Твердость сыров, измеренная пенетрационным методом

Наименование сыра	Верхний предел	Норма	Нижний предел
Швейцарский (классический)	100	95-75	65
Алтайский	100	95-75	65
Советский	95	92-75	65
Швейцарский блочный	90	85-70	62
Эмментальский блочный	90	85-70	62
Российский большой	30	28-23	19
Российский малый	32	31-25	20
Вырусский	33	31-27	22
Витязь	32	30-26	20
Балтия	-	-	-
Новосибирский	33	30-27	21
Голландский брусковый	110	110-85	65
Голландский круглый	100	92-76	70
Костромской	115	110-90	72
Сибиряк	120	115-90	65
Богатырь	100	95-77	62

Говоря о свойствах сырной массы необходимо конкретизировать место в ее объеме, к которому она относится. Если в начальный момент формования массу можно считать изотропной, то к концу прессования уже наблюдается анизотропность свойств, связанных с неравномерностью распределения влаги и температуры. Последующая посолка в бассейне усугубляет анизотропию свойств сырной массы. Особенно сильно изменяются реологические свойства сыра в корковой части. В зависимости от отношения полной площади поверхности сыра к массе бруска сыра (величины удельной поверхности) изменяются скорости теплообмена и массообмена.

Для проведения измерений твердости используют среднюю часть головки сыра, исключая корковый слой толщиной 2 см. Измерения проводят при температуре сыра 20 ⁰С. При невозможности проведения измерений при указанной температуре в результаты измерения вносят поправку с учетом коэффициентов, приведенных в таблице 33.

Общая тенденция изменения твердости сырной массы для всех твердых натуральных сычужных сыров сохраняется одинаковой, она изображена на рис. 22. В точке (1) после прессования сырная масса имеет наименьшую величину твердости, на участке 2 (посока сыра) происходит увеличение твердости.

Таблица 33

Температурные поправочные коэффициенты для различных сыров

Наименование сыра	Поправочный температурный коэффициент Кt
Швейцарский Советский Голландский брусковый Костромской Армянский Лори Чанах	3,5 3,5 3,7 3,7 4,5 2,0 3,0

Общая тенденция изменения твердости сырной массы для всех твердых натуральных сычужных сыров сохраняется одинаковой, она изображена на рис. 22. В точке (1) после прессования сырная масса имеет наименьшую величину твердости, на участке 2 (посолка сыра) происходит увеличение твердости. На участке 3 (обсушка сыра, начало созревания, процесс нарастания твердости продолжается за счет структурообразования казеиновой пространственной решетки). В дальнейшем на участке 4 величина твердости снижается за счет протеолиза белков, приводящего к частичному разрушению структуры белковых связей. Существенного влияния липолитических процессов на структурно-механические свойства сырной массы не отмечено.

Рис. 22 – Изменение интегральной твердости сыра при созревании

Рис. 23 – График деформирования образца сыра

Структурно-механические свойства сырной массы помимо того, что они напрямую влияют на оценку консистенции зрелого сыра, влияют еще и на характер развития рисунка в сыре.

Известно, что рисунок в сырах, состоящий из глазков круглой или овальной формы есть результат взаимодействия твердой и газообразной фазы сыра. При этом немаловажную роль играет способность сырной массы деформироваться под влиянием давления газов и впоследствии сохранять следы взаимодействия в виде полостей в сыре. Количественное описание этого процесса требует знания как минимум двух деформационных характеристик. Первая из них должна содержать информацию о величине деформации под действием приложенной силы, а вторая – о величине остаточной деформации после прекращения действия силы.

На рис. 23 изображен график деформации упругопластического тела, к разряду которого относят сырную массу.

При одноосном сжатии образца, он мгновенно деформируется на величину А (мгновенно упругая деформация). После этого происходит пластическо-эластическая деформация, развивающаяся во времени. В зависимости от соотношения пластических и эластических свойств деформация может развиваться до большего или меньшего значения. После снятия нагрузки (прекращения давления) происходит мгновенно упругое восстановление (С), переходящее в эластическое восстановление. В результате эластического восстановления деформация образца сокращается. В результате цикла «нагрузка-восстановление» формируется остаточная деформация (Д). Благодаря наличию остаточной деформации и происходит образование и сохранение рисунка в сырной массе. Поэтому при анализе реологического состояния сырной массы будет отдаваться предпочтение этим характеристикам.

Динамику деформационных процессов образцов сыра А.А. Майоров изучал с использованием пластометра ПЛ-1. Термостатированный образец сыра подвергался одноосному сжатию при постоянной нагрузке 2,0 н/м² до прекращения деформирования или перехода процесса деформации в режим стационарного течения. После этого нагрузку снимали и фиксировали процесс восстановления линейных размеров образца.

