17.ТЕХНОЛОГИЯ МОЛОКА И МОЛОЧНЫХ ПРОДУКТОВ исп

–Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus (болгарская палочка)

активно сквашивает молоко (до кислотности 200–300 С) и образует ацетальдегид – соединение, придающее вкус, запах, подавляющее развитие нежелательной микробиоты кишечника. Болгарская палочка отличается устойчивостью к фаговой инфекции, однако чувствительна ко многим антибиотикам. Применяется в составе заквасок для производства ряженки, йогурта, простокваши мечниковской и др.;

–Lactobacillus acidophilus (ацидофильная палочка) – обитатель желудочно-кишечного тракта человека и животных, подавляет развитие патогенных микроорганизмов. Антагонистическое действие ацидофильной палочки обусловлено синтезом антибиотиков – ацидофилина и лактоцидина. Кроме того, бактерии Lactobacillus acidophilus сами устойчивы к действию многих антибиотиков, и продукты на основе ацидофильной палочки особенно рекомендуются во время и после прохождения курса лечения антибиотиками. Ацидофильная палочка устойчива к щелочной среде, фенолу, желчи, предельная кислотность

при ее развитии достигает 200–250 Т, некоторые штаммы способны с слизеобразованию;

– Lactobacillus delbrueckii subsp.lactis (молочная палочка) прояв-

ляет большое сходство с болгарской палочкой, однако имеет более низкую кислотообразующую способность (до 180 Т), используется в основном при производстве сыра.

Все перечисленные выше бактерии рода Lactobacillus осуществляют гомоферментативное молочнокислое брожение и относятся к термобактериям, оптимальная температура развития швейцарской, болгарской и молочной палочек – 40–45 С, ацидофильной – 37–38 С;

–Lactobacillus plantarum продуцируют антибиотик лактолин, подавляющий развитие бактерий группы кишечной палочки и маслянокислые бактерии;

–Lactobacillus casei subsp. rhamnosus. Штаммы этого подвида представляют отдельный генотип, и этот подвид может быть выделен

всамостоятельный вид.

Два последних представителя молочнокислых палочек (Lactobacillus plantarum и Lactobacillus casei subsp. rhamnosus) относят к

стрептобактериям. Они обладают слабо выраженной кислотообразующей способностью, сквашивают молоко до 180 Т только за 2–3 суток. Стрептобактерии являются факультативными гетероферментативными бактериями, т. е. могут ферментировать углеводы в основ-

ном до молочной кислоты или до смеси молочной, уксусной и муравьиной кислот, этилового спирта и других продуктов. Кроме лактозы эти бактерии усваивают соли молочной кислоты, устойчивы к концентрации поваренной соли до 6%, обладают высокой протеолитической активностью. Все эти свойства обусловливают их важную роль в процессе созревания сыров.

Пропионовокислые бактерии. Бактерии рода Propionibacterium

являются возбудителями пропионовокислого брожения, при котором главным продуктом является пропионовая кислота, а также присутствуют уксусная, муравьиная, янтарная, молочная, диоксид углерода. Это факультативные анаэробы, оптимальная температура для их роста – 30–37 С, значение рН – около 7. В молоке пропионовокислые бактерии развиваются медленно и свертывают его только через 5–7 дней. Эти бактерии используют в составе заквасок при производстве сыров с длительным сроком созревания. После окончания молочнокислого брожения лактозы наступает стадия пропионовокислого брожения, на которой молочная кислота сбраживается в пропионовую и уксусную, которые придают сырам острый вкус, а выделяющийся диоксид углерода способствует формированию глазков. Пропионовокислые бактерии синтезируют витамин В12 и обогащают им молочные продукты.

Уксуснокислые бактерии. В род Acetobacter входят 7 видов, все они являются облигатными аэробами, оптимальная температура роста – 25–30 С, значение рН – 5,4–6,3. Уксуснокислые бактерии этанол окисляют в уксусную кислоту, ацетат и лактат – до СО2 и Н2О. Эти бактерии входят в состав симбиотической закваски кефирный грибок, способствуют формированию вкуса и консистенции кефира. Развитие уксуснокислых бактерий при сквашивании молока в производстве сметаны и творога нежелательно, так как это приводит к ослизнению продукта, появлению привкуса и запаха уксусной кислоты.

