Acta fytotechnica et zootechnica Mimoriadne číslo Nitra, Slovaca Universitas Agriculturae Nitriae, 2009, s

Obsah

František BUŇKA a kolektív

Acta fytotechnica et zootechnica Mimoriadne číslo 2009

Acta fytotechnica et zootechnica – Mimoriadne číslo Nitra, Slovaca Universitas Agriculturae Nitriae, 2009, s. 69-78 VYBRANÉ HYDROKOLOIDY A EMULGÁTORY VE VÝROBĚ TAVENÝCH SÝRŮ SELECTED HYDROCOLLOIDS AND EMULSIFIERS IN PROCESSED CHEESE PRODUCTION

2

František BUŇKA 1, Leona BUŇKOVÁ 2, Stanislav KRÁČMAR 1 1 Ústav potravinářského inženýrství, Fakulta technologická, UTB ve Zlíně Ústav technologie tuků, tenzidů a kosmetiky, Fakulta technologická, UTB ve Zlíně

Abstract: This study deals with properties of selected hydrocolloids (carrageenans and pectins) and emulsifiers (monoglycerides) used in processed cheese technology. The consistency is one of the most important organoleptic properties of processed cheese. There are many factors which control processed cheese consistency – e. g. mixture of raw materials, processing and cooling conditions, and storage conditions (especially temperature and period of storage). Hydrocolloids and emulsifiers are also able to influence the processed cheese consistency. In this paper, there are described interactions of carrageenans and pectins with casein complex (which form protein matrix of processed cheese) and determinants that could affect these interactions. According to the works of many authors it is possible to recommend kappa- and iota-fractions (from the group of carrageenans), and low-esterified pectin (from the group of pectins). Emulsifiers and namely monoglycerides can significantly affect processed cheese consistency. It is possible to recommend monoglycerides with higher amount of carbons in the chain of fatty acid (practically 16 or 18 carbons). Monoglycerides with shorter fatty acids (12 carbons and less) could deteriorate the taste of processed cheese. Key words: processed cheese, carrageenan, pectin, monoacylglycerol

Tavené sýry jsou vyráběny zahříváním směsi různých druhů přírodních sýrů, které mohou být v různém stupni zralosti, s tavicími solemi za částečného podtlaku a stálého míchání, než je dosažena homogenní hmota požadovaných vlastností (Carić & Kaláb, 1997). Praktickou výhodou výroby tavených sýrů je skutečnost, že do jejich surovinové skladby lze zahrnout i přírodní sýry s různými mechanickými vadami (Buňka et al., 2006). Nelze však doporučit využití přírodních sýrů s mikrobiologickými vadami, zejména jedná-li se o sporulující bakterie. V případě použití takovéto suroviny (s podstatným výskytem sporulujících bakterií) existuje nebezpečí ohrožení zdravotní nezávadnosti finálního výrobku, neboť teploty obvykle užívané při diskontinuální výrobě tavených sýrů dokáží zničit pouze vegetativní formy mikroorganizmů, nikoliv však bakteriální spory (Ruf & Gläser, 1971; Glass & Doyle, 2005; Buňková et al., 2008). Sortiment tavených sýrů zahrnuje velké množství produktů vzniklých např. kombinacemi jednotlivých druhů přírodních sýrů, popř. přídavkem různých ochucujících složek. Další rozšíření sortimentu lze provést použitím různých obalových materiálů a hmotností spotřebitelského balení (Buňka & Hrabě, 2006; Buňka et al., 2006). Základní surovinou pro výrobu tavených sýrů jsou přírodní sýry. K dalším používaným surovinám patří tvaroh, máslo (v některých provozech i smetana), tzv. krém (sýr již utavený) a pitná voda. Dále se přidávají přísady ovlivňující chuť a barvu, a to přednostně u tzv. příchuťových sýrů (masová složka, zelenina, žampiony apod.), a tavicí soli (obvykle sodné soli fosforečnanů, polyfosforečnanů a citranů) (Buňka & Hrabě, 1996; Kapoor & Metzger, 2008). V současné době se velmi často nahrazuje část základní suroviny (přírodních sýrů) různými mléčnými koncentráty (např. sušená syrovátka, sušené odstředěné mléko, kasein, kaseináty, mléčné koprecipitáty), ale i surovinami nemléčného původu (obvykle polysacharidy), což může mít podstatný vliv na jakost finálního výrobku (French et al., 2002; Kwak et al., 2002; Mleko & Lucey, 2003; Kapoor & Metzger, 2004; Bennett et al., 2006; Miralles et al., 2006; Mounsey & O´Riordan, 2008). Smyslem těchto náhrad je především snížení nákladů na surovinovou skladbu (Kapoor & Metzger, 2004; 69

