Please use this identifier to cite or link to this item: http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-3960
Main Title: Strukturierungsmechanismen bei der Herstellung von Analog- und Schmelzkäse
Translated Title: Mechanisms of the structure formation during the manufacture of cheese analogue and processed cheese
Author(s): Edelby, Yamen
Advisor(s): Senge, Bernhard
Referee(s): Senge, Bernhard
Drusch, Stephan
Hülsen, Ulrich
Granting Institution: Technische Universität Berlin, Fakultät III - Prozesswissenschaften
Type: Doctoral Thesis
Language: German
Language Code: de
Abstract: Die von der Formulierung und der Herstellungstechnologie beeinflussten physikalischen Eigenschaften von Analog- und Schmelzkäse bestimmen am Beispiel vieler Kennwerte die Produktapplikationen. Die physikalische Struktur von Analogkäse sollte z. B. die Zerkleinerungsprozesse ermöglichen und entsprechendes Aufschmelzverhalten als Applikationskennwert aufweisen. Das Ziel der vorliegenden Arbeit bestand in der Durchführung von lebensmittelmaterialwissenschaftlichen Untersuchungen bei der Herstellung von Analog- und Schmelzkäse bei variablem Ingredienzieneinsatz und dient der Optimierung der Technologieführung. Die native Mikrostruktur der Analogkäseproben wurde mittels Oszillationsmessungen zerstörungsfrei untersucht und das Vorliegen einer Dispersionsstruktur ermittelt. Am Beispiel des tan δ bei Temperatursweeps wurden über den Abkühlungsbereich (85 – 10 °C) differenzierte Strukturierungsmechanismen nachgewiesen und in drei durch hydrophobe und hydrophile Interaktionen sowie die Fettkristallisation bedingte Abschnitte eingeteilt. Anhand der Strukturbildungsgeschwindigkeit und -beschleunigung wurde eine qualitative Bewertung der Strukturkinetik durchgeführt und vier charakteristische Bereiche ermittelt. Es wurde festgestellt, dass das eingesetzte Labkasein die wichtigste Ingredienz zur Strukturstabilität darstellt. Die zunehmenden Anteile von Labkasein (Lk), Schmelzsalz (SS) und Kokosfett (FiT) führten durch Erhöhung der Wasserimmobilisierung und Fett-Protein-Interaktionen zum Anstieg des Speichermoduls mit folgendem Ranking: Lk > FiT > SS. Die höhere Quellfähigkeit von Kartoffelstärke im Vergleich zu Weizen- und Maisstärke führte zu geringerer „Festigkeit“. Bis zu einer Relation 60 Lk:40 S2 bei der Labkaseinsubstitution durch Weizenstärke wurde die Strukturausbildung verbessert. Durch den Einsatz von micellarem Kasein veränderten sich aufgrund von Schaumbildung und Maillardreaktion die Applikationseigenschaften. Die Labkaseinsubstitution durch Säurekasein oder Sojaproteinisolat ist als negativ zu bewerten. Eine 3 %ige Labkaseinsubstitution durch 1 % MC oder Na-CMC ist möglich. Mit abnehmendem pH-Wert der Präparationen oder mit zunehmender Drehzahl des Thermomix stieg der Speichermodul an. Durch Schermessungen bei 85 °C wurde plastisches Verhalten für alle Proben nachgewiesen. Die Schmelzbarkeit als wichtiger Applikationsparameter erhöhte sich mit abnehmendem Anteil von Lk und FiT und zunehmendem Anteil von SS. Am Beispiel des Kraft-Weg-Kurvenverlaufs einer Texturanalyse wurden drei Bereiche (elastischer Bereich, Übergangs- und Zerfließbereich) erkannt und analysiert. Der Elastizitätsmodul stieg mit zunehmenden Anteilen von Lk, SS und FiT an. Die Ergebnisse der Texturanalyse bestätigten die Aussagen der Temperatursweepmessungen. Die Strukturausbildung der Schmelzkäseproben wurde auf analoge Weise ermittelt. Generelle Erkenntnisse aus der Herstellung von Schmelzkäse wurden bestätigt. Die lebensmittelmaterialwissenschaftlichen Untersuchungen im Labormaßstab sind geeignet, um Mechanismen der Strukturausbildung von Analog- und Schmelzkäse in Abhängigkeit von der Formulierung und der Technologieführung objektiv zu erfassen und zu analysieren und können im Rahmen von Produktentwicklungen und Qualitätssicherung genutzt werden.
Effects of the formulation and manufacturing technology on the physical properties of cheese analogue and processed cheese have affect its product applications by several parameters. The physical structure of cheese analogue should make for example the shredding processes possible and lead to appropriate melting behavior. The aim of this thesis was to carry out material scientific examinations of cheese analogue and processed cheese with various formulations and process parameters. The original microstructure of the cheese analogue samples were nondestructively examined by oscillation measurements. The presence of a dispersion structure was observed for the samples. The tan δ vs. temperature curve obtained by temperature sweep upon cooling (85 – 10 °C) exhibited different structuring mechanisms. It was divided into three regions that are caused by hydrophobic, hydrophilic interactions and fat crystallization. A qualitative evaluation of the structuring kinetic was carried out through calculation of the structure development rate and structure acceleration parameters. Four regions in the diagram of structure development rate vs. temperature were observed. It was found that the used rennet casein is the most influential ingredient on the structural stability. The increasing concentrations of rennet casein (Lk), melting salt (SS) and coconut fat (FiT) led to increase the storage modulus by enhancement of water immobilization and fat-protein interactions with the following ranking: Lk > FiT > SS. The higher swelling capacity of potato starch, in comparison with wheat and corn starch, led to less firmness. Through the rennet casein substitution by wheat starch (up to a relation 60 Lk:40 S2), the structure formation has been improved. By using micellar casein, the application properties were changed due to foam formation and Maillard reaction. The substitution of rennet casein by acid casein or soy protein isolate affected cheese analogue negatively. The substitution of 3% rennet casein by 1% MC or Na-CMC was successful. With decreasing pH value of the preparations or increasing the stirring speed of the Thermomix, the storage modulus increased. According to shear measurements at 85 °C, plastic behavior was observed for all samples. The meltability as an important application parameter increased with decreasing the concentration of Lk und FiT and increasing SS. The force-distance diagram of a texture analysis indicated three regions of elastic, transition und diffluence. The Young´s modulus raised with increasing the concentration of Lk, SS und FiT. The results of the texture analysis confirmed the results of the temperature sweep measurements. The structure formation of the processed cheese samples was determined in a similar way and the results were consistent with others studies. The material scientific examinations on a laboratory scale are suitable to objectively monitor and analyze the mechanisms of the structure formation of cheese analogue and processed cheese depending on the formulation and process parameters and they can be utilized in product developments and quality assurance.
URI: urn:nbn:de:kobv:83-opus4-47687
http://depositonce.tu-berlin.de/handle/11303/4257
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-3960
Exam Date: 12-Feb-2014
Issue Date: 19-Feb-2014
Date Available: 19-Feb-2014
DDC Class: 620 Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
Subject(s): Analogkäse
Schmelzkäse
Strukturausbildung
Strukturierungsmechnismen
Texturanalyse
Cheese analogue
Processed cheese
Structure formation
Structuring mechnisms
Texture analysis
Usage rights: Terms of German Copyright Law
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