Бифидобактерии. Эти бактерии преобладают в составе микробиоты кишечника человека и теплокровных животных. К нежелательным микроорганизмам они проявляют антагонистическую активность. Род Bifidobacterium включает 24 вида, из которых наиболее изучены

В. bifidum, B. adolescentis, B. breve, B. longum, B. infantis и др. Все виды бифидобактерий при первичном выделении являются строгими анаэробами, при лабораторном культивировании они приобретают способность развиваться в присутствии некоторого количества кислорода, а в высокопитательных средах растут в аэробных условиях. Опти-

мальная температура – 37–41 С, значение рН – 6–7. Продуктами сбраживания лактозы являются уксусная и молочная кислоты, а также примеси муравьиной, янтарной кислот и этанола. Предельная кислотность 120–130 Т достигается за 8–12 ч. Бифидобактерии синтезируют витамины группы В, витамин К, незаменимые аминокислоты. Их используют при производстве кисломолочных продуктов для детей раннего возраста и пробиотиков для людей и животных.

Дрожжи. В состав заквасок (кефирных грибков, заквасок для кумыса и других кисломолочных продуктов) входят молочные дрожжи, осуществляющие спиртовое брожение: Saccaromyces lactis, Saccaromyces casei. Дрожжи являются факультативными анаэробами, оптимальная температура развития для них – 25–30 С. Молочные дрожжи участвуют в формировании специфических вкуса и запаха продуктов, обогащают их витаминами, синтезируют антибиотические вещества, подавляющие развитие туберкулезной палочки, БГКП и других нежелательных микроорганизмов.

Вместе с тем, в кисломолочных продуктах, приготовленных на естественных заквасках, всегда могут быть обнаружены и другие дрожжи, поскольку слабокислая среда очень благоприятна для их развития. Дрожжи имеют меньшую скорость роста, чем молочнокислые бактерии и обычно обнаруживаются в небольшом количестве. Интенсивное же развитие дрожжей может привести к нежелательным последствиям: спиртовые вкус и запах продуктов, обильное газообразование, вспучивание сыров и творога, прогоркание и осаливание, обусловленные высокой липолитической активностью дрожжей.

Слизеобразующие бактерии. При созревании сыров могут создаваться условия для образования на их поверхности слизи. Важная роль в этом процессе принадлежит Brevibacterium linens, вырабатывающим красных пигмент. Они продуцируют протео- и липолитические ферменты, которые расщепляют белки и жиры, в результате чего сыр приобретает характерный пикантный аромат. При этом протеолиз не должен быть слишком активным, приводящим к сильному выделению аммиака. Эти бактерии являются облигатными аэробами, развиваются при температуре 20–35 С и значении рН 6,0–10,0. Могут выдерживать высокие концентрации (до 15%) NaCl. Культуру этих бактерий не вводят в состав закваски, а опрыскивают суспензией бактерий уже сформованный сыр перед созреванием.

Плесневые грибы. При производстве мягких сыров созревание может происходить при участии плесневых грибов, которые развиваются либо на поверхности, либо во всем объеме сыра. Используют плесневые грибы рода Penicillium: Pen. roquefortii, Pen. camеmberti, Pen. candidum, Pen. album.

Возбудители порчи молочных продуктов

Квозбудителям порчи молочных продуктов относят гнилостные, маслянокислые бактерии, энтерококки, термоустойчивые молочнокислые палочки и фаги (вирусы, поражающие бактерии).

Гнилостные бактерии вызывают распад белков. Антагонистами гнилостных являются молочнокислые бактерии, и гнилостный процесс протекает только там, где не идет молочнокислое брожение. Среди гнилостных бактерий есть спорообразующие аэробы (бактерии рода Bacillus) и анаэробы (Clostridium). Бесспоровые формы представлены пигментными бактериями (Pseudomonas и Serratia) и факультатив-

но-анаэробными (Proteus vulgaris, Escherichia coli).

