FUTUROLOGIE    aktuality    kunstkamera    roboti - historie    archiv 2003  


Kanadské párky se dosud dělají z masa
aneb
Jak vznikl nový obor studia struktury potravin

Miloslav Kaláb

text, upravované fotografie, gify


Food Research Program, Agriculture and Agri-Food Canada, Guelph, Ontario, Kanada 

Z Olomouce do Ottawy

Titulek mohl znít docela jinak, kdybych byl býval schopen uspokojit svého nového kanadského zaměstnavatele v r. 1968. Do Kanady jsem přišel před více než 30 roky jakožto postdoktorant na instituci nazývanou National Research Council (NRC), což byla obdoba Československé akademie věd. Zatímco v Olomouci jsem pracoval na lékařské fakultě, v Ottawě jsem si chodil pro své vzorky - vepřovou krev - na jatky. Cílem mého dvouletého studia v Ottawě byly lipoproteiny. O párcích tehdy nebylo ani řeči.

Několik dní před předpokládaným návratem do vlasti mě zajímalo, proč se kanadský tvaroh liší od československého. Šéf na NRC mi doporučil, abych se obrátil na Dr. D. B. Emmonse na ministerstvu zemědělství. Toho můj zájem o tvaroh velice potěšil. Věnoval mi 2 dny svého času, během nichž mi vysvětlil základy výroby tvarohu (já jsem původně vystudoval cukrovarnické inženýrství), ukázal mi jeho praktickou výrobu v několika mlékárnách, daroval mi svou knihu, za kterou mu Americká asociace pro mlékařskou vědu udělila Pfizerovu cenu a popřál mi všechno nejlepší na zpáteční cestu do vlasti.

K cestě domů 25. 8. 1968 nedošlo pro známé srpnové události, takže jsem v Kanadě hledal zaměstnání. Opět jsem volal Dr. Emmonsovi, ne však proto, aby mi vysvětlil výrobu sýrů: "Měli byste pro mě na potravinářském výzkumném ústavu místo?" Měli - to bylo opravdu štěstí v cizí zemi! 

Každý začátek je těžký

Měl jsem tedy místo a současně s ním první úkol: do roku 1974 vyrobit ze sušeného mléka párky, které by byly při smyslovém hodnocení podobné skutečným párkům z masa. Ke svému úkolu jsem dostal radu, abych nedělal se sušeným mlékem žádné "kumšty", které by cenu mléčných párků vyhnaly nad cenu masných párků. Tedy to slovo "masné" je poněkud ošidné, jak jsme později poznali. Párky v polském, maďarském, německém nebo švýcarském lahůdkářství v Ottawě byly opravdu z masa, ale v případě severoamerických párků se o tom dalo úspěšně pochybovat. Prý tam nějaké "maso" bylo - tedy kromě vemínek, držtěk, jazyků a podobných levných orgánů. To byly pádné důvody, proč se nesměly dělat se sušeným mlékem žádné velké kumšty! 

Sušeného odstředěného mléka byl nadbytek. Z mléka se zužitkovávala jen smetana (pro výrobu másla a hlavně zmrzliny). Odstředěné mléko se sušilo do zásoby. Někdo ve vedení ústavu dostal nápad, že by se z něho mohly dělat párky (velice by to prospělo kanadskému mlékařství) a já jsem dostal za úkol tento nápad uskutečnit. Na ústav začali chodit zástupci jednoho obchodního podniku, který se chystal stavět kiosky po celé Kanadě, kde se měly "mléčné párky" prodávat. Ministerstvo vydalo zprávu, že Kanada bude první zemí, kde se takové zdravé párky budou vyrábět. Poznával jsem, co znamená slovo "stress". 

Opravdu jsem se snažil, i když jsem věděl, že se zatím nepodařilo ani velkým vědeckým skupinám předělat mléko na maso - to by byl přece převratný vynález! Tak jsem želíroval mléko teplem sám, bez laboranta. Moje výrobky měly válcovitou formu, červenou barvu a kořennou vůni. Zrak mohl být uspokojen. Horší to bylo s chutí. Ta byla odporná přes přidané koření. Hmota válečků, které by nikdo, ani já sám, nenazval "párky", se v ústech lepila na jazyk i na patro. Silným povahám, které tu hmotu dokázaly polknout, vysoký obsah mléčného cukru působil zažívací potíže. Při opékání těchto výrobků v parku opouštěli okolní lidé své stoly se šťavnatými poznámkami, co jsme to za pronárod, který takové svinstvo může jíst a navrhovali, aby někdo zavolal policii. Naštěstí tehdy ještě neexistovaly mobilní telefony.

