17.ТЕХНОЛОГИЯ МОЛОКА И МОЛОЧНЫХ ПРОДУКТОВ исп
..pdfотсутствием свободных сульфгидрильных групп и др.), которому уже в нативном состоянии присущи признаки денатурации.
Вместе с тем, во время тепловой обработки, особенно при высоких температурах стерилизации, казеинаткальцийфосфатный комплекс претерпевает ряд физико-химических изменений: гидролиз пептидных связей, дефосфорилирование, дегидратация казеина, его комплексообразование с денатурированными сывороточными белками, лактозой и т. д. Эти изменения отрицательно влияют на технологические свойства и пищевую ценность молока.
Например, после пастеризации при температуре выше 80 С и УВТ-обработки продолжительность сычужного свертывания молока увеличивается в несколько раз по сравнению с продолжительностью сычужного свертывания сырого молока (стерилизованное молоко практически теряет способность к сычужному свертыванию). Это объясняется образованием комплексов денатурированного β-лакто- глобулина с κ-казеином, в результате чего ухудшается атакуемость последнего сычужным ферментом.
Сывороточные белки являются наиболее термолабильной частью белков молока – при пастеризации и стерилизации они подвергаются сравнительно глубоким изменениям.
Сначала происходит денатурация сывороточных белков, т. е. конформационные изменения с нарушением третичной и вторичной структур, в результате которых компактно свернутая молекула превращается в беспорядочный клубок. Степень денатурации сывороточных белков зависит от температуры, продолжительности тепловой обработки и рН. При пастеризации она составляет 9–30%, при стерилизации выше: 40–60% при пароконтактном нагреве и до 80% при косвенном нагреве. Наиболее чувствительны к тепловой обработке белки при рН 4,6 и в интервале 5,8–6,2, минимум чувствительности они проявляют при рН 2,5–3,5 и выше 6,5.
Врезультате структурных изменений, вызванных денатурацией,
вмолекулах белка высвобождаются –SH и другие реакционноспособные группы, благодаря взаимодействию которых происходит агрегация денатурированных белков.
Лактоза также претерпевает изменения в процессе высокотемпературной пастеризации молока и особенно при его стерилизации. Происходит изомеризация лактозы с образованием лактулозы и ее взаимодействие с аминогруппами белков – реакция меланоидинообразования. Коричневые пигменты – меланоидины – образуются в ре-
зультате ряда окислительно-восстановительных реакций между соединениями, содержащими свободные карбонильные и аминные группы. Из углеводов в этих реакциях наиболее активны пентозы, затем гексозы и, наконец, дисахарид лактоза. Источниками аминогрупп служат аминокислоты, белки, пептиды и др. Меланоидины в организме человека не усваиваются, их присутствие изменяет вкус и цвет молока.
При тепловой обработке изменяется солевой состав молока, гидрофосфаты и дигидрофосфаты кальция, находящиеся в растворенном состоянии, переходят в плохо растворимый фосфат кальция. Часть фосфата кальция выпадает на поверхности теплообменных аппаратов, образуя вместе с денатурированными сывороточными белками отложения – так называемый молочный камень и молочный пригар. Чтобы восстановить солевой баланс и повысить способность пастеризованного молока к сычужному свертыванию при выработке творога и сыра в молоко вносят растворимую соль кальция (CaCl2).
Изменение липидов молока практически не происходит. Только длительная выдержка при высоких температурах и стерилизация молока приводят к незначительному гидролизу триацилглицеринов и изменению их жирнокислотного состава. Ненасыщенные жирные кислоты переходят в насыщенные или окисляются с образованием альдегидов и кетонов, содержание ненасыщенных кислот уменьшается на 2–3%.
Оболочки шариков жира претерпевают более существенные изменения. При пастеризации часть белков и фосфолипидов переходит с поверхности шариков жира в плазму, происходит денатурация белковых компонентов оболочек, шарики теряют способность склеиваться, и отстой сливок замедляется. При стерилизации денатурация белков более сильная, целостность некоторых оболочек нарушается, часть шариков может коалесцировать с образованием более крупных и вытапливанием жира.
