Sery topione: Produkcja serów topionych – technologia i dodatki

dr hab. Małgorzata Ziarno, dr inż. Dorota Zaręba
Forum Mleczarskie Biznes 4/2021 (45)
dr inż. Dorota Zaręba, ZSG Warszawa
© fm

Sery topione są otrzymywane w procesie technologicznym obejmującym mielenie, mieszanie, topienie i emulgowanie składników mieszanki topialniczej. Może ona zawierać jeden lub więcej rodzajów serów (niedojrzewających lub dojrzewających, o różnym stopniu dojrzałości, podpuszczkowych i/lub kwasowych), z użyciem soli emulgujących (które zazwyczaj zawierają cytrynian lub fosforan sodu, a których główną rolą jest sekwestracja wapnia z kompleksu wapń-kazeinian i przywrócenie właściwości emulgujących białek mleka), z dodatkiem lub bez dodatku innych składników mleka (np. proszku mlecznego, serwatki, kazeiny, laktozy, koncentratów białek, masła, bezwodnego tłuszczu mlecznego, oleju maślanego, śmietany) oraz innych surowców spożywczych i dodatków smakowych (np. kawałków szynki, ryb, warzyw, przypraw, ziół), smakowo-zapachowych (np. EMC), barwiących, a także stabilizujących (np. hydrokoloidów). W niektórych technologiach praktykuje się stosowanie dodatku 0-20% sera topionego z poprzedniego topienia.

Produkcja serów topionych rozpoczyna się od selekcji surowców przeznaczonych do produkcji. Zarówno sery podpuszczkowe, jak i kwasowe, przeznaczone do topienia, nie powinny wykazywać żadnych wad smaku i zapachu (dopuszcza się jedynie wady wyglądu zewnętrznego, struktury lub konsystencji). Sery podpuszczkowe dojrzewające przeznaczone do topienia powinny charakteryzować się odpowiednim stopniem dojrzałości, zależnie od oczekiwanej konsystencji końcowego wyrobu. Im wyższy stopień dojrzałości użytych serów podpuszczkowych dojrzewających, tym bardziej miękka konsystencja końcowego produktu. Dla przykładu, w przypadku produkcji serów topionych typu blokowego (twardych, do krojenia) dobiera się 70-75% sera młodego oraz 25-30% sera półdojrzałego lub dojrzałego. Natomiast do otrzymywania sera topionego miękkiego (np. w plasterkach) mieszanka przeznaczona do topienia powinna zawierać: 30-40% sera młodego, 50-60% sera średniodojrzałego i tylko 10% sera dojrzałego. Do produkcji serów topionych do smarowania głównymi serami podpuszczkowymi dojrzewającymi są sery półdojrzałe, zaś sery dojrzałe mają zaledwie 20% udział w recepturze.

Skład mieszanki przeznaczonej do topienia ma wpływ na nazewnictwo produktu końcowego. Zależnie od składu recepturowego mieszanki przeznaczonej do topienia wyróżnia się sery topione naturalne, których nazwa wywodzi się od gatunku sera podpuszczkowego użytego w produkcji (np. ser topiony edamski, tylżycki, gouda, cheddar) oraz sery topione smakowe, których smak i zapach, są określone rodzajem dodatków smakowych użytych w recepturze. Należy zauważyć, że sery topione etykietowane nazwą konkretnego gatunku sera podpuszczkowego dojrzewającego powinny zawierać w składzie recepturowym co najmniej 70-80% danego gatunku sera.

Proces topienia odbywa się w temperaturze 70-95°C (przez 15-20 minut), niekiedy 70-95°C lub nawet 130-142°C (przez 7-15 minut), w kotłach zasilanych gorącą parą wodną, pod próżnią z ciągłym mieszaniem, aż do uzyskania jednorodnej mieszanki. Pod wpływem wysokiej temperatury i użytych soli topiących mieszanka recepturowa ulega spęcznieniu, upłynnieniu i zemulgowaniu do homogennej masy, której składniki wiążą wodę.

Stopiona masa sera topionego jest następnie przekazywana (za pośrednictwem pompy i zamkniętego rurociągu) do maszyny rozlewająco-pakującej, która dozuje stopioną masę bezpośrednio do opakowań jednostkowych, jedno- lub wieloporcjowych (np. klinki, kostki, bloki z folii aluminiowej, kiełbaski, foremki i tuby aluminiowe lub z tworzyw sztucznych), zależnie od konsystencji produktu. Sery topione są rozlewane na gorąco. Studzenie serów topionych prowadzi się najpierw w temperaturze otoczenia (przez ok. 30 minut), a następnie w chłodni o temperaturze 4-6°C. Takie stopniowe ochładzanie jest celowe, gdyż zapobiega tworzeniu skroplin na wewnętrznej powierzchni opakowań. Sery topione o twardej konsystencji rozlewa się w duże pojemniki, zaś po wystudzeniu konfekcjonuje, co odbywa się na podobnej zasadzie, jak w przypadku konfekcjonowania serów podpuszczkowych dojrzewających.

