Pasta Filata und Mozzarella – Teil II

Ein Überblick über wichhtige chemisch-physikalische Vorgänge, die die Schmelzbarkeit beeinflussen 

 Texturisierung (Filata)

Die Texturisierung de Käse masse, sog. Filatura, verleiht dem Käse die Eigenschaft, sich ausdehenen zu lassen, und zwar ohne zu zerreißen, wenn ein kontinuerlicher Stress auf den Teig angewandt wird. Der Stress wird in Form von Temperatur und mechanischer Scherung angewandt. Das Wort Filatura stammnt aus dem Italienischen, aus der traditionellen Wollfassehestellung (siehe Abb. 4).

Wie vorher erkläart, gibt es keinen definierten pH-Wert für die Filatura. Dieselbe wird durchgeführt, wenn der Käsemasse (Kaseine) genügend gebundenes Kalzium entzogen wurde. Vor der Ausdehnung enthält die Käsemasse – wie bei anderen Käsen – das Wasser (»Serum«) und das Fett in den Poren der Matrix fein verteilt. Bei der Filatura schmilzt die Proteinmatrix und fängt an, durch hydrophobeWechselwirkungen sich zu vereinen. Der tiefe pH-Wert, das Verhältnis von löslichen zu kaseingebundenem Kalzium, die gesamte Kalziumkonzentration sowie die höheren Temperaturen bei dem Prozess führen zu eine begrenzten Aggregation der Kaseinstränge, was in die lineare Ausrichtung der para-Kasein-Matrix in der Form von Fasern, und gleichzeitig in der Verklumpung der vorhandenen Milchfettkügelchen, resultiert. Wegen der erhöhten Hydratisierung der Matrix mit abnehmendem pH-Wert wird das Fließen der para-κ-Kaseinmatrix stark behindert, was die erwünschte lineare Orientierung der Moleküle unterstützt. Die Abbildung 5, aus den Arbeiten von dr. Kindstedt in USA, zeigt deutlich die parallele Ausrichtung der Kaseinstrande unmittelbar nach dem Texturisierungsprozss.

Der Texturisierungsprozss der Käsemasse erfolgt bei Temperaturen in dem Bereich von 55ºC bis 58ºC, was durch kneten und Ausdehnung unter der mechanischen Scherung mit heißem Wasser bei 75ºC bis 80ºC in der anlage erreicht wird. Früher hat man das manuell gemsacht und danach sehr rote Hände gehabt! Einige Hersteller texturisieren die Käsemasse unter Verwendung von gesalzenem Wasser. Es ist anzunehmen, dass NaCl aud dieser Art besser in der Käsestruktur verteil wird. Salz hat eine Wirkung auf die Schmelzbarkeit von Käse. Wir kommen gleich auf diesen Punkt zurück.

Eine zu große Erhöhung der Geschwindigkeit der Schnecke in der Texturisierungsanlage verursacht ein Zerreißen des Käses, da die Temperatur nicht hoch genug ist, um die Käsemasse zu erweichen, bevor die Deformation und Ausdehnung unter den Scherkräften der Schnecke stattfindet. Daraus resultieren Käse mit erhöhtem Trocknmassegehalt und weniger Fett in der Trockenmasse. Die Käse weisen eine zu feste Textur auf. Wird die Schnecke zu langsam gefahren, tritt freies Öl aus, auch während der Kühllagerung.

Während des Texturisierungsprozesses wird das in den Matrixporen vorhandene Fett herausgedrückt und zum Verklumpen gezwungen. Somit entstehen große Fettansammlungen (sog. »fat pools«), die dem Druck von den sich ausrichtenden Proteinsträngen widerstehen können und sich selbst in Kanälen zwischen den Prosemasse ausgedehnt wird.

