Коагуляция казеина и гелеобразование

Накопление молочной кислоты при молочнокислом брожении лактозы имеет существенное значение для образования белкового сгустка, определяющего консистенцию кисломолочных продуктов. Сущность кислотной коагуляции сводится к следующему. Образующаяся (или внесенная) молочная кислота снижает отрицательный заряд казеиновых мицелл, так как Н - ионы подавляют диссоциацию карбоксильных групп казеина, а также гидроксильных групп фосфорной кислоты: группы СОО ^- переходят в СООН, а РО ^2- - в Н РО. В результате этого перехода достигается равенство положительных и отрицательных зарядов в изоэлектрической точке казеина (рН 4, 6 - 4, 7).

При кислотной коагуляции помимо снижения отрицательного заряда казеина нарушается структура казеинаткальцийфосфатного комплекса (отщепляется фосфат кальция и структурообразующий кальций). Так как кальций и фосфат кальция являются важными структурными элементами комплекса, то их переход в раствор дополнительно дестабилизирует казеиновые мицеллы

 ККФК + С Н О   Казеин ⁰ + Са (РО) + (С Н О) Са.

При выработке творога кислотно-сычужным способом на казеин совместно действуют молочная кислота и внесенный сычужный фермент. Под действием сычужного фермента казеин превращается в параказеин, имеющий изоэлектрическую точку в менее кислой среде (рН 5 - 5, 2).

В изоэлектрической точке казеиновые или параказеиновые частицы при столкновении агрегируют, образуют цепочки, или нити, а затем пространственную сетку, а ячейки, или петли которой захватывается дисперсионная среда с жировыми шариками и другими составными частями молока. Происходит гелеобразование. При производстве кисломолочных продуктов и сыра его можно условно разделить на четыре стадии: скрытой коагуляции (индукционный период), массовой коагуляции, структурообразования (уплотнения сгустка) и синерезиса.

В коллоидных системах на гелеобразование влияют концентрация дисперсной фазы, размер, форма частиц, температура и т.д. Образующийся сгусток (гель) обладает определенными механическими свойствами: вязкостью, пластичностью, упругостью и прочностью. Эти свойства связаны со структурой системы, поэтому их называют структурно-механическими или реологическими.

Структурно-механические свойства сгустков определяются характером связей, возникающих между белковыми частицами при формировании структуры. Связи могут быть обратимыми и необратимыми. Обратимые (тиксотропно - обратимые) связи восстанавливаются после нарушения структуры сгустка. Они обусловливают явление тиксотропии - способность структур после их разрушения в результате какого-нибудь механического воздействия самопроизвольно восстанавливаться во времени.

Необратимые (необратимо разрушающиеся) связи не обладают свойством восстанавливаться после механического воздействия на сгусток. С ними связано явление синерезиса. Синерезис - уплотнение, стягивание сгустка с укорачиванием нитей казеина и вытеснением заключенной между ними жидкости. Скорость синерезиса определяется влагоудерживающей способностью казеина и зависит от концентрации в сырье сухих веществ, состава бактериальных заквасок, режимов тепловой обработки и гомогенизации, способа свертывания молока и других факторов.

Для простокваши, кисломолочных напитков и сметаны синерезис - явление нежелательное. Поэтому при их выработке используют бактериальные закваски нужного состава и технологический процесс ведут при режимах, предотвращающих возникновение синерезиса. При производстве творога, наоборот, требуется удалить избыток сыворотки из сгустка. Поэтому выбирают такие режимы обработки молока, которые способствовали бы получению плотного, но легко отдающего сыворотку сгустка. Для усиления синерезиса применяют также размельчение, нагревание сгустка и т.д.

В коллоидных системах на гелеобразование влияют концентрация дисперстной фазы, размер, форма частиц, температура. Образующийся сгусток (гель) обладает определёнными механическими свойствами: вязкостью, пластичностью, упругостью, прочностью. Эти свойства связаны со структурой системы, поэтому их называют структурно-механическими. От этих свойств будет зависеть процесс отделения сыворотки (синерезис).

