متون صنایع غذایی به زبان اصلی و ترجمه

By Minoo Shahrestani

تاثیر فرآیندهای حرارتی درخواص تغذیه ای شیر

  The Effect of Heat Treatment on the Nutritional Value of Milk      

Erin Gillis

September 1, 2005

 Introduction

In the US as well as abroad, milk is a widely consumed beverage. Because it has been on the market for such a long period of time, the nutritional benefits have been well documented. Despite the wealth of information that is available regarding milk, there is a wide variety of research currently under way. As more milk products are introduced to the market, it is necessary to gain awareness regarding their nutritional qualities.

To give a general idea of how large a role that dairy plays in the nutrition of Americans, consider that dairy contributes 9% of total calories to US food supply. (Miller, 2000) With that 9%, dairy foods supply Americans:

􀂃 73% of calcium

􀂃 31% of riboflavin

􀂃 33% of phosphorus

􀂃 19% of protein

􀂃 16% of magnesium

􀂃 21% of vitamin B12

􀂃 17% of vitamin A

􀂃 10% of vitamin B6

􀂃 6% of thiamine

Given that milk is a rich source of many vitamins and minerals, it is necessary to monitor the effect that any processing techniques will have on these levels. Two common processing techniques are Pasteurization, and Ultra High Temperature (UHT) Sterilization. Both of these processing techniques involve heat treatment.

Heat treatment has been a common practice since the early 1900’s, when it was initially used for preservation purposes. (Lampert, 1975) Pasteurization is used on most dairy products in the US because it removes 95 – 99% of bacteria present in milk, and significantly extends shelf life. UHT products are heated to the point at which all living organisms are destroyed, thus leaving a product sterile. (Lampert, 1975) The FDA now

mandates that all fluid milk and milk products moved in interstate commerce for retail sale must be pasteurized. (Miller, 2000) As a result of legislation regarding pasteurization, milk and milk products are now associated with less than 1% of all disease outbreaks due to infected food and water, compared to 25% in 1938. (Miller, 2000)

Although the effects that pasteurization and UHT have on the general nutritional qualities in milk have been researched and known for some time, the effects that these treatments have on other nutrients in milk are still being researched. This paper will consolidate the available information on the effects of heat treatment on milk, as well as introduce forthcoming research areas and new data that are currently being studied

Processing Techniques

As processing techniques have developed over the years, they have also become increasingly standardized. The following is a description of common processing techniques employed in the market as described by Wong (1999). Table 1 summarizes the general flow of milk processing.

 Table 1: Milk Processing Flow Chart

 

Milking

Pumping

Cooling and Agitation

Transportation

Clarification

Separation and Standardization

Pasteurization

HTST

UHT

Homogenization

Packaging and Distribution

 

 

 

 

 

After machines milk the cows in a sterile environment, a pipeline system brings the milk to a refrigerated tank. This tank has the capability to use mechanical agitation, which allows the milk to quickly reach a cool temperature. The milk is generally stored on the farm for 1-3 days, transported to processing plant, and examined and tested upon arrival. If the milk is accepted, it is then stored in refrigerated tanks.

The next step is clarification, which consists of removing dirt, cells, and some bacteria. This is achieved by centrifuging the milk in a clarifier bowl to separate these foreign particles.

Separation begins by warming milk to 35-40 °C to melt milk fat. The milk is then centrifuged to remove the milk fat and milk solids. The milk is then standardized by

blending cream or skim milk with separated milk to achieve the appropriate proportion of fat and solids. Plants are now using infrared absorption measuring devices to screen and regulate the composition of the product to meet government labeling standards. (Wong, 1999)

The next step is pasteurization. For the purposes of this study, the definition provided by the Dairy Industry Technology Review will be used. (Dairy Management Inc. (DMI), December 2003) HTST pasteurization, the most common processing technique, is processing milk at greater than or equal to 161 °F for greater than or equal to 15 seconds. UHT product has received a thermal treatment adequate to assure the commercial sterility and packaged without contamination. This involves heating is in the range of 280 – 302 °F for 4 to 15 seconds. UHT processing typically extends the shelf life of milk from 19 days to 6 or more months without refrigeration. (DMI, December 2003)

Most plants also utilize vacuum removal of off-flavors to remove volatile, water-soluble flavor compounds. This is achieved through by steam injection/infusion as well as vacuum flash evaporation. Although this process removes compounds that could contribute to off-flavors, it does not otherwise affect milk composition. (Wong, 1999)

Homogenization uses pressure to decrease the milk fat globules to a uniform size and shape, generally about 0.1 to 3 μm. The final processing steps are packaging and distribution. This consists of cooling milk to 0-5 °C and packaging using modern filling machines. (Wong, 1999) With regard to packaging, the trend is to use materials which protect against light and use aseptic covering which protect the nutritional quality and taste of milk. (DMI, December 2003)

Literature Regarding Nutritional Changes During Processing

 There exists a great deal of literature regarding the nutrition changes in milk during the processing techniques of pasteurization and UHT treatment. For many years, the effect of these treatments on major vitamins and minerals has been studied and most research is now generally in agreement. The FDA contends that the major nutrients are left unchanged by pasteurization, and that thiamin, folate, B12 and riboflavin will experience losses from zero to 10%. This reduction is described as “marginal.” (Bren, 2004) Table 2 represents the data from the Dairy Industry Technology Review (December 2003), Wong (1999), and Miller et al (2000).

Milk is an outstanding source of riboflavin, therefore it is necessary to note that the vitamin is heat stable and that heat processing techniques do not affect riboflavin content. Interestingly, direct sunlight can produce a loss in riboflavin (up to 80%) and an off flavor in milk. This explains the move toward light blocking milk containers in recent years. (Lampert, 1975)

As for the fat-soluble vitamins and minerals, heat treatments have not been shown to affect the levels in milk. For this reason, the focus in this research will be on three fields in which more recent research is prompting interesting suggestions and       dilemmas with regard to heat processing of dairy products.

Milk is an excellent source of High Biological Value (HBV) protein because it contains, in varying amounts, all of the essential amino acids that human body cannot synthesize and in proportions resembling amino acid requirements. (Miller, 2000) Because milk is such a valuable protein source, it is necessary to evaluate the effect that heat processing will have on this nutrient and its bioavailability.

A study by AlKanhal (2001) showed that the nutritional quality of protein in UHT treated milk before storage was similar to that of pasteurized milk (no immediate adverse effect). The study suggested that the Maillard reaction was initiated during the heat treatment and continued during storage to causes degradation in protein quality. One example of this degradation is a loss of 14% of available lysine after six months of storage. The quality of the UHT milk decreased significantly during storage at three months and remained at the same level of quality after 6 months of storage. A study by Carbonaro (2000) supports these findings with the conclusion that the in vitro digestibility of proteins in UHT treated milk was significantly impaired compared to pasteurized milk. AlKanhal (2001) concluded that this reduction in nutritional quality might be significant for children who are solely dependent on this type of milk in their diet.

Milk is a source of folic acid, which is needed for red blood cell development, among other functions. It is estimated that about 10-15% of folate is gained from milk in Western countries. (Forssein, 2000) According to the FDA, pasteurization has little effect on the folic acid content, with less than 10% reduction. (Bren, 2004)

 

Research indicates that UHT sterilization can cause folate losses of up to 50%. Studies have shown that the addition of ascorbic acid to UHT milk prolongs the storage stability of folates. Additionally, package materials have a marked effect on the retention or loss of folate due to oxygen permeability. (Forssein, 2000)

Folate binding proteins (FBP) are present in raw milk and assist in the uptake of folate in the intestine (acting as an intrinsic factor for folate). (Forssein, 2000) A study by Gregory (1982) showed that pasteurization causes a significant reduction in the FBP of milk. Other studies suggest that others have shown little difference between raw milk and pasteurized milk in FBP effectiveness. These conflicting results are explained by the fact that the conditions used for pasteurization are very close to those at which denaturation of FBP takes place. Thus, small fluxuations in processing conditions may have a relatively large impact on the level of FBP. (Forssein, 2000)

Studies have shown that UHT milk has either low or trace amounts of FBP. For instance, Wigertz (1996) concluded that UHT processing significantly reduced the concentration of FBP. More studies are necessary to determine the exact role that FBP play in the body, and the implications that heat treatment may have on the folate bioavailability in the body.

