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Gegenstand der Erfindung
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Die Erfindung betrifft ein Schmelzsalzersatzmittel aus einem modifizierten Molkepulver mit Schmelzsalzwirkung sowie dessen Herstellung und dessen Verwendung.
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Hintergrund der Erfindung
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Schmelzsalze sind Zusatzstoffe, die bei der Herstellung verschiedener Lebensmittel zum Einsatz kommen, beispielsweise bei Schmelzkäse und Käseschmelzen, wie beispielsweise Käsefondue. Sie verbessern die Quellfähigkeit und das Emulgierverhalten von Eiweiß beim Käseschmelzprozess und unterbinden damit das Austreten von Fett oder Wasser aus dem Produkt. Außerdem wirken sie komplexbildend. Die zugelassenen Schmelzsalze sind Kalzium-, Kalium- und Natrium-Salze der Milchsäure, der Zitronensäure und der Phosphorsäure. Üblicherweise werden bei der Schmelzkäseherstellung etwa 3 Gew.-% herkömmliches Phosphatschmelzsalz, bezogen auf das Gewicht des Rohkäses, eingesetzt.
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Das Schmelzsalz bewirkt eine Gel/Sol-Umwandlung des im Rohkäse vorliegenden Parakaseinates, wobei unter Einwirkung von Hitze bei Temperaturen von etwa 90 bis 125°C und mechanischer Bewegung eine stabile Emulsion aus Milcheiweiß, Milchfett und Wasser entsteht. Es erfolgt zunächst eine Aufschließung und Peptisierung der kugelförmigen Natrium-Parakaseinatteilchen im Käse, wobei die vorliegende natürliche Hohlraumstruktur des Parakaseins durch Einlagerung von freiem und gebundenen Wasser zwischen die Peptidketten gestreckt wird, und es kann sich die gewünschte Sol- und Emulsionsphase ausbilden. Hierbei ist die primäre Solbildung des Parakaseins Voraussetzung für eine stabile Fettemulgierung, die darüber hinaus noch von zahlreichen anderen Faktoren beeinflusst wird. Diese durch Schmelzsalze bewirkte Solvatation (Quellung) des peptisierten Natriumparakaseinats wird durch die Hitze und Bewegung beim Schmelzsprozess in Gang gebracht, wobei sich Polypeptidketten unter Wassereinlagerung auffalten und dadurch die Viskosität des Ansatzes erhöhen. Parallel findet eine Hydratation statt, bei der Wasser durch elektrostatische Kräfte in den Molekülverband der Peptidketten eingebaut wird. Eine wichtige Funktion des Schmelzsalzes ist die Maskierung von Kalzium, wodurch Eiweiß dispergiert werden kann. Durch geeignete Anwendung und Zusammensetzung der Schmelzsalze lässt sich die Hydratisierung und Viskositätszunahme der Schmelze steuern.
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Neben der Art des richtigen Schmelzsalzes ist die Zustandsform des Parakaseinats im Rohkäse von entscheidender Bedeutung für den schmelztechnischen Ablauf. Zur Unterstützung dieses Vorgangs ist es auch üblich, dem Schmelzansatz ca. 5 bis 10 Gew.-% fertigen Schmelzkäse der gewünschten Qualität als ”Vorschmelz” zuzufügen, wodurch eine für das Endprodukt wesentliche Strukturbeeinflussung in der Art einer katalytischen Wirkung erfolgt.
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Allgemein ist bei den Konsumenten ein zunehmendes Bewusstsein für vermeintlich gesunde und auf natürliche Weise hergestellte Lebensmittel und eine kritische Haltung und eine abnehmende Akzeptanz gegenüber Lebensmittelzusatzstoffen festzustellen. Insbesondere nicht natürliche Zusatzstoffe stoßen zunehmend auf Ablehnung, beispielsweise auch die Verwendung herkömmlicher Käseschmelzsalze. Zudem sind die Preise für Phosphatrohstoffe in den letzten Jahren aufgrund aufwendigerer Abbaumethoden und gestiegener Nachfrage deutlich angestiegen, so dass insbesondere auch die Kosten für Phosphatschmelzsalze steigen oder bereits gestiegen sind.