Тепловая обработка в той или иной степени приводит к потерям витаминов, которые зависят от температуры нагревания и продолжительности выдержки. Незначительным разрушениям подвергается витамин А и его провитамин – каротин, практически не снижается при пастеризации содержание рибофлавина. Более значительны при всех видах тепловой обработки потери аскорбиновой кислоты, они составляют 10–30%. При хранении пастеризованного и стерилизованного молока наблюдается дальнейшее снижение содержания витаминов.
При тепловой обработке инактивируется большая часть нативных и бактериальных ферментов молока. Ферменты, сохранившие
свою активность, могут вызывать в молоке и молочных продуктах нежелательные биохимические процессы, в результате которых ухудшается вкус и снижается пищевая ценность продуктов.
ТЕХНОЛОГИЯ ПАСТЕРИЗОВАННЫХ И СТЕРИЛИЗОВАННЫХ МОЛОКА И СЛИВОК
Технология пастеризованных молока и сливок
Характеристика пастеризованных молока и сливок. Пастери-
зованные молоко и сливки – нормализованные по жиру молоко и сливки, подвергнутые тепловой обработке при определенных режимах и затем охлажденные.
Вырабатывают пастеризованное молоко с различной массовой долей жира: 1,0;1,5; 2,5; 3,2; 3,5; 4,0; 6,0% и нежирное, молоко топле-
ное, белковое, с различными добавками (витаминизированное, шоколадное и др.). Кислотность пастеризованного молока с разным содержанием жира должна быть не более 21 Т. Сливки вырабатывают жирностью 10, 20, 35%, их кислотность не должна превышать 19, 18 и 17 Т соответственно.
Пастеризованные молоко и сливки представляет собой однородную жидкость белого цвета, без осадка, с легким желтоватым оттенком. Топленое молоко имеет кремовый оттенок, а нежирное – легкий синеватый. Вкус и запах молока и сливок должны быть чистые, без посторонних оттенков. Молоко и сливки, выработанные с применением сухих или сгущенных молочных продуктов, имеют сладковатый привкус.
По микробиологическим показателям пастеризованные молоко и сливки должны удовлетворять следующим требованиям: количество мезофильных аэробных и факультативно-анаэробных микроорганизмов не должно превышать 105 КОЕ/см3, не должны содержаться бактерии группы кишечной палочки (БГКП) в 0,01 см3, а патогенные – в 25 см3 молока. Группа чистоты по эталону – не ниже I.
Технологическая схема получения пастеризованных молока и сливок. Технологический процесс получения пастеризованного молока включает приемку и очистку молока, нормализацию по жиру и белку, гомогенизацию, пастеризацию (топления для топленого молока) с последующим охлаждением и розлив (рис. 54).
Приемка молока
Очистка
Нормализация
Гомогенизация
Пастеризация (топление)
Охлаждение
Розлив
Рис. 54. Технологическая схема получения пастеризованного молока
Для получения сливок молоко сепарируют, сливки нормализуют, подвергают гомогенизации и пастеризации, охлаждению и розли-
ву (рис. 55).
Приемка молока
Очистка
Сепарирование
Нормализация сливок
Гомогенизация
Пастеризация
Охлаждение
Розлив
Рис. 55. Технологическая схема получения пастеризованных сливок
Для производства пастеризованного молока применяют натуральное молоко не ниже II сорта. Его подогревают до температуры 40–45 С и очищают на сепараторах-молокоочистителях. Для получения продукции высокого качества рекомендуется проводить бактофугирование.
При выработке пастеризованного восстановленного молока сухое молоко растворяют в воде при температуре 38–42 С, фильтруют и охлаждают до температуры 5–8 С. При этой температуре восстановленное молоко выдерживают в течение 3–4 ч с целью набухания белков и достижения требуемой плотности.
Нормализованное молоко гомогенизируют при температуре 45– 55 С и давлении 10–15 МПа, а сливки – при температуре 45–85 С. Давление гомогенизации сливок зависит от массовой доли жира, чем она выше, чем ниже давление гомогенизации. Так, давление гомогенизации сливок жирностью 10% составляет 10–15 МПа, а сливок с массовой долей жира 35% – 5–7,5 МПа.