Conjugated Linoleic Acid (CLA) is a fatty acid naturally present in cow’s milk and certain animal meats. (Haines, 2004) Although milk is one of the major sources of CLA in the diet, it is just a minor component of milk fat. One hundred grams of milk contains just 0.46-1.78g of CLA. Mattila-Sandholm, 2003) CLA is associated with health claims including heart disease, cancer prevention and weight control. (Shortt, 2004) CLA functions on a variety of mechanisms with various results that have been identified by scientists. Most current research has been done on animals, and no recommendation regarding daily intake for humans has been set. (Shortt, 2004)

Due to the fact that milk is considered a rich source of CLA, as well as the potential health benefits that it may provide, it is imperative to ascertain the effects that heat processing may have on CLA. Because of its chemical structure, CLA is more sensitive to oxidation or isomerization during heat treatment than linoleic acid. This could mean a decrease in CLA content due to oxidative damage. (Mattila-Sandholm, 2003)

The current research suggests that only heat treatment for at least 15 minutes, using temperatures higher than 200 °C caused the isomerization of CLA in milk. Moderate heating (including HTST pasteurization and UHT processing) had no detrimental effect. (Mattila-Sandholm, 2003)

Interestingly, CLA levels in milk are related to bovine feed, lactation and season. The changes to the CLA level during processing is insignificant compared to the changes noted each season (winter lowest due to higher PUFA levels in bovine feed in spring and summer) Research is currently underway to produce milk with higher levels of CLA by modifying dairy cow feed. (Mattila-Sandholm, 2003)

Industrial Information

 For the purposes of research regarding the industry, several individuals were contacted via phone and email. Responses were received from Tom Szalkucki, Wisconsin Center for Dairy Research, Marianne Smukowski, Safety/Quality Applications, WI

Center for Dairy Research, Sharon Gerdes, a DMI Technical Support Consultant, and Cary Frye, IDFA. Each of these professionals made suggestions as to where more information might be found, but did not offer insight into possible future trends within the dairy industry. Additionally, many individuals did not respond at all, which could be explained by several factors, including the summer vacation season. Despite the lack of industrial contact, the resources that these individuals suggested had a wealth of dairy industry information.

California (CA) is the leading state in agricultural production. (California Dairy Research Foundation, 2004) Additionally, CA is number one in milk production, followed by Wisconsin, New York, Pennsylvania, and Idaho. The average cow produces 6-8 gallons of milk a day, totaling over 2000 gallons of milk a year. (California Dairy Research Foundation, 2004)

In 2004, CA milk production reached 36.4 billion pounds, the highest annual recorded for CA; this figure represents 21% of the nations total milk production. In other words, approximately one out of five glasses of milk that are drank in the US is produced in CA. (California Dairy Research Foundation, 2004) In terms of milk regulation, CA has more stringent bacteriological standards and compositional standards than the federal government. (California Department of Food and Agriculture, 2005)

Between 1960 and 1997, total milk production in the US has increased from 123 to 156 billion pounds. (Miller, 2000) In the US, fluid milk and cream accounted for 37% of all sales in the dairy market, followed closely by cheese at 34.9%. (Miller, 2000) Throughout the world, sales in milk and cream generated $5.3 billion in 2004. (Miller, 2000) Noteworthy trends in the US include movement toward lower fat versions of dairy products and less use of whole milk. The use of whole milk dropped from 81% in 1970 to 35.9% in 1995. (Miller, 2000)

There are several trends evident in the dairy industry today. Milk is being marketed as a functional food, meaning that it makes claims based on health. (Haines, 2004) The functional food market has been estimated in the region of $48 billion worldwide. (Miller, 2000) This is one motive behind the research in progress regarding CLA content of milk.

 

ترجمه متن فوق :   

تاثیر فرآیندهای حرارتی درخواص تغذیه ای شیر

 در بسیاری از کشورهای دنیا شیر آشامیدنیی است که به طور گسترده مصرف می شود.و این امر به دلیل استناد مزایای تغذیه ای و مدت زمان طولانی است که در بازار عرضه می گردد .با وجود اطلاعات بسیاری که در    خصوص شیر  در دسترس می باشد، باز هم طیف گسترده ای از تحقیقات در مورد آن در راه است که برای کسب آگاهی بیشتر در مورد کیفیت تغذیه ای آن لازم است شیر با تنوع محصولات بیشتری به بازار معرفی گردد .

 برای ارائه ایده کلی از چگونگی نقش مهمی که محصولات لبنی در تغذیه دارند ، توجه به این مطلب که لبنیات 9% از کالری غذایی عمده کشورها را تامین می کند ، حائز اهمیت است .با موازین زیر :

 73 % کلسیم            16% منیزیم       21% ویتامین B12      6%  تیامین

          31% ریبوفلاوین      33% فسفر             10% ویتامین  B6

 19% پروتئین           17% ویتامین  A

 با توجه به اینکه شیریک منبع غنی از ویتامین ها و مواد معدنی بسیاری است ، نظارت به اثر  تکنیک های پردازش بر روی سطوح مختلف  آن امری ضروری است . دو روش   پردازش معمولی پاستوریزاسیون و استریلیزاسیون UHT می باشد که هردو روش شامل عملیات حرارتی هستند .

 درمان حرارتی به عنوان یک کار مشترک از سال 1900 با اهداف حفاظت ماده غذایی  انجام می پذیرفته است .در پاستوریزاسیون محصولات لبنی 95- 99 درصد از باکتری های موجود در شیر حذف می شوند و این امر مشخصا" عمر ماده غذایی را طولانی می کند .محصولات

UHT به گونه ای تحت حرارت قرار می گیرند که در نقطه ای تمام ارگانیزم های زنده منهدم شده و محصول استریل می شود .سازمان FDA هم اکنون پاستوریزاسیون تمام محصولات و مایعات شیری را در تجارت و خرده فروشی اجباری کرده است .به عنوان یک نتیجه از قوانین مربوط به پاستوریزاسیون ،هم اکنون شیر و محصولات لبنی با کمتر از 1% از شیوع بیماریها با 25% در سال 1938 قابل مقایسه است .

 با وجودیکه اثرات پاستوریزاسیون و UHT در کیفیت تغذیه ای شیر مورد تحقیق قرار گرفته و مدتی است که شناخته شده ، آثار این عملیات حرارتی روی خواص تغذیه ای دیگر در شیر هنوز در دست بررسی است . این مقایسه به اطلاعات موجود روی اثرات فرآیند حرارتی در شیرو زمینه تحقیقاتی آینده و همچنین اطلاعات جدید که در حال حاضر در دست مطالعه هستند ،تحکیم می بخشد .

 روش های  فرآوری : 

روش های پردازش در طول سالها بطور فزاینده توسعه یافته و استاندارد شده اند . در زیر توضیحی از روش های  مشترک پردازش بکار گرفته شده در بازار در سال 1999 ارائه می شود .

 نمودار جریان فرآوری شیر

 شیردوشی

پمپاژ

 حمل و نقل

 صاف کردن

 هموژنیزاسیون


شیردوشی 

  پمپاژ

خنک سازی و چرخش

 جداسازی و استاندارد کردن

  پاستوریزاسیون

HTST 

UHT  

 

 

 بعد از شیردوشی گاوها در محیط استریل ، یک سیستم خط لوله ، شیر را به درون مخزن یخچال می برد. این مخزن مجهز به سیستم چرخش مکانیکی است که شیر را به درجات خنک می رساند .

شیر عموما" در مزرعه برای 1-3 روز نگهداری می شود .سپس برای پردازش به کارخانه رفته و به محض ورود تحت بررسی و آزمایش قرار می گیرد که در صورت پذیرفته شدن در مخازن در یخچال ذخیره می شود .

گام بعدی صاف کردن شیر است که شامل از بین بردن کثافات ، بافت ها ،وبعضی از باکتری ها می شود . این کار توسط سانتریفیوژ کردن شیر در ظرف صافی و به منظور جداسازی ذرات خارجی صورت می پذیرد .

عمل جداسازی با گرم کردن شیر تا 35 الی 40 درجه سانتیگراد جهت ذوب کردن چربی شیر آغاز می شود. سپس شیر برای حذف چربی و مواد جامد شیر سانتریفیوژ می شود .سپس شیر توسط خامه زده شده یا شیر پس چرخ همراه با شیر جداسازی شده جهت رسیدن به نسبت مناسبی از چربی و مواد جامد در شیر استاندارد می شود . امروزه دستگاهها از ابزار اشعه مادون قرمز برای اندازه گیری و نمایش و تنظیم ترکیب محصول و رسیدن به استانداردهای  قانونی استفاده می کنند .

