Vybrané faktory působící na konzistenci tavených sýrů

Transkript

1 Teze habilitační práce Vybrané faktory působící na konzistenci tavených sýrů Selected Factors Influencing the Processed Cheese Consistency Autor: Obor: MVDr. Michaela Černíková, Ph.D. Technologie potravin Zlín, květen 2018

2 Michaela Černíková Vydala Univerzita Tomáše Bati ve Zlíně v edici Habilitation Thesis. Publikace byla vydána v roce 2018 Klíčová slova: tavené sýry, tavicí soli, hydrokoloidy, procesní parametry, konzistence Key words: processed cheeses, emulsifying salts, hydrocolloids, processing parameters, consistency Práce je dostupná v Knihovně UTB ve Zlíně. ISBN

3 I když se nikdo nemůže vrátit a vytvořit zcela nový začátek, každý může začít teď a vytvořit zcela nový konec. Carl Bard Jestliže dokážete o něčem snít, dokážete to i udělat. Walt Disney

4 Děkuji všem, kteří se jakkoli podíleli na mém profesním i osobním růstu, byli mi průvodci životem a nápomocni při zpracovávání této práce. Poděkování patří doc. Ing. Františku Buňkovi, Ph.D., za připomínky a cenné rady při provádění experimentů, vyhodnocování dat a sepisování práce. Mé poděkování patří rovněž všem ostatním kolegům, kteří mě v práci podporovali a spolupodíleli se na jednotlivých výstupech, na jejichž podkladě tato habilitační práce vznikla. Mé velké poděkovaní však patří především rodině, která respektovala časovou náročnost tohoto počinu a vytvořila mi pro práci klidné, láskyplné prostředí.

5 ABSTRAKT Habilitační práce se zabývá vybranými faktory působícími na konzistenci tavených sýrů. V práci byly popsány vlivy složení surovinové směsi s apelací na rozdílný obsah sušiny a tuku v sušině, odlišný zdroj mléčného tuku a aplikaci karagenanu jakožto potravinářské přídatné látky. Do složení surovinové směsi patří také tavicí soli. Proto bylo zkoumáno působení tavicích solí, respektive jejich ternárních směsí na konzistenci tavených sýrů vyráběných z různých typů přírodních sýrů v odlišném stupni zralosti. Studovány byly rovněž procesní parametry, a to teplota tavení, doba výdrže tavicí teploty a rychlost míchání taveniny v průběhu tavicího procesu. Poslední část habilitační práce se zaměřila na možné náhrady tavicích solí, tedy opět změnu surovinové skladby, kde byl za náhradu tavicích solí zvolen κ-karagenan. Kromě vlastní výroby byla provedena charakterizace produktu z hlediska změn jeho konzistence při použití různě prozrálé suroviny. Většina faktorů, které jsou v předložené práci prezentovány, byla studována nejen bezprostředně po výrobě, ale s ohledem na změny konzistence tavených sýrů také v průběhu chladírenského skladování. ABSTRACT Habilitation thesis deals with the selected factors affected the processed cheese consistency. The effects of raw materials composition, especially the effects of different dry matter and fat in dry matter contents, dairy fat origin and the additions of carrageenans as an additive, on consistency of the above mentioned samples were described. The composition of the raw material mixture contains also emulsifying salts. Therefore, the effect of emulsifying salts, actually their ternary mixtures on the processed cheese consistency made from different types of natural cheese with different degree of maturity was investigated. Processing parameters, such as melting temperature, holding time of the melt and agitation speeds during the melting process were also studied. The last part of the habilitation thesis was focused on the possible substitution of emulsifying salts (also the change of the raw material composition) by κ- carrageenan. Additionally, consistency changes of samples manufactured from natural cheese with different degree of maturity were also investigated. Most of the presented factors were studied not only immediately after production, but also during cold storage with regard to changes in the processed cheese consistency. 5

6 OBSAH ABSTRAKT... 5 ABSTRACT... 5 OBSAH... 6 SEZNAM VYBRANÝCH PUBLIKACÍ PRO HABILITAČNÍ PRÁCI... 7 Vliv surovinové skladby a vybraných procesních parametrů na konzistenci tavených sýrů... 7 Vliv složení tavicích solí na konzistenci tavených sýrů... 7 Náhrada tavicích solí... 8 ÚVOD SOUČASNÝ STAV ŘEŠENÉ PROBLEMATIKY Tavené sýry Suroviny pro výrobu tavených sýrů Přírodní sýry Tavicí soli Náhrada tradičních tavicích solí Výroba tavených sýrů Technologie výroby tavených sýrů Vliv vybraných procesních parametrů na konzistenci tavených sýrů Karagenany CÍL PRÁCE HLAVNÍ VÝSLEDKY PRÁCE Vliv surovinové skladby a vybraných procesních parametrů na konzistenci tavených sýrů Vliv složení tavicích solí na konzistenci tavených sýrů Náhrada tavicích solí PŘÍNOS PRO VĚDNÍ OBOR A PRAXI ZÁVĚR SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY SEZNAM OBRÁZKŮ SEZNAM POUŽITÝCH SYMBOLŮ A ZKRATEK PUBLIKAČNÍ AKTIVITY AUTORA ODBORNÝ ŽIVOTOPIS AUTORA

7 SEZNAM VYBRANÝCH PUBLIKACÍ PRO HABILITAČNÍ PRÁCI Vliv surovinové skladby a vybraných procesních parametrů na konzistenci tavených sýrů A1. ČERNÍKOVÁ, M., NEBESÁŘOVÁ, J., SALEK, R. S., ŘIHÁČKOVÁ, L., BUŇKA, F. Microstructure, textural and viscoelastic properties of model processed cheese with different dry matter and fat in dry matter content. Journal of Dairy Science. 2017, 100, ISSN: A2. ČERNÍKOVÁ, M., PACHLOVÁ, V., HOLAS, O., MOUDRÁ, K., SLINTÁKOVÁ, K., BUŇKA, F. The effect of dairy fat source on viscoelastic properties of full-fat processed cheese spreads. European Journal of Lipid Science and Technology. 2018, 120, ISSN: A3. ČERNÍKOVÁ, M., BUŇKA, F., PAVLÍNEK, V., BŘEZINA, P., HRABĚ, J., VALÁŠEK, P. Effect of carrageenan type on viscoelastic properties of processed cheese. Food Hydrocolloids. 2008, 22(6), ISSN: X. A4. ČERNÍKOVÁ, M., SALEK, R. N., KOZÁČKOVÁ, D., BĚHALOVÁ, H., LUŇÁKOVÁ, L., BUŇKA, F. The effect of selected processing parameters on viscoelastic properties of model processed cheese spreads. International Dairy Journal. 2017, 66, ISSN: A5. PŘIKRYL, J., HÁJEK, T., ŠVECOVÁ, B., SALEK, R. N., ČERNÍKOVÁ, M., ČERVENKA, L., BUŇKA, F. Antioxidant properties and textural characteristics of processed cheese spreads enriched with rutin or quercetin: the effect of processing conditions. Lebensmittel Wissenschaft und Technologie Food Science and Technology. 2018, 87, ISSN: Vliv složení tavicích solí na konzistenci tavených sýrů B1. NAGYOVÁ, G., BUŇKA, F., SALEK, R. N., ČERNÍKOVÁ, M., MANČÍK, P., GRŮBER, T., KUCHAŘ, D. Use of sodium polyphosphates with different linear length in the production of spreadable processed cheese. Journal of Dairy Science. 2014, 97, ISSN: B2. SALEK, R. N., ČERNÍKOVÁ, M., NAGYOVÁ, G., KUCHAŘ, D., BAČOVÁ, H., MINARČÍKOVÁ, L., BUŇKA, F. The effect of ternary mixtures composition containing phosphate and citrate emulsifying salts 7