Маслянокислые бактерии (род Clostridium) являются возбудителями маслянокислого брожения. Маслянокислые бактерии сбраживают молочный сахар и соли молочной кислоты. В результате брожения кроме масляной кислоты образуются уксусная, пропионовая и муравьиная кислоты, этиловый, бутиловый и пропиловый спирт. При этом выделяется большое количество газов (СО2, Н2), что может привести к позднему вспучиванию сыров.

Кэнтерококкам относят молочнокислые стрептококки кишечного происхождения, т. е. они являются представителями нормальной микробиоты кишечника человека и животных. К энтерококкам отно-

сят два основных вида рода Enterococcus: Ent. faecalis и Ent. fecium.

Энтерококки устойчивы к нагреванию (переносят температуру 60 С в течение 30 мин), действию активного хлора, некоторых антибиотиков. Они составляют значительную часть остаточных микроорганизмов после пастеризации молока, играют определенную роль при созревании сыра. Наиболее вредными являются маммококки (Ent. faecalis biovar. liguefaciens) – обитатели молочной железы, которые выделяют сычужный фермент, вызывают прогоркание молочных продуктов и преждевременное свертывание молока.

Термоустойчивые молочнокислые палочки являются сильны-

ми кислотообразователями, и их развитие приводит к появлению излишне кислого вкуса творога, сметаны, простокваши. Эти бактерии

могут выдерживать кратковременное нагревание до 85–90 С, устойчивы к действию дезинфицирующих средств, что затрудняет борьбу с ними.

Бактериофаги вызывают лизис (разрушение) клеток бактерий, входящих в состав заквасок, что снижает активность заквасок, увеличивает сроки выработки молочной продукции и ухудшает ее качество.

Фаговая частица адсорбируется на бактериальной клетке, с помощью протеолитического фермента разрыхляет клеточную стенку, и ДНК бактериофага внедряется в цитоплазму клетки. В клетке начинается синтез ДНК фага и его белка, бактериальная генетическая система подавляется. Образуется большое количество (до 100) новых фаговых частиц, происходит лизис бактериальной клетки и высвобождение этих частиц. Они инфицируют новые клетки.

Бактериофаги характеризуются специфичностью, т. е. способностью размножаться в определенных видах бактерий. В свою очередь, бактериальные клетки имеют разную чувствительность к фагу.

Для предотвращения развития фаговой инфекции на производстве используют многоштаммовые закваски, проводят частую смену штаммов бактерий в заквасках, тщательно моют и дезинфицируют помещения и оборудование. Бактериофаги чувствительны к ультрафиолетовому облучению, ионизирующей радиации, к кислотам.

ТЕХНОЛОГИЯ ЗАКВАСОК

Подбор культур микроорганизмов для заквасок

Закваски – это чистые культуры или смесь культур микроорганизмов, которые используются при производстве кисломолочных продуктов, кисло-сливочного масла и сыров. При этом для получения каждого вида продукции должно быть несколько заквасочных штаммов с целью предотвращения инфицирования фагом и в связи с изменением свойств заквасочных штаммов при их длительном культивировании и хранении.

Выделением чистых культур для заквасок занимаются специальные микробиологические лаборатории. Источниками выделения являются сырое молоко и самоквасные кисломолочные продукты разных регионов, содержимое кишечника телят и грудных детей, растения, почва.

При отборе пригодных для заквасок штаммов учитывается, прежде всего, активность сквашивания молока (продолжительность

сквашивания, достигаемая кислотность), органолептические свойства (характер сгустка, вкус, запах), водоудерживающая способность сгустка (водоотдача), резистентность к фагу, антибиотическая и антагонистическая активность по отношению к патогенным микроорганизмам. В случае использования бифидобактерий для получения молочных продуктов лечебно-профилактического назначения важное значение имеет их способность приживаться в кишечнике человека. Косвенным показателем такой способности является устойчивость к фенолу, который всегда присутствует в содержимом кишечника.

При составлении заквасок штаммы чистых культур микроорганизмов комбинируют в зависимости от следующих условий: специфические свойств вырабатываемого продукта, температурный режим его производства, взаимоотношения между микроорганизмами. Для предотвращения развития фага используют многоштаммовые закваски. В случае появления фага лизису могут подвергаться один–два штамма, а остальные будут продолжать развиваться.

