книги из ГПНТБ / Овчинников, А. И. Биохимия молока и молочных продуктов

в свою очередь приводит к резкому изменению его физических свойств. Молочная кислота как более сильная, вытесняет фос­ форную и лимонную кислоты из их основных соединений, раз­ рушая тем самым буферную систему молока:

СаНР0.4-|- 2С3Н0О3-----> (С3Н50 3)2 Са -)- Н3Р 0 4,

При дальнейшем накоплении молочной кислоты будет происхо­ дить постепенное отщепление кальция от казеина, а когда pH молока станет равным 4,7, что соответствует изоэлектрической точке казеина, последний коагулирует, образуя сгусток. Кроме того, молочная кислота придает приятный специфический кисло­ ватый вкус простокваше, кефиру, кумысу.

В кисломолочных продуктах со смешанным брожением наряду с молочной кислотой образуется этиловый спирт и угле­ кислый газ. Возбудителем спиртового брожения являются дрожжи, которые в своих клетках синтезируют фермент лак­ тазу. При этом следует отметить, что не все дрожжи выраба­ тывают фермент лактазу, а только так называемые «истинные», остальные могут сбраживать молочный сахар, только находясь в симбиозе с- молочнокислыми бактериями [244]. Способность дрожжей вырабатывать спирт и углекислый газ зависит от мно­ гих факторов, из которых наибольшее значение имеют вид дрожжей, pH среды, температура и количество молочного сахара в исходном сырье. Дрожжи хорошо развиваются в кис­ лой среде, однако их жизнедеятельность приостанавливается при сравнительно высокой концентрации водородных ионов. Выде­ ляемый при спиртовом брожении углекислый газ, оказывает заметное влияние на биохимические процессы, происходящие в кефире и кумысе. Накапливаясь в продукте, он вытесняет кислород и тем самым создает анаэробные условия, благоприят­ ные для развития молочнокислых бактерий. Кроме того, пудырьки углекислого газа, проходя через сгусток, разрушают его, вследствие чего в продукте образуютсямелкие хлопья.

Как видно из суммарного уравнения спиртового брожения СбН120б->2С2Н50 Н + 2С0 2, спирт и углекислый газ образуются в соотношении 1 : 1, причем их количества будут определяться, кроме вышеуказанных факторов, видом кисломолочного продук­ та, а также продолжительностью выдержки (созреванием) при соответствующих температурах. В простокваше гетероферментативного брожения накапливается очень мало .спирта (от сле­ дов до 0,01%), при этом образующаяся углекислота полностью растворяется в водной фазе,'далеко не достигая предела насы­ щения и не выделяясь поэтому в виде пузырьков газа. В кисло­

190

молочных продуктах со смешанным брожением (кефир, кумыс и др.) образуются значительные количества спирта и углекис­ лого газа, чем они ‘резко отличаются от простокваши. Кумыс и лечебный кефир в зависимости от продолжительности созрева­

2,5%. В кефире для массового употребления по существующему стандарту должно быть не более 0,6^/0 спирта (фактически его содержание ниже, в среднем 0,1%). В кисломолочном'напитке курунге количество спирта достигает 1,0%.

Кроме молочной кислоты, спирта, углекислого газа, в кисло­ молочных продуктах образуются другие химические вещества, придающие им специфический аромат. К ним относятся летучие кислоты (уксусная, пропионовая, масляная),’эфиры и аромати­ ческое вещество — диацетил. Все эти химические соединения, образующиеся вследствие брожения лактозы, в конечном счете, обусловливают вкусовые и ароматические достоинства кисло­ молочных продуктов.

Молочнокислые бактерии обладают различной способностью продуцировать эти химические вещества. Одни из них (Str. lactis) образуют почти только одну молочную кислоту и весьма мало других веществ; другие виды молочнокислых стрептокок­ ков образуют как молочную кислоту, так и ароматические веще­ ства (Str. cremoris, Lbm. acidophilum, Lbm. bulgaricum); третьи,

являясь слабыми кислотообразователями, способны вырабаты­ вать в большом количестве летучие кислоты и диацетил

(Str. diacetilactis, Str. citrovorus, Str. paracitrovorus). При удач­ ном сочетании молочнокислых бактерий можно получить продукт с высокими вкусовыми и ароматическими досто­ инствами.

