Молочная промышленность

Биохимические и физико-химические процессы при производстве кисломолочных продуктов и мороженого

При производстве кисломолочных продуктов осуществляются как биохимические, так и физико-химические процессы — брожение молочного сахара, коагуляция казеина и гелеобразование. Во время выработки мороженого проходят лишь физико-химические процессы, так как низкие температуры при охлаждении и замораживании смеси исключают биохимические изменения компонентов молока под влиянием микроорганизмов.

Биохимические и физико-химические процессы при производстве кисломолочных продуктов

Кисломолочные продукты играют важную роль в питании людей, особенно детей, лиц пожилого возраста и больных. Диетические свойства кисломолочных продуктов заключаются прежде всего в том, что они улучшают обмен веществ, стимулируют выделение желудочного сока и возбуждают аппетит. Наличие в их составе микроорганизмов, способных приживаться в кишечнике и подавлять гнилостную микрофлору, приводит к торможению гнилостных процессов и прекращению образования ядовитых продуктов распада белка, поступающих в кровь человека.

Диетическая ценность кисломолочных продуктов определяется их химическим составом (таблица 1).

Таблица 1 - Содержание основных компонентов в кисломолочных продуктах
Таблица 1 — Содержание основных компонентов в кисломолочных продуктах

Брожение молочного сахара

Важнейшим биохимическим процессом, протекающим при выработке кисломолочных продуктов, является брожение молочного сахара, вызываемое микроорганизмами бактериальных заквасок. Его скорость и направление определяют консистенцию, вкус и запах готовых продуктов.

По характеру брожения молочного сахара кисломолочные продукты можно разделить на две группы. К первой группе относят продукты, в основе приготовления которых лежит главным образом молочнокислое брожение (простокваша, ацидофилин, йогурт, творог, сметана), ко второй группе — продукты со смешанным брожением, при изготовлении которых происходит молочнокислое и спиртовое брожение (кефир, кумыс, ацидофильно-дрожжевое молоко).

При молочнокислом брожении каждая молекула пировиноградной кислоты, образующаяся из молекулы глюкозы, восстанавливается с участием окислительно-восстановительного фермента лактатдегидрогеназы до молочной кислоты:

Биохимические и физико-химические процессы при производстве кисломолочных продуктов и мороженого В результате из одной молекулы лактозы образуются четыре молекулы молочной кислоты:

В результате из одной молекулы лактозы образуются четыре молекулы молочной кислоты

По нарастанию кислотности молока при молочнокислом брожении можно рассчитать, какое количество молочного сахара было сброжено. Например, кислотность молока увеличилась на 60 °Т (кислотность свежего молока была 17 °Т, после сбраживания молочного сахара — 77 °Т). 1°Т соответствует 1 см3 0,1 N раствора щелочи или 1 см3 0,1N раствора молочной кислоты, что составляет 90/(10 · 1000) = 0,009 г молочной кислоты. Следовательно, 60 °Т будут соответствовать 60 · 0,009 = 0,54 г молочной кислоты.

Из суммарной реакции молочнокислого брожения следует, что из 1 моля молочного сахара образуется 4 моля молочной кислоты, то есть из 342 г молочного сахара образуется 4 · 90 = 360 г молочной кислоты. Следовательно, для получения 0,54 г молочной кислоты потребовалось молочного сахара

Биохимические и физико-химические процессы при производстве кисломолочных продуктов и мороженого

Многие молочнокислые бактерии при сбраживании сахара кроме молочной кислоты образуют ряд других химических веществ, придающих кисломолочным продуктам специфические вкус и аромат. К ним относятся летучие кислоты (уксусная, пропионовая и др.), карбонильные соединения (диацетил, ацетоин, ацетальдегид), спирт и углекислый газ.

В зависимости от продуктов, накапливаемых в процессе брожения, все молочнокислые бактерии подразделяют на гомоферментативные и гетероферментативные. Молочнокислые бактерии (Lac. lactis, Lac. cremoris, Lac. diacetylactis, Str. thermophilus, L. bulgaricum, L. acidophilum), образующие в качестве основного продукта брожения молочную кислоту, относят к гомоферментативным; бактерии (Leu. cremoris, Leu. dextranicum и др.), которые кроме молочной кислоты в значительных количествах образуют и другие продукты брожения, — к гетероферментативным.

Путем определенного комбинирования различных видов молочнокислых бактерий и регулирования температуры сквашивания можно получить продукт с нужными вкусовыми, ароматическими достоинствами, консистенцией и диетическими свойствами.