Podmínkou výroby nebylo, že se párky budou moci opékat. Mnohem více vadila jejich sýrovitá struktura. Optický mikroskop neukázal nic, takže byl požádán šéf laboratoře elektronové mikroskopie, zdali by lepší rozlišitelnost jeho přístrojů pomohla odhalit podstatu problému. Byl to úspěch na první pokus: "mléčné" párky se skládaly z malinkých kuliček - na rozdíl od masných párků, v nichž byla patrná svalová vlákna, kapičky želatiny a tukové kuličky. Bylo zřejmé, že materiál, který se skládá z kuliček, nemůže být ohebný. Musím se přiznat, že jsem byl strukturou svých mléčných gelů fascinován. Že to byly jediné mikrografie, které laboratoř poskytnula, mi vůbec nevadilo, neboť šéf laboratoře mi přislíbil, že mě jeho laboranti naučí elektronovou mikroskopii, abych své "potraviny" (jak se s mírným opovržením vyjadřoval) mohl studovat sám. Zde je třeba podotknout, že na začátku sedmdesátých let byla existence laboratoře elektronové mikroskopie vynikajícím nápadem. Každého vědeckého pracovníka ministerstva zemědělství, který měl zájem a potřebu používat tohoto drahého způsobu mikroskopie, zde zaučili. Při tom pečovali o mikroskopy a na jejich financování se podílely všechny výzkumné ústavy ministerstva. Nejenže to bylo velice hospodárné, ale docházelo k užitečné výměně názorů a zkušeností.

O mé snaze studovat strukturu mléčných i masných párků se brzy dověděl můj ředitel a tvrdě mi ji zatrhnul. Okamžitě prý musím opustit svůj zaměr. Byly to velice trpké dva měsíce, kdy jsem věděl, že svůj úkol nesplním a nesmím ani zkoumat, co se vlastně děje při želírování mléka. Naštěstí zapracovala náhoda, kterou bych měl psát s velkým "N": pan ředitel byl odvolán a na jeho místo přišel z průmyslu nový ředitel - Dr. John Holme. Zrušil nesmyslný výzkumný úkol a dal mi volnost ke studiu struktury potravin. Nyní žije v penzi někde u Vancouveru a já jsem mu dodnes za jeho důvěru a velkorysost vděčný. 

Pod elektronový mikroskop se dostávají i potraviny  

Kaseinové micely
Kaseinové micely v kravském mléku

 

Casein micelles
Kaseinové micely jsou v mléku neustále v pohybu. Velké tukové kuličky (v pravém horním rohu) pomalu stoupají k hladině

 Co byly ty malé kuličky v mých "mléčných" párcích, že je nebylo možné vidět pod optickým mikroskopem? Kaseinové micely. Z hlediska mlékařské výroby se mléko skládá ze dvou druhů bílkovin - kaseinu a syrovátkových bílkovin. Kromě něho je v mléku navíc mléčný cukr (laktóza) a mléčný tuk. Proměny, k nimž u těchto součástí mléka dochází při jeho zpracování, jsou ukázány na mé internetové stránce v angličtině. Cílem tohoto článku je pouze ukázat některé praktické příklady, kdy studium struktury mělo význam buď pro výrobce nebo spotřebitele mléčných výrobků.

V čerstvém mléku se kaseinové micely neustále pohybují a vzájemně na sebe narážejí a odrážejí se. Nemají při tom kolem sebe moc volného místa - volná dráha je kolem 3 micelárních průměrů. Povrch micel je tak uspořádán, že se micely neshlukují, dokud ochranný kappa-kasein zůstává nedotčen.

Ke shlukování micel může dojít následkem různých reakcí jako je okyselení (v případě výroby jogurtu) nebo proteolýza způsobená chymosinem (původně enzymem v extraktu z telecích žaludků v případě výroby sýrů, nazývaným rennet). V podstatě jsou mléčné bílkoviny schopny vytvářet jednu ze dvou základních struktur - shluky (sýřenina) nebo rozvětvené řetízky (jogurt).  

