DE69001172T2

DE69001172T2 - Durch Retentatsverdampfung hergestellter fettarmer Käse.

Info

Publication number: DE69001172T2
Application number: DE90313997T
Authority: DE
Inventors: Susan P Monckton; Brent K Pope; Gary W Trecker
Original assignee: GEN FOODS Inc; Kraft General Foods Inc
Current assignee: GEN FOODS Inc; Mondelez International Inc
Priority date: 1989-12-28
Filing date: 1990-12-20
Publication date: 1993-10-14
Anticipated expiration: 2010-12-21
Also published as: NO905595D0; NO905595L; KR0170771B1; AU6820290A; DK0435573T3; AU631035B2; JPH0411837A; DE69001172D1; EP0435573A1; FI906305A; EP0435573B1; FI906305A0; KR910011142A; US5037659A

Description

Die Erfindung betrifft allgemein die Herstellung von Quark und Käse aus fettarmer Milch und insbesondere ein Verfahren zum Herstellen aus Magermilchretentat, welches verdampft wird.

Hintergrund der Erfindung

Die Herstellung von Käse aus Magermilch wird durch Herstellen eines Retentats durch Membranprozesse, wie beispielsweise Ultrafiltration und Diafiltration, durch Entfernung von Salzen, Lactose und Wasser, wird in einer Reihe von Patenten und Literaturstellen gelehrt. Die Vielzahl der Verfahren und Arbeitsmethoden, die zum Herstellen von Käse aus Retentaten vorgeschlagen worden sind, machen deutlich, daß die physikalische Chemie von Milch komplex ist und die Wechselwirkungen zwischen Protein, Fett, Salzen und anderen Milchkomponenten durch die Bildung des Retentats erheblich geändert werden. Es ist auch eindeutig, daß die Verfahren und Arbeitstechniken, die zum Behandeln eines aus einer Form von Milch hergestellten Retentats vorschlagen worden sind, nicht vorhersagbar anwendbar sind, wenn andere Formen von Milch und andere Arbeitsmethoden zum Herstellen eines Retentats eingesetzt wrden. Einige Verfahren, wie sie beispielsweise offenbart sind im US-Patent 4 820 530 und in den europäischen Patenten 0 174 846 und 0 174 847, zeigen, daß das Auftreten von Koagulation wünschenswerterweise verhindert werden soll, wenn das Retentat fermentiert wird.
Die PCT-Patentanmeldung WO 82/01806 von Schrieber Foods, Inc. offenbart ein Verfahren, welches das Verdampfen von Wasser aus dem fermentierten Retentat gestattet. Das Verfahren umfaßt vier Schritte: (1) selektive Konzentration von Milch zur Bildung eines Retentats; (2) Erhöhen der lonenstärke des Retentats durch Zusatz eines Salzes, wie beispielsweise Natriumchlorid, um es so während der Fermentation in flüssiger Phase zu halten; (3) Fermentieren des Retentats und (4) Entfernen von Wasser aus dem fermentierten Retentat zum Herstellen von Käse oder Käsebasis, welche(r) im wesentlichen das gesamte Casein und alle Molkeproteine enthält, die ursprünglich in der Milch vorhanden waren. Die PCT-Anmeldung offenbart auch die Verwendung von Lab, welches dem Retentat im wesentlichen vor dem Verdampfen zugesetzt werden kann, wie beispielsweise zur gleichen Zeit wie die Milchsäure produzierenden Bakterien.
Ein am 26. Oktober 1976 veröffentlichtes Patent von Coulter et al. mit der Bezeichnung "Cheese Manufacture from Molecular Sieved Milk", US-Patentschrift 3 988 481, lehrt die Herstellung von Käse aus Milch, aus der Lactose und Wasser mit einem Verfahren entfernt worden sind, welches das Behandeln einer standardmilch mit Molekularsieb umfaßt, um Lactose und wasserlösliche Mineralstoffe im wesentlichen aus der Milch abzutrennen und zu entfernen, um die Milch im wesentlichen frei von Zucker zu machen, sowie das Zusetzen eines quarkbildenden Mittels zum Herstellen von Quark. Der entstehende Quark wird zum Herstellen von Käse ohne wesentliche Synärese der herkömmlichen Verarbeitung unterworfen und in die gewünschte Form gebracht.
Ein am 12. August 1975 veröffentlichtes Patent von Stenne mit der Bezeichnung "Method for the Manufacture of Cheeses", US- Patentschrift 3 899 596, offenbart ein Verfahren zum Herstellen von Käse, bei dem man Milch mit Hilfe von Ultrafiltration behandelt, um ein Produkt zu erhalten, welches mindestens einige der Proteinbestandteile der Milch enthält, das flüssige Produkt nach Beimpfen mit geeigneten Fermenten mit Lab behandelt und einen Ansatz der mit Lab behandelten Flüssigkeit in eine vertikale Kammer einbringt, in der sie zum Koagulieren stehen gelassen wird. Das Koagulum wird in Platten zerschnitten, die das Käse-Endprodukt ergeben.
