VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ Fakulta chemická doc. Ing. František Buňka, Ph.D. Tavené sýry a faktory ovlivňující jejich konzistenci Processed cheese and factors influencing its consistency TEZE PŘEDNÁŠKY K PROFESORSKÉMU JMENOVACÍMU ŘÍZENÍ V OBORU Potravinářská chemie Brno 2017

KLÍČOVÁ SLOVA Tavené sýry, konzistence, tavicí soli, fosforečnany, hydrokoloidy. KEYWORDS Processed cheese, consistency, emulsifying salts, phosphates, hydrocolloids. František Buňka, 2017 ISBN 978-80-214-5460-6 ISSN 1213-418X

OBSAH PŘEDSTAVENÍ AUTORA... 4 1 ÚVOD A CHARAKTERISTIKA TAVENÝCH SÝRŮ... 5 2 VÝROBA TAVENÝCH SÝRŮ... 6 2.1 Suroviny a ostatní ingredience pro výrobu tavených sýrů... 6 2.1.1 Suroviny pro výrobu tavených sýrů... 6 2.1.2 Tavicí soli a princip jejich působení... 7 2.1.3 Ostatní ingredience pro výrobu tavených sýrů... 10 2.2 Technologie výroby tavených sýrů... 11 2.3 Tavené sýry bez tavicích solí... 13 3 FAKTORY OVLIVŇUJÍCÍ KONZISTENCI TAVENÝCH SÝRŮ... 13 3.1 Vliv složení surovinové směsi... 14 3.1.1 Vliv obsahu sušiny, tuku a proteinů... 14 3.1.2 Vliv různého složení tavicích solí a jejich koncentrace... 15 3.1.3 Vliv prozrálosti základní suroviny... 18 3.1.4 Vliv hodnoty ph... 18 3.1.5 Vliv použití hydrokoloidů... 18 3.1.6 Vliv dalších faktorů souvisejících se skladbou surovinové směsi... 19 3.2 Vliv procesních parametrů... 19 3.3 Vliv teploty a doby skladování... 20 4 ZÁVĚR... 20 POUŽITÁ LITERATURA... 21 3

PŘEDSTAVENÍ AUTORA Osobní údaje Jméno a příjmení: Tituly: Narozen: Bydliště: Rodinný stav: František Buňka doc. Ing. Ph.D. 11. března 1978 ve Vyškově Zelinova 5590/11, 760 05 Zlín, Česká republika ženatý Vzdělání: 1992 1996 Obchodní akademie v Bučovicích 1996 2001 Vysoká vojenská škola pozemního vojska ve Vyškově inženýrské studium v oboru Ekonomika a hygiena výživy 2001 2004 Vysoká vojenská škola pozemního vojska ve Vyškově doktorské studium v oboru Ekonomika a hygiena výživy 2009 Slovenská poľnohospodárska univerzita v Nitre, Fakulta biotechnológie a potravinárstva habilitační řízení v oboru Zpracování zemědělských surovin Praxe 2003 dosud Univerzita Tomáše Bati ve Zlíně, Fakulta technologická, Ústav technologie potravin akademický pracovník, odborný asistent, docent, od roku 2011 ředitel ústavu, od roku 2015 děkan Fakulty technologické Pedagogická činnost Přednášky v předmětech bakalářského, magisterského a doktorského studia: Senzorická analýza potravin, Technologie výroby potravin živočišného původu, Trendy ve výrobě potravin živočišného původu, Řízení bezpečnosti potravin, Plánování experimentů a statistické vyhodnocení dat. Odborná specializace Technologie výroby mléka a mléčných výrobků, faktory ovlivňující jakost a zdravotní nezávadnost mléka a mléčných výrobků, senzorická analýza potravin, stanovení obsahu aminokyselin a biogenních aminů v potravinách, řízení jakosti a bezpečnosti potravin. Souhrn publikačních aktivit Autor a spoluautor 58 původních vědeckých prací uveřejněných v časopisech s impakt faktorem, počet citací podle SCI: 286, 1 software, spoluúčast na 10 projektech. H-index 12. Jiná odborná činnost Samostatný odborný posuzovatel Českého institutu pro akreditaci podle ISO/IEC 17021-1:2015 (Posuzování shody Požadavky na orgány provádějící audit a certifikaci systémů managementu) pro rozsah QMS (referenční norma ISO 9001:2015, pro obory 03, 30 a 37), HACCP (referenční norma: Všeobecné požadavky na systémy analýzy nebezpečí a stanovení kritických kontrolních bodů (HACCP) uveřejněné ve Věstníku Ministerstva zemědělství 2/2010), FSMS (referenční norma: ISO 22000:2005, celý rozsah kategorií dle ISO/TS 22003:2013), FSSC 22000 (referenční norma: ISO 22000:2005 ve spojení se všemi akceptovanými PNP a ostatními požadavky schématu FSSC 22000). 4

1 ÚVOD A CHARAKTERISTIKA TAVENÝCH SÝRŮ Tavené sýry patří k nejmladší skupině sýrů. Jejich historie se píše teprve bezmála 110 let. Tavené sýry patří v České republice k oblíbeným mléčným výrobkům. Jejich průměrná konzumace se již několik pohybuje v intervalu 2,0 2,5 kg na osobu a rok. Vhodnou kombinací surovinové skladby a procesních parametrů lze vyrobit širokou škálu tavených sýrů s různou konzistencí od tavených sýrových omáček, přes dobře roztíratelné produkty až po blokové tavené sýry určené k plátkování. Codex Alimentarius definuje tavené sýry a roztíratelné tavené sýry jako produkty vyráběné mělněním, tavením a emulgováním surovinové směsi (obsahující jeden nebo více druhů přírodních sýrů v kombinaci mléčných i nemléčných surovin) s využitím záhřevu a tavicích solí (Anonym, 1978). Jako minimální kombinace tavicí teploty a doby její výdrže je uvedeno 70 C po dobu 30 sekund (nebo záhřev ekvivalentní). Další standard, který je v publikacích často citován a také přejímán do národních předpisů, vytvořila americká instituce Food and Drug Administration (FDA). Výrobková skupina je zde nejprve dělena na: tavené sýry (pasteurised process cheese), tavené sýrové výrobky (pasteurised process cheese food), tavené sýrové pomazánky (pasteurised process cheese spread). Rozdíly mezi jednotlivými skupinami spočívají v předepsaném obsahu sušiny, obsahu tuku a ingrediencích, které lze použít do surovinové skladby. Další vnitřní dělení těchto skupin je pak podle použité ochucující složky neochucené výrobky, výrobky s masem, kořením, zeleninou a ovocem. Minimální kombinace pasterační teploty a času výdrže jsou uvedeny na úrovni ekvivalentní tepelnému ošetření 63 C 30 minut, 72 C 15 sekund a 89 C 1 sekundu (Anonym, 2016a). V podmínkách České republiky je tavený sýr definován Vyhláškou Ministerstva zemědělství č. 397/2016 Sb. jako sýr, který byl tepelně upraven za přídavku tavicích solí. Skupinu tavený sýr (v rámci druhu sýr ) je možné podle konzistence dále dělit na podskupiny roztíratelný a s lomem. Při dodržení požadavku na nepoužití některých ostatních mléčných složek (jiných než máslo, máselný tuk, smetana nebo máselný koncentrát; viz kapitola 3.1) lze pak tavený sýr tzv. druhově pojmenovat. Při překročení 5% (w/w) obsahu laktózy ve finálním výrobku nebo při použití cukrů (sacharidů se sladícím účinkem) nelze tyto produkty označit jako tavený sýr, ale využije se skupina tavený sýrový výrobek (Anonym, 2016b). Pojem tepelné ošetření je upraven v Nařízení Evropského parlamentu a Rady (ES) č. 853/2004, v platném znění. Zjednodušeně lze říci, že je zde požadavek na minimální kombinaci teploty a doby výdrže na úrovni ekvivalentní tepelnému ošetření 63 C 30 minut a 72 C 15 sekund (Anonym, 2004). Klíčovým pojmem, který se objevuje ve všech definicích tavených sýrů (a obdobných výrobků) a jehož přítomnost při výrobě se přímo předpokládá, je tavicí sůl. V podmínkách Evropské unie jsou tavicí soli definovány Nařízením Evropského parlamentu a Rady (ES) č. 1333/2008, v platném znění, jako látky, které převádějí bílkoviny obsažené v sýru do disperzní formy za účelem homogenního rozložení tuků a ostatních složek. Tavicí soli patří mezi tzv. potravinářské přídatné látky, jejichž použití a maximální množství definuje posledně zmíněná právní norma (Anonym, 2008). Kromě tavených sýrů a tavených sýrových výrobků se v posledních 10 letech na českém trhu (a nejen na něm) objevují i tavené produkty, které svým vzhledem a funkčními vlastnostmi navozují dojem tavených sýrů, resp. jejich analogů či imitací. V těchto výrobcích je úplně nebo částečně nahrazena mléčná složka (v našich podmínkách především mléčný tuk) surovinou rostlinného původu. Tyto produkty se však nepovažují za mléčné výrobky a podle Nařízení 5