Obsah



Bennett et al., 2006; Buňka & Hrabě, 2006; Miralles et al., 2006; Kapoor & Metzger, 2008). Stále častěji využívají výrobci rovněž přídatné látky na bázi hydrokoloidů s cílem zlepšit vaznost vody matrice a ovlivnit, resp. stabilizovat konzistenci. Zahrnutí těchto přídatných látek do surovinové směsi je mnohdy nutné právě při realizaci náhrad tradičních surovin. Jedním z nejsledovanějších senzorických znaků u tavených sýrů, na který kladou spotřebitelé i výrobci vedle chuti a vůně velký důraz, je jejich konzistence (Fagan et al., 2007; Kapoor & Metzger, 2008). Faktorů působících na konzistenci tavených sýrů je celá řada, přičemž u některých ani není plně znám anebo publikován mechanizmus jejich působení. Prakticky lze konzistenci tavených sýrů ovlivnit (Guinee et al., 2004; Buňka & Hrabě, 2006): 1. složením surovinové směsi (např. typ přírodního sýra a stupeň jeho prozrálosti, obsah sušiny, tuku a bílkovin finálního výrobku, jeho pH, dále obsah vápenatých iontů, obsah laktózy, obsah a složení tavicích solí, zařazení dalších surovin mléčného i nemléčného původu); konzistenci finálního výrobku lze ovlivnit i zařazením hydrokoloidů a emulgátorů do surovinové směsi, 2. způsobem zpracování a chlazení taveniny (např. použitá tavicí teplota, celkové doba tavení, počet otáček míchacího zařízení, rychlost chlazení taveniny) a 3. délkou a podmínkami při skladování (zejména teplota). Při studiu různých faktorů ovlivňujících konzistenci tavených sýrů je třeba brát v úvahu skutečnosti, že jednotlivé faktory nepůsobí odděleně, nýbrž současně a že se tyto determinanty vzájemně ovlivňují a mohou mezi nimi být synergické anebo antagonistické vztahy (French et al., 2002; Guinee et al., 2004). Cílem příspěvku je vytvořit stručný a ucelený přehled o vybraných hydrokoloidech a emulgátorech, které se využívají při produkci tavených sýrů, a poukázat na jejich funkce v této matrici. Příspěvek je zaměřen především na karagenany, pektiny a monoacylglyceroly.. Hydrokoloidy a jejich využití v mlékárenství 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 (Phillips & Williams, 2000). V oblasti mlékárenství patří hydrokoloidy a obecněji stabilizátory k dnes již neodmyslitelným součástem surovinových skladeb řady výrobků. Své využití nachází biopolymery například při výrobě jogurtů, kde zabraňují projevům uvolňování syrovátky během skladování těchto produktů. Uplatnění našly také při výrobě jogurtových nápojů, kde stabilizují jejich viskozitu. Dále se biopolymery využívají při výrobě tvarohových krémů, dezertů, pudinků aj. (Spagnuolo et al., 2005; Vega et al., 2005). Z potenciálních aplikací hydrokoloidů v mlékárenském průmyslu je možné rovněž jmenovat snahy o vývoj zracích obalů na bázi biopolymerů určených pro přírodní sýry (Kampf & Nussinovitch, 2000). Cílem těchto prací je produkce jednak konzumovatelných obalů a rovněž vývoj obalů z tzv. obnovitelných zdrojů. K nejvyužívanějším hydrokoloidům na bázi polysacharidů využívaných při produkci tavených sýrů patří například nativní a modifikované škroby, karagenany, lokustová guma, arabská guma, xantanová guma, pektin, algináty, karboxymethylcelulóza, popřípadě další (Phillips & Williams, 2000; Guinee et al., 2004; Lu et al., 2007). Zařazení hydrokoloidů do surovinové směsi tavených sýrů vede zpravidla ke zvýšení tuhosti finálního výrobku (Swenson et al., 2000; Mounsey & O´Riordan, 2001, 2008; Bennett et al., 2006; Gustaw & Mleko, 2007; Černíková et al., 2008; Macků et al., 2008). Hydrokoloidy se dále využívají pro zlepšení vazby vody, prevenci ulpívání