Struktura sýru
Shluky micel spolu s tukovými kuličkami se lisováním a zráním mění na kompaktní hmotu sýru. (Vzorek na mikrografii byl zbaven tuku - zůstaly po něm prázdné dutinky).

 

Tvorba jogurtu
Řetízkování micel je základem výroby jogurtu. V pravém horním rohu jsou dva streptokoky. (Úsečka: 1 mm)

Shlukováním se kaseinové micely koncentrují, vytvářejí sýřeninu a usnadňují své oddělení od syrovátky, což je vodná fáze mléka. Ta obsahuje mléčný cukr a syrovátkové bílkoviny. Mléčný tuk se stává součástí sýřeniny a menší část odchází v syrovátce. Vlivem přidaného chymosinu nebo jiných proteolytických enzymů - dnes získávaných z mikroorganismů (případně geneticky upravených) nebo i rostlin - se kaseinové kuličky vzájemně spojují a vytvářejí souvislou hmotu sýru. Mikroorganismy jsou významné při výrobě sýrů, jimž dodávají charakteristickou vůni i chuť a také ovlivňují mikrostrukturu. 
  

Jogurtová bakteriální kultura Jogurtová bakteriální kultura obsahuje termofilní streptokoky (ve tvaru perel) a laktobacily (tyčinky). 


Při výrobě jogurtu jsou mikroorganismy nepostradatelné. Termofilní streptokoky společně s laktobacily metabolizují mléčný cukr, oxidují jej a vyrábějí mléčnou kyselinu. Ta pomalu okyseluje mléko a dává vznik jogurtu. Na rozdíl od výroby sýrů se jogurt vyrábí z mléka, které bylo nejdříve zahřáto na teplotu vyšší než 85°C a potom bylo ochlazeno na 40°C. Při tomto zahřívání vytváří jedna ze syrovátkových bílkovin (beta-laktoglobulin) na povrchu kaseinových micel komplex s kappa-kaseinem. Ten zabraňuje neomezenému shlukování micel, takže výsledkem je porézní struktura jogurtu tvořená rozvětvenými řetízky. K objevu jsem dospěl díky či vinou své neznalosti mlékařské výroby: jogurt, který jsem vyrobil v laboratoři naočkováním mléka, které nebylo zahřáto, jsem dostal gel podobný kyselému mléku a jeho struktura se nápadně podobala sýřenině, za to se podstatně lišila od struktury průmyslově vyráběného jogurtu. 

Struktura mléčných výrobků na Webu

Snaha ukázat strukturu mléčných výrobků v televizi nebo v populárně vědeckých časopisech v severní Americe ztroskotala na jednom základním problému a tím je přítomnost mikroorganismů v těchto potravinách. Sdělovací prostředky se obávají, že by mikrografie laktobacilů, streptokoků, bifidobaktérií nebo ušlechtilých plísní odradily spotřebitele jogurtu a sýrů od jejich nákupu, což by dalo důvod výrobcům, aby sdělovací prostředky soudily. Jakkoliv bizarní je tento důvod, byl mi sdělen dokonce dvakrát. Proto jsem se loni rozhodl dát možnost odvážným spotřebitelům, aby se vyrovnali se skutečností, že baktérie jsou nejen škodlivé nýbrž také užitečné. Tak vznikl soubor stránek nazvaných Foods under the microscope (Potraviny pod mikroskopem). Čtenáři na nich najdou mnoho dalších odkazů na informace o potravinách. 

Ze své vlastní práce bych se zde ještě rád zmínil o několika nálezech. Některé z nich byly opět bezprostředně užitečné. 

Kresby na každém sýru?
  

