Peynir ve Vegan Peynir Analoğunun Reolojisi ve Dokusu

Giriş

Peynir nedir? Peynir, doğru tat ve doğru dokuya sahip fermente süttür. Tat, yeteneklerinin çok ötesinde olsa da, bir reometre dokuyu analiz etmeye kesinlikle yardımcı olabilir. Tüketici süt bazlı bir peynirle karşılaştırıldığında benzer bir görünüm ve his beklediğinden, peynir için vegan bir ikame oluşturmaya çalışırken bu özellikle yararlı olur. Doku, bir peynirin özelliklerinin önemli bir parçasıdır. Peynirin türüne ve yaşına bağlı olarak bu durum kremsi ile katı arasında değişebilir. Reolojik ölçümler, peynir ve peynir formülasyonlarının viskoelastik özelliklerini ölçmek için kullanılabilir. Bunun da ötesinde, modern bir reometre bir normal kuvvet sensörü ile donatılmıştır ve bu nedenle klasik reolojik ölçümlerin ötesinde yetenekler sunar. Otomatik asansörüyle birlikte bir reometre, doku analizi testleri yapmak için de kullanılabilir. Bir peynir söz konusu olduğunda, bu ısırık veya kesme özelliklerini ölçmek için kullanılabilir.

Bu rapor, süt bazlı bir peynir ve vegan bir peynir ikamesi üzerinde yapılan çeşitli reolojik ölçümlerin ve penetrasyon testinin sonuçlarını özetlemektedir.

Materyaller ve Metodlar

Burada açıklanan ölçümler için dilimlenmiş bir tereyağı peyniri ve dilimlenmiş bir vegan alternatif kullanılmıştır. Her iki ürün de piyasada bulunmaktadır ve yerel bir marketten satın alınmıştır. Süt bazlı peynir esas olarak protein ve yağdan oluşuyordu (sırasıyla %25 ve %24). Vegan alternatifin ana bileşenleri yağ ve nişastayken (sırasıyla %20 ve %17) protein içeriği %1’in altındaydı.

Şekil 1: Thermo Scientific HAAKE MARS iQ Reometre.

Reolojik testler, konik plaka veya paralel plaka geometrileri için Peltier sıcaklık modülü ile donatılmış bir ThermoScientific™ HAAKE™ MARS™ iQ Hava Reometresi (Şekil 1) kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Peynir dilimlerinin kalınlığına uyum sağlayabilmek için paralel plaka geometrisi kullanılmıştır. Kaymayı önlemek için her iki tarafta da tırtıklı plakalar kullanılmıştır (Şekil 2).

Her iki ürünün özellikleri hakkında genel bir fikir edinmek için, 20 °C ve 37 °C’de 1 Hz frekansta %0,01 ile %100 arasında bir gerilme aralığında genlik taramaları gerçekleştirilmiştir. 20 °C’deki ölçümler, örneğin peynirin kesildiği veya bir parçanın ısırıldığı oda sıcaklığındaki numune özelliklerini göstermeyi amaçlamıştır. 37 °C’de çiğneme veya yutma sırasındaki davranış incelenmiştir.

Şekil 2: Üst ve alt tırtıklı plaka (solda) ve peynir numunesi ile ölçüm geometrisi (sağda).

Peynir dilimlerinden 35 mm çapında diskler kesilmiş ve ölçüm geometrisinin alt plakasına yerleştirilmiştir. Üst plaka, 5 N’luk bir eksenel kuvvet tespit edilene kadar azaltılmış kaldırma hızıyla numune üzerinde aşağı doğru hareket ettirilmiştir. Termal denge ve mekanik gevşeme için 10 dakikalık bir bekleme süresi seçilmiştir. 20°C’deki ölçüm sırasında, özellikle büyük deformasyonlarda iyi bir kavrama sağlamak için 2 N’luk bir eksenel kuvvet uygulanmıştır. 37 °C’de kaldırma 3 N’de durdu ve süt bazlı peynir için peynirin boşluktan dışarı sıkışmasını önlemek için eksenel kuvvetin 0,7 N’ye düşürülmesi gerekti. Doğrusal-viskoelastik aralığın (LVR) sonu, plato değerinden %10 sapma kullanılarak depolama modülü G’ temelinde hesaplanmıştır.