Diese neue (Um-)Verteilung findet nicht nur beim Fett statt, sodern auch mit dem Käsewasser (Serum) bzw. mit den in dem Wasser gelösten Komponentem, wie Molken proteine, Bakterien, Milchsalze, Enzyme, die sich neu ausrichten müssen. Das ist abgebildet in Abb. 5 und 6, die aus Arbeiten von Dr. Kindstedt und Dr. McMahon aus USA entnommen wurden. Man sieht deutlich, dass die Proteine als lange Fasern zwischen den (in Schwarzer Farbe) Känälen von Käsewasser und Fett vorkommen. In Abb. 6 sieht man sogar einige Bakterien sowie Reste des Milchfettkügelchenmembranmaterials in der Interphase zwischen den Proteinsträngen und dem Kanal, wo Serum und Fett vor der Mikroskopie anwsend waren.

Während die texturisierte Käsemasse sich abkühlt, die Fettansammlungen erstarren und als eine Art Schablone dienen, um die herum sich die (noch verformbarem) Proteinstränge weiter linear ausrichten lassen. In anderen Worten, das Fett unterbricht das weitere Verschmelzen der gbildeten Proteinstränge miteinander und liefert somit auch den nötigen Raum, um das Käseserum zurückzuhalten. Die Kasine sehen wie glatte, lange Fäden aus, die durch die Serum-Kanäle getrennt sind.

Salzen

Das Salzen erfolgt während der Texturisierung mittels Injektion von Salzwasser oder Trocknsalz oder nach der Filatura mittels Eintauchen in kalter Salzlake. Letzteres trägt zur Stabilität und zur Bildung einer Haut bei. Bei dem lezten Prozess werden die Käseformem in kaltes Wasser gesteellt, damit sich der Käse verfestigen kann, und dann erst ins Salzbad eingelegt. Die Form des Käses wird deutlich beeinflusst durch die Salzaufnahme aus der Lake, Weil sie unter anderem von dem Verhältnis zwischen Oberfläche zu Volumen bestimmt wird. Eine kombinierte Behandlung von Trockensalzen und Salzlake kann auch erfolgen.

Gefälle in den Konzentrationen von Salz und Wasser in der Käsemasse können die proteolytischen Vorgänge und somit auch funltionellen Eigenschaften beeinflussen leicht erhöhte Salzkonzentrationen den Austritt von freiem Fett positiv, dessen Bildung unterdrückt oder unterbunden wird. Gleichzeitig reduziert sich die Menge an Serum, das man aus dem Käse durch hydraulisches Herauspressen gewinnen kann. Die Erklärung wird darin gesehen, dass Salz (NaCl) in der Serumphase die mikrostrukturelle Schwellung (Hydratisierung) unterstüzt und somit auch das Wasserbindungsvermögen und die Löslichkeit von intakten Kaseinen aus der para-κ-Kaseinmatrix.

Lagerung, Shelf-Life

Zweck der Lagerung (Stabilisierung) von Pizza-Käse bei 8ºC bis 10ºC ist es, bis zu 12% des gesamten Eiweißes in die lösliche Form zu bekommen bzw. die funktionellen Eigenschaften zu erhöhen. Die Lagerung der Pasta Filata Käse verbessert Schmelzbarkeit; die Menge an Serum, die herausgedrückt werden kann, geht zurück. Die Hydrolyse von intaktem Kasein durch das verwendete Lab charakterisiert die Veränderungen während dieser Zeit.

Während der Lagerung erfährt die Eiweißmatrix weitere strukturelle Veränderungen; Wasser geht aus den Kanälen in die Matrix über und erhöht derem Hydratisierung. Letzteres resultiert in einer Zunahme des hydrodynamischen Volumens der Proteine, die anfangen, sich in dem Raum zwischen Fettkügelchen in den Fett-Serum-Kanälen auszudehnen. Somit werden diese Känale Kleiner, das Wasser wird von den Proteinen zu rückgehalten, was in größerer Hydratation resultiert und in einer Reduktion oder gar Eliminierung der Menge an mechanisch herausgedrücktem Wasser. Dies erhöht die Schmelzbarkeit. Hinzu kommt, dass durch die Proteolyse der αS1-Kaseine und β-Kaseine durch die proteolytischen Enzyme die Schmelzbarkeit über die Lagerzeit verbessert wird.