Kresba na sýru typu
Kresba na Čedaru
Nahoře: kresba na sýru typu "cihla"
Dole: kresba na Čedaru
(Úsečka: 5 mm)


 Při studiu sýrů pomocí rastrující elektronové mikroskopie jsem si všimnul úzkých proužků, v nichž bylo podstatně méně tukových kuliček než v okolí. Jednalo se o místa, v nichž se spojují dvě zrna sýřeniny. Je třeba vysvětlit, že se čerstvě koagulované mléko, tedy mléčný gel, rozkrájí drátěnými noži nebo se rozbije míchadlem na malé kousky. Ty vypuzují při zahřívání syrovátku a smršťují se. Oddělí se od syrovátky a sýřenina se lisuje. Krájením či rozbíjením gelu se s řezných nebo lomných ploch uvolňují tukové kuličky a povrchová vrstva zrn je o ně tedy ochuzena. Spojením dvou sousedních zrn vzniká tenká vrstva s nízkým obsahem tuku. Příprava pro elektronovou mikroskopii odstraňuje všechny tukové kuličky. Tam, kde jich bylo hodně, vzniká mnoho dutinek a dochází k rozptylu světa. Oblast, která původně obsahovala tuk, se tedy jeví světlejší a spojky zrn se jeví tmavé. Způsob zpracování sýřeniny se odráží v kresbách na plátcích sýru. V případě sýru Čedar přibývá další druh spojek. Nejdříve se pláty sýřeniny podrobují čedarování, což je pomalý tok sýřeniny v zahřívané vaně. Nakonec se všechny pláty pomelou na hranolky velikosti lidského prstu a ty se opět lisují. Ať se vyrábí tento sýr tradičním způsobem ručním překládání plátů nebo v mechanizovaných či automatizovaných věžích, dva různé druhy spojek jsou vždycky zřetelně patrné. 

Zabýval jsem se kresbami poměrně krátkou dobu, když mi jednoho dne zavolal specialista na sýry z jedné kanadské provincie, zdali bych dokázal odlišit sýr Čedar od jiných sýrů. "Právě na tom pracuji", odpověděl jsem mu, "a vypadá to velice nadějně. Proč vás to zajímá?" Měl podezření, že někteří výrobci Čedaru v provincii se přestali obtěžovat pracným čedarováním v domnění, že to nikdo nepozná. Velice jsme je zklamali, když jsme jim vysvětlili rozdíly i tu skutečnost, že by se svým opomenutím čedarovat mohli dostat k soudu. Mimochodem si na některých severoamerických středních školách mohou sami studenti ověřit, jaké rozdíly jsou v kresbách na sýrech. Návody jsou na mé stránce. 

Jak citlivý je náš jazyk  

Pískovitost
Kompaktní částečky působící pískovitost sýrové pomazánky mají strukturu podobnou sýru (SEM).

 Jednou z nepříjemných vad, které se mohou vyskytnout ve vyvíjených mléčných pomazánkách, je pískovitost. Ta souvisí s pozoruhodnou vlastností našeho jazyka rozlišovat mikroskopické částečky. Ty, které mají průměr 1 až 3 mikrometry, se nám jeví jakožto příjemný "krém" (i kdyby to byl tak jemně rozdrcený kámen), částečky do 8 mikrometrů dodávají mléku nebo pomazánce "křídovitost" a částečky nad 8 mikrometrů v průměru se pociťují jako "pískovitost". Snažili jsme se přijít na kloub problému, se kterým se potýkala skupina našich kolegů. Ať se snažili sebevíce, měnili složky nové pomazánky, homogenizovali a jinak experimentovali, pískovitosti se zbavit nedokázali. Elektronovou mikroskopií jsme zjistili, že pískovité částečky měly hutnou strukturu podobnou sýru. Technologové skutečně používali nezahřívané mléko. Po našem doporučení, aby je zahřáli na 90°C na 10 minut a napodobili tak výrobu jogurtu, ohlásili úplné vymizení pískovitosti. 

Uvedených schopností našeho jazyka využili vynálezci náhražky tuku založené na mléčných a vaječných bílkovinách. N. S. Singer a J. W. Dunn použili tzv. mikropartikulaci, jíž vysrážené bílkoviny rozbili na částečky o průměru kolem 1 mikrometru. Svůj výrobek nazvali "Simplesse". Skupina školených ochutnávačů nebylo schopna rozlišit mezi zmrzlinou vyrobenou se 16% tuku a zmrzlinou vyrobenou s přísadou mikropartikulované bílkoviny bez jakéhokoliv tuku. Elektronovou mikroskopií jsme potvrdili, že tukové kuličky byly ve zmrzlině bez tuku nahrazeny stejně velkými částečkami bílkoviny. Pochopitelně se taková náhražka tuku dá používat je v mražených výrobcích, v sýrech a salátových zálivkách, ne však ke smažení. 