Ein am 21. Oktober 1975 veröffentlichtes Patent von Maubois et al. mit der Bezeichnung "Manufacture of Cheese from Ultrafiltered Milk", US-Patentschrift 3 914 435, lehrt Käse, der aus wärmebehandelter Milch ohne herkömmliches Ableiten von Molke mit einem Verfahren hergestellt wird, bei dem man die Milch zum Herstellen eines Konzentrats ultrafiltriert, welches im wesentlichen die Zusammensetzung von Käse hat, der mit herkömmlichen Verfahren unter Abführen der Molke hergestellt worden ist. Das Verfahren erlaubt es, daß die Milch nach der Ultrafiltration wärmebehandelt wird, ohne daß das Koagulieren der Milch mit Lab schwieriger wird, wobei diese Schwierigkeit normalerweise auftritt, wenn Milch auf hohe Temperaturen erwärmt wird. Ein am 13. Juni 1981 veröffentlichtes Patent von Wargel et al. mit der Bezeichnung "Process and Products from the Manufacture of Cheese-flavored Products", US-Patentschrift 4 244 971, lehrt das Herstellen von Käse und das Verarbeiten von Käse aus ultrafiltrierter Milch.
Ein am 30. August 1983 veröffentlichtes Patent von Rubin et al. mit der Bezeichnung "Process for Preparing Cheese Base", US- Patentschrift 4 401 679, offenbart ein Verfahren zum Herstellen von Käsegrundlage durch Konzentrieren von Milch mit Ultrafiltration in Kombination mit Diafiltration und Verdampfung, wobei das Retentat der Ultrafiltration vor dem Verdampfen mit einer sauren Kultur beimpft wird, und nach dem Verdampfen die Versäuerung nach dem Verpacken bis zum Ende abläuft.
Weiter wurde Käsebasis-Material gelehrt durch Verdampfen von Flüssigkeit aus dem Retentat unter turbulenten Bedingungen, um Bedingungen mit geringerer Feuchte herzustellen. Ein solches Verfahren ist beschrieben in einem Artikel von Ernstrom et al. mit dem Titel "Cheese Base for Processing: A High-yield Product from Whole Milk by Ultrafiltration", der im Journal of Dairy Science, Band 63, 223-234 (1980), veröffentlicht ist. Der Artikel lehrt ein Verfahren, bei dem Vollmilch, die einen normalen pH-Wert aufweist oder auf einen pH-Wert von 5,7 angesäuert ist, mit Hilfe von Ultrafiltration auf etwa 40 Prozent des ursprünglichen Milchgewichts konzentriert und bei konstantem Volumen diafiltriert wird, bis sich ein gewünschtes Verhältnis von Lactose zu Pufferkapazität eingestellt hat. Das Retentat wird dann mit Hilfe von Ultrafiltration weiter auf 20 Prozent des ursprünglichen Milchgewichts konzentriert. Das Retentat wird dann mit Käsestarter beimpft und inkubiert, um die restliche Lactose vollständig zu fermentieren, wobei die Steuerung des pH-Wertes durch Steuerung des Lactosegehalts beim Schritt der Diafiltration im Verfahren erfolgt. Das Produkt wird in einem Vakuum- Pfannenverdampfer mit bestrichener Oberfläche oder in einem Luwa-Verdampfer weiter konzentriert. In dem Artikel wird darauf hingewiesen, daß der Einsatz eines Batchverdampfers erforderlich ist, wenn das Retentat bei der Fermentation gerinnt oder koaguliert, weil ein solches Produkt in irgendeinem Verdampfer mit kontinuierlichem Fluß nicht leicht verarbeitet werden kann.
Es ist bekannt, während der Fermentation zur Verhinderung von Koagulation Salz zuzusetzen, und dies wurde bereits vor vielen Jahren verstanden; siehe: Lelait, November-Dezember 1974, Nr. 539/540. Weiter ist offenbart worden, daß Salz im Retentat das Verdampfen erleichtern kann, wie es in einer australischen Patentanmeldung offenbart ist, die Gegenstand einer veröffentlichten PCT-Anmeldung ist (WO 82/01806, veröffentlicht am 10. Juni 1982). Der Stand der Technik lehrt insbesondere, daß der Zusatz von Lab oder anderer koagulierender Enzyme zu Nilchsystemen mit hohem Festanteil zu schneller Koagulation führt und eine Bedingung darstellt, die beim Verdampfen zu vermeiden ist, weil das Verdampfen sehr uneffizient ist, nachdem die Koagulation erfolgt ist. Auf der anderen Seite kann die Anwesenheit von koagulierenden Enzymen gewünscht sein - insbesondere bei Käse mit höherem Festanteil - damit sich, wie üblich, das Vorhandensein von Para- Kappa-Casein durch Spaltung von Kappa-Casein ergibt. Die Kinetik der enzymatischen Koagulation wird von Alfred Carlson in einer im Jahr 1982 veröffentlichten Doktorarbeit der University of Wisconsin offenbart, die den Titel trägt "The Kinetics of Enzymatic Coagulation of Milk".
Bei der herkömmlichen Käseherstellung mit Lab verliert man die durch die Wirkung des Labs gebildeten Makropeptide in der Molke mit der Konsequenz einer Ausbeuteverminderung und eines Verlustes an Milchprotein, welches als Nährstoff dient. Dementsprechend wäre es wünschenswert, den Nutzen der Wirkung von Lab in Anspruch zu nehmen und gleichzeitig die Entfernung von Molke mit sich daraus ergebendem Verlust an Makropeptiden zu vermeiden.
