Lait 87 (2007) 269-285
DOI: 10.1051/lait:2007020

Flavor partition and fat reduction in cheese by supercritical fluid extraction: processing variables

Jessica L. Yee^a, Hany Khalil^b and Rafael Jiménez-Flores<sup>a

a</sup>  Department of Dairy Science, Dairy Products Technology Center, California Polytechnic State University, San Luis Obispo, 1 Grand Avenue, San Luis Obispo, CA, 93407, USA
^b  Department of Food Science and Nutrition, California Polytechnic State University, San Luis Obispo, 1 Grand Avenue, San Luis Obispo, CA, 93407, USA

(Published online: 26 October 2007)

Abstract - Developing low-fat cheese with flavor to match that of full-fat cheese has been a challenge in the dairy industry. The objective of this investigation was to develop lower fat Cheddar and Parmesan grated cheese using supercritical fluid extraction (SFE) and characterize its flavor profile comparative to a full-fat product. Specifically, enabling flavor compound partition between the matrices of cheese and extracted lipids. Carbon dioxide (CO₂) was the supercritical fluid for fat extraction. Extraction took place in a 500 mL SFE vessel using 100 g of grated cheese. Fractional factorial design was utilized to investigate two levels of treatment for each pressure (200 and 350 bar), temperature (35 and 40 C) and CO₂ level (500 and 1000 g) for each extraction trial. The most efficient parameters for lipid removal resulted in 51.00% fat reduction (wet basis) for Cheddar extracted at 200 bar, 40 C, 1000 g CO₂, and 55.56% fat reduction for Parmesan extracted at 350 bar, 35 C, 1000 g CO₂. Thin layer chromatography (TLC) was utilized to assess the lipid composition of each cheese and the lipids extracted by SFE. TLC analysis for Cheddar and Parmesan cheeses showed only nonpolar lipids (triaclyglycerides and free fatty acids) in the recovered lipids extracted by SFE; indicating that polar lipids such as phospholipids are being retained in the cheese matrix. Gas chromatography/mass spectroscopy techniques were used to characterize volatile flavor compounds for each cheese sample. SFE treatment of the cheeses altered the ability to detect flavor compounds and allowed partitioning of those compounds, which varied with the type of cheese. This study suggests that SFE technology can be used in the dairy industry to develop cheese products lower in fat, which retain flavor compounds that may not be typically fully developed with alternative methods of low-fat cheese processing.

Résumé - Partage des composés d'arômes et réduction de la matière grasse dans un fromage traité par extraction par fluide supercritique : variables du procédé
Développer des fromages allégés en matière grasse avec une flaveur équivalente à celle de fromages gras constitue un défi pour l'industrie laitière. L'objectif de cette recherche a été de développer des fromages râpés (Cheddar et Parmesan) allégés en matière grasse en utilisant l'extraction par fluides supercritiques (SFE) et de caractériser leur profil aromatique comparé à celui d'un fromage gras, et plus spécifiquement, d'empêcher le partage des composés de flaveur entre les matrices fromagères et les fractions lipidiques extraites. Le dioxyde de carbone (CO₂) a été utilisé comme fluide supercritique pour l'extraction de la matière grasse. L'extraction a été réalisée dans un récipient pour SFE de 500 mL en utilisant 100 g de fromage râpé. Un plan factoriel fractionné a été utilisé pour étudier 2 niveaux de traitement pour chaque pression (200 et 350 bar), température (35 et 40 C) et niveau de CO₂ (500 et 1000 g) pour chaque essai d'extraction. L'efficacité maximale de séparation des lipides a été obtenue en utilisant les paramètres d'extraction suivants : 200 bar, 40 C, 1000 g de CO₂, permettant d'obtenir 51,00 % de réduction de la matière grasse (base sèche) pour le Cheddar, et 350 bar, 35 C et 1000 g de CO₂ pour une réduction de matière grasse de 55,56 % pour le Parmesan. La chromatographie sur couche mince a été utilisée pour évaluer la composition lipidique de chaque fromage et les lipides extraits par SFE. Les analyses chromatographiques des fromages Cheddar et Parmesan ont montré que seuls des lipides non polaires (triacylglycérides et acides gras libres) étaient présents dans la partie lipidique extraite, indiquant que les lipides polaires comme les phospholipides étaient retenus dans la matrice fromagère. Les techniques de chromatographie gazeuse couplée à la spectrométrie de masse ont été utilisées pour caractériser les composés aromatiques volatils de chaque échantillon de fromage. Le traitement SFE des fromages a altéré la possibilité de détecter les composés d'arômes et a permis la séparation de ces composés, mais de façon variable selon le type de fromage. Cette étude suggère que la technique SFE peut être utilisée dans l'industrie laitière pour développer des fromages allégés en matière grasse qui retiennent les composés d'arômes, ce qui peut ne pas être obtenu par d'autres techniques de fabrication de fromages allégés en matière grasse.

Key words: supercritical fluid extraction / carbon dioxide / Parmesan cheese / Cheddar cheese / fat

Mots clés : extraction par fluide supercritique / dioxyde de carbone / Parmesan / Cheddar / matière grasse

Corresponding author: rjimenez@calpoly.edu

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