Produkcja serów topionych: Problematyka produkcji serów topionych

Już na początku XX w. podejmowano próby zwiększenia trwałości serów podpuszczkowych poprzez wykorzystanie obróbki termicznej do finalnego wyrobu. Wiele początkowych prób nie powiodło się, gdyż otrzymywane przetwory serowe ulegały wysychaniu w trakcie przechowywania. Dopiero w 1911 r. dwaj Szwajcarzy, Walter Gerber i jego współpracownik Fritz Stettler, otrzymali z Emmentalera ser topiony, kształtem przypominający tradycyjny ser, a na tyle trwały, że można go było łatwo transportować za granicę. Do jego produkcji wykorzystali „sole topiące”, a dokładnie cytrynian sodu, który dodano do rozdrobnionego sera przed jego przetworzeniem (tj. podgrzewaniem). W dalszym czasie wykazano, że również inne gatunki serów (np. Cheddar) mogą być przetwarzane na stabilne produkty topialnicze, z wykorzystaniem różnych „soli topiących” (np. fosforanów sodu lub różnych mieszanek). Po pierwszych sukcesach zaczęły pojawiać się patenty na rozmaite mieszanki soli topiących (zwanych również solami emulgującymi), a także na receptury serów topionych uwzględniające różne składniki żywności, inne niż ser.

Współcześnie, zgodnie z definicją opracowaną przez FAO/WHO w General Standard No. A-8, ser topiony jest otrzymywany z jednego lub więcej rodzajów sera, przez ich zmielenie, zmieszanie, stopienie i zemulgowanie za pomocą ogrzewania i dodatków emulgujących (soli topiących), z dodatkiem lub bez dodatku innych składników mleka, z dodatkiem lub bez dodatku innych surowców spożywczych. Produkty z tej grupy różnią się od serów naturalnych (tj. serów podpuszczkowych i kwasowych) przede wszystkim tym, że nie są wytwarzane bezpośrednio z mleka, ale z różnych produktów lub półproduktów mlecznych. Bazą jest oczywiście jeden lub kilka różnych serów podpuszczkowych, rozdrobnionych, stopionych i zemulgowanych na gorąco na gładką jednorodną masę, przy użyciu soli topiących, opcjonalnie z dodatkiem innych składników mlecznych (np. mleka odtłuszczonego, serów, oleju maślanego, kazeiny, kazeinianów, proszków serwatkowych, innych składników mlecznych), warzyw, mięs, aromatów, barwników, konserwantów i wody.

Zasady produkcji serów topionych znane są zatem przeszło od stu lat. Wiadomo już, że wykorzystanie soli topiących (emulgujących, często określanych skrótowo jako ES) takich, jak cytryniany i fosforany sodu lub potasu, powoduje szereg zmian fizyko-chemicznych sera podpuszczkowego opierających się na strukturalnej transformacji emulsji typu olej w wodzie (o/w) i dyspersji matrycy parakazeiny. Znane są dwa rodzaje serów topionych: blokowe (o zwartej konsystencji i stosunkowo niskiej zawartości wody) oraz pasty serowe (o miękkiej konsystencji i dużej wilgotności). Rozróżnia się również trzy rodzaje serów topionych, różnicowane wedle zawartości tłuszczu: kremowe (60% tłuszczu w suchej masie), tłuste (40% tłuszczu w s.m.) oraz półtłuste (20% tłuszczu w s.m.). Zgodnie z docelową charakterystyką produktu, stosownie dobiera się skład recepturowy i rodzaje soli emulgujących. Niezależnie od rodzaju produkowanego sera topionego, jego wyrób obejmuje następujące etapy: formowanie mieszanki (co obejmuje również selekcję odpowiedniego rodzaju i ilości naturalnego sera podpuszczkowego, soli topiących, wody i składników opcjonalnych), rozdrabnianie sera i blendowanie z wodą i składnikami opcjonalnymi, przetwarzanie mieszanki (ogrzewanie), homogenizacja gorącej stopionej mieszanki (ten etap jest opcjonalny, co zależy od zawartości tłuszczu w mieszance, rodzaju stosowanego urządzenia topialniczego i cech produktu końcowego), na koniec pakowanie na gorąco i chłodzenie.