В кисломолочных напитках со смешанным брожением (кефир, кумыс и др.) наряду с молочной кислотой образуется большое количество этило вого спирта и углекислого газа. Возбудителем спиртового брожения в этих продуктах являются дрожжи. При спиртовом брожении пировиноградная кислота под действием фермента пируватдекарбоксилазы, катализирующего отщепление углекислого газа, расщепляется на уксусный альдегид и углекислый газ:

Биохимические и физико-химические процессы при производстве кисломолочных продуктов и мороженого

Уксусный альдегид с участием окислительно-восстановительного фермента алкогольдегидрогеназы восстанавливается в этиловый спирт:

Уксусный альдегид с участием окислительно-восстановительного фермента алкогольдегидрогеназы восстанавливается в этиловый спирт Суммарно спиртовое брожение лактозы можно представить в следующем виде:Суммарно спиртовое брожение лактозы можно представить в следующем виде

Способность дрожжей вырабатывать спирт и углекислый газ зависит от многих факторов: вида используемых дрожжей, количества молочного сахара в исходном сырье, температуры, рН среды и др.

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. В результате этого 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:

альций и фосфат кальция являются важными структурными элементами комплекса, то их переход в раствор дополнительно дестабилизирует казеиновые мицеллы 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, образуя цепочки или нити, а затем  пространственную сетку, в ячейки или петли которой захватывается дисперсионная среда с жировыми шариками и другими составными частями молока (рисунок 1). Происходит гелеобразование. При производстве кисломолочных продуктов и сыра процесс гелеобразования можно условно разделить на четыре стадии: стадия скрытой коагуляции (индукционный период), стадия массовой коагуляции, стадия структурообразования (уплотнения сгустка) и стадия синерезиса.

а — начало образования структурной сетки; б — пространственная структура сгустка; 1 — частицы белка; 2 — петли структуры, заполненные дисперсионной средой Рисунок 1 - Схема образования пространственной структуры в процессе свертывания молока
а — начало образования структурной сетки; б — пространственная структура сгустка; 1 — частицы белка; 2 — петли структуры, заполненные дисперсионной средой                                                                                                                   Рисунок 1 — Схема образования пространственной структуры в процессе свертывания молока

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 (от греч. thixis — прикосновение + trope — изменение) — 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.

Характер связей в структуре сгустка (продукта) можно определить путем измерения так называемой эффективной вязкости — вязкости, обусловленной образованием в продукте внутренних структур. При этом определяют и сравнивают между собой эффективную вязкость не разрушенной ηн , разрушенной ηр и восстановленной ηв структур (таблица 2).

Таблица 2 -  Эффективная вязкость некоторых кисломолочных продуктов (по данным ВНИИМСа), Па·с·10–3
Таблица 2 —  Эффективная вязкость некоторых кисломолочных продуктов (по данным ВНИИМСа), Па·с·10–3

Как видно из таблицы 2, во время формирования сгустков простокваши и других кисломолочных напитков в основном образуются необратимо разрушающиеся (нетиксотропные связи). Тиксотропных связей, характеризующихся самопроизвольным восстановлением после механического воздействия, в них мало. Сметана характеризуется меньшей потерей вязкости при разрушении структуры и большим количеством тиксотропных связей по сравнению с кисломолочными напитками.

Для структур с необратимо разрушающимися связями характерно явление синерезиса. Синерезис — уплотнение, стягивание сгустка с укорачиванием нитей казеина и вытеснением заключенной между ними жидкости (рисунок 2). 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.

Рисунок 2 - Схема синерезиса (по Тёпелу)
Рисунок 2 — Схема синерезиса (по Тёпелу)

Для 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 измельчение, нагревание сгустка и т. д.

Влияние состава молока, бактериальных заквасок и других фактров на брожение лактозы и коагуляцию казеина

Качество кисломолочных продуктов, главным образом их консистенция, зависит от состава и свойств молока, вида и активности бактериальных заквасок, режимов пастеризации, гомогенизации, сквашивания, созревания и других факторов.

Состав и свойства исходного сырья обусловливают скорость свертывания белков молока и прочность полученных сгустков. От них зависит также развитие микроорганизмов бактериальных заквасок, сбраживающих молочный сахар.