Daneben haben Verfahren des Standes der Technik zum Herstellen von Käsebasis-Material mit höheren Festanteilen unter Verwendung der Verdampfung - bei der das Verdampfen mit hoher Turbulenz bewirkt oder das Käsebasis-Material mit wesentlichem Arbeitsaufwand nach dem Verdampfen gewonnen wird - zur Destabilisierung des Käsebasis-Materials mit höheren Festanteilen und zu einem Körper und einem Gefüge führen, die anders sind als viele bekannte Käsearten. Diese Destabilisierung kommt insbesondere in Betracht bei Gesamt-Festgehalten von mehr als 60 bis 62 %, beispielsweise bei Käse wie Cheddar-Käse, es gibt sie jedoch bereits bei Festanteilen von 55 %. Käse-Basismaterial, welches bisher durch Verdampfen von Retentaten bis zu einem Gesamtfestgehalt von mehr als 60 % hergestellt worden ist, hatte dementsprechend nicht die typischen Eigenschaften im Hinblick auf Körper und Gefüge, die bekannte Käsesorten mit hohem Festgehalt aufweisen.
Die Verwendung von Verdampfungsverfahren mit Durchsatz bei hoher Turbulenz oder das Bearbeiten nach dem Verdampfen ergibt zusätzlich kein Produkt, welches eine Ähnlichkeit mit Quark aufweist. Die Verfahren des Standes der Technik zur Herstellung von Käse aus Retentaten unter Einsatz von Verdampfungstechniken offenbaren kein Verfahren zur Herstellung eines quarkähnlichen Produkts.
Der Stand der Technik lehrt viele unterschiedliche Schritte in Bezug auf das Herstellen von Käsearten und Käse-Basismaterialien aus Milchretentaten. Das Verdampfen von Milchretentaten ist eine bereits bekannte Arbeitstechnik, jedoch hat das entstehende Produkt weder den Charakter von Quark, noch wandelt es sich in ein Produkt um, welches den Körper und das Gefüge von Käse hat. Daneben ist der Stand der Technik vielfach auf das Herstellen von Käse mit höherem Feuchtegehalt oder von Weichkäse gerichtet, nicht jedoch auf das Herstellen von Käsesorten mit hohen Festanteilen aus Retentaten mit Hilfe des Verdampfens von Retentaten. Die Schwierigkeit, die mit Turbulenz bei höherem Feststoffgehalt erfolgt, d.h. oberhalb von 55 % Gesamt-Feststoffgehalt, liegt darin, daß das Produkt destabilisiert wird und Fett ausscheidet bzw. ausschwitzt, und Produkt mit hohem Festgehalt, d.h. mit mehr als 60 % Gesamt-Festgehaltanteil, hat nicht den charakteristischen Körper und das charakteristische Gefüge von Käse. Wenn der Feuchtegehalt hoch genug ist, kann das Ausschwitzen von Fett vermieden werden, und es können ein Körper und ein Gefüge wie bei Weichkäsesorten bereitgestellt werden.
Die Verwendung von Magermilch, d.h. einer Milch mit einem Fettgehalt von weniger als 1,0 %, hat nach Verarbeitung zu einem Retentat mit bekannten Arbeitstechniken nicht zu wirksamer Verdampfung in Verdampfern mit bestrichener Oberfläche bis zu einem Festanteilgehalt von mehr als 45 % geführt, weil die Rotoren solcher Verdampfer gebunden wurden. Die bekannten Arbeitstechniken stellen deswegen keine wirksamen Mittel zum Herstellen von Magermilchkäse zur Verfügung, d.h. von Käse mit weniger als 16 % Fett. Solche Käsesorten mit niedrigem Fettgehalt sind besonders gefragt für die Herstellung von weiterverarbeiteten Käsesorten, weil der Verbraucher gesunde Diätalternativen wünscht, und ihre Herstellung durch Verfahren der Ultrafiltration und der Verdampfung würden große Vorteile bringen.
Trotz der vielen technischen Lehren des Standes der Technik im Zusammenhang mit der Herstellung von Käse-Basismaterial und von Käse aus Retentaten, die aus Milch nach deren Verdampfung stammen, gibt es dementsprechend kein leistungsfähiges Verfahren zum Herstellen von Käse aus Magermilch unter Einsatz eines Retentats, welches mit Membrantechniken hergestellt wird.
Es ist eine Hauptaufgabe der Erfindung, Quark und/oder Käse aus Retentat mit niedrigem Fettgehalt oder aus Magermilch-Retentat mit Hilfe der Verdampfung zur Verfügung zu stellen, wobei der Quark und/oder der Käse einen Festanteilgehalt von mehr als 50 % aufweisen.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung liegt in der Bereitstellung von Käse aus Milch mit niedrigem Fettgehalt, der stabil ist und kein Öl absondert und der hergestellt wird durch Verarbeiten eines Retentats aus fettarmer Milch unter Verdampfung in einem Verdampfer mit bestrichener Oberfläche.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, einen Käse aus fettarmer Milch zur Verfügung zu stellen, bei dem in wesentlichem Umfang Para-Kappa-Caseln gebildet wird, der jedoch in einem Verfahren unter Einsatz von kontinuierlicher Verdampfung mit bestrichener Oberfläche und einer entsprechenden Ausrüstung eingesetzt werden kann.
Weitere Aufgaben und Vorteile der Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung deutlich.

