Молочная промышленность

Подготовка молока к свертыванию для производства сыра

Цель подготовки молока к свертыванию – обеспечить необходимые для выработки сыра состав и свойства молока. Подготовка молока к свертыванию включает следующие технологические операции: резервирование и созревание молока, его нормализацию, пастеризацию нормализованного молока, охлаждение до температуры свертывания, внесение бактериальной закваски, хлорида кальция и сычужного фермента.

Резервирование молока

После получения молока его необходимо доставить на заводы.

Продолжительность хранения молока на фермах зависит от их размеров, наличия транспорта. На заводах тоже существует необходимость накопления молока, чтобы обеспечить бесперебойную работу предприятия. В связи с этим при хранении молока надо предпринимать меры для предотвращения:

  • размножения вредной микрофлоры до опасного уровня;
  • нежелательных для качества и выхода сыра изменений состава и свойств молока.

Чтобы обеспечить вышеперечисленные условия, молоко подвергают очистке на центробежных молокоочистителях для удаления механических загрязнений, которые оказывают защитное действие на микроорганизмы.

После очистки молоко охлаждают до температуры от 2 до 8оС и хранят при этой температуре. Хранение молока при низких температурах сопровождается некоторым ухудшением физико-химических свойств молока – из мицелл казеина выходит часть коллоидного фосфата кальция и цитратов, что ослабляет межмицеллярные связи. Это приводит к повышению стабильности мицеллы к сычужному свертыванию, что выражается в его замедлении и получении дряблого сгустка, к низкому синерезису, увеличению потерь жира и белка.

Снижения выхода и качества сыра вследствие длительного хранения при низких температурах можно избежать следующими способами:

  • предварительной пастеризацией молока перед охлаждением и хранением;
  • термизацей молока при температуре не выше 65оС;
  • внесением в молоко перед хранением молочнокислых бактерий;
  • внесением в молоко после хранения перед свертыванием хлорида кальция;
  • смешением длительно хранившегося молока со свежим молоком.

Созревание молока, его цели и способы

В случае, когда молоко поступает на предприятия сразу после его получения на фермах, его необходимо подвергать созреванию.

Свежевыдоенное парное молоко имеет бактерицидные свойства и не пригодно для сыроделия, так как является неблагоприятной средой для развития микроорганизмов, плохо свертывается сычужным ферментом, образует дряблый, плохо отделяющий сыворотку сгусток.

Цель созревания молока – улучшение его как среды для развития микрофлоры заквасок и молокосвертывающих ферментов. В процессе созревания необходимо:

  • инактивировать природные антибактериальные системы молока;
  • гидролизовать часть белков для образования доступных для микроорганизмов азотистых соединений;
  • снизить окислительно-восстановительный потенциал;
  • перевести часть солей кальция в растворимое состояние;
  • частично восстановить структуру и состав мицелл казеина, нарушенных при холодильном хранении, если таковое имело место, увеличить размеры казеиновых мицелл за счет свободных ионов кальция.

Ведущую роль в созревании молока играет микрофлора, что и отличает созревание от резервирования. В результате развития микрофлоры кислотность молока возрастает на 1-2оТ.

Созревание молока положительно влияет на его сыропригодные качества, значительно улучшается свертываемость молока сычужным ферментом, что обеспечивает получение сгустка необходимой прочности и упрощает его обработку.

Существует несколько способов получения зрелого молока:

  1. Созревание сырого молока. Способ пригоден только в случае использования сырья высокого качества с низкой бактериальной обсемененностью.
  2. Созревание термизированного молока. Термизация проводится при температуре 65оС в течение 25-ти секунд с последующим охлаждением и добавление от 0,05 до 0,3 % бактериальной закваски. Предельная кислотность после созревания – 20оТ. При использовании молока II класса по редуктазной пробе молоко обязательно пастеризуют.
  3. Созревание пастеризованного молока. После пастеризации в охлажденное до температуры 20-22оС молоко вносят стрептококковую закваску в количестве 0,5-0,8 % и выдерживают при этой температуре не более 1-го часа. Затем молоко охлаждают до 10оС и хранят 8-12 часов. Такой режим создает условия для преимущественного развития молочнокислых стрептококков, внесенных с закваской. Молоко после такого созревания не требует дополнительной пастеризации, его отправляют сразу в сыродельную ванну. Предельная кислотность в этом случае созревания 22-23оТ.