70

Obsah



výrobků na hliníkové obaly apod. (Swenson et al., 2000; Guinee et al., 2004; Gustaw & Mleko, 2007). Snahy některých producentů tavených sýrů směřují k produkci výrobků se sníženým obsahem tuku. Tyto sýry jsou však i při snížení obsahu sušiny a vhodné úpravě složení tavicích solí obvykle poměrně tuhé. Některé hydrokoloidy (např. λ-karagenan, vysokoesterifikovaný pektin a rostlinné gumy tvořící málo viskózní gely) jsou schopny zjemnit finální konzistenci taveného sýra s redukovaným obsahem tuku a vyvolat dojem dobře roztíratelného výrobku navozujícího pocit plnosti v ústech při jeho konzumaci (Brummel & Lee, 1990). Drake et al. (1999) kromě hydrokoloidů doporučují ještě použití emulgátorů (např. lecitinu) pro tvorbu roztíratelné a hladké konzistence. Poměrně velká pozornost je v současné době v odborné literatuře věnována způsobům náhrady základních surovin pro výrobu tavených sýrů – přírodních sýrů a mléčného tuku – levnějšími zdroji na bázi rostlinných bílkovin a olejů. Pro stabilizaci výše zmíněných směsí a pro tvorbu odpovídající konzistence jsou hydrokoloidy vhodnými nástroji pro dosažení spotřebitelem akceptovatelného výrobku. Na základě publikovaných výsledků je možno spatřovat největší potenciál v použití přírodních a modifikovaných škrobů (Mounsey & O´Riordan, 2001, 2008; Bennett et al., 2006). K dalším aplikacím hydrokoloidů v oblasti tavených sýrů, resp. jejich analogů, patří náhrada tradičních tavicích solí na bázi fosforečnanů a citranů (Schäffer et al., 1999, 2001). Mají-li být hydrokoloidy přidány do surovinové skladby mlékárenských výrobků, pak je třeba zohlednit skutečnost, že tyto biopolymery obvykle vstupují do interakcí s ostatními přítomnými složkami. Velmi zajímavé jsou zejména interakce kaseinových proteinů s přidanými polysacharidy. Konkrétní chování systémů protein – polysacharid závisí na řadě faktorů, ze kterých je možné jmenovat například: charakter obou polymerů, jejich koncentraci a molekulovou hmotnost, pH směsi, funkční skupiny přítomné na obou biopolymerech, výskyt a koncentrace iontů (zejména sodných, draselných, vápenatých a hořečnatých). Interakce protein – polysacharid mohou být dále ovlivněny předchozím zpracováním obou biopolymerů, například intenzitou mechanického namáhání a tepelným ošetřením (Syrbe et al., 1998; de Kruif & Tuinier, 2001; Ould Eleya et al., 2006). Karagenany a jejich interakce s kaseinovými proteiny Karagenany jsou vysokomolekulární lineární anionaktivní polysacharidy, které jsou extrahovány z červených mořských řas čeledi Rhodophyceae, především z rodů Euchema, Chondrus a Gigantina. Základem struktury karagenanů je disacharid karabióza složený ze stavebních jednotek β-D-galaktopyranózy a 3,6-anhydro-α-D-galaktopyranózy spojených vazbou β-(1–4). Karabiózy jsou v karagenanu spojeny především vazbou α-(1–3). Obvykle je popisováno celkem 8 frakcí karagenanů lišících se stavební jednotkou, resp. počtem a polohou sulfátových skupin. Z těchto 8 frakcí jsou 3 považovány za hlavní a mající význam v potravinářství, a to κ-karagenan, ι-karagenan a λ-karagenan. Karabióza κ-karagenanu obsahuje jednu sulfátovou skupinu, zatímco karabióza ιkaragenanu nese sulfátové skupiny dvě. V případě λ-karagenanu je v základní struktuře 3,6-anhydro-α-D-galaktopyranóza nahrazena α-D-galaktopyranózou a tato „modifikovaná karabióza“ obsahuje celkem tři sulfátové skupiny (Velíšek et al., 1999; Phillips & Williams, 2000; Spagnuolo et al., 2005). κ-karagenan a ι-karagenan se mohou ve vodném prostředí v závislosti na teplotě vyskytovat ve dvou stavech, a to v uspořádané helikální struktuře (šroubovici) a v neuspořádaném stavu. Teplota přechodu z helikální struktury do neuspořádaného stavu se ve vodném prostředí obvykle pohybuje v intervalu 35 – 55 °C a je závislá na řadě parametrů, především však na typu karagenanu, výskytu a koncentraci iontů (Syrbe et al., 1998; Bourriot et al., 1999; Langendorff et al., 1999; Nickerson et al., 2004; Spagnulo et al., 2005).

71

Obsah



Tvorba helixů podmiňuje u karagenanů jejich schopnost vytvářet gely (Langendorff et al., 1999), které vznikají asociací helikálních struktur (Velíšek et al., 1999; Nickerson et al., 2004). Vlastní tvorba gelu tedy probíhá ve dvou fázích. V první fázi vzniknou šroubovice, které následně ve druhé fázi agregují a vytváří trojrozměrnou síť (Nickerson et al., 2004). κ-karagenan tvoří obvykle pevný a křehký gel, zatímco ι-karagenan vytváří především pružné a soudržné gely. Síla gelů obou karagenanů silně závisí na přítomnosti kationtů neutralizujících záporně nabité sulfátové skupiny. κ-karagenan je citlivý zejména k draselným iontům a ι-karagenan především k iontům vápenatým (Phillips & Williams, 2000; Nickerson et al., 2004; Vega et al., 2005). Podle MacArtain et al. (2003) se síla gelu κ-karagenanu i ι-karagenanu zvyšuje s rostoucí koncentrací některých kationtů. Tato závislost však platí jen do určité limitní koncentrace daného kationtu. Při jejím překročení může síla karagenanových gelů klesat a při extrémních koncentracích může být celý systém dokonce destabilizován. Pro cílené zvýšení síly gelu ve výrobku lze rovněž zvýšit množství použitého karagenanu (Gustaw & Mleko, 2007). Obdobně jako pro koncentraci kationtů však i zde existuje limitní koncentrace karagenanu, při jejímž překročení hrozí nebezpečí destabilizace gelu (Syrbe et al., 1998; de Kruif & Tuinier, 2001). λ-karagenan netvoří šroubovici, ale nachází se díky poloze a počtu sulfátových skupin v tzv. cik-cak konformaci (Velíšek et al., 1999). Z toho prakticky vyplývá, že λ-karagenan není sám schopen tvorby stabilních gelů, a proto se v praxi obvykle využívá ve směsi s dalšími hydrokoloidy (Spagnuolo et al., 2005). Interakce karagenanů s kaseinovým komplexem, který se nachází v micelárním uspořádání, byly studovány mnoha autory. Reakce karagenanů a kaseinových micel jsou připisovány především elektrostatickým interakcím mezi negativně nabitými sulfátovými skupinami karagenanů a kladně nabitou oblastí mezi 97. a 112. aminokyselinou κ-kaseinu (Bourriot et al., 1999; Vega et al., 2005). Vlastní interakce mezi karagenany a micelárním κ-kaseinem však závisí také na skutečnosti, zda je teplota systému pod teplotou přechodu z helikální struktury do neuspořádaného stavu nebo nad ní. K adsorpci κ-karagenanu i ι-karagenanu na micelární κ-kasein dochází pouze při teplotách nižších než je teplota přechodu, tj. při teplotách, kdy se κ-karagenan i ι-karagenan nacházejí v helikálním uspořádání. Vysvětlení tohoto jevu je možné podle Langendorff et al. (2000) a de Kruif & Tuinier (2001) hledat v hustotě elektrostatického náboje v molekule karagenanů, která je dána vzdáleností mezi sulfátovými skupinami. Je-li κ-karagenan, resp. ι-karagenan, v helikálním uspořádání, pak je vzdálenost mezi sulfátovými skupinami 0,4 resp. 0,2 nm, zatímco v neuspořádaném stavu se tyto vzdálenosti zvětšují na 1,0 resp. 0,5 nm. Langendorff et al. (2000) považuje za „kritickou“ minimální hustotu elektrostatického náboje pro úspěšnou tvorbu vazby karagenan–micelární κ-kasein stav, kdy je vzdálenost mezi sulfátovými skupinami v molekule karagenanu ≤ 0,4 nm. Třetí potravinářsky významná karagenanová frakce – λ-karagenan je schopna adsorbovat na micelární κ-kasein i při vyšších teplotách (nad 50 °C), neboť i za těchto podmínek je vzdálenost mezi sulfátovým skupinami 0,3 nm. Langendorff et al. (1999, 2000) uvádí, že se komplex karagenan–micelární κ-kasein liší v teplotní reverzibilitě v závislosti na skutečnosti, zda se jedná o κ-karagenan nebo ι-karagenan. Adsorpce ι-karagenanu na micelární κ-kasein je teplotně ireverzibilní, tj. při zvýšení teploty systému nad teplotu přechodu z helikální struktury do neuspořádaného stavu již nedojde k separaci ι-karagenanu a κ-kaseinu. Na druhou stranu adsorpce κ-karagenanu na micelární κ-kasein je teplotně reverzibilní, tj. při vyšších teplotách (cca nad 50 °C) nastane desorpce obou biopolymerů. Z uvedeného vyplývá, že interakce karagenanů s micelárním kaseinem jsou poměrně široce studovány. O systémech, kde se již kasein nenachází v micelárním uspořádání, však příliš mnoho známo není. Za zmínku stojí práce Lynch & Mulvihill (1996), kteří uvedli, že β-kasein a αS-kaseiny jsou schopny interagovat s ι-karagenanem. Podmínkou však je přítomnost vápenatých iontů a fosforu esterově vázaného na serylových zbytcích jednotlivých kaseinových frakcí. V mlékárenské technologii jsou karagenany široce využívány pro své schopnosti stabilizovat texturu výrobků. Interval koncentrací, které se obvykle používají, je poměrně široký a činí 0,01 – 72

