УДК 637.1

ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕРМОКИСЛОТНЫХ СГУСТКОВ

ИЗ ВОССТАНОВЛЕННОГО ЦЕЛЬНОГО МОЛОКА

, , к. т.н.

ГНУ Сибирский НИИ сыроделия Россельхозакадемии, г. Барнаул

sibniis. *****@***ru

После того как Луи Пастер доказал, что молочнокислое брожение обусловлено действием микроскопических организмов, в молочной промышленности началась эпоха осознанного изучения их влияния на технологические процессы переработки молока, а также создание специализированных заквасок для производства различных видов молочных продуктов. В настоящее время трудно переоценить значение микроорганизмов в молочной промышленности в целом и в сыроделии в частности. Именно закваски в наибольшей степени обуславливают характерный вкус и аромат приготовленных с их помощью твёрдых (в н. в. полутвёрдых) сычужных сыров. Однако в последнее время возрастает интерес к расширению ассортимента мягких сыров без созревания, поэтому поиск альтернативных способов закисления молока в более короткие сроки, чем это происходит под действием кислоты, продуцируемой молочнокислыми микроорганизмами, является весьма актуальным.

Для ускорения технологического процесса производства молочных продуктов в молоко можно добавлять органические кислоты, не дожидаясь пока они образуются в результате жизнедеятельности микроорганизмов. Этот метод получил название «прямое подкисление». Наиболее распространёнными органическими кислотами, используемыми для прямого подкисления молока, являются уксусная, молочная и лимонная. Действие этих кислот на молоко изучено ещё недостаточно [1].

НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?

В данной работе изучалось влияние вышеупомянутых кислот на свойства термокислотных сгустков из восстановленного цельного молока, их органолептические и физико-химические показатели. В качестве коагулирующего агента использовались водные растворы кислот 15%-й концентрации. План эксперимента представлен в табл. 1.

Таблица 1 – План эксперимента по выработке термокислотных сгустков

п/п

Температура термокоагуляции, °С

Вид кислоты

лимонная

уксусная

молочная

1

75

+

2

75

+

3

75

+

4

85

+

5

85

+

6

85

+

7

95

+

8

95

+

9

95

+

Навески сухого цельного молока восстанавливали до массовой доли (МД) сухих веществ 17% в пастеризованной и охлаждённой до (37±0,5)°С водопроводной воде и выдерживали при данной температуре в течение 3 ч. Объём образцов составлял по 500 мл. Затем образцы восстановленного цельного молока (ВЦМ) нагревали до заданных температур свёртывания и вносили растворы кислот до появления видимой коагуляции. После 15-минутной выдержки сгустки отфильтровывались от сыворотки и после стадии самопрессования проводилась их посолка в рассоле 20%-й концентрации. Органолептические показатели полученных образцов оценивались в соответствии с ГОСТ Р 53379 – 2009 «Сыры мягкие. Технические условия».

Термокоагуляция образцов ВЦМ при 75ºС выявила довольно высокий выход сгустков по массе, однако ~ на 1% ниже он зафиксирован в образцах с лимонной кислотой, что свидетельствует о большем переходе белков в сыворотку (табл. 2). Более низким уровнем рН при практически одинаковом расходе кислот отличались образцы с уксусной кислотой.

По органолептическим показателям наиболее предпочтительным оказался вариант, подкисленный лимонной кислотой (табл.3). По-видимому, в мелкодисперсном сгустке, образовавшемся в этом варианте, в процессе самопрессования сформировалась более однородная консистенция, в отличие от более крупных и более обезвоженных хлопьевидных сгустков в вариантах с уксусной и молочной кислотами.

