-
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines fermentierten Produktes, welches einen Schritt des Hochdruck-Homogenisierens einer Emulsion auf Basis von Milch aufweist.
-
Es ist bekannt, fermentierte Produkte wie Rührjoghurts herzustellen, indem sie im Verlauf der Herstellung einem Hochdruck-Homogenisieren bei Drücken von zwischen 100 und 250 bar ausgesetzt werden.
-
Das Homogenisierungsverfahren ist sehr alt. Es wurde 1890 von GAULIN erfunden und war ursprünglich für die Homogenisierung von Milch bestimmt. Es besteht darin, eine grobe Emulsion unter Druck durch einen engen Raum zu leiten, um die Größe der Milchfettkügelchen zu verringern und dadurch die Haltbarkeitsdauer des Produktes durch eine Verzögerung der Entmischungsphänomene zu verlängern.
-
Das Hochdruck-Homogenisieren unterscheidet sich von der Pascalisierung, die darin besteht, ein Produkt über eine relativ lange Zeit (von mehr als einigen Minuten) einem statischen hohen Druck auszusetzen.
-
Die
FR 2789 267 beschreibt ein milch- und kohlensäurehaltiges Getränk sowie das Verfahren zu seiner Herstellung. Es wird eine Mischung (Mischmilch) aus Milch und Sahne bereitet; bei einer der Ausführungsformen wird diese Mischmilch bei einem Druck von zwischen 30 und 100 MPa (300 und 100 bar), bevorzugt von 50 bis 80 MPa, homogenisiert.
-
Die vorliegende Erfindung hat die Aufgabe, ein Homogenisierungsverfahren mit verbesserten Leistungsmerkmalen, insbesondere im Hinblick auf die Textur des Endproduktes, vorzuschlagen.
-
Die Erfindung betrifft daher ein Verfahren zur Herstellung eines fermentierten Produktes gemäß Anspruch 1.
-
Das erfindungsgemäße Verfahren führt bei einer gleichen Formel zu einer bedeutsamen Zunahme der Textur (Viskosität) und zu einer besseren Stabilität. Es gestattet es insbesondere, den Eiweißanteil bei einer gleichwertigen Textur und gleichwertigen organoleptischen Eigenschaften im Vergleich mit einem klassischen Homogenisierungsverfahren zu verringern. Es gestattet auch bei einer gleichwertigen Textur und gleichwertigen organoleptischen Eigenschaften eine Verringerung des Fettanteils im Vergleich mit einem herkömmlichen Verfahren.
-
Der Druck kann höher als 500 bar und niedriger als 1000 bar und insbesondere niedriger als 800 bar sein.
-
Er kann höher als 800 bar und niedriger als 1000 bar sein.
-
Die Gesamtmenge von Fett kann zwischen 2 Gew.-% und 6 Gew.-% und insbesondere zwischen 2% und 4% liegen.
-
Die Gesamtmenge von Fetten liegt beispielsweise zwischen 3,5 Gew.-% und 3,6 Gew.-%, wobei die Gesamtmenge von Eiweißstoffen dann zwischen 4,2 Gew.-% und 4,6 Gew.-% liegt.
-
Bevorzugt wird das Paar Temperatur T1 – Druck P so gewählt, dass T2 = 95°C. T1 kann insbesondere zwischen 60°C und 85°C liegen.
-
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich bei der Lektüre der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung.
-
Es zeigt:
-
1 eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung in der sogenannten Anstiegsphase;
-
2 Kurven der Verteilung des Durchmessers von Teilchen bei einer Formulierung vom Typ eines fetten Joghurts vor dem Homogenisieren, nach dem Homogenisieren bei 200 bar (Stand der Technik) und bei 1800 bar, wobei 3 die Kurven für die anfängliche Viskosität als Funktion der Scherung für das vorgenannte Homogenisieren bei 200 bar und bei 1800 bar zeigt;
-
und die 4 bis 8 Kurven der anfänglichen Viskosität als Funktion der Scherung bei diversen Formulierungen und unterschiedlichen Drücken.