گام بعدی پاستوریزاسیون است . پاستوریزاسیون HTST رایج ترین روش پردازش  شیر در درجه حرارتی برابر یا بیشتر از 161 درجه فارنهایت و زمان برابر یا بیشتر از 15 ثانیه می باشد . محصول UHT   تحت فرآیند حرارتی کافی بااطمینان به استریلیزاسیون تجاری و بسته بندی بدون آلودگی می رسد . این عمل  شامل گرم کردن در محدوده 280 الی 302 درجه فارنهایت به مدت 4 تا 15 ثانیه انجام می شود. پردازش به روش UHT معمولا" عمر نگهداری شیر را از 19 روز به 6 ماه یا بیشتر بدون نگهداری در یخچال افزایش می دهد .

بیشتر دستگاهها نیز جهت حذف طعم های خارجی ، مواد فرار ، و ترکیبات طعم دار محلول در آب از خلاء استفاده می کنند . این عمل توسط تزریق بخار ،تزریقی به خوبی تبخیر در خلاء( یعنی با همان کیفیت ) حاصل می شود .گرچه این فرآیند ترکیباتی که می تواند به خروج طعم کمک کند را حذف می کند ، اما ترکیب شیر را تحت تاثیر قرار نمی دهد .

هموژنیزاسیون برای کاهش گلبولهای چربی شیر جهت متعادل کردن اندازه و شکل آنها که به طور کلی به حدود 1/0 تا 3 میکرومتر برسند ، از فشار استفاده می کند .

آخرین مرحله فرآیند بسته بندی و توزیع است . این مرحله شامل سردکردن شیر از 0 تا 5 درجه سانتی گراد و بسته بندی آن با استفاده از ماشینهای مدرن می باشد . روند عنایت به بسته بندی ، استفاده از مواردی است که با پوشش اسپتیک ، کیفیت تغذیه ای شیر و طعم آن را حفظ و شیر را در برابر نور محافظت می کنند  . 

مقالات فنی (علمی) راجع به تغییرات تغذیه ای حین فرآوری  

تعداد کثیری مقالات علمی – فنی راجع به تغییرات تغذیه ای در شیر حین اعمال روشهای فرآوری پاستوریزاسیون و فرآیند حرارتی UHT موجود است .طی سالیان دراز اثر این فرآیندها بر روی ویتامین ها و موادمعدنی مهم تحت مطالعه قرار گرفت و بیشتر تحقیقات در حال حاضر قابل قبول است .سازمان FDA مدعی است که مواد مغذی مهم توسط پاستوریزاسیون دست نخورده باقی می مانند و تیامین ، فولات ، B12 و ریبوفلاوین از 0 تا 10 درصد از بین می روند . این کاهش به عنوان کاهش حاشیه ای قابل توصیف است .                                     

  شیر یک منبع شاخص از ریبوفلاوین است .بنابراین لازم است توجه داشته باشیم که ویتامین پایداری حرارتی دارد و روش های فرآیند حرارتی روی محتوای ریبوفلاوین اثر نمی گذارد . جالب توجه است بدانیم که نور مستقیم خورشید می تواند زیان از دست رفتن تا 80% ریبوفلاوین و طعم شیر را به دنبال داشته باشد .این موضوع مبین مسدود سازی حرکت نور به سوی ظروف شیر در سالهای اخیر است .

در مورد ویتامین های محلول در چربی و مواد معدنی ، درمان حرارتی تاثیری در سطوح شیر از خود نشان نداده اند . به همین دلیل تمرکز در این تحقیق روی سه زمینه ای است که باعث کنکاش بیشتری در پیشنهادات جالب و معضلات ، با توجه به فرآیندهای حرارتی در محصولات لبنی خواهد بود .

شیر یک منبع عالی از پروتئین با ارزش بیولوژیکی بالاست (HBV) و این بدان دلیل است که حاوی مقادیر متفاوتی از تمام اسیدهای آمینه ضروری که بدن قادر به سنتز آنان نمی باشد و در ابعادی به شرایط اسیدهای آمینه شبیه هستند ، می باشد.

 از آنجا که شیر منبع ارزشمندی از پروتئین است ، ارزشیابی اثر فرآیندحرارتی روی این ماده مغذی و قابل دسترس بیولوژیکی از ضروریات است . یک مطالعه نشان می دهد که کیفیت تغذیه ای پروتئین در شیرهای تحت فرآیند UHT قبل از ذخیره سازی شبیه به شیر پاستوریزه می باشد (بدون اثرات جانبی فوری) .مطالعه نشان داد که واکنش میلارد حین فرآیند حرارتی آغاز میشود و در طول ذخیره سازی به علت تخریب کیفیت پروتئین ادامه می یابد . یک نمونه از تخریب از دست دادن 14% از لیزین قابل دسترس بعد از 6 ماه پس از ذخیره سازی می باشد . کیفیت شیرهای UHT طی ذخیره سازی  سه ماهه به طور قابل توجهی کاهش می یابد و بعد از 6 ماه نگهداری  نیز در همان سطح کیفی باقی می ماند .این یافته ها به نتایجی که در هضم آزمایشگاهی پروتئین ها در شیر فرآیند یافته UHT و اختلال آن نسبت به شیر پاستوریزه عنوان شده بود ،کمک می کند . این کاهش ممکن است در کیفیت تغذیه ای کودکانی که صرفا" به این نوع شیرها در رژیم غذایی خود وابسته اند ،تاثیر گذارد.

شیر یک منبع از اسید فولیک است که در میان فاکتورهای دیگر برای رشد سلول های قرمز خون ضروری است .گمان می رود که حدود 10 الی 15 درصد از فولات در کشورهای غربی توسط شیر تامین می شود .

طبق نظریه FDA  پاستوریزاسیون اثر جزیی در محتوای اسید فولیک با کاهش کمتر از 10% دارد. استریلیزاسیون UHT می تواند دلیل از دست رفتن اسید فولیک تا 50% باشد . افزودن اسید آسکوربیک به شیر UHT ثبات ماندگاری فولات ها را طولانی می کند .علاوه بر این مواد یسته بندی به دلیل نفوذپذیری اکسیژن یک اثر مشخص روی ماندگاری یا از دست رفتن فولات دارند. پروتئین هایFBP    یعنی پروتئین های متصل به فولات در شیر خام موجودند و به جذب فولات در روده کمک می کنند . مطالعات نشان می دهد که پاستوریزاسیون باعث کاهش چشمگیرFBP   در شیر می شود ولی فرآیندهای دیگر اثر کمتری دارند . این نتایج متناقض مبین این واقعیت است که شرایط استفاده از پاستوریزاسیون به دناتوراسیون FBP و جایگزینی آن کمک می کند . بنابراین فولوکولاسیون کم در شرایط فرآیند ممکن است تاثیر زیادی در سطوح و موجودیت  FBP داشته باشد . مطالعات نشان می دهد که شیر با پردازش  UHT کاهش چشمگیری در تجمع FBP دارد  و مقادیر بسیار کمی از این نوع پروتئین در شیر UHT موجود است .برای تعیین نقش دقیق FBP در بدن اثرات فرآیند حرارتی روی قابلیت بیولوژیکی فولات در بدن ضروری است .

اسید لینولئیک چندگانه (CLA) یک اسید چرب طبیعی است که در شیر گاو و گوشت بعضی از حیوانات موجود است . گرچه شیر یکی از منابع مهم CLA در رژیم غذایی است ، این فقط جزیی کمکی از چربی شیر می باشد .یکصد گرم شیر حاوی فقط 46/0 تا 78/1 گرم CLA است . CLA با موارد سلامتی که شامل ناراحتی های قلبی ، پیشگیری از سرطان و کنترل وزن می شوند همراه است . عملکردهای CLA بر روی مکانیزم های متفاوت با نتایج متنوع توسط دانشمندان شناخته شده اند .اکثر تحقیقات رایج روی حیوانات انجام شده و در مورد مصرف روزانه برای انسان و هیچ توصیه ای نشده است . با توجه به این واقعیت که یک منبع غنی CLA به عنوان پتانسیل سودمند برای سلامتی مورد توجه قرار می گیرد و ممکن است گسترش یابد ، مشخص شدن اثرات فرآیند حرارتی بر روی  CLAامری ضروری است .به دلیل ساختار شیمیایی آن ،CLA در مقابل اکسیداسیون و یا ایزومریزاسیون حین فرآیند حرارتی حساس تر از اسید لینولئیک است و می تواند به معنی کاهش مقادیرCLA به دلیل آسیب اکسیداسیونی باشد .تحقیقات امروزی مبین آن است که فقط فرآیند حرارتی برای حداقل 15 دقیقه و استفاده از درجه حرارت بالای 200 درجه سانتیگراد دلیل ایزومریزاسیونCLA در شیر است .