Zusammenfassung der Erfindung

Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird Quark und/oder Käse aus Magermilch hergestellt, wobei der Fettgehalt der Milch auf weniger als 1,0 % eingestellt wird, um Quark und/oder Käse zu erhaltene der mehr als 50 % Festanteil und etwa 15 % Fett (Trokkenbasis) hat. Die fettarme Milch wird der Behandlung mit Ultrafiltration unterzogen, um ein Retentat herzustellen. Dem Retentat wird eine Milchsäure erzeugende Kultur wie auch ein koagulierendes Enzym zugesetzt. Das Retentat wird einer Bewegung unterworfen, die zur Verhinderung der Bildung eines Koagulums ausreichend ist. Nach der Fermentation wird das Retentat unter turbulenten Bedingungen zum Erzeugen eines Magermilch-Käses verdampft, der einen Festanteilgehalt von mindestens etwa 50 % hat.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

Für das erfindungsgemäße Verfahren wird bevorzugt frische Vollmilch eingesetzt. Die Milch wird zum Erzeugen eines gewünschten niedrigen Fettgehaltes durch herkömmliche Trennverfahren mit Zentrifugation standardisiert. Es ist im allgemeinen wünschenswert, einen Fettgehalt von weniger als 1 % zu haben, bevorzugt 0,6 bis 0,8 %. Alle hier verwendeten Prozentangaben bedeuten Gewichtsprozente, wenn nichts anderes angegeben ist. Das Protein/Fett-Verhältnis beträgt bevorzugt 4,3 bis 5,2. Selbstverständlich könnte die standardisierte Milch bereitgestellt werden durch Verwendung von Festanteilen von fettarmer Milch, die in Wasser bis zum gewünschten Fettgehalt und zum gewünschten Protein/Fett-Verhältnis gelöst werden. Die standardisierte Milch wird dann bei herkömmlichen Pasteurisierungsbedingungen pasteurisiert, indem man sie beispielsweise 16 Sekunden lang auf 161 ºF (71,7 ºC) erhitzt.
Die fettarme Milch wird dann mit bekannten Verfahren der Ultrafiltration oder mit äquivalenten Verfahren behandelt, um ein Retentat zu erhalten, welches aufweist: zwischen 74 und 82 % Feuchte; zwischen 1,2 und 1,8 % Asche; zwischen l2 und 20 % Protein; zwischen 0,8 und 1,4 % Lactose und zwischen 2,2 und 3,5 % Fett.
Zum Erhalten des angegebenen Retentats kennt der Stand der Technik eine Vielzahl von Arbeitstechniken, beispielsweise die Ultrafiltration mit oder ohne Diafiltration. Zur Herstellung solcher Retentate werden Vorrichtungen verkauft und sind im Handel erhältlich, und die Vorrichtungen werden augenblicklich in der Käseindustrie eingesetzt. Es ist davon auszugehen, daß die Bedienung solcher Vorrichtungen im Können des Fachmanns liegt. Bei der Durchführung der Erfindung wird die Milch bevorzugt mit Ultrafiltration und Diafiltration behandelt, um im Retentat den gewünschten Gehalt der Bestandteile zu erhalten.
Der Gesamt-Festanteilgehalt des Retentats sollte nicht so groß sein, daß sich daraus beim Verarbeiten Gelierung des Retentats ergibt, und es wurde gefunden, daß der Gesamt-Festanteilgehalt des aus Magermilch hergestellten Retentats zwischen 18 und 22 % liegen sollte.
Das Retentat wird dann in einen Fermentationstank gebracht und mit herkömmlichen Käsekulturen oder Startern gemischt, wie beispielsweise denen, die im Handel erhältlich sind und normalerweise beim Herstellen von Käse amerikanischer Art und anderer Arten verwendet werden. Beispiele für solche Kulturen oder Starter sind Streptococcus lactis, Streptococcus cremoris, Lactobacillus bulgaricus und Lactobacillus lactis und andere bekannte Mikroorganismen. Der Begriff "Käse amerikanischer Art" soll Cheddar-Käse einschließen. Dem Retentat können Enzyme zugesetzt sein, um den Geschmack im Endprodukt zu verbessern, wie beispielsweise gewisse Lipasen und Proteasen, die Fett und Protein im Retentat hydrolysieren. Die Enzyme dienen auch dazu, die Viskosität im System herabzusetzen, was dazu dient, das Gelieren während des Prozesses zu verhindern. Diese Enzyme sind in der Käseindustrie ebenfalls bekannt, und ihr Zusatz beim Herstellen von Käse ist bereits offenbart worden.