Таким образом, при.изготовлении кисломолочных продуктов в первую очередь изменению подвергается молочный сахар. Поэтому содержание его в исходном сырье имеет большое зна­ чение и определяет свойства конечного продукта. Небольшое количество "сахара в коровьем молоке ограничивает-развитие спиртового брожения в кефире. В кобыльем молоке сахара в 1,5 раза больше, чем в коровьем, поэтому в кумысе происходит интенсивное спиртовое брожение и количество спирта в нем достигает 2,5%.

В кисломолочных продуктах, особенно в продуктах со сме­ шанным брожением, подвергаются изменению и белковые веще­ ства. В процессе обмена веществ молочнокислые бактерии и осо­ бенно дрожжи расщепляют белки доолока, образуя при этом целый ряд соединений, таких как полипептиды (пептоны), пеп­ тиды, дипептиды и аминокислоты. Изменение азотистых веществ

191

Данные табл. 33 показывают, что в процессе созревания кумыса (при 5—7° С) белковые вещества подвергаются гидролитическо­ му распаду: количество первичных продуктов гидролиза (пепто­ нов) через три дня увеличивается более чем в 1,5 раза (с 0,0291 до 0,0412%), а количество конечных продуктов (аминокислот и аммиака)— в два раза. Накопление аминокислот и аммиака в -кумысе свидетельствует о том, что белковые вещества в про­ цессе созревания продукта подвергаются глубокому изменению. В результате такого изменения, в кумысе, по-видимому, могут накапливаться вещества, которые оказывают влияние на вкус и запах продукта, придавая ему большую остроту. Что касается молочного жира, то во всех кисломолочных продуктах он оста­ ется без изменений.

Образование сгустка и его свойства. Как отмечалось выше,

образующаяся при кисломолочном брожении молочная кислота переводит основной белок молока — казеин из растворенного состояния в нерастворимое, вследствие чего и образуется сгус­ ток (коагулят), определяющий консистенцию продукта. Сгусток кисломолочных продуктов имеет различный характер. В одних случаях он ровный и нежный, в других плотный или рыхлый

ихлопьевидный, причем хлопья могут быть такие мелкие, что практически наличие коагулята незаметно (например, в кумысе)

ипродукт по своим физическим свойствам мало отличается от

молока. Некоторые кисломолочные продукты имеют вязкую и тягучую консистенцию. Физические свойства сгустка во многом зависят от вида микроорганизмов, применяемых при выработке продукта. При производстве обыкновенной простокваши обра­ зуется плотный сгусток, причем молоко при сквашивании долж­ но находиться в спокойном состоянии, чтобы казеиновые части-

192

цы, агрегируясь, образовали нити, а затем сетку, способную удерживать воду и растворенные в ней составные части молока. Однако такая консистенция характерна для кисломолочных про­ дуктов так называемых южных типов, в состав заквасок которых входят термофильные палочки. Что касается северных типов кисломолочных продуктов, то характерной особенностью их является слизистая, тягучая консистенция (скандинавская тэтта, финское тягучее молоко и др.).

При механическом перемешивании молока, а также вслед­ ствие газообразования, создаются условия для получения хлопьевидного сгустка, так как нити коагулированных частиц казеина разрываются и вся структура сгустка разрушается. Та­ кой сгусток характерен для кефира, кумыса и других аналогич­ ных продуктов. Несмотря на то, что в кисломолочных продуктах типа кефира происходит нарушение структуры сгустка, тем не менее явного отделения водной фазы — сыворотки не наблюда­ ется, что объясняется гидратирующей способностью частичек казенна. При продолжительном стоянии продукта частички казеина начнут уплотняться, вытеснять растворитель и произой­ дет выделение сыворотки, т. е. начнется дегидратация. В продук­ тах с плотным сгустком при длительном хранении наблюдается отделение сыворотки вследствие выраженного синерезиса. Синерезис — уплотнение, стягивание сгустка с укорачиванием нитей казеина ■и вытеснением заключенной между ними жидкости. Сииерезис в сильной степени зависит от температуры и кислот­ ности сгустка, чем они выше, тем интенсивнее идет процесс дегидратаЦии казеина. Хранение продукта и механические воз­ действия усиливают синерезис.