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Aufgabe
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung bestand daher darin, ein Schmelzsalzersatzmittel bereitzustellen, das aus einem Naturprodukt hergestellt ist und eine höhere Akzeptanz beim Konsumenten finden kann und gleichzeitig nicht wie im bisherigen Umfang auf die derzeit verwendeten Phosphatsalze zurückgreifen muss.
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Beschreibung der Erfindung
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Überraschenderweise wurde nun gefunden, dass man die schmelztechnischen Vorgänge unterstützen und sogar ganz mit einem Schmelzsalzersatzmittel für die Herstellung von Schmelzkäse oder einer Käseschmelze durchführen kann, welches ein modifiziertes Molkepulver mit Schmelzsalzwirkung umfasst, bei dem natürlich vorkommende Kalziumionen (Ca2+) teilweise oder vollständig durch Natrium und/oder Kalium ersetzt sind.
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Wenn hierin von Natrium oder Kalium die Rede ist, so sind damit die entsprechenden Natriumionen (Na+) bzw. Kaliumionen (K+) gemeint, wenn nichts anderes angegeben ist. Der Ersatz von Kalziumionen (Ca2+) teilweise oder vollständig durch Natrium und/oder Kalium lässt sich durch entsprechende Analyse der Molke oder des Molkepulvers vor und nach dem Austausch quantitativ bestimmen.
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Molke (auch Käsewasser, Sirte oder Schotte genannt) ist die wässrige grünlich-gelbe Restflüssigkeit, die bei der Käseherstellung entsteht. Sie besteht zu 94% aus Wasser, zu 4 bis 5% aus Milchzucker und ist nahezu fettfrei. Außerdem enthält sie Milchsäure, die Vitamine B1, B2 (dies bewirkt die grünliche Farbe) und B6 sowie Kalium, Calcium, Phosphor und andere Mineralstoffe, doch vor allem 0,6 bis 1% Molkenprotein. Das ist deutlich weniger Eiweiß als in der Milch, dort ist Kasein das Haupteiweiß. Es gibt zwei Sorten von Molke: die Lab- oder Süßmolke, die entsteht, wenn man Milch mit Lab zur Käseherstellung dicklegt, und die Sauermolke, die entsteht, wenn man Milch mit Milchsäurebakterien behandelt. Nachdem das Eiweiß als Käse oder Quark abgetrennt ist, verbleibt die Molke. Molkepulver ist getrocknete Molke. Als Abfallprodukt der Milchverarbeitung sind Molke und Molkepulver billige Lieferanten von tierischem Eiweiß. Molke wird heute hauptsächlich in der Schweinezucht verwendet, vor allem als Molkepulver. Zunehmend wird Molke auch in Erfrischungsgetränken verarbeitet.
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Da Molke als preiswertes Nebenprodukt der Milchverarbeitung anfällt, eignet sie sich als Ausgangsstoff für eine kostengünstige Herstellung von Schmelzsalzersatzmittel. Es wird erwartet, dass die Verwendung von Molkepulver, auch in der erfindungsgemäß modifizierten Form, als Zutat bei der Herstellung von Lebensmitteln, wie hier als Schmelzmittel für die Herstellung von Schmelzkäse oder einer Käseschmelze, eine höhere Akzeptanz beim Konsumenten findet als bisher verwendete Schmelzsalze. Zudem enthält Molke bzw. Molkepulver mit Vorteil Vitamine und Mineralien. Im Sinne der Erfindung bezeichnet der Begriff der natürlich vorkommenden Kalziumionen die in der als Nebenprodukt der Milchverarbeitung anfallenden Molke enthaltenen Kalziumionen. Unter Umständen können die Konzentrationen der natürlich vorkommenden Kalziumionen in verschienen Molkepräparationen schwanken. Ein wesentlicher Aspekt der Erfindung besteht darin, die Kalziumionen von der Molke abzureichern.
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Das erfindungsgemäße Schmelzsalzersatzmittel bewirkt bereits in geringer Zugabemenge eine schmelztechnische Wirkung und eine Emulgierung und Cremierung des Käseteiges. Dabei ist eine Konzentration von etwa 20 Gew.-% des erfindungsgemäßen Schmelzsalzersatzmittels zur Herstellung von Schmelzkäse im allgemeinen ausreichend. Es wird eine ausgezeichnete Homogenisierung und Quellung des Käseteiges erreicht. Durch Kombination des erfindungsgemäß modifizierten Molkepulvers mit einem Anteil herkömmlicher Schmelzsalze kann die Schmelzwirkung noch verbessert werden.