حرارت متوسط( شامل پاستوریزاسیون HTST و فرآیند UHT ) هیچ اثر مخربی ندارند .جالب توجه است بدانیم که سطوح  CLA در شیر به تغذیه گاو ، شیردهی و فصل بستگی دارد . تغییرات در سطوح CLAحین پردازش در مقایسه با تغییرات هر فصل ناچیز است . 

(PUFA کمترین مقدار را در زمستان نسبت به بهار و تابستان در غذای گاو دارد ).در جریان تحقیقات کنونی در تولید شیر با سطوح بالای CLA لازم است تغییرات در تغذیه دام مدنظر گرفته شود .

Abbreviations    

HTST : High Temperature Short Time       

UHT : Ultra High Temperature       

FDA : Food & Drug Association       

HBV : High Biological Value       

FBP : Folate Binding Proteins       

CLA : Conjugated Linoleic Acid       

PUFA : Poly Unsaturated Fatty Acid       

 

 

 

+ نوشته شده در  شنبه بیست و هفتم آذر 1389ساعت 1:36  توسط مينو شهرستانی  | 

Iranian UF cheese

Contribution of rennet and starter to proteolysis

in Iranian UF white cheese

Javad HESARIa,d, Mohammad R. EHSANIb, Asghar KHOSROSHAHIc,

Paul L.H. MCSWEENEYd*

a Department of Food Science and Technology, Tabriz University, P.O. Box 51666, Tabriz, Iran

b Department of Food Science and Technology, Tehran University, Tehran, Iran

c Department of Food Science and Technology, Urmia University, Urmia, Iran

d Department of Food and Nutritional Sciences, University College, Cork, Ireland

Received 24 February 2006 – Accepted 12 May 2006

Abstract – The relative contributions of rennet and starter to proteolysis during the storage of ultrafiltered (UF) Iranian white cheese were investigated. In the experimental design used, starter and rennet were, in separate treatments, omitted and gluconic acid-δ-lactone was used for acidification of starter-free samples. The experimental treatments used did not have significant effects on composition. Omission of rennet in manufacture significantly reduced proteolysis during ripening of UF white cheese, and caused differences in peptide profiles determined by both urea-polyacrylamide gel electrophoresis and reversed-phase HPLC; omission of starter had a considerably smaller effect on these parameters. In cheeses made without rennet, noticeable casein degradation was not observed suggesting little contribution of indigenous proteinases to proteolysis during the ripening of UF Iranian white cheese. Both rennet and starter contributed indirectly or directly to production of free amino acids in UF white cheese and omission of either of these agents strongly reduced production of FAA during ripening.

Iranian white cheese / ultrafiltration / rennet / starter / proteolysis

 INTRODUCTION

Proteolysis is the most complex and important event that occurs during the ripening of a great number of cheese varieties and strongly affects the sensory properties of ripened cheeses . Proteolytic enzymes from the rennet and starter are the principal proteolytic agents acting during cheesemaking and ripening. Primary proteolysis of cheese proteins may be defined as those changes to αs1- and β- casein and peptides therefrom and is mainly the result of the action of residual coagulant and indigenous proteinases (i.e., plasmin,and perhaps cathepsin D or other somatic cell proteinases) [15] while the complex proteolytic and peptidolytic systems of microorganisms, both starter and nonstarter,are responsible for secondary proteolysis  Rennet is an enzymatic .preparation that coagulates milk and is a key factor for cheesemaking; the most common .enzyme in rennet preparations is chymosin. Its hydrolytic action at the 105–106 bond of bovine κ-casein results in the formation of the coagulum. Moreover, it is one of the main proteolytic factors involved in cheese ripening. The proteinases of rennet are mainly responsible for the initial proteolysis of the caseins in cheese and modify its texture by slowly degrading αs1- and, to a lesser extent, β-caseins, which are responsible for forming the framework of the cheese matrix, and produce precursors of sapid compounds  but make only a minor and indirect contribution to the liberation of free amino acid .Although starters are usually added to milk for acidification during cheesemaking,  their proteolytic activity during cheese ripening is well known .The main components of the proteolytic system of LAB are proteinases (mainly lactocepin, although intracellular proteinases have been reported;, amino acid and peptide transport systems, and a range of intracellular peptidases.The primary role of lactocepin is to degrade the caseins to provide short peptides to support the growth of the lactococcal cells in milk. However, its role in cheese ripening is different. Peptides isolated from Cheddar cheese, the N- or C-terminus of which corresponds to the specificity of lactocepin, do not contain a major chymosin or plasmin cleavage site, suggesting that chymosin or plasmin  ct first and that lactocepin then hydrolyses the resulting intermediate- sized peptides.In contrast to traditional cheeses, in which only a small part of the rennet activity added to the milk remains in the curd after manufacture ,in UF white cheese all the rennet is retained in the curd since it is added to the retentate. On the other hand, whey proteins are present in UF cheeses at high concentration and may inhibit chymosin, microbial rennets and probably other proteinases and peptidases .UF cheeses are characterized by slower proteolysis and production Proteolysis in Iranian UF white cheese 293 of amino acids during ripening  which influence the development of cheese flavor and texture. The available information about the rennet and starter activities in UF cheeses is very limited. Likewise the contribution of rennet and starter has not been studied in Iranian UF white cheese. In this study, an attempt was made to produce rennet- free and starter-free UF white cheeses;in the later case using gluconic acid-δ-lactone as an acidulant as described by Wiumet and proteolysis was studied during ripening.

2. MATERIALS AND METHODS

2.1. Cheesemaking

Experimental UF white cheeses were made in three trials on separate days. The retentate was prepared by Iran Dairy Industry Inc., Pegah Co (Tabriz, Iran) and used for production of Iranian UF white cheese. Raw milk of high microbial quality was standardized to 3.5% fat, and after bactofugation in two steps, pasteurized at 72 ºC for 15 s and then ultrafiltered at 50 ºC. The membrane cartridges were of the spiral wound type (no UFPH20 Invensys APV, Silkeborg, Denmark) and the membranead a nominal molecular weight cut-off of approximately 20 kg·mol–1 with a surface area of 16.9 m2. The ultrafiltration unit was operated at an inlet pressure of 5.3 bar and an outlet pressure of 1.7 bar. The retentate was pasteurized at 78 ºC for 60 s and then cooled to 35 ºC. Three types of cheeses were produced: control samples by adding starter (1%) and standard bovine rennet (Renco, Eltham, New Zealand) (30 mg·kg–1); samples without   arter acidified by gluconic acid-δ-lactone (GDL, 3.6%) but containing rennet (30 mg·kg–1); and samples without rennet but containing starter (1%). A mixture of mesophilic (G3 mix, composed of Lc. cremoris and Lc. lactis) and thermophilic (Joghurt 709, composed of Str. thermophilus and Lb. delbrueckii subsp. bulgaricus) cultures (both prepared commercially by Laboratorium Visby, Tender Aps, Denmark) in the ratio 7:1, was used as starter. The retentate was adjusted with permeate to 340 g dry matter·kg–1 as described by Wium et al. and then immediately filled (450 g) into containers and left to coagulate at 30 °C room for 60 min. A parchment paper was placed on top of the coagulum and dry salt (3%) was added. The containers were sealed with  luminum foil. Salt gradually adsorbed moisture from curd and a layer of brine formed around cheeses in the containers. Cheese packs were held at 26–28 °C for 24 h and then transferred to a cool  oom (8 °C); the next day was considered as the first day of ripening and the samples were ripened for three months. One cheese of each trial was sampled at 1, 30, 60, and 90 days during ripening.