Das Retentat wird auch mit einem Enzym zur Milchgerinnung versetzt, welches üblicherweise bei der Käseherstellung verwendet wird und im Handel im allgemeinen erhältlich ist. Das vielleicht beste bekannte koagulierende Enzym bei der Herstellung von Käse ist Kalbslab. Jedoch ist in der Käseindustrie eine Reihe anderer Enzyme zur Milchgerinnung bekannt, wie beispielsweise mikrobielles Lab, wie Mucor meheii. Diese Enzyme sind dafür bekannt, daß sie im Käse die Umwandlung von Kappa-Casein zu Para-Kappa-Casein durch ihre Wirkung auf Kappa-Casein in Milch auslösen. Äquivalente für solche bekannte Enzyme zur Milchgerinnung können eingesetzt werden, wenn sie die Umwandlung von Kappa-Casein in ähnlicher Weise wie die Enzyme zur Milchgerinnung auslösen. Bei der herkömmlichen Käseherstellung verursachen die koagulierenden Enzyme das Gerinnen von Milch unter Bildung eines Koagulums, wobei im wesentlichen das gesamte Para-Kappa-Casein in dem Bottich gleichzeitig mit dem Gerinnen der Milch gebildet wird. Die Enzyme zur Milchgerinnung bilden auch Makropeptide, die bei der herkömmlichen Käseherstellung mit der Molke entfernt werden. Wenn die Milchfestbestandteile zunehmen, lehrt der Stand der Technik eine schnellere Koagulation und die Bildung von Para-Kappa-Casein.
Dem Retentat wird so viel Enzym zur Milchgerinnung zugesetzt, wie es zur Bildung eines Koagulums erforderlich wäre, wenn das Retentat unbewegt gehalten wird. Es wird auch so viel Enzym zur Milchgerinnung zugesetzt, wie es erforderlich ist, um vor der weiteren Verarbeitung im wesentlichen das gesamte Kappa-Casein in Para-Kappa-Casein umzuwandeln. Das bevorzugte Verfahren verwendet Enzym, welches beispielsweise äquivalent ist 0,01 % der einfachen Stärke des Lab im fertigen Käse berechnet bei 51 % Gesamt-Festanteilen, um eine genügende Menge des Enzyms zur Milchgerinnung bereitzustellen. Die Mischung wird dann so lange gehalten, wie es erforderlich ist, die Umwandlung in Para-Kappa- Casein im wesentlichen herbeizuführen, bevorzugt eine Umwandlung von mehr als 90 %.
Während das koagulierende Enzym in einer Menge zugesetzt werden muß, die zum Bilden eines Koagulums ausreicht, um die ausreichende Umwandlung von Kappa-Casein in Para-Kappa-Casein zu erreichen, ist es ein wichtiger Aspekt der Erfindung, daß die Bildung eines Koagulums verhindert wird. Im Zusammenhang damit wurde festgestellt, daß das Retentat beim Fermentationsschritt im Fluidzustand ohne Bildung eines Koagulums gehalten werden kann, wenn man das Retentat während der Fermentation zum Verhindern des Koagulums einer vollständigen Bewegung unterwirft. Heftiges Bewegen bzw. Rühren alleine verhindert in dieser Hinsicht nicht das Auftreten eines Koagulums. Viele Bereiche, wie beispielsweise "tote Stellen" entlang der Rührwelle, Stützträger und Bereiche hinter der Ablenkplatte sind anfällig für lokale Bildung von Koagulum. Zum Beseitigen von Koagulation liegen zwei geeignete Methoden vor.
Bei der ersten Methode verwendet man fortlaufendes Rühren in Kombination mit fortlaufender Rezirkulation des Retentats aus dem Bodenbereich des Fermentationstanks zurück zum oberen Bereich des Retentats im Fermentationstank. Das fortlaufende Rühren kann bereitgestellt werden mit Hilfe einer rotierenden Stange eines Walker-Kessels, die mit einer Geschwindigkeit von 15 bis 17 min1 betrieben wird. Eine Rezirkulierungsgeschwindigkeit von 0,01 bis 10 Gallonen pro Minute pro Gallone Retentat im Fermentationstank (0,01 bis 10 1 pro Minute pro Liter Retentat im Fermentationstank) ist zum Verhindern von Koagulumbildung geeignet.
Bei einer zweiten Methode zum Vermeiden der Bildung von Koagulum während der Fermentation sind eine Haupt- und eine Hilfseinrichtung zum Bewegen des Retentats im Fermentationstank vorgesehen. Die Haupt-Bewegungseinrichtung ist diejenige, die in einem handelsüblich erhältlichen Walker-Kessel vorgesehen ist. Die Haupt-Rühreinrichtung ist ein rotierender Stab, der an eine Welle montiert ist und sich am Boden des Kessels dreht, bevorzugt mit einer Geschwindigkeit von 10 bis 30 min&supmin;¹. Der Stab ist so gestaltet, daß er sich der Kontur des Kesselbodens anpaßt. Die Hilfs-Rühreinrichtung ist ein wendelartiger Schraubenrührer, der im Fermentationstank senkrecht an einer Stelle angebracht ist, die in der Nähe zur Welle der Haupt-Rühreinrichtung liegt und im wesentlichen parallel dazu ist. Der wendelartige Schraubenrührer wird bevorzugt mit einer Geschwindigkeit von 20 bis 150 min&supmin;¹ betrieben. Die Kombination Haupt-/Neben-Rührung verhindert auf äußerst wirksame Weise die Bildung von Koagulum während der Fermentation.
