Вследствие образования меланоидинов изменяются вкус и цвет молочных продуктов. Интенсивность окраски молока зависит от температуры и продолжительности ее воздействия.

Соли. В процессе тепловой обработки прежде всего изменяется состав солей кальция. Часть гидро- и дигидрофосфатов кальция, находящихся в ионно-молекулярной форме, переходит в плохо растворимый фосфат кальция:

3СаНРО₄ → Са₃(РО₄)₂ + Н₃РО₄

3Са(Н₂РО₄)₂ → Са₃(РО₄)₂ + 4Н₃РО₄

Образовавшийся фосфат кальция агрегирует в виде коллоида и осаждается на мицеллах казеина. При этом происходит необратимая минерализация ККФК, что приводит к нарушению его структуры и снижению термоустойчивости. Часть фосфата кальция вместе с денатурированными сывороточными белками образует отложения на поверхности теплообменных аппаратов (молочный камень или пригар).

Очевидно, что в результате тепловой обработки молока содержание в нем растворимого кальция снижается. Это снижение может достигать 50% в зависимости от вида и интенсивности тепловой обработки. Снижение растворимого кальция в молоке ухудшает его технологические свойства, в частности способность свертываться под действием сычужного фермента. Поэтому при производстве творога, сыра в молоко после пастеризации вносят растворимые соли кальция для восстановления солевого баланса.

Липиды.При нагревании молока белки и фосфолипиды частично переходят с поверхности жирового шарика в плазму, в результате чего оболочка шарика истончается.

При пастеризации дисперсность жира повышается, изменяется состав оболочек – нарушенные нативные оболочки шариков жира быстро восстанавливаются за счет адсорбции сывороточных белков и казеина молочной плазмы. Поэтому степень дестабилизации жира при пастеризации незначительна. Однако, в результате денатурации белковых компонентов оболочек шарики жира теряют способность склеиваться и отстой сливок замедляется.

При стерилизации молока происходит повышение степени денатурации белков оболочек жировых шариков, в результате чего может произойти дестабилизация эмульсии и, как следствие, появление деэмульгированного жира. (См.тему 10 п.10.3.2. «Факторы нарушения устойчивости жировой эмульсии»).

Витамины и ферменты. Наиболее устойчивы к термообработке жирорастворимые витамины (А, Д, Е), а из водорастворимых – витамины В₂ (рибофлавин), В₃ (пантотеновая кислота), РР (ниацин), Н (биотин). Более чувствителен к тепловой обработке витамин С (аскорбиновая кислота), потери его составляют от 10 до 30%. Частично разрушаются и витамины В₁₂ (кобаламин) – от 10 до 20%, В₆ (пиридоксин) – около 10%, В₉ (фолацин) – от 10 до 20%.

Ферменты. Большая часть нативных и бактериальных ферментов инактивируются при тепловой обработке вследствие денатурации белковых компонентов их молекул. Скорость инактивации зависит от температуры нагревания и продолжительности ее воздействия.

Степень тепловой инактивации ферментов имеет важное практическое значение не только с точки зрения предохранения молока от воздействия ферментов на его составные компоненты, но и как объективный тест при контроле эффективности режимов тепловой обработки.

Ферменты молока в зависимости от вида и происхождения имеют различную термоустойчивость. Наиболее чувствительны к нагреванию амилаза, щелочная фосфатаза, каталаза, нативная липаза. Сравнительно устойчивы к нагреванию кислая фосфатаза, ксантиноксидаза, пероксидаза, бактериальные липазы и протеиназы.

При тепловой обработке (пастеризация, УВТ-обработка) молока возможны случаи неполного инактивирования термостабильных ферментов. Сохраняя свою активность, они могут вызвать в молоке и молочных продуктах нежелательные биохимические процессы, следствием которых является накопление продуктов расщепления составных компонентов молока, снижающих вкусовые свойства продуктов.

Наибольшую опасность представляют липазы и протеиназа бактериального происхождения: липазы способствуют прогорканию молочных продуктов, протеиназы вызывают свертывание УВТ-молока.

Контрольные вопросы

1. Какие изменения происходят в белках при хранении молока в условиях положительных низких температур и при замораживании?

2. В чем заключается изменение агрегатного состояния молочного жира при охлаждении молока?

3. Каковы причины появления деэмульгированного жира при длительном хранении охлажденного молока?

4. В чем заключается перераспределение форм солей в охлажденном молоке?

5. Каким изменениям подвергаются белки под воздействием различных видов механической обработки молока?

6. Каким образом влияет механическая обработка молока на активность ферментов?

7. Каким изменениям подвержены сывороточные белки в зависимости от интенсивности и продолжительности тепловой обработки?

8. Каким образом влияет тепловая обработка молока на казеинаткальцийфосфатный комплекс?

9. Как влияет высокотемпературная обработка молока на лактозу?

10.Какие изменения происходят в солевой системе при тепловой обработке молока?

11.Какие изменения происходят в жировой фазе при тепловой обработке молока?

12.Как изменяется активность ферментов при тепловой обработке молока?