-
Alle Versuche wurden in der Anstiegsphase durchgeführt, mit Ausnahme des Versuchs bei 200 bar, der spezifisch in 6 dargestellt ist und in der Abstiegsphase durchgeführt wurde.
-
Im Verlauf des Verfahrens zur Herstellung von Joghurts (stehengelassen oder gerührt) wird eine Mischung aus Milch, die mit Proteinen angereichert ist (beispielsweise durch Zugabe von entrahmtem Milchpulver), und Sahne vor der Fermentierung einer Wärmebehandlung unterzogen, die ein Homogenisieren umfasst.
-
Das Homogenisieren, so wie es bekannt ist, besteht darin, die fette oder nicht-fette Milchmischung bei einem Druck in der Größenordnung von 150 bis 250 bar durch ein Ventil zu leiten.
-
Der Schritt des Homogenisierens transformiert die anfänglich grobe Milchemulsion in eine Fett-in-Wasser-Emulsion, die feiner ist (Durchmesser der Fettkügelchen von hauptsächlich zwischen 0,4 μm und 1 μm). Die Leistungsmerkmale dieses Schrittes hängen sowohl von der Apparatur als auch von den Betriebsbedingungen ab. Es sind grenzflächenaktive Moleküle (in erster Linie Milcheiweiße und Emulgatoren) nötig, um die erzeugten neuen Wasser/Öl-Grenzflächen zwischen zu stabilisieren.
-
Das Ziel dieses Homogenisierschrittes ist es, Fettkügelchen einer geringeren Größe zu erzeugen und dadurch gegebenenfalls ein Absetzen des Fettes bei dem darauffolgenden Fermentationsschritt zu vermeiden. Das Homogenisieren, das die Fettkügelchen in feinere Tröpfchen verkleinert, erhöht die Grenzfläche beträchtlich. Im Verlauf der Fermentierung bei der Herstellung von Joghurts werden diese in die gebildete Netzstruktur eingegliedert, was in einer stärkeren Textur und einer höheren Stabilität des Gels resultiert.
-
Die Anmelderin hat gezeigt, dass es möglich war, eine bedeutsame Verstärkung der Textur erzielen, indem die Mischung (Emulsion) einem Homogenisieren bei einem Druck unterzogen wird, der deutlich über den gegenwärtig angewendeten Drücken liegt. Diese Verbesserung der Textur wird bei Drücken P von mehr als ca. 400 bar in einem Bereich von Drücken zwischen 400 bar und 2000 bar erhalten.
-
Der vielversprechendste Bereich von Drücken liegt zwischen 500 bar und 1000 bar.
-
Merkliche Resultate werden zwischen 500 und 800 bar erhalten, und verbesserte Resultate zwischen 800 und 1000 bar, wobei der optimale Druck bei ca. 850 bar liegt.
-
Eine Verbesserung wird auch erzielt, indem der Druck auf Werte von mehr als 1000 bar gebracht wird, jedoch ist der erhaltene Vorteil gering, und die Anwendung solcher Drücke führt andererseits zu Problemen mit der industriellen Anwendung.
-
Im Verlauf des Homogenisierens wird das Produkt unter dem Druck P zwangsweise zwischen der Klappe eines Ventils und dessen Sitz durchgeführt. Die Zerkleinerung der Kügelchen wird nacheinander durch den Aufprall gegen die Klappe, durch die Laminierung (Scherung) zwischen dieser und ihrem Sitz, und durch die Längung bei der Entspannung der Milch hervorgerufen, wobei die abrupte Absenkung des Drucks ferner zu einem Platzen der Kügelchen führt. Hierzu kommt noch ein Erwärmungseffekt (Unterschied der gemessenen Temperatur zwischen dem Austritt und dem Eintritt der Homogenisierung), der sich ab 400 bar bemerkbar macht und bei einer Erhöhung des Drucks um 100 bar in der Größenordnung von 2 bis 4°C liegt. Diese Erhöhung der Temperatur liegt daher bei einem Druck von 800 bar bei ca. 11°C und bei einem Druck von 1000 bar bei ca. 15°C.
