🗊Презентация Биохимические и физико-химические процессы при производстве молочных продуктов

БИОХИМИЧЕСКИЕ И ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ МОЛОЧНЫХ ПРОДУКТОВ Производство кисломолочных продуктов Производство сыров Производство сливочного масла

1 Производство кисломолочных продуктов Брожение молочного сахара. Коагуляция казеина и гелеобразование. Факторы, влияющие на брожение и свойства сгустков.

Основные биохимические процессы К основным процессам относятся молочно-кислое и спиртовое брожение молочного сахара, коагуляция казеина и гелеобразование. В результате формируются консистенция, вкус и запах готовых продуктов. По характеру брожения лактозы к-м продукты условно делятся 2 группы: к первой группе относятся продукты, в основе производства которых лежит главным образом молочно-кислое брожение (простокваша, ацидофилин, йогурт, творог, сметана); ко второй группе – продукты со смешанным брожением – молочно-кислое и спиртовое (кефир, кумыс).

Молочнокислые бактерии В зависимости от продуктов, накапливаемых в процессе брожения, все молочнокислые бактерии подразделяют на гомоферментативные и гетероферментативные. Молочнокислые бактерии (Lac. lactis, Lac. cremoris, Lac. diacetilactis, Str. thermophilus, L. bulgaricus, L. acidophilus), образующие в качестве основного продукта брожения молочную кислоту, относят к гомо- ферментативным. Бактерии (Leuc. cremoris, Leuc. 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.

Молочнокислое брожение Каждая молекула пировиноградной кислоты, образующаяся из молекулы глюкозы, восстанавливается до молочной кислоты: Из одной молекулы лактозы образуется четыре молекулы молочной кислоты:

Спиртовое брожение При спиртовом брожении пировиноградная кислота под действием фермента пируватдекарбоксилазы расщепляется на уксусный альдегид и углекислый газ: Уксусный альдегид с участием окислительно-восстановительного фермента алкогольдегидрогеназы восстанавливается в этиловый спирт: Суммарно спиртовое брожение лактозы можно представить в следующем виде:

Сущность кислотной коагуляции 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 (pH 4,6—4,7). При кислотной коагуляции помимо снижения отрицательного заряда казеина нарушается структура казеинаткальцийфосфатного комплекса (отщепляется фосфат кальция и структурообразующий кальций). Их переход в раствор дополнительно дестабилизирует казеиновые мицеллы.

Действие на казеин молочной кислоты и сычужного фермента Под действием сычужного фермента казеин превращается в параказеин, имеющий изоэлектрическую точку в менее кислой среде (pH 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 (рис). Происходит гелеобразование.

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

Свойства сгустков 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. С ними связано явление синерезиса. Необратимые (необратимо разрушающиеся) связи не обладают свойством восстанавливаться после механического воздействия на сгусток. С ними связано явление синерезиса. Синерезис — уплотнение, стягивание сгустка с укорачиванием нитей казеина и вытеснением заключенной между ними жидкости. 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.

Схема синерезиса сгустка (по Тёпелу) Для кисломолочных напитков и сметаны синерезис — явление нежелательное При производстве творога, наоборот, требуется удалить избыток сыворотки из сгустка. Для усиления синерезиса применяют также измельчение, нагревание сгустка и т. д.

Факторы, влияющие на брожение и свойства сгустков Состав и свойства молока (количество витаминов, аминокислот, солей кальция, белков; наличие антибиотиков; здоровье и кормление животных; длительность и условия хранения молока). Вид и активность бактериальных заквасок. Режимы пастеризации, гомогенизации, сквашивания, созревания.

БИОХИМИЧЕСКИЕ И ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ СЫРА Механизм сычужного свертывания белков молока. Влияние некоторых факторов на сычужное свертывание и синерезис сгустка.

Механизм сычужного свертывания белков молока Производство сыра можно условно разделить на две стадии. Первая стадия включает весь процесс обработки молока и сгустка, включая формование и посолку сыра, вторая стадия — созревание сыра. Первая стадия как бы предопределяет вторую, т. е. созревание сыра зависит не только от условий хранения сыра в сырохранилище, ухода за ним, но и от свертывания молока сычужным ферментом, обработки сгустка и других операций. Строго говоря, созревание сыра начинается уже при обработке молока в ванне. Глубокие биохимические изменения составных частей молока, придающие сыру специфические вкус, запах и консистенцию, протекают при созревании, т. е. во второй стадии.