На практике чаще всего с целью экономии времени и энергетических ресурсов созреванию подвергают только часть молока, в сыродельной ванне его смешивают с незрелым. При этом придерживаются следующих норм: кислотность смеси перед свертыванием должна быть 18-19оТ – для сыров голландской группы; 18-20оТ – для сыров типа швейцарского; 21-22оТ – для российского и чеддера; 23-25оТ – для мягких сыров.

Нормализация молока в сыроделии

Содержание и степень использования жира в сыре зависит от соотношения в смеси жира и белка. Для получения стандартного продукта проводят нормализацию сырья. В сыроделии принято нормировать содержание жира в продукте по отношению не к общей массе сыра, а по отношению к массе его сухого вещества (массовая доля жира в сухом веществе сыра).

Содержание жира в сухом веществе сыра зависит от соотношения между жиром и белком, степени их использования, от соотношения между различными фракциями белков молока, степени посолки сыра и распада белковых веществ в процессе созревания и определяется по формуле:

Жсв = Жс · 100 / (100 — Вс),

где Жс – абсолютная массовая доля жира в сыре, %;  Вс – массовая доля влаги в сыре, %.

Расчет жирности нормализованной смеси проводят по формуле:

Жнм = К · Бм · Жсв / 100,

где К – коэффициент, равный 2,16 – для сыров 50 %-й жирности; 1,98 – для сыров 45 %-й жирности; 1,86 – для сыров 40 %-й жирности; 1,54 – для сыров 30 %-й жирности; Бм – массовая доля белка в молоке.

Если фактическая массовая доля жира в сухом веществе сыра отличается от требуемой (нормативной), устанавливают поправочный коэффициент по формуле:

Кп = Жт · (100 — Жф) / [Жф · (100 — Жт)],

где Жт – требуемая массовая доля жира в сухом веществе сыра, %; Жф – фактическая массовая доля жира в сухом веществе сыра, %.

С помощью поправочного коэффициента уточняют массовую долю жира в нормализованной смеси при последующей выработке по формуле:

Жнм1 = Жнм · Кп.

Таким образом, проводят 3-4 выработки, находят среднеарифметическое коэффициента и пользуются им в последующих выработках.

Ультрафильтрация молока

В настоящее время при производстве сыра довольно часто стали применять концентрирование молока путем его ультрафильтрации, это позволяет достигнуть в сыре необходимой массовой доли белка и улучшает качество сгустка. Ультрафильтрация осуществляется после нормализации молока по жиру перед его пастеризацией при температуре (50±5)оС. При этом обычно операция созревания молока исключается. Процесс концентрации ведут до массовой доли сухих веществ (14±2) % в зависимости от вида сыра.

Получаемый после ультрафильтрации концентрат имеет молочный чистый вкус, текучую однородную консистенцию, цвет от белого до слабожелтого, кислотность – не более 23 °Т. Повышение кислотности обусловлено увеличением массовой доли белка в концентрате.

Пастеризация в сыроделии, цели и режимы

Главной целью пастеризации является снижение содержания в молоке патогенных и технически вредных микроорганизмов до уровня, при котором они при последующем нормальном ходе технологического процесса не могут нанести ущерба качеству готового продукта. При этом следует учитывать, что условием, ограничивающим параметры пастеризации, является максимальное сохранение состава и физико-химических свойств молока, оказывающих влияние на выход и качество сыра.

К сожалению, полностью выполнить эти требования пока не удается, так как даже минимальные режимы пастеризации вызывают изменения белковой фракции молока (снижение растворимых белков) и его солевого состава (осаждение части ионов Са2+, играющих важнейшую роль в процессе образования сгустка).

