Pierwszy patent dotyczący otrzymywania sera po procesie jego ogrzewania i upłynnienia zarejestrowany został w Anglii w 1899 r. Odpowiednik dzisiejszego sera topionego wytworzono w 1911 r. Wówczas to ser topiony uzyskiwany na bazie sera Emmental został skomercjalizowany przez firmę Gerber w Thun. Ideą, która przyświecała wytwórcom, był eksport do krajów tropikalnych sera o wiele bardziej trwałego. W niedługim czasie, bo już w 1916 r. w Stanach Zjednoczonych ruszyła produkcja topionego sera cheddar wg patentu Krafta. Pierwszą europejską fabrykę produkującą ser topiony uruchomiono w 1917 r. w Jurze we Francji. Technologia produkcji sera topionego szybko rozpowszechniła się. Był on trwały, smaczny i pozwalał na racjonalne zagospodarowanie innych rodzajów sera. Przykładowo w 1933 r. w Niemczech topiono 30% całej produkcji serowarskiej.

Ser topiony jest produktem otrzymywanym w wyniku topienia jednego lub kilku rodzajów sera z dodatkiem topników, wody, barwników, dodatków smakowych i często różnych innych składników mleka poddanych uprzednio rozdrabnianiu i wymieszaniu. Powstała w czasie topienia emulsja po schłodzeniu zamienia się w stabilny żel. O nazewnictwie sera topionego z reguły decyduje ser (surowiec) występujący w przewadze nad innymi serami wchodzącymi w skład mieszaniny. Najlepiej gdy jest go około 70-80%. Istotny wpływ na jakość sera topionego ma mechaniczna obróbka (czas i szybkość mieszania) masy serowej, obróbka termiczna (temperatura i czas jej utrzymania), warunki chłodzenia (szybkość chłodzenia) powstałej emulsji.

Technologia produkcji

Surowiec do produkcji sera topionego stanowić mogą: sery podpuszczkowe dojrzewające, sery twarogowe, masło, mleko w proszku, serwatka w proszku, koncentraty białek serwatkowych, topniki, farba serowarska, sól, dodatki smakowo-zapachowe oraz inne surowce i produkty spożywcze, np. szynka, ryby, grzyby, pomidory, zioła. Elementem decydującym o jakości sera topionego jest stopień dojrzałości użytych jako surowców serów podpuszczkowych. Sery podpuszczkowe dojrzewające muszą być średnio dojrzałe. Dojrzałość określa się na podstawie zawartości związków azotowych rozpuszczalnych (2030% azotu całkowitego). Jeżeli nie będzie sera o ww. cechach, należy użyć mieszaninę sera bardzo dojrzałego z serem młodym. Powstające w czasie dojrzewania rozpuszczalne peptydy są lepszymi emulgatorami niż natywna, nierozpuszczalna kazeina, ale z drugiej strony zbyt dalece posunięte dojrzewanie ogranicza możliwość powstawania wiązań między częściowo zhydrolizowanymi łańcuchami białkowymi. Do oceny stopnia dojrzałości w serach stosuje się oznaczenie tzw. relatywnej zawartości kazeiny (z ang. relative casein content – RCC). RCC określa się stosunkiem azotu kazeinowego do azotu ogółem w serze przeznaczonym do topienia. Sery młode zawierają kazeinę w postaci niemalże nienaruszonej (RCC wynosi w nich około 90-95%) i tworzą bardzo stabilną emulsję o wysokiej zdolności wiązania wody. Duża zawartość elastycznego niezhydrolizowanego białka w tych serach sprawia, że doskonale nadają się do produkcji serów twardych, blokowych i podatnych na krojenie.

Zbyt duży udział w recepturze sera młodego prowadzi do zbyt wysokiej lepkości topionej masy, przyczyniając się do obecności pęcherzyków powietrza w gotowym produkcie. W miarę dojrzewania sera RCC obniża się, bowiem białko ulega stopniowej hydrolizie do prostych peptydów rozpuszczalnych w wodzie. Krótkie, pochodzące z bardzo dojrzałego sera podpuszczkowego, rozpuszczone peptydy mają znacznie mniejsze szanse niż długie łańcuchy białkowe, typowe dla sera młodego, do wzajemnego oddziaływania ze sobą i tworzenia stabilnego szkieletu białkowego. Sery dojrzałe, ale zawierające w dalszym ciągu około 60-75% nienaruszonej kazeiny, nadają się najlepiej do wyrobu serów smarowych. Użycie do topienia wyłącznie serów zbyt dojrzałych prowadzi do załamania się całej struktury białkowej. Zwiększenie udziału serów dojrzałych w recepturze prowadzi do zmniejszenia twardości i gumowatości gotowych produktów.

Woda i jej rola

Warunkiem utworzenia stabilnej i gładkiej emulsji jest dodatek wody do mieszanki do topienia. Woda wykazuje działanie plastyfikujące. Uważana jest za składnik obniżający twardość serów topionych. Wzrost zawartości wody powoduje zmniejszenie lepkości serów ze względu na obniżenie interakcji pomiędzy uwodnionymi i zbyt oddalonymi od siebie białkami.

Masło/tłuszcz mlekowy

Składnik ten nadaje serom miękkość i smarowność. Ser topiony o zawartości 43% s.m. będzie serem twardym wtedy, gdy udział tłuszczu wyniesie 20% s.m., a smarownym, gdy tłuszcz będzie stanowił 45% s.m. Kiedy zawartość tłuszczu w dobrze zemulgowanym produkcie ulega zmniejszeniu, to sieć wiązań białkowych staje się mocniejsza, co prowadzi do twardej, zbitej i zwięzłej struktury. Tłuszcz odgrywa także dużą rolę w postrzeganiu powierzchniowych cech tekstury serów topionych, wpływając na czucie doustne. W tym miejscu należy wspomnieć o tzw. analogach serów topionych i seropodobnych wyrobach. Ich produkcja polega na substytucji naturalnych serów preparatami białkowymi i tłuszczami pochodzącymi z mleka lub innych źródeł z zachowaniem smaku produktu oryginalnego. Stosowanie innych surowców w technologii produkcji sera topionego jest odpowiedzią na zmiany modelu żywienia i oczekiwania konsumentów.