Formułowanie mieszanki

Surowcami do produkcji serów topionych mogą być: sery podpuszczkowe dojrzewające, sery twarogowe, bryndza owcza, a także inne składniki mleczne, np.: masło, mleko w proszku odtłuszczone, serwatka w proszku, koncentraty białek serwatkowych, koprecypitaty itd. W składzie mieszanki recepturowej znajduje się również dodatkowa woda (zwykle w ilości 20-45% oraz dodatek sera topionego z poprzedniego wytopu (zwykle w ilości 5-20%).

Sery podpuszczkowe są najważniejszą składową receptury. Sery przeznaczone do przetworzenia muszą mieć taką samą jakość jak sery przeznaczone do bezpośredniego spożycia. Można również użyć sery z wadami powierzchni, wadami wyglądu zewnętrznego, barwy, tekstury, wielkości i kształtu, struktury i konsystencji, a także sery o ograniczonym okresie przydatności do spożycia. Co najważniejsze, sery przeznaczone do topienia nie powinny wykazywać wad smaku i zapachu. Niektórzy dopuszczają również wykorzystanie serów, w których nastąpiła fermentacja bakteriami z grupy coli, pod warunkiem że sery te są wolne od obcych zapachów. Wybór mieszaniny różnych gatunków serów (lub tylko jednego gatunku sera) pozwala na osiągnięcie pożądanego smaku i konsystencji w gotowym serze topionym. Należy jednak pamiętać, że wysokiej jakości ser topiony można wyprodukować wyłącznie z wysokiej jakości surowca.

Rodzaj, mieszanka i stopień dojrzałości wyselekcjonowanych do topienia serów podpuszczkowych mają duży wpływ na konsystencję produktu finalnego. Dostępnych jest niewiele opublikowanych informacji dotyczących cech surowców i ich wpływu na właściwości sera topionego. Istnieje odwrotna zależność między wiekiem sera podpuszczkowego (a tym samym stopniem proteolizy zawartych białek) i jego zdolnością do emulgowania. W związku z tym, że topliwość i twardość serów topionych generalnie zmieniają się wraz ze zmianą dojrzałości serów podpuszczkowych użytych do produkcji. Wiek sera jest głównym kryterium doboru serów podpuszczkowych przy sporządzaniu mieszanki recepturowej na pierwszym etapie produkcji, zwykle miesza się w odpowiedniej proporcji sery dojrzałe z serami młodymi. Wyselekcjonowane sery podpuszczkowe są czyszczone i rozdrabniane. Czyszczenie zazwyczaj obejmuje usuwanie zanieczyszczeń powierzchniowych (np. przypadkowego rozwoju pleśni) lub skórki za pomocą szybkich skrobaków napędzanych silnikiem. Sery są następnie krojone za pomocą noży hydraulicznych na segmenty, które są drobno mielone w rozdrabniaczach lub maszynach do mielenia. Niektóre technologie uwzględniają również wykorzystanie skórek serów, które są silnie rozdrabniane (

W dużych zakładach rozdrobnione sery miesza się z pozostałymi składnikami mieszanki topialniczej i topi się w sposób ciągły, natomiast w mniejszych zakładach produkcyjnych mieszanka topialnicza trafia do urządzeń pracujących w systemie okresowym. Na etapie transportu do urządzenia procesowego następuje wstępne mieszanie rozdrobnionych serów z ES, wodą i składnikami opcjonalnymi. Wstępne mieszanie wyrównuje skutki różnic w składzie i proteolizie, a tym samym ujednolica przetwarzalność surowców (np. różnych serów). Mieszanie wstępne ma dwa główne cele: ułatwia zachodzenie oczekiwanych zmian fizykochemicznych podczas dalszego przetwarzania (np. wchłaniania wody przez białka), prowadzi do uzyskania bardziej jednolitego produktu, gdyż zachodzi w temperaturze niższej niż sam proces topienia. Kolejność dodawania i mieszania poszczególnych składników recepturowych zależy od wielu czynników, w tym pH serów, zawartości wody i tłuszczu, a także rodzaju użytych soli emulgujących i stosowania składników opcjonalnych smakowo-zapachowych.