Kühllagerung (bis 30 Tagen) von Halbfett-Pizza-Käse bewirkt Einen niedrigen Erweichungspunkt und eine kürzere Schmelzzeit. Wenn die Käse geschmolzen werden, deckt die Käsemasse eine gröβere Oberfläche ab und die Geschwindigkeit des Flieβens ist höher; die Menge na löslichen Proteinen nimmt auch zu (Dr. Joshi, USA). Aber der Einfluss einer kalziumreduktion ist noch wichtiger als der der Lagerung. Hier haben käsehersteller die Möglichkeit, durch gezielte Verkäsung (= pH-Steuerung und Kalziumeinstellung) auf lange Lagerzeiten zu verzichten, um die gewünsche Schmelzbarkeit der Ware zu erreichen. Zu lange Lagerung wirkt sich negativ aus, denn der Käse wird extrem weich und flüssig beim Schmelzen und kann nicht mehr für Pizza verwendet werden.

Funktionelle Eigenschaften: die Schmelzbarkeit

Die wichtigsten funktionellen Eigenschaften von Pizza-Käse unter Berücksichtigung der Hochtemperaturen, die bei der Verarbeitung verwendet werden, sind: Schmelzbarkeit, Elastizität, Ausfetten (»oilling off«) und Bräunung. Aus chemisch-physikalischem Blickpunkt sagt man, dass eine Substanz schmilzt, wenn sie von einem starren, festen Zustand zu einem flüssing Zustand (Phasenübergang) übergeht.

Die Schmelzbarkeit ist die Fähigkeit der erhitzten Käsemasse, auf der Pizza homogen zu schmelzen; man kann diese Eigenschaft auch als die Leichtigkeit, mit der der Käse fließt und sich nach dem Erhitzen verteilt, definieren.

Die Elastizität ist die Fähigkeit, die die geschmolzene Käsemasse hat, sich auszudehnen oder auszustrecken, ohne zu zerreißen, wenn sie aus der Pizza z.b. mit einer Gabel herausgezogen wird.

Das Ausfetten, Ausölung (»oilingoff«) bezeichnet eine exzessive Fettseparierung oder Fettaustritt aus der Käsemasse während des Schmelzens auf der Pizza.

Das Braunwerden oder Bräunung bezeichnet die Anwesenheit von dunklen oder braunen Flecken auf dem geschmolzenen Käse auf der Pizza. Die Intensität und Variation der Färbung (von gelb-gold bis zu dunklen braun) ist individuellen Anforderungen zu berücksichtigen bzw. anzupassen.

Käse ist ein viskelastisches Material. Das Schmelzverhalten könnte man als eine Erweichung und Fließen betracten. Erweichung hat mit dem Elastizitätsverlust (während des Erhitzens) zu tun und Fliessen geschieht, wenn der viscose Charakter des Käses größer wird als der elastische. In anderen Worten, die Temperaturerhöhung resultiert in einem Phasenübergang, von einer vor allem elastischen (nicht erhizten) zu einer flüssigen (erhitzten) Käsemasse. Die Abnahme der Elastizität dürfte wahrscheinlich auf das Flüssigwerden des Fettes, während der Zunahme des viskosen Charakters auf erhöhte Protein-Protein Wechselwirkungen zurückzuführen sein.

Pizza-Käse mit reduziertem Kalziumgehalt haben eine bessere Schmelzbarkeit. Versuche (Dr. Joshi in USA) haben gezeigt, dass eine Reduktion der Kalziummnege um 25%, 35% und 45% die Schmelzbarkeit (1 Tag nach Herstellung) um 1,4-, 2,1- und 2,6-mal erhöht. Käse mit weniger Kalzium erweichen und schmelzen bei niedrigeren Temperaturen und bei kürzeren Zeiten; darüber hinaus fließen sie schneller und breiter, was auch mit einer höheren Proteolyse in diessen Käsen korreliert.

