Пищевая Биохимия / Рогожин В.В., Рогожина Т.В. Биохимия сельскохозяйственной продукции

18.9. Биохимические процессы при изготовлении продуктов

лочного продукта может приобрести рыхлый, раздробленный молочный сгусток с высоким отделением сыворотки, при увеличении кислотности смеси с проявлением кисловатого привкуса. В кефире из-за использования дрожжей, вырабатывающих этанол, может возрастать содержание спирта. При этом продукт приобретает специфический запах.

Для производства сметаны используют сливки, которые предварительно пастеризуют и гомогенизируют. В случае использования негомогенизированных сливок жировые шарики будут распределяться беспорядочно в белковой структуре геля. Большое скопление жировых шариков способствует понижению стабильности белков, что приводит к появлению чрезмерной вязкости сливок, образованию большого числа жировых скоплений, появлению рыхлой, хлопьевидной консистенции продукта с комочками жира. Рыхлая консистенция творога бывает обусловлена отклонениями в технологии производства кисломолочного продукта. Это может быть вызвано проведением пастеризации молока при низких температурах, тогда как сквашивание осуществлялось в условиях повышенных температур. Кроме того, аналогичные изменения могут проявиться при использовании малоактивных бактерий закваски и прессовании продукта при высоких температурах. Недостаточная кислотность творога при сычужно-кислотном способе производства в сочетании с высокой температурой отваривания при слишком длительном прессовании готового продукта способствует появлению порока, который характеризуется плохой связанностью частиц творога и проявлением высокой сухости и грубой, крошливой консистенцией продукта. Проведение сквашивания молока при высокой температуре и повышенной активности сычужных ферментов сопровождается быстрым уплотнением молочного сгустка. При этом вырабатывается творог тягучей консистенции.

Окисление липидов творога ферментами и активными формами кислорода сопровождается накоплением в продукте альдегидов и кетонов, которые могут придавать творогу неприятный прогорклый привкус. Тогда как горький вкус может проявиться у творога при внесении больших доз пепсина, используемого для сквашивания молока. Развитие плесневых грибов при длительном хранении творога способствует появлению ослизлости как на поверхности, так и внутри массы продукта, сопровождаемому неприятным плесневым запахом.

18.9.4.Физико-химические процессы при производстве молочных консервов

Для сохранения питательной ценности пищевого продукта используются методы консервации. В основе действия этих методов реализуется способность консерванта обеспечивать сохранность свойств исходных

433

Глава 18. Биохимия молока

продуктов, их питательную и биологическую ценность. Консервация пищевых продуктов может осуществляться с помощью физических и химических способов. Использование физических способов позволяет понизить в продукте содержание воды (лиофилизация), приостановить протекание химических реакций путем понижения температуры среды (гипотермия), избавиться от бактерий (УФ-облучение, γ-излучение, гипертермия, фильтрация), понижение содержания кислорода в продукте (гипоксия). Химическими считаются методы с использованием различных консервантов.

Для повышения эффективности действия консервантов обычно используют их сочетанное воздействие на молочный продукт. Например, при производстве сгущенного стерилизованного молока в результате действия высоких температур достигается стерилизация продукта, полное уничтожение бактерий, а высокие концентрации сахарозы предотвращают развитие их спор. Метод герметизации продукта позволяет ограничить доступ кислорода и микрофлоры. Малые концентрации кислорода не способны к активному окислению липидов, а присутствующие в сгущенном молоке антиоксиданты ингибируют протекание свободнорадикальных реакций. Большое значение в сохранности молочного продукта имеют условия их хранения, в частности соблюдение температурного режима помещений и влажности воздуха, отсутствие действия прямых лучей солнца, соблюдение санитарно-гигиенических норм.

Кроме того, при производстве молочных консервов к используемому молоку предъявляют следующие требования. Молоко не должно содержать веществ, оказывающих негативное влияние на его вкус и цвет. В составе корма животных не могут быть растения (полынь, чеснок, лук, щавель, лютики и др.), содержащие сильно пахучие или с горьким привкусом вещества. Не разрешается использовать молоко с повышенным содержанием бактерий. Показатель кислотности молока должен быть не выше 20 °Т. Белки молока (казеин и др.) должны быть устойчивы к непродолжительному действию высоких температур. Жировые шарики должны иметь размер 1,5…3,0 мкм и быть способны к формированию однородной консистенции сгущенного молока. В молоке должно быть высокое содержание антиоксидантов, представленных в виде витаминов А, Е, С и др.