8 on selected textural properties of spreadable processed cheese. International Dairy Journal. 2015, 44, ISSN: B3. SALEK, R. N., ČERNÍKOVÁ, M., MADĚROVÁ, S., LAPČÍK, L., BUŇKA, F. The effect of different composition of ternary mixtures of emulsifying salts on the consistency of processed cheese spreads manufactured from Swiss-type cheese with different degrees of maturity. Journal of Dairy Science. 2016, 99, ISSN: B4. SALEK, R. N., ČERNÍKOVÁ, M., PACHLOVÁ, V., BUBELOVÁ, Z., KONEČNÁ, V., BUŇKA, F. Properties of spreadable processed Mozzarella cheese with divergent compositions of emulsifying salts in relation to the applied cheese storage period. Lebensmittel Wissenschaft und Technologie Food Science and Technology. 2017, 77, ISSN: Náhrada tavicích solí C1. ČERNÍKOVÁ, M., BUŇKA, F., POSPIECH, M., TREMLOVÁ, B., HLADKÁ, K., PAVLÍNEK, V., BŘEZINA, P. Replacement of traditional emulsifying salts by selected hydrocolloids in processed cheese production. International Dairy Journal. 2010, 20, ISSN: C2. HLADKÁ, K., RANDULOVÁ, Z., TREMLOVÁ, B., PONÍŽIL, P., MANČÍK, P., ČERNÍKOVÁ, M., BUŇKA, F. The effect of cheese maturity on selected properties of processed cheese without traditional emulsifying agents. Lebensmittel Wissenschaft und Technologie Food Science and Technology. 2014, 55, ISSN:

9 ÚVOD První tavené sýry byly vyrobeny počátkem 20. století. Prvenství ve výrobě tavených sýrů nese švýcarská společnost Gerber, která první tavený sýr vyrobila v roce Důvodem byla potřeba prodloužení trvanlivosti přírodních sýrů, možnost jejich přepravy na delší vzdálenosti, a to i do zemí s tropickým klimatem. Téměř ve stejnou dobu se první výroba tavených sýrů odehrála také ve Spojených státech amerických. Postupně se výrobou tavených sýrů začaly zabývat i další země. Od roku 1917 to byla Francie, v roce 1920 se uskutečnila první výroba v Německu. V bývalém Československu se tavené sýry začaly vyrábět v roce 1923 ve společnosti Bloch (Vodňany). Ve stejném roce zahájilo produkci tavených sýrů Norsko, v roce 1933 Rusko, dále Japonsko (1934) a další země (Berger et al., 2002; Lee & Skelte, 2009; Kopáček, 2011). Tavené sýry patří dodnes nejen v České republice k poměrně oblíbeným potravinám. Podle Českého statistického úřadu (Anonym, 2017a) se konzumace tavených sýrů v posledních deseti letech pohybuje mezi 2,0 2,5 kg na osobu a rok. Podle Global Processed Cheese Market Research Report 2017 je očekáván do roku 2022 nárůst podílu tavených sýrů na trhu především v Severní Americe, Evropě, Číně, Japonsku, Indii a Jihovýchodní Asii (Anonym, 2017b). Dělení tavených sýrů a jejich charakteristika je v České republice dána vyhláškou Ministerstva zemědělství č. 397/2016 Sb., v platném znění (Česko, 2016). Oblibu si tavené sýry získávají svou rozmanitostí z hlediska jejich složení, konzistence, způsobu balení a možnosti použití pro odlišné kulinární účely. V této práci jsou popisovány vybrané faktory působící na konzistenci tavených sýrů. Jedná se zejména o modifikaci surovinové skladby a s tím související možnou změnu základních parametrů (obsah sušiny a tuku), dále o použití odlišných kombinací tavicích solí a aplikaci hydrokoloidů. Kromě surovinové skladby ovlivňují konzistenci tavených sýrů také další faktory, z nichž lze jmenovat typ výroby (kontinuální, diskontinuální), procesní parametry (teplota a doba tavení, způsob záhřevu, rychlost otáček nožů výrobního zařízení) a také finální zpracování, intenzitu chlazení, teplotu a dobu skladování (Dimitreli & Thomareis, 2004; Subramanian, et al., 2006; Bayarri et al., 2012; Schatz et al., 2014; Khetra et al., 2015). V poslední době je studován vliv složení surovinové směsi na reologické vlastnosti tavených sýrů, například vliv obsahu sušiny, obsahu tuku a proteinů (Chatziantoniou et al., 2015; Guinee & O Callaghan, 2013; Lee et al., 2015), různého složení tavicích solí a jejich koncentrace (Hoffmann et al., 2012; Buňka et al., 2013; Shirashoji et al., 2016), stupně prozrálosti základní suroviny (Brickley et al., 2008; Buňka et al., 2013), použitých hydrokoloidů a jejich množství (Gustaw & Mleko, 2007; Ciprysová et al., 2013), koncentrace vápenatých a fosforečnanových iontů (Biswas et al., 2015). Přes řadu prací publikovaných v posledních 25 letech, nejsou dodnes všechny faktory mající vliv na konzistenci tavených sýrů uspokojivě vysvětleny. Proto byla do této oblasti směřována i předkládaná habilitační práce. 9

10 Z dlouhodobého hlediska (několik desítek let) existuje ve výživě člověka nedostatek vápníku a vitaminu D. Odbornými studiemi byl prokázán u 65 % dospělé populace denní příjem vápníku pod 800 mg (Kasper & Burghardt, 2015) a příjem vápníku nad 1000 mg denně byl prokázán pouze u cca 10 % zkoumaného vzorku populace (Vanucci et al., 2017). Doporučený denní příjem vápníku je však pro muže a ženy ve věku let stanoven na 1000 mg a po 51. roce nad 1200 mg. Pro specifické kategorie osob literatura uvádí jiné denní limity příjmu vápníku. Protože metabolizmus vápníku je přísně spjat mimo jiné (vitamin D, parathormon) s metabolizmem fosforu, je určen optimální poměr příjmu vápníku k fosforu 1,0:1,0 1,2 (Kasper & Burghardt, 2015). Nadbytek fosforu ve stravě (potraviny rostlinného i živočišného původu, kolové nápoje, potraviny s obsahem fosforu jako součástí potravinářských přídatných látek) souvisí s vysokou sérovou koncentrací parathormonu a nízkou koncentrací sérového vápníku. Při dlouhodobém nadměrném příjmu fosforu především z potravinářských přídatných látek dochází k hyperfosfatémii s možným negativním vlivem na zdraví kostí. Tento efekt nebyl prokázán při příjmu potravin, ve kterých je poměr vápníku k fosforu obdobný tomu, který se přirozeně nachází v mléce a mléčných výrobcích a který má naopak na zdraví kostí pozitivní vliv (Takeda et al., 2014). Nadměrná konzumace fosforu může spustit sekreci hormonů, které mohou narušit tkáně a vést ke vzniku kardiovaskulárních onemocnění, poškození ledvin a ztrátě kostní hmoty (Calvo et al., 2014). V této souvislosti je odborná veřejnost rozdělena na dvě skupiny, které vzájemně diskutují na téma konzumace tavených sýrů z důvodu poměru vápníku k fosforu 1,0:1,8 3,5 v závislosti na obsahu tavicích solí. Část odborné veřejnosti tavené sýry ve vhodně sestaveném jídelníčku zachovává z důvodu pestrosti stravy. Druhá část odborné veřejnosti označuje tavené sýry jako potraviny ne příliš vhodné k lidské spotřebě (Buňka & Kopáček, 2012). Prozatím nebyly publikovány relevantní studie, které by škodlivost tavených sýrů prokázaly. Existují však práce, které předpokládají nižší vstřebatelnost, respektive biologickou využitelnost vápníku z tavených sýrů (Schäffer et al., 1999). Publikovány jsou rovněž studie zabývající se možným snižováním nebo úplnou náhradou tavicích solí při výrobě tavených sýrů. S rostoucí poptávkou spotřebitelů po výrobcích typu tavený sýr se sníženým nebo nulovým obsahem tavicích solí, dochází k vývoji stále nových produktů. Z výše uvedených důvodů byla část této práce zaměřena právě na hledání možných náhrad tradičních tavicích solí. 10

