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Nicht-bittere Frischkäse-Produkte aus Mikrofiltrations-Vollkonzentraten - Sauermolkenfreies Processing

Projekt

Umwelt- und Ressourcenschutz

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Umwelt- und Ressourcenschutz


Förderkennzeichen: AiF 18124 N
Laufzeit: 01.01.2014 - 31.12.2016
Fördersumme: 507.900 Euro
Forschungszweck: Angewandte Forschung

Süßmolke fällt mit ca. 9 Mio. t pro Jahr bei der Hart-, Schnitt-, Weichkäse- und Mozzarellapro-duktion an. Sie ist inzwischen ein gesuchter Wertstoff, der zu Molkenpulver oder verschiedenen Molkenderivaten, wie Molkenisolat, Molkenhydrolysat oder Lactose, veredelt wird. Trotz steigender Nachfrage wird die zur Verfügung stehende Süßmolkemenge nur noch wenig zu steigern sein, da der Käsemarkt in Europa nur noch geringes Wachstum zeigt. Neben der Süßmolke (pH > 6,3) fallen bei der Milchverarbeitung ca. 4 Mio. t Sauermolke (pH ≈ 4,6) an, wovon wiederum mehr als 2 Mio. t pro Jahr aus der Frischkäse- und Sauermilchkäseproduktion stammen. Sauermolke ist jedoch aufgrund ihrer Zusammensetzung (z. B. Mikroorganismen, wenig Molkenproteine sowie viel lösliches Calcium) und ihres pH-Werts technologisch nur aufwendig zu prozessieren; zudem sind ca. 20 % weniger Lactose als in Süßmolke enthalten. Es stellt sich daher die Frage, ob Frischkäse nicht auch so hergestellt werden kann, dass nur wirtschaftlich wertvolle Süßmolke anfällt. Zur Herstellung der verschiedenen Frischkäseprodukte werden heute zwei Technologien eingesetzt, mit denen Sauermolke von der bereits fermentierten Milch abgetrennt wird: 1. Ultrafiltration (ca. 20 kDa), wobei das Retentat (oder Konzentrat) den Frischkäse ergibt. Dabei fällt ein saures Ultrafiltrationspermeat an; 2. Mit etwas geringerer Ausbeute arbeitet das Separatorverfahren, bei dem die Sauermolke aufgrund des Dichteunterschieds vom Proteinkoagulat getrennt wird. Für fermentierte Magermilch und hochfette fermentierte Milch müssen unterschiedliche Separatorbauarten eingesetzt werden, da das reine Proteinkoagulat eine höhere Dichte und das fett-proteinhaltige Koagulat eine geringere Dichte als die Sauermolke besitzt. Die heute vermehrt gewünschten Low-Fat-Frischkäse können nicht direkt aus fetthaltiger fermentierter Milch hergestellt werden. Stattdessen müssen Frischkäse der Magerstufe mit Sahne oder Frischkäse der Rahmfettstufe mit Frischkäse der Magerstufe gemischt werden. Es wurden bereits Forschungsarbeiten durchgeführt, um die Aufarbeitung und Verwertung von Sauermolke zu verbessern. Auch gab es Versuche, Frischkäse der Magerstufe direkt durch Fermentation von Magermilchkonzentrat herzustellen, um damit das Problem der Sauermolke zu eliminieren. Diese Technologie der Konzentratfermentation führte jedoch zu sensorisch auffälligen, bitteren und grießigen Produkten. Zurückgeführt wurde dies auf den etwa 3- bis 4-fach höheren Calciumgehalt im Vergleich zur üblichen Technologie und spekuliert wurde über während der Fermentation gebildete Bitterpeptide. Experimentell erfolgreich war bisher nur das Teilkonzentrieren vor der Fermentation mittels Ultra- und Nanofiltration oder neuerdings mittels Mikrofiltration (Trenngrenze ca. 0,1 μm). Der damit reduzierte Calciumgehalt bzw. die damit veränderten Fermentationsbedingungen führten zu nicht-bitterem Frischkäse. Inzwischen liegen Erkenntnisse und industrielle Erfahrungen vor, die zeigen, dass ein Vollkonzentrieren der Milch vor der Käseherstellung bis zum 5-fachen mittels Ultrafiltration technisch möglich ist und zu konkurrenzfähigen Milchprodukten, z. B. Weichkäse, Feta, führt. Zugleich besteht ein grundlegendes Verständnis zur Verteilung des Calciums in seinen verschiedenen Formen in der Milch und den Möglichkeiten zu deren Modulation. Auch wird die Mikrofiltration (0,1 μm) industriell genutzt, um die Proteine der Magermilch in ein micellares Caseinretentat und ein molkenproteinhaltiges Permeat (= ''ideale'' Molke) zu fraktionieren. Abgesehen vom Bitterbeitrag freier Calciumionen fehlen bislang allerdings systematische experimentelle Arbeiten zum Einfluss der Calciumkonzentration während der Fermentation und Lagerung auf die Entstehung von Primärbitterstoffen und potenziellen Modulatoren. Ziel des Forschungsvorhabens ist es, den Prozess der Frischkäseherstellung so zu gestalten, dass keine Sauermolke mehr anfällt. Eingesetzt werden soll hierfür die Mikrofiltration in Kombination mit einer Diafiltration, wobei insbesondere der Zusammenhang zwischen der Bitterkeit und der Calciumkonzentration sowie die Calciumgetriggerte Bildung von Bitterpeptiden und Bittermodularen bearbeitet und verstanden werden soll. Dazu sollen im Projekt das Verhältnis von gelöstem Calcium zum gesamten Calcium bestimmt und mit der sensorischen Produktbitterkeit korreliert werden und anhand von molekular-sensorischen Arbeiten Bitter-Modulatoren, wie z. B. Peptide, strukturell und funktionell untersucht werden. Darüber hinaus sollen Prozessdaten zum Verhalten von Mikrofiltrations-Konzentraten beim Konzentrieren, beim Erhitzen und Fermentieren in Hinblick auf die Textur des Endprodukts Frischkäse generiert werden. Erarbeitet werden soll damit eine Datenbasis für die Bewertung und die Entwicklung einer neuen Technologie für Frischkäse.

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