18.9.4.1. Концентрированные молочные продукты

В основе консервирования используются методы сохранения целостности структур биогенных молекул, способные остановить протекание спонтанных реакций распада функционально активных веществ в продуктах питания, а также предотвращение роста и размножения бактерий. Это достигается путем стерилизации продукта, природой и концентрацией

434

18.9. Биохимические процессы при изготовлении продуктов

консерванта, понижением влажности продукта или его лиофилизацией. Поэтому способы консервирования молочных продуктов в целом сводятся к получению качественного продукта длительного хранения.

Взависимости от содержания концентрированного сухого вещества

вмолочных консервах их делят на сгущенные и сухие. К сгущенным консервам можно отнести следующие: сгущенное стерилизованное молоко, сгущенное молоко с сахаром, сгущенное обезжиренное молоко с сахаром, сгущенное цельное и обезжиренное молоко без сахара, сгущенные сливки, сгущенное молоко с сахаром и кофе, сгущенное молоко с сахаром и какао, сгущенная сыворотка. Вырабатываются следующие сухие молочные консервы: сухое цельное молоко, сухие сливки с сахаром, сухие сливки без сахара, сухие кисломолочные продукты, сухие продукты для детского питания, сухие кормовые и лечебные концентраты из обезжиренного молока и сыворотки.

Сгущенное стерилизованное молоко. Концентрирование цельного молока достигается путем понижения содержания в нем воды. При этом может измениться концентрация белков, углеводов и других веществ в молоке. Добавление к такому молоку сахара способствует увеличению осмотического давления, которое способно разрушить мембраны бактериальных клеток, стерилизуя таким образом молочный продукт.

Для обеспечения длительной сохранности продукта сгущенное молоко подвергается пастеризации, т. е. кратковременному воздействию высокой температуры. В результате пастеризации некоторые белки могут денатурировать, что сопровождается изменением их структуры, с последующей агрегацией. При значительных разрушениях белков могут проявиться пороки молока. Последствиями концентрирования молока являются возрастание содержания ионов кальция и других ионов в среде, изменение формы казеиновых мицелл и жировых шариков. При этом последние могут слипаться, образуя комочки. В процессе пастеризации молочного продукта денатурируют, утрачивая активность, ферменты, разрушаются витамины. Наиболее значительно понижается содержание следующих

витаминов: В2, В6, В12, С, А и Е.

Стерилизация молока применяется для понижения бактериальной обсемененности сгущенного молока, что является условием для дальнейшего длительного хранения молочного продукта. Проведение стерилизации обусловлено термоустойчивостью основных компонентов молока, в частности казеина. Причем термоустойчивость мицелл казеина зависит от их размера. Крупные мицеллы казеина быстрее подвержены разрушению, чем мелкие. Кроме того, термоустойчивость молока понижается с возрастанием содержания сывороточных белков. Поэтому следует соблюдать продолжительность стерилизации. Так, длительное действие высоких температур разрушает в первую очередь витамины молока, спо-

435

Глава 18. Биохимия молока

собствует денатурации белков и агрегации жировых шариков. Высокие температуры инициируют протекание многих химических реакций между различными соединениями молока. При этом может изменяться цвет, вязкость и вкус молочного продукта.

Сгущенное молоко с сахаром. Вырабатывается из свежего пастеризованного молока с добавлением сахарозы в качестве консерванта. В составе продукта содержится липидов — 8,8 %, СОМО — 20,7, сахарозы — 44,5, воды — 26,0 %. При производстве продукта молоко пастеризуется при 85…95 °С. Сгущение пастеризованного молока производится с применением теплового выпаривания в вакуум-аппаратах при 50…60 °С. Данный температурный режим позволяет полностью сохранять полноценность продукта. Во время выпаривания к молоку добавляется сахарный сироп 65…70 % концентрации, предварительно обработанный при 105 °С. Производственный процесс заканчивается охлаждением продукта до 20 °С и расфасовкой.

Сгущенное стерилизованное молоко. Вырабатывается из сгущенного дважды пастеризованного цельного молока путем воздействия температуры в 117…118 °С в течение 15…20 мин. В составе продукта содержатся липиды — 8,2%, СОМО — 17,8%, вода — 74%. В производстве используется цельное молоко, предварительно пастеризованное при 95 °С в течение 10 мин. Сгущение молока производится в вакуум-аппаратах до 25 % сухих веществ, а затем гомогенизируется при 50…60 °С и давлении 180 атм. После этого продукт расфасовывается в банки по 320 г и стерилизуется.