Solami topiącymi powinny być sole słabych kwasów i silnych zasad. W procesie topienia rola soli emulgujących polega na wiązaniu wapnia z kompleksu fosfoparakazeinowego i zastąpieniu kationami sodu lub potasu (sole emulgujące wiążą wapń). Pod wpływem soli emulgujących i energii cieplnej następuje hydratacja białek, zemulgowanie mieszanki recepturowej i nie dochodzi do rozwarstwienia się składników masy serowej: wody, tłuszczu i białka. Powstały dzięki topnikowi rozpuszczalny parakazeinian sodu pełni funkcję emulgatora. Dodatek soli emulgujących wynosi 2-4% w stosunku do masy mieszaniny. Równie istotny jak ilość, jest dobór rodzaju soli emulgujących do surowca. Właściwy dobór soli emulgujących umożliwia wyeksponowanie najkorzystniejszych cech produktu i redukcję cech niepożądanych. Zastosowanie odpowiedniej mieszanki soli emulgujących zwykle zwiększa pH serów (zazwyczaj z ok. 5,0-5,5 w naturalnych serach do ok. 5,6-5,9 w przetworzonym produkcie serowym) i stabilizuje go, dzięki wysokiej pojemności buforowej soli emulgujących. Kwasowość topionej masy serowej (optimum pH 5,5-5,9) determinuje pęcznienie białek, wiązanie przez nie wody, a także wiązanie wapnia przez sole emulgujące. To dlatego stopień buforowania pH jest krytycznym czynnikiem kontroli właściwości teksturalnych produkowanych serów topionych. Topienie sera o pH poniżej 5,5 jest utrudnione i staje się przyczyną kruchości i mączystości finalnego produktu, wynikających z niedostatecznej dyspersji frakcji białkowych. Natomiast pH powyżej 6,0 ułatwia topienie, wpływa jednak niekorzystnie na smak sera topionego (zmydlanie tłuszczu), daje zbyt miękką konsystencję oraz negatywnie wpływa na trwałość produktu (wysoka wartość pH sprzyja rozwojowi niepożądanych bakterii). Z tego powodu, zależnie od rodzaju produkowanego sera topionego, stosuje się różne sole emulgujące. Dla przykładu, skład mieszanki typowego sera topionego blokowego uwzględnia użycie topników „wiążących” strukturę, zaś w mniejszym stopniu topników „kremujących” – np. wysokocząsteczkowych polifosforanów i cytrynianów w ilości 2-3%, a do tego wsad sera topionego z poprzedniego wytopu w ilości 0-2%.

Zgodnie z Rozporządzeniem Komisji (UE) nr 1129/2011 z dnia 11 listopada 2011 r. zmieniającym załącznik II do Rozporządzenia Parlamentu Europejskiego i Rady (WE) nr 1333/2008 poprzez ustanowienie unijnego wykazu dodatków do żywności, jako sole emulgujące dopuszczone są do stosowania sole wymienione w Grupie 1 (w tym kwas cytrynowy i cytryniany sodu) na poziomie quantum satis, a także kwas fosforowy, fosforany (di-, tri i polifosforany sodu i potasu), dodawane pojedynczo lub łącznie, w maksymalnym poziomie 20 000 mg/kg (wyrażone jako P2O5).

W procesie wyrobu dopuszcza się stosowanie również innych dodatków do żywności, takich, jak sól, barwniki (w tym barwniki spożywcze z Grupy II dopuszczone na poziomie quantum satis oraz barwniki spożywcze z Grupy III na poziomie quantum satis i o wyznaczonym łącznym maksymalnym poziomie, ale tylko do serów topionych z dodatkami smakowymi lub środkami aromatyzującymi), substancje konserwujące (np. kwas sorbowy i sorbiniany w maksymalnym poziomie 2000 mg/kg, a także nizyna), substancje stabilizujące i zagęszczające (w tym dodatki z Grupy I dopuszczone na poziomie quantum satis lub o wyznaczonym łącznym maksymalnym poziomie, np. guma kasja w maksymalnym poziomie 2500 mg/kg), a nawet substancje przeciwutleniające (takie jak dwutlenek krzemu i krzemiany w maksymalnym poziomie 10 000 mg/kg).

Po wstępnym wymieszaniu mieszanka topialnicza jest kierowana do obróbki cieplnej w urządzeniu procesowym.