Состав и свойства молока изменяются в течение года, стадии лактации, при заболеваниях животных и т. д. Из практики работы молочных заводов известно, что осенью и особенно весной наблюдается медленное сквашивание молока. Это может быть вызвано снижением его биологической ценности. Например, весной в молоке понижается содержание витаминов (биотина, ниацина, В6 и др.), свободных аминокислот (валина, лейцина, фенилаланина и др.) и микроэлементов (Mn, Co, Fe и др.), которые необходимы для размножения молочнокислых бактерий. Кроме того, причиной несквашивания молока в это время года может быть наличие в нем антибиотиков и других веществ, подавляющих развитие молочнокислых бактерий. Плохо развиваются молочнокислые бактерии в стародойном молоке и в молоке, полученном от коров больных маститом.

Весной ухудшаются и технологические свойства молока — снижаются скорость образования и плотность кислотного сгустка. Это объясняется уменьшением содержания в молоке сухих веществ, казеина, размера казеиновых мицелл, повышением кислотности молока.

Способность молока к сычужному свертыванию обусловливается концентрацией белков, солей кальция и зависит от индивидуальных особенностей и породы животных, корма, стадии лактации и других факторов. Плохо свертывается молоко в начале и конце лактации, а также при заболевании животных.

Свойства молока (и свойства полученного из него сгустка) изменяются при хранении. Так, после длительного хранения молока (сырого и пастеризованного) при низких температурах увеличиваются вязкость и прочность кислотного сгустка, синерезис замедляется. Следовательно, молоко, хранившееся при низких температурах, целесообразно направлять на производство кисломолочных напитков и не следует использовать для выработки творога.

От состава заквасок зависит не только вкус кисломолочных продуктов, но и их консистенция. Основной компонент микрофлоры заквасок для всех кисломолочных продуктов, обеспечивающий формирование сгустка, — молочные лактококки (Lac. lactis, Lac. сremoris и др.). Включение в состав заквасок энергичных кислотообразователей обусловливает получение плотного колющегося сгустка с интенсивным отделением сыворотки, а малоэнергичных кислотообразователей — более нежного сгустка. Введение в закваски Str. thermophilus и термофильных палочек (ацидофильной, болгарской и др.) способствует повышению вязкости продукта, придает сгустку эластичные свойства, препятствует выделению сыворотки, например, в йогуртах, ряженке.

Следовательно, путем подбора состава (и способа их внесения) заквасок, можно регулировать свойства сгустка и обеспечить оптимальную консистенцию и вкус кисломолочных продуктов.

Тепловая обработка молока влияет на скорость образования сгустка, его структурно-механические свойства и синерезис. По данным ВНИМИ и ВНИИМСа, с повышением температуры пастеризации увеличивается прочность кислотного и кислотно-сычужного сгустков (таблица 3).

Таблица 3 -  Прочность сгустка (Па)* при различных температурах пастеризации молока
Таблица 3 —  Прочность сгустка (Па)* при различных температурах пастеризации молока

При повышении температуры пастеризации молока (с 63 до 90 °С) снижается интенсивность отделения сыворотки от сгустка (рисунок 3). Увеличение прочности сгустков и ухудшение выделения сыворотки из них после высоких температур тепловой обработки можно объяснить повышением содержания в сгустке денатурированных сывороточных белков, которые увеличивают жесткость пространственной структуры и влагоудерживающую способность казеина.

а — кислотный сгусток; б — кислотно-сычужный сгусток;1 — 63 °С; 2 — 72–74 °С; 3 — 80 °С; 4 — 85 °С; 5 — 90 °С Рисунок 3 - Интенсивность выделения сыворотки из сгустков в зависимости от температуры пастеризации
а — кислотный сгусток; б — кислотно-сычужный сгусток;                                                                                                                           1 — 63 °С; 2 — 72–74 °С; 3 — 80 °С; 4 — 85 °С; 5 — 90 °С                                                                                                                         Рисунок 3 — Интенсивность выделения сыворотки из сгустков в зависимости от температуры пастеризации

Таким образом, путем регулирования режимов тепловой обработки молока можно получить сгусток с нужными реологическими свойствами, то есть улучшить консистенцию кисломолочных продуктов.

При выработке кисломолочных напитков перед заквашиванием рекомендуется гомогенизировать молоко (для кефира и йогурта, получаемых резервуарным способом, она обязательна). В результате гомогенизации повышается дисперсность жира, измельченный жир в сгустках распределяется более равномерно, увеличивается прочность сгустка, при этом несколько повышается вязкость продуктов и снижается выделение сыворотки.

Вместе с тем гомогенизация молока повышенной (выше 10 %) жирности и сливок способствует значительному увеличению вязкости сгустков и снижению их способности отделять сыворотку. При этом рост вязкости образующихся сгустков зависит от величины давления и способа гомогенизации сырья.

