7. Зміни які проходять у сировині під час її переробки і їх вплив на якість готової продукції.

Під час переробки харчової сировини вона зазнає, в основному, механічну і теплову обробку. Розглянемо зміни, які проходять у молоці під час його механічного і теплового обробляння.

Механічне обробляння молока

Механічні впливи у процесі відцентрового очищення молока, сепарування, перекачування, перемішування і гомогенізації в основному супроводжуються змінами ступеня дисперсності та стабільності жирової фази. Залежно від конструкцій апаратів і умов роботи на них, а також від температури і кислотності молока під час його механічного обробляння можливе подрібнення великих кульок жиру або, навпаки, агрегування, скупчення кульок і навіть їх злиття внаслідок дестабілізації жирової емульсії. У процесі механічного обробляння може утворюватися піна, що знижує стійкість низькодисперсних фаз молока (жиру і білків). Кількість піни залежить від властивостей і температури молока, конструкції апаратів і т. ін. Фізико-хімічні властивості молока змінюються незначно. Виняток становить в'язкість молока, що після гомогенізації підвищується.

Жир. Відцентрове очищення не викликає істотних змін жирової фракції. Втрати жиру й зміна розмірів кульок незначні.

Найсучаснішим і найефективнішим способом очищення молока від механічних забруднень вважається очищення в сепараторах-молокоочисниках. У сепараторному слизі разом з механічними забрудненнями осідають лейкоцити, еритроцити, мікроорганізми, а також частково жирові кульки та міцели білка.

Кількість сепараторного слизу в середньому становить 0,06 % маси очищеного молока. Воно залежить від температури очищення, відцентрової сили, що розвивається барабаном, а також від складу і якості молока.

Кульки жиру також незначно змінюються у разі бактофугування, поєднаного з пастеризацією. При цьому втрат жиру практично не відбувається.

Тривале зберігання молока при низьких температурах (3–5 °С) перед сепаруванням призводить до підвищення в'язкості та кислотності молока і тим самим знижує ступінь його знежирення. Попереднє перекачування, перемішування і пастеризація молока також негативно впливають на ступінь знежирення, тому що під час механічного та теплового обробляння може відбуватися подрібнення жирових кульок і часткове підзбивання жиру.

Ступінь знежирення підвищується зі збільшенням температури молока. Підвищення температури сепарування супроводжується подрібненням жирових кульок і спінюванням вершків. Утворення піни сприяє частковій дестабілізації кульок жиру і білків. Внаслідок виділення на поверхні кульок вільного жиру відбувається їхнє злипання і утворюються грудочки. Ступінь дестабілізації жиру підвищується зі збільшенням жирності вершків.

Перекачування молока спричиняє зміну ступеня дисперсності жиру – відбувається диспергування великих жирових кульок (діаметр 4–6 мкм і більше) з одночасним зменшенням кількості дрібних кульок (діаметром, меншим як 2 мкм) і збільшенням числа середніх. Ступінь диспергування жиру збільшується зі зростанням напору в лінії нагнітання. Більшу диспергувальну дію на жирову фазу молока мають відцентрові насоси, менше – насоси діафрагмового типу.

У результаті механічного впливу на оболонки кульок жиру в процесі перекачування молока відбувається часткова дестабілізація жиру (під час роботи деяких насосів молочний жир навіть збивається в грудочки). Ступінь дестабілізації жирової емульсії збільшується з підвищенням напору в лінії нагнітання, жирності й кислотності молока, а також з підсмоктуванням у молоко повітря. Відцентрові насоси більш руйнівно діють на жирову фазу, ніж ротаційні.

Перемішування парного молока мішалками (в разі охолодження до 5 °С и зберігання в резервуарах) істотно не впливає на диспергування і стабільність жирової фази. Проте неодноразове перемішування і переливання молока в процесі тривалого зберігання до надходження на молочні заводи знижує стабільність жирової емульсії. Так, вміст дестабілізованого жиру в сирому молоці, що надходить на переробку, як правило, становить 1,1–2,5 % загального змісту жиру, у той час як у парному молоці його лише 0,3–0,7 %.