Proces topienia

Parametry procesu topienia (temperatura i czas procesu) zależą m.in. od rodzaju asortymentu produkowanych serów topionych, pożądanej tekstury produktu, masy wsadowej, pożądanej trwałości. Obróbka cieplna ma dwa cele: ułatwić przemiany fizykochemiczne i mikrostrukturalne, które przekształcają mieszankę w produkt finalny o pożądanych właściwościach i stabilności fizyczno-chemicznej, a także wyeliminować wszelkie potencjalne zagrożenia mikrobiologiczne (szczególnie istotne są mikroorganizmy chorobotwórcze, a także zanieczyszczające, co ma zapewnić odpowiedni termin przydatności wyrobu do spożycia). Należy przy tym zauważyć, że stosowana obróbka cieplna jest na ogół wystarczająca tylko do eliminacji komórek wegetatywnych mikroorganizmów; ale nie jest wystarczająca do redukcji populacji mikroorganizmów przetrwalnikujących (np. z rodzaju Clostridium). Do eliminacji przetrwalników wymagana jest temperatura > 130°C.

Parametry zastosowanej obróbki termicznej zapewniają skuteczną obróbkę cieplną produktu, bez względu na zawartość wody i pH. Ogrzewanie zachodzi w urządzeniach procesowych z płaszczem parowym i bezpośrednim wtryskiem pary w celu przyspieszenia czasu ogrzewania mieszanki, która w czasie procesu jest stale mieszana, aby uniknąć przypalenia. Proces zwykle odbywa się przy zredukowanym ciśnieniu, częściowej próżni, co jest korzystne z punktu widzenia ogrzewania i emulgowania, usuwa niepożądane zapachy i smaki, usuwa powietrze z mieszanki (a tym samym zapobiega jego obecności w gotowym produkcie) oraz ułatwia regulację wilgotności.

Przy wyrobie serów topionych o zwartej konsystencji stosuje się ogrzewanie masy serowej do temperatury 80-85°C, w czasie 4-8 min, z powolnym mieszaniem. Produkując sery topione o konsystencji do smarowania masę ogrzewa się do temperatury 85-95°C przez 10-15 min, stosując szybkie mieszanie. W urządzeniach pracujących w systemie ciągłym, które są używane głównie do produkcji dipów i sosów, mieszanka topialnicza jest mieszana i podgrzewana do temperatury 80-90°C w mieszalniku próżniowym, następnie pompowana przez rurowy wymiennik ciepła i podgrzewana momentalnie do temperatury 130-145°C i później w kilka sekund schładzana do temperatury 9°C. Gotowy produkt jest następnie przepompowany do zbiornika wyrównawczego zasilającego maszynę pakującą.

W czasie przetwarzania mieszanki topialniczej prowadzone jest jednocześnie mieszanie składników recepturowych. Zależnie od rodzaju asortymentu produkowanych serów topionych dobiera się odpowiednią prędkość mieszania, zwykle z zakresu od 50 do 3000 obr./min. Jak wspomniano wcześniej, typowe parametry produkcji sera topionego blokowego uwzględniają mieszanie przy powolnych obrotach, natomiast typowe parametry produkcji sera topionego miękkiego przewidują najwyższe z możliwych obroty mieszadła. Mieszanie przyczynia się do właściwego zdyspergowania składników, a szczególnie istotne jest emulgowanie uwodnionego parakazeinianu. Emulgowanie polega na odtworzeniu otoczek kuleczek tłuszczowych za pomocą molekuł parakazeinianu i stworzenie z wodą stabilnej emulsji. W celu wykorzystania parakazeinianu do emulgowania tłuszczu wymagane jest zjawisko sekwestracji wapnia, czyli jego wymiany z matrycy parakazeiny na jednowartościowy sód (lub potas) pochodzący z soli emulgującej. Usunięcie dwuwartościowych jonów wapnia prowadzi do częściowego rozkładu matrycy parakazeiny, a w konsekwencji do konwersji żelowej sieci parakazeinianu wapnia w układ koloidalny zdyspergowanego parakazeinianu sodu (lub potasu).