Тема 13. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ И БИОХИМИЧЕСКИЕ ИЗМЕНЕНИЯ СОСТАВНЫХ ЧАСТЕЙ МОЛОКА

В ПРОЦЕССАХ ЕГО ПЕРЕРАБОТКИ И ПРИ ХРАНЕНИИ МОЛОЧНЫХ ПРОДУКТОВ

Изменения белковой и жировой фаз, углеводных компонентов, солевого и витаминного состава, которые происходят в молоке при его хранении и обработке (тепловой, механической) продолжаются при последующих технологических операциях выработки молочных продуктов. Характер этих изменений зависит от вида вырабатываемых продуктов и, соответственно, от направленности и режимов физических воздействий, например, нагревания и концентрирования в производстве сгущенных, сгущенных стерилизованных и сухих продуктов, или биологических воздействий: использования бактериальных заквасок и ферментных препаратов в производстве кисломолочных продуктов, сыров.

13.1. Изменения составных компонентов молока

при сгущении и сушке

При сгущении молока происходит концентрирование всех составных компонентов за счет удаления части свободной воды. Следствием концентрирования являются увеличение концентрации всех дисперсных фаз молока и активной межфазной поверхности; рост свободной поверхностной энергии на границе раздела фаз и усиление роли сил молекулярного взаимодействия (сил Ван-дер-Ваальса-Лондона). Каковы последствия этих изменений для различных фаз молока имеет смысл рассмотреть более подробно.

Белки и соли. При концентрировании (сгущении) происходит увеличение молекулярной массы частиц казеинаткальцийфосфатного комплекса в силу следующих причин:

- повышения концентрации ионов водорода в среде и, как следствие, снижение отрицательного заряда на его поверхности;

- изменения соотношения электростатических сил отталкивания и молекулярного притяжения в сторону увеличения последних;

- увеличения концентрации солей кальция в истинном растворе, а следовательно, и ионизированного кальция, способствующего агрегированию мицелл.

Сближение агрегатов ККФК при концентрировании за счет усиления молекулярного взаимодействия приводит к образованию структурированной системы, характеризующейся повышенной вязкостью. Это явление усиливается предшествующей гомогенизацией и тепловой обработкой молока, при которой происходит денатурация сывороточных белков, как следствие, образование комплексов β-лактоглобулин – α-лактальбумин и их взаимодействие с мицеллами казеина. Интенсивность этих изменений возрастает при последующей тепловой обработке (стерилизации или сушке), что может привести к дестабилизации белковой фазы (коагуляции).

С целью предотвращения дестабилизации белковой фазы при сгущении, последующей стерилизации сгущенного молока или сушке используют следующие приемы. Путем внесения солей-стабилизаторов в виде цитратов или фосфатов калия (натрия) снижают концентрацию ионизированного кальция в исходном молоке. Анионы лимонной или фосфорной кислот связывают ионизированный кальций, переводя его в нерастворимое состояние. При таких условиях дисперсность и гидрофильность белковых частиц повышается. Другим способом повышения тепловой устойчивости белковой фазы является удаление центрифугированием образовавшихся при предварительном нагревании молока до (75^оС) неустойчивых белковых агрегатов и коллоидного фосфата кальция, а также высокотемпературная пастеризация смеси перед сгущением с целью образования устойчивых комплексов между ККФК и основными сывороточными белками.

Лактоза. В процессе сгущения концентрация лактозы, как и других компонентов возрастает, однако, она остается в растворенном состоянии и существенно не влияет на свойства сгущенного продукта. При длительном воздействии высоких температур в процессе сгущения создаются условия для альдольно-аминной полимеризации ее с белками. Реакция протекает при взаимодействии аминогрупп лизина, входящего в состав белков, и альдегидных групп глюкозы и лактозы с образованием меланоидинов - коричневоокрашенных соединений, обусловливающих изменение цвета продукта от светло-кремового до темно-бурого. Начавшаяся в процессе сгущения реакция может протекать и при последующем хранении продуктов с нарушением температурных режимов.

Вследствие меланоидинообразования изменяются не только цвет продуктов, но и его вкусовые характеристики, за счет образования побочных продуктов реакций, консистенция (загустевание продукта при полимеризации казеинового комплекса), а также снижается их биологическая ценность из-за потери незаменимой аминокислоты лизина, аминогруппы которой вступают в реакцию полимеризации. Потери лизина могут составлять до 20% в производстве сгущенного молока и до 15% при выработке сухого молока.

Как уже отмечалось, при сгущении повышается концентрация лактозы, ее раствор переходит в состояние, близкое к насыщенному. При последующем охлаждении концентрата часть лактозы выкристаллизовывается. С учетом физико-химических свойств изомерных форм лактозы (см. тему 7, раздел 7.2. «Структура лактозы, ее изомерные формы и физические свойства») в первую очередь кристаллизуется α-форма, имеющая более низкую растворимость по сравнению с β-формой. Из-за выделения из раствора α-гидратной формы лактозы нарушается равновесие между изомерными формами и часть β-формы переходит в α-форму. Вследствие недостаточного пресыщения лактозой скорость образования зародышей кристаллов будет замедленной. При последующем охлаждении сгущенного молока скорость роста кристаллов на базе уже образовавшихся зародышей кристаллов будет превышать образование центров кристаллизации. Это может привести к увеличению размеров кристаллов до 20…25 мкм и появлению мучнистой и песчанистой консистенции продукта.