11 1. SOUČASNÝ STAV ŘEŠENÉ PROBLEMATIKY 1.1 Tavené sýry V České republice se dle vyhlášky Ministerstva zemědělství č. 397/2016 Sb. pod pojmem sýr rozumí mléčný výrobek vyrobený vysrážením mléčné bílkoviny z mléka působením syřidla nebo jiných vhodných koagulačních činidel, oddělením podílu syrovátky a následným prokysáním nebo zráním. Legislativně se sýry dále dělí na skupinu přírodních sýrů, tavených sýrů, tavených sýrových výrobků a poslední skupinu činí syrovátkové sýry. Jako tavený sýr je pak možné označit sýr, který byl tepelně upraven za přídavku tavicích solí. Kromě této definice jsou zde uvedena další kritéria, která musí výrobek s označením tavený sýr splňovat (Česko, 2016). Požadavek tepelného ošetření a definici tavicích solí již uvádí předpisy Evropské unie nikoli česká legislativa. Tepelné ošetření týkající se mléka a mléčných výrobků je jako technologický proces definováno v Nařízení Evropského parlamentu a Rady (ES) č. 853/2004, v platném znění, kde jsou uvedeny podmínky pasterace a také ošetření velmi vysokou teplotou (UHT) (Evropa, 2004). Dalším legislativním požadavkem, který vyplývá z výše uvedené definice tavených sýrů, je přítomnost tavicích solí. Tavicí soli jako látky převádějící bílkoviny obsažené v sýru do disperzní formy za účelem homogenního rozložení tuků a ostatních složek, uvádí jako jednu z funkčních tříd potravinářských přídatných látek příloha 1, Nařízení Evropského parlamentu a Rady (ES) č. 1333/2008, v platném znění. Každé potravinářské přídatné látce je přiřazen specifický kód (E kód), pod nímž je látka uvedena na Seznamu potravinářských přídatných látek Evropské unie vedeném v přílohách II a III Nařízení Evropského parlamentu a Rady (ES) č. 1333/2008. Ve složení potraviny se potravinářské přídatné látky uvádí buď celým názvem, nebo pod svým E kódem. Jednotlivé potravinářské přídatné látky je možno používat pro konkrétní kategorie potravin v maximálním povoleném množství, případně v tzv. quantum satis. Do tavených sýrů je možné aplikovat tavicí soli fosforečnanového typu (E 338 E 452) v množství maximálně mg kg -1 vyjádřeném jako P 2 O 5. Kromě fosforečnanových solí lze využít také citronany (E 331 E 333, E 380) v množství quantum satis (Evropa, 2008). Skupinu tavených sýrů lze dle vyhlášky č. 397/2016 Sb. rozdělit na podskupinu roztíratelných tavených sýrů a tavených sýrů s lomem. Tavené sýry se označují kromě názvu skupiny a podskupiny obsahem tuku nebo tuku v sušině a použitou ochucující složkou. Navíc je možné tavený sýr druhově pojmenovat. Druhově pojmenovaný tavený sýr nesmí (na rozdíl od druhově nepojmenovaného taveného sýra) obsahovat jinou mléčnou složku než sýr (jako základní surovinu) a složky jako máslo, máselný tuk, smetanu a máselný koncentrát lze použít pouze pro standardizaci obsahu tuku. Do druhově pojmenovaných i nepojmenovaných tavených sýrů není možné přidávat cukry (sacharidy se sladícím účinkem). Je však povoleno do tavených sýrů používat 11

12 jedlou sůl, bakteriální kultury, enzymy, ostatní zdravotně nezávadné potraviny, koření a sezónní zeleninu dle druhu výrobku, a to v množství, které postačuje k dodání charakteristické chuti konečnému výrobku. Pokud výrobek obsahuje více než 5 % w/w laktózy (zpravidla z ostatních mléčných složek), označí se jako tavený sýrový výrobek, nikoli tavený sýr (Česko, 2016). Kromě výše zmíněného členění lze v tržní síti nalézt i tzv. analogy tavených sýrů, k jejichž výrobě se přistoupilo například z důvodu snížení nákladů na výrobu a/nebo snížení obsahu cholesterolu (Carić & Kaláb, 1993; Guinee et al., 2004; Muslow et al., 2007). Tyto však nejsou z hlediska české legislativy nikterak blíže specifikovány. 1.2 Suroviny pro výrobu tavených sýrů Tradičně se jako základní surovina pro výrobu tavených sýrů využívaly a dodnes využívají různé druhy přírodních sýrů v rozdílném stupni zralosti. Kromě přírodních sýrů se v tradiční výrobě používá tvaroh, máslo, pitná voda a tavicí soli. Kromě těchto základních složek je možné využít tzv. rework neboli nátavek, či krém, což je již jednou vyrobený tavený sýr. Přidávány mohou být také další ingredience mléčného i nemléčného původu. S oblibou je využíváno sušené mléko o různé tučnosti, případně sušená syrovátka (především z důvodu zvýšení obsahu sušiny ve finálním výrobku a případné náhrady části přírodního sýra levnější surovinou), smetana (k navýšení obsahu tuku, respektive tuku v sušině) a bezvodý mléčný tuk. Ze složek nemléčného původu se využívají například maso (uzené) a masné výrobky (šunka), mořské plody, různé druhy ovoce a zeleniny (kapie, rajčata, cibule), houby (hřiby, žampiony), byliny a koření (pažitka, pepř) a biologicky aktivní látky (antioxidanty například β- karoten a lykopen) (Fox, 2000; Berger et al., 2002; Guinee et al., 2004; Kapoor & Metzger, 2008; Buňka et al., 2009; Corredig et al., 2011; Mohamed & Shalaby, 2016; Mohamed et al., 2016; Mehanna et al., 2017). Dále je možné využít potravinářské přídatné látky z funkční třídy barviva (například annato), konzervanty (například kyselina sorbová a její soli), kyseliny (například kyselina fosforečná, mléčná, citronová, octová), stabilizátory a zahušťovadla (například karagenan, guma guar, pektiny) (Evropa, 2008). Aplikací některých potravinářských přídatných látek do tavených sýrů se zabývali například Pluta et al. (2000), Macků et al. (2008, 2009) a Hosseini-Parvar et al. (2015) Přírodní sýry Přírodní sýry slouží při výrobě tavených sýrů jako donátoři strukturotvorných kazeinových proteinů a také jako nositelé chuti a vůně. V České republice se nejčastěji využívají sýry holandského typu s nízkodohřívanou sýřeninou (nejčastěji Eidamská cihla). Přírodní sýry, případně jejich směsi, určené pro výrobu tavených sýrů je možné použít v různém stupni zralosti (Guinee et al., 2004; Carić et al., 1985; Kapoor et al., 2007; Kapoor & Metzger, 2008). 12