Учитывая вышесказанное, режимы пастеризации в традиционном сыроделии устанавливают минимально возможными. В настоящее время пастеризация молока при температуре 65оС с выдержкой в течение 30-ти минут на сыродельных заводах практически не применяется из-за большой продолжительности процесса. Поэтому в сыроделии приняты режимы пастеризации: 71-72оС с выдержкой 20-25 секунд – для сыров с высокой температурой второго нагревания; 74-76оС с выдержкой 20-25 секунд – для сыров с низкой температурой второго нагревания и в случае высокой бактериальной обсеменённости молока-сырья. Только для мягких сыров допускается, а иногда и рекомендуется по технологическому регламенту использовать высокотемпературную мгновенную пастеризацию – 80-85оС и даже 90-95оС – для сыров, полученных способом термокислотной коагуляции белков молока.

Для удаления из молока мелкодисперсной газовой фазы и летучих соединений, обусловливающих посторонние привкусы и запахи, его при необходимости подвергают вакуумной обработке, которую целесообразно проводить одновременно с пастеризацией, используя для этого специальные дезодораторы. Дезодорация проводится при следующих режимах: 70-72оС при 68-62 КПа или 40-45оС при 92-90 КПа. После вакуумной обработки во избежание повторного захвата воздуха молоко подается на дно сыродельной ванны, чтобы минимально избежать его контакта с воздухом.

Температурные режимы пастеризации молока в сыроделии не уничтожают споровые формы микроорганизмов и часть термофильной микрофлоры. Для бактериальной очистки молока от вегетативных клеток спорообразующих бактерий, термофильных микроорганизмов, лейкоцитов, спор маслянокислых бактерий используют бактофугирование молока, которое с последующей пастеризацией его при температуре 70-72оС снижает содержание общего количества бактерий до 99,97 % от их первоначального количества.

Бактофугирование молока осуществляется одновременно с непрерывной стерилизацией бактофугата и возвратом его в производственный цикл. В случае большого загрязнения молока бактофугат в молоко не вносят.

Внесение в молоко перед свертыванием хлорида кальция

Как уже говорилось, в результате пастеризации молока нарушается равновесие между разными формами солей кальция, вследствие чего резко снижается его способность свертываться сычужным ферментом.

Для получения под действием сычужного фермента сгустка необходимой плотности в пастеризованное молоко вводят соли кальция (главным образом, хлорид кальция в виде 40 %-го раствора). На 100 кг нормализованной смеси вносят от 10 до 40 г кристаллического СаСl2 .

Установлено, что вместо хлорида кальция можно применять и его фосфорнокислые соли. Так, внесение 15-40 г монокальцийфосфата Са(НРО4)2 на 100 кг смеси восстанавливает свертываемость молока.

Бактериальные закваски и плесени в сыроделии

При выработке сычужных сыров молочный сгусток образуется под действием молокосвертывающих энзимов, однако немаловажное значение имеет использование при свертывании молока микрофлоры заквасок.

Микрофлора заквасок состоит из специально отобранных видов молочнокислых бактерий, которые вносят в молоко после пастеризации, уничтожающей большую часть природной микрофлоры молока.

Микрофлора заквасок выполняет в производстве сыра следующие функции:

  • совместно с молокосвертывающими энзимами трансформирует основные компоненты молока в соединения, обусловливающие органолептические показатели сыра;
  • ограничивает или подавляет размножение микрофлоры, способной ухудшать показатели реализации и безопасности сыра;
  • создает в сыре условия, обеспечивающие трансформацию основных компонентов молока в нужном направлении;
  • ускоряет синерезис сычужного сгустка, повышая его кислотность.

Микрофлора заквасок должна обладать следующими свойствами:

  • сбраживать углеводы и цитраты молока с оптимальной скоростью и образованием нужных продуктов брожения;
  • обладать определенной протеолитической и липолитической активностью, поскольку вкусовые и ароматические соединения сыров в основном образуются в результате энзиматического расщепления белков и липидов молока;
  • не вызывать пороков сыра;
  • сохранять свои свойства в течение установленных сроков хранения и применения в регламентированных нормативной документацией условиях;
  • не содержать посторонних бактерий и бактериофагов, способных лизировать входящие в их состав микроорганизмы.