Таблица 2 – Внешний вид и физико-химические показатели сгустков при температуре свёртывания 75°С

Вид кислоты

Расход кислот, мл/л

Внешний вид

рН сыворотки

МД влаги в сгустке,%

Выход сгустков по массе, %

сгусток

сыворотка

1

Лимонная

21,0±0,5

Мелкодисперсный, несвязный

Зеленовато-желтая, мутная

5,27±0,03

62,3±0,2

26±0,2

2

Уксусная

20,5±0,5

Крупные хлопья

Желто-зеленая, прозрачная

5,15±0,04

62,1±0,2

27±0,2

3

Молочная

21,5±0,5

Мелкие хлопья

Зеленовато-желтая, непрозрачная

5,28±0,02

62,4±0,2

27±0,2

Таблица 3 – Органолептическая оценка образцов, полученных при температуре 75ºС

Вкус и запах

балл

Консистенция

балл

Общий балл

1

Чистые, без посторонних привкусов и запахов, но недостаточно выраженные

17

Нежная, однородная

9

46

2

Привкус маринада и привкус сухого молока

13

Слабая крупитчатость

8

41

3

Привкус сухого молока

14

Крупитчатая

7

41

Из литературных источников известно, что в отличие от других кислот, лимонная кислота не обладает способностью к кислотному гидролизу лактозы, который может проходить в образцах восстановленного молока в кислой среде при повышенных температурах [2]. Образцы с уксусной кислотой характеризовались своеобразным (сладко-солёным) привкусом маринада. Наличие выраженной сладости можно объяснить более высоким уровнем расщепления лактозы до более сладких моносахаров.

При повышении температуры свёртывания образцов ВЦМ с 75 до 85°С образующиеся сгустки имели схожие характеристики. При добавлении лимонной кислоты формировались мелкодисперсные сгустки, уксусная кислота образовывала более связные сгустки, а молочная занимала по этому показателю промежуточное положение. Зафиксировано некоторое увеличение выхода сгустков при добавлении лимонной кислоты (табл. 4). В образцах с уксусной кислотой выход уменьшился на 0,5% и остался на прежнем уровне в образцах с молочной кислотой. Вероятно, такие изменения происходят вследствие того, что сгустки, полученные с лимонной кислотой, обладают большей влагоудерживающей способностью и поэтому при повышении температуры выход продукта несколько увеличился, в то время как сгустки, полученные с помощью уксусной кислоты, лишаются влаги.

Таблица 4 – Внешний вид и физико-химические показатели сгустков при температуре

свёртывания 85ºС

Вид кислоты

Расход кислот, мл/л

Внешний вид

рН сыворотки

МД влаги в сгустке, %

Выход сгустков по массе, %

сгусток

сыворотка

4

Лимонная

22,5±0,1

Мелкодисперсный, несвязный

Зеленовато-желтая

4,83±0,02

62,1±0,2

27,3±0,2

5

Уксусная

22,5±0,1

Агломераты из хлопьев

Ярко-зеленая

4,77±0,04

60,2±0,2

26,5±0,3

6

Молочная

22,5±0,1

Мелкие агломераты

Зеленовато-желтая

4,87±0,03

61,1±0,2

27,0±0,2

Отличия образцов сгустков в вариантах 4-6 по сравнению с предыдущей серией состояли в основном в достаточно выраженном снижении рН, хотя на выходе образцов это сказалось незначительно. Результаты органолептической оценки при температурах свёртывания 75°С и 85°С не имели особых отличий, поскольку структура сгустков не изменилась при подъёме температуры свёртывания.

При повышении температуры свёртывания до 95°С сгустки, полученные при использовании разных кислот, приобретали существенные отличия. Сгустки на основе уксусной кислоты представляли собой практически полностью связанную массу и при сливе сыворотки практически не наблюдалось отделения мелких частиц белка, т. е. сгустки формировались в виде сжавшегося к центру кома. Отделяющаяся сыворотка имела ярко-зеленый цвет. В варианте с молочной кислотой сгустки представляли собой крупные агломераты белка и при сливе сыворотки от них отделялось небольшое количество белковых хлопьев. Сгустки на основе лимонной кислоты состояли из отдельных хлопьев белка или из небольших скоплений этих хлопьев. Сыворотка отделялась желто-зеленая, со взвесью мелких белковых частиц.

При свёртывании образцов ВЦМ при температуре 95°С выход сгустков по массе выравнивался в трёх вариантах, однако зафиксировано более высокое содержание влаги в сгустках с лимонной кислотой (табл. 5).

