4.9. Плавленые сыры

Начало производства плавленых сыров относится ко второму десятилетию ХХ в. В 1911 г. на сыродельном заводе фирмы Гербер (Швейцария) впервые был выработан плавленый сыр [26]. Сырная масса нагревалась до высокой температуры, а для перехода нагретого белка молока в жидкое состояние были использованы специальные соли. В нашей стране производство плавленых сыров было организовано в 1934 г., и в последующие годы оно превратилось в крупную индустриальную отрасль.

Плавленые сыры содержат от 38 до 65 % сухих веществ. В состав сухих веществ входят белки, жиры, различные соли, витамины и микроэлементы. С. М. Баркан и М. Ф. Кулешова отмечают [26], что плавленые сыры можно рассматривать как трехкомпонентную систему жир – вода – сухое обезжиренное вещество». При этом до плавления вода является растворимым веществом, а белок растворителем. После плавления фазы меняются. Белки плавленых сыров представлены в основном молочными белками. Помимо молочных белков, в некоторых плавленых сырах содержатся немолочные белки: мясные, рыбные или дрожжевые – в количестве 5–15 %. Белковые продукты, к которым относятся и плавленые сыры, являются высокополимерными веществами.

По жирности плавленые сыры подразделяются: на сливочные –содержание жира в сухом веществе 60 %; жирные – содержание жира в сухом веществе 40, 45, 50 и 55 %; полужирные – содержание жира в сухом веществе 30 %. Жировая фаза плавленого сыра представлена главным образом молочным жиром, который вводится в сыр вместе с полужирными сырами, творогом, сливочным маслом, высокожирными сливками, сметаной и сухим молоком. Предполагается, что в плавленых сырах влага в свободном состоянии отсутствует.

Одна из основных реологических характеристик плавленых сыров – эффективная вязкость зависит от величины градиента скорости, содержания влаги и жира в плавленом сыре, его температуры, от вида солей-плавителей и их количества в сыре, от свойств исходного сырья, режимов тепловой и механической обработки сырной массы и др. При этом степень влияния отмеченных факторов на эффективную вязкость η_эф плавленых сыров различна. С. М. Баркан и М. Ф. Кулешова отмечают [26], что существенное влияние на η_эф плавленых сыров оказывает отношение влаги (В) к сухому обезжиренному веществу (СОВ). При увеличении отношения В/СОВ от 1 до 2,15 значение η_эф уменьшается более чем в два раза.

Изменение содержания жира в плавленом сыре незначительно влияет на его η_эф [26]. При этом, как отмечает Г. Сабо [26], плавленый сыр с высоким содержанием жира обладает более низкими вязкостными свойствами.

При повышении содержания жира в сухом веществе с 30 до 50 % эффективная вязкость плавленых сыров уменьшается, так как при этом жир выполняет роль пластификатора. При меньшем содержании жира в сухом веществе (от 0 до 30 %) эффективная вязкость плавленых сыров выше, так как в формировании консистенции сыра преобладающая роль принадлежит белковой фазе.

В связи с влиянием содержания жира в плавленых сырах приводим сведения о жирности исследуемых сыров: «Фруктовый» – 30 %, «Городской» – 30 %, «Новый» – 30 %, «Шоколадный» – 30 %, «Латвийский» – 40 %, «Костромской» – 40 %, «Кисломолочный» – 45 %, «Российский» – 45 %, «Советский» – 45 %, «Рокфор» – 50 %, «Лето» – 55 %, «Дружба» – 55 %, «Сыр с луком» – 55 %, «Невский» – 60 %, «Янтарь» – 60 %, «Угличский» – 60 %.

Влияние вида и дозы солей-плавителей на η_эф плавленых сыров отмечают С. М. Баркан и М. Ф. Кулешова.

Эффективная вязкость плавленых сыров зависит от свойств исходного сырья, в том числе от зрелости сыров, идущих на переплавку [26].