Наиболее распространенный режим пастеризации молока – температура 74–78 С, выдержка 20 с. Можно применять другие режимы, при этом чем ниже температура, тем больше должна быть выдержка молока при этой температуре. В сливках жировые шарики обволакивают клетки микроорганизмов и, поскольку прогреваются медленнее, оказывают на клетки защитное действие, поэтому чем больше массовая доля жира, тем жестче должны быть режимы пастеризации (выше температура, длительнее выдержка). Сливки жирностью 10% пастеризуют при температуре 78–82 С, а с более высокой жирностью (20– 35%) – при температуре 85–89 С с выдержкой 15–20 с.
При выработке топленого молока нормализованное и гомогенизированное молоко нагревают в трубчатых пастеризаторах до температуры 95–99 С и выдерживают в закрытых емкостях в течение 3–4 ч для топления, в результате которого молоко приобретает коричневый оттенок и специфический ореховый вкус.
Пастеризованное (топленое) молоко и пастеризованные сливки охлаждают до температуры 4–6 С и направляют на розлив.
Технология стерилизованных молока и сливок
Характеристика стерилизованных молока и сливок. Стери-
лизованные молоко и сливки – нормализованные по жиру молоко и сливки, подвергнутые стерилизации, затем охлажденные и фасованные в пакеты из комбинированных материалов с соблюдением условий асептики.
Вырабатывают стерилизованное молоко с жирностью 2,5% и выше, витаминизированное, обогащенное лактулозой. Сливки выпускают жирностью 10, 20, 35% и др.
Стерилизованные молоко и сливки должны удовлетворять требованиям промышленной стерильности (отсутствие споровых форм микроорганизмов), которая определяется по термостатной пробе, проводимой при температуре 37 С в течение 3–5 суток. Продукт после выдержки не должен иметь видимых дефектов и признаков порчи (вздутие упаковки, изменение внешнего вида и др.), а также изменений вкуса и запаха. Изменение титруемой кислотности может быть не более чем на 2 Т. На микроскопическом препарате не должно быть клеток бактерий.
Поскольку при стерилизации уничтожается не только вегетативная микробиота, но и споровые формы микроорганизмов, стерилизованные продукты, упакованные в герметичную тару, можно хранить при комнатной температуре достаточно длительное время (1 месяц и более).
Технологическая схема получения стерилизованных молока и сливок. Технологический процесс получения стерилизованного молока включает приемку и очистку молока, нормализацию по жиру и белку, стерилизацию, гомогенизацию и розлив, для получения сливок молоко сепарируют, сливки нормализуют, подвергают гомогенизации, стерилизации и розливу.
На стерилизацию направляют свежее молоко не ниже I сорта. Важное значение имеет его термоустойчивость, т. е. способность выдерживать воздействие высоких температур без признаков коагуляции казеина. Термоустойчивость казеина связана с солевым равновесием в молоке – равновесием растворимых, коллоидно-растворимых и связанных с белком форм солей, прежде всего солей кальция и магния. При повышении концентрации ионов кальция и магния термоустойчивость молока снижается. Это обусловлено переходом части растворимых солей кальция и магния в связанное с белком состояние, уменьшением отрицательного заряда на поверхности казеиновых мицелл, разрушением гидратных оболочек и, как следствие, коагуляцией казеина.
Молоко или сливки, направляемые на стерилизацию, контролируют на термоустойчивость по алкогольной или тепловой пробе. В первом случае определяют максимальную объемную долю этанола в водном растворе, при смешивании которого с молоком в равных количествах отсутствуют признаки коагуляции казеина, во втором – максимальную температуру, которую выдерживает молоко без коагу-
ляции. Для стерилизации пригодно молоко не ниже III группы по термоустойчивости (табл. 8).
|
Деление молока на группы по термоустойчивости |
Таблица 8 |
||
|
|
|||
|
|
|
|
|
Группа |
Алкогольная проба (объемная до- |
Тепловая проба |
|
|
|
|
Выдержка, |
||
ля этанола в водном растворе), % |
Температура, С |
|
||
|
|
|
|
мин |
I |
80 |
≥ 140 |
|
2,0 |
II |
75 |
120–130 |
|
2,0 |
III |
72 |
100–120 |
|
1,0 |
IV |
70 |
80–90 |
|
1,0 |
V |
68 |
< 80 |
|
0,5 |
Термоустойчивость молока можно повысить путем добавления солей-стабилизаторов (цитратов или фосфатов калия и натрия), которые способствуют восстановлению солевого равновесия в молоке и предотвращают его свертывание. Доза солей (0,01–0,1%) подбирается экспериментально в зависимости от результатов алкогольной пробы.