Гомогенізація молока та вершків призначена для збільшення ступеня диспергування жирової фази, підвищує стабільність жирової емульсії молока і молочних продуктів, поліпшує їх консистенцію та смак, а також сприяє кращій перетравлюваності молочного жиру організмом людини. В результаті гомогенізації утворюються однорідні за величиною (діаметром близько 1 мкм) жирові кульки. Ступінь диспергування жиру залежить від температури й тиску гомогенізації.

Після гомогенізації у молоці не відбувається скупчень кульок жиру і практично не спостерігається відстою вершків. Проте у гомогенізованих вершках можуть утворюватись агрегати і скупчення жирових кульок, що можна пояснити збільшенням у процесі гомогенізації загальної площі поверхні жирових кульок та зміною складу оболонок. Нативних оболонкових компонентів недостатньо для того, щоб покрити більшу поверхню жирових кульок. Тому дефіцит оболонкової речовини компенсується за рахунок адсорбування білків молочної плазми – казеїну і сироваткових білків (β-лактоглобуліну та ін.). Отже, у гомогенізованому молоці та вершках формуються нові оболонки жирових кульок з нативних оболонкових компонентів, казеїну й сироваткових білків.

У процесі гомогенізації вершків, особливо з підвищеним вмістом жиру, формування нових оболонок кульок відбувається повільніше, ніж у молоці, і частина жиру може залишитися незахищеною. Для утворення нових оболонок необхідно у вершках мати співвідношення СЗМЗ/жир вище 0,6–0,85. У вершках із дестабілізованих кульок жиру видавлюється рідкий жир; з допомогою якого, а також за участю субміцел казеїну в процесі зіткнень кульок утворюються агрегати і скупчення. Може відбуватися також злиття окремих кульок з утворенням вторинних кульок більшого діаметра.

Білки, солі та ферменти. Загальні втрати азотистих речовин у процесі відцентрового очищення не перевищують 2,5 %. Також незначні втрати білків відбуваються під час бактофугування і сепарування. Потрапляння в молоко повітря в процесі перекачування може знизити стабільність частинок білка. Проте зміна ступеня диспергування білків незначна і не позначається на здатності молока до сичужного зсідання.

У процесі гомогенізації змінюються структура і властивості білків. Діаметр міцел казеїну зменшується, частина їх розпадається на субміцели, які адсорбуються поверхнею жирових кульок. З підвищенням тиску гомогенізації в молоці, й особливо у вершках, спостерігається агрегація частинок казеїну. Змінюються і структурно-механічні, а також синеретичні властивості кислотного і сичужного згустків – підвищується міцність згустків і уповільнюється синерезис.

На солі і ферменти молока більш значний вплив справляє гомогенізація. В процесі гомогенізації змінюється сольовий склад молока – у плазмі молока збільшується кількість кальцію в іонно-молекулярному стані, а частина колоїдного фосфату і цитрату кальцію адсорбується поверхнею жирових кульок.

Після гомогенізації часто спостерігається активізація ферментів молока – ксантиноксидази, ліпази та ін. Активізація ліпази у гомогенізованому молоці може супроводжуватись утворенням вільних жирних кислот, підвищенням титрованої кислотності і згіркненням молока.

Фізико-хімічні властивості молока. У процесі механічного обробляння також зазнають деяких змін фізико-хімічні властивості молока. Титрована кислотність молока в результаті відцентрового очищення знижується на 0,5–4 °Т, а при бактофугуванні – на 3–4 °Т.

Густина молока після перекачування насосами незначно відрізняється від вихідної, а в'язкість у результаті диспергування жиру трохи зростає. В результаті гомогенізації знижується поверхневий натяг і збільшується в'язкість молока.

Підвищення в'язкості гомогенізованого молока і вершків зумовлено збільшенням загальної площі поверхні жирової фази, утворенням агрегатів жирових кульок та адсорбцією білків на їх оболонках.

Теплове обробляння молока

Теплове обробляння (пастеризація і стерилізація) сировини є обов’язковим у промисловому виробництві молочних продуктів. Разом з тим тривалий вплив високих температур часто спричиняє небажані зміни складових частин молока, його фізико-хімічних, органолептичних і технологічних властивостей. Тому у процесі всіх видів теплового обробляння прагнуть максимально зберегти вихідні властивості молока, його харчову і біологічну цінність.