Obsah



0,30 % (w/w) v závislosti na druhu výrobku a očekávané funkci. Jako příklady je možné jmenovat pudinky a náplně na bázi mléčných polotovarů (0,1 – 0,3 % w/w), šlehané mléčné produkty, pasterovaná a sterilovaná ochucená mléka (0,01 – 0,05 % w/w) apod. (Phillips & Williams, 2000; Arltoft et al., 2007, 2008). V oblasti výroby tavených sýrů se karagenany používají především pro zlepšení technologických vlastností blokových a plátkových tavených sýrů, popřípadě jako prevence lepivosti na obaly u roztíratelných výrobků (Phillips & Williams, 2000). Černíková et al. (2008) studovali vliv rostoucí koncentrace κ-karagenanu a ι-karagenanu (v intervalu 0,05 – 0,25 % w/w finálního produktu) na konzistenci tavených sýrů. Výsledky ukázaly, že zvyšující se koncentrace κ-karagenanu i ι-karagenanu v testovaných produktech změní povahu jeho gelu, který vykazuje vyšší tuhost. Koncentrace 0,05 % w/w u obou studovaných karagenanů nebyla dostačující pro významnou změnu konzistence tavených sýrů. Při srovnání κ-karagenanu s ι-karagenanem došli autoři k závěru, že ι-karagenan byl při zvyšování tuhosti tavených sýrů účinnější než κ-karagenan. Pektiny a jejich interakce s kaseinovými proteiny Pektiny jsou vysokomolekulární lineární anionaktivní polysacharidy, které se nacházejí v pletivech vyšších rostlin. Základní strukturu pektinů tvoří D-galakturonová kyselina spojená především vazbami α-(1–4). Tento základní skelet může obsahovat glykozidicky vázané jednotky α-L-rhamnopyranózy (vazba α-(1–2)), popř. další sacharidy (např. L-arabinózu, D-galaktózu, D-xylózu, D-glukózu aj.) (Velíšek et al., 1999; Phillips & Williams, 2000). Karboxylové skupiny základní jednotky pektinu (D-galakturonové kyseliny) mohou být esterifikovány metanolem. Podle stupně esterifikace (procento esterifikovaných karboxylových skupin) můžeme dělit pektiny na vysokoesterifikované (DE > 50 %) a nízkoesterifikované (DE < 50 %) (Morris et al., 2000). Na stupni esterifikace metanolem značně závisí mechanizmus tvorby gelu pektinu. Vysokoesterifikované pektiny tvoří gely v kyselém prostředí (obvykle pH ≤ 3,5) a při vyšším obsahu cukrů (cca > 55 % w/w). Cukry v těchto směsích váží vodu a snižují hydrataci pektinu. Gely vysokomolekulárních pektinů pak vznikají prostřednictvím hydrofobních interakcí a vodíkových můstků mezi metylovými skupinami pektinových řetězců. Účinnost jednotlivých cukrů v procesu tvorby trojrozměrné struktury se však může odlišovat (Tsoga et al., 2004a, 2004b; Löfgren & Hermansson, 2007). Pro vznik trojrozměrných struktur nízkoesterifikovaných pektinů není nutná přítomnost cukrů, ale je nezbytná přítomnost vápenatých iontů, které jsou schopny spojovat jednotlivé pektinové řetězce. S rostoucím obsahem vápenatých iontů i samotného pektinu roste (za jinak stejných podmínek) i síla gelu. Toto pravidlo však platí pouze do určité limitní koncentrace jak vápenatých iontů tak i polysacharidu. Dále je možné zjednodušeně říci, že schopnost nízkoesterifikovaného pektinu tvořit gel v přítomnosti vápenatých iontů klesá (za jinak stejných podmínek) se zvyšujícím se stupněm esterifikace. Nízkoesterifikovaný pektin je schopen tvořit gely v poměrně rozsáhlém intervalu pH (pH = 2,5 – 7,0). Při klesajícím pH je třeba pro tvorbu gelu o stejné síle větší množství vápenatých iontů (Löfgren & Hermansson, 2007). Arltoft et al. (2008) uvádí, že se zvyšujícím se stupněm amidace roste citlivost nízkoesterifikovaných pektinů k vápenatým iontům a tím i jejich schopnost tvorby gelu. Gely nízkoesterifikovaného pektinu jsou považovány za termoreverzibilní, zatímco u vysokoesterifikovaného pektinu se jedná o gely teplotně ireverzibilní (Velíšek et al., 1999). Interakce mezi vysoko- i nízkoesterifikovaným pektinem a micelárním kaseinovým komplexem byla studována řadou autorů (Syrbe et al., 1998; Maroziene & de Kruif, 2000). Vlastní interakce jsou připisovány především elektrostatickým silám. Skutečnost, zda se pektiny a micelární kaseinový komplex přitahují nebo odpuzují, závisí zejména na pH systému. Při pH < 5,5 nastává adsorpce pektinu na povrch kaseinů. Naopak při pH blížícím se neutrálnímu prostředí (pH ~ 6,7) je