Gorącą stopioną masę można homogenizować. Zwykle stosuje się typowe parametry tego procesu, tj. 15 i 5 MPa odpowiednio na pierwszym i drugim stopniu. Homogenizacja ma szereg zalet: pomaga w dalszym procesie mieszania i redukcji wielkości nierozpuszczonych cząstki (np. ES i suchych składników), a tym samym przyczynia się do bardziej jednorodnej i gładkiej konsystencji produktu końcowego, sprzyja interakcji składników mieszanki oraz dokładnemu rozproszeniu kuleczek tłuszczu. Ze względu na ten ostatni efekt homogenizacja zwykle jest praktykowana w produkcji wysokotłuszczowych serów topionych.

Dobrze stopiona masa serowa powinna mieć połysk, konsystencję półpłynną, ciągłą, jednolitą, bez żadnych widocznych niestopionych cząstek surowca. Na powierzchni sera topionego powinna się tworzyć cienka, kremowa skórka.

Schładzanie i formowanie

Po zakończeniu procesu topienia, gorącą masę serową (temperatura masy serowej nie powinna być niższa niż 72°C, aby przeciwdziałać reinfekcji mikrobiologicznej produktu) kieruje się do urządzenia formującego i pakującego sery topione. Ciekłą masę serową można przekazywać za pośrednictwem pompy i zamkniętego rurociągu (ciągła linia produkcyjna) lub grawitacyjnie zlewając do kontenerów wózkowych, a następnie do urządzenia dozującego. Te czynności są zwykle w pełni automatyczne.

Dzięki użyciu specjalistycznych maszyn do napełniania można otrzymywać produkty o różnym kształcie i gramaturze: pakowane pojedyncze porcje (np. prostopadłościany i trójkąty owinięte folią), bloki, kształty kiełbasek, puszki, tubki lub plastry. Po zapakowaniu sery topione przechodzą przez tunel chłodzący, w którym czynnikiem chłodzącym jest powietrze oziębione do temperatury 4-6°C. Dynamika chłodzenia sera wpływa na stopień skremowania masy. W przypadku serów do smarowania stosuje się szybkie chłodzenie, co poprawia ich smarowność, natomiast przy produkcji serów blokowych stosuje się powolne chłodzenie (sery pozostawia się w temperaturze otoczenia). Powolne wychładzanie intensyfikuje kremowanie i w konsekwencji ser ma bardziej zwięzłą konsystencję. Czas schładzania zależy od wielkości sera i temperatury otoczenia.

W produkcji plastrów serów topionych, gorący stopiony ser jest pompowany w sposób ciągły do „rękawa” z folii z tworzywa sztucznego, np. poliestru powleczonego saranem (folii z włókna syntetycznego), który jest następnie automatycznie spłaszczany i zaciskany za pomocą przenośników zagniatających i obrotowych głowic zaciskających. Następnie łańcuch plasterków jest poddawany chłodzeniu do temperatury

Podsumowanie

Sery topione mają szereg zalet, przyczyniających się do ich rynkowego sukcesu i dalszego wzrostu rozwoju tego segmentu rynku mleczarskiego. Po pierwsze, sery topione mają wiele zastosowań kulinarnych i gastronomicznych, zarówno w postaci surowej (nieogrzewanej), jak i po podgrzaniu. Ich przydatność do określonych zastosowań kulinarnych zależy przede wszystkim od konsystencji i smaku sera, a także zachowaniu się po podgrzaniu. W formie nieogrzewanej sery topione mogą oferować konsystencję od zwartej, dającej się kroić w elastyczne plastry, po miękkie i gładkie, dające się łatwo rozsmarować. Stąd wynika wielokierunkowość zastosowania serów topionych – np. jako substytut tradycyjnych serów podpuszczkowych krojonych lub tartych (np. na pieczywo lub krakersy), do smarowania, do sosów dipów. Mają stosunkowo długi okres trwałości, a ponadto generują minimalną ilość odpadów. Sery topione oferują prawie nieograniczoną różnorodność smaków i sposobu pakowania czy porcjowania w różne kształty i rozmiary. Niepodważalnym walorem serów topionych jest niski koszt surowców, a zatem i mniejszy niż w przypadku serów podpuszczkowych koszt produkcji – ich receptury zawierają niskogatunkowy naturalny ser podpuszczkowy, a także tańsze nieserowe składniki mleczne (np. odtłuszczone mleko w proszku, serwatkę, kazeinę i kazeiniany). Wydaje się, że przyszłość serów topionych jest optymistyczna.