Evropského parlamentu a Rady (EU) č. 1308/2013 (čl. 78 a příloha VII, část III), v platném znění, nelze pro jejich označení použít slovo sýr (Anonym, 2013). 2 VÝROBA TAVENÝCH SÝRŮ 2.1 SUROVINY A OSTATNÍ INGREDIENCE PRO VÝROBU TAVENÝCH SÝRŮ 2.1.1 Suroviny pro výrobu tavených sýrů Základní surovinou pro výrobu tavených sýrů jsou tradičně přírodní sýry. V podmínkách České republiky a okolních zemí se využívají zejména sýry holandského typu s nízkodohřívanou sýřeninou. V menší míře se používají také sýry švýcarského typu s vysokodohřívanou sýřeninou nebo sýry typu Maasdamer (sýry vyráběné kombinací holandského a švýcarského způsobu). V angloamerických zemích je hojně využíván čedar, na Balkáně sýry s pařenou sýřeninou a na Blízkém a Středním Východě sýry zrající/skladované v solném nálevu (po předchozím odsolení v pitné vodě). Obecně se využívá takové suroviny, která je pro danou oblast typická (Buňka et al., 2009; Kapoor a Metzger, 2008; Guinee et al., 2004; Carić et al., 1985). Výjimkou jsou zejména výrobci tavených sýrů, kteří většinu své suroviny dováží. Tam se pak výběr řídí dodavatelsko-odběratelskou strategií producenta a především cenou suroviny na světovém trhu. Přírodní sýry se využívají v různém stupni prozrálosti, což podstatně ovlivňuje konzistenci finálního výrobku (viz kapitola 4.1.3). Pro výrobu tavených sýrů je možné využít i přírodní sýry s některými vadami. Jedná se především o mechanické vady (různé deformace vzniklé při lisování, výskyt tzv. syrovátkových hnízd apod.) a vady způsobené odchylnými analytickými hodnotami ve srovnání s deklarací na spotřebitelském obalu (zejména v obsahu sušiny nebo obsahu tuku). Je-li surovina stále zdravotně nezávadná, pak mechanické problémy vzhledem k technologii výroby nejsou na závadu a při vhodné kompozici surovinové skladby lze i odchylky v analytických hodnotách suroviny eliminovat. Dalším bezproblémově zpracovatelným zdrojem přírodních sýrů mohou být i tzv. odřezky vznikající při porcování, plátkování a balení zmíněných produktů (Buňka et al., 2009; Kapoor a Metzger, 2008; Guinee et al., 2004; Carić et al., 1985). I když se přírodní sýry s výše zmíněnými vadami běžně zpracovávají, je možné ze zkušenosti říci, že 70 80 % přírodních sýrů je jakostní surovinou, kterou by bylo možné obchodovat přímo spotřebiteli. Naopak, naprosto nevhodnou surovinou pro výrobu tavených sýrů jsou přírodní sýry kontaminované aerobními i anaerobními sporulujícími mikroorganizmy (například zástupci rodů Bacillus, Geobacillus, Clostridium). Běžně využívané teploty pro výrobu tavených sýrů (při diskontinuální výrobě obvykle 90 105 C; viz kapitola 3.2) dostačují pouze k usmrcení většiny vegetativních forem bakterií, nikoliv však k inaktivaci bakteriálních spor. Vzhledem k hodnotě ph většiny tavených sýrů (5,0 6,0 pro blokové a roztíratelné produkty; viz kapitola 4.1.4) může dojít k vyklíčení bakteriálních spor, a tím ke znehodnocení výrobku a porušení jeho zdravotní nezávadnosti. Do výroby se samozřejmě nezařazují jakékoliv suroviny, které obsahují patogenní či podmíněně patogenní mikroorganizmy (Buňková a Buňka, 2017; Buňka et al., 2009; Kapoor a Metzger, 2008; Guinee et al., 2004; Carić et al., 1985). V posledních 10 20 letech se z výroby tavených sýrů vylučuje i surovina kontaminovaná plísněmi, a to jako prevence výskytu mykotoxinů. Rovněž surovina obsahující kontaminující bakterie čeledi Enterobacteriaceae je stále častěji vyřazována, a to z důvodu nebezpečí produkce bakteriálních toxinů (Buňková a Buňka, 2017). Do surovinové skladby se dále zařazuje máslo (případně smetana, máselný koncentrát nebo máselný tuk), a to pro úpravu (zvýšení) obsahu tuku, resp. obsahu tuku v sušině. Obsah tzv. 6