Emulsja powstała w czasie topienia zamienia się po schłodzeniu w stabilny układ. Surowce użyte do topienia, skład mieszanki topialniczej i warunki technologiczne procesu topienia determinują finalne cechy tekstury serów topionych. Konsystencja sera topionego powinna być zwięzła lub smarowna (zależnie od rodzaju sera topionego), jednolita, bez ziarnistości, ewentualnie z widocznymi cząstkami użytych dodatków smakowo-zapachowych (por. Ziarno M., Zaręba D. 2020. Problematyka produkcji serów topionych. Forum Mleczarskie Biznes, 4, 16-20). Pod względem konsystencji rozróżnia się sery topione blokowe (do krojenia), sery topione plasterkowane, sery topione miękkie do smarowania (zawierające poniżej 45% wody) oraz sery topione bardzo miękkie do smarowania (zawierające 45-60% wody). Smak i zapach serów topionych ściśle zależą od smaku głównych surowców serowych, z których zostały otrzymane. I tak, sery topione edamskie powinny mieć cechy typowe dla serów edamskich, sery topione gouda powinny charakteryzować się cechami smakowymi typowymi dla serów gouda, zaś sery topione tylżyckie wykazywać cechy serów typu tylżyckiego. Barwa serów topionych powinna być jednolita, ewentualnie z widocznymi cząstkami w kolorach odpowiadających wprowadzonych dodatków smakowo-zapachowych.

© fm

Sery topione są produktami dość trwałymi. Trwałość produktu końcowego zwykle wynosi 30 dni. W praktyce przemysłowej spotyka się sery topione o dłuższej trwałości – określonej przez producenta na podstawie badań przechowalniczych. Sery topione należy przechowywać w miejscach o wilgotności względnej powietrza 85% i temperaturze z zakresu 5-20°C. W tym czasie powinno się unikać wahań temperatury i wilgotności powietrza, aby nie doprowadzić do kondensacji pary wodnej na wewnętrznej powierzchni opakowań.

Ponieważ sery topione mogą być produkowane w szerokiej gamie smaków, kształtów i konsystencji, sposobu pakowania czy porcjowania w różne kształty i rozmiary, są szczególnie popularne w wielu spożywczych zastosowaniach jako składniki wielu produktów i potraw kulinarnych. Niejednokrotnie koneserzy serów podpuszczkowych dojrzewających uważają sery topione za gorsze jakościowo od serów naturalnych. Jednak ich opinia jest myląca. Sery topione mają bowiem wiele zalet, a współczesne trendy ich produkcji stwarzają coraz to nowsze możliwości.

Stosowanie niektórych składników recepturowych jest regulowane przepisami prawa żywnościowego. Już dawno temu opracowano dla serów topionych standardy Codex Alimentarius: Codex General Standard for Process(ed) Cheese and Spreadable process(ed) Cheese (Codex Stan 286-1978), Codex General Standard for Process(ed) Cheese Preparations, Process(ed) Cheese Food, and Process(ed) Cheese (Codex Stan 287-1978) oraz Codex General Standard for Named Variety Process(ed) Cheese and Spreadable Process(ed) Cheese (Codex Stan 285-1978). Jednakże w praktyce światowy rynek produkcji serów topionych rozwinął się niezależnie od tych standardów starając się zaspokoić oczekiwania konsumentów, a także potrzeby zaleceń żywieniowych.

