Feuchtigkeits- und Salzüberwachung beim Mahlen von Cheddar-Käse

Warum Mahlen und Salzen den Verlauf der Reifung festlegen

Cheddar ist ein trocken gesalzener Käse: Nach dem Cheddaring wird der Bruch gemahlen, und sobald die gewünschte Säure erreicht ist, wird vor dem Formen und Pressen Salz unter den gemahlenen Bruch gemischt, wie es die Codex-Norm für Cheddar in ihrem Anhang zum Herstellungsverfahren beschreibt [1]. Guinee beschreibt in seiner Übersicht, wie Salz Verderb und Pathogenwachstum begrenzt und Zusammensetzung, mikrobielle und enzymatische Aktivität sowie die Biochemie der Reifung verändert; da zahlreiche Faktoren Salzaufnahme und -verteilung beeinflussen, ist eine präzise Steuerung des Salzens für eine gleichbleibende Qualität unerlässlich [2]. Für eine Molkerei ist das Salzband der letzte Punkt, an dem das Verhältnis von Salz zu Wasser einer Charge noch angepasst werden kann.

Salz in Wasser: die maßgebliche Kenngröße

Die Kenngröße, mit der Käser arbeiten, ist Salz in Wasser (S/M), also Salz als Prozentsatz der Wasserphase, in der Starterbakterien und Reifungsenzyme wirken. Rulikowska et al. variierten den Salzzusatz bei Cheddar zwischen 0,50 % und 3,00 % (w/w): Weniger Salz senkte den pH-Wert, erhöhte die Wasseraktivität und das Wachstum von Starter- und Nicht-Starter-Milchsäurebakterien und verstärkte die Proteolyse, mit nachteiligen Auswirkungen auf Geschmack und Textur [3]. Upreti et al. verglichen Cheddar mit S/M-Werten von 4,8 % und 6,4 % über 48 Wochen und fanden in den Käsen mit niedrigem S/M mehr Proteolyse und höhere Keimzahlen an Nicht-Starter-Bakterien [4]. Die Begleitarbeit zeigt, wie direkt die Salzungsrate den S/M-Wert festlegt: Das Salzen des gemahlenen Bruchs mit 2,25 % bzw. 3,5 % des Bruchgewichts bei pH 5,4 ergab S/M-Werte von 4,77 % bzw. 6,68 % [5].

Auch für die Feuchte gibt es eine regulatorische Obergrenze. Die Codex-Norm für Cheddar legt einen Referenzbereich von 48 % bis 60 % Milchfett in der Trockenmasse fest und für Käse in diesem Bereich eine Mindesttrockenmasse von 61 %, was einer Höchstfeuchte von 39 % entspricht [1].

Die Referenzmethoden und ihr Zeitbedarf

Die Feuchte von Käse wird als Trockenmasse nach der gravimetrischen Referenzmethode der Ofentrocknung ISO 5534 | IDF 4 bestimmt [6]. Salz wird als Chlorid durch potentiometrische Titration nach ISO 5943 | IDF 88 bestimmt, anwendbar auf Käse mit mehr als 0,2 % Chloridionen [7]. Beides sind Laborverfahren; bis die Werte vorliegen, ist der Bruch, aus dem die Probe stammt, in der Regel bereits gepresst. Sie bleiben die Grundlage jeder Spezifikation und Kalibrierung, können aber das Salzband nicht steuern, während eine Charge darauf liegt.

Was Nahinfrarotstudien an Käse zeigen

Die Nahinfrarotspektroskopie (NIR) wird seit Jahrzehnten zur Bestimmung der Feuchte von Cheddar eingesetzt. Wehling und Pierce erhielten mit einem Filtergerät mit drei Wellenlängen an 47 Validierungsproben ein r² von 0,92 und einen Standardfehler der Vorhersage (SEP) von 0,38 % gegenüber der Ofenmethode [8]. Die Probentemperatur beeinflusste die Spektren signifikant, sodass die Proben auf eine einheitliche Temperatur gebracht werden mussten, und auch die Reifung kann die NIR-Eigenschaften von Käse verändern [8]. In einem späteren Vergleich ergab die PLS-Regression auf Reflexionsspektren erster Ableitung von geriebenen Proben einen SEP von 0,335 % für die Feuchte, während eine faseroptische Sonde an intakten Blöcken weniger zuverlässig war [9]. Margolies und Barbano berichteten, dass die NIR-Geräte in vier Käsereien an 36 Cheddar-Validierungsproben SEP-Werte von 0,30 für die Feuchte und 0,45 für das Fett lieferten [10].

Salz ist die schwierigere Kenngröße. An 64 Schmelzkäseproben mit anorganischen Salzen zwischen 2,0 % und 4,7 % (w/w) fanden Blazquez et al., deren beste Feuchte- und Fettmodelle Streukorrektur und eine zweite Ableitung nutzten, eine weniger genaue Salzvorhersage [11]. In den von Margolies und Barbano untersuchten Cheddar-Käsereien wurde Salz coulometrisch statt mit NIR gemessen, und eine Mittelinfrarot-Transmissionsmethode an gelöstem Käse erreichte bei einem mittleren Salzgehalt von 1,8 % einen SEP von 0,036 gegenüber 0,139 für die coulometrische Methode [10]. Praktisch bedeutet das: Die NIR-Feuchtebestimmung in Käse ist gut etabliert, eine NIR-Salzkalibrierung muss am eigenen Bruch des Werks validiert werden, und ein aus zwei Messungen berechneter S/M-Wert trägt den Fehler beider.

Vom Probenbecher zum Salzband

Solberg et al. führten Inline-NIR in der Großproduktion eines Käses vom Gouda-Typ anstelle der Stichprobenahme fürs Labor ein: Das kontinuierliche Signal lieferte präzisere Chargenschätzungen und deckte Quellen der Prozessvariation auf, die mit Stichproben nicht zu entdecken gewesen wären [13]. Drei Praktiken halten eine solche Installation belastbar:

• Am Bruch in seiner tatsächlichen Präsentation kalibrieren. Veröffentlichte Cheddar-Kalibrierungen nutzten geriebenen, temperaturangeglichenen Käse, und Sondenmessungen an intakten Blöcken waren weniger zuverlässig [8][9]; ein Modell für losen gemahlenen Bruch bei Bandtemperatur muss an genau diesem Material erstellt werden.
• Die Kalibrierung an den Referenzmethoden verankern. NIR-Werte sind nur so gut wie die Ergebnisse nach ISO 5534 und ISO 5943, gegen die sie regressiert werden [6][7], und die Validierung sollte den Leitlinien von ISO 21543 | IDF 201 für NIR an Milchprodukten folgen [12].
• Den Feuchtewert als Stellgröße nutzen. Da die Salzungsrate bei gegebener Bruchfeuchte den S/M-Wert festlegt [5], erlaubt eine Messung vor dem Salzen, die Salzdosis Charge für Charge anzupassen.

Wie USTECH dies angeht

Für Bruch auf einem Förderband installiert USTECH den Inline-NIR-Analysator ProLine17EC über dem Band; seine Kalibrierungen werden in caliX mit den Werkzeugen für Streukorrektur, Ableitungen und PLS erstellt, die in den oben zitierten Studien verwendet wurden [9][11], und ProChem übergibt die Messwerte zur Sollwertregelung der Salzdosierung an die PLC des Werks. Ob sich Salz und damit S/M am Bruch eines bestimmten Werks zuverlässig vorhersagen lassen, wird in einer Machbarkeitsstudie mit Ihren eigenen Proben und Referenzanalysen ermittelt.