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Die gezielte Behandlung von Molke mit Ionenaustauschern zum Austausch von Kalzium gegen Natrium und/oder Kalium ist bislang nicht bekannt. Mit Vorteil wird erfindungsgemäß beispielsweise eine handelsübliche Sauermolke mit einem natriumbeladenen Ionenaustauscher behandelt. In Versuchen wurden die Konzentrationen von Natrium und Kalzium in der Sauermolke vor und nach der Behandlung mit dem mit Natriumionen beladenen Ionenaustauscher bestimmt. Die untersuchte unbehandelte handelsübliche Sauermolke enthielt 0,8 Gew.-% Natrium und 2,3 Gew.-% Kalzium in der Trockenmasse. Nach der erfindungsgemäßen Behandlung enthielt die Molke 4,8 Gew.-% Natrium und 0,1 Gew.-% Kalzium in der Trockenmasse.
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Schmelzversuche haben gezeigt, dass zur Herstellung von Schmelzkäse bereits Zugaben ab etwa 5 Gew.-% des modifizierten Molkenpulvers, berechnet auf Rohkäse, den Schmelzprozess verbessern. Auf diese Art und Weise kann Schmelzkäse mit einem Schmelzsalzgehalt hergestellt werden, der weit unter der bisherigen notwendigen Menge von 3% liegt bis dahin, dass die Zugabe herkömmlicher Schmelzsalze sogar ganz entfallen kann. Trotzdem wird eine stabile Schmelze erhalten, wobei ein gute Quellung des Käseteiges schon während der Schmelze eintritt.
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In der Molke kommt Kalzium überwiegend oder ausschließlich als Kalziumphosphat vor. Es ist daher erfindungsgemäß besonders zweckmäßig, wenn in dem Schmelzsalzersatzmittel natürlich vorkommende Kalziumionen (Ca2+) teilweise oder vollständig in dem Kalziumphosphat der Molke mittels Ionenaustausch durch Natrium und/oder Kalium ersetzt sind.
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Eine vollständige Entfernung und Ersetzen von Kalziumionen gegen Natrium- oder Kaliumionen, so dass keine Kalziumionen mehr in dem Molkepulver vorhanden oder zumindest nachweisbar sind, ist in einem ökonomisch noch sinnvollen Verfahren kaum zu erreichen. Erfindungswesentlich ist, dass in dem Molkepulver ein großer Anteil der Kalziumionen ersetzt ist. Die Schmelzsalzwirkung des modifizierten Molkepulvers ist umso besser je mehr Kalziumionen durch Natrium- oder Kaliumionen ersetzt sind. Wenn hierin davon die Rede ist, dass in dem Molkepulver natürlich vorkommende Kalziumionen vollständig durch Natrium und/oder Kalium ersetzt sind, dann ist damit gemeint, dass wenigstens 97% der natürlich vorkommenden Kalzium (Ca2+)-Ionen-Äquivalente durch Natrium und/oder Kalium ersetzt sind.
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Das Ionen-Äquivalent gibt das Ladungsäquivalent des entsprechenden Ions an, z. B. 1/1 für Na+, oder K+, 1/2 für Ca2+, 1/3 für Al3+ etc. Der Ersatz eines natürlich vorkommenden Kalzium (Ca2+)-Ionen-Äquivalents durch Natrium und/oder Kalium bedeutet, dass 1 Kalziumion durch 2 Natriumionen, 2 Kaliumionen oder 1 Natrium- und 1 Kaliumion ersetzt ist.