Na terenie Unii Europejskiej w zakresie dopuszczonych do stosowania dodatków do żywności obowiązuje Rozporządzenie Komisji (UE) nr 1129/2011 z dnia 11 listopada 2011 r. zmieniające załącznik II do rozporządzenia Parlamentu Europejskiego i Rady (WE) nr 1333/2008 poprzez ustanowienie unijnego wykazu dodatków do żywności. Wiele takich dodatków jest dopuszczonych do stosowania tylko w serach topionych produkowanych z dodatkami smakowymi lub środkami aromatyzującymi. Dotyczy to na przykład użycia barwników tj. luteina, likopen, pąs 4R (czerwień koszenilowa), azorubina/karmoizyna, żółcień chinolinowa, koszenila (kwas karminowy/karminy), żółcień pomarańczowa FCF/żółcień pomarańczowa, tartrazyna, kurkumina, czy beta-apo-8’-karotenal. Jedynie karoteny, annato (biksyna/norbiksyna), a także ekstrakt z papryki (kapsantyna/kapsorubina) mogą być stosowane w każdym rodzaju sera topionego. Spośród konserwantów dopuszcza się dodatek kwasu sorbowego i/lub sorbinianów, a także nizyny. Dopuszczone jest użycie dwutlenku krzemu i/lub krzemianów pełniących funkcję substancji przeciwzbrylającej i nośnika. Poza tym, przepisy prawa żywnościowego dopuszczają użycie dodatków Grupy I, w tym hydrokoloidów (na poziomie quantum satis lub przy wyznaczonym łącznym maksymalnym poziomie). Ciekawym dodatkiem w produkcji serów topionych jest ser modyfikowany enzymatycznie (EMC), czyli homogenizat z sera lub świeżej masy serowej, poddany działaniu proteinaz, peptydaz, lipaz i esteraz, stosowany w celu zintensyfikowania smaku wyrobu końcowego (por. Ziarno M., Zaręba D. 2019. Dodatki do serów topionych. Forum Mleczarskie Biznes, 3/19, 32-35).

Wartość odżywcza serów topionych jest zasadniczo zbliżona do wartości odżywczej serów podpuszczkowych dojrzewających, chociaż zazwyczaj wykazują większą zawartość sodu (ale można ją zmniejszyć). Zależnie od zawartości tłuszczu w suchej masie rozróżnia się sery topione kremowe (zawierające 60% tłuszczu w suchej masie, czyli ok. 27% tłuszczu ogółem i maksymalnie 55% wody), sery topione tłuste (zawierające 40% tł. w s.m., czyli ok. 16% tł. ogółem i maksymalnie 60% wody) oraz sery topione półtłuste (zawierające 20% tł. w s.m., czyli ok. 7% tł. ogółem i maksymalnie 65% wody). Dlatego produkowane są również sery topione niskotłuszczowe, zawierające 10-24% tłuszczu i ok. 73% wody.

Zmniejszenie zawartości tłuszczu w serach topionych sprawia mniej kłopotów, niż w przypadku otrzymywania niskotłuszczowych serów podpuszczkowych dojrzewających. Około 90% całkowitego tłuszczu zawartego w serach topionych pochodzi z serów podpuszczkowych używanych w procesie produkcji. Inne składniki mleczne tj. śmietanka, masło czy bezwodny tłuszcz mleczny, mają niewielki wkład. Dlatego wykorzystanie niskotłuszczowych serów podpuszczkowych jako składników do otrzymywania serów topionych jest jednym z najlepszych sposobów wytwarzania produktów w wersji o niższej zawartości tłuszczu. Jednakże należy zauważyć, że wady niskotłuszczowych serów podpuszczkowych przeniosą się na produkt finalny.

© fm

Spożycie sodu we współczesnej diecie społeczeństw zachodnich jest nadmierne, skutkujące potencjalnie szkodliwym wpływem na ludzkie zdrowie. W związku z tym istnieje trend w produkcji żywności do redukcji zawartości sodu w żywności, w tym również w serach topionych. Rola chlorku sodu w przemianach biochemicznych, mikrobiologicznych oraz jakość serów podpuszczkowych dojrzewających została już szeroko zbadana i opisana w publikacjach. W przeciwieństwie do tego, w przypadku serów topionych dostępnych jest bardzo niewiele publikacji na temat roli soli, a dokładniej sodu. Zawartość soli/sodu w serach topionych jest zasadniczo znacznie większa niż w serach podpuszczkowych dojrzewających. Sery topione mogą zawierać do 3% chlorku sodu, ale jak wspomniano, wartość tę można zmniejszyć. Generalnie sery topione zawierają sód pochodzący z trzech źródeł: (1) soli kuchennej dodawanej w celach smakowych, (2) chlorku sodu obecnego w składnikach recepturowych (np. w serach podpuszczkowych dojrzewających) oraz (3) soli emulgujących (np. cytrynianie lub polifosforanach sodu), które są potrzebne do wytworzenia jednorodnego, stabilnego produktu końcowego.