Структурно-механические и синергетические свойства сгустков существенно зависят от способа коагуляции белков (таблица 4).

Таблица 4 - Показатели сгустка при разных способах свертывания молока
Таблица 4 — Показатели сгустка при разных способах свертывания молока

Сгустки, образующиеся при кислотной коагуляции белков, менее прочны по сравнению с кислотноTсычужными (пространственную структуру кислотных сгустков поддерживают слабые связи, структуру кислотно-сычужных дополнительно стабилизируют и укрепляют кальциевые мостики, образующиеся между частями параказеина); они состоят из более мелких белковых частиц и хуже выделяют сыворотку. Однако наряду с увеличением прочности кислотно-сычужных сгустков возрастают их хрупкость, степень дисперсности и способность отделять сыворотку во время обработки.

Продолжительность и температура свертывания (сквашивания) молока являются важными факторами, влияющими на консистенцию кисломолочных продуктов. Продолжительность сквашивания молока обычно устанавливают по нарастанию кислотности, вязкости или прочности полученного сгустка. Особенно важно определить момент готовности сгустка при производстве напитков резервуарным способом. Иногда наблюдаются жидкая консистенция продуктов и отстой сыворотки. Это вызвано неправильным выбором момента перемешивания сгустка. Сыворотка выделяется при перемешивании сгустка в том случае, когда он имеет минимальную вязкость и проявляет незначительные тиксотропные свойства.

Кроме того, от температуры и продолжительности сквашивания молока зависит накопление в продуктах веществ, придающих им определенный вкус и аромат (летучих кислот, диацетила, ацетальдегида и др.).

Для прекращения молочнокислого брожения и упрочнения структуры образовавшегося сгустка кисломолочные продукты охлаждают до 8 °С и хранят при этой температуре. Продукты смешанного брожения перед охлаждением подвергают созреванию для развития дрожжей и ароматообразующих бактерий. В процессе созревания и выдерживания в холодильной камере в продуктах накапливаются ароматические вещества, спирт и углекислый газ, происходит также частичный распад белков под влиянием протеолитических ферментов молочнокислых бактерий и дрожжей. При этом образуются различные растворимые полипептиды и свободные аминокислоты, влияющие на консистенцию, вкус и запах продуктов.

При выработке сметаны дополнительной целью охлаждения и созревания является отвердевание жира, способствующее улучшению структуры и консистенции продукта.

Биохимические основы производства отдельных видов кисломолочных продуктов

Качество вырабатываемых кисломолочных продуктов зависит от характера образующихся сгустков, а также степени накопления вкусовых и ароматических веществ. Характер сгустков определяется уровнем накопления молочной кислоты, способностью белков формировать пространственные структуры, удерживать влагу и т. д. Образование вкусовых и ароматических веществ зависит от состава бактериальных заквасок, условий сквашивания, созревания и охлаждения продуктов.

Кисломолочные напитки

Основной процесс, определяющий консистенцию кисломолочных напитков (представленных в таблице 1), — гелеобразование. Сгустки этих продуктов различные: в одних случаях сгусток плотный (колющийся), в других — ровный и нежный (сметанообразный) или хлопьевидный и т. д. При формировании структуры сгустков данных продуктов в основном образуются необратимо разрушающиеся связи, тиксотропно-обратимых связей в них мало, поэтому столь важно вести технологический процесс при таких режимах, которые бы обеспечивали минимальное отделение от сгустка сыворотки. В первую очередь это относится к режимам пастеризации, гомогенизации и сквашивания молока.

Известно, что синергетические свойства сгустков зависят от температуры пастеризации молока. Для увеличения прочности сгустков и предотвращения выделения сыворотки при хранении простокваши и других кисломолочных напитков рекомендуется применять высокие температуры пастеризации молока (85–87 °С с выдержкой в течение 5–10 мин или 90–94 °С с выдержкой 2–8 мин).

Рекомендуемые технологическими инструкциями режимы гомогенизации (давление 12,5–17,5 МПа, температура 55–65 °С) положительно влияют на свойства сгустков.