Topniki

Topniki są to sole słabych kwasów i silnych zasad. Ich rolą jest wiązanie wapnia z kompleksu fosfoparakazeinowego i zastąpienie kationami sodu lub potasu. Podczas topienia powodują hydratację białek, nie dopuszczają do rozwarstwienia składników masy serowej (wody, tłuszczu i białka). Przy serach dojrzałych dodatek topnika jest mniejszy.

Masa serowa z topnikiem powinna mieć kwasowość: pH 5,7-5,9 (sery do smarowania) lub pH 5,4-5,6 (sery blokowe). Stopień spęcznienia masy sera (twardszy ser) przy tej samej zawartości wody i tłuszczu można uzyskać, stosując dodatek tzw. kremu. Jest to ser topiony z dnia poprzedniego po uprzednim stężeniu. Wykazano, że krem lepiej zagęszcza niż ser topiony świeży jeszcze nieoziębiony. Na konfigurację i rozpuszczalność białka, a więc te jego cechy, które w sposób bezpośredni decydują o emulgowaniu, wpływają zmiany w zakresie kwasowości czynnej (pH) masy serowej. Podatność na zmiany cech fizykochemicznych białek wywołana różnym pH sprawia, że zakres właściwego dla serów topionych pH jest stosunkowo wąski i mieści się w granicach 5,2-6,2. Przy pH bliskim punktowi izoelektrycznemu kazeiny (np. pH 5,0) ser topiony charakteryzuje się dużą twardością i kruchością, podczas gdy przy pH zbliżonym do 6,5 jest on miękki i smarowny.

Zasadniczym etapem technologicznym jest topienie. Topienie może odbywać się w systemie stacjonarnym lub ciągłym. Ogrzewanie pod zmniejszonym ciśnieniem umożliwia jednoczesne odgazowanie topionej masy.
Prawidłowo stopiona masa sera powinna mieć połysk, konsystencję półpłynną, ciągliwą, zbliżoną do gęstego syropu. Roztarta łopatką powinna błyszczeć i mocno do niej przylegać. Nie powinna zawierać niestopionych cząstek surowca. Podczas kontaktu z powietrzem topiona masa powinna pokrywać się cienką kremową skórką.

Topienie

Mechanizm topienia serów polega na odwapnieniu masy serowej. Po dodaniu do masy serowej topników zawierających sód wywołana zostaje wymiana jonowa. Sód zaczyna wbudowywać się w miejsce wapnia w kazeinie (konkretnie z hydrofilowej strony łańcucha białkowego kazeiny). Wapń zostaje częściowo usunięty. W rezultacie z nierozpuszczalnego parakazeinianu wapniowego powstaje rozpuszczalny parakazeinian sodu. Odwapnienie masy serowej powoduje rozluźnienie zagregowanej masy białkowej i uwolnienie z niej wolnych polipeptydów (tzw. peptyzację białka). Część z tych peptydów zostaje zużyta do emulgowania wolnego tłuszczu, który pod wypływem temperatury i ciągłego mieszania uległ wydzieleniu, a następnie rozproszeniu w poddawanej obróbce masie serowej. Białka, pełniące rolę emulgatorów, gromadząc się na granicy dwóch niemieszających się faz (wodnej i tłuszczowej), zanurzone częścią hydrofilową w jednej, a częścią hydrofobową w drugiej fazie stabilizują powstałą emulsję. Jednocześnie podczas topienia (obróbka termiczna i mieszanie) wielowartościowe aniony topników przyłączają się do cząsteczek białka, zwiększając ich właściwości hydrofilowe, w wyniku czego białka ulegają uwodnieniu i pęcznieniu. Związanie dodatkowych ilości wody prowadzi do wzrostu lepkości całej masy serowej, powodując jej kremowanie. Powstałe w czasie topienia sole wapniowe (np. pirofosforany wapnia), ze względu na małe rozmiary, lokalizują się pomiędzy łańcuchami białkowymi, w obrębie których dochodzi do powstawania jonowych wiązań wewnątrzłańcuchowych i międzyłańcuchowych indukujących tworzenie sieci żelowej. W tym czasie między łańcuchami peptydowymi dodatkowo zaczynają tworzyć się inne wiązania: hydrofobowe, wodorowe, dwusiarczkowe, powodujące dalszy wzrost lepkości otrzymanej emulsji. Proces kremowania polega właśnie na oddziaływaniach między łańcuchami białkowymi i nie wymaga obecności tłuszczu w systemie.

Po etapie topienia nieodzowne jest schłodzenie stopionej masy. Podczas chłodzenia następuje utrwalanie się powstającego szkieletu białkowego oraz uzyskanego w czasie topienia stopnia dyspersji tłuszczu i innych składników. Emulsja zamienia się w żel, w obrębie którego zdyspergowane są kuleczki tłuszczowe.

Bezpośrednio po topieniu ser kieruje się do urządzenia formującego. Po uformowaniu i zapakowaniu (najczęściej w folię aluminiową) sery pozostawia się na 30 minut, a później schładza do 4°C. Ser po schłodzeniu pakuje się w większe jednostki, np. papierowe okrągłe pudełka.

Artykuł został rownież opublikowany w nr 3/2018 magazynu Kierunek Spożywczy.