-
1 ist ein Ablaufschema hinsichtlich einer beispielhaften Herstellung eines Joghurts vor einem Homogenisieren in der Anstiegsphase (d. h. nach dem Vorerhitzen und vor dem Chambrieren). Die Ausgangsemulsion wird auf eine Temperatur vorgewärmt, die bei einem Standardhomogenisieren 95°C bei 200 bar (oberer Zweig für ein herkömmliches Verfahren) beträgt. Bei einem erfindungsgemäßen Homogenisieren (unterer Zweig) bei einem Druck P von mehr als 400 bar wird das Vorerhitzen bei einer Temperatur T1 von weniger als 95°C durchgeführt, die – gemäß der weiteren Erörterung im Lauf der Beschreibung – so gewählt wird, dass die Temperatur T2 nach dem Homogenisieren in der Größenordnung von 95°C liegt, wodurch eine Verschlechterung der Qualität des Produktes vermieden wird.
Beispielsweise bei P = 500 bar, T1 = 85°C; bei P = 800 bar, T1 = 75°C; bei P = 1000 bar, bei T1 = 70°C; bei P = 1800 bar, T1 = 60°C.
-
Auf diese Weise wird die Erwärmung, die im Verlauf des Homogenisierens auftritt, dazu genutzt, das Produkt auf seine Chambriertemperatur zu bringen. Anschließend wird die homogenisierte Mischung 8 Minuten lang einem Chambrieren bei 95°C unterzogen (Pasteurisierung), daraufhin auf eine Temperatur T3 von gleich 43°C vorgekühlt, einer Fermentierung (bei 39°C) unterzogen, dann einem Gerinnen vor dem Abpacken in Becher.
-
Bei einer Formel mit 4 Gew.-% Fett und 4 Gew.-% Eiweißstoffen (”fetter Joghurt”) erhält man die Kurven für die granulometrische Verteilung der Fett-kügelchen (GG), die in 2 gezeigt sind, vor dem Homogenisieren (Kurve I), nach dem Homogenisieren gemäß dem Stand der Technik bei 200 bar (Kurve II), und nach dem Homogenisieren bei 1800 bar (Kurve III), wobei die Kurven für die anfängliche Viskosität als Funktion der Scherung in 3 bei den beiden vorgenannten Homogenisierdrücken gezeigt sind.
-
Vor dem Homogenisieren (Kurve I) sind zwei Populationen deutlich unterschieden mit einem mittleren Durchmesser von im Wesentlichen gleich 3,46 μm.
-
Nach dem Homogenisieren (Kurven II und III) wird die Verteilung monomodal (eine einzige Spitze), und die Caseinmicellen (ca. 0,2 bis 0,3 μm) stimmen mit den Fettkügelchen überein. Die Auswirkung des Drucks ist einerseits am mittleren Durchmesser der Teilchen ersichtlich, der von 0,4 μm bei 200 bar (Kurve II) bis 0,27 μm bei 1800 bar (Kurve III) geht. Andererseits werden bei einem Druck von 200 bar 90% des Gesamtvolumens von Fett von Teilchen mit mindestens 0,72 μm eingenommen, gegenüber 0,42 μm bei einem Homogenisieren bei 1800 bar. Die Verteilung ist somit bei 1800 bar viel enger als bei 200 bar, wie der Vergleich zwischen den Kurven II und III zeigt.