13 Přírodní sýry se v podmínkách České republiky vyrábějí především z kravského mléka obsahujícího kazeinové a syrovátkové bílkoviny procesem tzv. sladkého srážení, které spočívá v aplikaci specifických enzymů a vysrážení kazeinové bílkoviny (α s1 -, α s2 -, β- a κ-kazein) z mléka. V průběhu zrání přírodních sýrů dochází k mnoha biochemickým a mikrobiologickým pochodům, které způsobují změny jejich organoleptických a fyzikálněchemických vlastností, které se pak odrazí ve vlastnostech sýrů tavených. Práce Brickley et al. (2007, 2008) a Buňka et al. (2013) potvrzují, že s rostoucí prozrálostí přírodního sýra klesá tuhost tavených sýrů z nich vyrobených. Mladá surovina (nepříliš prozrálý přírodní sýr s nižšími ekonomickými náklady na výrobu) způsobuje při výrobě tavených sýrů horší tavitelnost. Vzniklý tavený sýr vykazuje tužší až velmi pevnou (tuhou) konzistenci (Guinee et al., 2004). Z hlediska mikrobiální kvality je potřeba při výrobě tavených sýrů používat zdravotně nezávadnou surovinu (nejen přírodní sýry). K tavení se mohou využít sýry s mechanickými vadami, případně sýry s odchylkami v obsahu sušiny, případně tuku, pro které není možné je uvádět na trh (rozpor s označením na obalu). Dalším zdrojem přírodních sýrů jsou odřezky vznikající při formování, balení a plátkování přírodních sýrů. V dnešní době je však možné říci, že většina přírodních sýrů používaných pro tavení jsou sýry způsobilé k obchodování Tavicí soli Tavicí soli mají ve výrobě tavených sýrů několik významných funkcí. Jedná se především o schopnost výměny iontů, stabilizaci ph a podíl na tvorbě trojrozměrné struktury taveného sýra (tzv. krémování) (Gupta et al., 1984; Guinee et al., 2004; Lu et al., 2008; Kawasaki, 2008; Shirashoji et al., 2010). Tavicí soli nejsou emulgátory v pravém slova smyslu, ale využívají se jako tzv. emulgační činidla (emulsifying agents/salts). Pokud by se tavicí soli při výrobě taveného sýra nepoužily, došlo by vlivem záhřevu a mechanického namáhání ke sledu reakcí, jejichž výsledkem by byla nehomogenní hmota, rozdělená na hydrofilní a hydrofobní část (Guinee et al., 2004). K dosažení jemné homogenní struktury tavených sýrů je potřeba tukovou fázi opět zaemulgovat. V přírodním sýru se nachází přirozené emulgátory kazeinové frakce α s1 -, α s2 - a β- (příp. jejich hydrolytické štěpy), které jsou však vázány do trojrozměrné sítě, a to především prostřednictvím vápenatých můstků. Jednotlivé kazeinové frakce jsou tedy pevně spojeny, nemohou se orientovat v prostoru a nemohou tudíž plnit funkci emulgátorů. Proto se do surovinové směsi přidávají tavicí soli, které jsou schopny převádět bílkoviny přírodního sýra do disperzní formy za účelem homogenní distribuce tuků a ostatních složek. Z chemického hlediska se jedná o monovalentní kationty (nejčastěji sodné) vázané na polyvalentní anionty (převážně fosforečnanové, resp. polyfosforečnanové, případně citronanové). Působením tavicích solí, dochází k iontové výměně, při které jsou vápenaté ionty spojující jednotlivé řetězce proteinů vytrženy díky vysoké afinitě 13

14 tavicích solí k vápenatým kationtům a nahrazeny ionty sodnými. Modelová reakce výměny vápenatých iontů za ionty sodné je znázorněna na Obr Výměnou vápenatých iontů za sodné dochází ke zvyšování rozpustnosti (přeměna původně nerozpustného parakazeinanu vápenatého v sýru přírodním na rozpustnější parakazeinan sodný v sýru taveném) a pohyblivosti proteinů, které jsou pak opět schopné plnit funkci emulgátorů. Dalším průběhem tavení dochází k peptizaci a dispergaci (rozptýlení) proteinů a zároveň se anionty tavicích solí navazují prostřednictvím vápenatých iontů na kazeinové frakce, čímž zvyšují jejich hydrofilní charakter (Meyer 1973; Carić et al., 1985; Marchesseau et al., 1997; Berger et al., 2002; Guinee, 2003; Guinee et al., 2004; Mizuno & Lucey 2005a, 2005b; Shirashoji et al., 2006; Kawasaki, 2008; Buňka et al., 2009). Následuje reemulgace tuku uvolněného v prvních fázích tavicího procesu (Awad et al., 2002) za spolupůsobení dispergovaných proteinů a reziduí původních lipoproteinových membrán tukových kuliček (Molins, 1991). Obr. 1.1: Modelově znázorněná funkce tavicích solí při výměně iontů sodíku za ionty vápníku během procesu tavení (upraveno dle Berger et al., 2002) Použitím tavicích solí se mírně zvyšuje ph systému z hodnot cca 5,2 5,5 na 5,6 6,0 (Guinee, 2003), dochází k zintenzivnění záporného náboje proteinů a peptidů (Mizuno & Lucey, 2005a) a k podpoře dezintegrace proteinové matrice. Dispergované proteiny se dále hydratují a reemulgují tuk. Tyto procesy vedou ke vzniku trojrozměrné sítě (gelu) taveného sýra a zvyšování viskozity hmoty tzv. krémování. Intenzita jednotlivých reakcí a následný počet interakcí mezi proteinovými řetězci a také mezi proteinovými frakcemi a molekulami tavicích solí významně ovlivňuje finální strukturu taveného sýra (Carić & Kaláb, 1993; Marchesseau et al., 1997; Awad et al., 2002; Lucey et al., 2003; Mizuno & Lucey, 2005b, 2007; Brickley et al., 2008; Kapoor & Metzger, 2008; Kaliappan & Lucey, 2011; Oliveira et al., 2011 a Buňka et al., 2012). 14