Сычужное свертывание молока Сычужный фермент представляет собой смесь химозина и пепсина (60–70 % первого фермента и 30–40 % второго). Проходит две стадии: ферментативную и коагуляционную. На первой стадии под действием сычужного ферментапроисходит разрыв чувствительной к нему пептидной связи фенилаланин — метионин (Фен — Мет) в полипептидной цепи -казеина (см. схему). В результате этого  -казеин распадается на нерастворимый (чувствительный к ионам кальция) пара-  -казеин и растворимый гликомакропептид.

Схема ферментативной стадии Гликомакропептиды -казеина имеют высокий отрицательный заряд и обладают сильными гидрофильными свойствами. При их отщеплении от  -казеина снижается электрический заряд на поверхности казеиновых мицелл (с постепенным приближением к изоэлектрическому состоянию), частично теряется гидратная оболочка, в результате чего снижается устойчивость казеиновых мицелл и они коагулируют, т. е. наступает вторая стадия — коагуляция.

Схема процесса сычужного свёртывания молока а – коагуляция мицелл под действием сил гидрофобного взаимодействия; б – коагуляция мицелл за счёт кальциевых мостиков; 1 – нативные казеиновые мицеллы; 2 – параказеиновые мицеллы, потерявшие защитные гликомакропептиды  -казеина

Картину сычужного свертывания молока можно изучить с помощью реологического метода. Метод основан на измерении эффективной вязкости в течение всего периода сычужного свертывания молока в потоке. Картину сычужного свертывания молока можно изучить с помощью реологического метода. Метод основан на измерении эффективной вязкости в течение всего периода сычужного свертывания молока в потоке. По данным ВНИИМСа (В. П. Табачников и др.), процесс сычужного свертывания можно условно разделить на четыре стадии: I – индукционный период, включающий ферментативную стадию и стадию скрытой коагуляции (участок О–К); II – стадия массовой (явной) коагуляции (участок К–Г); III – стадия структурообразования и упрочнения сгустка (участок Г–С); IV – стадия синерезиса (после точки С).

Влияние некоторых факторов на сычужное свертывание и синерезис сгустка Состав и свойства молока Режим пастеризации Активность бактериальной закваски и сычужного фермента Кислотность молока и температура свертывания Доза хлорида кальция

Сыропригодность молока Характеризуется комплексом показателей химического состава, физико-химических, технологических и гигиенических свойств. Молоко должно иметь оптимальное содержание белков, жира, СОМО, кальция, образовывать под действием сычужного фермента плотный сгусток, хорошо отделяющий сыворотку, и быть благоприятной средой для развития молочнокислых бактерий. Для сыроделия наиболее пригодно молоко с высоким содержанием белков (не ниже 3,1 %, в том числе казеина — не менее 2,6 %), жира ( > 3,6 %), СОМО ( > 8,4 %) и оптимальным соотношением между ними: между жиром и белком 1,1–1,25, между белком и СОМО 0,35–0,45 и т. д. Оптимальным следует считать молоко с высоким содержанием в казеине фракций αs, β и  (в сумме они должны составлять не менее 91 %) и низким количеством γ-казеина.

При производстве сыров молоко, как правило пастеризуют при низкой t 70-72 или 74-76С с выдержкой 20-25 с. Более высокие температуры вызывают переход растворимых солей кальция в нерастворимое состояние, образование комплексов денатурированного β-лактоглобулина с  -казеином и т.д. При повышении t пастеризации увеличивается период образования сгустка и ухудшаются его синеретические свойства. При производстве сыров молоко, как правило пастеризуют при низкой t 70-72 или 74-76С с выдержкой 20-25 с. Более высокие температуры вызывают переход растворимых солей кальция в нерастворимое состояние, образование комплексов денатурированного β-лактоглобулина с  -казеином и т.д. При повышении t пастеризации увеличивается период образования сгустка и ухудшаются его синеретические свойства. При подборе молочно­кислых бактерий следует учитывать энергию кислотообразования, протеолитическую активность отдельных штаммов, а также свойства образуемых ими сгустков, накопление ароматических веществ и свободных аминокислот.