Продолжительность сквашивания молока при выработке продуктов определяется видом бактериальной закваски и температурой сквашивания. Окончание сквашивания обычно устанавливают по получению достаточно прочного сгустка и титруемой кислотности 75–85 °Т. При производстве кисломолочных напитков резервуарным способом необходимо получить сгусток с максимальным количеством тиксотропно-обратимых связей, поэтому перед перемешиванием и охлаждением сгустка следует контролировать водородный показатель (рН): он должен быть для кефира 4,5–4,4, ацидофилина — 4,7–4,55, ряженки — 4,45–4,35. Дополнительно проверяют вязкость сгустка по продолжительности истечения из пипетки вместимостью 100 см3 при 20 °С или с помощью капиллярного вискозиметра.

Специфические кисломолочные вкус и запах продуктов формируются главным образом в период их сквашивания и созревания. Дополняют вкус и запах продуктов соединения, образующиеся при тепловой обработке молока (при выработке варенца и ряженки они играют основную роль).

Основные вкусовые и ароматические вещества кисломолочных продуктов — молочная и уксусная кислоты, диацетил, ацетальдегид (его высокая концентрация характерна для йогурта) и др. Освежающий, слегка острый вкус кумысу и кефиру придают этиловый спирт и углекислый газ. Содержание спирта в напитках определяется видом дрожжей, температурой и продолжительностью созревания. В кумысе оно составляет 1–3 %, в кефире — 0,01–0,03 %. Для них также характерен распад белков (протеолиз), поэтому освобождающиеся аминокислоты и пептиды могут принимать участие в формировании вкуса этих продуктов.

При выработке варенца и ряженки вкус, запах (и цвет) дополняют лактоны и меланоидины, образуюшиесся в процессе «томления» сырья при температуре 90–98 °С в течение нескольких часов.

Следует отметить, что в настоящее время широкое распространение получили кисломолочные пробиотические напитки, обогащенные бифидобактериями и молочнокислыми палочками (ацидофильной, казеи, плантарум, ферментум и др.), обладающими антагонистической активностью к патогенной и нежелательной микрофлоре кишечника человека. При их использовании вырабатывают «Биоряженку», «Ацетобифилин», «Бифидок»,«Бифилайф» и др. Технологический процесс производства и рецептуры вышеперечисленных напитков аналогичены технологии соответствующих продуктов, и отличаются они только составом микрофлоры закваски, действие которой часто усилено одновременным внесением пребиотиков (лактулозы, лизоцима и др), то есть соединений, стимулирующих развитие полезной микрофлоры кишечника.

Йогурт

Йогурт — кисломолочный продукт с нарушенным или ненарушенным сгустком, повышенным содержанием сухих обезжиренных веществ молока, вырабатываемый путем сквашивания обезжиренного или цельного молока закваской, содержащей термофильный стрептококк (Str. thermophilus) и болгарскую палочку (Lbm. bulgaricum). Продукт содержит 0,1–10 % жира, вырабатывается термостатным и резервуарным способами, температура сквашивания — 40–45 °С (продолжительность сквашивания — 2,5–4 ч), может подвергаться термизации (сгусток нагревают до температуры 66–72 °С). Выпускают также пробиотический продукт — «Биойогурт», обогащенный бифидобактериями (Bifidobacterium) или ацидофильной палочкой (Lbm. acidophilum).

Сметана

В образовании структуры продукта участвуют молочный жир и белки. Главную роль играет жир, который в результате отвердевания и кристаллизации повышает прочность структуры и вязкость сметаны.

Дополнительно структуру стабилизируют образующиеся во время охлаждения жировые скопления. Казеин и сывороточные белки, находящиеся в плазме сметаны и на оболочках жировых шариков, благодаря своей способности связывать влагу также улучшают консистенцию продукта.

Таким образом, при производстве сметаны протекают не только процессы брожения молочного сахара и коагуляции казеина, зависящие от режимов пастеризации, гомогенизации и сквашивания сливок, но и процессы формирования и упрочнения структуры жировой фазы, определяемые режимами гомогенизации и скоростью охлаждения продукта.

При выработке сметаны для получения нужной вязкости продукта и уменьшения степени выделения сыворотки сливки следует пастеризовать при высоких температурах (85–95 °С с выдержкой в течение 15–20 с и более). Данный режим пастеризации способствует также образованию сульфгидрильных групп, придающих сметане специфический привкус (привкус пастеризации), и гарантирует полное разрушение липазы, которая может вызвать пороки вкуса сметаны при хранении.