15 Někteří autoři popisují vznik vlastní struktury taveného sýra až v průběhu chlazení taveniny, a to především díky vápenatým můstkům, hydrofobním interakcím, vodíkovým můstkům a disulfidickým vazbám (Marchesseau et al., 1997; Awad et al., 2002; Mizuno & Lucey, 2007; Kapoor & Metzger, 2008; Oliveira et al., 2011). Carić & Kaláb (1993) popisují také interakce mezi proteinovými frakcemi a molekulami tavicích solí (zvláště fosforečnanových), které dotváří strukturu taveného sýra, což potvrzují práce Lucey et al. (2003), Mizuno & Lucey (2005b, 2007), Brickley et al. (2008), Kaliappan & Lucey (2011) a Buňka et al. (2012). Podle Shirashoji et al. (2006) se citronany na rozdíl od fosforečnanů nezapojují do proteinové sítě taveného sýra a mají tak nižší vliv na proces krémování a tím také na výslednou konzistenci taveného sýra. Kromě tavicích solí ovlivňují proces krémování technologické parametry, jako teplota tavení, intenzita a délka míchání (Klostermeyer & Buchheim, 1988; Shirashoji et al., 2006; Kawasaki, 2008) a průběh chlazení finálního produktu (Piska & Štětina, 2004). Vlastní proces krémování a jeho vliv na výslednou konzistenci tavených sýrů je velmi komplikovaný děj, jehož všechny aspekty nebyly dosud v dostupné literatuře uspokojivě popsány. Schopnost iontové výměny, jedna z nejdůležitějších vlastností tavicích solí, je ovlivňována celou řadou faktorů. Podle Cavalier-Salou & Cheftel (1991), Molins (1991) a Carić & Kaláb (1993) roste schopnost výměny vápenatých iontů za sodné s délkou řetězce fosforečnanů. Afinita citronanů k vápenatým iontům se obvykle popisuje jako vyšší než u monofosforečnanů a srovnatelná s difosforečnany (El-Bakry et al., 2011; Salek et al., 2017). Ovlivněním ph se tavicí soli rovněž významně podílejí na finální konzistenci tavených sýrů. Optimální ph roztíratelných tavených sýrů se zpravidla pohybuje v hodnotách 5,6 6,0, pro tavené sýrové bloky je charakteristické ph 5,0 5,5 (Berger et al., 2002) a pro sýrové omáčky cca 6,5 7,0 (Hanáková et al., 2012). Při nižším ph, než je optimum pro daný typ výrobku, dochází ke vzniku tuhých až drobivých tavených sýrů, což souvisí s ph přibližujícím se izoelektrickému bodu kazeinu (Marchesseau et al., 1997; Lee & Klostermeyer, 2001). Při vyšším ph jsou výsledkem tavené sýry s rozbředlou konzistencí. Tavicí soli rovněž stabilizují ph vůči vlivům okolního prostředí, přičemž pufrační kapacita fosforečnanových tavicích solí s rostoucí délkou řetězce klesá. Citronany s poměrně vysokou pufrační kapacitou se zpravidla používají v kombinaci s fosforečnany. Schopnost tvorby gelu se u jednotlivých tavicích solí liší. Nejvyšší schopnost tvorby gelu je popisována u difosforečnanů, které při interakci s vápenatými ionty umožňují maximální přiblížení kazeinových frakcí a jejich štěpů, čímž podporují i hydrofobní interakce přítomných proteinů. Naopak polyfosforečnany s lineárním řetězcem se váží na kazeinové frakce, čímž se negativní náboj na molekulách bílkovin zvyšuje a dochází k intenzivnějšímu odpuzování souhlasně nabitých proteinových částic (Mizuno & Lucey, 2007; Shirashoji et al., 2010; Weiserová et al., 2011; Buňka et al., 2012, 2013). V průběhu výroby a skladování tavených sýrů podléhají lineární fosforečnany hydrolýze, což 15

16 rovněž ovlivňuje konzistenci tavených sýrů (Rulliere et al., 2012 a 2013; Barth et al., 2017). Kromě výše uvedených fosforečnanových a citronanových tavicích solí je dle Meyer (1973) a Gupta et al. (1984) možné jako emulgující činidla použít také glukonany, malonany, glukono-delta-lakton a vinany. Vinany se používají např. při výrobě sýrů fondue, kde plní funkci sekvestrantu vápenatých iontů. V komerční sféře se však využívají především výše popsané fosforečnanové nebo citronanové tavicí soli, případně jejich směsi. Jednotlivé směsi tavicích solí se zpravidla stávají ze dvou, respektive tří tavicích solí fosforečnanového a/nebo citronanového typu. Tyto směsi výrobce tavených sýrů dále kombinuje a používá tak směsi směsí. Výrobce tavicích solí deklaruje svému odběrateli schopnost iontové výměny, vliv na krémování a možnost ovlivnění hodnoty ph finálního produktu, nikoli přesné poměry jednotlivých tavicích solí ve směsi (Guinee et al., 2004; Buňka et al., 2012). Celkové množství tavicích solí se může pohybovat až do 3,5 % w/w v závislosti na parametrech finálního produktu, složení surovinové směsi a použitých tavicích solích. V současné době se obvykle využívají dávky tavicích solí pod 3,0 % w/w. O konkrétním použití příslušné směsi a volbě koncentrace se v průmyslové praxi rozhoduje povětšinou na základě empirie bez jasných modelů a závislostí, a i proto je část této práce zaměřena na studium vlivu použitých tavicích solí na konzistenci tavených sýrů Náhrada tradičních tavicích solí Z důvodu současného trendu snižování množství fosforu a sodíku v potravinách existují práce, které se zabývají částečnou nebo úplnou náhradou tavicích solí při výrobě tavených sýrů. Způsob použití těchto náhrad je u jednotlivých autorů odlišný a v principu je možné uvést čtyři způsoby částečných nebo úplných náhrad tavicích solí. První přístup se týká pouze snížení množství tavicích solí jejich částečnou náhradou jinými látkami. Druhý přístup se týká úplného nahrazení tavicích solí jinou povětšinou také potravinářskou přídatnou látkou (případně jejich směsmi), která není na bázi fosforečnanů nebo citronanů. Třetí možnost je založena na částečném nebo úplném odstranění vápenatých iontů z tavené směsi, resp. ze suroviny, a to fyzikálními nebo fyzikálněchemickými postupy, čímž je možné následně snížit použité množství tavicích solí nebo je úplně vyloučit. Čtvrtý přístup je spíše legislativní, kdy se při výrobě tavených sýrů použijí různé suroviny (například minerální koncentráty), ve kterých se fosforečnany a citronany vyskytují. Ve směsi tedy existuje složka s funkcí tavicích solí, ale tato není potravinářskou přídatnou látkou zapsanou na Seznam potravinářských přídatných látek (Evropa, 2008) a výrobce ji tedy jako potravinářskou přídatnou látku (tavicí sůl) na obalu potraviny neuvádí. První přístup částečné náhrady tavicích solí První částečnou náhradu popsali ve své práci Carić & Kaláb (1993), kteří uvedli možnost náhrady poloviny tavicích solí využitím 1,0 % w/w 16

