Beiträge der Analytik zur Qualitätsverbesserung von Rohmilchkäse

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1 Eidgenössisches Volkswirtschaftsdepartement EVD Forschungsanstalt Agroscope Liebefeld-Posieux ALP Beiträge der Analytik zur Qualitätsverbesserung von Rohmilchkäse Ernst Jakob

2 Inhalt Rohmilchkäsefabrikation in der Schweiz Besondere Anforderungen Analytik im Herstellungsprozess Rohmilchanalytik Analytik zur Abklärung von Käsefehlern 2

3 Käseproduktion in der Schweiz Tonnen pro Jahr pasteurisiert thermisierte Milch Rohmilch Frischkäse Weichkäse Halbhartkäse Hart- & Extrahartkäse Kategorie 3

4 Rohmilchkäse - Herstellungsvarianten 100 % Rohmilch Brenntemperatur: 42 bis 57 C Bsp. Sbrinz, Gruyère, Emmentaler, Tête de Moine, Alpkäse, Raclette valaisanne 10 50% Rohmilch Frisch angelieferte Rohmilch + thermisierte Lagermilch (Thermisationstemp C) Brenntemperatur: 38 bis 53 C Bsp. Rohmilchtilsiter, Appenzeller 4

5 Erfolgsfaktoren für die Herstellung von Rohmilchkäse guter Qualität Hohe Milchqualität Frische Verarbeitung Aktive Säuerungskulturen höhere Brenntemperaturen Reifung > 90 Tage Analytischer Service & Beratung 5

6 Wichtigste Parameter der Milchqualität in Fabrikation von Rohmilchkäse Bakteriologische Qualität - Pathogene Keime (Listerien, S. aureus) - Coliforme Keime - Propionsäurebakterien - Käseschädliche Clostridien - Heterofermentative Milchsäurebakterien - Enterokokken Zellzahl Lipaseaktivität Gehalt an freiem Fett 6

7 Rohmilchkäse - Herstellungsprozess Rohmilch Milchlagerung Ausrühren ev. Teilthermisation Ausziehen/Abfüllen Fettstandardisation Pressen Kultur impfen Salzen Dicklegung Reifung Bruchbereitung Taxation Brennen Käse handelsreif 7

8 Typische Qualitätskontrollen - 1 Rohmilch Milchlagerung ev. Teilthermisation Käserei Extern Parameter Anforderung Frequenz X Zellzahl < 350'000 14x pa (offizielle Probe) X Keimzahl < 80'000 14x pa (offizielle Probe) X Gärprobe gallertig monatlich X Säuerung < 15 SH monatlich X vorbebr. Reduktase > 15 min monatlich X Anaerobe Sporen < 25 KbE/L täglich (Rückstellproben) X Propionibakterien < 20 KbE/mL monatlich X Salztolerante < 5'000 KbE/mL bei Bedarf X E. coli < 50 KbE/mL bei Bedarf X S. aureus < 300 KbE/mL bei Bedarf X Listerien n.n./ml bei Bedarf X Fett/Eiweiss keine monatlich X Lipaseaktivität C4 < 110 umol/l täglich (Rückstellproben) X Verhältnis Oelat/Palmitat > 0.8 bei Bedarf X Hemmstoffe negativ bei Säuerungsstörung Fettstandardisation Kessimilch Kultur impfen X Zellzahl < 200'000 monatlich X Keimzahl < 50'000 monatlich X X Fettgehalt variabel wöchentlich X Gärprobe gallertig täglich X Vorbebr. Reduktase > 15 min täglich X Lipaseaktivität C4 < 110 umol/l bei Bedarf X Verhältnis Oelat/Palmitat > 0.8 bei Bedarf X Anaerobe Sporen < 25 KbE/L täglich (Rückstellproben) X Propionibakterien < 20 KbE/mL monatlich X Salztolerante < 5'000 KbE/mL monatlich X E. coli < 50 KbE/mL bei Bedarf X S. aureus < 100 KbE/mL bei Bedarf X Listerien n.n./ml bei Bedarf 8