beztuké sušiny lze zvýšit přídavkem tvarohu. Kromě této funkce se využívá také pro zvýšení podílu tzv. intaktního kaseinu (kasein, u kterého neproběhla rozsáhlá a hluboká proteolýza), případně pro snížení ph taveniny (pro tuto funkci minoritně, neboť efektivnější je využití odpovídající skladby tavicích solí či přídavek okyselující složky; viz kapitoly 3.1.2 a 3.1.3). Obsah sušiny se snižuje přídavkem pitné vody. Další, pravidelně využívanou, položkou surovinové skladby je tzv. nátavek (krém, rework). Jedná se o taveninu/tavený sýr, u kterého už proběhlo tepelné ošetření za přítomnosti tavicích solí. Do surovinové skladby se může dostat dvěma způsoby, buď jako ulpělý zbytek taveniny z minulého výrobního cyklu, nebo záměrným přídavkem taveného sýra. Jeho funkce při výrobě tavených sýrů není doposud uspokojivě vysvětlena, nicméně v tavírenské praxi se předpokládá, že zjemňuje výslednou taveninu. Vyrábíme-li ochucené tavené sýry, pak nedílnou součástí jsou složky dodávající chuť a barvu například uzená masová složka, kapie, kakaová složka apod. (Buňka et al., 2009). V posledních 20 letech se v tavírenské praxi začaly pravidelně používat i různé sušené suroviny, jako je sušená syrovátka, demineralizovaná sušená syrovátka, sušené podmáslí a sušené mléko o různé tučnosti. Cílem zařazení těchto surovin je především snížení nákladů na surovinovou skladbu, kdy dražší přírodní sýry jsou částečně nahrazovány těmito relativně levnějšími surovinami (při přepočtu na sušinovou jednotku a beztukou sušinovou jednotku). Omezení použití těchto surovin spočívá pouze v legislativním omezení obsahu laktózy v tavených sýrech (do 5 % (w/w) ve finálním výrobku; jinak je možné produkt nazývat pouze taveným sýrovým výrobkem ) a dále požadavkem, aby sýr tvořil 50 % hmotnostních tohoto výrobku (Anonym, 2016b). Další strategií při snižování nákladů na výrobu byla redukce obsahu sušiny, kdy většina dnešních roztíratelných tavených sýrů má obsah sušiny obvykle v rozmezí 29 35 % (w/w). Snižování obsahu sušiny i redukce množství zařazených přírodních sýrů však vytváří poptávku po používání tzv. hydrokoloidů (biopolymerů, obvykle polysacharidů, minoritně bílkovin s vysokou schopností vázat vodu a zpevnit matrici taveného sýra; viz kapitoly 3.1.3 a 4.1.5). 2.1.2 Tavicí soli a princip jejich působení Pokud by došlo k záhřevu i jednoduché surovinové skladby tavených sýrů (přírodní sýry, máslo a voda) bez přídavku tavicích solí, pak bychom mohli postupně očekávat sled reakcí, které popsali Carić et al. (1985) a Guinee (2003) jako: (i) destrukci membrán pokrývajících tukové kuličky a roztání tukových kuliček; (ii) následně by se tukové kuličky (kapénky) spojovaly do větších celků nechráněných lipoproteinovou membránou; (iii) v důsledku vyšší teploty a aktuálnímu ph směsi (~ 5,0 5,5) by docházelo k agregaci a kontrakci kaseinových bílkovin z přírodního sýra a uvolnění vody, což by vedlo ke vzniku heterogenní směsi a oddělení hydrofilní a hydrofobní fáze. Pro dosažení homogenní a dobře zaemulgované hmoty je třeba přítomnosti efektivně fungujících emulgátorů. V matrici přírodního sýra se takové emulgátory nacházejí. Jsou jimi tři frakce kaseinů α S1 -kasein, α S2 -kasein a β-kasein, případně jejich vysokomolekulární produkty proteolytických reakcí. Výše zmíněné kaseiny disponují hydrofilními i hydrofobními segmenty, které determinují jednu z jejich důležitých funkčních vlastností, a to emulgační schopnost. V prostředí přírodních sýrů se však kaseinové frakce a jejich proteolytické štěpy vyskytují v síti provázané (spojené) především vápenatými můstky, které eliminují schopnost mobility a orientace v prostředí, což značně snižuje emulgační schopnost a kapacitu těchto bílkovin (Dalgleish, 1992; Ginger a Grigor, 1999; Fox, 2001; Kwak et al., 2002; Farrell et al., 2004; Buňka et al., 2009). Pro dosažení jemné a homogenní struktury směsi bez separace hlavních složek (vody, tuku a vysrážených proteinů) je třeba přídavku takových potravinářských přídatných látek, které budou schopny odštěpení vápenatých iontů navázaných na proteinovou matrici přírodního sýra. Stupeň 7

dispergace kaseinu, resp. jeho hydrolytických štěpů ve vodě, by se zvýšil výměnou iontů vápníku za ionty sodíku nerozpustné vápenaté soli kaseinu by byly přeměněny na rozpustnější soli sodné (Obrázek 3.1). Při tomto procesu dojde rovněž k tzv. peptizaci a rozptýlení proteinů (Templeton & Sommer, 1936; Carić et al., 1985; Guinee, 2003, Guinee et al., 2004; Mizuno a Lucey, 2005a,b; Shirashoji et al., 2006; Buňka et al., 2009; Kawasaki, 2008). Sloučeninami umožňujícími takovou iontovou výměnu jsou tzv. tavicí soli, jejichž klíčovou úlohou je upravit prostředí v tavené směsi tak, aby přítomné proteiny (zejména kaseiny, popř. jejich hydrolytické štěpy) mohly uplatnit své přirozené vlastnosti emulgátorů. záhřev míchání Vápenaté soli kaseinu (přírodní sýr) Sodné soli kaseinu (tavenina během výroby tavených sýrů) Obrázek 3.1 Schematické vyjádření výměny iontů sodíku za ionty vápníku při tavení přírodních sýrů (A anion tavicí soli, SER serinové zbytky). Upraveno podle Carić a Kaláb (1997) Jako tavicí soli se v praxi používají soli s vícesytnými anionty (především fosforečnany, polyfosforečnany a citronany) a monovalentními alkalickými kovy (zejména sodíkem). Tavicí soli se často označují jako emulgátory, nicméně v pravém slova smyslu nejde o emulgátory jako povrchově aktivní látky. Proto se v odborné literatuře užívá pojmenování emulgující činidla/soli (emulsifying agents/salts), což přesněji vystihuje jejich skutečnou úlohu při procesu tavení. V literatuře i standardech se objevují i další sloučeniny s funkcí tavicích solí, jako například draselné soli fosforečnanů a citronanů, hydrogenuhličitan sodný nebo sodné a draselné soli kyseliny vinné (Anonym 1978; Carić et al., 1985; Buňka et al., 2009; Kapoor a Metzger, 2008; Anonym 2016a). Reálné použití v praxi je však velmi omezené. Během procesu tavení (za déletrvajícího účinku teploty a mechanického míchání) se začínají navazovat polyvalentní anionty (přes vápenaté ionty) na proteiny, jejichž hydrofilní charakter se tímto zvyšuje. Následným vázáním dodatečné vody (polyvalentní anionty mají vysokou vaznost vody) roste viskozita taveniny vedoucí k tzv. krémování. Pro vytvoření stabilní emulze je důležité, aby ve směsi byl dostatek ne zcela hydrolyzovaných peptidů, neboť krátké (příliš hydrolyzované) peptidy vedou k nebezpečí tvorby nestabilní emulze a oddělení fází (Carić a Kaláb, 1997; Brickley et al., 2007). Působením tavicích solí obvykle dojde k mírnému růstu ph (u roztíratelných tavených sýrů na výsledných ph 5,6 6,0) a ke zvýšení negativního náboje přítomných proteinů a peptidů. To má za následek další desintegraci proteinové matrice, která je schopna vyšší vaznosti vody (Guinee, 2003; Mizuno a Lucey, 2005a). Podle Marchesseau a Cuq (1995), Bowland a Foegeding (2001), Lucey et al. (2003), Awad et al. (2004), Kapoor et al. (2007), Mizuna a Lucey (2005b; 2007), Kapoor a Metzger (2008); 8

Viskozita Kalliapann a Lucey (2011); Buňka et al. (2012) dojde k vytvoření finální struktury při chladnutí taveniny vlivem vzniku vodíkových můstků, hydrofobních interakcí, vápenatých a disulfidických můstků a také v důsledku tvorby fosforečnano-vápenatých sloučenin napomáhajících opětovnému zesítění kaseinové matrice. Samotný proces vytváření finální struktury výrobku, resp. krémování, vyžaduje určitou dobu tavení, po kterou působí vyšší teploty a mechanické míchání (Shirashoji et al., 2006; Kawasaki, 2008). Klostermeyer a Buchheim (1988) provedli experiment, ve kterém sledovali mikrostrukturu taveného sýra v závislosti na době tavení. Autoři došli k názoru, že zcela homogenní struktura taveniny vzniká teprve po šesti až devíti minutách tavicího procesu. Proces krémování a změny viskozity během vytváření finální struktury výrobku lze vyjádřit pomocí schématu (Obrázek 3.2) vytvořeného podle Lee et al. (2003). Během počáteční fáze tavby směsi surovin dojde působením tavicích solí při zvýšené teplotě a za mechanického míchání k rozptýlení proteinů (doba A na Obrázku 3.2). Při dalším působení teploty a mechanického míchání dochází k hydrataci a bobtnání rozptýlených bílkovin a prostřednictvím řady vazebných interakcí k tvorbě síťovité struktury. Tyto procesy vedou k nárůstu viskozity taveniny (doba B na Obrázku 3.2). Uvedený popis změn struktury během krémování tavených sýrů korespoduje se závěry práce Kawasaki (2008). Příliš intenzivní vytváření interakcí v proteinové matrici (např. v důsledku nepřiměřeně dlouhého tavicího procesu) však může mít podle Lee et al. (2003) za následek i pokles viskozity systému. Vysvětlení lze hledat v rozsáhlé agregaci vytvářející se proteinové matrice následované jejím kolapsem, projevujícím se např. prostřednictvím dehydratace struktury. Tento jev je nazýván jako překrémování (doba C na Obrázku 3.2). Popsané projevy překrémování korespondují se závěry Klostermeyer a Buchheim (1988). Tavicí soli Doba A Doba B Doba C Obrázek 3.2 Schematické vyjádření procesu krémování, změny struktury a viskozity proteinové matrice během tavení a mechanického míchání taveniny. Upraveno podle Lee et al. (2003). Proces krémování, resp. proces utváření finální matrice, je především reakcí proteinů. Toto tvrzení bylo prokázáno v experimentu (Lee et al., 2003), kdy byl pozorován průběh krémování plnotučného taveného sýra a výrobku s nulovým obsahem tuku. V obou případech krémovací fáze proběhla. Přítomnost tuku může sice podstatně ovlivnit zmíněné procesy (a tím zejména výslednou konzistenci), nicméně jeho absence nezabrání samotnému průběhu procesu krémování. Vliv na konzistenci (zejména tuhost a roztíratelnost výrobku) je vysvětlován schopností mléčného tuku narušit kontinuitu a kompaktnost proteinové matrice. Obdobná vlastnost je připisována také vodě. Čas 9