Таблица 5 – Внешний вид и физико-химические показатели сгустков при температуре

свертывания 95ºС

Коагулянт

Расход кислоты, мл/л

Внешний вид

рН сыворотки

МД влаги в сгустке, %

Выход сгустков по массе, %

сгусток

сыворотка

7

Лимонная

24±0,1

Хлопьевидный

Желто-зеленая, мутная

4,9±0,02

61,0±0,2

28,3±0,2

8

Уксусная

24±0,1

Сжат к центру

Ярко-зеленая

4,84±0,03

59,5±0,2

28,3±0,2

9

Молочная

24±0,1

Скопления хлопьев

Желто-зеленая

4,94±0,02

60,3±0,2

28,3±0,2

Установлено, что повышение температуры свёртывания образцов ВЦМ до температур выше 90°С, а именно (94±0,8°С), приводит к некоторому увеличению сгустков по массе, но негативно сказывается на их структуре. Образцы всех вариантов характеризовались несвязной, крошливой и крупитчатой консистенцией, и в них появились такие пороки вкуса как горечь и пустота (табл. 6). Это можно объяснить тем, что в восстановленном молоке, уже прошедшем через стадии пастеризации, сгущения и сушки, вторичная высокотемпературная обработка формирует другие виды связей между реагирующими компонентами, что и обуславливает несколько иные механизмы вкусообразования.

Таблица 6 – Органолептическая оценка образцов, выработанных при температуре 95ºС

Вкус и запах

Балл

Консистенция

Балл

Общий балл

7

Слабая горечь

16,5

Несвязная, крошливая

7

43,5

8

Недостаточно выраженный

18

Крупитчатая

8

46,0

9

Невыраженный, пустой

15

Крупитчатая, крошливая

6

41

Интересным оказался и тот факт, что повышение температуры свёртывания до 95°С привело к увеличению расхода кислот, но не оказало влияния на повышение кислотности сыворотки и сгустков. Самые низкие уровни рН зафиксированы при температуре свёртывания 85°С, причём образцы с уксусной кислотой стабильно отличались более высокой активной кислотностью. При этом следует отметить и существенное повышение их органолептической оценки.

Анализ вышеприведенных таблиц показывает, что при использовании лимонной кислоты сгустки формируются в виде мелких хлопьев с отделением мутной сыворотки, а при использовании уксусной кислоты образуются сгустки, скоагулированные белки которых взаимодействуют друг с другом с выделением прозрачной сыворотки. Молочная кислота по данным параметрам занимает промежуточное положение. Сгустки на её основе состоят как из отдельных хлопьев белка, так и из больших по размеру агломератов, состоящих из склеившихся хлопьев. Попробуем найти объяснение такому поведению кислот исходя из их структурных формул (рис. 1).

а б в

Рисунок 1 – структурные формулы органических кислот:

а – лимонная, б – молочная, в – уксусная [3]

Лимонная кислота содержит три карбоксильные группы и одну гидроксогруппу, а уксусная – одну карбоксильную, поэтому ее молекула обладает меньшей гидрофильностью. При добавлении кислоты в молоко ионы Н+ нейтрализуют отрицательные заряды молекул белка. В изоэлектрической точке молекула белка становится нейтральной, но при повышенном содержании кислоты она приобретает положительный заряд по группам (–NH3+). При этом молекула белка, возможно, взаимодействует с анионом продиссоциированной кислоты (R-СОО-). Анион лимонной кислоты содержит три карбоксильные группы, поэтому взаимодействие его с образующимися хлопьями белка препятствует образованию гидрофобных взаимодействий между ними. Уксусная кислота, обладающая одной карбоксильной группой, не может создавать гидрофобным взаимодействиям столь сильные препятствия, поэтому при её использовании получаются более связные сгустки. Молочная кислота также содержит только одну карбоксильную группу, но наличие спиртовой группы увеличивает ее гидрофильность по сравнению с уксусной кислотой, поэтому получаемые с ее помощью сгустки частично связные, т. е. состоят из более крупных агломератов белка. Можно отметить, что при использовании уксусной кислоты сгустки содержат меньше влаги, чем при использовании лимонной кислоты. Это также можно объяснить, исходя из строения этих кислот. Более высокая гидрофильность лимонной кислоты обеспечивает большую влагоудерживающую способность сгустков и, как результат, более мягкую консистенцию продукта.