При развитии микрофлоры выделяются факторы роста – витамин группы В. Поэтому в КМН витамина группы В больше чем в молоке. Это может вызвать лечебный эффект. Некоторая микрофлора вырабатывает антибиотики, низин, бензойную кислоту. Поэтому в этих продуктах посторонняя микрофлора не развивается. Кишечная палочка приживается в кишечнике человека и сдвигает баланс в необходимую нам сторону. В КМН фермент полностью расщепил лактозу и организму не надо тратить энергию на её расщепление.

В соответствии с международными стандартами, молочные продукты, содержащие не менее 1 млн. пробиотических молочнокислых бактерий на грамм, могут продаваться с пометкой «био» на упаковке и относиться к разряду «health food» - дословно здоровая пища. Биопродукты позволяют восстанавливать природные защитные свойства микрофлоры желудочно-кишечного тракта, снижают уровень холестерина, замедляют процесс старения организма.

Микробиологический состав заквасок для молочных продуктов. Технология заквасок (виды заквасок и их характеристики, технология производства, оценка качества, хранение). Оборудование для производства заквасок.

Производство многих молочных продуктов (кисломолочные на­питки, творог, сыр) основано на биохимических процессах броже­ния молочного сахара (лактозы) и коагуляции казеина молока. Бро­жение лактозы, т. е. превращение в соединения с меньшей молеку­лярной массой, происходит под воздействием молочнокислых, пропионовокислых, уксуснокислых бактерий и дрожжей.

К молочнокислым бактериям, вызывающим молочнокислое брожение, относятся молочнокислые кокки и палочки. В группу молочнокислых кокков входят лактококки (Lc. lactis, Lc. cremoris, Lc. diacetilactis) и термофильный стрептококк (Sc. salivarius termo-philus), а в группу молочнокислых палочек — болгарская и ацидо­фильная, а также палочки, используемые в сыроделии.

Пропионовокислые бактерии сбраживают глюкозу, молочную кислоту в пропионовую кислоту и другие продукты, которые обо­гащают вкус и запах продукта. В процессе размножения эти бакте­рии могут синтезировать витамин В₁₂. Уксуснокислые бактерии являются возбудителями уксуснокислого брожения, в результате которого образуется уксусная кислота.

Чистые культуры молочнокислых бактерий и другие микроор­ганизмы (например, дрожжи) получают в специальных лаборато­риях чистых культур из молока, высококачественных молочных продуктов и растений. Для бактериальных заквасок должны быть подобраны такие культуры микроорганизмов, в результате дея­тельности которых получаются высококачественные молочные продукты.

Подбор отдельных штаммов и заквасок для кисломолочных продуктов осуществляют по следующим показателям: соответствие микробиологической чистоты штаммов и заква­сок по микроскопическому препарату (отбраковка образцов, заг­рязненных посторонней микрофлорой); активность штаммов и заквасок, характеризуемая продолжи­тельностью сквашивания и органолептической оценкой (характер сгустка, вкус, запах); влагоудерживающая способность (влагоотдача); предел кислотообразования, определяемый по титруемой кис­лотности; устойчивость к поливалентному бактериофагу; антибиотическая и антагонистическая активность по отноше­нию к условно-патогенной и патогенной микрофлоре. Бифидобактерии, используемые для приготовления молочных продуктов лечебно-профилактического назначения, подбирают с учетом особенностей их свойств. Бифидобактерии медленно раз­множаются в молоке, отдельные штаммы этих бактерий скваши­вают молоко при оптимальной температуре развития за 2...4сут, что неприемлемо в технологии молочных продуктов. Поэтому проводят подбор штаммов бифидобактерии, имеющих повышен­ную кислотообразующую способность. Профилактическая и ле­чебная ценность молочных продуктов определяется не только ко­личеством полученной заквасочной микрофлоры, но и способнос­тью приживаться в кишечнике человека. Косвенным показателем способности микроорганизмов приживаться в кишечнике слу­жит их устойчивость к фенолу, который всегда находится в со­держимом кишечника. Штаммы бифидобактерии сильно разли­чаются по этому свойству. Поэтому существует необходимость подбора бифидобактерии по данному признаку. Кроме того, сле­дует подбирать бифидобактерии по их способности образовывать антибиотические вещества. В настоящее время определены сле­дующие критерии подбора бифидобактерии в состав заквасок для сыра: продолжительность свертывания молока, ч; прирост титруемой кислотности за 24 ч, °Т; число жизнеспособных клеток бифидобактерии в производ­ственной закваске; антагонистическая активность по отношению к кишечной палочке; устойчивость к фенолу, рН; органолептические показатели сгустка.