Подготовленное к стерилизации (очищенное и нормализованное) термоустойчивое молоко нагревают в теплообменнике до температуры 74–78 С, а затем подают в инжектор, где путем введения пара в молоко оно стерилизуется при температуре 140–142 С с выдержкой 2–4 с. Далее молоко поступает в вакуум-камеру, где при разрежении вследствие испарения температура молока снижается до 76–78 С. В условиях стерилизации происходит денатурация сывороточных белков с образованием довольно крупных частиц. Для предотвращения выпадения в осадок белковых частиц при хранении молока после стерилизации проводят его гомогенизацию в асептических условиях при давлении 20–25 МПа. При этом наряду с жировыми шариками дробятся частицы денатурированных белков. После гомогенизации молоко охлаждается до температуры 16–20 С и направляется на розлив в асептических условиях.
Технологический процесс выработки стерилизованных сливок осуществляют по такой же схеме, как и получение стерилизованного молока. Используют автоматизированные линии.
Существует двухступенчатый режим стерилизации молока и сливок, который применяют, когда молоко нужно транспортировать на большие расстояния или длительно хранить. Двухступенчатый
способ стерилизации предусматривает предварительную стерилизацию в потоке и повторную стерилизацию продукта в бутылках.
ПРОИЗВОДСТВЕННО ПОЛЕЗНЫЕ МИКРООРГАНИЗМЫ И ВОЗБУДИТЕЛИ ПОРЧИ МОЛОЧНЫХ ПРОДУКТОВ
Производственно полезные микроорганизмы
В производстве молочных продуктов используются молочнокислые, пропионовокислые, уксуснокислые бактерии, бифидобактерии, дрожжи, слизеобразующие бактерии и плесневые грибы.
Молочнокислые бактерии. Это специфическая группа микроорганизмов, которые осуществляют молочнокислое брожение углеводов с образованием молочной кислоты и других продуктов: уксусной кислоты, этилового спирта, диоксида углерода и веществ, обусловливающих аромат. Клетки молочнокислых бактерий могут иметь шаровидную (кокки) и палочковидную (лактобактерии) форму. Кокки относятся к семейству Streptococcaceae, поэтому их называют стрептококками. Молочнокислые стрептококки представлены тремя родами –
Lactococcus, Leuconostoc и Streptococcus, лактобактерии – родом Lactobacillus.
Из лактококков (Lactococcus) наиболее широко в молочной промышленности применяются бактерии одного вида (Lactococcus lactis)
следующих подвидов: Lactococcus lactis subsp. lactis (молочный лактококк), Lactococcus lactis subsp. cremoris (сливочный лактококк) и Lactococcus lactis subsp. diacetilactis (ароматизирующий лактококк).
Лактококки являются факультативными анаэробами, т. е. они растут и в присутствии, и при отсутствии кислорода, и в том, и в другом случае осуществляя брожение. Это мезофильные микроорганизмы, оптимальная температура роста составляет 30 С, многие штаммы могут развиваться в довольно широком диапазоне температур – от 8 до 41 С. В качестве источников углерода используют моно- и дисахара, органические кислоты, многие штаммы нуждаются в аминокислотах, витаминах. Растут в средах с низкими значениями рН – от 5,5 до 8,8, некоторые штаммы – до 2,9–3,2, устойчивы к спирту.
Наиболее сильным кислотообразователем из лактококков является молочный лактококк, наиболее слабым – ароматизирующий
(табл. 9).
|
|
Таблица 9 |
|
Интенсивность кислотообразования лактококков |
|||
|
|
|
|
|
Интенсивность |
||
|
кислотообразования* |
|
|
Подвид лактококка |
|
|
|
длительность |
конечная |
||
|
сквашивания, ч |
кислотность, Т |
|
|
|
|
|
Lactococcus lactis subsp. lactis |
4–7 |
120 |
|
|
|
|
|
Lactococcus lactis subsp. cremoris |
6–8 |
110–115 |
|
|
|
|
|
Lactococcus lactis subsp. diacetilactis |
> 16 |
70–100 |
|
|
|
|
|
* Определяют при внесении 0,5 см3 молодой (12–20-часовой) культуры в 10 см3 стерильного обезжиренного молока и инкубировании при оптимальной температуре.
