliğinin gerçekten önemli olduğu bir örnek olan fondü için yaygın olarak kullanılan sıcaklık 65°C olduğundan, numune bu sıcaklıkta ölçüldü.
Temel viskozite ölçümlerinin yanı sıra, Rosand cihazları çeşitli aksesuarlar ve matematiksel modellerden yararlanarak çekme kuvveti, kalıp şişmesi ve uzama viskozitesi gibi ek özellikleri de belirleyebilir. Rosand'ın çift delikli tasarımı sayesinde, uzun bir kalıp ve delikli bir kalıp kullanılarak numune aynı anda ölçülebilir ve Cogswell modeli kullanılarak kesme ve uzama viskozitesi hesaplanabilir. Pratik açıdan bakıldığında bu, eriyik maddenin belirli bir kesme hızında ne kadar uzayabileceğini, yani bir dilim pizza belirli bir hızda çekildiğinde erimiş peynirin ne kadar gerileceğini gösterir. Beyaz çedar peynirinin kesme ve uzama özellikleri Şekil 4’te gösterilmiştir. Beyaz çedar peyniri, kesme incelmesi göstermesi bakımından polimerlerin ortak bir özelliğini sergilemiştir; numunenin viskozitesi, kesme hızının artmasıyla azalmıştır.
Newtonian malzemeler için, malzemenin uzama viskozitesinin kesme viskozitesinden üç kat daha yüksek olduğu iyi bilinmektedir. Polimer eriyiklerinde ise uzama viskozitesinin kesme viskozitesine oranı çok daha yüksektir ve birkaç büyüklük mertebesine kadar çıkabilmektedir. Bu çalışmada, beyaz Cheddar peynirinin, kesme viskozitesinden birkaç bin kat daha yüksek olan çok yüksek bir uzama viskozitesine sahip olduğu belirlenmiştir. Pratik açıdan bakıldığında bu durum, beyaz Cheddar peynirinin kesilme sırasında yüksek viskozitesini koruduğunu (bal ile suyu karşılaştırın) ve dolayısıyla kopma olasılığının daha düşük olduğunu göstermektedir. Cheddar daha hızlı bir hızda kesildiğinde, uzama viskozitesi düşer. Bu nedenle, peynir çekme özelliğini optimize ederken, yeterince yüksek bir sıcaklığı korumak ve yavaşça çekmek, Cheddar’ın uzayabileceği mesafeyi en üst düzeye çıkaracaktır.
Özet
Termal analiz testleri, gıda ve içecek endüstrisinde formülasyondan raf ömrünün belirlenmesine kadar her aşamada önemli bir rol oynar. Bu çalışmada, çeşitli NETZSCH cihazlarının, depolama sıcaklığının beyaz Cheddar ve Parmesan peynirlerinin özelliklerini nasıl etkilediğini anlamakla kalmayıp, aynı zamanda beyaz Cheddar peynirinin uzama gibi erimiş haldeki özelliklerini ölçmek için de nasıl kullanılabileceğini gösterdik. DMA 303 Eplexor®®Rosand RH2000 'i kullanarak, beyaz Cheddar ve Parmesan peynirlerinin mekanik özellikleri çeşitli sıcaklık aralıklarında karşılaştırıldı. Ayrıca, donma-çözülme döngüsünün her iki peynir üzerindeki etkisinin, ürünün nakliyesi ve elleçlenmesi açısından önemli bir husus olan modülüsünü önemli ölçüde artırdığı gösterildi. u, beyaz Cheddar peynirinin erimiş haldeki özelliklerini, özellikle de uzama özelliklerini modellemek için kullanıldı. Kullanıcı açısından bakıldığında, bu model esasen peynirin pişirilmesi ve ardından “çekilme” sürecini simüle eden bir modeldir; bu da pazarlama ve performans açısından kritik bir değişkendir.