Einfache und effektive Bestimmung des Erweichungspunkts bei Käse

Der Erweichungspunkt ist die Temperatur, bei der eine Substanz weich wird, sich unter einem gegebenen Gewicht ausdehnt und eine gegebene Distanz senkrecht nach unten fliesst (die Fliessstrecke). In der Regel wird zur Förderung des Flusses der Substanz ein Ball als Gewicht verwendet. Mit diesem Verfahren können thermische Werte und rheologische Eigenschaften wie z. B. Schmelz- und Fliessfähigkeit sowie Dehnbarkeit (zusammengefasst in Tabelle 1) untersucht werden [1].

Käse wird immer häufiger in Fertiggerichten verarbeitet. Da er bei hohen Temperaturen elastisch wird, ist die Messung des Erweichungspunkt eine effektive Methode zur Bestimmung seiner Eigenschaften. Zur Anfertigung leckerer Rezepturen messen Lebensmittelwissenschaftler immer häufiger den Schmelzpunkt.

Tabelle 1: Struktureigenschaften von geschmolzenem Käse

Ablauf

Hier haben wir drei geschmolzene Käse mit dem Excellence Tropfpunktsystem von METTLER TOLEDO untersucht. Cheddar, Emmentaler und Mozzarella wurden gleichzeitigen Doppelexperimenten unterzogen, wobei jede Probe dreimal gemessen wurde (n = 6). Wie in Abbildung 1 dargestellt können die Experimente mit dem Excellence-Instrument während und nach der Messung per Video überwacht werden.

Im Verlauf des Erweichungspunktexperiments wird die Fliessstrecke kontinuierlich überwacht. Der Erweichungspunkt kann in dem Moment bestimmt werden, wenn die Probe eine Strecke von 19 mm geflossen ist. Abbildung 2 zeigt ein Beispiel eines Streckendiagramms.

Da sich Faktoren wie Bewegung auf den Fluss der Probe aus dem Nippel auswirken, lässt sich die gesamte auf die fliessende Probe wirkende Kraft als mathematische Formel wie folgt darstellen:

d = c₀ + c₁*T + c₂*[exp(c₃*T+ c₄)]
(gl. 1)

wobei:
d die senkrechte Fliesstrecke ist
T die Temperatur ist
c₀ und c₁ lineare Terme sind
c₂, c₃ und c₄ Parameter des exponentiellen Terms sind

Der wichtigste Parameter ist c₃, da er anzeigt, wie schnell die exponentielle Funktion abnimmt bzw. wie schnell der Käse weich wird.

Bei der konventionellen Signalverarbeitung ist c₃ als Zeitkonstante (τ) bekannt und kann als Kehrwert ausgedrückt werden. Da wir die Temperatur- und nicht die Zeitabhängigkeit betrachten, nennen wir diesen Term „Temperaturkonstante“ τ_T. τ_T kann nach einem Fitting der Kurve ermittelt werden und dient zur Unterscheidung der Proben für die Erweichungspunktbestimmung.

Resultate

Tabelle 2 fasst die Resultate der drei Sorten geschmolzenen Käses zusammen. Sie zeigen, dass die Werte für SP und τ_T progressiv ansteigen und τ_T sowie die Temperatur bei Cheddar am niedrigsten ist. Mozzarella hat die höchsten Werte, wohingegen Emmentaler in der Mitte liegt.

Mozzarella weist mit 72,5 °C den höchsten Erweichungspunkt auf, dieser liegt bemerkenswerte 10 °C über dem der anderen Käsesorten. Die Erweichungspunkte von Cheddar und Emmentaler liegen mit 60,1 °C und 62,7 °C dicht beieinander. Falls zwei unterschiedliche Käsesorten einen ähnlichen Erweichungspunkt aufweisen, können die Werte für τ_T zur Unterscheidung herangezogen werden.

Tabelle 2: Resultate für Erweichungspunkt und Temperaturkonstante (τ_T). Unsicherheiten ausgedrückt durch Standardabweichungen (n = 6). Resultate für Erweichungspunkt (SP) in °C.

Fazit

Durch Erhitzen ändert sich die ursprüngliche Mikrostruktur eines Käses und somit auch seine Textur. Die Daten zum Erweichungspunkt geben die Temperatur an, bei der diese thermisch bedingte Änderung stattfindet. Die Grösse τ_T gibt hingegen an, wie schnell die Änderung abläuft. Durch die Messung des Erweichungspunkts lässt sich das Zusammenspiel von Parametern wie Schmelzbarkeit, Viskosität und Dehnbarkeit phänomenologisch untersuchen, sodass die Eignung eines Käses für bestimmte Rezepte ermittelt werden kann.

[1] R. Kapoor, L.E. Metzger, CRFSFS (7), 2008:194-214.