17 monoacylglycerolu. Částečné náhrady dosáhli také Kwak et al. (2002), kteří použili částečně hydrolyzovaný kazein jako náhradu poloviny použitých tavicích solí, v porovnání s kontrolními vzorky. Použití rostlinných hydrokoloidů (nízkometylovaný pektin, modifikovaný škrob, lokustová, xantanová a guarová guma) společně s 2,0 % w/w reworku (obsahuje tavicí soli) ve své práci popisuje Pluta et al. (2000). V uvedeném experimentu byly nejlépe hodnoceny vzorky obsahující lokustovou gumu v koncentraci 0,8 % w/w a dále výrobky se 2,0 % w/w modifikovaného škrobu. Druhý přístup úplné náhrady tavicích solí Náhradou tradičních tavicích solí blíže nespecifikovanou směsí rostlinných hydrokoloidů se zabýval Schäffer et al. (1999, 2001), kteří zkoumali produkty pouze s hydrokoloidy a dále kontrolní skupinu výrobků s tradičními tavicími solemi (směs mono- a polyfosforečnanů). U výrobků bez použití tavicích solí pouze s hydrokoloidy však konstatovali, že nedošlo k dostatečné peptizaci bílkovin a tudíž nebyla vytvořena homogenní hmota taveného sýra. Náhradám tavicích solí rostlinnými hydrokolidy (zejména pektiny, modifikovanými škroby, lokustovou gumou a karagenany) se věnovala Černíková (2009), na níž navázaly publikace C1 a C2. Práce Hladká (2012) se zabývala aplikací dikarboxylových kyselin a jejich solí. Jako nejúčinnější byly označeny kyselina adipová, adipan sodný a jejich kombinace. Dalšími pracemi v této oblasti je náhrada tavicích solí amarantovou moukou a kukuřičným škrobem (Neudek 2013, 2014). V tomto případě je však třeba poznamenat, že není jednoznačně prokazatelná zvýšená biologická využitelnost vápníku, neboť amarant obsahuje i fosfor v množství ~ 557,00 ± 46,16 mg 100g -1. Část fosforu je navíc přítomna ve formě kyseliny fytové, která vápník vyvazuje (Arendt & Zannini, 2013). Třetí přístup odstranění vápenatých iontů ze surovinové směsi Další možností výroby tavených sýrů s minimálním nebo nulovým obsahem fosforečnanových tavicích solí je přístup, který spočívá ve snižování nebo úplném odstranění vápenatých iontů ze vstupní suroviny, která se tak stává lépe tavitelnou. Tohoto předpokladu využili pro přípravu produktu typu tavený sýr bez použití tavicích solí Smith & Rivera (2016, 2017). Ve své práci použili suroviny se sníženým množstvím vápníku, které je možné získávat ultrafiltrací, diafiltrací, dialýzou, iontovou výměnou, okyselováním, či jinými technikami, případně jejich kombinací. V patentech Smith & Rivera (2016, 2017) jsou zahrnuty různé typy produktů s odlišným zastoupením přírodního sýra, kazeinového zdroje se sníženým obsahem vápníku, syrovátkové bílkoviny a vody. Jednotlivé skladby se liší obsahem vápenatých iontů a dalšími parametry v závislosti na požadovaných funkčních vlastnostech produktu (zda je určen k plátkování, či jako roztíratelný výrobek). Takto vyrobené sýry mohou obsahovat i další ingredience, jako jsou ostatní mléčné komponenty (odtučněné sušené mléko, koncentrát mléčných proteinů, bezvodý mléčný tuk), chlorid 17

18 sodný (zachování slané chuti), potravinářské přídatné látky, jako jsou barviva, aromata a konzervanty (např. kyselina sorbová jako antimikrobiální látka) a případně hydrokoloidy (rostlinné gumy, škrob, želatina a další). Čtvrtý přístup legislativní Odlišný přístup výroby tavených sýrů bez tradičních tavicích solí se opírá spíše o legislativní vymezení tavených sýrů a tavicích solí jako potravinářských přídatných látek, proto je v rámci této práce označen jako přístup legislativní. V tomto případě dochází k aplikaci například mléčných minerálních koncentrátů (Anonym, 2018), u nichž lze přítomnost fosforečnanů, resp. citronanů s funkcí tavicích solí předpokládat. Právní předpisy Evropské unie nezahrnují tyto koncentráty mezi potravinářské přídatné látky, a tudíž jim není v rámci mezinárodní nomenklatury přiřazen E kód. Výrobce tavených sýrů tyto mléčné minerální koncentráty deklaruje jako složku potraviny, nikoli pod označením E kódem a na produktu bývá uvedeno, že se jedná o výrobek bez éček, což je v současné době mezi spotřebiteli velmi populární. Otázkou zůstává, zda takovýto výrobek může nést označení tavený sýr, který je legislativou definován jako sýr tepelně upravený za přídavku tavicích solí (Česko, 2016). Diskuze na toto téma v odborných kruzích probíhá. 1.3 Výroba tavených sýrů Technologie výroby tavených sýrů Výroba tavených sýrů začíná návrhem finálního produktu. Surovinová skladba včetně kombinace a množství tavicích solí se sestaví na základě požadovaného obsahu sušiny, tuku, konzistence, chuti, vůně, případně i typu obalového materiálu. Kromě surovin je pro dosažení žádané konzistence nutné zvážit používané technologické zařízení, způsob ohřevu, tavicí teplotu, rychlost míchání, dobu tavení, způsob chlazení, dobu a podmínky skladování. Suroviny se připraví, naváží, nadávkují do tavicího zařízení a začíná vlastní proces tavení. Převažující diskontinuální tavicí proces probíhá při teplotě C (Šnirc et al., 2016) s výdrží několika desítek sekund a následným vymícháváním tak, že celková doba tavení trvá maximálně deset až dvanáct minut (dosažení pasteračního efektu). Méně využívaný kontinuální způsob tavení probíhá pouze v tenké vrstvě. Směs pro tavené sýry se nejprve předehřeje na C, poté se přímým vstřikem páry zahřívá až na teploty C a při této teplotě je udržována ve výdržníku po dobu 2 5 s, zpravidla se tedy dosahuje sterilačního efektu. Poté je nezbytné pro proces krémování a vytvoření požadované struktury taveného sýra zchlazení taveniny na cca 90 C a udržování při této teplotě za stálého míchání po dobu 4 15 minut (Fox, 2000; Guinee et al., 2004; Buňka et al., 2009). Následuje balení, chlazení, skladování a expedice. Podmínky skladování a dobu minimální trvanlivosti určuje výrobce tavených sýrů. Standardně bývá teplota skladování 2 8 C, ale může se jednat i o teplotu do 18

19 25 C. Doba minimální trvanlivosti se obvykle pohybuje mezi 2 6 měsíci. Schéma výroby tavených sýrů je uvedeno na Obr Obr. 1.2: Obecné schéma výroby tavených sýrů diskontinuálním a kontinuálním způsobem Vliv vybraných procesních parametrů na konzistenci tavených sýrů Procesní parametry zejména teplota tavení, rychlost míchání, doba výdrže tavicí teploty a rychlost chlazení mají na konzistenci tavených sýrů významný 19