Her iki ürünün sıcaklığa bağlı davranışı 5 °C ile 90 °C arasında incelenmiştir. Örnek yükleme prosedürü, genlik taramaları için kullanılanla aynıydı. Ölçüm pozisyonuna ulaşıldıktan sonra numunenin dış kenarı bir miktar yağ ile kurumaya karşı korunmuştur. Ölçüm sırasında, reometre numuneye %1 gerinim ve 1 Hz ile sabit bir salınım uygularken, sıcaklık 2 °C/dak ısıtma hızıyla artırılmıştır. Ölçümün başlangıcından itibaren numuneye 1 N’luk sabit bir eksenel kuvvet uygulanmıştır. Sıcaklık artışı nedeniyle çok yumuşak hale gelen numunenin ölçüm aralığının dışına itilmesini önlemek için ölçüm aralığı, 20.000 Pa’lık bir kompleks modülün |G*| altında Thermogap fonksiyonu ile sabit tutulmuştur.

Şekil 3: Ürünü kesmeyi veya ısırmayı simüle etmek için kullanılan 4 bıçaklı kanatlı rotor.

Son olarak, her iki ürünün kesme veya ısırma direnci, 20 °C’de 22 mm çapında 4 kanatlı bir kanatlı rotor ile penetrasyon testleri yapılarak test edilmiştir. Alt plakanın üzerine 35 mm çapında diskler yerleştirilmiştir. Bu durumda, testin doğası gereği kayma riski olmadığı için tırtıklı bir plaka yerine düz yüzeyli bir alt plaka kullanılmıştır. Kanatlı rotor alt plakanın 5 mm üzerine gelecek şekilde aşağıya doğru hareket ettirilmiş ve numune sıcaklığa uyum sağlaması için 10 dakika dinlenmeye bırakılmıştır. Daha sonra kanat rotoru 0,1 mm/s hızla aşağı doğru hareket ettirilmiştir. Numune yüzeyinin 0,1 N eksenel kuvvetle tespit edildiği konum, bağıl boşluk Δh için başlangıç noktası olarak belirlenmiştir. Kanatlı rotor, alt plakaya neredeyse dokunana kadar 0,1 mm/s hızla numunenin içine doğru hareket etmeye devam etti.

Sonuçlar

İki ürün arasındaki ilk fark, ölçüm pozisyonuna ulaştıktan sonraki 10 dakikalık bekleme süresi boyunca görülmüştür.

Şekil 4: 20 °C’de 5 N’a maruz bırakıldıktan sonra her iki numunenin eksenel gevşemesi.

Süt bazlı ürün başlangıçta hızlı bir şekilde gevşeyip eksenel kuvvet 10 dakika sonra 0,9 N’a (%19) ulaşırken, vegan ürün eksenel kuvvette daha yavaş bir başlangıç düşüşü göstermiş ve bekleme süresinin sonunda hala 3,1 N’da (%62) kalmıştır (Şekil 4). Bu karşılaştırma, süt bazlı ürünün çok daha yumuşak olduğunu, vegan ürünün ise daha güçlü ve daha az esnek bir yapı içerdiğini göstermektedir.

İlgili kayma gerilimi değerlerine bakmak çok daha bilgilendirici olacaktır. Vegan ürün için LVR’nin sonu 441 Pa iken süt bazlı ürün için 929 Pa’dır.

İki ürün arasındaki bir diğer önemli fark da δ faz açısında görülebilir. 0,1 deformasyonun altında vegan ürün 4,0°’lik bir plato değeri gösterirken süt bazlı ürün 16,7°’lik bir değer gösterir. Daha yüksek deformasyonlara doğru vegan ürün, %6 deformasyonun üzerinde süt bazlı peynirin δ değerlerini aşan daha dik bir δ artışı göstermektedir.

Şekil 5: 20 °C’de genlik taramalarından elde edilen sonuçlar % cinsinden γ deformasyonu üzerinde çizilmiştir.