ПРИГОТОВЛЕНИЕ ЗАКВАСОК Специализированные лаборатории и биофабрики выпускают закваски в зависимости от их физического состояния и способа производства следующих видов: жидкие (обозначаются буквой Ж); сухие (обозначаются буквой С); замороженные (обознача­ются буквой 3); на плотных питательных средах (обозначаются буквами ПС).

В зависимости от числа жизнеспособных клеток и способа про­изводства различают бактериальные закваски (БЗ) и бактериаль­ные концентраты (БК).

При изготовлении бактериальных заквасок не проводят концент­рирование микробных клеток, поэтому число жизнеспособных кле­ток в 1 см³ или 1 г заквасок составляет не более 10 млрд.

При изготовлении бактериальных концентратов проводят обя­зательное концентрирование микробной массы, поэтому число жизнеспособных клеток в 1 см³ или 1 г концентрата составляет сотни миллиардов.

Жидкие закваски представляют собой чистые культуры, нахо­дящиеся в активном состоянии и выращенные в стерильном мо­локе. Срок годности их составляет 2 нед при температуре хране­ния 3...6 " С. При длительном транспортировании без соблюдения режима охлаждения активность культур, входящих в жидкие зак­васки, быстро снижается.

С целью повышения сроков хранения заквасок, их активности и увеличения в заквасках числа бактериальных клеток вырабаты­вают сухие закваски, а также жидкий и сухой бактериальные кон­центраты. Жидкий бактериальный концентрат приготавливают путем культивирования молочнокислых бактерий в питательной среде, их концентрирования (центрифужным способом) и смеши­вания полученной биомассы с защитной средой.

Сухой бактериальный концентрат вырабатывают из жидкого препарата (с защитной средой) путем его сублимационной сушки. Сублимационная сушка заключается в высушивании бактериаль­ного препарата в замороженном состоянии при глубоком вакууме. При этом содержание микробных клеток в 1 г сухого бактериаль­ного препарата повышается до сотен миллиардов клеток, а срок хранения увеличивается до 4 мес.

Сухие закваски вырабатывают из жидких путем их сушки мето­дом распыления или сублимации. При производстве сухих заква­сок с помощью распылительных сушилок активность чистых культур сохраняется до 3 мес. При сублимационном способе суш­ки сохраняемость живых клеток достигает 90 % в течение несколь­ких месяцев и даже лет.

Сухие бактериальные закваски и концентраты в отличие от жидких более транспортабельны и могут сохраняться в течение длительного времени. При использовании сухого бактериального концентрата упрощается схема приготовления заквасок. Сухой бактериальный концентрат активизируется путем растворения его в стерилизованном обезжиренном молоке и выдержки в тече­ние 1, 5...5 ч при оптимальной температуре развития бактериаль­ных клеток. После активации бактериальный препарат направ­ляют непосредственно в производство или для получения пер­вичной производственной закваски, приготовленной на пастери­зованном молоке.

Разработаны закваски прямого внесения. В качестве таких за­квасок используют культуры DVS (прямое сквашивание в емкос- ти), которые просты в употреблении и не нуждаются в предвари­тельной подготовке, например в активизации. Во ВНИИМСе раз­работана технология лиофилизированных бактериальных концен­тратов, пригодных для непосредственного внесения в молоко при выработке сыра. Это исключает необходимость приготовления производственных заквасок на заводах.

Для обеспечения работников молочной промышленности ин­формацией о составе микрофлоры бактериальных заквасок и кон­центратов введены условные обозначения различных групп, видов и разновидностей микроорганизмов, включаемых в состав заква-сочной микрофлоры.

В таблице 6 приведены список микроорганизмов, используе­мых в составе заквасок для сыров, а также буквенные обозначения состава заквасочной микрофлоры (ее бактериальная формула), которые наносят на этикетку и (или) указывают в удостоверении о качестве заквасок.