9 Typische Qualitätskontrollen - 2 Käserei Extern Parameter Anforderung Frequenz Kultur impfen Qualitätskontrolle der Kultur X Säuregrad Erfahrungswert täglich Dicklegung eingelabte Kessimilch X Säuerung Labgärmolke Erfahrungswert täglich Bruchbereitung Brennen Ausrühren Ausziehen/Abfüllen Probe von Käsebruch X S. aureus < 10'000 KbE/mL min. 4x p.a. X Propionibakterien < 100 KbE/L bei Bedarf X Salztolerante < 10'000 KbE/mL bei Bedarf 9

10 Typische Qualitätskontrollen - 3 Pressen Käse frisch Käserei Extern Parameter Anforderung Frequenz Im Käseteig X ph-wert / Temperatur Erfahrungswert täglich Käseteig X E. coli < 10'000 3x pro Jahr X X Wassergehalt Sortentypisch 6 x pro Jahr X Milchsäure Sortentypisch 4x pa X Galactose n.n. bei Bedarf X LAP <2.0 IU/kg 4x pa Salzen Reifung Taxation Käse handelsreif Salzlake X Salzgehalt > 20 Bé wöchentlich X Säuregrad SH monatlich X S. aureus < x pa X Listerien n.n./25g 1-4x pa Käseoberfläche (+ Teig wenn Listerien pos.) Listerien n.n. 2-6x pa Käseteig X Listerien 6x pro Jahr X Salmonellen 1-2x pro Jahr X Wasser- und Fettgehalt monatlich X Kochsalz 2x pa X E. coli bei Bedarf X Flüchtige Carbonsäuren Sortentypisch bei Nachgärung / Lochfehler X Biogene Amine <100 mg Histamin bei Off-flavour / Nachgärung X OPA-Wert Sortentypisch bei Teig-/Lochungsfehlern X WLN / Gesamt-N Sortentypisch bei Teigfehlern X Citrat Sortentypisch bei fehlender Lochbildung X D-Laktat + L-Laktat Sortentypisch bei Bedarf 10

11 Qualitätsfehler bei Rohmilchkäse Extrahhart Hartkäse Halbhartkäse Grossloch andere Fehlaroma süss ranzig bitter brennend Teigfehler exzessive Proteolyse fester Teig zu weicher Teig + Lochungsfehler sparsam + + zu viel + + unsauber / nestig Fehlgärungen Buttersäuregärung Putrifikus + Propionsäureg Nachgärung Schmierefehler Flecken, klebrig etc Pathogene Keime pathogene Enterobakterien (+) Listerien + 11

12 Wichtige Entwicklungen in der Analytik zur Prüfung der Käsereitauglichkeit der Rohmilch 12

13 Rohmilchkontrolle: Buttersäuresporen Filtrationsmethode für Milch nach Bourgeois & Casey (Medium: mod. RCM) 13

14 Rohmilchkontrolle: Buttersäuresporen Sporenbelastung der Kessimilch in Käsereien der Ostschweiz Total Untersuchungen = 262 Anzahl Sporen/L < Untersuchungen Quelle: Milchwirtschaftlicher Inspektions- und Beratungsdienst der Kantons Thurgau, Weinfelden,

15 Rohmilchkontrolle: Lipolytische Aktivität In der Schweiz werden Melkroboter (AMS) allmählich populärer Deutliche Zunahme der Fälle von Ranzigwerden der Käse Bsp. Untersuchung in einzeln Gemelksproben in AMS-Betrieb 100 Kühe mit 100 Kühe (Prüfung der Einzelgemelke) Buttersäure [umol/l] '000 1'200 1'400 1'600 Zwischenmelkzeit [min] 15

16 Analytik zur Abklärung von Käsefehlern 16

17 Beispiel 1: Nachgärung bei Gruyère Gute Qualität Schlechte Ausreifbarkeit / Lagerfähigkeit Ausfallrate im Durchschnitt ca. 7%!!! 17

18 Beispiel 1: Nachgärung bei Gruyère Resultate Zusammensetzung gut lagerfähig (n=13) schlecht lagerfähig (n=15) Parameter Einheit Mittelwert Standardabw. Mittelwert Standardabw. t-test Wassergehalt [g/kg] 353 ± ± Fett in Trockenmasse [g/kg] 524 ± ± Wff [g/kg] 534 ± ± Salz [g/kg] 13.8 ± ± Salzgehalt im Wasser [g/kg eau] 39.0 ± ± Calcium g/kg 8.56 ± ± ph-wert [-] 5.49 ± ± FiT-Werte sind erhöht Wff-Werte sind erhöht (über der gesetzlichen Vorgaben) Erhöhte biologische Aktivtät 18