73

Obsah



pektin považován spíše za neadsorbující polymer ve vztahu k micelárnímu kaseinu (Maroziene & de Kruif, 2000). Jestliže jsou interakce mezi kaseinovými micelami a pektiny poměrně široce studovány, pak reakce jednotlivých kaseinových frakcí s vysoko- i nízkoesterifikovanými pektiny nebyly v dostupné literatuře uspokojivě zdokumentovány. Vysokoesterifikovaný pektin (obvykle v množství okolo 0,4 % w/w) se používá jako stabilizátor u výrobků s nižším pH, kam patří například fermentované mléčné výrobky (jogurty, zakysané nápoje). Naopak nízkoesterifikovaný pektin nachází uplatnění jak u kyselých tak i méně kyselých mlékárenských produktů. Dávkování nízkoesterifikovaného pektinu se obvykle pohybuje v intervalu 0,6 – 0,8 % (w/w). Mezi příklady jeho použití patří mléčné dezerty (Syrbe et al., 1998; Phillips & Williams, 2000). Aplikací neesterifikovaného pektinu do tavených sýrů (v koncentracích 0 – 0,8 % w/w) se zabývali Macků et al. (2008). Autoři došli závěru, že rostoucí přídavky pektinu zvyšují tuhost a snižují roztíratelnost finálních výrobků.. Monoacylglyceroly jako významné emulgátory v potravinářském průmyslu Emulgátory lze obecně definovat jako povrchově aktivní látky, které snižují mezipovrchové napětí na rozhraní dvou nemísitelných kapalin o rozdílných polaritách (Velíšek et al., 1999). Mezi hojně využívané emulgátory v potravinářské praxi patří bezesporu monoacylglyceroly, tedy 1-monoacylglyceroly, 2-monoacylglyceroly, popř. jejich směsi (Moonen & Bas, 2004). V potravinářství se aplikují například jako emulgační činidla při výrobě směsných emulgovaných tuků a mražených krémů. Existují zmínky o použitelnosti monoacylglycerolů v produkci masných výrobků, a to tepelně opracovaných i neopracovaných. Pekárenský průmysl a výroba těstovin jsou dalšími obory, kde monoacylglyceroly nachází své uplatnění. Podle některých studií jsou tyto látky schopny zlepšit vlastnosti těsta i finálních výrobků, včetně tzv. „prodloužení čerstvosti pečiva“. Při výrobě bramborové kaše nebo cukrovinek jsou monoacylglyceroly schopny snižovat lepivost produktů, zvětšovat jejich objem a zvyšovat stabilitu vytvořené struktury. Další uplatnění monoacylglycerolů je možné najít ve farmaceutickém, plastikářském a textilním průmyslu a v neposlední řadě i v kosmetických přípravcích (Moonen & Bas, 2004). Vlastnosti monoacylglycerolů značně závisí na mastné kyselině, která je na glycerol esterově navázána. Podle Faur (1996) a Moonen & Bas (2004) se emulgační schopnosti monoacylglycerolů zvyšují s rostoucí délkou uhlíkového řetězce mastné kyseliny esterově vázané na glycerol. Z uvedeného vyplývá, že pro zvýšení emulgační kapacity systému je třeba využívat monoacylglyceroly s delšími mastnými kyselinami. Do tavených sýrů aplikovali vybrané 1-monoacylglyceroly např. Buňka et al. (2007). Ze studie vyplynulo, že 1-monoacylglyceroly s nižším počtem uhlíků v esterově vázané mastné kyselině (1-monokaprylin a 1-monokaprin) zvýší tuhost a sníží roztíratelnost modelových tavených sýrů méně než 1-monoacyglyceroly s delším řetězcem mastné kyseliny (1-monolaurin, 1-monopalmitin a 1-monostearin). Pouze 1-monopalmitin a 1-monostearin poskytly výrobky s akceptovatelnou chutí a vůní. Produkty obsahující 1-monokaprylin, 1-monokaprin a 1-monolaurin vykazovaly nepřijatelnou chuť a vůni v důsledku přítomnosti velmi silných pachutí. Problematičnost senzorické přijatelnosti některých výrobků, kam byly aplikovány 1-monoacylglyceroly s nižšími mastnými kyselinami, publikovali i Faur (1996) a Nair et al. (2004). V posledních letech se objevuje řada studií, které zkoumají antimikrobní účinky monoacylglycerolů. Většina autorů uvádí, že bakteriostatické, popřípadě baktericidní účinky vykazují zejména monoacylglyceroly s 8 až 12 uhlíky v esterově vázané mastné kyselině. Výše zmíněné látky byly schopny omezit růst poměrně široké škály mikroorganizmů, z nichž lze jmenovat např. Staphylococcus aureus, Staphylococcus epidermidis, Enterococcus faecalis, Bacillus cereus, Bacillus subtilis, Clostridium perfringens, Acinetobacter lwoffii, Klebsiella