-
Das Homogenisieren unter den angegebenen Bedingungen ermöglicht, bei ansonsten gleichen Formeln, die Ausbildung viel feinerer Emulsionen dank der Verringerung der durchschnittlichen Größe der Fettkügelchen, und eine viel engere Verteilung mit einer bedeutsamen Verringerung der größeren Kügelchen (praktisch mehr Fettkügelchen mit einer Größe von mehr als 1 μm in dem obengenannten Beispiel) als bei einem klassischen Homogenisieren (bei dem eine beträchtliche Menge von Fettkügelchen mit einer Größe von mehr als 1 μm zurückbleibt). Dieser letztere Punkt ist von großer Wichtigkeit, denn wenn die Verringerung der durchschnittlichen Größe der Teilchen in der Tat ein Ziel ist, das verfolgt werden sollte, ist es noch wichtiger, nach einer Verringerung der Menge grober Fettteilchen in der granulometrischen Verteilung zu streben, und zwar wegen ihres Beitrags zu den Phänomenen der Instabilität des Produktes über die Zeit.
-
Ferner wird beobachtet, dass die Kinetik der Fermentierung und der Gelifizierung des Produktes nicht modifiziert ist, was zeigt, dass der Homogenisierungsdruck keine Auswirkung auf die Kinetik und die viskoelastische Struktur des Produktes hat. Die Gelifizierung wird durch das Caseinnetz in Folge einer Aggregation der Eiweißstoffe hervorgerufen.
-
3 zeigt die Kurven der anfänglichen Viskosität (Pa·s) als Funktion der Scherung (s–1) bei Homogenisierdrücken von 200 bar und 1800 bar für das Produkt von 2. Das Produkt wird beim Austritt aus einer Kühlvorrichtung vor dem Glätten gemessen.
-
Wie die Kurven von 3 zeigen, ist der Unterschied der Viskosität unabhängig von der Schergeschwindigkeit konstant und liegt in der Größenordnung von 0,2 Pa·s, was einer Zunahme der Viskosität (”Texturverstärkung”) in der Größenordnung von 20% bezogen auf ein Homogenisieren vom bekannten Typ (200 bar) entspricht.
-
5 zeigt die Kurve der Viskositäten unter den Bedingungen von 3, wobei der Anteil von Eiweißstoffen bei einem Homogenisierungsdruck von 1800 bar bei 4% bzw. 5% liegt. Die Zunahme der Viskosität liegt in diesem Fall in der Größenordnung von 0,3 Pa·s, anders ausgedrückt eine Texturverstärkung in der Größenordnung von 25%. Man erhält somit bei 5% Eiweißstoffen positive Unterschiede, die im Vergleich mit den früher erzielten bei der Formulierung von fettem Joghurt noch verstärkt sind (Fett, MG, 4% und Eiweißstoffe, MP, 4%).
-
Die bedeutend höheren Niveaus der Viskosität werden in allen Fällen im weiteren Verlauf des Verfahrens bewahrt, da der Verlust der Viskosität zwischen dem Austritt aus der Kühlvorrichtung und vor dem Abpacken des Produktes (”Destrukturierung”) unabhängig von dem angewendeten Homogenisierungsdruck (zwischen 200 bar und 1800 bar) zwischen 25% und 30% liegt.
-
Im Falle einer Gewichtszusammensetzung vom Typ Magerjoghurt (Gesamtmenge von Fett, MG, gleich 2% und Gesamtmenge der Eiweißstoffe, MP, gleich 4%) liegt die Differenz der Viskosität zwischen einem Homogenisieren bei 200 bar und bei 1800 bar in der Größenordnung von 0,06 Pa·s bis 0,1 Pa·s. Dies wird durch die Kurven der Viskosität von 4 bei einer Gewichtsformulierung mit 2% Fett, MG, und 4% Eiweißstoffen, MP, veranschaulicht. Der Übergang des Anteils der Eiweißstoffe von 4% zu 5% ändert diese Feststellungen bei dieser Größenordnung des Fettanteils nicht wesentlich.
-
Wie im Fall einer Zusammensetzung vom Typ eines fetten Joghurts ist die Destrukturierung praktisch unabhängig vom Homogenisierungsdruck.