Для свертывания молока в сыроделии применяют главным образом сычужный фермент (химозин (ренин) и пепсин). Фермент проявляет свою активность при рН 5,2–6,3, оптимальное значение рН для сычужного фермента 6,2. Оптимальная температура его действия 39–42 С. В практических условиях при температуре свертывания 29–35 °С получается достаточно плотный сгусток. Для свертывания молока в сыроделии применяют главным образом сычужный фермент (химозин (ренин) и пепсин). Фермент проявляет свою активность при рН 5,2–6,3, оптимальное значение рН для сычужного фермента 6,2. Оптимальная температура его действия 39–42 С. В практических условиях при температуре свертывания 29–35 °С получается достаточно плотный сгусток. Для свертывания молока применяют также пепсин, получаемый из желудков свиней, взрослых жвачных животных и птицы. Свиной пепсин обладает меньшей свертывающей способностью. Он действует при более низких значениях рН, при рН выше 6,5 его активность резко падает. Говяжий пепсин по молокосвертывающей способности и протеолитической активности ближе подходит к сычужному ферменту, чем свиной. В настоящее время в практику сыроделия внедрены ферментные препараты ВНИИМСа, представляющие собой смесь (1:1; 1:3) сычужного фермента с говяжьим и куриным пепсинами.

Кислотность молока и t свертывания Кислотность молока и t свертывания При низкой кислотности – неплотный, вялый сгусток; при повышенной – излишне плотный, сыр получается крошливой консистенции. Зрелость молока перед свертыванием для твердых сыров 19–20Т, для мягких – 22–25Т. Оптимальной температурой свертывания является 28–34 С и время 30-40 минут. При t ниже 10 и выше 60 С свертывание не происходит. Доза СаCl2 На 100 л пастеризованного молока вносят 30-40 г хлорида кальция из расчета сухой соли, что ускоряет свертывание и синерезис.

БИОХИМИЧЕСКИЕ И ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ МАСЛА Производство масла способом сбивания сливок Производство масла способом преобразования ВЖС

Производство масла способом сбивания сливок Производство масла сводится к изменению агрегатного состояния жировых шариков сливок с последующим освобождением и концентрированием жировой фазы при одновременном формировании структуры масла. В результате механической обработки сливок при их сбивании в маслоизготовителе жировая эмульсия полностью разрушается. Жировые шарики окончательно лишаются оболочек, объединя­ются сначала в мелкие, а затем в более крупные комочки, т. е. образуют масляные зерна, которые подвергают дальнейшей обра­ботке для получения однородного пласта масла с равномерно распределенными каплями влаги.

Стадии дестабилизации жировой дисперсии сливок а – исходный жировой шарик; б – частичная гидрофобизация поверхности шарика за счет выделения жидкого жира; в – частичная гидрофобизация шарика путем удаления части наружного слоя оболочки; г – полная гидрофобизация поверхности шарика вследствие потери гидрофильных компонентов наружного слоя оболочки; д – комкование частично или полностью гидрофобилизированных шариков; е – плавление комка и образование вторичного шарика; ж – полное разрушение жировой дисперсии

Производство масла способом преобразования ВЖС Сущность способа заключается в концентрации молочного жира путем сепарирования и преобразования высокожирных сливок в масло при их термомеханической обработке. Маслообразование включает процессы отвердевания жира, обращения фаз и структурообразования.

Схема обращения эмульсии типа «масло в воде» в эмульсию типа «вода в масле»

Консистенция масла зависит от процессов кристаллизации жира. Форма и размеры кристаллов зависят от условий охлаждения жира. Чем выше скорость и ниже температура охлаждения, тем больше возникает центров кристаллизации, образуются мелкие кристаллы и более интенсивно происходят фазовые превращения жира. Консистенция масла зависит от процессов кристаллизации жира. Форма и размеры кристаллов зависят от условий охлаждения жира. Чем выше скорость и ниже температура охлаждения, тем больше возникает центров кристаллизации, образуются мелкие кристаллы и более интенсивно происходят фазовые превращения жира. Механическая обработка во время дестабилизации жира способствует формированию мелких кристаллов. При медленном охлаждении жира образуется мало центров кристаллизации и формируются очень крупные кристаллы. Хранение масла при повышенных температурах также способствует образованию крупных кристаллов жира и возникновению порока мучнистости. Образовавшиеся кристаллы жира взаимодействуют между собой и образуют пространственную сетку, или структуру, масла, от которой зависит его консистенция.