Гомогенизация сливок при производстве сметаны способствует повышению вязкости и пластичности готового продукта, а также ускоряет образование сгустка. В результате гомогенизации увеличивается дисперсность жира с одновременной адсорбцией на поверхности жировых шариков плазменных белков, затрудняющих синерезис сгустка. С повышением давления гомогенизации (до 10 МПа) вязкость сметаны увеличивается. Однако при гомогенизации сливок 30–40 %Tной жирности может не хватать оболочечного вещества для образования новых оболочек жировых шариков, что приводит к увеличению количества свободного жира и образованию скоплений жировых шариков (даже наблюдается слияние отдельных шариков с увеличением их диаметра).

Чтобы избежать образования в сливках жировых скоплений, следует применять двухступенчатую гомогенизацию (при низком давлении на второй ступени частично разбиваются образовавшиеся агрегаты жировых шариков и белков).

При выработке сметаны различных видов окончание процесса сквашивания сливок (который длится 6–16 ч при температуре 26–30 °С) определяют по нарастанию кислотности до 55–70 °Т. Дальнейшее повышение кислотности (до рН ниже изоэлектрической точки казеина) может привести к перезарядке белка, вследствие чего структура сгустка приобретает хрупкие, необратимо разрушающиеся связи, сметана теряет пластичность и разжижается при размешивании.

Охлаждение и созревание сметаны осуществляется при 1–8 °С в течение 6–48 ч. Продолжительность созревания сметаны зависит от скорости охлаждения продукта, которая определяется видом упаковки. В процессе созревания окончательно формируется и упрочняется структура продукта. Структура сметаны содержит еще небольшое количество тиксотропных, самопроизвольно восстанавливающихся после механического воздействия связей. Поэтому в этот период особенно важно оставить сметану «в покое».

Продолжительность охлаждения и созревания сметаны можно сократить, предварительно охладив сливки до 2–6 °С перед сквашиванием и выдерживая их при этой температуре 1–3 ч.

Для повышения вязкости и улучшения консистенции сметаны пониженной жирности рекомендуется рекомендуется вводить в состав заквасок Lac. cremoris и Leu. mesenteroides, а также увеличить содержание сухих веществ путем добавления сухого обезжиренного молока, сухого или жидкого казеината натрия и других молочно-белковых концентратов. Например, при выработке сметаны 20 %-ной жирности с добавлением 1,8–2 % сухого казеината натрия эффективная вязкость увеличивается в несколько раз и превышает вязкость сметаны 30 %Tной жирности.

Чистые кисломолочные вкус и запах сметаны, а также привкус пастеризации вызывают вещества, образующиеся при пастеризации и сквашивании сливок: сульфгидрильные группы, диацетил, молочная и уксусная кислоты, ацетальдегид, лактоны и др. Однако главным ароматическим веществом продукта считают диацетил, синтезируемый ароматообразующими молочнокислыми бактериями, поэтому выраженность вкуса и запаха сметаны зависит от активности бактериальных заквасок, температуры и продолжительности сквашивания сливок.

Творог

Главными процессами, определяющими качество творога, являются коагуляция казеина и обработка (обезвоживание) образующегося сгустка. Для выработки продукта стандартной влажности и консистенции необходимо получить плотный (прочный) белковый сгусток с необратимо разрушающимися связями, способствующими его синерезису.

Характер и степень обезвоживания сгустка определяются температурой пастеризации молока, способом свертывания белков, температурой и продолжительностью сквашивания, кислотностью сгустка во время обработки, дозой вносимого хлорида кальция и др.

При выработке творога для лучшего отделения сыворотки и уменьшения потерь белка с ней наиболее целесообразно пастеризовать молоко при 78–80 °С с выдержкой в течение 10–20 с.

Вопрос о целесообразности применения гомогенизации молока при производстве творога еще не решен (гомогенизация приводит к замедлению синерезиса). Выяснено, что при выработке жирного творога из гомогенизированного молока уменьшаются потери жира с сывороткой, но получается дряблый сгусток, плохо выделяющий сыворотку, что затрудняет его обработку. Применение раздельной гомогенизации позволяет устранить этот недостаток (при высокой дисперсности жира исключается нежелательное воздействие давления на белки молока). В настоящее время гомогенизацию молока применяют при производстве творога на механизированных линиях Я9-ОПТ и др.

Лучше отделяют сыворотку кислотноTсычужные сгустки; в них быстрее по сравнению с кислотными происходят перегруппировка белковых частиц и уплотнение пространственной структуры. Отделение сыворотки легче регулировать в обезжиренном сгустке, так как жир затрудняет выделение влаги из пространственной сетки сгустка, поэтому жирный и полужирный творог часто вырабатывают раздельным способом.