Die Fermentation und das Rühren des Retentats werden so lange durchgeführt, bis die Säure im Retentat den pH-Wert auf den Bereich zwischen 4,8 und 4,4 abgesenkt hat. Der pH-Wert kann durch Steuern des Lactosegehalts im Retentats gesteuert werden. Anders ausgedrückt, die Käsekulturen dienen dazu, die Lactose in Milchsäure umzuwandeln und erhöhen dadurch den Säuregehalt und senken den pH-Wert ab. Wieder ist es wichtig, daß die Fermentation auf eine Weise gesteuert wird, daß die Bildung eines Koagulums vermieden wird.
Der erfindungsgemäße Zusatz des koagulierenden Enzyms beim Rühren führt zur Bildung von teilchenförmigem Quark. Dieser teilchenförmige Quark sollte eine Teilchengröße zwischen 3 und 22 Mikron (um) haben. Durch die Bildung dieses teilchenförmigen Quarks erfährt der für das Verdampfen verwendete Verdampfer mit bestrichener Oberfläche eine wesentliche Verbesserung seiner Wirksamkeit, und das Binden der Rotoren wird vermieden. Dieser Befund im Hinblick auf die Verwendung von teilchenförmigem Quark überwindet die vorher erfahrenen Probleme beim Einsatz von Verdampfern mit bestrichener Oberfläche, wenn fettarme Käseprodukte mit hohem Festanteil hergestellt werden.
Bei Fermentationstemperaturen oberhalb von 75 ºF (23,9 ºC) findet in signifikantem Umfang ein Gerinnen von Käseteilchen statt, die ausgefälltes Protein darstellen. Der Einsatz von Fermentationstemperaturen im Bereich von 68 bis 72 ºF (20 bis 22,2 ºC) minimiert das Fällen von Protein und die Bildung von Käseteilchen weitgehend. Bei Ablauf der Fermentationszeit befindet sich das Retentat im fluiden Zustand, und es hat sich kein Koagulum gebildet. Das Retentat kann dann mit großer Effektivität der Verdampfung mit bestrichener Oberfläche unterworfen werden, um erfindungsgemäßen fettarmen Käse zu erhalten.
Das Verdampfen wird so durchgeführt, daß während der gesamten Entfernung von Wasser in hohem Ausmaß turbulente Bedingungen gegeben sind. Dies wird bevorzugt durch Einsatz eines handelsüblich erhältlichen Verdampfers bewerkstelligt, wie beispielsweise eines Turba-Film-Verdampfers oder eines Luwa-Verdampfers. Das Verdampfen wird herbeigeführt, um ein verdampftes Produkt mit einem Festanteil von 50 bis 58 Gew.-% herzustellen.
Während des Verdampfens ist es wünschenswert, daß die Temperatur des fermentierten Retentats 85 ºF (29,4 ºC) nicht überschreitet. Das verdampfte Retentat wird bevorzugt aus dem Verdampfer bei einer Temperatur von 75 bis 85 ºF (23,9 bis 29,4 ºC) ausgetragen, am bevorzugtesten bei einer Temperatur unterhalb von 80 ºF (26,7 ºC). Unmittelbar nach dem Verdampfen ist das erfindungsgemäße Produkt so fließfähig, daß der fettarme Käse in geeigneten Behältern verpackt werden kann.
Ohne den Wunsch der Bindung an irgendeine besondere Theorie wird angenommen, daß der Zusatz eines Enzyms zur Milchgerinnung während der Fermentation zu enzymatischer Spaltung von Kappa-Casein führt (> 90 % Umwandlung in Para-Kappa-Casein). Es wird angenommen, daß das während des Fermentationsschrittes angewandte fortlaufende Rühren die Triebkraft liefert, die erforderlich ist, das Entstehen eines Gelnetzwerks zu verhindern, was zu nahezu vollständiger Synärese innerhalb des Retentats führt. Das Casein wird in dichte Teilchen aggregiert (bis zu 22 Mikron [um]), die in der Fett/Feuchtigkeits-Phase des Retentats suspendiert sind.
Nach dem Verdampfungsschritt ergibt das verdampfte Produkt einen Käse, der ein Gefüge mit weichem, glattem und fettstabilem Aussehen hat.
Es wird angenommen, daß das höhere Potential an Festanteilen während des Verdampfens deswegen erreichbar ist, weil die Bildung eines dreidimensionalen Casein-Netzwerkes verhindert wird; die Feuchtigkeitsphase wird nicht eingeschlossen und steht zur Verdampfung leicht zur Verfügung.
Das erfindungsgemäße fettarme Magermilch-Käseprodukt ist in hohem Maß geeignet zur Herstellung von fettarmen weiterverarbeiteten Käsearten, wie beispielsweise fettarmen Käsescheiben. In diesem Zusammenhang kann das erfindungsgemäße Käseprodukt als solches zur Herstellung von fettarmen Käsescheiben verwendet werden, oder es kann mit 25 bis 75 Gew.-% natürlichem Käse gemischt werden, wie beispielsweise amerikanischer Käse oder schweizer Käse, um ein weiterverarbeitetes Käseprodukt herzustellen, welches allen Ansprüchen gerecht wird.
Die folgenden Beispiele erläutern eine Reihe von Merkmalen der vorliegenden Erfindung, sind jedoch keinesfalls als begrenzend im Hinblick auf den Schutzumfang der Erfindung aufzufassen, der durch die beigefügten Patentansprüche definiert wird.