Podmáslí se dá v mléčné sušině rozeznat i v malém množství  

Kaseinové micely - membrány tukových kuliček Útržky membrán tukových kuliček (vpravo) svědčí o přítomnosti sušiny podmáslí. Odstředěné mléko obsahuje pouze kaseinové micely (vlevo). (Transmisní elektronová mikroskopie [TEM] tenkých řezů).

 V Kanadě se při výrobě masných výrobků používají pojidla. Skládají se z pšeničné mouky, mléčné sušiny, soli a koření. Mléčnou sušinou ale nesmí být sušené podmáslí, které odpadá při výrobě másla. Jsou obavy, že by dávalo masným výrobkům nepříjemnou pachuť a vedlo by k rychlejšímu žluknutí tuku. Chemicky se nedá dokázat, zdali mléčná sušina obsahuje podmáslí. I zde však podává důkaz elektronová mikroskopie. Je založen na skutečnosti, že podmáslí vzniká rozbitím tukových kuliček ve smetaně a oddělením tuku. V podmáslí zbývají rozbité obaly (membrány) kuliček a ty se na první pohled liší od kaseinových micel, které jsou základní hmotou mléčné sušiny. 

Neobvyklé struktury v mléčných výrobcích  

Sýr Panýr Struktura "jádro a skořápka" v Panýru
Tvaroh Tvaroh (na obrázku), sýřenina i jogurt mají kompaktní strukturu bílkovinných částeček. (Oba snímky: TEM) 

 Kolega Dr. V. Harwalkar srážel mléko glukono-delta-laktonem, což je prekurzor "jedlé" kyseliny glukonové. Lakton se hydrolyzuje na kyselinu a tedy působí pomalu. Srážené mléko bylo horké (90°C) a konečná kyselost byla mírná (pH 5.5). Mikrografie pořízené transmisní mikroskopií (TEM) tenkých řezů obsahovaly podivuhodnou strukturu, kterou jsme nazvali "jádro a skořápka" (core-and shell). Měli jsme obavy, zdali se nejedná o artefakt, ale námi nalezenou strukturu potvrdili pracovníci velké potravinářské firmy Kraft Foods Inc. Struktura vzniká i při srážení horkého mléka kyselinami, například při výrobě sýra Panýr (Paneer) v Indii, Queso Blanco v jižní Americe a sýra White cheese v Americe severní. Je velice stálá a přetrvává i v taveném sýru, jestliže jednou z jeho složek byl některý z uvedených sýrů. Jejich přítomnost není možné zjistit jinak než elektronovou mikroskopií. Uvedené sýry nezrají a jsou poměrně levným zdrojem mléčných bílkovin, takže jejich zjišťování má význam při ochraně spotřebitelů. 
  

Tavený sýr Tavený sýr obsahující rework čili již jednou tavený sýr (tmavě modré struktury) (TEM)

 Tavený sýr, který byl nadměrně zahřát, může ztuhnout v potrubí při kontinuální výrobě. Může k tomu dojít třeba při zahlcení balicích linek. Ztuhlý sýr, jemuž se anglicky říká "hot melt", se z potrubí odstraní, zmrazí a rozemele na prášek. Přidává se jakožto "rework" do čerstvé směsi. Složení takto využitého ztuhlého sýru je totéž jako taveného sýru, jen jeho schopnost tavit se byla narušena. Někdy se používá ztuhlého sýru záměrně při ovlivňování tavitelnosti vyráběného taveného sýru. Elektronová mikroskopie odhaluje rework jakožto tmavé (hutné) okrsky, takže je možné dokázat jeho použití v taveném sýru. Na vedlejší mikrografii jsou tyto okrsky ukázány modře. Jehlicovité struktury ve spodní části snímku jsou nerozpuštěné krystaly tavicích solí. Zeleně vybarvené struktury jsou tukové kuličky a několik malých červených "kuliček" jsou baktérie přítomné v původním vyzrálém sýru. 