На содержание в сгустках влаги влияет и температура подкисления восстановленного молока, чем выше температура, тем меньше влаги содержит получаемый продукт. Стоит также учитывать, что сухое молоко уже подвергалось воздействию высоких температур, поэтому при использовании восстановленного молока в качестве сырья для производства термокислотных сыров требуются более низкие температуры свёртывания по сравнению с натуральным молоком. Коагуляция белков ВЦМ при температурах выше 90°С приводит к потере связности и к излишней сухости продукта.

Поскольку в результате проведённых экспериментов было выявлено, что при подкислении восстановленного молока органическими кислотами в продукте формируется недостаточно связная или крошливая консистенция, был осуществлен поиск способов устранения этого недостатка. Исходя из того факта, что в частично денатурированных белках восстановленного молока возможно наличие неспецифичных связей, например, между κ-казеином и сывороточными белками, предпринята попытка использования сычужного фермента для «разделения» ранее образованных белковых комплексов. Кроме того, при отщеплении гликомакропептида от κ-казеина снижается термоустойчивость молока.

Эксперименты с добавлением сычужного фермента перед термокислотным свёртыванием проводились по аналогичной схеме (табл. 1), с разделением образцов на 3 группы по температуре свёртывания. Отличие состояло в том, что после восстановления СЦМ при 37°С и выдержки в течение 3 ч в восстановленное молоко добавляли сычужный фермент «Клеричи» с активностью 250000 ед. (в дозе, соответствующей 1 г/ 100 кг молока) и выдерживали в течение 5 мин. После образцы ВЦМ (без образования сгустка) нагревали до заданных температур свертывания. Результаты данной серии экспериментов представлены в таблицах 7-12.

При температуре коагуляции 75°С на предварительное ферментирование сгустки отреагировали по-разному. При внесении лимонной кислоты хлопья стали крупнее, а в сгустках с уксусной и молочной кислотами, наоборот, мельче. Выход увеличился на 2,5% при использовании лимонной кислоты, снизился на 2,5% при использовании молочной и остался без изменения в сгустках с уксусной кислотой. Комбинация СФ+уксусная кислота не отразилась и на показателях активной кислотности.

Таблица 7 – Внешний вид и физико-химические показатели ферментированных сгустков при температуре свертывания 75ºС

Коагулянты

Расход кислоты, мл/л

Внешний вид

рН сыворотки

МД влаги в сгустке, %

Выход сгустков по массе, %

сгусток

сыворотка

10

СФ + Лимонная

19,5±1

Мелкие хлопья

Зеленовато-желтая

5,27±0,05

63,2±0,2

28,5±0,5

11

СФ + Уксусная

21,0±1

Сгусток сжат к центру

Желто-зеленая

5,15±0,05

62,2±0,2

27,0±0,2

12

СФ + Молочная

21,0±1

Агломераты из хлопьев

Зеленовато-желтая

5,25±0,05

62,4±0,2

24,5±0,2

Проведённая органолептическая оценка показала (табл. 8), что использование сычужного фермента привело к изменению структуры и консистенции сгустков. В лучшую сторону изменились показатели органолептической оценки в образцах с уксусной кислотой: исчезли сладость и крошливость, повысилась связность структуры. Снижение органолептической оценки наблюдалось при использовании лимонной и молочной кислот.

Таблица 8 – Органолептическая оценка образцов, полученных

из ферментированных сгустков при температуре 75ºС

Вкус и запах

Балл

Консистенция

Балл

Общий балл

10

Чистый, кисловатый, без посторонних привкусов

15,5

Нежная, но слегка рассыпчатая

7

42,5

11

Слабый привкус восстановленного молока

16

Связная, не крошливая

9

45

12

Посторонний привкус

13

Крошливость

6

39

По сравнению с неферментированными продуктами (табл. 4) при температуре свёртывания 85°С добавление сычужного фермента не отразилось на выходе образцов по массе, расходе кислот, но повысился рН сыворотки и сгустков при коагуляции лимонной и уксусной кислотами, массовая доля влаги снизилась только в образцах с молочной кислотой.