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Das Maß der Abreicherung von Kalziumionen aus der Molke für ein erfindungsgemäßes Schmelzsalzersatzmittel ist auch unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten zu betrachten. Es kann unter Umständen vorteilhafter und kostengünstiger sein, den Ersatz von Kalziumionen in dem Molkepulver durch Natrium und/oder Kalium nur bis zu einem gewissen Abreicherungsgrad an Kalziumionen zu betreiben und zum Erzielen einer ausreichenden Schmelzsalzwirkung stattdessen etwas mehr Schmelzsalzersatzmittel einzusetzen. Dies wird von den Kosten für die Herstellung des modifizierten Molkepulvers und dem beabsichtigten Verwendungszweck abhängen. In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schmelzsalzersatzmittels sind daher wenigstens 50% der natürlich vorkommenden Kalzium (Ca2+)-Ionen-Äquivalente, vorzugsweise wenigstens 75% der natürlich vorkommenden Kalzium (Ca2+)-Ionen-Äquivalente, besonders bevorzugt wenigstens 90% der natürlich vorkommenden Kalzium (Ca2+)-Ionen-Äquivalente durch Natrium und/oder Kalium ersetzt.
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In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schmelzsalzersatzmittels ist das Molkepulver weiterhin von natürlich vorkommender Laktose und/oder natürlich vorkommendem Eiweiß teilweise oder vollständig abgereichert.
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Das erfindungsgemäße Schmelzsalzersatzmittel besteht in einer Ausführungsform der Erfindung vollständig aus dem hierin beschriebenen modifizierten Molkepulver. In einer alternativen Ausführungsform der Erfindung kann das erfindungsgemäße Schmelzsalzersatzmittel neben modifiziertem Molkepulver weiterhin übliche Schmelzsalze in einer Menge bis zu 15 Gew.-%, vorzugsweise bis zu 10 Gew.-%, besonders bevorzugt bis zu 5 Gew.-% enthalten. Ein solches Gemisch aus modifiziertem Molkepulver und üblichen Schmelzsalzen kann den Vorteil haben, eine stärkere Cremierung zu erreichen, den erwünschten pH-Wert des Schmelzkäses genau einzustellen sowie durch Verwendung langkettiger Polyphosphate Sandigkeit und Kristallbildung zu vermeiden und durch deren bakteriostatische Wirkung die Haltbarkeit zu verbessern.
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Die Erfindung umfasst auch ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Schmelzsalzersatzmittels, bei dem man Molke mit einem mit Natriumionen (Na+) und/oder Kaliumionen (K+) beladenen Ionenaustauscher behandelt und natürlich vorkommende Kalziumionen (Ca2+) teilweise oder vollständig durch Natrium und/oder Kalium ersetzt und die so behandelte Molke anschließend zu Molkepulver trocknet.
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Die Behandlung der Molke mit dem Ionenaustauscher kann erfindungsgemäß diskontinuierlich im Batchverfahren oder kontinuierlich erfolgen. Erfindungsgemäß bevorzugt erfolgt die Behandlung kontinuierlich, besonders bevorzugt im Säulenbetrieb oder im Bettbetrieb. Dem Fachmann sind die genannten diskontinuierlichen und kontinuierlichen Verfahren zur Behandlung von Flüssigkeiten mit Ionenaustauschern grundsätzlich aus anderen Anwendungen bekannt, weshalb eine detaillierte Beschreibung dieser Verfahren hierin nicht erforderlich ist und der Fachmann die bekannten Verfahren auf das Verfahren der vorliegenden Erfindung anwenden kann.
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Zweckmäßigerweise werden bei dem Verfahren natürlich vorkommende Kalziumionen (Ca2+) teilweise oder vollständig in den Kalzium-Phosphat-Mizellen der Molke mittels Ionenaustausch durch Natrium und/oder Kalium ersetzt. Dabei können auch andere Kationen ersetzt werden.