Характеристики, полученные при этих исследованиях, являлись наиболее информативными в отношении описания динамики роста рисунка в сырной массе, поскольку позволяли в одном цикле измерений получать данные о соотношении упругих и пластических свойств сырной массы. Типичный вид получаемых кривых «деформация-восстановление» приведен на рис. 23.

Реологические характеристики образцов сыра исследовали на специальном реоконсистометре (рис. 36). Прибор позволял проводить измерения прочностных и пластических характеристик в режимах одноосного сжатия или растяжения. Запись результатов измерения осуществлялась двухкоординатным потенциометром типа ПДС-021М. Измерения проводились при двух фиксированных температурах 10 ⁰С и 20 ⁰С.

Методика измерения пределов прочности на растяжение и сжатие применялась общепринятая.

Период релаксации измеряли на реоконсистометре с записью в координатах «время-напряжение». В режиме одноосного сжатия создавали начальное напряжение (2,0 н/м²) в образце сыра стандартного размера (диаметр 10 мм и высота 10 мм).

При фиксированной величине деформации проводили регистрацию падения напряжения в образце. На полученной реограмме измерением соответствующих отрезков определяли период времени, соответствующий падению напряжения в е раз (рис. 24).

Рис. 24 – Измерение периода релаксации сырной массы

Средние значения твердости и других реологических характеристик сырной массы говорят об интегральном уровне ее консистенции. Реальная картина несколько сложнее. Твердость сырной массы в корковой области значительно выше средних ее значений по всему объему. В процессе созревания сыра перепад между величинами твердости периферийной и центральных зон бруска сыра возрастает при традиционном созревании (без применения специальных мер защиты от потерь влаги). Увеличение твердости происходит вследствие потери влаги корковым и прилегающими к нему слоями.

В это же время центральные и средние слои сыра, подвергаясь действию протеолитических процессов, снижают свою твердость.

Различие в твердости, между периферийными и центральными слоями для сыров, созревающих в пленке меньше, максимальный перепад твердости для советского сыра, созревающего в пленке, на 23-26 кПа меньше, чем у традиционно созревающего сыра с использованием парафинирования.

Еще меньше различия в твердости у сыров, созревающих в герметически закрытых контейнерах (эмментальский блочный и др.) В зрелом возрасте различия в твердости по всему объему блока сыра не превышают 18-16 кПа при среднем значении 87 кПа.

На рис. 25 изображены графики изменения твердости по центральному сечению брусков советского сыра в зрелом возрасте, на рис. 1.26 – эмментальского блочного сыра, на рис. 27 – голландского брускового сыра.

На рисунках видно, что максимальной твердостью обладают угловые зоны брусков сыра и его периферийные области. Они образуют как бы каркас, обеспечивающий сохранение формы сыра. На практике стараются создать такой каркас, который обеспечивал бы защитные функции от механических повреждений, от излишней усушки сыра, создавал условия для хорошей адгезии полимерно-парафиновых сплавов.

Рис. 25, 26, 27 – Динамика изменения твердости сыров

Применение современных технологий ухода за сыром с использованием полимерных пакетов герметичных и полугерметичных контейнеров при созревании сыра, позволило получать, так называемые, бескорковые сыры. Эти сыры имеют равномерную структуру, хорошую, пластичную консистенцию, по весьма требовательным условиям хранения и транспортировки.

Проведенные исследования А.А. Майоровым показали высокую корреляцию твердости сырной массы с органолептической оценкой ее консистенции. Коэффициент корреляции 0,80-0,89. Это позволило разработать систему инструментальной оценки консистенции сыров различных групп.

Измерение реологических характеристик сырной массы производится либо с помощью консистометра – пробоотборника ВНИИМС, либо с помощью пенетрометра АР4/1.

Полученные результаты приводят к значениям при температуре 20 ⁰С и соотносят с показателями, характерными для сыров различных групп.

Сырная масса, расположенная в корковой области сыров, имеет значения твердости, превышающие максимальные из приведенных в контрольной таблице. На практике это означает, что эта часть сырной массы не используется потребителем, идет в отход: для разных сыров этот показатель соответствия консистенции различен и зависит от распределения твердости сырной массы и геометрических размеров брусков сыра.

Анализируя приведенные материалы можно сделать предварительный вывод, что с точки зрения оценки зрелости и качества представляют интерес процессы выравнивания структурно-механических характеристик по монолиту сыра, а также процесс снижения твердости сырной массы во второй половине созревания.

Однако все исследователи выражают надежду, что с развитием новых инструментальных методов и специальных систем обработки получаемой при этом информации, данная задача будет решена, поскольку уже сейчас имеются реальные предпосылки для ее осуществления.