Сироваткові білки. У процесі пастеризації і стерилізації сироваткові білки піддаються порівняно глибоким змінам. Спочатку відбувається їх денатурація, тобто конформаційні зміни молекул з порушенням четвертинної, третинної та вторинної структур. Денатурація більшості сироваткових білків починається при порівняно низьких температурах нагрівання. Ступінь денатурації білків залежить від температури і тривалості її впливу на молоко.

Із сироваткових білків найбільш термолабільними є імуноглобуліни і сироватковий альбумін. β-лактоглобулін і α-лактальбумін належать до більш термостабільних білків.

У результаті структурних змін, спричинених денатурацією, у молекулах білка звільняються раніше «сховані» функціональні групи: SН-групи цистеїну, ε-аміногрупи лізину, гідроксильні групи серину та ін. Внаслідок звільнення сульфгідрильних груп і виділення з них сірководню молоко набуває смаку кип'яченого продукту або присмаку пастеризації. У результаті взаємодії SH-груп і інших реакційноспроможних груп настає агрегація денатурованих білків, тобто ступінь їх дисперсності зменшується.

Першою стадією теплової агрегації сироваткових білків є утворення ланцюгових агрегатів завдовжки 35–200 нм. За подальшого розвитку денатурації ланцюги з'єднуються в більші ниткоподібні агрегати, які поступово стають компактнішими, пластівцеподібними. Останньою стадією агрегації денатурованих білків є коагуляція.

Казеїн. На відміну від звичайних глобулярних білків казеїн є дуже термостійким білком. Для його коагуляції необхідна витримка молока при температурі 130 °С протягом 2–88 хв. Проте теплова обробка при високих температурах змінює склад і структуру казеїнаткальційфосфатного комплексу. Від нього від’єднується захисні глікомакропептиди, органічний фосфор і кальцій, на поверхні міцел казеїну осаджуються денатурований β-лактоглобулін, колоїдний фосфат кальцію і т. ін. Перелічені зміни спричиняють як дезагрегацію, так і агрегацію міцел казеїну. У результаті переважного процесу агрегації збільшуються розмір частинок казеїну і в'язкість молока.

Зміна структури і розміру міцел казеїну впливає на технологічні властивості молока, наприклад на швидкість одержання сичужного згустку. Після теплової обробки тривалість сичужного зсідання молока збільшується у кілька разів порівняно з тривалістю сичужного зсідання сирого молока (стерилізоване молоко практично втрачає здатність до сичужного зсідання). Збільшення тривалості зсідання молока пояснюється (поряд зі зміною сольового складу) комплексоутворенням денатурованого β-лактоглобуліну з χ-казеїном, в результаті чого погіршується його атакованість сичужним ферментом. Теплова обробка також впливає на структурно-механічні і синеретичні властивості кислотного і кислотно-сичужного згустків – на міцність та інтенсивність відділення сироватки. Як показує практика, казеїн не завжди термостійкий, іноді відбувається його коагуляція під час нагрівання свіжого молока до порівняно низьких температур (105 °С і нижче), а також під час УВТ-обробляння і стерилізації згущеного молока.

Зниження рН молока, особливо в результаті молочнокислого бродіння вуглеводів, негативно позначається на його термостійкості. Утворена молочна кислота зменшує негативний заряд міцел казеїну і порушує сольовий баланс молока: частина колоїдних солей кальцію переходить в іонно-молекулярний стан, а фосфати кальцію набувають кращої розчинності і більшого ступеня дисоціації. Наприклад, гідрофосфат кальцію може переходити в дигідрофосфат, що у порівнянні з першою сіллю утворить підвищену кількість іонів кальцію.

Зниженню термостійкості молока також сприяє підвищений (більш як 0,9 %) вміст термолабільних сироваткових білків.

Отже, основними причинами низької термостійкості казеїну (молока) є порушення сольового і білкового складу, а також підвищення кислотності.

Солі. У процесі теплового обробляння молока змінюється в першу чергу склад солей кальцію. Ці зміни можуть мати незворотний характер. У плазмі молока порушується співвідношення форм фосфатів кальцію.

Фосфат кальцію, що утворився, агрегує і у вигляді колоїду осаджується на міцелах казеїну. При цьому відбувається незворотна мінералізація казеїнаткальційфосфатного комплексу, що призводить до порушення структури міцел і зниження термостійкості молока. Частина фосфату кальцію випадає на поверхні теплообмінних апаратів, утворюючи разом з денатурованими сироватковими білками відкладення, так званий молочний камінь і молочний пригар.