-
Die vorgenommenen Messungen führen somit zu zwei wichtigen Feststellungen:
- – bei einem gegebenen Homogenisierungsdruck P ist die relative Erhöhung der Viskosität umso größer, als zum Einen der Fettanteil erhöht ist und zum Anderen der Anteil von Eiweißstoffen erhöht ist. Der erstere Punkt ist insbesondere durch die Kurven der Viskosität von 4 dargestellt. Der zweite Punkt ist insbesondere durch die 5 dargestellt, welche die Werte der anfänglichen Viskosität bei zwei Formulierungen für fetten Joghurt (MG 4% und MP gleich 4% bzw. 5%) bei einem Homogenisierungsdruck von 1800 bar angibt.
-
Die Auswirkung des Drucks auf die granulometrische Streuung der Fett-kügelchen tritt im Wesentlichen zwischen 500 und 1000 bar auf. Man kann schätzen, dass dieses Phänomen gegen 400 bar ausgelöst wird.
-
Ein Versuch, der bei einem Homogenisierungsdruck von 850 bar an einer Formel mit 3,5% Fett, MG, und 4,2% Eiweiß, MP, durchgeführt wurde, zeigt, dass dieser Homogenisierungsdruck (im Vergleich mit einem Standarddruck von 200 bar) die Verringerung des Anteils von Eiweißstoffen um 0,4 (Übergang eines Anteils von Eiweißstoffen, MP, von 4,6% zu 4,2%) sowohl unter dem Gesichtspunkt der Parameter der Textur, der Mikrostruktur, als auch der organoleptischen Parameter kompensiert.
-
Bei einem konstanten Fettanteil kann mit einem Homogenisierungsdruck P > 500 bar ein Produkt mit einer Viskosität erhalten werden, die derjenigen eines auf bekannte Weise (beispielsweise bei 200 bar) homogenisierten Produktes vergleichbar ist, jedoch unter Verringerung des Anteils von Eiweißstoffen, MP, (d. h. in der Praxis bei einer Joghurtformel, unter Verringerung der zugegebenen Menge von entrahmtem Milchpulver), was in einer Materialeinsparung bei gleichen organoleptischen Eigenschaften resultiert.
-
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es beispielsweise, ausgehend von einem Homogenisierungsdruck von 500 bar unter Erhöhung des Homogenisierungsdrucks die Menge von Eiweißstoffen um ca. 10% zu verringern (mit der sich ergebenden, merklichen Einsparung) bei einem Produkt, dessen organoleptische Qualität im Wesentlichen mit derjenigen von Produkten des Standes der Technik identisch oder besser als diese ist, wobei sich die Viskosität mit dem Homogenisierungsdruck erhöht, wie insbesondere 6 zeigt.
-
In dieser Figur ist die Kurve der anfänglichen Viskosität als Funktion der Scherung für drei Formeln mit 3,5% Fett, und mit drei Eiweißanteilen von jeweils 4,6% (Vollmilch 85,2%, Sahne 1,3%, Zucker 7,3%, entrahmtes Milchpulver 6,2%) und Homogenisieren bei 200 bar, 4,2% und Homogenisieren bei 850 bar, und 4,4% und Homogenisieren bei 850 bar dargestellt, wobei das Homogenisieren in der Anstiegsphase bei 850 bar und in der Abstiegsphase bei 200 bar stattfindet.
-
Trotz der Verringerung des Anteils von Eiweißstoffen, MP, ist eine mittlere Erhöhung Δ der Viskosität zu beobachten, die in der Größenordnung von 0,1 Pa·s liegt, was in organoleptischer Hinsicht einer wesentlichen Verbesserung entspricht. Es ist auch anzumerken, dass diese Zunahme der Viskosität trotz einer anfänglichen Verbesserung in Folge der Wahl einer Abstiegsphase für den Versuch bei 200 bar zu beobachten ist.