Při snížení obsahu vody a mléčného tuku, tedy při vyšším stupni kontinuity a kompaktnosti proteinové matrice, je obecně možné očekávat tužší a gumovitější tavený sýr. Podle Heertje et al. (1981); Bowland a Foegeding (2001) a Buňka et al. (2009) je možné na tavený sýr pohlížet jako na gel složený z hydratované proteinové sítě, v níž je dispergován tuk. Při vytváření finální struktury taveného sýra jsou klíčové procesy hydratace proteinů a emulgace tuku. Intenzita těchto procesů je mimo jiné podmíněna funkčními vlastnostmi použitých tavicích solí. Raval a Mistry (1999), Awad et al. (2002) a Guinee (2003) uvedli, že čím vyšší je hydratace proteinů a emulgace tuku, tím tužší můžeme očekávat výsledný tavený sýr. Zcela objektivně je však třeba uvést, že detailní informace o chemických reakcích probíhajících zejména při utváření finální struktury (ve fázi krémování) a úplné objasnění vlivů působících na tuto fázi nebyly doposud publikovány (Mann, 2003; Buňka et al., 2009; Kapoor a Metzger, 2008). Jednotlivé normy, standardy a právní akty určují maximální limity použití tavicích solí, případně jejich strukturu. Codex Alimentarius uvádí jako maximální limit 40 g/kg tavicích solí (vyjádřeno v bezvodé formě) s tím, že obsah přidaného fosforu musí být nižší než 9 g/kg (vyjádřeno na fosfor). Standard FDA uvádí jako limit pro použití tavicích solí hodnotu 3 % (w/w) (vyjádřeno jako obsah suché hmoty potravinářských přídatných látek na celkovou hmotnost finálního výrobku). Nařízení Evropského parlamentu a Rady (ES) č. 1333/2008, v platném znění, stanovuje maximální množství tavicích solí na 20 g/kg (vyjádřeno jako P 2 O 5 ) (Anonym, 1978; Anonym, 2008; Anonym 2016a). Vlastní použití tavicích solí se obvykle pohybuje v rozmezí 1,5 3,3 % (w/w) v závislosti na obsahu tuku a bílkovin. Obvyklý poměr mezi použitými kaseiny a tavicími solemi se pohybuje na úrovni ~ 5:1 (Guinee a O Callaghan, 2013). 2.1.3 Ostatní ingredience pro výrobu tavených sýrů K dalším ingrediencím, které se do surovinové skladby tavených sýrů pravidelně přidávají, patří potravinářské přídatné látky a také aromata a složky potravin s aromatickými vlastnostmi. Mezi potravinářské přídatné látky aplikované při výrobě tavených sýrů patří například (Anonym, 2008): barviva jako látky, které potravině dodávají barvu nebo barvu obnovují, a zahrnují přírodní složky potravin a přírodních zdrojů, jež jako takové nejsou obvykle požívány jako potraviny a nejsou obvykle používány jako charakteristické složky potravin, konzervanty jako látky, které prodlužují trvanlivost potravin tím, že je chrání proti zkáze způsobené mikroorganizmy, nebo které potraviny chrání před růstem patogenních mikroorganizmů, kyseliny jako látky, které zvyšují kyselost potraviny nebo jí udělují kyselou chuť, stabilizátory jako látky, které umožňují udržovat fyzikálně-chemický stav potraviny; mezi stabilizátory patří látky, které umožňují udržet jednotný rozptyl dvou nebo více navzájem se nesměšujících látek v potravinách, látky, které stabilizují, udržují nebo zintenzivňují stávající barvu potravin, a látky, které zvyšují pojivost určité potraviny, včetně vytváření vzájemných vazeb mezi bílkovinami, které umožňují spojení kusů potravin do rekonstituované potraviny, zahušťovadla jako látky, které zvyšují viskozitu potraviny. Barviva se při výrobě tavených sýrů využívají velmi omezeně a použití se omezuje na eliminaci výkyvu barvy přírodních sýrů v jednotlivých sezónách. Rovněž použití konzervantů nebývá příliš časté a evropská legislativa omezuje použití na kyselinu sorbovou (a její soli) a nisin. V některých případech se aplikují i okyselující látky, kde se nejčastěji využívají kyselina citronová, propionová (se současným konzervačním účinkem), kyselina fosforečná, mléčná a octová. Použití aromat 10

a složek potravin s aromatickými vlastnostmi se řídí Nařízením Evropského parlamentu a Rady (ES) č. 1334/2008 (Anonym, 2008b). Důležitou složkou surovinové skladby jsou stabilizátory hydrokoloidy, které mají podstatný vliv na konzistenci tavených sýrů (viz kapitola 4.1.5). K nejčastěji využívaným stabilizátorům patří karagenan, lokustová guma, xantanová guma, arabská guma, nízkometylovaný pektin, nativní a modifikované škroby (Buňka et al., 2009). 2.2 TECHNOLOGIE VÝROBY TAVENÝCH SÝRŮ Tavené sýry je možné vyrábět diskontinuálním a kontinuálním způsobem. Celosvětově je stále rozšířený diskontinuální způsob výroby, jehož schéma je uvedeno na Obrázku 3.3. V průmyslových tavírnách je základní složení surovinové skladby obvykle stálé. Nicméně i zde se formulace surovinové skladby může utvářet také podle aktuální potřeby zpracovat určité potraviny (zejména přírodní sýry). Bilance surovinové skladby se odvíjí od známého obsahu sušiny a tuku v jednotlivých potravinách a požadovaného obsahu sušiny a tuku ve finálním taveném sýru. Výpočet je založen na tzv. sušinových a tukových jednotkách (jednicích) (Buňka et al., 2009). Formulace surovinové skladby Příprava, vážení a mísení surovin Dávkování do tavicího kotle Proces tavení Ohřev přímým vstřikem páry Nepřímý ohřev mezipláštěm Obrázek 3.3 Schéma diskontinuální výroby tavených sýrů Kontrola taveniny a případná úprava Přeprava taveniny k balicím strojům Balení Chlazení Expedice Na základě připravené receptury se jednotlivé složky naváží, rozřežou a pro usnadnění tavby obvykle i rozmělní. Větší tavírny obvykle disponují i mísícím zařízením pro několik šarží. Tím lze dosáhnout vyšší standardnosti surovinové směsi, a to zvláště v případě, kdy tavírna disponuje rychlým analyzátorem obsahu sušiny a tuku (například přístroje založené na NIR spektroskopii). Připravená surovina se dávkuje do tavicího zařízení a přidají se potravinářské přídatné látky (v některých případech se dávkují už při mísení). V našich podmínkách jsou v průmyslu nejrozšířenější tavicí zařízení od společností Stephan, Kustner a Vögele s kapacitou 20 800 kg 11