18.9.4.2. Сухие молочные продукты

Производство сухих молочных продуктов обусловлено их высокой пищевой ценностью и способностью длительно храниться в условиях комнатной температуры и влажности. Это достигается тем, что сухие молочные продукты имеют низкое содержание влаги и липидов. Пониженная влажность снижает активность бактерий и ферментов. Однако при сушке молока наблюдается разрушение витаминов, в частности, понижается содержание аскорбиновой кислоты на 15…25%, кобаламина — на 30…40%, пиридоксина — на 30…35%. Кроме того, происходит частичная денатурация сывороточных белков молока, изменяется состав жировых шариков. Из жировых шариков выделяются липиды, которые способствуют слипанию компонентов сухого молока.

Степень разрушения компонентов молока зависит от способа сушки. Наиболее консервативным является способ сублимационной сушки, который позволяет сохранить наибольшее количество питательных веществ в сухом молоке в процессе его производства. Показателями эффективности процесса сушки служат величины, характеризующие содержание воды

436

18.9. Биохимические процессы при изготовлении продуктов

в сухом молоке (4…5 %), его растворимость и образование однородной смеси раствора, сохранность основных витаминов (аскорбиновой кислоты, тиамина, рибофлавина, кобаламина и др.), белков и липидов.

Сухое цельное молоко. Вырабатывается из свежего пастеризованного молока. Сухое молоко содержит: липидов — 26%, СОМО — 71%, воды — 3 %. Индекс растворимости равен 0,2…0,6 см3, частицы сухого молока имеют размер 5…60 мкм и плотность 0,5 г/см3. Сухое цельное молоко используется для приготовления восстановленного молока и для переработки в мороженое, кондитерские изделия, хлеб и др. Восстановленное молоко может быть использовано в производстве кисломолочных продуктов. Молоко концентрируют в вакуум-аппаратах до содержания сухих веществ 43…48 %, а уже затем в сушилках до остаточной 3 % влажности. Перед сушкой молоко гомогенизируется при температуре 50…60 °С и давлении в 100 атм. Высушенное молоко охлаждается и расфасовывается.

Сухое обезжиренное молоко. Для его производства используется обезжиренное молоко или смеси обезжиренного молока и пахты в соотношении 80 и 20% соответственно. В составе продукта сухого вещества — 95%, воды — 5 %. Размер частиц сухого вещества 50…100 мкм, плотность — 0,3…0,5 г/см3. В производстве обезжиренное молоко пастеризуют при 85…87 °С, которое затем сгущают до 36…39 % сухих веществ при температуре 50…60 °С. После этого молоко сушат до 95 % сухих веществ и остаточной влажности менее 5 %.

18.9.4.3. Пороки молочных консервов

Возникновение пороков обусловлено изменениями в химическом составе молочных продуктов, происходящих в процессе их производства и хранения, служат результатами проявления действия факторов окружающей среды (температура, свет, кислород, бактерии и др.). Во время длительного хранения сгущенного стерилизованного молока может происходить загустевание продукта. При этом молочный продукт приобретает вязкую консистенцию, что вызвано изменениями в физико-хими- ческих свойствах казеина, мицеллярные структуры которого начинают коагулировать. Этот процесс усиливается за счет участия сывороточных белков. Появлению порока способствуют нарушения в технологическом процессе производства молочных консервов и прежде всего несоблюдение температурного режима, а также при высокой концентрации белка

вмолоке.

Вслучае частичной коагуляции казеина в молочном продукте могут появиться мелкие хлопьевидные комочки, что обычно происходит при использовании молока с повышенной кислотностью или наличием примесей молозивного молока. Крупные размеры жировых шариков могут

437

Глава 18. Биохимия молока

способствовать отложению на дне консервов липидных фракций. Высокое содержание ионов кальция в молоке может приводить к возникновению повышенной вязкости молока в консервах.

Образование кристаллов лактозы в концентрированном продукте может наблюдаться вследствие несоблюдения режима охлаждения в производственном процессе. При этом молочный продукт приобретает мучнистую консистенцию с мелкими кристаллами углеводов, что сопровождается засахариванием молочного продукта.

Обезвоживание молока при выработке сухого молочного продукта может сопровождаться сильной денатурацией белков. Кроме того, высокое содержание липидов в сухом порошке способствует слипанию денатурированных белков, обуславливая плохую растворимость компонентов сухих молочных продуктов. При этом в случае нарушения герметичности упаковки, компоненты молочного продукта становятся доступными кислороду воздуха, который вступает в окислительно-восстановительные реакции с липидами и белками. Особенно активно реакции протекают в случае высокой влажности молочного продукта и при наличии высоких концентраций ионов металлов (железа, цинка, меди и др.). Продуктами окисления ненасыщенных жирных кислот являются альдегиды и кетоны, присутствие которых проявляется в появлении неприятного горького вкуса и специфического запаха. Продуктами окисления белков являются денатурированные формы с нарушенной нативной конформацией, агрегирующиеся в хлопьевидные образования.