Beispiel I

Frische Vollmilch wurde auf ein Protein/Fett-Verhältnis von 4,46 mit 0,70 % Fett und 3,12 % Protein standardisiert und dann 16 Sekunden lang bei 161 ºF (71,7 ºC) an Platten pasteurisiert (Hochtemperatur-Kurzzeit-Pasteurisierung; high temperature, short time (HTST)).
Zum chargenweisen Verarbeiten wurde ein Dorr-Oliver-Ultrafiltrationssystem verwendet, um Retentat mit 1,0 % Lactose und 21,5 % Gesamtfestanteilen zu gewinnen, d.h. eine fünffache Konzentrierung. Die Diafiltration wurde in zwei getrennten Schritten bewerkstelligt, indem das Retentat mit 0,77 und 0,67 Teilen Wasser gewaschen wurde (40 und 35 Gallonen Wasser auf 52 Gallonen Retentat [40 und 35 Liter Wasser auf 52 Liter Retentat] bei einem Gesamt-Festanteil von etwa 24 %). Das Retentat wurde dann 16 Sekunden lang bei 165 ºF (73,9 ºC) hochtemperatur/kurzzeitpasteurisiert und im Anschluß daran auf eine Temperatur von 68 bis 70 ºF (20 bis 21,1 ºC) abgekühlt. Das Retentat wurde dann in einen Walker-Kessel entfernt, der mit einem wendelartigen Schraubenrührer als Hilfseinrichtung versehen war, der parallel zur Welle des Haupt-Rührstabs montiert war. Der Hauptmischer wurde angeschaltet und mit einer Geschwindigkeit von 15,75 min&supmin;¹ betrieben, und der wendelartige Hilfsmischer wurde angeschaltet und bei einer Geschwindigkeit von 150 min&supmin;¹ betrieben. Es wurde 22-prozentige Salzlösung zugesetzt, damit sich im fertigen Magerquarkkäse beim Verdampfen auf einen Gesamt-Festanteil von 57 % ein berechneter Salzgehalt von 1,2 % ergab. Es wurde ein DVS-Milchsäurestarter in einer Menge von 0,24 ml pro Pound Retentat (0,53 ml pro kg Retentat) zugesetzt. Es wurde das Enzym "New Marzyme coagulant C" (Lösung 1 zu 10) in einer Menge zugesetzt, daß sich im Magermilchretentat mit einem Gesamtfestanteil von 57 % ein berechneter Enzymgehalt von 0,011 % ergab.
Die Fermentation wurde über Nacht bei einer Temperatur von 72 ºC (22,2 ºC) bei vollständigem Rühren des Retentats mit Hilfe des Haupt- und des Hilfsmischers durchgeführt. Die gesamte Fermentationszeit betrug 16 Stunden. Nach der Fermentation waren im wesentlichen 100 % des Kappa-Caseins in Para-Kappa-Casein umgewandelt. Bei Beendigung der Fermentationszeit hatten die Quarkpartikel eine Größe im Bereich von 3 bis 22 Mikron (um).
Das fermentierte Retentat wurde dann auf einen Gesamt-Festanteilgehalt von 57 % in einem Turba-Film-Verdampfer verdampft, der mit einer Wellengeschwindigkeit von 270 min&supmin;¹ einer Dampftemperatur (in/out) von 150/140 ºF (65,6/60 ºC), einem Dampfdruck von 18 mm Hg und einer Produktaustragstemperatur von 80 ºF (26,7 ºC) betrieben wurde.
Das aus dem Verdampfer austretende Produkt hatte ein weiches, nicht-öliges Aussehen, welches nicht zu dick oder zu klebrig war. Beim Abkühlen wurde das erfindungsgemäße fettarme Magermilch-Käseprodukt erfolgreich als 100-% und 50-%-Ersatz von herkömmlichem Magerkäse eingesetzt, der zum Herstellen eines geschnittenen, verarbeiteten Käseprodukts auf einer Kühlrolle verwendet wurde. Die Herstellung der Käsescheiben mit der Kühlrolle ergab eine gute Verarbeitbarkeit bei 50 % Ersatz und führte dazu, daß bei 100 % Ersatz in gewissem Umfang ein Brechen der Scheiben erfolgte. Eine organoleptische Prüfung zeigte, daß der erfindungsgemäß hergestellte Magermilchkäse mit den Vergleichsscheiben vergleichbar war, die mit herkömmlichem Magerkäse hergestellt worden waren.