Наибольшее значение η_эф имеют плавленые сыры, выработка которых была произведена из незрелых сыров. Эффективная вязкость плавленых сыров снижается по мере созревания сыра, идущего на переплавку, и достигает минимального значения, когда возраст созревания натурального сыра равен 60 дням. При этом у плавленых сыров, выработанных с солями-плавителями цитратами, при увеличении возраста созревания сыра, идущего на переплавку, с 5 до 60 дней значение η_эф уменьшается в 15–20 раз. При одинаковом содержании в плавленых сырах белка, влаги и жира их эффективная вязкость повышается с увеличением активной кислотности сырной массы [26].

Влияние значительного числа различных факторов на эффективную вязкость плавленых сыров и сложность их сопоставления является одной из причин некоторого разночтения данных по η_эф плавленых сыров, приводимых различными авторами. На некоторое различие данных по η_эф плавленых сыров указывают М. Ф. Кулешова и В. Г. Тиняков [27].

Для разработки и расчета оборудования для производства плавленых сыров необходимо иметь данные о реологических свойствах данного продукта, таких, как эффективная вязкость и касательное напряжение. В целях получения дополнительных сведений по отмеченным реологическим свойствам плавленых сыров, некоторые данные по которым опубликованы ранее [4, 26 и др.], проведены их реологические исследования.

Исследовали следующие плавленые сыры: «Фруктовый», «Городской», «Новый», «Шоколадный», «Латвийский», «Костромской», «Кисломолочный», «Российский», «Рокфор», «Лето», «Сыр с луком», «Невский», «Дружба», «Янтарь», «Советский» и «Угличский» [11].

Для большинства плавленых сыров реологические исследования проводили в интервале температур от 20 до 80 С. При проведении опытов использовали набор измерительных цилиндров H, S₃, S₂ и S₁. Минимальные значения градиента скорости , имевшие место при проведении исследований, для ряда сыров составили 0,167 с^–1, а максимальные – 4–6 с^–1.

Для некоторых плавленых сыров, например «Шоколадный», максимальные значения достигали 437 с^–1. Исследовались плав-леные сыры с содержанием жира в сухом веществе 30, 40, 45, 50, 55 и 60 %.

Экспериментальные данные первоначально обрабатывали в виде графической зависимости касательного напряжения τ от градиента скорости , т. е. в координатах при разных температурах сыра.

На рис. 4.22 показаны кривые течения плавленого сыра «Городской». Результаты опытных данных этого сыра приведены в табл. 4.27. Измерения τ производили при различных значениях и температуры плавленого сыра. Из графика видно, что τ изменяется в зависимости от и температуры сыра. При этом угол наклона кривых течения – индекс течения, характеризующий показатель неньютоновского поведения сыра, увеличивается с возрастанием температуры сыра.

Кривые течения, соответствующие плавленому сыру «Городской», имеют и другие исследуемые сыры. Характер изменения кривых течения плавленых сыров от свидетельствует о принадлежности исследуемых сыров к псевдопластичным средам.

Средние значения безразмерного касательного напряжения сыра плавленого «Городской» в интервале температур от 20,0 до 60,0 С приведены в табл. 4.28.

Опытные данные по τ, обработанные в логарифмических координатах безразмерного касательного напряжения от для разных сыров, показаны на рис. 4.23.

Опытные данные всех исследуемых сыров удовлетворительно размещаются вдоль единой кривой. Это позволяет заключить, что для всех исследуемых сыров существует единая температурно-инвари-антная характеристика касательного напряжения. Математическая обработка экспериментальных данных в указанных координатах методом наименьших квадратов на ЭВМ позволила получить следующую расчетную зависимость:

. (4.28)

Погрешность значений , вычисленных по формуле (4.28), не превышает ±4,4 % при доверительной надежности α = 0,95. Кроме того, опытные данные обработали в виде зависимости температурного коэффициента касательного напряжения а_τ от температуры плавленого сыра, т. е. в координатах .