2.2. Analytical methods

2.2.1. Chemical composition

Cheeses were analysed for moisture by the oven drying method at 102 ± 2 °C salt by a  otentiometric method ,fat by Gerber method ُُ,total protein and pH 4.6-soluble nitrogen by the macro-Kjeldahl method .The pH of the cheese was measured by direct insertion of an electrode (PHC3031-9, Radiometer Analytical, Copenhagen, Denmark) into grated cheese. All analyses were performed in triplicate and results reported as mean ± standard deviation.

2.2.2. Assessment of proteolysis

The pH 4.6-insoluble and -soluble fractions of the cheese samples were obtained by a slight modification of the procedure of Kuchroo and Fox as described by Sousa and McSweeney .The pH 4.6- soluble fraction was fractionated into 70% ethanol-soluble (small, hydrophilic peptides) and -insoluble (large, hydrophobic peptides) fractions as described by Reville and Fox .Urea-polyacrylamide gel electrophoresis (PAGE) of the pH 4.6- insoluble fraction of the cheese was performed using a Protean II XI vertical slabgel unit (Bio-Rad Laboratories Ltd., Watford, UK) according to the method of Andrews  as modified by Shalabi and Fox.294 J. Hesari et al.The gels were stained directly with Coomassie Brillant Blue G250, as described by Blakesley and   ezi .Peptide profiles of the ethanol-insoluble and -soluble fractions of the pH 4.6-soluble extracts were determined by RP-HPLC using a Varian System (Varian Associates Inc., Walnut Creek, CA, USA), as described by Hayaloglu et al.  Total free amino acids (FAA) were determined by the trinitrobenzenesulphonic acid (TNBS) assay as described by Polychroniadou. Concentrations of individual free amino acids were determined using a Beckman model 6300 amino acid analyser equipped with a Beckman model P-N 338052 Na+ cation-exchange column (12 × 0.4 cm) according the method described by Fenelon

2.2.3. Statistical Analysis

A randomised complete block design which incorporated three treatments (control cheeses, cheeses made without starter and cheeses made without rennet) and three blocks (trials) was used and significance of differences in results was estimated by using 1-way ANOVA   significance level P < 0.05). The RP-HPLC chromatograms of ethanol (70%)-insoluble and -soluble fractions of the pH 4.6-soluble fractions were analysed by multivariate statistical analysis. Principal component analysis (PCA) was applied to the HPLC variables (peak heights) using a covariance matrix. The data for PCA were obtained by taking peaks heights as variables and preprocessed using a logistic function ; after this step, processed data consisted of classes of retention time (retention classes) wherein peak heights were accumulated using the distance from center of class as a weight. Hierarchical cluster analysis (HCA) was performed using the between-groups linkage cluster method. Statistical analysis was carried out using SPSS, Version 11 for Windows 98 (SPSS Inc., Chicago, IL, USA).

3. RESULTS AND DISCUSSION

3.1. Composition

The compositions of 1-day old experimental Iranian UF white brined cheeses are shown in Table I. There were no significant differences between the gross compositions of the different cheeses. These results showed that changes to cheesemaking protocols used to give rennet-free and starterfree cheeses did not have significant effect on the gross composition of cheeses as reported by other workers for various cheeses .

3.2. Level of pH 4.6-soluble nitrogen

as % of total nitrogen (pH 4.6-

SN/TN)

The levels of pH 4.6-SN/TN in experimental UF Iranian white cheeses during ripening are shown in Figure 1. The levels of pH 4.6-SN/TN in the control UF cheese were significantly higher than the samples made without starter and rennet at 15, 30 and 60 days of ripening (P < 0.05). The level of pH 4.6-SN is an index of ripening  and produced mainly by the action of enzymes from ennet and plasmin .While formation of pH 4.6-SN in rennet-free

Table I. Composition of 1-day-old experimental ultrafiltered (UF) Iranian white cheeses, results re presented as average of data from three independent replicate trials ± standard deviations.Cheeses pH Moisture (%) Protein (%) Fat (%) NaCl (%) Control 4.52 ± 0.05 60.65 ± 1.01 11.27 ± 0.25 17.85 ± 0.35 3.13 ± 0.11

Starter-free 4.54 ± 0.02 59.67 ± 0.90 12.25 ± 0.32 17.92 ± 0.41 3.10 ± 0.08

Rennet-free 4.52 ± 0.03 59.71 ± 0.88 11.35 ± 0.51 18.25 ± 0.42 3.07 ± 0.15

L.S.D.1 0.061 2.321 1.74 1.88 0.30

1 L.S.D. = least significant difference. Proteolysis in Iranian UF white cheese 295 cheese occurred very slowly in the cheeses made without starter, levels of pH 4.6-SN increased through the action of residual rennet, although it occurred at a lower rate than that in the control cheeses. These results showed that rennet is mainly responsible for formation of pH 4.6-SN during ripening of Iranian UF white cheese, although starter also has a noticeable effect on its production. Mara and Kelly  reported that Quarg prepared without the addition of rennet had lower levels of proteolysis than was observed for control cheeses made with added rennet. This is also consistent with the findings of Zakrzewski et al.  and Shakeel-Ur-Rehman.

3.3. Urea-PAGE

Urea-PAGE electrophoretograms of the pH 4.6-insoluble fraction of experimental UF white cheeses of Trial 1 after 30 and 60 days of ripening are shown in Figure 2. Results of other trials were similar (not shown). There were some notable differences in electrophoretic patterns between the three cheese types. While degradation of β-casein was negligible, αs1-casein was hydrolysed to αs1-CN (f24-199). In starterfree cheese, degradation of αs1-casein was also seen, although to lower extent compared to the control samples. In samples made without the use of rennet, αs1-casein remained nearly intact and αs1-CN (f24- 199) was not produced after 1 and 2 months of ripening. These observations indicate that initial proteolysis of the caseins in Iranian UF white cheese is carried out mainly by enzymes from the coagulant; however, starter enzymes may contribute to a small extent to initial proteolysis. Many authors have reported the resistance of β-casein to hydrolysis during the ripening of many cheese varieties. When animal rennet is used as a coagulant in internal bacterially ripened cheese varieties, proteolysis of β-casein is less than that of αs1-casein .Alichanidis . reported that the high NaCl concentration and low pH of Feta cheese markedly reduced the degradation of β-casein by the coagulant and plasmin, but the hydrolysis

Figure 1. Formation of pH 4.6-soluble nitrogen as a percentage of total nitrogen (SN/TN) in control (􀁺), starter-free (􀂄) and rennet-free (􀁓) UF Iranian white cheeses during ripening.

Figure 2. Urea polyacrylamide gel electrophoretograms of experimental UF Iranian white brined cheeses after 30 and 60 days of ripening. Lane 1, 4: control; lane 2, 5: starterfree cheeses; lane 3, 6: rennetfree cheeses; lane 7: sodium caseinate. 296 J. Hesari et al. of αs1-casein was not inhibited. Vicente reported that the effects of the starter bacteria on primary proteolysis of Idiazabal cheese were dependent on the casein fractions and peptides produced by the coagulant. In our study, the lack of notable degradation of caseins in rennet-free cheeses confirms this hypothesis. Similar observations were reported by Moatsou  for Feta cheese. Primary proteolysis of caseins in cheese is generally due mainly to the activity of chymosin (on αs1- casein) and of plasmin (on β-casein) but they are not the sole active proteolytic agents .Wium observed degradation of αs1-casein in UF Feta cheese made without rennet and ascribed it to cathepsin D activity. The continued absence of αs1-I-casein in our rennet-free Iranian UF white cheese suggests little contribution of the milk acid proteinase cathepsin D, which should exert a chymosin-like action at the pH of white cheese. This is probably due to extensive inactivation of the enzyme by pasteurization, combined with the relatively short storage period of UF white cheese. These results are in agreement with the studies of Mara and Kelly  who reported the lack of degradation of αs1- casein in rennet-free Quarg.