19 Beispiel 1: Nachgärung bei Gruyère Flüchtige Carbonsäuren gut lagerfähig (n=13) schlecht lagerfähig (n=15) Parameter Einheit Mittelwert Standardabw. Mittelwert Standardabw. t-test Ameisensäure (enzym.) mmol/kg 1.41 ± ± Ameisensäure (GC) mmol/kg 0.83 ± ± Essigsäure mmol/kg 6.80 ± ± Propionsäure mmol/kg 0.12 ± ± iso-buttersäure mmol/kg 0.07 ± ± Buttersäure mmol/kg 0.77 ± ± iso-valeriansäure mmol/kg 0.05 ± ± iso-capronsäure mmol/kg 0.01 ± ± Capronsäure mmol/kg 0.11 ± ± Total flüchtige Fettsäuren mmol/kg 8.75 ± ± Die Käse mit ungenügender Ausreifbarkeit weisen signifikant erhöhte Werte an Ameisen- und Essigsäure auf Hinweis auf erhöhte biologische Aktivität 19

20 Beispiel 1: Nachgärung bei Gruyère Mikrobiologische Parameter und Reifungsindikatoren gut lagerfähig (n=13) schlecht lagerfähig (n=15) Parameter Einheit Mittelwert Standardabw. Mittelwert Standardabw. t-test Fakultativ heterof. Lb log KbE/g 4.54 ± ± Obligat heterof. Lb log KbE/g 2.00 ± ± Aminosäuren (frei) mmol/kg ± ± Citronensäure g/kg 1.29 ± ± D-Milchsäure mmol/kg 89.5 ± ± L-Milchsäure mmol/kg 50.5 ± ± Gesamt-Milchsäure mmol/kg ± ± Die Käse mit ungenügender Ausreifbarkeit weisen dennoch teilweise signifikant erhöhte Werte auf, was auf eine erhöhte biologische Aktivität in diesen Käsen hinweist 20

21 Beispiel 1: Nachgärung bei Gruyère Resultate Fettsäuremuster gut lagerfähig (n=13) schlecht lagerfähig (n=15) Parameter Einheit Mittelwert Standardabw. Mittelwert Standardabw. t-test C4 Buttersäure g/100g FSME 4.26 ± ± C6 Capronsäure g/100g FSME 2.48 ± ± C8 Caprylsäure g/100g FSME 1.43 ± ± C10 Caprinsäure g/100g FSME 3.19 ± ± C10:1 Caproleinsäure g/100g FSME 0.32 ± ± C12 Laurinsäure g/100g FSME 3.49 ± ± C14 Myristinsäure g/100g FSME ± ± C14:1 Myristoleinsäure g/100g FSME 1.27 ± ± C15 Pentadecansäure g/100g FSME 1.16 ± ± C15:1 Pentadecylensäure g/100g FSME 0.26 ± ± C16 Palmitinsäure g/100g FSME ± ± C16:1 Palmitoleinsäure g/100g FSME 1.38 ± ± C17 Heptadecansäure g/100g FSME 0.65 ± ± C17:1 Heptadecansäure g/100g FSME 0.35 ± ± C18 Stearinsäure g/100g FSME 9.69 ± ± C18:1 Ölsäure g/100g FSME ± ± C18:2 Linolsäure g/100g FSME 1.85 ± ± C18:3 Linolensäure g/100g FSME 0.96 ± ± C20 Arachinsäure g/100g FSME 0.16 ± ± c9t11 kon. Linolsäure g/100g FSME 0.69 ± ± Käse mit festerem Teig (härteres Milchfett) tolerieren Gasbildung schlechter Bildung von Gläs (Spalten) 21

22 Beispiel 2: Nachgärung Emmentaler Emmentalerkäse (Alter 5 ½ Monate) mit heftiger Nachgärung Analytik zur Abklärung der Ursachen: ph, Wassergehalt, Fett, Milchsäure, FLCS, OPA, Bernsteinsäure, Biogene Amine, Bakteriologie 22