na šarži. Ohřev na tavicí teplotu probíhá buď pouze mezipláštěm nebo častěji přímým vstřikem páry do díla. V posledně zmíněném případě je však nutné v rámci bilance surovinové skladby počítat s vodou, která během záhřevu zkondenzuje a stane se součástí výrobku. Tavicí teplota se u diskontinuálního způsobu výroby obecně pohybuje v intervalu 80 115 C, přičemž se obvykle využívají teploty 90 105 C. Doba výdrže tavicí teploty bývá řádově v desítkách sekund a celková doba tavení včetně tzv. vymíchávání je obvykle do 10 minut (Buňka et al., 2009). Po průběhu tavicího procesu se zkontroluje konzistence taveniny (obvykle závisí na zkušenosti pracovníka a nevyužívá se viskozimetrů). V případě příliš řídké taveniny se zařadí další vymíchávání nebo se konzistence koriguje přídavkem dalších tavicích solí. Pokud je viskozita směsi uspokojivá, přepraví se tavenina k balicím zařízením. Doprava se děje buďto potrubní cestou nebo pomocí uzavřených vozíků. Formulace surovinové skladby Kontinuální příprava, vážení a mísení surovin Kontinuální dávkování do předehřívací nádoby a předehřátí suroviny Posun předehřáté surovinové skladby do zahřívací UHTjednotky s přímým vstřikem páry Obrázek 3.4 Schéma kontinuální výroby tavených sýrů Výdržník UHT-tavicí teploty Mžikové vakuové chlazení Krémovací/homogenizační tank Kontrola taveniny a případná úprava Přeprava taveniny k balicím strojům Balení Chlazení Expedice Jako obalový materiál se využívá zejména hliníkových fólií zevnitř potažených vhodným polymerem, který slouží k zavaření fólie. U tohoto balicího materiálu je důležité zajistit, aby se finální výrobek (po vychlazení) nelepil na fólii. Dále se využívá například plastových kelímků, tub, méně pak střívek, kovových konzerv a skla. Teplota taveniny při balení by měla být co nejvyšší, jednak z důvodu nižší viskozity a také jako prevence sekundární kontaminace spadem. Obvyklá balicí teplota se pohybuje 60 70 C. Po zabalení se výrobek chladí, přičemž rychlost zchlazení ovlivňuje konzistenci finálního produktu (viz kapitola 4.2). 12

V případě využití kontinuální výrobní linky (viz Obrázek 3.4) se využívá tavicích teplot 135 145 C. Příprava suroviny je velmi obdobná jako u diskontinuálního způsobu. Surovina se nejprve předehřeje na ~ 70 90 C a posune se do UHT-jednotky, kde pokračuje ohřev přímým vstřikem páry na tavicí teplotu (i zde je třeba počítat s vodou, která z páry zkondenzuje). Za UHT-jednotkou je zařazen výdržník, kde tavenina stráví několik sekund. Následuje velmi rychlé vakuové chlazení na 80 90 C. Jelikož celý tavicí proces trvá pouze několik sekund, je třeba tzv. homogenizace vymíchávání pro zajištění dostatečného krémování. Dále se zkontroluje viskozita taveniny, která se přepraví k balicím zařízením. Doprava a následné balení obvykle neprobíhá za aseptických podmínek (Buňka et al., 2009). Trvanlivost tavených sýrů je podmíněna technologií výroby (zejména tavicí teplotou), surovinovou skladbou, způsobem balení (včetně obalového materiálu) a skladovací teplotou. Skladovací teplota byla donedávna vyhláškou stanovena na 4 8 C. Dnešní Vyhláška Ministerstva zemědělství č. 397/2016 Sb. dovoluje výrobcům stanovit teplotu skladování jinou než pouze z intervalu 2 8 C (Anonym, 2016b). Jednotliví producenti stanovují různou trvanlivost tavených sýrů, obvykle se však pohybuje 2 6 měsíců. 2.3 TAVENÉ SÝRY BEZ TAVICÍCH SOLÍ V posledních 25 letech se zintenzivňují pokusy o náhradu tradičních tavicích solí založených na fosforečnanech a citronanech, a to zejména jako reakci na požadavky snížení obsahu sodíku a fosforu ve stravování člověka. Kwak et al. (2002) použili částečně hydrolyzované kaseinové frakce jako náhradu tradičních tavicích solí. Uspokojivé výsledky (a zisku homogenního výrobku) však autoři dosáhli pouze při částečné náhradě tavicích solí (obecně do 50 % hmotnosti tavicích solí použitých v kontrolních vzorcích). Při úplné náhradě se výrazně zhoršila tavitelnost směsi a zvýšila se pravděpodobnost uvolňování tuku u finálního výrobku. Další zmínku je možné najít v práci Carić a Kaláb (1997), kteří uvedli, že lze nahradit až 50 % tradičních tavicích solí monoacylglyceroly a vyrobit tak senzoricky akceptovatelný výrobek. Pluta et al. (2000) aplikovali některé hydrokoloidy (modifikovaný škrob, lokustovou gumu, xantanovou gumu a nízkometylovaný pektin) jako náhradu tradičních tavicích solí. Poměrně uspokojivých výsledků dosáhli zejména s modifikovaným škrobem a lokustovou gumou, nicméně při současném použití nátavku obsahujícího menší množství fosforečnanových tavicích solí. Cestu hydrokoloidů při náhradě tavicích solí zvolili i Schäffer et al. (1999, 2001). Autoři však druh hydrokoloidu nespecifikovali, deklarovali pouze, že je rostlinného původu. Na výše zmíněné práce navázali Černíková (2009), Černíková et al. (2010), Hladká (2013) a Hladká et al. (2014), kteří sledovali možnost nahradit tradiční tavicí soli aplikací nízkometylovaného pektinu (v kombinaci s lecitinem), lokustové gumy, modifikovaného škrobu, karagenanů (κ- a ι- karagenany) a kombinace dikarboxylových organických kyselin a jejich sodných solí. Ze studií vyplynulo, že lze získat makroskopicky (organolepticky) i mikroskopicky homogenní produkt při využití κ-karagenanu Černíková et al. (2010). Na této problematice se však stále intenzivně pracuje a na trhu je možné zaznamenat výsledky některých projektů zaměřených na substituci tradičních tavicích solí. 3 FAKTORY OVLIVŇUJÍCÍ KONZISTENCI TAVENÝCH SÝRŮ Konzistence patří k nejsledovanějším vlastnostem tavených sýrů a může být ovlivněna 3 hlavními skupinami faktorů (Dimitreli a Thomareis, 2004; Subramanian et al., 2006; Muslow et 13