Приготовление заквасок

В цехах по производству заквасок готовят сухие и жидкие бактериальные концентраты и закваски, натуральные и сухие кефирные грибки.

Получают сухие бактериальные концентраты мезофильных молочнокислых стрептококков, термофильных молочнокислых стрептококков и молочнокислых палочек. Процесс приготовления сухого и жидкого бактериальных концентратов включает ряд стадий (рис. 56).

Приготовление питательной среды

Стерилизация и охлаждение питательной среды

Выращивание молочнокислых бактерий

Охлаждение

Жидкий бактери-	Бактофугирование
альный концентрат

Смешивание с защитной средой

Сублимационная сушка

Фасовка

Сухой бактериальный концентрат

Рис. 56. Технологическая схема получения сухого и жидкого бактериальных концентратов

Питательную среду для выращивания молочнокислых бактерий готовят на основе депротеинизированной молочной сыворотки или обезжиренного молока. В состав среды входят буферные соли (цитрат или ацетат натрия) и стимуляторы роста (аскорбиновая кислота, кукурузный экстракт, гидролизат казеина, сульфат марганца и др.).

В приготовленной среде устанавливают значение рН, оптимальное для выращиваемых микроорганизмов, и стерилизуют среду при температуре 112 С и давлении 0,05 МПа в течение 60 мин. После охлаждения среды до температуры, оптимальной для роста бактерий, вносят в нее закваску молочнокислых бактерий в количестве 3–8%. Наращивание клеток проводится в ферментаторе при температуре 30 С для мезофильных микроорганизмов и 40 С для термофильных при автоматическом регулировании значения рН среды. После окончания выращивания культуру охлаждают до температуры 3–8 С и отделяют клетки бактофугированием.

Полученную бактериальную массу смешивают с защитной средой, предотвращающей разрушение клеток кристаллами льда при замораживании. В составе защитной среды используют обезжиренное

молоко, сахарозу, желатозу (желатин после стерилизации), цитрат и глутамат натрия.

Высушивают концентрат в установке для сублимационной сушки сначала при температуре –35…–45 С, затем досушивают при температуре 40–45 С до массовой доли влаги не более 3,5%.

Концентрат содержит (15–30) ∙ 1010 клеток в 1 г, хорошо хранится (до 8 месяцев при температуре 3–10 С).

Жидкий бактериальный концентрат получается, если не проводить высушивания. Он должен содержать не менее 15 ∙ 1010 клеток в 1 см3 и может храниться не более 2-х месяцев при температуре от –5 до 8 С.

Сухие закваски готовят смешиванием готовых бактериальных концентратов подобранных для заквасок штаммов или выращиванием составленных комбинаций культур с последующим высушиванием.

Кефирные грибки – это естественная симбиотическая закваска, включающая молочнокислые и уксуснокислые бактерии, молочные дрожжи. Мезофильные молочнокислые стрептококки, мезо- и термофильные палочки обеспечивают активное кислотообразование и формирование сгустка. Соотношение между этими группами микроорганизмов может меняться в зависимости от условий (температуры, продолжительности) сквашивания. Ароматизирующие молочнокислые стрептококки имеют небольшую скорость роста, их развитие стимулируется при размножении дрожжей. Содержание уксуснокислых бактерий в кефире невелико, они участвуют в формировании сгустка, при избыточном развитии этих бактерий продукт приобретает слизистую и тягучую консистенцию. Дрожжи развиваются медленнее, чем бактерии, их количество увеличивается при созревании продукта.

Для культивирования кефирных грибков используют пастеризованное обезжиренное молоко. Внесенные в молоко грибки выращивают при температуре 18–22 С, ежедневно меняя молоко. Это молоко уже представляет собой культуральную кефирную закваску.

С целью получения сухих кефирных грибков их отделяют от культуральной закваски, помещают в защитную среду, состоящую из молочной сыворотки с добавлением сахара и аскорбиновой кислоты. Грибки выдерживают в защитной среде при температуре 20–22 С в течение 5–6 ч для наращивания дрожжей, которые наиболее чувствительны к замораживанию и высушиванию. Затем грибки сушат в установке для сублимационной сушки.