Длительное хранение сгущенного цельного молока с сахаром при высокой температуре способствует потемнению молочного продукта, что вызвано реакциями между аминогруппами аминокислотных остатков белков и альдегидными группами углеводов. При этом молочный продукт приобретает кремниевую окраску и привкус карамели. Кроме того, повышается вязкость и кислотность молочного продукта. Для предотвращения потемнения молочного продукта необходимо следить за концентрацией сахара в продукте, увеличивать содержание СОМО, добавлять в молоко при сгущении аскорбиновую кислоту и другие антиокислители.

18.9.5. Вторичное молочное сырье

При переработке молока в различных технологических процессах образуются побочные продукты, которые принято называть вторичным молочным сырьем. Так, например, при сепарировании цельного молока получают обезжиренное молоко. При выработке масла вторичным молочным сырьем служит пахта, а при производстве сыра, творога и казеина — молочная сыворотка. При этом в обезжиренном молоке и пахте накапливаются практически все белки, углеводы и минеральные вещества

438

18.9. Биохимические процессы при изготовлении продуктов

молока и до 15 % липидов, тогда как в молочную сыворотку переходят в основном углеводы, сывороточные белки и минеральные соли.

Основные физико-химические показатели вторичного молочного сырья приведены в табл. 18.4.

Та б л и ц а 1 8 . 4

Основные физико-химические показатели вторичного молочного сырья

Данные таблицы свидетельствуют, что обезжиренное молоко и пахта являются ценнейшим белково-углеводным сырьем, а молочная сыворотка преимущественно углеводным сырьем. Кроме белков, углеводов и липидов, в обезжиренное молоко, пахту и молочную сыворотку переходят минеральные соли, витамины, гормоны, органические кислоты и вода. Причем в составе белковых соединений обезжиренного молока и пахты содержатся все фракции казеина и сывороточных белков аналогично цельному молоку.

Химический состав молочной сыворотки представлен фракциями казеина и сывороточных белков (α-лактальбумин, β-лактоглобулин, имму-

439

Глава 18. Биохимия молока

ноглобулины, альбумин сыворотки крови, лактоферрин, церулоплазмин). Кроме того, в нем содержатся все незаменимые аминокислоты.

Следует отметить низкое содержание липидов во вторичном молочном сырье, что обусловливает высокую степень дисперсности жировых шариков, размер которых может быть равен 0,5…10 мкм.

Во вторичном молочном сырье происходит накопление следующих витаминов: В6, С, В4. При этом несколько понижается содержание жирорастворимых витаминов (ретинол, α-токоферол).

Отмечается изменение норм в физических свойствах у вторичного молочного сырья (см. табл. 18.4). Обезжиренное молоко и пахта имеют более высокие показатели плотности, чем цельное молоко, что обусловлено понижением содержания в них липидов.

В производственном процессе может накапливаться значительное количество вторичного молочного сырья. Так, например, при производстве 1 т сливочного масла можно получить до 20 т обезжиренного молока и 15 т пахты, а при выработке 1 т сыра или творога — до 9 т молочной сыворотки. Поэтому значительные объемы вторичного молочного сырья необходимо рационально использовать, организуя их промышленную переработку путем создания безотходных технологий.

18.9.5.1. Обезжиренное молоко

В результате сепарирования молока получают сливки и обезжиренное молоко. Химический состав обезжиренного молока служит показателем процесса сепарирования. В нем сохраняется высокий процент белков

иуглеводов. Следует отметить возрастание низкомолекулярных полярных соединений, среди которых аминокислоты, витамин С, холин. Основным отличительным показателем в обезжиренном молоке является содержание липидов, которые составляют всего 0,05…0,08%. Отсутствуют в обезжиренном молоке и белки оболочек жировых шариков, а присутствующие жировые шарики имеют размер не более 2 мкм.

Обезжиренное молоко характеризуется повышенной кислотностью

иплотностью (1,031…1,035 г/см3). Высокая пищевая ценность обезжиренного молока позволяет использовать его сразу после тепловой обработки. В результате технологической обработки из обезжиренного молока получают сухое молоко. Хранение обезжиренного молока осуществляется при 4…8 °С.