Таблица 9 – Внешний вид и физико-химические показатели ферментированных сгустков при температуре свертывания 85ºС

Коагулянты

Расход кислоты, мл/л

Внешний вид

рН сыворотки

МД влаги в сгустке, %

Выход

сгустков по массе, %

сгусток

сыворотка

13

СФ + Лимонная

22,5±0,1

Хлопьевидный

Зеленовато-желтая

4,99±0,02

62,0±0,2

27,3±0,2

14

СФ + Уксусная

22,5±0,1

Сжат к центру

Желто-зеленая

4,89±0,03

60,1±0,1

26,6±0,2

15

СФ + Молочная

22,5±0,1

Агломераты

Зеленовато-желтая

4,9±0,02

60,1±0,1

26,2±0,2

Внесение сычужного фермента в ВЦМ перед термокоагуляцией оказало большее влияние на оценку вкуса и консистенции образцов (рис. 2). Во всех ферментированных образцах появился более выраженный вкус, в образцах с молочной кислотой значительно улучшилась консистенция. Тенденция к усилению связности при проведении предварительного протеолиза сохранилась и при температуре свёртывания на уровне 85°С.

Рисунок 2 Органолептическая оценка образцов при температуре свёртывания 85°С

При нагреве предварительно ферментированных образцов ВЦМ до 95°С и 5-минутной выдержке во всех трех вариантах получились хлопьевидные сгустки, причём хлопья соединялись в более крупные агломераты. Сжатие сгустков было более выраженным в вариантах с лимонной и уксусной кислотами.

По сравнению с неферментированными сгустками увеличивался выход продукта в образцах с молочной кислотой (29,5%). Выход по массе в образцах с лимонной и уксусной кислотами практически не изменился.

Таблица 10 – Внешний вид и физико-химические показатели ферментированных сгустков при температуре свертывания 95ºС

Коагулянты

Расход кислоты, мл/л

Внешний вид

рН сыворотки

МД влаги в сгустке, %

Выход сгустков по массе, %

сгусток

сыворотка

16

СФ + Лимонная

22,5±0,5

Хлопьевидный

Зеленовато-желтая

4,89±0,02

60,1±0,2

28,5±0,5

17

СФ + Уксусная

22,5±0,5

Агломераты

Желто-зеленая

4,77±0,02

59,2±0,2

28,0±0,5

18

СФ + Молочная

22,5±0,5

Агломераты

Зеленовато-желтая

4,72±0,02

60,2±0,2

29,5±0,5

Результаты органолептической оценки образцов (табл. 12) выявили чистый вкус и удовлетворительную консистенцию при использовании лимонной кислоты, в образцах с уксусной кислотой присутствовал чётко выраженный «вкус маринада». В образцах с молочной кислотой прослеживался привкус восстановленного молока. Консистенция всех образцов была удовлетворительной, без выраженной крупитчатости, но недостаточно связной, поэтому скидка по этому показателю составила по 2–2,5 балла

Таблица 12– Органолептическая оценка образцов, полученных

из ферментированных сгустков при температуре 95ºС

Вкус и запах

Балл

Консистенция

Балл

16

Чистый, без посторонних привкусов и запахов

18

Удовлетворительная

8

17

Привкус маринада

16

Удовлетворительная

8

18

Привкус восстановленного молока

15

Удовлетворительная

7,5

Анализ вышеприведенных таблиц показывает, что при использовании предварительной ферментации для получения сгустков из восстановленного молока улучшаются показатели их связности и однородности. Объяснить это можно следующим образом.

При подкислении восстановленного молока органической кислотой при высокой температуре увеличивается концентрация ионов водорода, которые снижают отрицательный заряд молекул белка. Однако при сохранении гликомакропептида (ГМП) на молекулах к-казеина, гидрофобные взаимодействия могут возникнуть преимущественно между молекулами казеина α-фракций, имеющих два гидрофобных конца (рис. 3). Молекулы казеина β-фракции могут соединяться друг с другом и с α-казеином еще и при помощи Са2+, высвобождающегося из нанокластеров коллоидного фосфата кальция.

