The effect of calcium content of Cheddar-style cheese on the biochemical and rheological properties of processed cheese

Calcium content of natural cheese has a major impact on its physical properties. The objective of this study was to investigate how the calcium content of natural cheese affects the functionality of processed cheese (PC). The PCs were made from Cheddar cheese with an intact casein content of 89 g·100 g−1 total casein and with calcium/casein ratios (mg·100 g−1) that were low (LCaCC, 19.6), medium (MCaCC, 24.2) or high (HCaCC, 29.8). The PCs were formulated from Cheddar cheese, butter oil, emulsifying salts, preservative and water; the blend was heated to 80 °C while continuously shearing at 2000 rpm for a total time of 4 min. The calcium/casein ratio of the resultant PCs, denoted LCaPC, MCaPC and HCaPC, were 17.86, 22.10 and 28.36 mg·100 g−1, respectively. The PCs were analysed for composition, deformation properties on compression to 30% original sample dimensions, cooking properties (flow on heating at 280 °C for 4 min and 180 °C for 7.5 min) and changes in viscoelasticity on heating from 25 to 80 °C using low-amplitude strain oscillation rheometry. All PCs had similar levels of moisture (∼ 47 g·100 g−1), protein (∼21 g·100 g−1), water-soluble nitrogen, WSN (∼74 g·100 g−1 total N) and pH 4.6 soluble N (∼ 11 g·100 g−1 total N). The fracture stress, fracture strain and firmness of HCaPC were significantly higher than those of MCaPC or LCaPC. The heat-induced flow of HCaPC and MCaPC was significantly lower than that of LCaPC. Heating of PCs from 25 to 88 °C resulted in a continual decrease in storage modulus (G′) of HCaPC and MCaPC; however, G′ for LCaPC decreased to 51 °C but thereafter increased sharply. The phase angle (δ) of all PCs increased to a maximum (δmax) at 45–54 °C and thereafter decreased, the decrease being most pronounced for LCaPC. Reducing the calcium content of the Cheddar cheese significantly increased δmax and reduced the value of G′ at 25 °C, the time to reach δmax and the temperature at δmax of the resultant PC. The results indicate that lower calcium levels in natural cheese give PCs that are softer and shorter (more brittle), that become more fluid and spreadable on heating, that acquire this fluidity in a shorter time and at a lower temperature, but they tend to be less stable on heating at high temperature (∼ 80–100 °C) for longer times (> 7 min). Abstract89 g·100 g−1, Ca/ (mg·100 g−1) (LCaCC, 19.6), (MCaCC, 24.2) (HCaCC, 29.8) 80 °C 2000 rpm 4 min Ca/ (LCaPC, 17.86 mg·100 g−1) (MCaPC, 22.10 mg·100 g−1) (HCaPC, 28.36 mg·100 g−1) 30% (280 °C 4 min 180 °C 7.5 min) 25–80 °C (∼ 47 g·100 g−1) (∼ 21 g·100 g−1) (∼ 74 g·100 g−1 pH 4.6 (∼ 11 g·100 g−1 HCaPC MCaPC LCaPC HCaPC MCaPC LCaPC 25 °C 88 °C HCaPC MCaPC (G′) LCaPC 25 °C 51 °C 51 °C 45∼54 °C δmax LCaPC δmax 25 °C (G′) δmax δmax (∼ 80–100 °C) (> 7 min)RésuméLa teneur en calcium du fromage a un impact majeur sur ses propriétés physiques. L’objectif de cette étude était de rechercher combien la teneur en calcium du fromage affecte les propriétés fonctionnelles du fromage fondu. Des fromages fondus (PCs) ont été fabriqués à partir de fromage Cheddar ayant une teneur en caséine intacte de 89 g·100 g−1 de caséine totale et des ratios calcium/caséine (en mg·100 g−1) faible (LcaCC : 19,6), moyen (McaCC : 24,2) ou élevé (HcaCC : 29,8). Les PCs étaient formulés à partir de fromage Cheddar, huile de beurre, sels émulsifiants, conservateur et eau; le mélange était chauffé à 80 °C sous cisaillement continu à 2000 rpm pendant au total 4 min. Les ratios calcium/caséine des PCs résultants (LCaPC, MCaPC, et HCaPC) étaient respectivement de 17,86; 22,10; 28,36 mg·100 g−1. Les PCs ont été analysés du point de vue composition, propriétés de déformation au cours d’une compression à 30 % de la dimension initiale de l’échantillon, propriétés de cuisson (écoulement au cours du chauffage à 280 °C − 4 min et 180 °C − 7,5 min), et changements de viscoélasticité au cours du chauffage de 25 à 80 °C en utilisant la rhéométrie par oscillation dynamique de faible amplitude. Tous les PCs avaient des niveaux similaires d’humidité (∼ 47 g·100 g−1), protéines (∼ 21 g·100 g−1), azote soluble dans l’eau (∼ 74 g·100 g−1 d’azote total) et azote soluble à pH 4,6 (∼ 11 g·100 g−1 d’azote total). La déformation à la rupture, la contrainte à la rupture et la fermeté des HCaPC étaient significativement plus élevées que celles des MCaPC et LCaPC. L’écoulement induit par le chauffage des HCaPC et MCaPC était significativement plus faible que celui des LCaPC. Le chauffage des fromages fondus de 25 à 80 °C provoquait une diminution continue du module de conservation (G′) des HCaPC et MCaPC. Cependant le G′ des LCaPC diminuait jusqu’à 51 °C mais augmentait brusquement ensuite. L’angle de déphasage, δ, de tous les PCs augmentait à un maximum (δmax) de 45 à 54 °C pour diminuer ensuite, la diminution étant plus prononcée pour LCaPC. Le fait de réduire la teneur en calcium du fromage de Cheddar augmentait significativement le δmax et réduisait la valeur de G′ à 25 °C, le temps pour atteindre σmax et la température à δmax du PC résultant. Les résultats ont indiqué que des niveaux plus faibles de calcium du fromage naturel donnent des PCs qui sont plus mous et plus friables, deviennent plus fluides et tartinables quand on les chauffe, acquièrent cette fluidité en un temps plus court et à une température plus basse, mais tendent à être moins stables quand on les chauffe à température élevée (∼ 80–100 °C) sur des durées longues (> 7 min).