Температура сквашивания 26–32 °С способствует получению творога стандартной кислотности и влажности. При более высоких температурах увеличиваются размеры белковых частиц сгустка и степень выделения сыворотки при самопрессовании, в результате чего может получиться излишне обсушенный продукт с крошливой консистенцией.

Определение окончания сквашивания молока — важный момент при производстве творога. Обработка сгустка при недостаточной кислотности приводит к получению продукта с резинистой консистенцией, а при излишней кислотности — продукта с мажущейся консистенцией и кислым вкусом, что обусловлено взаимодействием молочной кислоты с казеиновым комплексом (отщеплением от него кальция).

Окончание процесса сквашивания устанавливают по виду и кислотности сгустка. Кислотность должна составлять 55–60 °Т (рН 5,05–5,15) при кислотноTсычужном и 70–80 °Т (рН 4,5–4,7) при кислотном способах.

Образующийся в процессе сквашивания плотный сгусток самопроизвольно сжимается и выделяет сыворотку. Отделение сыворотки начинается в изоэлектрической точке казеина при рН 4,6–4,7 для кислотного и при рН 4,7–5 для кислотноTсычужного сгустков. Нарастание кислотности при выдержке разрезанного сгустка, а также его нагревание при отваривании ускоряют выделение сыворотки. Наиболее интенсивный синерезис сгустка наблюдается при рН 4,2–4,3, дальнейшее повышение кислотности замедляет отделение сыворотки.

Уплотнению кислотно-сычужного сгуст ка и выпрессованию из него влаги способствует добавленный к молоку хлорид кальция. Его дей ствие усиливается с увеличением дозы (таблица 5), однако вносить более 600 г СаCl2 нецелесообразно, так как сгусток образуется слишком быстро и при низкой кислотности, а творог приобретает невыраженный вкус и резинистую консистенцию.

Кисломолочные вкус и запах творога, как и вкус и запах простокваши, формируются в период сквашивания молока. Они определяются составом бактериальной закваски и продолжительностью сквашивания. В твороге, наряду с молочной кислотой, диацетилом и ацетальдегидом, активно накапливаются летучие кислоты (уксусная, пропионовая и др.), а также свободные аминокислоты.

Таблица 5 - Влияние дозы хлорида кальция на интенсивность выделения cыворотки из сгустка
Таблица 5 — Влияние дозы хлорида кальция на интенсивность выделения cыворотки из сгустка

Физико-химические процессы при выработке мороженого

Мороженое традиционного состава обладает высокой пищевой ценностью. Оно содержит молочный жир, белки, углеводы, минеральные вещества и витамины (таблица 6), легко усваивается организмом. Основной процесс, определяющий структуру и консистенцию готового продукта, — это фризерование смеси. Его протекание зависит от состава смеси, режимов пастеризации, гомогенизации, охлаждения и скорости замораживания смеси.

Содержание в смеси жира и СОМО, а также вид и количество вводимого стабилизатора влияют на структуру и консистенцию мороженого.

Увеличение в смеси количества жира и СОМО положительно действу ет на структуру мороженого: в продукте образуются мелкие кристаллы льда, так как создается механическое препятствие их росту. Оптимальным считается содержание СОМО в мороженом 8–12 %. Содержание СОМО выше 12 % сильно повышает вязкость смеси и может вызвать усиленную кристаллизацию лактозы. Выпадение относительно крупных (выше 10 мкм) кристаллов лактозы приводит к порокам мороженого — мучнистости и песчанистости. Появлению этих пороков часто способствуют колебания температуры воздуха при закалке мороженого. Для предупреждения пороков необходимо следить за соотношением содержания воды и СОМО. Оно должно быть не менее 6,6.

Таблица 6 - Содержание основных компонентов в мороженом на молочной основе
Таблица 6 — Содержание основных компонентов в мороженом на молочной основе

Структура мороженого также улучшается с увеличением содержания в смеси сахарозы. Сахароза снижает температуру замерзания смеси и положительно влияет на кристаллизацию воды. Однако содержание сахарозы выше 17 % ухудшает консистенцию мороженого. Уменьшается его взбитость, продукт приобретает чрезмерно плотную консистенцию, быстрее плавится. Его приходится замораживать и хранить при более низких температурах.

Существенное влияние на структуру и консистенцию мороженого оказывают стабилизаторы и эмульгаторы. Стабилизаторы обладают большой водосвязывающей способностью, ассоциируя значительные количества свободной воды; они повышают вязкость смесей и препятствуют образованию крупных кристаллов льда при замораживании. Мороженое приобретает мелкокристаллическую структуру и эластичную консистенцию.