18.9.5.2. Пахта

Побочным продуктом технологического процесса получения масла является пахта. В этом продукте отмечается более высокое содержание

440

18.9. Биохимические процессы при изготовлении продуктов

липидов, чем в обезжиренном молоке. Основными представителями липидов в пахте являются фосфолипиды. При производстве сливочного масла в пахту переходит до 75 % фосфолипидов. Особую ценность пахта приобретает из-за высокого содержания в нем лецитина, ненасыщенных жирных кислот. При этом в пахте содержится минимальное количество холестерина (10 мг%). Липиды пахты образуют дисперсную среду, размер жировых шариков которой не превышает 1 мкм. Химический состав пахты зависит от качества молока и способа сбивания сливок. Различают пахту, полученную при производстве сливочного масла методом сбивания сливок в маслоизготовителях непрерывного и периодического действия, а также методом преобразования высокожирных сливок. При этом более полноценной является пахта, полученная методом сбивания периодическим способом, в особенности кисломолочного масла. Массовая доля липидов в пахте обычно составляет 0,4…0,7 % при плотности 1,027 г/см3 и кислотности 15…50 °Т.

Высокая пищевая ценность пахты позволяет непосредственно употреблять готовый продукт, а также использовать его в приготовлении различных продуктов питания. Хранят пахту при температуре 6…8 °С в закрытых резервуарах. Срок хранения не более 36 ч.

18.9.5.3. Молочная сыворотка

Молочная сыворотка является побочным продуктом технологических процессов производства сыров, творога и казеина. В зависимости от вида основного продукта вырабатывают подсырную, творожную или казеиновую сыворотки.

Основным компонентом в химическом составе молочной сыворотки является лактоза, которая составляет в сухом веществе 70…75%. В составе сухого вещества молочной сыворотки может быть до 6,3…12,4% липидов при жирности продукта в технологическом процессе от 0,05 до 1,0%. Причем липиды в молочной сыворотке диспергированы больше, чем в цельном молоке. Фракционный состав в молочной сыворотке представлен в основном сывороточными белками.

Молочная сыворотка также является ценным пищевым продуктом, особенно за счет высокого содержания лактозы и витамина С. Однако молочная сыворотка имеет среди молочных продуктов вторичного сырья самую высокую кислотность — до 70…75 °Т и самую низкую плотность — 1,023 г/см3.

Высокое содержание лактозы, которая является питательным субстратом микроорганизмов, способствует размножению молочнокислых бактерий. В результате могут возрастать показатели титруемой кислотности сыворотки, понижаться значения рН, повышаться мутность. Поэтому

441

Глава 18. Биохимия молока

ее рекомендуется хранить при 4…8 °С. Длительное хранение молочной сыворотки можно обеспечить за счет добавления перекиси водорода — до 0,03 % к общему объему сыворотки.

18.9.6. Молочно-белковые концентраты

Обезжиренное молоко, пахта и молочная сыворотка служат источниками получения молочно-белковых концентратов (МБК), поскольку содержат до 90 % белков, обогащены углеводами, витаминами и минеральными веществами. В составе МБК высокое содержание незаменимых аминокислот, фосфолипидов. В зависимости от содержания сухих веществ МБК подразделяются на жидкие (до 80% сухих веществ) и сухие (до 12% влажности). В составе МБК содержатся различные белки: казеин, казеинаты, копреципитаты, сывороточные белки.

18.9.6.1. Казеин и технология его производства

Казеин является основным белком молока. В коровьем молоке содержится около 2,8…3,4% белка, на долю которого приходится до 80% казеина (2,2…2,8%). Присутствует казеин в молоке не в свободном виде, а в соединении с кальцием (казеинат кальция). В свежем молоке казеин находится

вформе небольших частиц (мицелл казеина). При скисании молоко свертывается, и казеин может выпасть в осадок в виде творожного сгустка.

Казеин принадлежит к группе белков, называемых фосфопротеинами. Как и все белки, он образован за счет последовательного связывания аминокислотных остатков, соединенных друг с другом в полипептидную цепь и имеющую компактную нативную конформацию. На поверхности белковой глобулы располагаются аминокислотные остатки, содержащие гидроксильные группы, часть из которых фосфорилировано. Эти остатки фосфорной кислоты способны связывать ионы кальция.

Растворимость казеина в различных растворах служит важным фактором, определяющим его промышленное получение. Казеин растворим в разбавленных растворах щелочей и в сильных кислотах, однако нерастворим в разбавленных слабых кислотах, где он может выпасть

восадок.

Для производства казеина используют обезжиренное молоко или пахту с максимально допустимым содержанием липидов не более 0,05%. Казеин получают разными способами. Один из них состоит в том, что в молоко добавляют немного кислоты. Этим казеин освобождают от кальция, а затем его осаждают слабым нагреванием. Второй способ основан на добавлении сычужного фермента, вызывающего свертывание молока. Получаемый при этом творожный сгусток служит для изготовления сыров.

442