3.4. RP-HPLC

RP-HPLC peptide profiles of the ethanol- soluble and -insoluble subfractions of the pH 4.6-soluble extracts from experimental UF white cheeses of Trial 1 after 60 days of ripening are shown in Figure 3; results of other trials were similar (not shown). Noticeable qualitative and quantitative differences were found between peptides profiles of (70%) ethanol-soluble and -insoluble fractions of control samples and cheeses produced without starter and rennet. In both subfractions, the early eluting peaks (retention times of 4–8 min) generally include many free amino acids. Using whey protein standards, it was confirmed that the peaks eluting at ca. 53 and 57 min corresponded to α-lactalbumin and β-lactoglobulin, respectively. As shown in Figure 3B, the main differences between peptide profiles of ethanol-insoluble fractions of control and starter-free cheeses were in the region of the chromatogram with retention time of 10–30 min. The concentration of peptides eluting in this region for starter-free samples were lower than that in the control cheeses. The peaks that elute early in the RP-HPLC chromatograms are comprised mainly of hydrophilic peptides and those that elute later are hydrophobic peptides. Hence, it appeared that starter was mostly effective in the production of hydrophilic peptides. Cheeses prepared without rennet yielded the simplest chromatograms with peptides at lowest concentration (Fig. 3B) most notably in the region with retention time of 10–50 min. To investigate differences between the chromatographic profiles of ethanol-insoluble subfractions of experimental UF white cheeses, PCA was performed on peak height data  and the results are shown in Figure 4. The first three principal components (PCs) explained 84.22% of the total variance (TV). The peak categories, identified by their retention time, most correlated with PC1 (that accounted for the 59.79% of the TV) and their factor loadings (between brackets) were peak categories 14 (0.956), 43 (0.953), 36 (0.952), 38 (0.946), 49 (0.917) and 7 (0.916). PC2 explained 14.46% of the TV and the peaks categories most correlated with this PC and their factor loadings were 56 (0.942), 46 (0.931) and 57 (0.931). HCA highlighted closely related clusters which were indicated as ovals on the score plots (Fig. 4A). Samples appeared to be distributed in two main groups, one including control samples (C) and the other one comprising starter-free cheese (S) and rennet-free cheeses (R), separated based on the peptide profiles of their ethanol (70%)- insoluble fractions. The second group was almost divided to two subgroups including starter-free and rennet-free cheeses, suggesting that the activities of enzymes from both starter and rennet affect the ethanolinsoluble peptide profile of UF white cheese. PCA was also applied to the RPHPLC data from the 70 mL·100 mL–1 ethanol- soluble fractions from the 60-day old cheese samples in order to explore the distribution of the samples according to their Proteolysis in Iranian UF white cheese 297 peptide profiles; the score plot from the PCA is shown in Figure 4B. The first three PC explained 81.61% of the TV. PC1 explained 48.613% of the TV and the peak categories most correlated with this PC and their factor loadings were 34 (0.955), 7 (0.936), 27 (0.933) and 32 (0.918). PC2 accounted for 18.95% of TV and the peaks most correlated with this PC and their factor loadings were 33 (0.97), 52 (0.965) and 50 (0.955). As is shown in Figure 4B, HCA distributed the samples in three main groups, including control samples (C), starter free cheeses (S) and rennet free cheeses (R). As PC1 explained most the variation between the control and experimental cheeses, suggesting that the peptides which contributed to the variation between these samples mostly eluted in the chromatogram at retention times shorter than 35 min and thus could be considered hydrophilic [14, 30, 38].

Figure 3. Reverse phase-HPLC profiles of (70%) ethanol-insoluble (A) and (70%) ethanol- oluble (B) fractions of experimental control (C), starter-free (S) and rennet-free (R) UF Iranian white cheeses of Trial 1 at 2 months of ripening. 298 J. Hesari .

3.5. Total and individual free amino

acids

As is shown in Table II, the total free amino acid content of UF white cheeses made without starter or rennet was significantly lower than in control samples after 1, 2 and 3 months of ripening (P < 0.05). Although there was no significant difference between total free amino acid levels of 30 day-old starter-free and rennet-free cheeses, after 2 and 3 months of ripening, the total free amino acid content of rennetfree cheeses were significantly lower than that of starter-free cheeses (P < 0.05). Figure 5 shows levels of individual free amino acids in experimental Iranian UF white cheeses of Trial 1 at 2 months of ripening; results of other trials were similar (not shown). Levels of all individual amino acids were also higher in control cheese than in starter-free and rennet-free samples. The data obtained from analysis of individual free amino acids in 60 day-old samples were used as variables for PCA and the results are shown in Figure 6. Also illustrated on the score plots are clusters obtained from HCA of free amino acid data. The samples were grouped into two main clusters: one including control samples (C) and the other one comprising starter-free cheese (S) and rennet-free cheeses (R). The first two principal components (PCs) explained 94.51% of the total variance (TV). PC1 explained 75.5% of the TV and the amino acids most correlated with this PC and their factor loadings were histidine (0.997), threonine (0.996), leucine (0.996), aspartic acid (0.991), valine (0.984) and lysine (0.968). In control UF white cheeses,

Figure 4. Score plots obtained from principal component analysis and results of hierarchical cluster analysis (dotted lines) of data from reverse phase-HPLC profiles of ethanol-insoluble (a) and -soluble (b) subfractions of three replicate experimental UF Iranian white cheesemaking trials including control (􀁺), starter-free (􀁻) and rennet-free (􀂅) cheeses at 2 months of ripening.

Table II. Total levels of free amino acids during the ripening of experimental UF Iranian white cheeses determined by the the trinitrobenzenesulphonic acid (TNBS) assay. The results are means of data from three independent replicate trials ± standard deviations. Cheeses mg Leucine·100 g–1 DM 1 month 2 months 3 months

Control 4.96 ± 0.34a 7.21 ± 0.60 a 9.07 ± 0.33 a

Starter free 2.09 ± 0.12 b 3.24 ± 0.10 b 4.68 ± 0.18 b

Rennet free 1.96 ± 0.19 b 2.82 ± 0.08 c 3.94 ± 0.11 c

a,b,c Values within a column not sharing a common letter differ, P < 0.05. Proteolysis in Iranian UF white cheese 299 the dominant free amino acids were leucine,  phenylalanine, valine and histidine, while in starter-free cheeses, dominant free amino acids were histidine, phenylalanine, tyrosine and valine, while in rennet-free cheeses histidine, tyrosine, glutamic acid and valine were dominant (Fig. 5). The composition of the amino acid fraction and the relative proportions of individual amino acids are thought to be important for the development of cheese flavour , Certain amino acids (e.g., methionine) have been considered indices of cheese ripening Several authors have reported that proteinases from rennet mainly hydrolyze caseins yielding high molecular weight fractions and essentially no free amino acids [36]. Pitchard and Coolbear [40] reported that the high molecular weight peptides released first by the rennet proteinases were the substrates for the proteolytic activity of the starter proteinases, leading to low molecular weight peptides and free amino acids. On the other hand, addition of lactic acid bacteria (LAB) as a starter produced a higher content of short-chain peptides and free amino acids during cheese ripening .Vicente reported that the release of the free amino acids during ripening was strongly affected by the type of

Figure 5. Levels of individual free amino acids in experimental UF Iranian white cheeses of Trial 1 at 2 months of ripening.

Figure 6. Score plots obtained from principal component analysis and hierarchical cluster analysis (dotted lines) of data of individual free amino acids of experimental UF Iranian white cheese including control (􀁺), starterfree (􀁻) and rennet-free (􀂅) cheeses of Trial 1 at 2 months of ripening 300 J. Hesari et al. starter added to the cheeses, and that this effect varied markedly with the rennet used for cheesemaking.

4. CONCLUSION

In the UF white cheese made in this study, the proteolytic agents during ripening including rennet and starter enzymes were effective in proteolysis during ripening. The results indicated that rennet is the principal ripening agent in primary proteolysis of UF white cheese, while starter enzymes contributed to a lesser degree to the formation of pH 4.6-soluble nitrogen and degradation of αs1-casein. Both factors had notable effect on secondary proteolysis as studied by ethanol-soluble and -insoluble peptide profiles and levels of free amino acids of UF white   eeses.  mission of rennet or starter causes an obvious reduction in the levels of peptide and free   ino acids produced during ripening.