Lactococcus lactis subsp. lactis применяют в многоштаммовых заквасках для производства кисломолочных напитков, кислосливочного масла, сыров.
Среди Lactococcus lactis subsp. cremoris имеются слизеобразую-
щие штаммы, формирующие вязкие сгустки. Их используют в заквасках для производства сметаны. Кроме того, сливочный лактококк используют в составе заквасок для сыров, творога, масла.
Ароматизирующий лактококк способен расщеплять цитраты с образованием ароматизирующих веществ (диацетила, ацетоина) и диоксида углерода, сгусток молока содержит пузырьки СО2. Диоксид углерода улучшает вкус кисломолочных напитков, однако его присутствие нежелательно при фасовке продуктов в газонепроницаемую упаковку. Lactococcus lactis subsp. diacetilactis применяют при произ-
водстве продуктов, для которых желательно сильное ароматообразование: масла, творога, сметаны, простокваши, сыра. Основную роль в придании продуктам аромата играет диацетил, при его восстановлении в ацетоин под действием фермента диацетилредуктазы аромат теряется. Потеря аромата замедляется, если хранить молочные продукты при температурах ниже 5 С.
Из представителей рода Leuconostoc в молочной промышленности имеет значение вид Leuconostoc mesenteroides, включающий три под-
вида: Leuconostoc mesenteroides sabsp. dextranicum, Leuconostoc mesenteroides sabsp. cremoris, Leuconostoc mesenteroides sabsp. mesenteroides. Леуконостоки также являются факультативными анаэробами с
оптимальной температурой роста 20–30 С, слабые кислотообразователи. Например, при развитии Leuconostoc cremoris достигается кислотность только 40–50 Т и сквашивание молока не происходит. Leuconostoc dextranicum и Leuconostoc cremoris в значительных количест-
вах образуют диацетил и ацетоин, оптимальными условиями для ароматообразования являются температура 18–20 С и значение рН 6, т. е. после накопления большого количества молочной кислоты. Кроме того, леуконостоки обладают липолитической активностью. Они расщепляют глицериды с высвобождением жирных кислот (масляной, капроновой, каприловой, каприновой и др.) и это может привести к порокам вкуса молочных продуктов. Многие штаммы Leuconostoc mesenteroides образуют слизь, состоящую из сахарозы и декстранов. Слизеобразующие штаммы обладают повышенной термоустойчивостью.
В род Streptococcus входит один вид Streptococcus thermophilus
(термофильный стрептококк). Оптимальной температурой роста для него является 37–40 С, однако расти он может и в более широком интервале – от 20 до 50 С. Выдерживать же может температуру 75 С в течение 15 мин и в значительной степени сохраняется в молоке после пастеризации. Существуют штаммы термофильного стрептококка, образующие слизь, которая придает кисломолочным продуктам кремоподобную вязкую консистенцию. Streptococcus thermophilus является активным кислотообразователем, за 3,5–6 ч он доводит кислотность молока до 110–115 Т. Термофильный стрептококк наряду с болгарской палочкой используют в составе заквасок для производства ряженки, варенца, йогурта, мечниковской простокваши, творога ускоренной выработки, сыров с высокой температурой второго нагревания.
Род Lactobacillus включает большое количество видов: 44 основных вида внесено в «Определитель бактерий Берджи» и еще 23 вида описано, но не установлено их таксономическое положение. Молочнокислые палочки являются факультативными анаэробами или микроаэрофилами, по отношению к температуре среди них есть и ме- зо-, и термофилы, оптимальное значение рН для их развития – 5,5–6,2. В качестве заквасочных микроорганизмов чаще всего применяются следующие виды и подвиды Lactobacillus:
– Lactobacillus helveticus (швейцарская палочка) – самый активный кислотообразователь, при его развитии может достигаться кислотность молока 350 Т. Швейцарскую палочку используют в составе заквасок для твердых сыров с высокой температурой второго нагревания.