20 vliv. Problematice procesních parametrů se v posledních 25 letech věnovalo několik autorských kolektivů, jejichž závěry jsou však často protichůdné. Ovlivněním konzistence teplotou tavení se zabývali Kaláb et al. (1987) a Dimitreli & Thomareis (2004), kteří uvádí, že se zvyšující se teplotou tavení dochází ke snižování viskozity taveniny a zmenšování velikosti tukových kuliček, což je doprovázeno zvýšením tuhosti finálního produktu. Swenson et al. (2000) ve své práci studovali vliv teploty v rozmezí C na konzistenci odtučněných tavených sýrových pomazánek. Z jejich práce vyplynul naopak pokles tuhosti tavených sýrů se zvyšující se teplotou tavení v rozsahu od 60 do 80 C. Při dalším zvyšování teploty z 80 na 90 C byl zjištěn mírný nárůst tuhosti odtučněných tavených sýrových pomazánek. Sutheerawattananonda et al. (1997) studovali vliv výdrže taveniny po dobu 0 15 minut při 65,5 C na distribuci tukových kuliček v tavených sýrových blocích. Došli k závěru, že se zvyšující se dobou tavení se velikost tukových kuliček zmenšuje (zlepšuje se jejich emulgace), což má za následek tužší tavený sýr. Podle jejich práce se velikost tukových kuliček zmenšuje během prvních 5 minut výdrže tavicího procesu. Poté dochází ke stabilizaci velikosti tukových kuliček a další prodlužování doby míchání na jejich velikost již nemá zásadní efekt. Vliv doby zpracování suroviny 10, 20 a 30 minut při 80 C za konstantní rychlosti míchání na konzistenci tavených sýrových bloků sledovali rovněž Bowland & Foegeding (1999). Obdobně jako v předchozí práci zaznamenali, že s rostoucí dobou zpracování taveniny se zvyšuje i pevnost gelu výsledného produktu. Swenson et al. (2000) studovali, kromě změn teploty, vliv doby výdrže taveniny po dobu 0 20 minut při 75 C za konstantní rychlosti míchání (přesná hodnota nebyla prezentována) na výslednou konzistenci odtučněného taveného sýra. Autoři zjistili na rozdíl od předchozích dvou týmů, které pro svou práci použili produkty s vyšším obsahem tuku (Sutheerawattananonda et al., 1997 a Bowland & Foegeding, 1999), že tuhost odtučněných tavených sýrových pomazánek se s prodlužující výdrží (0 20 minut) signifikantně snižovala. Dalším parametrem ovlivňujícím proces tavení je intenzita míchání. Podle Klostermeyer & Buchheim (1988), Lee et al. (2003), Kapoor & Metzger (2008) a Noronha et al. (2008a) vyšší rychlost otáček nožů výrobního zařízení způsobuje vyšší namáhání hmoty, důkladnější rozmělnění struktury a dispergaci bílkovin, což vede ke vzniku většího počtu menších tukových kuliček. Lee et al. (2003) popsali změny viskozity horké taveniny (pro výrobu sýrových bloků) udržované při cca 80 C v průběhu 50 minutového měření. V prvních 25 minutách docházelo ke zvyšování viskozity horké taveniny. Po dosažení lokálního maxima viskozity (~ 25 minut) začala viskozita horké taveniny pozvolna klesat z důvodu překrémování. Finální konzistenci ovlivňuje i rychlost chlazení tavených sýrů. Piska & Štětina (2004) uvádějí, že vysoká rychlost chlazení vede ke vzniku méně tuhého, roztíratelnějšího a více lepivého sýra. Naproti tomu pomalé chlazení dává vznik tužším výrobkům (v závislosti na obsahu sušiny, tuku v sušině a dalších výše 20

21 zmíněných parametrech). S prodlužující se dobou skladování byl prokázán nárůst tuhosti tavených sýrů (Awad et al., 2002; Weiserová et al., 2011). 1.4 Karagenany Karagenany se obdobně jako agar a furcellaran extrahují z červených mořských řas řádu Gigartinales čeledi Gigartinaceae a Solieriaceae (Anonym, 2017c). Z chemického hlediska se karagenany řadí mezi anionické lineární polysacharidy. Skládají se z β-d-galaktopyranózy a 3,6-anhydro-α-Dgalaktopyranózy (disacharid karabióza) spojenými vzájemně β-(1 4) glykozidickými vazbami. Karabiózy jsou spojovány glykozidickými α-(1 3) vazbami (Imeson, 2000, 2009; Velíšek, 2002; Spanguolo et al., 2005; Arltoft et al., 2007; Van de Velde, 2008). Jednotlivé molekuly mohou anebo nemusí nést sulfátovou skupinu. Dle počtu, respektive poměru hydroxylových a sulfátových skupin a 3,6-anhydrogalaktózových zbytků se liší fyzikálně-chemické vlastnosti jednotlivých typů karagenanů, které jsou dále ovlivňovány teplotou, iontovou silou a ph prostředí (Velíšek, 2002). Na těchto parametrech závisí tzv. teplota přechodu (35 55 C) neboli coil-to-helix transition, při které přecházejí κ- a ι- karagenany z formy neuspořádané (coil form) do uspořádané (helix form) (Imeson, 2009; Bourriot et al., 1999) a dochází k tvorbě gelu. Lambdakaragenan se nachází pouze v neuspořádané podobě a vytváří pouze viskózní disperze (Langendorff et al., 2000). V potravinářství se využívá jako potravinářská přídatná látka (označení E 407) především κ-kappa, ι-iota a λ-lambda karagenan (Evropa, 2008). Karagenany jsou z hlediska své struktury, fyzikálně-chemických vlastností a funkcí jedny z nejvyužívanějších polysacharidů v mlékárenském průmyslu. Nejčastěji se karagenany využívají jako zahušťovadla pro výrobky typu puding a mléčný dezert (0,25 0,35 % w/w), dále jako stabilizátory emulzí, pro zabránění oddělování syrovátky a tvorby sedimentu u ochucených šlehaných výrobků, pasterovaných a sterilovaných mlék a smetan (0,01 0,05 % w/w). V tavených sýrech se karagenany používají v koncentracích 0,1 1,0 % w/w pro zvýšení tuhosti finálního výrobku určeného ke krájení a strouhání blokových tavených sýrů a z důvodu snížení lepivosti taveného sýru k obalovému materiálu. Zároveň je možné karagenany využít ke stabilizaci struktury tavených sýrů v případě zlevňování receptury (např. při snížení obsahu přírodních sýrů). Existují práce, popisující zvyšování tuhosti tavených sýrů po aplikaci κ- a ι- karagenanů, kdy se zvyšující se koncentrací přídavku karagenanu se zvyšuje tuhost taveného sýra (Ribeiro et al., 2004; Gustaw & Mleko, 2007; Swenson et al., 2000; Syrbe et al., 1998; A3). Dle Syrbe et al. (1998) roste tuhost jen do určité koncentrace karagenanu a po jejím překročení dochází k destabilizaci a rozdělení systému. Dle prací Bourriot et al. (1999) a A3 se předpokládá rovněž existence minimální koncentrace κ- a ι-karagenanu pro tvorbu gelu v prostředí kazeinových micel i tavených sýrů. 21

22 2. CÍL PRÁCE Základním cílem habilitační práce bylo popsat vybrané faktory, které ovlivňují konzistenci tavených sýrů, a to nejen bezprostředně po výrobě, ale také v průběhu skladování. Při výběru studovaných vlivů byla práce zaměřena především na faktory, které jsou významné pro průmyslovou praxi a jejichž působení na konzistenci tavených sýrů není v odborné literatuře dostatečně popsáno, případně jsou jednotlivé literární zdroje ve svých závěrech protichůdné. Základní cíl habilitační práce byl rozdělen na následující dílčí cíle: - popsat vliv změny obsahu sušiny a obsahu tuku v sušině na konzistenci tavených sýrů, - porovnat konzistenci tavených sýrů vyrobených s využitím mléčného tuku z různých zdrojů lišících se obsahem membrán tukových kuliček, - zhodnotit vliv rostoucí koncentrace κ-karagenanu a ι-karagenanu na konzistenci tavených sýrů a srovnat působení obou typů karagenanu v těchto produktech, - popsat vliv prodlužující se doby výdrže taveniny při tavicí teplotě na konzistenci tavených sýrů vyráběných s použitím různých rychlostí otáček nožů ve výrobním zařízení, - zabývat se změnami konzistence tavených sýrů v závislosti na různém složení ternárních směsí fosforečnanových a/nebo citronanových tavicích solí s přihlédnutím k využití různých přírodních sýrů jako základní suroviny, - posoudit praktické možnosti náhrady tradičních tavicích solí fosforečnanového a citronanového typu při výrobě tavených sýrů, - sledovat vývoj konzistence tavených sýrů v závislosti na stupni prozrálosti přírodních sýrů holandského a švýcarského typu a pařených přírodních sýrů, - zhodnotit změny konzistence tavených sýrů v průběhu jejich chladírenského skladování. 22