Während der Erhitzung (Konvektion) des Pizzas-Käses im Ofen bildet sic ein Temperaturgefälle von der Oberfläche bis zum Inneren des Produktes. Wichtig ist, dass die Eigenschaften des Käses und der angewendeten Erhitzung erlauben, dass die Erweichung der Masse in Inneren vor einer Hautbildung auf der Oberfläche geschieht. Sobald die Temperatur erhöht wird, vor allem im Bereich 50ºC bis 80ºC, werden die Protein-, Wasser-, Fett- und Kalzium-Wechselwirkungen beeinflusst, was zu einem Kollaps und Verschmelzung der Käsemasse bzw. zum Fließen führt, und somit kann die geschmolzene Käsemasse die Pizza abdecken.

Das Fett in dem kalten Käse (<10ºC Lagerung) befindet sich zunächst als festes Fett eingeschleust, wird aber ab Temperaturen von ~40ºC schmelzzen, liegt dann in flüssiger Form vor und kann sich im Gleichschritt mit der Temperaturerhöhung in dem Ofen ausdehnen. Da die Fett-Proteinmatrix ist, wird ein Teil des Fettes auf die Käseoberfläche gedrückt werden, wo es die dort befindlichen Proteine abdeckt. Eine fehlende Fettdiffusion auf der Käseoberfläche führt zu Wasserentzug und Hautbildung derselben. Das ist der Grund dafür, dass sog. »Fat Free«-Käse (<0.25% Fett) um »Low Fat« Käse (6%-9% Fett) ein sehr begrenztes Schmelzverhalten zeigen und gesschmort werden (vor allen »Fat Free«) während des Pizzabackens. Würde man die Käseoberfläche mit einem hydrophobwn Material (z.B. Öl) vor dem Backen abdecken, würden diese Käse ein fast äbnliches Schmelzen wie Vorllfettkäse zeigen.

Schlussbetrachtung: Pasta-Filta-Käse und Schmelzbarkeit

Nachdem wichtige chemisch-physikalische Vorgänge der Pizza-Käse-Hertellung hinsichtlich der Schmelzbarkeit des Käses erörter wurden, wollen wir zusammenfassend vier Punkte festhalten:

pH-Steuerung während der Hestellung

§    wie? Startersauwahl, Temperatur-führung, Dauer, direkte Ansäuerung, Molkeablass

§    warum? Betimmt die Kalziumverteilung, die Hydratisierung der Kaseine, die Elastizität der Käsemasse sowie das Wachstum der Barkterien, was später die Proteolyse in die Tiefe (sekundäre Eiweißabbau) beeinflusst und somit die Schmelzbarkeit

Lab

§    wie? Auswahl der Labsorte (Proteolyse!), pH, Temperaturführung

§    warum? Bestimmt die primäre Proteolyse und somit Eiweißabbau-produkte für die sekundäre Proteolyse durch die Bakterien und somit die Schmelzbarkeit

Steuerung des Filatura-Prozeses

§    wie? Heizwassertemperatur, Käsemassetemperatur, pH, Dauer des Prozesses, Schneckeneinstellung

§    warum? Bestimmt die weitere Hydratisierung (unterstützt durch Salz), die Fettverluste, die Inaktivierung der proteolytischen Enzyme (z.B. Lab) und somit die Schmelzbarkeit

Kühllagerung

§    wie? Temperatur, Zeit

§    warum? Beeinflusst den weiteren Verlauf des Eiweißabbaues, die weitere Umverteillung des Käsewassers und somit die Schmelzbarkeit 

Die Funktionalität von Mozzarella (PastaFilata)-Käse ist wichtig, da der Käse eine Schlüsselstellung als Ingredienz in der Lebensmittelindustrie eingenommen hat. Seine physikalische Eigenschaften können wegen der unterschiedlichen Milchvorbehandlungsmöglichkeiten, Herstellverfahren, Milchzusammensetzung, Käsealter (Eiweißabbau), pH, Kalzium, Salzgehalt, sowie Starters und Säuren, die bei der Herstellung eingesetzt wurden, stark variieren. Kenntnisse über das Zusammenspiel der Verschiedenen Faktoren ermöglichen dem Käser die Steuerung der Funktionalität.

[108] WOLFSCHOON, A. Pasta Filata und Mozzarella – Teil II. Auss Technik Und Wissenschaft, v. 24, n. 16, p. 24-27, 2006.  

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