Отже, у результаті пастеризації і стерилізації в молоці знижується кількість іонно-молекулярного кальцію (на 11–50 %), що погіршує здатність молока до сичужного зсідання. Тому для вироблення сиру в пастеризоване молоко вносять розчинні солі кальцію у вигляді водного розчину CaCl₂ для відновлення сольового балансу.

Лактоза. У процесі високотемпературної пастеризації молока, особливо у процесі стерилізації, відбувається ізомеризація лактози шляхом переміщення в глюкозному залишку водню від другого вуглецевого атома до першого із утворенням лактулози.

У процесі тривалого високотемпературного обробляння молока відбувається взаємодія лактози з амінокислотами із утворенням меланоїдинів, які змінюють колір та певною мірою запах молока. Інтенсивність забарвлення молока залежить від температури та тривалості нагрівання. Вона може підсилюватися під час зберігання молока. Механізм утворення та хімічний склад меланоїдинів остаточно не встановлені. З'ясовано, що реакція проходить двома стадіями. Темнозабарвлені меланоїдини утворюються в результаті цілого ряду окисно-відновних реакцій між сполуками, що містять вільні карбонільні та амінні групи. Як карбонільні сполуки в харчових продуктах можуть бути вуглеводи і продукти окиснення жирів. Найактивніші пентози (ксилоза і рибоза), потім глюкоза, галактоза, лактоза і фруктоза. Джерелом аміногруп є амінокислоти (гліцин, лейцин, лізин, аланін, глютамінова кислота та ін.), білки, пептиди, аміни.

До проміжних продуктів реакції Майара належать альдегіди та кетони (ацетальдегід, бензальдегід, фурфурол, метилоксифурфурол, ацетон, ацетоїн, діацетил, мальтол та ін.), кислоти (піровиноградна, левулинова, оцтова, мурашина, молочна), лактони та ін. Більшість із них виявлено в пастеризованому і стерилізованому молоці, деякі мають виражений смак і запах.

Стерилізація молока також спричиняє розщеплення лактози з утворенням вуглекислого газу і кислот — мурашиної, молочної, оцтової та ін. При цьому кислотність молока збільшується на 2–3 °Т.

Жир. Теплова обробка істотно не впливає на жир молока. У процесі пастеризації тригліцериди молочного жиру хімічно майже не змінюються. Тривала витримка при високих температурах і стерилізація молока незначно гідролізують тригліцериди і змінюють їх жирно-кислотний склад. При цьому збільшується кількість дигліцеридів і на 2–3 % знижується вміст у тригліцеридах ненасичених жирних кислот (внаслідок їх переходу під час руйнування подвійних зв'язків у насичені і часткові окиснювання в альдегіди й кетони). За тривалого зберігання стерилізованого молока відбувається подальший гідроліз тригліцеридів і окиснювання ненасичених жирних кислот з нагромадженням різноманітних альдегідів і кетонів.

У процесі високотемпературного теплового обробляння молока й вершків також утворюються лактони і метилкетони з відповідних звільнених окси- і кетокислот.

Під час теплового обробляння молока змінюються оболонки кульок жиру. Навіть при низьких температурах нагрівання спостерігається перехід білків і фосфоліпідів з поверхні кульок жиру в плазму молока. У процесі пастеризації дисперсність жиру підвищується, змінюється склад оболонок – порушені нативні оболонки жирових кульок швидко відновлюються за рахунок адсорбції сироваткових білків і казеїну молочної плазми. Тому ступінь дестабілізації жиру у процесі пастеризації досить незначний. Проте у результаті денатурації білкових компонентів оболонок кульки жиру втрачають здатність склеюватися й відстій вершків сповільнюється.

У процесі стерилізації молока відбувається сильніша денатурація білка оболонок жирових кульок і порушується цілісність деяких оболонок, у результаті чого частина кульок жиру зливається в більші й спостерігається витоплювання жиру.

Вітаміни і ферменти. Теплова обробка приводить до певних втрат вітамінів, які залежать від температури нагрівання та тривалості витримки. Найбільші втрати вітамінів відбуваються під час стерилізації молока в пляшках. УВТ-стерилізація сприяє більшому збереженню вітамінів (табл. 10).