В зависимости от числа видов микроорганизмов, входящих в состав микрофлоры, закваски подразделяют на два типа: монови­довые, состоящие из микроорганизмов одного вида или разновид­ности, которые условно обозначают буквой М, и поливидовые, в состав микрофлоры которых входит два или более видов микроор­ганизмов, условно обозначаемые буквой П. Так, бактериальная формула угличской закваски (CMC) — БЗ: П: С: ЛКДБ — рас­шифровывается как бактериальная закваска (БЗ), поливидовая (П), сухая (С), в состав которой входят следующие микроорганиз­мы: Lc. lactis (Л), Lc. cremoris (К), Lc. diacetilactis (Д), Leuc. cremoris (Б).

За рубежом используют другую систему информации о составе заквасок. При этом она отличаетсд в разных странах у различных производителей. Чаще всего применяют следующие обозначения: О — бактериальная формула имеет вид ЛК; D — бактериальная формула ЛКД; J — бактериальная формула Б; JD — бактериальная формула ЛКДБ.

Кисломолочные напитки, вырабатываемые резервуарным способом: кефир, йогурт, бифидок (характеристика, общая технология производства, аппаратурно-технологическая схема производства, фасовка и упаковка, оценка качества, хранение). Оборудование для производства.

Продукты, приготовляемые с использованием многокомпонентных заквасок: кефир, кумыс.

Продукты, приготовляемые с использованием термофильных молочнокислых бактерий: йогурт, простокваша, напиток «Снежок», ряженка.

Продукты, приготовляемые с использованием ацидофильной палочки: ацидофильное простое и диетическое молоко.

Кисломолочные напитки выпускают нежирные и с массовой долей жира 1; 2, 5; 3, 2; 4 и 6 %.

Продукты, получаемые из молока в результате молочнокислого брожения(иногда с участием спиртового брожения), называются кисломолочными.

Кисломолочные продукты относятся к диетическим продуктам питания, которые обладают лечебными свойствами.

При потреблении этих продуктов в организм вносятся питательные вещества, они легкоусвояемые и поэтому являются диетическими продуктами, так как организму требуется меньше энергии для их усвоения.

Молочная кислота, поступающая в кишечник с молочнокислыми продуктами, нейтрализуется, но молочнокислые бактерии, развиваясь, могут сбраживать остатки пищи и создавать кислую реакцию среды, в которой гнилостные микроорганизмы погибают.

Диетическое значение кисломолочных продуктов заключается еще в том, что молочная кислота стимулирует секрецию желудочного сока, а сама окисляется до углекислоты и воды. Кроме того, в некоторых продуктах, помимо молочнокислого брожения, происходит и спиртовое, продукты которого возбуждают аппетит и способствуют пищеварению.

Ацидофильная палочка приживается в кишечнике, позволяет сдвинуть дисбактериоз.

Потребление молочнокислых напитков улучшает здоровье человека, повышает его резистентность к инфекции и образованию опухолей. Кисломолочные продукты, особенно ацидофильные, используют в процессе лечения кишечно-желудочных заболеваний, колита, туберкулеза и др.

Микрофлора диетических кисломолочных продуктов синтезирует витамины С, В, В. И чем больше выдерживаются эти продукты, тем больше синтезируется витаминов. Диетические кисломолочные продукты не только оздоравливают желудочно-кишечный тракт, но и благотворно действует на нервную систему и обмен веществ.

Общим в производстве всех кисломолочных напитков является сквашивание подготовленного молока заквасками и при необходимости созревание. Специфика производства отдельных продуктов различается лишь температурными режимами некоторых операций, применением заквасок разного состава и внесением наполнителей.

Напитки кисломолочные вырабатывают:

резервуарным

термостатный

Резервуарный способ наиболее часто используется и создан для производства кефира.

Приемка и подготовка сырья Нормализация Пастеризация Гомогенизация Охлаждение до температуры заквашивания Сквашивание в резервуаре Охлаждение сгустка в резервуаре Созревание сгустка (кефир, кумыс) Фасование Хранение

Приемка и подготовка сырья Молоко должно быть не ниже 2 сорта и кислотностью не более 19 ⁰Т, также подвергается очистки. Не допускается присутствие антибиотиков в молоке. Сливки, обезжиренное молоко, пахта, сыворотка, сухое и сгущенное молоко, а также добавки и наполнители используемые при производстве кисломолочных напитков, должны по своему качеству соответствовать действующей нормативной документации.