Kaymayı önlemek için alınan tüm önlemlere rağmen, süt bazlı peynirin 20 °C’deki sertliği, üst plakanın çaprazlama noktasına ulaşılmadan önce gevşemesine yol açmıştır.

Özetle, vegan ürün çok daha elastiktir ancak yapısı daha zayıftır, daha küçük bir kesme gerilimi veya kuvvetiyle bile kırılır.

Aynı ölçümlerin 37 °C’de tekrarlanması bazı özelliklerdeki farklılıkları artırmıştır. Vegan üründeki eksenel kuvvet kabaca öncekiyle aynı oranda, %53 (1,6 N) gevşerken, süt bazlı üründe önemli ölçüde daha da düşerek %1,8’e (0,05 N) gerilemiştir (Şekil 6).

Şekil 6: 37 °C’de 3 N’a maruz bırakıldıktan sonra her iki numunenin eksenel gevşemesi.

37°C’deki genlik taramaları için, LVB’nin sonundaki değerler çok az değişmektedir (Şekil 7). Burada vegan ürün ve süt bazlı ürün sırasıyla 396 Pa ve 914 Pa’da bir plato sonu göstermektedir ancak karşılık gelen deformasyon değerleri daha yüksektir ve sırasıyla %1,1 ve %5,3 ile daha fazla farklılık göstermektedir. Vegan ürün, faz açısı için 2,1°’de bir plato değeri göstererek bu koşullar altında daha da elastik veya sert olduğunu gösterir. Buna karşılık, süt bazlı ürün daha yumuşak davranmakta ve 24,8°’lik bir plato değeri göstermektedir.

37 °C’de iki ürün daha esnektir; sadece daha yüksek deformasyonlarda kırılırlar. 20°C’deki davranışlarıyla karşılaştırıldığında, vegan ürün daha elastik hale gelirken süt bazlı ürün daha az elastik hâle gelmiştir.

Şekil 7: 37 °C’de genlik taramalarından elde edilen sonuçlar % cinsinden deformasyon γ üzerinde çizilmiştir.

Sıcaklık taramalarının sonuçları, iki ürünün daha geniş bir sıcaklık aralığındaki davranışını göstermektedir. 5°C’lik “buzdolabı sıcaklığında” süt bazlı peynir 27000 Pa-s viskoziteye sahipti. Artan sıcaklıkla birlikte viskozitesi sürekli olarak düşerek +90 °C’de 45 Pa-s’ye, yani +5 °C’deki değerinin %0,2’sine inmiştir (Şekil 8). Vegan ürün daha karmaşık bir viskozite eğrisi göstermiştir. 5°C’de süt bazlı peynirin viskozitesinin yaklaşık yarısı ile başlamış ancak +55°C’ye kadar viskozitede çok daha küçük bir düşüş göstermiştir. 23 °C’nin üzerinde viskozitesi süt bazlı üründen daha yüksekti. 55 °C’nin üzerinde viskozite eğrisinin eğimi büyük ölçüde değişmiş ve +90 °C’de 100 Pa-s’ye, yani %0,8’e düşmüştür.

Şekil 8: 90 °C’ye kadar ısıtma sırasında viskozite ve faz açısının gelişimi.

Viskoelastik özelliklerin bir ölçüsü olarak δ’ya bakıldığında, ölçümün başlangıcından itibaren net bir fark görülebilir. Başlangıçta, vegan ürün ortalama 29,3° δ değerine sahipken, süt bazlı peynir sadece 20,5° değerini göstermiştir. Karşılaştırıldığında, vegan ürün daha az elastik olan üründür.

Ürünler arasındaki çok daha önemli bir fark, +27 °C’nin üzerindeki δ değişiminde ortaya çıkmıştır. Süt bazlı ürünün δ değerleri artmış, +48 °C’de bir erime noktası (δ = 45°) göstermiş ve +66 °C’ye kadar artmaya devam etmiştir. (Ölçümden sonra, yağ filmine rağmen numunenin dış kenarının sertleştiği tespit edilmiştir, bu da +66 °C’nin üzerinde δ değerinin düşmesine yol açmış olmalıdır). Buna karşılık, vegan ürünün δ-değerleri +27 °C’nin üzerinde neredeyse sabit kalmış, +42 °C’nin üzerinde 10°’ye kadar düşmeye başlamıştır. Sıcaklığın daha da artmasıyla δ hafifçe artmış ve +90 °C’de 12°’ye ulaşmıştır. Vegan ürün bir erime noktası göstermemiştir.