Сдвиговые свойства расплавленной сырной массы разной жирности. К структурно-механическим свойствам плавленого сыра как твердого тела относятся упругость, пластичность, твердость и пр. Твердые тела под влиянием приложенных сил изменяют свой объем и форму – деформируются до определенного предела пропорционально приложенному давлению; при снятии давления деформация исчезает. Это явление известно как упругая деформация. Для сложных структур, к которым относится и плавленый сыр, требуется ряд констант упругости.

При определенных условиях (повышение температуры, увеличение влаги и др.) плавленый сыр приобретает свойства текучести, что позволяет определять его вязкость, т.е. свойство оказывать сопротивление при перемещении одной частицы сыра относительно другой. Это свойство выражают в виде абсолютной, кинематической и относительной вязкости.

Если после снятия нагрузки деформация не исчезает полностью, она называется пластической. Остаточная деформация – изменение формы и размера тела, вызванное действием внешних сил, и не исчезающее после прекращения этого действия.

Белковые продукты, в том числе и плавленые сыры, являются высокополимерными веществами. Для них наиболее показательны структурно-механические свойства. Структурно-механические свойства плавленых сыров как твердого тела характеризуются под нагрузкой упругой и пластической деформацией.

Процессы высокоэластичной деформации протекают главным образом внутри больших молекул и связаны с изменением формы цепей, а процессы пластической деформации вызывают взаимное перемещение гигантских молекул. Соотношения между нагрузками, вызывающими упругую деформацию, определяют, в конечном счете, силу связей между отдельными цепями полимера или внутри них.

В плавленых сырах со сравнительно высоким содержаниям влаги и жира, как показали исследования, процессы пластической деформации в значительной степени преобладают над процессами упругой деформации.

Для определения структурно-механических свойств плавленых сыров исследуют их деформацию под различными нагрузками, применяя консистометр Гепплера. В полый цилиндр осторожно заливают расплавленную сырную массу так, чтобы она равномерно растекалась по объему цилиндра, не оставляя в нем воздушных пустот. Цилиндр с сыром охлаждают до 5 ⁰С, чтобы перевести в твердое состояние жир, содержащийся в сырной массе, а затем медленно нагревают до 20 ⁰С и при этой температуре проводят испытания. Внутрь цилиндра с помощью ведущего стержня вводят металлический шарик с измерительными стерженьками. Специальное крепление на крышке цилиндра обеспечивает совпадение симметрических осей цилиндра и шарика. Под действием нагрузки шарик вдавливался в сырную массу, вытесняя ее через концентрическую кольцевую щель между шариком и внутренними стенками цилиндра.

Между скоростью движения шарика и скоростью движения сырной массы существует следующая зависимость:

F_ш = F_с,, (38)

где - скорость движения шарика, см/сек; - то же сырной массы, см/сек; F_ш – площадь максимального поперечного сечения шарика, см²; F_с – площадь поперечного сечения кольцевой щели, см²

При радиусе цилиндра, равном R, и радиусе шарика – r, уравнение 38 может быть преобразовано так:

r² = (R² – r²), (39)

отсюда:

= (40)

Для исследования применяли консистометр Гепплера, с радиусом цилиндра 1,008 см и радиусом шарика, равным 0,799 см. Подставив значения R и r в формулу (40), получим соотношение между скоростями движения шарика и сырной массы:

= 1,6904 (41)

Конструкция консистометра позволяет вводить шарик в исследуемую массу под нагрузкой от 0 до 2,0 кг. Радиус шарика подобран так, чтобы площадь максимального поперечного его сечения была равна 2 см^2:

F_MAX = 3,14 0,799² см = 2 см², (42)

Поэтому давление р на 1 см² сырной массы, производимое шариком равно:

р = , (43)

где g₁ – собственная масса шарика (в кг) и направляющего стержня, равная 0,250 кг; g – масса груза, кг; р – давление, кг/см²

Прибор позволяет создавать давление на 1 см² сырной массы (напряжение сдвига) в пределах 0,125-4,0 кг/см². Измеряют путь S_Ш, который проходит шарик за определенный период времени. Затем по формуле

_ш = , (44)

где S – путь, пройденный шариком, см; t – время замера, сек

находят скорость его движения.

Так как при продвижении шарика через сырную массу разрушалась ее структура, измерение скорости движения шарика в каждом цилиндре производилось только 1 раз, без повторных замеров данной работы. Для этого одновременно заполнялось сырной массой шесть цилиндров, что обеспечивало определение скорости движения шарика в шести пробах одного и того же сыра.

Определение скорости течения сырной массы при нагрузках от 0,125 до 1,625 кг на 1 см² приведены в табл. 34.

Таблица 34