Кислотообразующая активность, характеризующая скорость сбраживания лактозы, – важнейший показатель заквасок, так как отклонение скорости кислотообразования во время выработки сыра в любую сторону от оптимального уровня наносит большой ущерб качеству продукта.

По физиологическому состоянию микрофлоры закваски можно разделить на консервированные, в которых микрофлора находится в состоянии анабиоза, и активные. Первые вырабатывают с использованием в качестве консервирующего фактора чаще всего дегидратации или замораживания. Такие закваски имеют высокую стойкость, что позволяет транспортировать их на большие расстояния. Вырабатывают также жидкие консервированные закваски, в качестве консервирующего фактора в них применяют 10-20 %-й раствор глицерола и высокие концентрации сухих веществ молока, но они обладают довольно низкой стойкостью в хранении и  применяются крайне редко.

Активные закваски готовят путем реактивации и размножения до требуемого количества клеток микрофлоры консервированных заквасок. Реактивацию и размножение проводят в молоке или благоприятных для роста микрофлоры заквасок средах, которые готовят на молочной основе.

В настоящее время все чаще для накопления биомассы молочнокислых бактерий используют специальные лактозосодержащие среды, позволяющие отделить клетки от среды, поддерживать рН на заданном уровне, благоприятном для выращивания микроорганизмов, сконцентрировать биомассу отделением бактериальных клеток от культуральной среды, применить защитные среды и лиофилизацию для консервирования биомассы.

Концентрация клеток, их активность в таких заквасках значительно выше, они лучше хранятся. Принято их называть бактериальными концентратами или бактериальными препаратами (БК или БП). Концентрация жизнеспособных клеток микроорганизмов в бактериальных консервированных заквасках составляет обычно (1-2)·109КОЕ/г или см3 , в бактериальных препаратах и концентратах (100-150)·109 КОЕ/г или см3 . При использовании бактериальных заквасок требуется несколько их пересадок в молоке, чтобы получить необходимое количество клеток лактобактерий, замена заквасок препаратами сокращает количество пересадок до одной.

Для улучшения технологических и органолептических качеств заквасок, а также с целью повышения их фагорезистентности обычно в их состав вводят несколько штаммов микроорганизмов. В зависимости от видового состава заквасок, применяемых в сыроделии, их принято условно делить на 3 группы:

  •  для сыров с низкой температурой второго нагревания;

В их состав входят мезофильные молочнокислые стрептококки: кислотообразующие (Str. lactis, Str. cremoris) и ароматобразующие (Str. citrovorus, Str. paracitrovorus, Str. diacetilactis, Str. acetoinicus). Ароматобразующие микроорганизмы отличаются от кислотообразующих способностью сбраживать лимонную кислоту и ее соли с образованием СО2 . Кроме того, Str. citrovorus и Str. paracitrovorus сбраживают 60-80 % глюкозы гетероферментативным путем, переводя ее в молочную кислоту и образуя в результате летучие кислоты. Гомоферментативные микроорганизмы Str. lactis и Str. cremoris сбраживают до 95 % глюкозы с образованием молочной кислоты. Применение бактериальных заквасок без ароматобразующих микроорганизмов приводит к получению сыра без рисунка (слепой сыр) с повышенной кислотностью и колющейся консистенцией. Выпадение из состава Str. lactis и Str. cremoris понижает активность закваски, приводит к излишне развитому рисунку в сыре и усилению развития вредной микрофлоры.

  • для сыров с высокой температурой второго нагревания;

В эту группу заквасок обычно включают мезофильные молочнокислые палочки (L. рlantarum, L. casei), обладающие специфическим антагонистическим действием на маслянокислые бактерии, колибактерии и патогенную микрофлору. При выработке сыров с высокой температурой второго нагревания, которое задерживает рост мезофильных стрептококков, непременным компонентом заквасок являются термофильные молочнокислые бактерии (Str. thermophilus, L. helveticum, L. lactis). В формировании вкуса, аромата и рисунка сыров этой группы принимают участие пропионовокислые бактерии. Их также вводят в состав заквасок этой группы.