74

Obsah



pneumoniae, Aspegillus niger, Candida albicans (Bergsson et al., 2001a, 2001b; Růžička et al., 2003; Skřivanová et al., 2006; Thormar et al., 2006). Závěr Tavené sýry jsou velmi rozšířenou výrobkovou skupinou, na kterou spotřebitelé kladou vysoké nároky jak na chuť a vůni tak také na konzistenci. V poslední době jsou při výrobě tavených sýrů hojně využívány jak hydrokoloidy a emulgátory. Při správném výběru typu a koncentrace hydrokoloidů a emulgátorů je možné změnit, resp. stabilizovat proteinovou strukturu finálního výrobku. K široce využívaným hydrokolidům patří karagenany a pektiny. Některé z přídatných látek (např. monoacylglyceroly) mohou kromě své primární funkce (emulgátoru) působit i antimikrobiálně a tím přispět ke zvýšení bezpečnosti potravin. Súhrn: Cílem práce bylo vytvořit stručný a ucelený přehled o vybraných hydrokoloidech (karagenanech a pektinech) a emulgátorech (monoacylglycerolech) využívaných při produkci tavených sýrů. Konzistence je jedním z klíčových organoleptických znaků u tavených sýrů, který je možné ovlivnit celou řadou faktorů – zejména však složením surovinové směsi, způsobem zpracování a chlazení taveniny a podmínkami a délkou skladování. Hydrokoloidy i emulgátory jsou schopny podstatně ovlivnit konzistenci tavených sýrů. V příspěvku jsou popsány interakce karagenanů a pektinů s kaseinovým komplexem (tvoří proteinovou matrici tavených sýrů) a různé determinanty, jenž tyto interakce ovlivňují. Na základě výsledků publikovaných mnoha autory ze pro praxi výroby tavených sýrů doporučit z oblasti karagenanů především kappa- a iota-frakci a z pektinů zejména nízkoesterifikovaný pektin. Rovněž emulgátory a jmenovitě monoacylglyceroly mohou podstatně ovlivnit konzistenci tavených sýrů, přičemž doporučit lze zejména monoacylglyceroly s delším uhlíkatým řetězcem mastné kyseliny (16 a 18 uhlíků). Monoacylglyceroly s kratšími mastnými kyselinami (12 uhlíků a méně) mohou zapříčinit zhoršení chuti tavených sýrů. Klíčová slova: tavené sýry, karagenany, pektiny, monoacylglyceroly. Práce vznikla za podpory projektu MŠMT (MSM 7088352101). Literatura Arltoft, D., Ipsen, R., Madsen, F., de Vries, J. (2007). Interction between Carrageenans and Milk Proteins: A Microstructural and Rheological Study. Biomacromolecules, 8, 729–736. Arltoft, D., Madsen, F., Ipsen, R. (2008). Relating the microstructure of pectin and carrageenan in dairy desserts to rheological and sensory characteristics. Food Hydrocolloids, 22, 660–673. Bennett, R. J., Trivedi, D., Hemar, Y., Reid, D. C. W., Illingworth, D., Lee, S. K. (2006). The effect of starch addition on the rheological and microstructural properties of model processed cheese. The Australian Journal of Dairy Technology, 61, 157–159. Bergsson, G., Arnfinnsson, J., Steingrímsson, Ó., Thormar, H., (2001a). Killing of gram-positive cocci by fatty acids and monoglycerides. APMIS, 109, 670–678. Bergsson, G., Arnfinnsson, J., Steingrímsson, Ó., Thormar, H. (2001b). In vitro killing of Candida albicans by fatty acids and monoglycerides. Antimicrobial Agents and Chemotherapy, 45, 3209– 3212. Bourriot, S., Garnier, C., Doublier, J. L. (1999). Micellar-casein – κ-carrageenan mixtures. I. Phase separation and ultrastructure. Carbohydrate Polymers, 40, 145–157. Brummel, S. E., Lee K. (1990). Soluble hydrocolloids enable fat reduction in processed cheese spreads. Journal of Food Science, 55, 1290–1292.