С целью предотвращения возможности появления такого порока в ходе технологических процессов создают условия для преобладания скорости образования зародышей кристаллов над скоростью их роста. В качестве зародышей будущих кристаллов вносят мелкокристаллическую лактозу (затравку) и регулируют режим охлаждения продукта.

В процессе сушки частично кристаллизуется β-форма лактозы, а большая часть ее переходит в аморфное состояние. Аморфное состояние лактозы обусловливает высокую гигроскопичность сухих молочных продуктов. В процессе их хранения может происходить кристаллизация и переход β-лактозы в α-гидратную форму, что ухудшает свойства сухих молочных продуктов.

Молочный жир. В процессах сгущения, гомогенизации сгущенной смеси, распыления сгущенного молока и сушки происходит повышение степени дисперсности жировой фазы: увеличение количества жировых шариков и их общей поверхности. При таких условиях не исключена возможность частичной дестабилизации жировой фазы и появления свободного жира, который в значительной степени подвержен окислительным воздействиям, что снижает стойкость продуктов при хранении.

При сгущении и сушке происходит частичный гидролиз триацилглицеринов молочного жира с накоплением летучих жирных кислот, образованием лактонов, карбонильных соединений, участвующих в формировании свойственных пастеризованному молоку вкуса и аромата продуктов. При такой обработке снижается содержание в молочном жире ненасыщенных жирных кислот.

С целью сохранения стабильности жировой фазы обеспечивают строгий контроль всех режимов и параметров сгущения и сушки, а для предупреждения окислительных процессов допускается вносить антиоксиданты.

Витамины. В производстве сгущенных и сухих продуктов происходят потери витамина А до 20%, а витамин Е достаточно стойкий к технологическим воздействиям. Некоторое снижение его по сравнению с содержанием в исходном молоке обусловлено в основном пастеризацией.

В процессе сгущения и сушки не происходит значительных изменений в содержании большинства водорастворимых витаминов: тиамина (В₁), биотина (Н), пантотеновой кислоты (В₃), рибофлавина (В₂), а содержание фолиевой кислоты в сгущенном и сухом молоке повышается. Объясняется это высвобождением связанных форм витамина под влиянием температурной обработки.

Менее стоек при сгущении и сушке кобаламин (В₁₂), потери которого могут достигать более 40%, пиридоксин (В₆) – от 30 до 40%, по некоторым данным до 90% при сушке. Потери аскорбиновой кислоты при сгущении составляют от 17 до 26%, а при последующем высушивании достигают 60%.

13.2. Биохимические изменения составных компонентов

молока при его переработке

Направленное регулирование биохимических превращений составных компонентов молока: углеводов, белков, липидов за счет использования бактериальных ферментов заквасочных культур микроорганизмов, а также промышленных ферментных препаратов положено в основу производства различных молочных продуктов и сыров. Молоко представляет собой идеальную питательную среду для микроорганизмов, обмен веществ которых обусловливает ферментативный гидролиз углеводов – гликолиз, белков – протеолиз и липидов – липолиз, а также последующие ферментативные превращения продуктов их гидролиза. В результате ферментативных превращений составных компонентов молока образуются вкусовые и ароматические вещества, формирующие специфические органолептические характеристики продуктов. Следует иметь ввиду, что ферментативные превращения начинаются в процессе хранения сырого молока и их направленность зависит от качественного состава микрофлоры сырого молока.

13.2.1. Брожение молочного сахара. Виды брожения

В основе производства большой группы кисломолочных продуктов, сыров лежат процессы глубокого распада молочного сахара под действием ферментных систем микроорганизмов, называемые брожением. В некоторых случаях процессы брожения лактозы являются причиной порчи молочных продуктов: излишняя кислотность, избыточное газообразование и др. В зависимости от накопления конечных продуктов распада, обусловленного видом микроорганизмов и их ферментными системами, различают несколько типов брожения молочнокислое гомоферментативное и гетероферментативное, спиртовое, уксуснокислое, пропионовокислое. На начальном этапе все виды брожения протекают по одинаковой схеме до промежуточной стадии – образование пирувата. Исключение составляет гетероферментативное молочнокислое брожение.

На первом этапе под действием фермента β-галактозидазы (лактазы) происходит гидролиз лактозы на глюкозу и галактозу.

Лактоза + Н₂О

Продукты гидролиза глюкоза и галактоза далее подвергаются брожению под действием ферментных систем микроорганизмов. Распад глюкозы и галактозы начинается с их фосфорилирования посредством АТФ и при участии ферментов гексокиназы и галактокиназы.

Глюкоза + АТФ

Галактоза +АТФ