 

ترجمه مطالب فوق :

مشارکت مایه پنیر و استارتر با پروتولیز در پنیر سفید UF ایرانی

چکیده

همکاری نسبی مایه پنیر و استارتر با پروتولیز در طول نگهداری پنیر سفید ایرانی اولترافیلتر شده UF بررسی شدند. در طرح آزمایشی به کار رفته، استارتر و مایه پنیر در تیمارهای جداگانه حدف شدند و اسید گلوکونیک 12δ'>- لاکتون برای اسیدیفیکاسیون نمونه های بدون استارتر به کار رفت. تیمارهای آزمایشی به کار رفته به تاثیرات چشمگیری بر ترکیب نداشتند. حذف مایه پنیر در تولید به طور چشمگیری پروتولیز را در طول رسیدن پنیر سفید UF کاهش داد و باعث اختلافاتی در وضعیت پپتید توسط کستروفریز ژل اوره پلی اکریل امید و HPLC فاز معکوس مشخص گردید.

حذف استارتر به طور قابل ملاحظه ای تاثیر جزئی بر این پارامترها داشت در پنیرهای تولید شده بدون مایه پنیر، تجزیه ی قابل ملاحظه ای کازئین با توجه به همکاری اندک پروتئیناز داخلی تا پروتولیز در طول عمل آوردن پنیر سفید ایرانی UF قابل مشاهده نبود. هم مایه پنیر و هم استارتر به طور مستقیم و غیرمستقیم برای تولید اسیدهای آمینه ی آزاد در پنیر سفید UF و حذف این عوامل به شدت کاهنده ی تولید FAA در طول عمل آمدن به کار رفتند.

  

مقدمه

پروتولیز، پیچیده ترین و مهمترین واقعه ای است که در طول عمل آوردن تعداد زیادی گونه های پنیر رخ می دهد و به شدت بر خواص حسی پنیرهای عمل آمده تاثیر می گذارد. آنزیم های پروتولیتیک مایه پنیر و استارتر، عوامل پروتولیتیک اصلی به کار رفته در طول تولید پنیر و عمل آوردن به شمار می آیند. ممکن است نخستین پروتولیز پروتئین های پنیر به عنوان تغییرات کازئین β و s1 α و پپتیدها عمدتاً نتیجه ی عملکرد منعقد کننده ی باقیمانده و پروتئینازهای داخلی (یعنی پلاسمین و شاید کاتپسین D یا پروتئینازهای سوماتیک) به شمار می آید، در حالیکه کمپلکس پروتئلیتیک و سیستم های پپتیدولیتیک میکروارگانیسم ها هم استارتر و هم غیراستارتر، مسئول پروتولیز ثانویه اند.

مایه پنیر آماده سازی آنزیمی است که شیر را منتعقد می کند و عامل اصلی برای تولید پنیر به شمار می اید. رایج ترین آنزیم در آماده سازی مایه پنیر کیموسین به شمار می آید. عملکرد هیدرولیک اش در پیوند 106-105 کازئین K گاوی منجر به تشکیل ماده ی منعقد کننده می شود. علاوه بر این، این امر یکی از عوامل اصلی پروتولیتیک درگیر در عمل آوردن پنیر به شمار می آید. پروتئینازهای مایه پنیر مسئول اصلی برای آغاز پروتولیز کازئین ها در پنیر به شمار می آیند و بافتش را با تجزیه ی آهسته s1 α تا مقدار کمتر، β-کازئین ها تغییر می دهند که مسئول تشکیل چارچوب ماتریس پنیراند و صورت اولیه ی ترکیبات ساپیدرا تولید می کنند اما و تنها همکاری جزئی و غیرمستقیم را برای آزادسازی اسیدهای آمینه ی آزاد ایجاد می کنند.

اگرچه استارترها معمولاً به شیر برای اسیدیفیکاسیون در طول تولید پنیر اضافه می شوند، فعالیت پروتولیتیک شان در طول عمل آوردن پنیر مشهور است. اجزای سازنده ی اصلی سیستم پروتولیتیک LAB، پروتئینازها (عمدتاً لاکتوسپین، اگر چه پروتئینازهای درون سلولی گزارش شده اند)، اسید آمینه و سیستم های انتقال پپتید و دامنه ی پپتیدازهای درون سلولی به شمار می آیند. نقش نخستین لاکتوسبین تجزیه ی کازئین هاست تا پپتیدهای کوتاه را ایجاد کرده و رشد سلول های لاکتوکوکال شیر را حمایت کند. به هر حال نقشش در عمل آوردن مختلف است. پپتیدهای مجزا از پنیر چدار که مطابق با لاکتوسپین خاص اند حاوی کیموسین اصلی یا محل شکاف پلاسمین نیست و این امر نشان می دهد که کیموسین یا پلاسمین نخست عمل کرد. سپس لاکتوسپین پپتیدهای اندازه ی میانی حاصله را هیدرولیز می کند.

در مقایسه با پنیرهای سنتی که تنها بخش کوچک فعالیت مایه پنیر افزوده شده به شیر در لور پس از تولید باقی می ماند در پنیر سفید UF تمام مایه پنیر در لور باقی می ماند وقتی به رتنتات افزوده می شود از طرفی دیگر، پروتئین های آب پنیر در پنیرهای UF با غلظت بالا وجود دارند و ممکن است از کیموسین، مایه پنیرهای میکروبی و احتمالاً پروتئینازها و پپتیدازهای دیگر جلوگیری کنند. پنیرهای UF توسط پروتولیز آهسته تر و تولید اسیدهای آمینه در طول عمل آوردن مشخص می شوند که بر توسعه ی طعم و بافت پنیر تاثیر می گذارد. اطلاعات در دسترس در مورد مایه پنیر و فعالیت های استارتر در پنیر  UF بسیار محدود است. همچنین همکاری مایه پنیر و استارتر در پنیر سفید UF ایرانی مطالعه شده است. در این مطالعه، اقدام تولید پنیرهای سفید UF بدون مایه پنیر و بدون استارتر به شمار آمد. در حالت بعد استفاده از اسیدگلوکونیک 12δ'>-لاکتون به عنوان عامل اسیدی توسط ویوم توصیف شد و پروتولیز در طول عمل آوردن مطالعه شد.

2-ابزار و روش ها

1-2 تولید پنیر

پنیرهای سفید UF آزمایشی در سه آزمایش در روزهای جداگانه ایجاد شدند. رتنتات توسط صنعت لبنی ایران، شرکت پگاه آماده شد و برای تولید پنیر سفید UF ایرانی به کار رفت. شیر ناخالص با کینفیت میکروبی بالا تا 5/3% چربی استاندارد شد و پس از باکتوفوژاسیون در دو مرحله در دمای C72 به مدت 15 پاستوریزه شد و سپس در دمای C50 اولترافیلتر شد. غشای نوارها نوع زخم مارپیچی به شمار می آیند و این غشاء وزن مولکولی ناچیز داشت یعنی تقریباً 1-kgm.l 20 با سطح منطقه ی 2m 9/16. واحد اولترافیلتراسیون در فشار ورودی 3/5 بار راه اندازی شد. رتنتات در دمای c78 به مدت 60 پاستوریزه شد و سپس تا دمای c35 سرد شد. سه نوع پنیر وجود داشت: نمونه های کنترل با افزودن استارتر (1%) و مایه پنیر گاوی استاندارد و نمونه های بدون استارتر اسیدی شده توسط اسید گلوکونیک 12δ'>- لاکتون اما حاوی مایه پنیر و نمونه های بدون مایه پنیر اما حاوی استارتر (1%). مخلوط مزوفیلیک و ترموفیلیک، کشت ها با نسبت 7:1 به عنوان استارتر به کار رفتند. این رتنتات با نفوذ g 340 ماده ی خشک 1-kg سازگار شد همان طور که توسط ویوم توصیف شد و سپس کانتینرها پر شوند و مواد منعقد شده در دمای c30 اتاق به مدت 60 دقیقه بر جای ماندند. کاغذ روغنی در بالای ماده ی منعقد شده قرار دارند و (3%) نمک خشک اضافه شد.

کانتینرها را با فویل آلومینیوم پوشاندند. نمک به تدریج رطوبت را از لور جذب کرد و لایه ی اب نمک در اطراف پنیرها در ظرف ها تشکیل شد. بسته های پنیر را در دمای c28-26 به مدت 24 ساعت نگه داشته و سپس به اتاق سرد در دمای (c8) انتقال دادند. نخستین روز عمل آمدن به شمار آمد و نمونه ها به مدت 3 ماه عمل آوردند. یک پنیر هر آزمایش در روزهای 1-30-60-90 در طول عمل آوردن نمونه گیری شد.