Нормализация Проводят по определенной рецептуре. Осуществляется как в потоке и методом смешения. Если используют какой-нибудь компонент кроме молочных, необходимо составлять рецептуру.

Пастеризация В производстве кисломолочных напитков имеет важное значение. Температура пастеризации приближается к 100 ⁰С и при такой температуре происходит денатурация сыворотных белков, вследствие чего повышаются гидратационные свойства казеина и его способность к образованию более плотного сгустка, хорошо удерживающего сыворотку. Этому способствует участие денатурированных сывороточных белков в образовании структуры молочного сгустка. Режимы пастеризации: 85-87 ⁰С с выдержкой 5-10 мин; 95-98 ⁰С с выдержкой 2-3 мин.

Гомогенизация Если молоко гомогенизируют до пастеризации, то температура 60⁰С + 3⁰С, а если после пастеризации то температура пастеризации. Давление 12, 5 - 17, 5 Мпа, которая обеспечивает получение более однородной и плотной консистенции, а в размешенном состоянии - более вязкой, предупреждает отстой сливок при лучшем удержании сыворотки. В производстве кисломолочных напитков гомогенизация обязательна, так как отстой сливок неизбежен при длительных процессах сквашивания и охлаждения.

Охлаждение до температуры заквашивания При выработке кисломолочных напитков применяют молочнокислые стрептококки: мезофильные с оптимальной температурой развития 30-35 ⁰С и термофильные с оптимальной температурой 40-45⁰С.

Сквашивание в резервуаре Охлажденное молоко поступает в резервуар для производства кисломолочных напитков. Закваску вносят в резервуар одновременно с молоком. Количество закваски зависит от ее активности и в среднем составляет 5-10%. Потом молоко перемешивают. Если закваска приготовлена на обезжиренном молоке, то при внесении в молоко жирность уменьшается готового продукта. DVS (сухие закваски) вносят в определенных количествах, непосредственно в емкость. Они хранятся при температуре 25⁰С. При внесении этих заквасок не нужно проводить расчеты. После перемешивания выключают мешалку и оставляют в покое (например: производство кефира 24 ч сквашивается). В некоторых случаях температура заквашивания и сквашивания может немного отличаться. Температура поддерживается за счет теплоизоляции. При сквашивании выделяется молочная кислота, нарастает кислотность, но она несколько ниже, чем в готовом продукте. Образуется нежный, достаточно плотный сгусток, без признаков отделения сыворотки. При резервуарном способе необходимо, чтобы связи возникшие между частицами казеина прочные и по ходу процесса сгусток подвергается механическомувлздействию и после разрушения желательно частичное восстановление в потребительской таре. Поэтому важный момент это правильное определение сгуста. Готовность сгустка определяют по кислотности, для разных напитков кислотность различна. Например: у напитка 80 ⁰Т, а у сгустка 60 ⁰Т.

Охлаждение сгустка в резервуаре После определения готовности сгустка, включают мешалку и закачивают холодную воду, происходит охлаждение сгустка в резервуаре. При этом несколько изменяются свойства образованного сгустка. Молочнокислый процесс с понижением температуры ослабевает, протекает медленно и постепенно достигает оптимальной кислотности для данного вида продукта, а при 8-10 ⁰С практически прекращается. Происходит также набухание белков, что ведет к связыванию и уменьшению свободной влаги и уплотнению сгустка. Продукты смешанного брожения (кефир, кумыс) после охлаждения подвергают созреванию в резервуарах. При этом молочнокислый процесс затухает, активизируются дрожжи в кислой среде, происходит спиртовое брожение с накоплением спирта, диоксида углерода и др., придающих этим напиткам специфические свойства. Созревание длится в зависимости от вида продукта от 12 ч до 3 сут при температуре 8-10 ⁰С.

Фасование После созревания продукта в резервуарах, его разливают отправляют на хранение в холодильные камеры.

Хранение Хранят до реализации в холодильных камерах при температуре от 0 до 6 ⁰С и при влажности 85-90%.