Кроме того, стабилизаторы обеспечивают высокую взбитость смесей, образование стойкой пены и повышают сопротивляемость мороженого таянию. Смеси, содержащие излишнее количество стабилизаторов, обладают чрезмерной вязкостью, плохо взбиваются, что обусловливает тягучую, тестообразную консистенцию мороженого.

К стабилизаторам относятся желатин, экстракты водорослей (агар, каррагинан и др.), камеди (гуаровая, ксантановая, плодов рожкового дерева и др.), производные целлюлозы, пектины, инулины и др.

Эмульгаторы стабилизируют жировую дисперсию, а также обладают способностью связывать влагу. Процесс эмульгирования необходимо проводить в том случае, когда мороженое вырабатывают с растительным жиром или заменителем молочного жира. В качестве эмульгаторов чаще всего используют моноT и диглицериды жирных кислот.

Качество готового продукта во многом зависит от режимов пастеризации и гомогенизации смеси. Смеси для мороженого содержат больше сухих веществ по сравнению с молоком, поэтому требуют применения более высоких температур пастеризации или более продолжительных сроков выдержки. Режимы пастеризации устанавливают в зависимости от вида вырабатываемого мороженого и типа применяемого аппарата.

Гомогенизация смеси способствует улучшению структуры мороженого. В результате гомогенизации повышается дисперсность жира, увеличиваются вязкость и взбитость смеси. В процессе хранения гомогенизированной смеси не происходит отстаивания жира, а при фризеровании не образуются комочки масла. При замораживании смеси формируются мелкие кристаллы льда.

Давление гомогенизации необходимо устанавливать в зависимости  от содержания жира и СОМО в смеси: чем они выше, тем ниже должно быть давление.

В хорошо гомогенизированной смеси диаметр жировых шариков не должен превышать 2 мкм. При очень высоких давлениях в смесях с большим содержанием жира могут образоваться скопления жировых шариков, разрушающие воздушные пузырьки и ухудшающие взбитость мороженого. Продукт приобретает тестообразную консистенцию. Чтобы избежать этого, целесообразно увеличивать температуру гомогенизации или применять двухступенчатую гомогенизацию.

При охлаждении смеси молочный жир отвердевает и свободная вода связывается белками и стабилизатором. В результате этих изменений повышается вязкость смеси, улучшаются взбитость и консистенция мороженого. Продолжительность охлаждения и хранения зависит от состава смеси и вида введенного стабилизатора.

От правильности проведения замораживания смеси зависят структура и консистенция готового продукта. Замораживание проводят в две стадии: частичное замораживание влаги (45–55 % всего количества) с одновременным взбиванием смеси во фризере и окончательное превращение в лед оставшейся влаги во время закалки мороженого (осуществляемой при –18 °С).

В процессе замораживания смеси создается структура мороженого, от которой зависят консистенция и вкусовые качества продукта. Структура мороженого определяется в первую очередь размерами кристаллов  льда. Размер кристаллов льда в мороженом хорошего качества должен составлять 20–55 мкм.

На структуру мороженого влияют скорость замораживания и степень взбитости смеси. При быстром замораживании смеси традиционным способом ( температура мороженого при выходе из фризера составляет –5 °С) образуется много мелких кристаллов льда, размер которых незначительно увеличивается во время закалки мороженого. При медленном замораживании создается мало центров кристаллизации, при закаливании образуются крупные кристаллы льда, мороженое приобретает грубую структуру.

Взбитость смеси характеризуется степенью насыщения ее воздухом во время фризерования. Для получения мороженого хорошего качества необходимо, чтобы пузырьки воздуха были мелкими (размером не более 100–150 мкм), равномерно распределены по всему объему продукта.  Крупные пузырьки воздуха в мороженом нежелательны. Они образуютсячаще всего при слишком высокой взбитости молочных смесей. Мороженое с высокой взбитостью приобретает снежистую или хлопьевидную структуру. При недостаточной взбитости продукт имеет грубую структуру  и очень плотную консистенцию.

Взбитость зависит от состава смеси и режимов технологической обработки. Она повышается при введении стабилизаторов, увеличении содержания СОМО и уменьшении размера жировых шариков. Взбитость понижается с повышением содержания сахарозы, жира, стабилизаторов, с образованием скоплений жировых шариков при высоких давлениях гомогенизации и т. д. Взбитость мороженого на молочной основе должна быть 40–130 и 40–70 % — для мороженого на плодово-ягодной основе.