Beispiel II

Frische Vollmilch wurde auf ein Protein/Fett-Verhältnis von 5,0 standardisiert. Die Milch wurde nach dein Entrahmen auf dem Milk- O-Scan (Foss Infrarot-Protein- und -Fett-Analysator) untersucht, um die Genauigkeit sicherzustellen. (Zusatz von Rahm oder fettarmer Milch wäre notwendig, wenn ein Einstellen erforderlich ist). Die Milch wurde 16 Sekunden lang bei 161 ºF (71,7 ºC) pasteurisiert.
Ein spiralförmig gewendeltes, sechsstufiges Ultrafiltrationssystem von Abcor wurde zum kontinuierlichen Konzentrieren der Milch verwendet. Die ersten vier Stufen wurden zum Konzentrieren und die zwei letzten Stufen zum Diafiltrieren verwendet. Das Wasser in der letzten Stufe wurde so eingestellt, daß sich im fertigen Retentat 0,9 % Lactose ergab. Das Retentat wurde auf einen Gesamt-Festanteil von 21,5 % konzentriert und dann erneut 16 Sekunden lang bei 161 ºF (71,7 ºC) pasteurisiert. Nach dem Pasteurisieren wurde das Retentat auf 70 ºF (21,1 ºC) abgekühlt und 7500 lbs (3401,9 kg) des Retentats wurden in einen Fermentationstank in Gestalt eines handelsüblichen Walker-Kessels mit 1000 Gallonen (3785,4 l) gepumpt.
Der Rührer mit Oberflächenabstreifer des Fermentationstanks wurde auf 18 min&supmin;¹ eingestellt. An den Bodenauslaß des Tanks wurde eine Pumpe angeschlossen, um das Retentat während der Fermentation zu rezirkulieren. Die Flußgeschwindigkeit wurde auf 8 Gallonen/min (30,3 l/min) eingestellt, um überall im Retentat Turbulenz zu erzeugen, "tote Stellen" zu beseitigen und dadurch die Bildung eines Koagulums zu verhindern.
Salz wurde mit Wasser zur Bildung einer Salzlösung von 22 % gemischt. Diese Salzlösung wurde zugesetzt, damit ein Käse mit 1,4 % Salz im fertigen Käse bezogen auf 51 % Festanteil im Käse entstand. Dem Käse wurde eine Milchesäurekultur in einer Menge von 240 ml Kultur pro 1000 lbs des Retentats mit 22 % Festanteil zugesetzt (529,1 ml Kultur pro 1000 kg des Retentats mit 22 % Festanteil). Doppelt starkes New Marzyme Koaguliermittel wurde in einer Menge von 11 ml pro 1000 lbs des Retentats mit 22 % Festanteil zugesetzt (24,3 ml pro 1000 kg des Retentats mit 22 % Festanteil).
Die Fermentation wurde über Nacht bei einer Temperatur von 71 ºF (21,7 ºC) ablaufen lassen. Die gesamte Fermentationszeit betrug etwa 11 Stunden. Am Ende der Fermentation waren etwa 90 % des K-Caseins in P-K-Casein umgewandelt. Am Boden des Fermentationstanks waren einige kleine Käsefeinanteile vorhanden und klumpten sich um die Rührwelle. Diese wurden durch eine Scherpumpe gepumpt, um ihre Größe zu verringern und für das Verdampfen zu Käse ein homogenes Fluid zu erzeugen.
Das fermentierte Retentat wurde in einen Turba-Film-Verdampfer mit bestrichener Oberfläche auf einen Gesamt-Festanteilgehalt von etwa 51 % Gesamt-Festanteilen verdampft. Die Beschickungstemperatur betrug 70 ºF (21,1 ºC), und das Produkt wurde mit einer Beschickungsgeschwindigkeit von etwa 25 lbs/min (11,3 kg/min) gepumpt. Die Dampfeinspeisungstemperatur des Turba-Film-Verdampfers betrug 160 ºF ± 3 ºF (71,1 ºC ± 1,7 ºC), und die Dampftemperatur betrug 79 ºF ± 3 ºF (26,1 ºC ± 1,7 ºC). Ein Dampfdruck von 23 bis 28 mm Hg führte zu Produktaustragstemperaturen zwischen 76 und 82 ºF ( zwischen 24,4 und 27,8 ºC).
Der entstehende Käse war ähnlich in Aussehen, Geschmack und wurde zum Herstellen von weiterverarbeitetem Käse in ähnlicher Weise verwendet wie der in Beispiel I hergestellte Käse.

Claims

1. Verfahren zum Herstellen von Käse aus Magermilch, bei dem man

(a) den Fettgehalt der Milch auf weniger als 1 % einstellt;

(b) die Milch zum Erzeugen eines Retentats der Membranbehandlung unterwirft und das Retentat in einen Fermentationstank bringt;

(c) dem Retentat Milchsäure erzeugende Kulturen und ein koagulierendes Enzym zusetzt;

(d) das Retentat fermentiert, indem man das Retentat einer Bewegung unterwirft, die zur Verhinderung der Bildung eines Koagulums ausreichend ist; und

(e) das fermentierte Retentat unter turbulenten Bedingungen zum Erzeugen eines Magermilch-Käse verdampft.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Bewegung in Schritt (d) zur Bildung von Gerinnungsteilchen ausreichend ist, die eine mittlere Teilchengröße im Bereich von 3 bis 22 Mikron (um) aufweisen.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Bewegung in Schritt (d) bewirkt wird durch Bewegen des Retentats mit einem mechanischen Mischer bei gleichzeitigem Rezirkulieren von Retentat aus dem unteren Bereich des Fermentationstanks zum oberen Bereich des Retentats.

4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Rezirkulationsgeschwindigkeit von 0,01 bis 10 Gallonen pro Minute pro Gallone Retentat im Fermentationstank beträgt (0,01 bis 10 Liter pro Minute pro Liter Retentat im Fermentationstank).

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Bewegung in Schritt (d) bewirkt wird durch Einsatz eines primären rotierenden Stabmischers in Kombination mit dem Einsatz eines sekundären spiralenförmigen Schraubenmischers.

6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei der primäre Mischer mit einer Geschwindigkeit von 10 bis 30 min&supmin;¹ betrieben wird und der sekundäre Mischer mit einer Geschwindigkeit von 20 bis 150 min&supmin;¹ betrieben wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Fermentation bei einer Temperatur von weniger als 75 ºF (weniger als 23,9 ºC) stattfindet.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Retentat während der Fermentation bei einer Temperatur von 68 bis 72 ºF (20 bis 22,2 ºC) gehalten wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Verdampfen des Retentats ausreicht, um ein verdampftes Retentat mit einem Feststoffgehalt von 50 bis 58 Gew.-% zu ergeben.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Temperatur des fermentierten Retentats während des Verdampfungsschrittes 85 ºF (29,4 ºC) nicht übersteigt.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das verdampfte Retentat aus dem Verdampfer bei einer Temperatur von 75 bis 85 ºF (23,9 bis 29,4 ºC) ausgetragen wird.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 1, weiter umfassend das Mischen von 25 bis 75 Gew.-% des Magermilchkäse mit 75 bis 25 Gew.-% natürlichem Käse.