al., 2007; Kapoor a Metzger, 2008; Bayarri et al., 2012; Schatz et al., 2014; Khetra et al., 2015; Černíková et al., 2017): složením surovinové směsi, procesními parametry při výrobě tavených sýrů (zejména rychlost míchání, doba výdrže, dosažená teplota při tavení a rychlost chlazení), teplotou a délkou skladování. V poslední době je intenzivně studován vliv složení surovinové směsi na reologické vlastnosti tavených sýrů, například vliv obsahu vlhkosti/sušiny, obsahu tuku a proteinů (Guinee a O Callaghan, 2013; Chatziantoniou et al., 2015; Lee et al., 2015), různého složení tavicích solí a jejich koncentrace (Hoffmann et al., 2012; Buňka et al., 2013; Salek et al., 2015), stupně prozrálosti základní suroviny (Brickley et al., 2007; Buňka et al., 2013; Salek et al., 2015), použitých hydrokoloidů a jejich koncentrací (Černíková et al., 2008; Ciprysová et al., 2013), vliv hodnoty ph taveniny (Lee a Klostermayer, 2001). Naopak vliv procesních parametrů na konzistenci tavených sýrů je studován spíše ojediněle, jak ukazují například práce Černíková et al. (2017) a Shirashoji et al. (2016). 3.1 VLIV SLOŽENÍ SUROVINOVÉ SMĚSI 3.1.1 Vliv obsahu sušiny, tuku a proteinů Práce Lee et al. (2015) byla jednou z mála, která se v posledních 10 letech zabývala vlivem obsahu proteinu (10 20 % w/w) a obsahu tuku (0 40 % w/w) na viskoelastické vlastnosti modelových vzorků tavených sýrů (tavicí teplota 85 C) skladovaných 24 hodin. S rostoucím obsahem proteinu a klesajícím obsahem tuku (konstantní obsah proteinu k vodě, proměnlivý obsah sušiny) tuhost tavených sýrů rostla, přičemž byl zjištěn významnější vliv obsahu proteinu ve srovnání s obsahem tuku. Guinee a O Callaghan (2013) využívali ve své práci tavené sýry vyrobené (tavicí teplota 80 C) z čedaru a odtučněného sýra s obsahem tuku 14 33 % (w/w) a obsahem proteinu 25 12 % (w/w) při konstantním obsahu sušiny 46 47 % (w/w) a skladované 4 dny. S rostoucím obsahem tuku (a klesajícím poměrem protein:tuk) se tuhost tavených sýrů snižovala. Dimitreli a Thomareis (2004, 2007, 2008) studovali viskozitu, texturní a viskoelastické vlastnosti tavených sýrů vyrobených z Goudy (tavicí teplota 80 C) s různým obsahem sušiny (38 62 % w/w), proteinů (11 30 % w/w) a tuku (12 23 % w/w) skladovaných 24 hodin. S klesajícím obsahem sušiny a proteinů a rostoucím obsahem tuku se snižovala i tuhost modelových vzorků. K nemnoha dalším pracím, které se vlivem obsahových složek na konzistenci tavených sýrů zabývaly, patří Chatziantoniou et al. (2015) a Bayarri et al. (2012). V obou studiích (specifické tavené sýry vyrobené ze syrovátkového sýra i ve vzorcích získaných z komerční sítě) se s klesajícím obsahem tuku v sušině zvyšovala tuhost vzorků. 14

3.1.2 Vliv různého složení tavicích solí a jejich koncentrace Výrobci tavených sýrů využívají komerční směsi tavicích solí, které dodávají specializované společnosti. Komerční směs obsahuje většinou dvě až tři komponenty (sodné soli fosforečnanů, polyfosforečnanů a citronanů), kde výrobci tavených sýrů neznají přesné mísící poměry obsahových složek. Navíc, výrobci tavených sýrů používají pro daný výrobek zpravidla dvě nebo tři směsi, čímž vlastně používají směsi směsí. Dnes se rozhodování výrobců tavených sýrů při volbě vhodné kombinace opírá téměř výhradně o empirické zkušenosti s danými výrobky od konkrétního dodavatele. V dostupné literatuře jsou poměrně dobře zmapovány účinky jednotlivých tavicích solí použitých samostatně pro výrobu modelových tavených sýrů. Z většiny studií vyplývá, že (i) tvrdost tavených sýrů roste s rostoucím kondenzačním stupněm sodné soli fosforečnanu použitého jako tavicí sůl; a že (ii) účinky sodných solí citronanů na tvrdost výrobku jsou srovnatelné se sodnými monofosforečnany (Templeton a Sommer, 1936; Lu et al., 2008; Dimitreli a Thomaries, 2009; Sádlíková et al., 2010; Weiserová et al., 2011). Na druhou stranu novější práce uvádí, že citran trisodný má vyšší schopnost vázat vápenaté ionty a poskytuje tím sýry s vyšší tuhostí ve srovnání s hydrogenfosforečnanem sodným (Mizuno a Lucey, 2007; El-Bakry et al., 2011a). Navzdory skutečnosti, že je v průmyslu obvyklé využívat vícesložkové tavicí soli, nebyla donedávna publikována systematická studie zabývající se vlivem ternárních, popřípadě vícesložkových, směsí na vlastnosti tavených sýrů. Nalézt lze pouze ojedinělé práce, například Awad et al. (2002; 2004) popisující vliv 3 5 konkrétních směsí tavicích solí na texturní vlastnosti modelových tavených sýrů. Až v posledních letech se začínají objevovat práce, které se systematicky zabývají vlivem různého složení binárních směsí tavicích solí na vlastnosti tavených sýrů. El-Bakry et al. (2011a) se zabývali binárními směsmi citronanu sodného (TSC) a hydrogenfosforečnanu sodného (DSP). Z jejich studie vyplynulo, že tvrdost tavených sýrů se zvyšuje s rostoucím obsahem TSC na úkor DSP. Weiserová et al. (2011) studovali vliv šesti binárních směsí složených z DSP, difosforečnanu sodného (TSPP), trifosforečnanu sodného (PSTP) a sodné soli polyfosforečnanu (střední délka řetězce n 20; POLY) na texturu modelových tavených sýrů. Posledně zmínění autoři poukázali zejména na nelineárnost závislosti texturních parametrů výrobků na změně poměru fosforečnanů v binárních směsích tavicích solí a na vysokou tuhost výrobků s binárními směsmi DSP a TSPP nebo PSTP v poměru ~ 1:1. Vlivem složení ternární směsi fosforečnanů (obsahující hydrogenfosforečnan sodný (DSP), difosforečnan sodný (TSPP) a sodnou sůl polyfosforečnanu (POLY; střední délka řetězce n 20)) na tvrdost modelových tavených sýrů se zabývali Buňka et al. (2012) a výsledky jejich práce jsou znázorněny na Obrázku 4.1. Zjištěná nejnižší tuhost tavených sýrů v případě samostatně použitého monofosforečnanu a nejvyšší tuhost pro samostatně použitý polyfosforečnan koresponduje s výsledky řady prací, které na toto téma byly zpracovány, například Gupta et al. (1984), Lu et al. (2008), Dimitreli a Thomareis (2009), Sádlíková et al. (2010) a Weiserová et al. (2011). Zdůvodnění nárůstu tvrdosti modelových vzorků, k jejichž výrobě byly použity fosforečnany s rostoucím počtem atomů fosforu lineárně vázaných v molekule fosforečnanu, je možné hledat zejména v rozdílné schopnosti zmíněných sloučenin dispergovat kaseinové bílkoviny, které do tavených sýrů přechází zejména z přírodních sýrů (Shirashoji et al., 2010). Schopnost fosforečnanů dispergovat kaseinovou síť pravděpodobně souvisí s jejich vlastností vázat vápník do komplexů. Výměna sodných iontů za vápenaté a přeměna nerozpustného parakaseinanu vápenatého na rozpustnější parakaseinan sodný umožní kaseinům rozvinout svou emulgační schopnost a stabilizovat ve směsi přítomný tuk i vodu (Gupta et al., 1984; Carić et al., 1985; Guinee et al., 2004). Schopnost iontové výměny (Na + za Ca 2+ ) u fosforečnanů narůstá se zvyšujícím se kondenzačním stupněm. Proto je schopnost výměny iontů nejvyšší u dlouhých 15