κ-казеин может соединиться с молекулами αs1-, αs2- и β-казеинов только за счет гидрофобных связей, так как его гидрофильный (макропептидный) участок индифферентен к ионному кальцию, поэтому реакция останавливается и сгусток формируется из отдельных частичек. Можно предположить, что эти частички, которые подобно исходным мицеллам покрыты к-казеином, имеют на поверхности ГМП, мешающий дальнейшему взаимодействию. В итоге это может способствовать получению крошливой консистенции.

Рисунок 3 – Структура казеиновой мицеллы по D. S.Horne (1998, 2002) Прямоугольные участки и изогнутые линии на схемах казеинов соответствуют гидрофобным и гидрофильным участкам полипептидной цепи. Треугольниками обозначены нанокластеры коллоидного фосфата кальция [цит. по 4].

При предварительном введении в ВЦМ сычужного фермента и выдержки в течение 5 мин, энзим успевает прореагировать с к-казеином и отщепить ГМП. Образование сгустка все же не происходит, так как не хватает ионов Н+, чтобы понизить отрицательный заряд казеиновых частиц. Но при дальнейшем нагревании и подкислении доля активных ионов водорода растет и образуется сгусток, более однородный и менее крошливый, поскольку всё казеиновые фракции становятся более равнозначными относительно чувствительности к ионам кальция.

Выводы:

Установлено, что при свёртывании восстановленного молока методом термокислотной коагуляции образцы, выработанные с использованием лимонной кислоты, обладают более выраженным и чистым вкусом, чем образцы, выработанные с использованием уксусной и молочной кислот.

При прочих равных условиях использование уксусной кислоты приводит к понижению уровня рН термокислотных сгустков и формированию более связной консистенции, тогда как при использовании лимонной и молочной кислот получаются хлопьевидные и комковатые сгустки.

Выявлено, что повышение температуры свёртывания образцов ВЦМ до температур выше 90°С нецелесообразно, поскольку хотя это и приводит к некоторому увеличению сгустков по массе, но негативно сказывается на консистенции и вкусе образцов. Скоагулировавшие при 95°С образцы характеризовались несвязной, крошливой и крупитчатой консистенцией, в них появились такие пороки как горечь и пустой вкус. Это можно объяснить тем, что в восстановленном молоке, уже прошедшем через стадии пастеризации, сгущения и сушки, вторичная высокотемпературная обработка формирует другие виды связей между реагирующими компонентами, что и обуславливает несколько иные механизмы вкусообразования.

Получение термокислотных сгустков после предварительного введения сычужного фермента (до подкисления) способствует получению более однородной и связной (без крупитчатости) консистенции готового продукта по сравнению с неферментированными сгустками.

Список литературы:

1Остроумов, процесса термокислотного свертывания молока с использованием различных коагулянтов /, , //Хранение и переработка сельхозсырья. – 1998. № 7. С. 26 – 27.

2 Роджерс, молоковедения /// пер. с англ. , под ред. и . Пищепромиздат, 1937. – 350 с.

3http://ru. wikipedia. org/wiki/%D0%A3%D0%BA%D1%81%D1%83%D1%81%D0%BD%D0%B0%D1%8F_%D0%BA%D0%B8%D1%81%D0%BB%D0%BE%D1%82%D0%B0

4 Структура казеинов и механизм сычужного свертывания. 1. Некоторые химические свойства и особенности структуры казеинов (Обзор литературы)/ // Актуальные проблемы техники и технологии переработки молока: сборник научных трудов с международным участием, выпуск 8. – Барнаул: АЗБУКА, 2011. – С. 146 – 151.

УДК 637.1

ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕРМОКИСЛОТНЫХ СГУСТКОВ

ИЗ ВОССТАНОВЛЕННОГО ЦЕЛЬНОГО МОЛОКА

, , к. т.н.

ГНУ Сибирский НИИ сыроделия Россельхозакадемии, г. Барнаул

В статье обсуждаются вопросы, связанные с воздействием молочной, уксусной и лимонной кислот на физико-химические и органолептические свойства термокислотных сгустков. Уделено внимание проблемам, возникающим при производстве термокислотных сыров из восстановленного молока, и намечены пути их решения.