23 Beispiel 2: Nachgärung Emmentaler Prüfparameter Einheit Wert ph-wert 5.85 Wff g/kg 536 FiT g/kg 505 Gesamtmilchsäure mmol/kg 31 Total fl.carbonsäuren mmol/kg 106 Ameisensäure mmol/kg 3.2 Essigsäure mmol/kg 49.6 Propionsäure mmol/kg 51.9 Buttersäure mmol/kg 0.7 Bernsteinsäure mmol/kg 6.9 OPA-Wert mmol/kg 266 Summe biogene Amine mg/kg 1637 Histamin mg/kg 630 Putrescin mg/kg 481 Tyramin mg/kg 505 CO 2 -Produktion aus Aminosäureabbau ml/kg**

24 Beispiel 2: Nachgärung Emmentaler durch Bildung von biogenen Aminen Histidin Histamin Tyrosin Tryptophan Phenylalanin Lysin Arginin Ornithin Tyramin Tryptamin Phenylethylamin Cadaverin Ornithin Putrescin Bestimmung mittels HPLC 24

25 Beispiel 2: Nachgärung Emmentaler Bakteriologische Untersuchungen Prüfparameter Einheit Wert Salztolerante Keime KBE/g < 100 Enterokokken KBE/g < 100 Obligat het. Lb KBE/g obligat heterofermentative Laktobazillen - Bekannt für Histaminbildung - bilden Essigsäure - bakteriologischer Befund bestätigt GC 25

26 Beispiel 3: Nachgärung Emmentaler Molekularbiologische Untersuchung Wildstämme von Propionsäurebakterien als Nachgärungsursache beim Emmentaler? Identifikation von Stämmen von Propionsäurebakterien in Käse mittels PCR - Analyse gefolgt von Gelelektrophorese ID-Merkmal: VNTRs (variable number of tandem repeats) 26

27 Beispiel 3: Nachgärung Emmentaler Molekularbiologische Untersuchung Wildtyp Kultur Bruch (32 C) Bruch (52 C) 2Mt 4Mt 3 Mia Mio. 210 Mio. 27

28 Beispiel 4: weisser, kurzer Teig (Emmentaler) Untersuchung von Käse bei Taxation (Alter 3 Monate) Prüfmerkmal [Einheit] Probe Nr.: Richtwerte (3 Monate) Trocknungsverlust (Wasser) [g/kg] Wasser in fettfr. Käse (wff) [g/kg] Fett [g/kg] Fett in Trockenmasse (FiT) [g/kg] Total flüchtige Carbonsäuren [mmol/kg] Ameisensäure C 1 [mol-%] Essigsäure C 2 [mol-%] Propionsäure C 3 [mol-%] iso-buttersäure i-c 4 [mol-%] Buttersäure n-c 4 [mol-%] < 1.0 Capronsäure n-c 6 [mol-%] < 0.5 Freie Aminosäuren (OPA) [mmol/kg] <

29 Beispiel 4: weisser, kurzer Teig (Emmentaler) Modellversuch ALP: Ist Temperaturverlust auf der Presse für den Fehler verantwortlich? Temperatur Raumluft C ph Wasser L-Laktat D-Laktat LAP WLN in % TN NPN in % WLN g/kg g/kg mmol/kg mmol/kg U/g % % LAP = Leucin-Amino-Peptidase Rasches Abkalten Beeinträchtigt die Entsirtung (H 2 O) Begünstigt unerwünschte Keime (ph) Verstärkt Proteolyse (LAP, OPA/NPN) 29

30 Zusammenfassung Analytik kann viel Ursachenabklärung von Käsefehler beitragen weist oft den Weg zu gezielten Interven-tionen und präventiven Massnahmen Liefert wertvolle Erkenntnisse, die in die Schulung der Berufsleute einfliessen hat wesentlich zur Verbesserung der Käsequalität beigetragen 30

31 Zusammenfassung / Ausblick Die Qualität von Rohmilchkäse ist heute auf einem sehr hohen Niveau Der Anteil Erstklasskäse liegt konstant bei mind. 85% Qualität von Rohmilchkäse ist aber immer wieder aufs Neue gefährdet (Strukturwandel) Forderung der Verarbeiter nach 31

32 Besten Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Fragen? 32