Hostující mikroskopisté

Moje zkušenosti jsou především s elektronovou mikroskopií mléčných výrobků. Ztrávil jsem kolem 30 roků jejich studiem a uveřejnil jsem přes 140 vědeckých prací. Na své stránce jsem zatím uvedl jen některé nejdůležitější. V r. 1982 jsem založil se 3 americkými kolegy časopis Food Microstructure, který byl později přejmenován na Food Structure. Po celou dobu jeho existence (zanikl vinou vydavatele Dr. Oma Johariho v r. 1994) jsem jej posílal "Středisku vědecko-technických informací potravinářského průmyslu" v Praze. Obecně se uznává, že časopis byl výrazem vzniku nového vědního oboru v potravinářství - studia struktury potravin. Nyní dávám místo na své stránce kolegům, kteří se aktivně zabývají studiem struktury potravin, aby přinesli nové pohledy na to, co jíme.
Pro vzorky není třeba chodit daleko, do žádných vykopávek jako za dinosaury či do dalekého vesmíru jako za jinými planetami nebo mlhovinami a přece nacházíme velice zajímavé struktury a souvislosti, které jsme neznali a které mohou být pro nás bezprostředně důležité. 

V době, kdy jsem se snažil pochopit strukturu svých mléčných výrobků, bylo používání elektronové mikroskopie v potravinářství považováno za zbytečný přepych. Dnes jsou laboratoře všech větších potravinářských firem vybaveny nejen elektronovými ale i konfokálními laserovými a dokonce atomovými mikroskopy. Je jich třeba v průmyslu, který se postavil na vědecké základy, kdy kuchařské umění nestačí. Jejich cílem není vytlačit toto umění z výroby, naopak odhalit, že kouzla nejsou žádné čáry. 

Technickou pomoc mi postupně poskytovali pan Guy Larose, paní Paula Allan-Wojtas, BSc., MSc., paní Beverley Phipps-Todd, BSc., paní Gisele Larocque a pan Ann Fook Yang, BSc., MSc. Bez jejich pomoci bych nebyl dosáhl výsledků, jimiž jsem obohatil vědu o potravinách.

Slovníček technických výrazů:

Atomový mikroskop: mikroskop o vysoké rozlišovací schopnosti, jehož princip je vysvětlen zde
Chymosin: proteolytický enzym, který katalyzuje štěpení mléčných bílkovin
Enzym: biologický katalyzátor
Kasein: mléčná bílkovina, hlavní bílkovina sýrů, surovina pro výrobu galalitových knoflíků
Kaseinové micely: kasein ve formě drobných kuliček o průměru 0.1 až 0.2 mikrometru
Konfokální laserový rastrující mikroskop: využívá laserového paprsku na principu, který je vysvětlen zde
Mikrometr: tisícina milimetru
Nanometr: miliontina milimetru
Proteolýza: štěpení bílkovin za přítomnosti vody
Rennet: původně extrakt z telecích žaludků, který obsahuje proteolytický enzym "chymosin"
SEM: rastrující elektronová mikroskopie. Zkratka Scanning Electron Microscopy. Na této adrese je řada odkazů
Syrovátkové bílkoviny: alfa-laktalbumin a beta-laktoglobulin
TEM: transmisní elektronová mikroskopie. Zkratka Transmission electron microscopy. Zde jsou odkazy.

Mikrografie jsou chráněny autorským právem (©SCIMAT 1999). Podmínky pro jejich případné použití lze získat u autora.

Poznámka

V České republice snad není obvyklé, že by se někdo pozastavoval nad přítomností potřebných mikroorganismů v potravinách - snad naopak by byl řídkým jevem člověk, který by nevěděl, že baktérie mléčného kysání jsou v kyselém i acidofilním mléku, v jogurtu, kyselé smetaně i ve většině sýrů. 
Prosím čtenáře, kteří by rádi opravili některé moje výrazy, aby mi poslali své připomínky. 


Futurologie - číslo o klonování
 

  

FUTUROLOGIE

 

  aktuality

  kunstkamera    roboti    archiv 2003  


 


pruh.gif (691 bytes)

futurologie_26496.gif (10848 bytes)

 

 

 

pruh.gif (691 bytes)

 

Fantazie_08203.gif (1839 bytes)                     MOZEK_13016.gif (1068 bytes)                   nauka_10413.gif (1071 bytes)

 

pruh.gif (691 bytes)

 


Webdesign & webmaster
jmeno3a.gif (2428 bytes)

 

TOPlist