Najwięcej publikacji opisujących takie próby dotyczy zmniejszenia dodatku soli emulgujących. Rozporządzenie Komisji (UE) nr 1129/2011 dopuszcza w produkcji serów topionych użycie soli topiących zakwalifikowanych do Grupy I dodatków do żywności (w tym kwasu cytrynowego i cytrynianów sodu) na poziomie quantum satis, a także kwasu fosforowego, fosforanów (di-, tri- i polifosforanów sodu i potasu), dodawanych pojedynczo lub łącznie w maksymalnym poziomie 20 000 mg/kg (wyrażone jako P2O5). 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. Ze względu na niezwykle ważną funkcję pełnioną przez sole emulgujące podejmowane są próby wytwarzania niskosodowych serów topionych, otrzymywanych przez częściowe zastąpienie chlorku sodu chlorkiem potasu, ale jednocześnie przy użyciu soli emulgujących na bazie potasu (tj. cytrynianu potasu i fosforanu dipotasu) w miejsce soli sodowo-potasowej. Obecnie dostępne technologie pozwalają na zredukowanie zawartości sodu w serach topionych nawet o 40%, bez negatywnego wpływu na cechy smakowo-zapachowe i bez konieczności stosowania substytutów soli. Opracowywane technologie serów topionych o niskim dodatku soli emulgujących lub otrzymywanych bez ich użycia uwzględniają modyfikację recepturową mieszanki topialniczej oraz zmianę parametrów technologicznych procesu topienia mieszanki recepturowej. Pod kątem recepturowym uwzględnia się stosowanie serów o niskiej zawartości wapnia, zawierających molekuły kazeiny, zamiast parakazeinianu wapnia, a więc twarogów i serów typu Fromage Frais, jak również stosowanie dodatków hydrokoloidowych. Nie mniej ciekawe jest zastosowanie serów podpuszczkowych dojrzewających o bardzo wysokim stopniu dojrzałości w mieszance topialniczej. Innym rozwiązaniem jest zastosowanie białkowych składników mlecznych o obniżonej zawartości wapnia, które zawierają białko o dobrych cechach wiązania wody i zdolnościach emulgujących (kazeiniany, koncentraty białek mleka, sproszkowane mikrofiltraty i retentaty mleka). Opatentowane są w tym zakresie rozwiązania pozwalające produkować sery topione wytwarzane ze składników o zmniejszonej zawartości wapnia i bez użycia soli emulgujących.

© fm

Kierunki modyfikacji składu recepturowego serów topionych oraz dodatków stosowanych przy ich otrzymywaniu dotyczą również zwiększania zawartości wapnia czy białka mlecznego, a nawet zmniejszania zawartości fosforu lub cholesterolu. W wielu takich rozwiązaniach obecnie korzysta się z inteligentnie przygotowanych preparatów składników mleka: frakcji natywnych białek, permeatów lub renentatów, a nawet soli mineralnych i enzymów. Najbardziej aktualnym wyzwaniem, chociaż nienajnowszym, wydaje się konieczność redukcji dodatku hydrokoloidów. Niejednokrotnie różne hydrokoloidy są stosowane w produkcji serów topionych jako substancje wiążące wodę, współtworzące konsystencję, a także zamienniki tradycyjnych soli emulgujących na bazie fosforanów i cytrynianów. Jednak ostatnie przypadki skażenia niektórych hydrokoloidów niebezpiecznym dla człowieka tlenkiem etylenu może znacząco wpłynąć na konsumentów modyfikując ich oczekiwania w kierunku eliminacji takich dodatków ze składu wyrobu końcowego.

Zmniejszenie zawartości tłuszczu o 25% w serach topionych jest stosunkowo łatwe do osiągnięcia poprzez wyeliminowanie składników wysokotłuszczowych i zastąpienie ich odpowiednimi zamiennikami tłuszczu. Sery topione o wyższej redukcji zawartości tłuszczu można wytwarzać stosując surowce serowe o obniżonej zawartości tłuszczu oraz jednocześnie zmniejszając ilość innych składników wysokotłuszczowych (tj. śmietanki, masła lub oleju maślanego), a także zwiększając ilość odtłuszczonego mleka w proszku i wody.

Dostępne są publikacje potwierdzające, że zastosowanie niskotłuszczowego sera podpuszczkowego, wraz z modyfikacją parametrów technologicznych, pozwala utrzymać dobrą jakość finalnego sera topionego. Pomimo licznych wysiłków badaczy mających na celu opracowanie serów topionych o obniżonej zawartości tłuszczu, o niskiej zawartości tłuszczu lub beztłuszczowych, obecnie na całym świecie jest bardzo niewiele takich wyrobów.

Podejmowano już liczne próby badawcze ograniczenia dodatku chlorku sodu jako dodatku smakowego i/lub jego zastąpienia w tej funkcji np. ekstraktem drożdżowym lub składnikami niesodowymi (np. chlorku potasu). Efekty takich prób przynoszą zmienne rezultaty.