جدول 1: مقایسه ی پنیرهای سفید ایرانی UF آزمایش 1 روزه، نتایج به صورت میانگین داده های 3 آزمایش تکراری مستقل ± انحرافات معیار نشان داده می شوند.

3-نتایج و بحث

1-3 ترکیب

ترکیبات پنیرهای شور سفید UF ایران آزمایشی 1 روزه در جدول 1 نشان داده می شوند. هیچ اختلافات چشمگیری میان ترکیبات ناخالص پنیرهای مختلف وجود نداشتند. این نتایج نشان دادند که تغییرات تولید پنیر به کار رفته تا پنیر بدون مایه پنیر و بدون استارتر را ارائه دهند که تاثیر چشمگیری بر ترکیب ناخالص پنیرها ندارند همان طور که توسط کارگران دیگر برای پنیرهای گوناگون گزارش شد.

 

 2-3 سطحpH 6/4  نیتروژن قابل حل % نیتروژن کل

سطوح SN/TN 6/4 pH در پنیرهای سفید ایرانی UF در طول عمل آوردن در شکل نشان داده می شوند. سطوح SN/TN 6/4 pH در پنیر UF کنترل به طور چشمگیری بیشتر از نمونه ای ایجاد شده بدون استارتر و مایه پنیر در 15ريال 30 و 60 روز عمل آوردن بودند. سطح SN/TN 6/4 pH شاخص عمل آوردن به شمار می آید و عمدتاً توسط عملکرد آنزیم ها از مایه پنیر و پلاسمین تولید می شود در حالیکه تشکیل SN 6/4 pH در پنیر بدون مایه پنیر در پنیرهای تولید شده ی بدون استارتر به آهستگی رخداد و سطوح SN 6/4 pHبا توجه به عملکرد مایه پنیر باقیمانده افزایش یافت اگر چه، در مقدار کمتر از پنیرهای کنترل روی داد. این نتایج نشان دادند که مایه پنیر عمدتاً برای تشکیل SN 6/4 pH در طول عمل آوردن پنیر سفید UF ایرانی مسئول است، اگر چه استارتر تاثیر قابل توجهی بر تولیدش دارد. بنا به گزارش ماراوکیلی کوارگ بدون افزودن مایه پنیر سطوح پروتولیز کمتر داشت و برای پنیرهای کنترل تولید شده با مایه پنیر اضافه شده مشاهده شد. همچنین این امر با یافته های زارکرزوسکی و دشاکول U رحمان سازگار است.

شکل 1: تشکیل 6/4pH نیتروژن قابل حل به عنوان درصد کل نیتروژن.

شکل 4: طرح های نمره ی بدست آمده از آنالیز جزء سازنده ی اصلی و نتایج آنالیز گروهی سلسله ای (خطوط نقطه چین) داده های وضعیت HPLC فاز معکوس اتانول غیر قابل حل و قابل حل بخش های زیر مجموعه ی 3 آزمایش تولید پنیر ایرانی UF آزمایشی تکراری شامل کنترل (•)، بدون استارتر (○) و بدون مایه پنیر (□) در 2 ماه عمل آوردن.

5-3 اسیدهای آمینه ی آزاد تک و کل

همان طور که درجدول 2 نشان داده می شود، محتوای کل اسید آمینه ی آزاد پنیرهای سفید UF تولید شده بدون استارتر یا مایه پنیر به طور چشمگیری کمتر از گروه های کنترل پس از 1 و 2 یا 3 ماه عمل آوردن به شمار آمد. اگر چه هیچ اختلاف چشمگیر میان سطوح اسیدآمینه کل 30 روزه ی پنیرهای بدون استارتر و بدون مایه پنیر به طور چشمگیری کمتر از پنیرهای بدون استارتر به شمار آمدند. محتوای کل اسیدهای آمینه ی آزاد، پنیرهای بدون مایه پنیر اسیدهای آمینه ی آزاد تک در پنیرهای سفید UF ایرانی آزمایشی، آزمایش را در 2 ماه عمل آوردن نشان می دهد. نتایج آزمایشات دیگر مشابه بودند. سطوح همه ی اسیدهای آمینه ی تک در پنیر کنترل بیشتر از نمونه های بدون استارتر، نمونه های بدون پنیر به شمار آمدند. داده های بدست آمده از آنالیز اسید آمینه های تک در نمونه های 60 روز به عنوان متغیرهای PCA استفاده شدند و نتایج در شکل 6 نشان داده می شوند. همچنین طرح های نمره گروه های بدست آمده از HCA داده های اسید آمینه آزاد گروهی اند. نمونه ها به دو گروه اصلی طبقه بندی شدند. یکی شامل نمونه های کنترل CC و دیگری پنیر بدون استارتر تشکیل دهنده S و پنیرهای بدون مایه پنیر R دو جزء سازنده ی اصلی نخست PCS 51/94% واریانس کل را توضیح داد. PCC، 5/75% TV را توضیح داد و اسیدهای آمینه رابطه ی بیشتری با PC داشتند و عامل بارگیرشان عبارت بودند از: هیستیدین، ترونین، لوسین، اسید آسپارتیک، والین و لیسین.

جدول 2: سطوح کل اسیدهای آمینه در طول عمل آوردن پنیرهای سفید ایرانی UF آزمایشی مشخص شده با اسید تری نیتروبنزن سولفونیک نتایج میانگین ها و انحراف معیار 3 آزمایش تکراری مستقل به شمار می اید.

در پنیرهای سفید UF کنترل اسیدهای آمینه ی ازاد غالب عبارتند از: لوسین، فنیل آلانین، والین و هیستیرین، در حالیکه در پنیرهای بدون استارتر، اسید آمینه های غالب عبارت بودند از: تیروسین، هیستیدین، اسید گلوتامیک و والین که غالب بودند. ترکیب بخش اسید آمینه و نسبت های نسبی اسید آمینه ی تک برای توسعه ی طعم پنیر مهم تراند. اسیدهای آمینه ی خاص (متیونین) به عنوان شاخص های عمل وردن پنیر بوده اند. بنا به گزارش چند مولف پروتئیناز مایه ی پنیر عمدتاً کازئین بخش هایی با وزن مولکولی بیشتر و ضرورتاً نه اسیدهای آمینه ی آزاد را هیدرولیز می کنند.  بنا به گزارش پیچارد و کولبیر پپتیدهایی با وزن مولکولی بیشتر رها شده توسط پروتئینازها، بخش زیر مجموعه ی فعالیت پروتولیزیک، پروتئینازهای استارتر به شمار آمدند و پپتیدهایی با وزن مولکولی کم و اسیدهای آمینه ی آزاد را ایجاد کردند. از طرفی دیگر، افزودن باکتری های اسید لاکتیک LAB استارتر محتوای بیشتر پپتیدهای زنجیره ی کوتاه و اسیدهای آمینه ی آزاد در طول عمل آوردن پنیر را تولید کرد. بنا به گزارش ویسنت رها کردن اسیدهای آمینه ی آزاد در طول عمل آوردن به طور چشمگیری تحت تاثیر نوع استارتر اضافه شده به پنیرها به شمار آمد و این تأثیر به طور قابل ملاحظه ای با مایه پنیر به کار رفته برای تولید پنیر گوناگون بود.

 

4-نتیجه گیری

در پنیر سفید UF بدست آمده در این مطالعه، عوامل پروتولیتیک در طول عمل آوردن عبارتند از مایه پنیر و آنزیم های استارتر که برای پروتولیز در خصوص عمل آوردن موثر بودند. نتایج نشان دادند که مایه پنیر عامل عمل آوردن اصلی در نخستین پروتولیز UF پنیر سفید به شمار می آید در حالیکه آنزیم های استارتر با مقدار کمتر برای تشکیل 6/4 pH نیتروژن قابل حل و تجزیه ی کازئین  s1 α به کار می روند. هر دو عامل تاثیر چشمگیری بر پروتولیزهای ثانویه داشتند وقتی توسط وضعیت پپتید قابل حل در اتانول و غیرقابل حل در اتانول و سطوح اسیدهای آمینه ی آزاد پنیرهای سفید UF مطالعه شدند. حذف مایه پنیر یا استارتر باعث کاهش آشکار سطح پپتید و اسیدهای آمینه ی آزاد تولید شده در طول عمل آوردن می شود.

 

+ نوشته شده در  پنجشنبه بیست و پنجم آذر 1389ساعت 18:8  توسط مينو شهرستانی  |