На производстве при необходимости производят активизацию заквасок и концентратов путем выдерживания в стерилизованном молоке при оптимальной температуре.

БИОХИМИЧЕСКИЕ И ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ, ПРОТЕКАЮЩИЕ ПРИ СКВАШИВАНИИ МОЛОКА, СОЗРЕВАНИИ И ХРАНЕНИИ МОЛОЧНЫХ ПРОДУКТОВ

При сквашивании действию ферментов подвергаются все основные компоненты молока.

Сбраживание лактозы

Выше отмечалось, что микроорганизмы, входящие в состав заквасок, могут осуществлять молочнокислое, спиртовое, пропионовокислое и уксуснокислое брожение. При нарушениях технологических режимов в молоко могут попасть возбудители маслянокислого брожения (глава 2).

Гомоферментативное молочнокислое брожение осуществляет большинство лактококков (исключение составляет только ароматоб-

разующий лактококк Lactococcus lactis subsp. diacetilactis). Основным продуктом при гомоферментативном молочнокислом брожении является молочная кислота.

Леуконостоки, применяемые в молочной промышленности (вид Leuconostoc mesenteroides), сбраживают сахара по гетероферментативному пути. В этом случае помимо молочной кислоты, в которую превращается 50% глюкозы, образуются этанол, уксусная кислота и диоксид углерода.

Среди лактобактерий (род Lactobacillus) есть и гомо-, и гетероферментативные, а также факультативные формы, которые пентозы ферментируют гетероферментативно, а гексозы – гомоферментативно. Также промежуточное положение между гомо- и гетероферментативными стрептококками занимает термофильный стрептококк.

Спиртовое брожение осуществляют молочные дрожжи, которые входят в состав заквасок для производства кумыса, кефира, ацидо- фильно-дрожжевого молока.

Пропионовокислое брожение имеет место при созревании сыров, уксуснокислое – при выработке кефира.

Протекание уксуснокислого брожения в технологическом процессе получения сметаны и творога, а также маслянокислого брожения при производстве всех молочных продуктов является нежелательным.

Распад молочных белков

Важнейшим процессом при сквашивании молока является коагуляция казеина, в результате которой формируется сгусток. Консистенция и структура сгустка определяются протекающими физикохимическими изменениями молочного белка.

При производстве кисломолочных продуктов значение имеют два основных вида коагуляции казеина: кислотная и сычужная.

Кислотная коагуляция казеина имеет место при выработке кисломолочных напитков, сметаны, при производстве творога кислотным способом и свежих кисломолочных сыров.

В процессе сквашивания молока образующаяся молочная кислота постепенно нейтрализует отрицательно заряженные группы (карбоксильные, гидроксильные) на поверхности казеиновых мицелл и переводит кальций, который в составе мицелл находится в виде коллоидного фосфата, в растворимое состояние. Это приводит к разрушению казеиновых мицелл. При дальнейшем повышении кислотности

идостижении значения рН 5,0 вследствие снижения дзета-потенциала

иуменьшения степени гидратации образованных частиц начинает преобладать их агрегирование. Происходит формирование единой пространственной сетки молочного сгустка, в который включается дисперсионная среда с шариками жира и другими составными частями молока.

Структурно-механические свойства сгустка зависят от многих факторов: состава молока, режимов тепловой и механической обработки, дозы и состава закваски. К примеру, наличие в составе закваски интенсивных кислотообразователей приводит к получению плотного сгустка с интенсивным отделением сыворотки, а при использовании слабоактивных кислотообразователей сгусток имеет более высокую эластичность. Совместное влияние вышеперечисленных факторов приводит к получению либо такой структуры сгустка, которая после механического разрушения восстанавливается (явление тиксотропии), либо такой, что происходит самопроизвольное уплотнение структуры с выпрессовыванием из нее сыворотки (явление синерезиса).

Одним из показателей, которыми характеризуют структуру сгустка, является вязкость. Способностью повышать вязкость и влагоудерживающую структуру сгустка обладают полисахариды, которые вырабатывают некоторые заквасочные культуры (Lactobacillus acidophilus, Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus, Streptococcus ther-