Daha yüksek sıcaklıklarda süt bazlı peynir eridi ve sıvı gibi davrandı. Öte yandan vegan ürün erimedi, daha da elastik bir jel haline geldi. Bu davranış farkı, ölçümler tamamlandıktan sonra ölçüm geometrisi +90 °C’de açıldığında da ortaya çıkmıştır. Süt bazlı peynir tabaklara yapıştı ve üst tabak yukarı doğru hareket ederken ipleri çekti. Vegan ürün üst plakadan çıkmış ve alt plakada kompakt bir jel veya hamur gibi kalmıştır. Bu fark, vegan tüketicilerin bazı vegan peynir alternatiflerinin erimediği ve tek bir katman oluşturmadığı, ancak yine de bir pizza veya graten üzerinde kullanılan orijinal parçaları gösterdiği gözlemini açıklamaktadır. Sıcaklığa bağlı ölçüm, süt bazlı ürünün protein bazlı yapısı ile vegan alternatifin nişasta bazlı yapısı arasında büyük bir davranış farkı olduğunu göstermiştir.

Şekil 9: Her iki ürünün sızma testi sonuçları.

Penetrasyon testi her iki numune üzerinde 3 kez gerçekleştirilmiştir. Peynir örneklerinin hiçbir zaman tam olarak aynı olmadığı göz önünde bulundurulduğunda, sonuçlar oldukça tatmin edici bir tekrarlanabilirlik göstermektedir. Reolojik testler vegan ürünün daha yüksek bir elastikiyete ve sıkıştırmaya karşı daha güçlü bir dirence sahip olduğunu göstermesine rağmen, kesilme direnci süt bazlı peynirden önemli ölçüde daha düşüktü (Şekil 9). 0,69 mm’den sonra ve 6,8 N’luk bir kuvvetle kanatlı rotorun kanatları vegan dilimini kesmiştir. Süt bazlı peynir biraz daha esnek ve çok daha kararlıydı. 0,94 mm sonra ve 13,9 N’luk bir kuvvetle yüzeyi kesilmiştir. Kuvvetteki ikinci artış, süt bazlı peynir dilimleri 1,5 mm’den biraz daha az kalınlıkta olduğu için rotorun alt plakaya temas etmesinden kaynaklanıyordu.

Sonuç

Süt bazlı bir peynir ile vegan bir alternatif, HAAKE MARS iQ Hava Reometresi üzerinde farklı test yöntemleriyle karşılaştırılmıştır. Reometrenin normal kuvvet özellikleri, tekrarlanabilir bir numune yüklemesi sağlamak veya dokuyla ilgili bilgi almak için ölçülen bir parametre olarak tüm ölçümler için kullanılan önemli bir özellikti.

Reolojik testler, iki ürünün mekanik stabilitesinde ve sıcaklığa bağlı davranışlarında farklılıklar olduğunu göstermiştir. Bunun da ötesinde, eksenel gevşeme ve penetrasyon testlerinden doku bilgisi elde edilebilmiştir.

Vegan ürün daha yüksek bir elastikiyet göstermiş ancak daha az stabilite göstermiştir, bu da keserken veya ısırırken fark edilebilir. Sıcaklık taraması sırasındaki davranışı süt bazlı peynirinkinden temelde farklıydı. Karşılaştırılan iki ürünün seçimi keyfi olsa da, sonuçlar yağ/protein bazlı ürünler ile bunların nişasta/yağ bazlı ikameleri arasında genel farklılıklar olduğunu göstermektedir.

HAAKE MARS iQ Hava Reometresinde yapılan ölçümler, süt bazlı peynirin kalitesini kontrol etmek veya vegan ikamelerin dokusunu orijinaline daha iyi uydurmak için peynirin dokusunu ölçmek için kullanılabilir.

Referans: ThermoScientific HAAKE