75

Obsah



Buňka, F., Hrabě, J. (2006). Tavené sýry. Potravinářská revue, 3, 13–16. Buňka, F., Hrabě, J., Hoza, I. (2006). Tavené sýry ve výživě člověka. Výživa a potraviny, 61, 135– 136. Buňka, F., Pavlínek, V., Hrabě, J., Rop, O., Janiš, R., Krejčí, J. (2007). Effect of 1-monoglycerides on viscoelastic properties of processed cheeses. International Journal of Food Properties, 10, 819 – 828. Buňková, L., Pleva, P., Buňka, F., Valášek, P., Kráčmar, S. (2008) Antibacterial effects of commercially available phosphates on selected microorganisms. Acta Universitatis Agriculturae et Silviculturae Mendelianae Brunensis, 2008 – in print. Carić, M., Kaláb, M. (1997). Processed cheese products. In Fox, P.F. (ed.) Cheese: Chemistry, Physics and Microbiology. Volume 2. Major Cheese Groups, 2. ed. Elsevier Applied Science, London and New York, 467–505. Černíková, M., Buňka, F., Pavlínek, V., Březina, P., Hrabě, J., Valášek, P. (2008). Effect of carrageenan type on viscoelastic properties of processed cheese. Food Hydrocolloids, 22, 1054 – 1061. de Kruif, C. G., Tuinier, R. (2001). Polysaccharide protein interactions. Food Hydrocolloids, 15, 555–563. Drake, M. A., Truong, V. D., Daubert, C. R. (1999). Rehological and sensory properties of reducedfat processed cheese containing lecithin. Journal of Food Science, 64, 744–747. Fagan, C. C., Everard, C., O´Donnell, C. P., Downey, G., Sheehan, E. M., Delahunty, C. M., O´Callaghan, D. J. (2007). Evaluating Mid-infrared Spectroscopy as a New Technique for Predicting Sensory Texture Attributes of Processed Cheese. Journal of Dairy Science, 90, 1122– 1132. Faur, L. (1996). Margarine technology. Karleskind, A. (ed.) In Oils and Fats Manual. A comprehensive Treatise. Volume 2, Intercept Ltd., 967–969. French, S. J., Lee, K. M., DeCastro, M., Harper, W. J. (2002). Effect of different protein concentrates and emulsifying salt conditions on the characteristics of a processed cheese product. Milchwissenschaft, 57, 79–83. Glass, K., Doyle, M. E. (2005). Safety of processed cheese. Madison, Wisconsin: FRI Briefings, Food Research Institute, University of Wisconsin. Dostupné z: http://www.wisc.edu/fri/briefs/ProcCheese.pdf [2008-08-19]. Guinee, T. P., Carić, M., Kaláb, M. (2004). Pasteureized processed cheese and substitute/imitation cheese products. In Fox, P.F. (ed), Cheese: Chemistry, Physics and Microbiology. Volume 2: Major cheese groups. 3. ed. London: Elsevier Applied Science, 349–394. Gustaw, W., Mleko, S. (2007). The effect of polysaccharides and sodium chloride on physical properties of processed cheese analogs containing whey proteins. Milchwissenschaft, 62, 59–62. Kampf, N., Nussinovitch, A. (2000). Hydrocolloid coating of cheese. Food Hydrocolloid, 14, 531– 537. Kapoor, R., Metzger, L. E. (2004). Evaluation of Salt Whey as an Ingredient in Processed Cheese. Journal of Dairy Science, 87, 1143–1150. Kapoor, R., Metzger, L. E. (2008). Process Cheese: Scientific and Technological Aspects – A Review. Comprehensive Reviews in Food Science and Food Safety, 7, 194–214. Kwak, H. S., Choi, S. S., Ahn, J., Lee, S. W. (2002). Casein hydrolysate fraction act as emulsifiers in process cheese. Journal of Food Science, 67, 821–825. Langendorff, V., Cuvelier,G., Launay, B., Michon, C., Parker, A., de Kruif, C. G. (1999). Casein micelle/iota carrageenan interactions in milk: influence of temperature. Food Hydrocolloids, 13, 211–218. Langendorff, V., Cuvelier,G., Michon, C., Launay, B., Parker, A., de Kruif, C. G. (2000). Effects of carrageenan type on the behaviour of carrageenan/milk mixture. Food Hydrocolloids, 14, 273–280.