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In dem erfindungsgemäßen Verfahren kann durch verschiedene Maßnahmen oder Kombinationen von Maßnahmen erreicht werden, dass die in der Molke natürlich vorkommenden Kalziumionen (Ca2+) in ausreichendem Maße teilweise oder vollständig durch Natrium- und/oder Kaliumionen ersetzt werden. Bevorzugt wählt man die Maßnahmen oder Kombinationen von Maßnahmen so aus, dass wenigstens 50% der natürlich vorkommenden Kalzium (Ca2+)-Ionen-Äquivalente, vorzugsweise wenigstens 75% der natürlich vorkommenden Kalzium (Ca2+)-Ionen-Äquivalente, besonders bevorzugt wenigstens 90% der natürlich vorkommenden Kalzium (Ca2+)-Ionen-Äquivalente durch Natrium und/oder Kalium ersetzt werden. Eine Maßnahme besteht in der Auswahl des Ionenaustauschers, den man bei der Behandlung der Molke mit dem mit Natriumionen (Na+) und/oder Kaliumionen (K+) beladenen Ionenaustauscher einsetzt. Die Auswahl geeigneter Ionenaustauscher liegt bei Kenntnis der vorliegenden Erfindung im Können des Fachmanns. Eine weitere Maßnahme besteht in der Beladung des Ionenaustauschers mit Natriumionen und/oder Kaliumionen. Je höher die Beladung ist, desto effizienter ist der Ionenaustausch. Des Weiteren wird der Ersatz der in der Molke natürlich vorkommenden Kalziumionen (Ca2+) durch Natrium und/oder Kalium durch das eingesetzte Verhältnis zwischen Ionenaustauscher und Molke und/oder durch die Anzahl der Wiederholungen der Behandlungen der Molke mit dem Ionenaustauscher beeinflusst. Alle vorgenannten Maßnahmen können auch erfindungsgemäß in Kombination angewendet werden.
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In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Molkepulver weiterhin von natürlich vorkommender Laktose und/oder natürlich vorkommendem Eiweiß teilweise oder vollständig abreichert. Geeignete Verfahren zur Abreicherung von Laktose und Eiweiß sind z. B. Ultrafiltration oder Abtrennung der Laktose durch Auskristallisation oder durch Vergärung.
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Die Erfindung umfasst auch die Verwendung des erfindungsgemäßen Schmelzsalzersatzmittels oder eines nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Schmelzsalzersatzmittels für die Herstellung von Schmelzkäse, Schmelzkäsezubereitungen oder einer Käseschmelze, wobei man das Schmelzsalzersatzmittel dem Rohkäse in einer Menge von 5 bis 50 Gew.-% bezogen auf das Gewicht des Rohkäses zugibt.
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Beispiele
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Beispiel 1
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100 kg Sauermolke (Onken) wurden mit 5 kg eines mit Natrumionen (Na+) beladenen Ionenaustauschers (Lewatit S 1428; Lanxess Deutschland GmbH) für 15 Minuten bei 400 U. p. M. gerührt, abfiltriert und diese Behandlung noch zweimal wiederholt. Die so behandelte Molke wurde sprühgetrocknet, wobei man etwa 5 kg erfindungsgemäß modifiziertes Molkepulver erhielt. Das modifizierte Molkepulver wurde in der Pulverform als Schmelzsalzersatzmittel der Herstellung von Schmelzkäse zugeführt. Alternativ kann das modifizierte Molkepulver auch in wässriger Suspension verwendet werden.
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Beispiel 2
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5 kg Rohkäsemischung wurden mit 1 kg des erfindungsgemäßen Schmelzsalzersatzmittels (modifiziertes Molkepulver) gemäß Beispiel 1 versetzt. Die Mischung wurde für 6 bis 7 min bei 85°C geschmolzen. Der Käseteig zeigte nach der Schmelze eine sehr gute Emulsionsbildung sowie die gewünschte Cremierung, die ein sofortiges Abfüllen ermöglichte. Es wurde eine außerordentlich feine und stabile Emulsion erhalten, mit einer besonders zarten Konsistenz und guter Streichfähigkeit des Schmelzkäses.
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In einem ansonsten in gleicher Weise ausgeführten Vergleichsversuch mit 2 Gew.-% herkömmlichem Phosphatschmelzsalz an Stelle des erfindungsgemäßen Schmelzsalzersatzmittels war keine homogene Schmelze zu erhalten. Es zeigten sich noch Fett- und Molkeabscheidungen. Erst die Zugabe von 3 Gew.-% Phosphatschmelzsalz an Stelle des erfindungsgemäßen Schmelzsalzersatzmittels bewirkte eine gute Emulgierung der Schmelze.
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Geschmacklich war der mit dem erfindungsgemäßen Schmelzsalzersatzmittel erhaltene Schmelzkäse sehr milde und wies nicht den oft strengen, typischen Schmelzkäsegeschmack auf. Er hatte einen vollen, runden Geschmack und wurde besser beurteilt als der im Vergleichsversuch mit 3 Gew.-% Schmelzsalz hergestellte Ansatz.