-
Der Übergang zu 850 bar führt zu einer bedeutsamen Absenkung der durchschnittlichen Größe, und die Größenverteilung der Fettkügelchen ist enger, während der Übergang von einem Druck von 200 bar zu 400 bar die Verteilung der Größe der Fettkügelchen stärker als die durchschnittliche Größe beeinflusst. Oberhalb von 1000 bar ist die Erhöhung der Viskosität nur wenig merklich, ebenso wie der Vorteil hinsichtlich der Größe der Fettkügelchen, und insbesondere im Hinblick auf das Vorliegen von großen Fettkügelchen (1 μm und mehr), wohingegen die industrielle Anwendung bei diesen Druckniveaus schwieriger ist.
-
Daraus ergibt sich, dass der vielversprechendste Druckbereich zwischen 500 bar und 1000 bar liegt.
-
Der Übergang zu einem Druck von 500 und 800 bar ist in 7 für eine Formulierung mit 3,6 Gew.-% Fett, MG, veranschaulicht. Die Kurven der Viskosität als Funktion der Scherung entsprechen P = 500 bar und 800 bar für MP = 4,3%.
-
Bei Drücken von 500 und 800 bar bleibt die Viskosität trotz der Absenkung des Anteils der Eiweißstoffe, MP, von 4,5% auf 4,3% erhöht. Bei einem Druck von 800 bar beträgt die mittlere Erhöhung Δ der Viskosität ca. 0,2 Pa·s im Vergleich mit derjenigen, die mit einem Homogenisieren bei 500 bar erhalten wird.
-
8 veranschaulicht schließlich den Einfluss des Drucks (200 bar und 1000 bar) bei einer Formulierung mit 3,5% Fett, MG, und 4,6% Eiweißstoffen MP. Es wird eine mittlere Differenz Δ von 0,2 Pa·s bei einem Druck von 1000 bar festgestellt.
-
Diese Kurven zeigen somit, dass der Bereich von Werten für den Druck P, der am vielversprechendsten ist, zwischen 500 bar und 1000 bar liegt, und bevorzugt zwischen 800 und 1000 bar liegt, wobei die bevorzugten Drücke in der Größenordnung von 800 bis 850 bar liegen.
-
Bei diesen Druckniveaus, und insbesondere zwischen 800 bar und 1000 bar, wird mit einer gleichen Formel und bezogen auf ein auf klassische Weise durchgeführtes Homogenisieren eine Erhöhung der Viskosität in der Größenordnung von 0,2 Pa·s erhalten, was sich als eine deutliche Verbesserung in organoleptischer Hinsicht bemerkbar macht. Bei diesen gleichen Druckniveaus ermöglicht es eine Absenkung von ca. 5 bis 10% der Gesamtmenge von Eiweiß, MP (0,2% bis 0,4% verglichen mit MP ca. 4,4%), die zu einer starken Verringerung (bis 25%) der Menge von entrahmter Milch führt, welche einer Formel vom Typ Joghurt zugegeben werden muss, ein Produkt zu erhalten, dessen organoleptische Eigenschaften (durch eine Jury getestet) und dessen Bewahrung der Eigenschaften über die Zeit im Wesentlichen denen von Produkten ähnlich sind, die auf klassische Weise ausgehend von einer an Eiweißstoffen reicheren Formel homogenisiert wurden.
-
Zusätzliche Erhöhungen der Viskosität könnten durch Anwendung des Hochdruck-Homogenisierens in der Abstiegsphase erhalten werden.
-
Dennoch kann die Anstiegsphase unter dem Gesichtspunkt der Vereinfachung des Verfahrens bevorzugt werden.
-
Die gegebenen Beispiele entsprechen Viskositäten, die am Tag J0 der Herstellung des Endprodukts gemessen wurden. Die beobachteten Unterschiede der Textur zwischen den erfindungsgemäßen Produkten und den Bezugsprodukten werden über die Zeit während der Lebensdauer der Produkte beibehalten oder erhöht. Die mittels Penetrometrie gemessenen Gelstärken bestätigen ebenfalls diesen Unterschied in der Textur während der Lebensdauer der Produkte.
-
Die vorliegende Erfindung ermöglicht es somit, die Textur und die Stabilität eines fermentierten Produktes wie beispielsweise von Rührjoghurt zu beherrschen oder zu optimieren.