  • для сыров типа чеддер.

В заквасках этой группы сыров применяются различные сочетания штаммов Str. lactis, Str. cremoris. Иногда к ним добавляют культуры молочнокислых палочек. Наличие в этих заквасках ароматобразующих стрептококков может привести к появлению трещин, пустот и образованию нетипичного вкуса сыра.

Перечисленные выше закваски применяются в производстве сыров, созревающих только при участии молочнокислых и пропионовокислых бактерий, т.е. сыров, у которых созревание проходит в анаэробных условиях.

Однако существуют группы сыров, где доминирующую роль в созревании играет аэробная микрофлора. Изменения в слоях сыра, контактирующих с воздухом, вызываемые поверхностной микрофлорой, в той или иной степени распространяются по всей массе сыра, что обусловливает специфические органолептические свойства таких сыров. Сыры, созревающие в аэробных условиях можно классифицировать следующим образом:

  • полутвердые сыры, созревающие при участии естественно складывающегося сообщества микроорганизмов – «сырной слизи» (пикантный, латвийский, тильзит, брик);
  • мягкие сыры, созревающие при участии микрофлоры сырной слизи (дорогобужский, дорожный, нямунас, лимбургский, трапист, мюнстер и др.);
  • мягкие сыры, созревающие под воздействием плесневых грибов, размножающихся на поверхности сыра (русский камамбер, белый десертный, камамбер, бри и др.);
  • мягкие сыры с плесенью, размножающейся по всей массе сыра (рокфор, голубой, голубой прожилочный, стильтон и др.).

Аэробные условия для таких сыров создаются тем, что их поверхность ничем не защищается от контакта с воздухом – для сыров, у которых развитие плесени проходит на поверхности головки, или за счет прокалывания головок – для сыров, у которых плесень развивается по всей массе.

В состав микрофлоры поверхностной слизи входит Bact. Lines. Микрофлора слизи образует большое количество щелочных продуктов распада белков, а также протеолитических ферментов, которые диффундируют внутрь сыра, снижают кислотность в поверхностных слоях и осуществляют гидролиз казеина с образованием специфических вкусовых и ароматических веществ.

В состав плесеней, развивающихся на поверхности сыра, входят Penicillium candidum и Penicillium album.

При созревании сыров типа рокфор применяется зелено-голубая плесень Penicillium roquforti, развивающаяся внутри головки сыра.

Внесение азотнокислых солей калия и натрия

Чтобы предотвратить вспучивание сыров, выработанных из молока, подозрительного на наличие газообразующей микрофлоры, в молоко перед свертыванием разрешается вносить химически чистые  азотнокислые соли калия или натрия. Азотнокислые соли, являясь нестойкими химическими соединениями, в молоке восстанавливаются, теряя кислород и превращаясь в нитриты. Кишечная палочка при наличии в среде молекул кислорода не образует углекислоту, водород и другие продукты распада молочного сахара, способствующие вспучиванию сыров.

На молочнокислые бактерии нитриты действуют в значительно меньшей степени, не препятствуя накоплению молочной кислоты, которая также угнетает газообразующие бактерии.

В сыре нитриты разлагаются, восстанавливаясь до аммиака. Поэтому внесение азотнокислых солей калия или натрия в количествах 15-20 г на 100 кг молока не вызывают пороков в готовом продукте.

Внесение краски для сырного теста

Приятный кремово-желтый цвет молока в летний период обусловлен наличием в молочном жире красящего вещества – каротина. В зимний период молоко практически не содержит каротина, что обусловливает его белый цвет. От цвета молока соответственно зависит и цвет сырного теста, поэтому в зимний период для придания сырному тесту приятного желтого цвета в молоко перед свертыванием часто добавляют натуральные растительные красители – каротин или аннато в виде водных растворов.