76

Obsah



Löfgren, C., Hermansson, A. M. (2007). Synergistic rheological behaviour of mixed HM/LM pectin gels. Food Hydrocolloids, 21, 480–486. Lynch M. G., Mulvihill, D. M. (1996). Rheology of ι-carrageenan gels containing caseins. Food Hydrocolloids, 10, 151–157. Lu, Y., Shirashoji, N., Lucey, J. A. (2007). Rheological, textural and melting properties of commercial samples of some of the different types of pasteurized processed cheese. International Journal of Dairy Technology, 60, 74–80. MacArtain, P., Jacquier, J. C., Dawson, K. A. (2003). Physical characteristics of calcium induced κ-carrageenan networks. Carbohydrate Polymers, 53, 395–400. Macků, I., Buňka, F., Pavlínek, V., Leciánová, P., Hrabě, J. (2008). The effect of pectin concentration on viscoelastic and sensory properties of processed cheese. International Journal of Food Sciece and Technology, 43, 1663 – 1670. Maroziene, A., de Kruif, C. G. (2000). Interaction of pectin and casein micelles. Food Hydrocolloids, 14, 391–394. Miralles, B., Krause, I., Ramos, M., Amigo, L. (2006). Comparison of capillary electrophoresis and isoelectric focusing for analysis of casein/caseinate addition in processed cheese. International Dairy Journal, 16, 1448–1453. Mleko, S., Lucey, J. A. (2003). Production and properties of processed cheese with reduced lactose whey. Milchwissenschaft, 58, 498–502. Moonen, H., Bas, H. (2004). Mono- and diglycerids. In Whitehurst, R.J. (ed.) Emulsifiers in Food Technology, Blackwell Publishing, 40–57. Morris, G. A., Foster, T. J., Harding, S. E. (2000). The effect of the degree of esterification on the hydrodynamic properties of citrus pectin. Food Hydrocolloids, 14, 227–235. Mounsey, J. S., O´Riordan, E. D. (2008). Characteristics of imitation cheese containing native or modified rice starches. Food Hydrocolloids, 22, 1160–1169. Nair, M. K. M., Vasudevan, P., Hoagland, T., Venkitanarayanan, K. (2004). Inactivation of Escherichia coli O157:H7 and Listeria monocytogenes in milk by caprylic acid and monocaprylin. Food Microbiology, 21, 611–616. Nickerson, M. T., Paulson, A. T., Hallett, F. R. (2004). Dilute solution properties of κ-carrageenan polysaccharides: effect of potassium and calcium ions on chain conformation. Carbohydrate Polymers, 58, 25–33. Ould Eleya, M. M., Leng, X. J., Turgeon, S. L. (2006). Shear effects on the rheology of β-lactoglobulin/κ-carrageenan mixed gels. Food Hydrocolloids, 20, 946–951. Phillips, G.O., Williams, P.A. (2000). Handbook of hydrocolloids. Woodhead Publishing Limited and CRC Press: Boca Raton. Ruf, F., Gläser, A. (1971). Einfluss der Hoch-Kurz-Sterilisation auf mechanische Eigenschaften des Schmelzkäses und dessen Phosphat-Schmelzsalze. Die Molkerei-Zeitung Welt der Milch, 25, 1197– 1201. Růžička, J., Velclová, K., Janiš, R., Krejčí, J. (2003). Antimicrobial effects of 1-monoacylglycerols prepared by catalytic reaction of glycidol with fatty acids. European Food Research and Technology, 217, 329–331. Schäffer, B., Lörinczy, D., Belágyi, J. (1999). DSC and electronmicroscopic investigation of dispersion-type processed cheeses made without peptization. Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, 56, 1211–1216. Schäffer, B., Szakály, S., Lörinczy, D., Schäffer, B. (2001). Processed cheeses made with and without peptization. Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, 64, 671–679. Skřivanová, E., Marounek, M., Benda, V., Březina, P. (2006). Susceptibility of Escherichia coli, Salmonella sp. and Clostridium perfringens to organic acids and monolaurin. Veterinarni Medicina, 51, 81–88.

77

Obsah



Spagnuolo, P. A., Dalgleish, D. G., Goff, H. D., Morris, E. R. (2005). Kappa-carrageenan interactions in systems containing casein micelles and polysaccharide stabilizers. Food Hydrocolloids, 19, 371–377. Swenson, B. J., Wendorff, W. L., Lindsay, R. C. (2000). Effect of ingredients on the functionality of fat-free process cheese spreads. Journal of Food Science, 65, 822–825. Syrbe, A., Bauer, W. J., Klostermeyer, H. (1998). Polymer science concepts in dairy systems - an overview of milk protein and food hydrocolloid interaction. International Dairy Journal, 8, 179– 193. Thormar, H., Hilmarsson, H., Bergsson, G. (2006). Stable concentrated emulsions of 1-monoglyceride of capric acid (monocaprin) with microbicidal activities against the food-borne bacteria Campylobacter jejuni, Salmonella spp., and Escherichia coli. Applied and Environmental Microbiology, 72, 522–526. Tsoga, A., Richardson R. K., Morris, E. R. (2004a). Role of cosolutes in gelation of high-methoxy pectin. Part 1. Comparison of sugars and polyols. Food Hydrocolloids, 18, 907–919. Tsoga, A., Richardson R. K., Morris, E. R. (2004b). Role of cosolutes in gelation of high-methoxy pectin. Part 2. Anomalous behaviour of fructose: calorimetric evidence of site-binding. Food Hydrocolloids, 18, 921–932. Vega, C., Dalgleish, D. G., Goff, H. D. (2005). Effect of -carrageenan addition to dairy emulsions containing sodium caseinate and locust bean gum. Food Hydrocolloids, 19, 187–195. Velíšek, J., Cejpek, K., Davídek, D., Míková, K., Pánek, J., Pokorný, J. (1999). Chemie potravin I. 1. vyd. Tábor: OSSIS. Kontaktní adresa: Ing. František Buňka, Ph.D., Fakulta technologická, Univerzita Tomáše Bati ve Zlíně, nám. T. G. Masaryka 275, 762 72 Zlín, Česká republika. Tel: 00420 576 031 528, e-mail: [email protected].

78

Acta fytotechnica et zootechnica Mimoriadne číslo Nitra, Slovaca Universitas Agriculturae Nitriae, 2009, s

Recommend Documents