polyfosforečnanů a naopak nejnižší u monofosforečnanů (Gupta et al., 1984; Carić et al., 1985; Molins, 1991; Mizuno a Lucey, 2005a). Obrázek 4.1 Závislost tvrdosti taveného sýra na vzájemném poměru hydrogenfosforečnanu sodného (DSP), difosforečnanu sodného (TSPP) a sodné soli polyfosforečnanu (POLY; střední délka řetězce n 20). Upraveno podle Buňka et al. (2012). Vyšší schopnost iontové výměny pravděpodobně zapříčiní zvýšený stupeň dispergace kaseinů, které jsou následně schopny mnohem intenzivněji vázat vodu a emulgovat přítomný tuk (Mizuno a Lucey, 2005a, 2005b; Shirashoji et al., 2010; El-Bakry et al., 2010). V průběhu chlazení taveniny dochází k řadě interakcí přítomných složek, což vede k reasociaci dispergovaných kaseinů a tvorbě nově uspořádané trojrozměrné matrice (Bowland a Foegeding, 2001; Awad et al., 2004; Mizuno a Lucey, 2005a; Kapoor et al., 2007; Mizuno a Lucey, 2007; Kapoor a Metzger, 2008; Kawasaki, 2008). Na základě výše uvedených údajů lze předpokládat, že s rostoucím rozsahem procesů hydratace proteinů a emulgace tuku narůstá také intenzita interakcí v tavenině, tím také intenzita tvorby vzájemných vazeb mezi kaseiny (resp. jejich hydrolytickými štěpy), což se projeví vyšší tuhostí/tvrdostí tavených sýrů (Mizuno a Lucey, 2005a, 2005b; Kapoor a Metzger, 2005; Shirashoji et al., 2010; El-Bakry et al., 2010, 2011a, 2011b; Buňka et al., 2012). Z výsledků studie Buňka et al. (2012) vyplynulo, že při nulovém množství TSPP roste tuhost vzorků se zvyšující se koncentrací POLY a klesajícím množstvím DSP (Obrázek 4.1). Stejný trend byl pozorován i v případě, že obsah DSP byl nulový a klesal podíl TSPP ve prospěch POLY (Obrázek 4.1). Při zvyšování podílu delších polyfosforečnanů ve směsi (v neprospěch mono- a difosforečnanů) se zároveň v tavenině zvyšuje i relativní množství fosforečnanu, který lépe váže vápník a tak dovoluje přítomným kaseinům lépe se dispergovat (Shirashoji et al., 2010; Weiserová et al., 2011). U modelových vzorků vyrobených s ternárními směsmi tavicích solí s méně než 60 % POLY byl pozorován jev (Obrázek 4.1), kdy bylo-li množství DSP a TSPP přibližně v poměru 1:1 2:3, rapidně narůstala tvrdost tavených sýrů. Tento nárůst byl tím intenzivnější, čím méně POLY se ve směsi nacházelo. Jak se poměr DSP a TSPP oboustranně vzdaloval od intervalu 1:1 2:3 (při konstantním obsahu POLY) klesala také tvrdost tavených sýrů. Se zvyšujícím se obsahem POLY v ternárních směsích tavicích solí se snižovala i tuhost modelových vzorků s poměrem DSP a TSPP v intervalu 1:1 2:3. Popisovaný jev prakticky nebyl pozorován, vzrostl-li obsah POLY v ternárních směsích nad 60 %. Při poměrech DSP s TSPP nižším než 1:3 nebo vyšším než 3:1 16

narůstala tvrdost modelových vzorků opět se zvyšujícím se obsahem POLY v ternární směsi. Tvrdost tavených sýrů s podílem POLY na tavicích solích 70 90 % byla velmi obdobná bez ohledu na poměr zbylých dvou tavicích solí (DSP a TSPP) (Buňka et al., 2012). Při objasňování výše zmíněného jevu je třeba se opřít o specifické vlastnosti jednotlivých fosforečnanů, popř. jejich vzájemný synergický vztah. Monofosforečnany jsou nízkomolekulární látky schopné vázat se na kaseinové bílkoviny a účinně zvyšovat stupeň jejich hydratace (Molins, 1991; El-Bakry et al., 2011a). Difosforečnany indukují vznik gelu kaseinových bílkovin a působí v komplexu s vápenatými ionty jako účinná zesíťující složka. Na druhé straně, nadměrný obsah difosforečnanů propůjčí kaseinům negativní náboj, který molekuly odpuzuje (Mizuno a Lucey, 2005b, 2007; Lu et al., 2008;). Dlouhé polyfosforečnany jsou na jedné straně schopny silně vázat vápník do komplexu a dovolit kaseinům se účinně dispergovat, ale na druhou stranu však spíše nepodporují tvorbu gelu (Mizuno a Lucey, 2007; Shirashoji et al., 2010). Na základě výše uvedeného bylo možné navrhnout následující vysvětlení: 1. Při nulovém nebo velmi nízkém obsahu polyfosforečnanů pravděpodobně dochází ve směsích tavicích solí s monofosforečnany a dostatečným množstvím difosforečnanů k tvorbě silných gelů kaseinových proteinů v důsledku přítomnosti difosforečnanů a schopnosti malých molekul monofosforečnanů proniknout mezi síťující kaseiny a vázat zde pevně vodu. Výsledkem jsou pak tavené sýry s vysokou tvrdostí. Dlouhé polyfosforečnany, které zde nejsou vůbec nebo jsou zastoupeny jen v malém množství, neudělí proteinům tak silný negativní náboj zapříčiňující odpuzování kaseinů. Při velmi malém relativním množství difosforečnanů není k dispozici dostatečné množství zesíťujících složek, a tudíž nevznikne velmi silný gel (Obrázek 4.1). Na druhou stranu, nadměrná relativní koncentrace difosforečnanů (Obrázek 4.1) váže silně příliš velké množství vápníku, což značně ztíží tvorbu vazeb mezi kaseiny, a důsledkem je pak tavený sýr s nižší tvrdostí. Navíc velmi malý obsah monofosforečnanů pronikajících mezi řetězce kaseinů zde nestačí k pevné vazbě dostatečného množství vody. 2. Při vyšším relativním obsahu dlouhých polyfosforečnanů (až 60 %) v použitých ternárních směsích (s monofosforečnany a difosforečnany) již pravděpodobně zesilují specifické účinky polyfosforečnanů na matrici taveného sýra. Jeho schopnost udělit kaseinům negativní náboj zapříčiní, že vlivy specifického poměru monofosforečnanů a difosforečnanů se snižují. Výsledkem je pak tavený sýr s tvrdostí, která se snižuje při rostoucí koncentraci polyfosforečnanů s konstantním poměrem monofosforečnanu a difosforečnanu (v intervalu 1:1 2:3; Obrázek 4.1). 3. Při vysokém relativním obsahu dlouhých polyfosforečnanů (60 % a více) v použitých ternárních směsích (s monofosforečnany a difosforečnany) již pravděpodobně zcela převládne vliv polyfosforečnanu na vznik trojrozměrné sítě taveniny a vliv mono- a difosforečnanů (bez ohledu na jejich poměr) je minoritní. Zcela zde převáží schopnost dlouhých polyfosforečnanů silně dispergovat kaseinové řetězce, na které se polyfosforečnany při procesu krémování navazují a zvyšují tak jejich hydrataci. Dispergované kaseiny pak dobře emulgují přítomný tuk. Malé množství přítomných mono- anebo difosforečnanů pak podstatně neprojeví své specifické vlastnosti. Výsledkem jsou tavené sýry, které mají (při konstantním obsahu polyfosforečnanů) obdobnou tvrdost (Obrázek 4.1) bez ohledu na zbylé množství a vzájemný poměr mono- a difosforečnanů. Salek et al. (2015, 2016) studovali vliv složení ternárních směsí obsahujících fosforečnanové i citronanové tavicí soli na konzistenci tavených sýrů. Bylo zjištěno, že citronanové tavicí soli se chovají obdobně jako difosforečnan sodný s tím rozdílem, že se neprojevuje specifický poměr 1:1 2:3 s DSP. Rovněž koncentrace tavicích solí podstatně ovlivní konzistenci tavených sýrů. Z práce Buňka et al. (2014) vyplynulo, že v intervalu 2,0 3,0 % (w/w) tavicích solí roste tuhost modelových vzorků se zvyšující se koncentrací tavicích solí. 17