23 3. HLAVNÍ VÝSLEDKY PRÁCE Existuje poměrně velké množství odborných publikací, které se zabývají ovlivněním konzistence tavených sýrů různými faktory. V průmyslových podmínkách je konzistence tavených sýrů hodnocena především senzoricky, případně v menším měřítku použitím relativně jednoduchých instrumentálních technik s využitím malých (dynamická oscilační reometrie) nebo velkých (texturní profilová analýza) deformací, případně jejich kombinací (Lee et al., 2003; Dimitreli & Thomareis, 2004; Muslow et al., 2007; Macků et al., 2008, 2009; Bayarri et al., 2012; Buňka et al., 2013, 2014; Schatz et al., 2014; Khetra et al., 2015; Shirashoji et al., 2016; A1; A3; A4; A5). Další možností, která však není průmyslově příliš využívána, je posuzování mikrostruktury, díky níž je možné vysvětlit či podpořit závěry instrumentálních metod využívaných pro stanovení konzistence. Studium mikrostruktury může zahrnovat různé techniky jako je optická mikroskopie (Da Silva et al., 2016; A3; C2), skenovací elektronová mikroskopie (SEM) (Kaláb & Modler, 1985; Noronha et al., 2008b; Cunha et al., 2010; A1), transmisní elektronová mikroskopie (TEM) (Lee et al., 2003; Zhang et al., 2011; Hoffmann & Schrader, 2015), případně konfokální laserová skenovací mikroskopie (Hosseini-Parvar et al., 2015; Lee et al., 2015). Ideální pro posouzení jednotlivých vlivů na konzistenci tavených sýrů je však kombinace znalostí chemického složení, mechanických vlastností a mikrostruktury. 3.1 Vliv surovinové skladby a vybraných procesních parametrů na konzistenci tavených sýrů V práci A1 byl sledován rozdílný vliv obsahu sušiny a tuku v sušině na konzistenci tavených sýrů. Byly vyrobeny modelové vzorky tavených sýrů se dvěma obsahy sušiny (35 a 45 % w/w) a zároveň se dvěma různými obsahy tuku v sušině (40 a 50 % w/w). Vždy byl při posuzování vlivu jednoho parametru (například obsahu sušiny) druhý parametr (v tomto případě obsah tuku) konstantní a naopak. U tavených sýrů dochází v průběhu skladování k dotváření konzistence s nejvýznamnějšími změnami v průběhu prvních 14 dní po výrobě (Awad et al., 2002; Weiserová et al., 2011), což je také doba, po které většina výrobců tavených sýrů své výrobky expeduje. Proto byly modelové vzorky v práci A1 analyzovány až po 14 dnech skladování při 6 ± 2 C. V práci A1 bylo zjištěno, že se zvyšujícím se obsahem sušiny (při konstantním obsahu tuku v sušině) a se snižujícím se obsahem tuku v sušině (při zachování obsahu sušiny) docházelo k růstu pevnosti gelu. Dále bylo prokázáno, že s rostoucím obsahem tuku v sušině (při konstantním obsahu sušiny) se zvětšuje průměr tukových kuliček a zároveň klesá tuhost tavených sýrů. Poměr bílkovin a tuku byl u modelových tavených sýrů s obsahem tuku v sušině 40 % w/w ~ 1:0,85 a u produktů s 50 % w/w tuku v sušině ~ 1:1,30. Relativní nižší množství bílkovin, především kazeinů, které v tavených sýrech působí jako 23

24 emulgátory, způsobilo nižší stupeň emulgace tuku, což se projevilo zvětšením průměru tukových kuliček. Větší tukové kuličky jsou schopny mnohem více porušit kontinuitu proteinové matrice a vzniká měkčí, roztíratelnější tavený sýr ve srovnání se sýrem obsahujícím větší počet menších tukových kuliček, kdy se tavený sýr jeví pevnější a hůře roztíratelný (Kapoor & Metzger, 2008; Lee et al., 2003, 2015; Noronha et al., 2008a). Zvyšování obsahu sušiny (při konstantním obsahu tuku v sušině) a tedy navýšení relativní koncentrace proteinů, které zvyšují emulgační schopnost systému, se projevilo zmenšením průměru tukových kuliček a zároveň zvýšením tuhosti taveného sýra. V práci A2 byl studován vliv obsahu povrchově aktivních látek přítomných v mléčném tuku, na viskoelastické vlastnosti tavených sýrů s konstantním obsahem sušiny 35 % w/w a tuku v sušině 50 % w/w. Množství povrchově aktivních látek v modelových vzorcích tavených sýrů bylo nepřímo řízeno změnou poměru přírodního sýra s různým obsahem tuku v sušině (50, 45, 40, 35, 30, 20, 10 a 1 % w/w) a másla (prakticky neobsahujícího povrchově aktivní látky) v surovinové skladbě. Z výsledků práce vyplynulo, že obsah tuku v přírodních sýrech a s ním spojený obsah povrchově aktivních látek neměl významný vliv na konzistenci tavených sýrů vyrobených se stejným obsahem sušiny (35 % w/w) a tuku v sušině (50 % w/w). Tento závěr je pro výrobce tavených sýrů velmi cenný, neboť mohou používat surovinu o různé tučnosti (při zachování poměru tavicích solí na jednotku proteinu) bez podstatného ovlivnění konzistence finálního produktu. Práce A3 se zabývala přídavkem dvou typů karagenanu (κ-, ι-) do tavených sýrů s obsahem sušiny 40 % w/w a obsahem tuku v sušině 45 a 50 % w/w. Práce si kladla za cíl objasnit vliv různých koncentrací (0,05; 0,15 a 0,25 % w/w) κ- a ι-karagenanu na viskoelastické vlastnosti tavených sýrů. Zároveň bylo zkoumáno ovlivnění konzistence tavených sýrů stářím použité suroviny (Eidamská cihla ve zralosti 6, 8, 12 a 16 týdnů). Vzorky byly analyzovány po 14 dnech skladování při 6 ± 2 C. Bylo zjištěno, že s rostoucí koncentrací přídavku obou typů karagenanu docházelo ke zvyšování tuhosti modelových tavených sýrů oproti kontrolním vzorkům bez aplikace karagenanu. Vyšší pevnost modelové kazeinové disperze zaznamenali po aplikaci karagenanu také Ribeiro et al. (2004). Vyšší hodnoty elastického i ztrátového modulu pružnosti a tedy vyšší tuhost vykazovaly vzorky s obsahem ι-karagenanu než s použitím κ- karagenanu (při srovnání stejných koncentrací karagenanů). Vysvětlení by mohlo spočívat v přítomnosti iontů, které ovlivňují chování jednotlivých typů karagenanů (Nickerson et al., 2004). Nejnižší použitá koncentrace 0,05 % w/w κ- i ι-karagenanu nevykazovala významný vliv na změnu konzistence modelových tavených sýrů. Pravděpodobně byla koncentrace příliš nízká, než aby mohlo dojít k podpoře zesíťování systému. O minimální koncentraci pro tvorbu karagenanové sítě hovoří ve své práci také Bourriot et al. (1999). Bylo zjištěno, že modelové vzorky s vyšším obsahem tuku byly měkčí než vzorky s nižším obsahem tuku, což koresponduje s pracemi Bayarri et al. (2012), 24