При обработке результатов исследований (табл. 4.29) в координатах экспериментальные точки всех плавленых сыров удовлетворительно разместились вдоль единой кривой (рис. 4.24). Следовательно, для исследуемых сыров существует обобщенная температурная зависимость касательного напряжения, с помощью которой можно определять значения а_τ при любом промежуточном значении температуры продукта внутри ее экспериментального интервала.

Рис.4.24

Математическая обработка опытных данных по температурной зависимости приводит к уравнению

. (4.29)

Погрешность значений а_τ, вычисленных по формуле (4.29), не превышает ±29,7 % при α = 0,80.

Используя полученные расчетные зависимости (4.28) и (4.29), формулу для определения τ плавленых сыров можно записать в виде

. (4.30)

Результаты исследований вязкостных свойств плавленых сыров обрабатывали в логарифмических координатах, отражающих зависимость эффективной вязкости η от , т. е. в координатах , при разных температурах продукта. Опытные данные по исследованию вязкостно-скоростных характеристик плавленого сыра «Городской» приведены в табл. 4.27 и показаны на рис. 4.25.

Рис. 4.25

Из графика видно, что η сыра уменьшается с повышением температуры продукта. Так, при = 0,167 с^–1 и t = 20 С эффективная вязкость смеси η = 13580 Па·с, а при t = 60 С и том же значении градиента скорости η = 152 Па·с, т. е. уменьшается более чем в 89 раз.

Наряду с изменением η сыра от t, вязкостные свойства сыра изменяются также в зависимости от . Так, при t = 30 С и увеличении с 0,167 до 2,7с^–1 значение η уменьшается с 4755 до 536 Па·с.

На рис. 4.26 показаны вязкостно-скоростные характеристики другого плавленого сыра – «Шоколадный». Вязкостно-скоростные характеристики, аналогичные характеристикам сыра «Городской» и «Шоколадный», получены для остальных исследуемых плавленых сыров. Характер изменения вязкостных свойств плавленых сыров от свидетельствует об аномалии вязкости, имеющей место у исследуемых сыров.

Рис. 4.26

При обобщении результатов реологических исследований экспериментальные данные по вязкостным свойствам плавленых сыров обработали в виде зависимости безразмерной вязкости от и в виде зависимости температурного коэффициента вязкости а_η от температуры [28].

При обработке экспериментальных данных (см. табл. 4.28) в координатах (рис. 4.27) опытные данные всех плавленых сыров удовлетворительно разместились вдоль единой кривой. Следовательно, для всех исследуемых сыров существует единая температурно-инвариантная характеристика.

Аппроксимация экспериментальных данных, по которым построена температурно-инвариантная характеристика вязкости, позволила получить расчетную зависимость вида

. (4.31)

Погрешность значений, вычисленных по формуле (4.31), не превышает 6,2 % при α = 0,95.

Рис. 4.27

То обстоятельство, что все экспериментальные данные по вязкостным свойствам всех исследуемых сыров удовлетворительно разместились вдоль единой кривой (см. рис. 4.24), позволяет сделать вывод о существовании обобщенной температурной зависимости вязкости для плавленых сыров.

Результаты экспериментальных данных а_η в численном значении равны опытным данным а_τ при одних и тех же значениях и температуры продукта. В связи с отмеченным температурная зависимость η описывается той же кривой, что и температурная зависимость τ. С учетом этого запишем

. (4.32)

Получив расчетные зависимости, можно определить значения η для любых промежуточных значений и температуры сыров, имевших место при проведении опытов, по формуле

. (4.33)

Анализ формулы (4.33) позволяет сделать важный для практики вывод: эффективная вязкость исследуемых сыров в значительной степени зависит от величины градиента скорости, который, в свою очередь, оказывает существенное влияние на расходуемую энергию как при перемешивании плавленых сыров в процессе их изготовления, так и при перекачивании и транспортировании сыров по трубопроводу к расфасовочному оборудованию.