3.1.3 Vliv prozrálosti základní suroviny Přírodní sýry pro výrobu tavených sýrů se využívají v různém stupni prozrálosti. Mladá surovina má výhodu v nižších nákladech a tvorbě stabilní matrice díky nízké intenzitě šířky a hloubky zrání. Na druhé straně mohou vznikat příliš tuhé tavené sýry s prázdnou chutí. Naopak při použití pouze prozrálé suroviny bude tato snadno tavitelná s plností aroma, ale může vznikat nestabilní síť. Proto se při kombinaci základní suroviny hledá optimum a využívá se směsi mladé a prozrálejší suroviny. Pokud je třeba zpracovat větší množství prozrálejší suroviny, tak se do skladby zařazuje obvykle také tvaroh, který dodá tzv. intaktní kasein. Ze studií Brickley et al. (2008), Buňka et al. (2014) a Salek et al. (2016, 2017) vyplývá, že s dobou prozrálosti základní suroviny podstatně klesá i tvrdost tavených sýrů, kde byla tato surovina použita. Tento pokles je markantní zejména v prvních 60 80 dnech zrání. 3.1.4 Vliv hodnoty ph Hodnota ph výsledné taveniny podstatně ovlivňuje konzistenci finálního výrobku. Čím více se hodnota ph blíží izoelektrickému bodu kaseinů (uzančně ph 4,6), tím více se vyrovnává intenzita kladných a záporných nábojů na proteinech a tím intenzivnější jsou intermolekulární interakce bílkovin. Optimální hodnotou ph pro roztíratelné tavené sýry je interval 5,6 6,0. Pokud se hodnota ph taveniny pohybuje významně níže, tak jsou tavené sýry tuhé až drobivé. Naopak při významně vyšším ph mohou být výrobky rozbředlé a rovněž mohou být intenzivnější mikrobiologické problémy (Marchesseau et al., 1997; Lee a Klostermayer, 2001). Posunu hodnot ph se však využívá u některých specifických výrobkových skupin. U blokových/krájitelných tavených sýrů se využívá hodnot ph na úrovni 5,0 5,5. Naopak u tavených sýrových omáček můžeme očekávat hodnoty ph mnohem vyšší, na úrovni cca 6,5 7,0. 3.1.5 Vliv použití hydrokoloidů Hydrokoloidy jsou biopolymery obvykle sacharidické nebo bílkovinné povahy, které mají schopnost ovlivnit strukturu a stabilitu potravinářských gelů. Jedná se o vysokomolekulární látky, které zpravidla vykazují vysokou vaznost vody a řada z nich je schopna vytvářet za určitých podmínek uspořádané trojrozměrné matrice gely. Tyto biopolymery působí často jako zahušťující prostředky zvyšující viskozitu systému anebo jako látky, které stabilizují texturu finálních výrobků a zabraňují uvolňování vody během skladování. Mezi hojně využívané hydrokoloidy na bázi polysacharidů patří nativní i modifikované škroby různého biologického původu, karagenany, různě esterifikované pektiny, lokustová guma, arabská guma, algináty, agary apod. Z bílkovinných hydrokoloidů lze jmenovat např. želatinu, kasein a jeho soli, sérové bílkoviny apod. Zde je vhodné poznamenat, že se v průmyslové praxi velmi často používají hydrokoloidy nejen jednotlivě, ale také ve směsích (Syrbe et al., 1998; Sanchez et al., 2000; Dickinson, 2003; Laurent a Boulenguer, 2003; Simeone et al., 2004; Verbeken et al., 2004; Spagnuolo et al., 2005; Vega et al., 2005). Hydrokoloidy se při výrobě tavených sýrů dnes používají pravidelně. K nejvyužívanějším hydrokoloidům v oblasti tavírenství patří karagenany, xantanová guma, nativní a modifikované škroby. Zejména karagenany se používají velmi často, a to pro jejich schopnost snižovat lepivost tavených sýrů. To je důležité zejména při používání hliníkových fólií (Buňka et al., 2009; Černíková et al., 2008; Cyprisová et al., 2013). 18

3.1.6 Vliv dalších faktorů souvisejících se skladbou surovinové směsi Konzistenci tavených sýrů mohou ovlivňovat i další faktory a složky surovinové skladby, z nichž je možné jmenovat například (Buňka et al., 2009): obsah vápenatých iontů s rostoucím obsahem můžeme očekávat tužší tavený sýr, množství přidaného nátavku (krému, reworku) předpokládá se, že přídavek tavený sýr zjemní, ale mírně zvýší jeho tuhost, obsah laktózy rostoucí přídavky snižují tuhost tavených sýrů, použití emulgátorů (lecitin, monoacylglyceroly aj.) zařazení emulgátorů obvykle podpoří zvýšení tuhosti tavených sýrů. 3.2 VLIV PROCESNÍCH PARAMETRŮ K nejdůležitějším procesním parametrům, které ovlivňují konzistenci tavených sýrů a zároveň jsou relativně snadno regulovatelné při výrobě, patří: celková doba tavicího procesu, rychlost otáček nožů/míchadla, tavicí teplota, rychlost chlazení. Nejen obsah tuku, ale i velikost dispergovaných tukových kuliček má podstatný vliv na strukturu a konzistenci taveného sýra. Existuje celá řada faktorů ovlivňujících velikost tukových kuliček, přičemž k nejdůležitějším patří intenzita a doba míchání. Při zvýšení počtu otáček (při konstantní době a teplotě tavení) dochází ke zmenšení průměru tukových kuliček a tedy ke zvýšení jejich počtu (Klostermeyer a Buchheim 1988; Lee et al., 2003; Kapoor a Metzger, 2008; Noronha et al., 2008). Sutheerawattananonda et al. (1997) rovněž uvádějí, že s rostoucí dobou tavení (míchání) klesá velikost tukových kuliček (a tím roste jejich počet). Zároveň však upozornili, že toto pravidlo platí pouze v prvních pěti až deseti minutách tavicího procesu. Po určité době tavení a míchání se velikost tukových kuliček stabilizuje. Okamžik stabilizace však závisí na řadě faktorů, kam můžeme zařadit např. intenzitu míchání a použitý teplotní režim při tavbě. Podle Lee et al. (1996) lze velikost tukových kuliček zmenšit i přídavkem emulgátorů. Swenson et al. (2000) studovali vliv doby výdrže (0 20 minut) taveniny při 75 C a konstantních otáčkách na výslednou konzistenci odtučněného taveného sýra. Autoři zjistili, že tuhost tavených sýrů se s prodlužující výdrží (0 20 minut) signifikantně snižovala. Bowland a Foegeding (1999) sledovali vliv doby zpracování (10, 20 a 30 minut) suroviny při 80 C a konstantních otáčkách na konzistenci tavených sýrových bloků. Posledně zmínění autoři, na rozdíl od výsledků Swenson et al. (2000), zaznamenali, že s rostoucí dobou zpracování taveniny se zvyšuje i pevnost gelu výsledného produktu. Zvyšování tuhosti tavených sýrů při prodlužující se době výdrže zaznamenali ve své studii i Černíková et al. (2017). Vlivem různého počtu otáček (100 1500 rpm) při konstantní výdrži (~ 2 minuty) a při 80 C na konzistenci imitace tavených sýrových bloků se zabývali Noronha et al. (2008). Jejich výsledky ukázaly, že se zvyšujícím se počtem otáček rostla tuhost finálního výrobku, zvyšovala se jeho kohezivnost a rostl také elastický modul G, zároveň se zmenšovala velikost tukových kuliček. Při zvyšování tavicí teploty (obecně do 100 C) dochází obvykle k růstu tuhosti tavených sýrů (Buňka et al., 2009). Podle Piska a Štětina (2004) lze při vysoké rychlosti chlazení očekávat méně tuhý a lepivý tavený sýr. 19