Все кисломолочные продукты в той или иной степени обла­ дают тягучестью, которая у болгарской простокваши, ацидофи­ лина, ацидофильно-дрожжевого молока и некоторых других видов бывает резко выражена. Тягучесть продуктов объясняется образованием в них сложных химических соединений, называе­ мых декстранами [231].

Декстраны относятся к сложным углеводам полисахаридам,

в декстранах соединены 1,6-глюкозидными связями (в местах разветвления цепи стоят 1,4-связи):

Декстраны не дают реакции с йодом, оптически активны, моле­ кулярный вес их очень высок и может достигать 600 000 000.

Водные растворы декстранов обладают вязкостью, устойчивы к действию щелочей и кислот. Синтезируются декстраны из лактозы в результате деятельности бактерий Leucon. dextranicum( синоним: Str. paracitrovorus). Образование декстранов, вероятно, происходит путем реакции трансгликозилирования

сучастием соответствующей фосфорилазы

пЛактоза----->п Галактоза -\- Декстран.

В кисломолочных продуктах по данным [231] образуется от 0,5 до 2,5% декстранов. Они, по-видимому, соединяются с белками молока, образуя декстрано-белковый комплекс, который обла­ дает большой гидрофильностью и оказывает положительное влияние на консистенцию продукта, удлиняя также срок его хранения.

ДИЕТИЧЕСКИЕ И ЛЕЧЕБНЫЕ СВОЙСТВА КИСЛОМОЛОЧНЫХ ПРОДУКТОВ

Почти все кисломолочные продукты являются диетическими продуктами, а многие из них широко используются в медицине, так как обладают лечебными свойствами. Кисломолочные про­ дукты: простокваша, ацидофилин, ацидофильное молоко, курунга, кефир, кумыс обладают диетическими свойствами и играют важную роль в питании людей, особенно больных. Диетические свойства этих продуктов заключаются прежде всего в том, что все они улучшают обмен веществ; благодаря своим вкусовым качествам и удачному химическому составу стимулируют выде­ ление желудочного сока и возбуждают аппетит. Наличие в их составе микроорганизмов, способных приживаться в кишечнике и подавлять гнилостную микрофлору, приводит к торможению гнилостных процессов и прекращению образования ядовитых продуктов распада белков, поступающих в кровь человека. Диетическая ценность кисломолочных продуктов определяется их химическим составом (табл. 34). Все основные составные части их — жир, белки, молочный сахар, легко перевариваются

вжелудочно-кишечном тракте и хорошо усваиваются организ­ мом человека. Кроме того, диетические кисломолочные продук­ ты в своем составе содержат много ценных химических веществ,

втом числе витамины и антибиотические вещества. Последние имеют важное значение для лечебных свойств этих продуктов

[240—242].

Некоторые из кисломолочных продуктов, такие как кумыс, курунга, ацидофильное молоко считаются не только диетиче­ скими, но и лечебными [242]. Кумыс, как лечебный продукт используется в России более 100 лет. Его применяют для лече­ ния некоторых форм туберкулеза, хронических бронхитов, пнев­ моний, желудочно-кишечных заболеваний и т. д. Кумыс содер-

194

жит легко усвояемые белки, большое количество витамина С, регулирует деятельность пищеварительного тракта, повышает аппетит и работоспособность. В результате кумысолечения туберкулезные больные быстро поправляются, прибавляют в весе. Особенно эффективно комбинированное лечение тубер­ кулеза антибиотиками и кумысом [27].

Кисломолочный напиток курунга имеет широкое распростра­ нение среди бурят, монголов, хакассов и других народностей Севера и Восточной Азии. Курунга из коровьего молока по сво­ им свойствам близка к кумысу. Подобно кумысу, курунга уси­ ливает отделение пищеварительных соков, повышает аппетит, улучшает обмен веществ, дает хорошие результаты при лечении туберкулеза. Лечебный эффект кумыса и курунгн объясняется не только особенностью их химического состава, но и наличием противотуберкулезных антибиотических веществ, выделяемых молочнокислыми бактериями и дрожжами [27; 240—242].

Ацидофильные кисломолочные продукты, как лечебные пре­ параты, имеют также довольно широкое распространение. К ним относят ацидофильное молоко, ацидофильную пасту и ацидо­ фильно-дрожжевое молоко; в основе их приготовления лежит молочнокислое брожение, вызываемое ацидофильной палочкой. Ацидофильно-дрожжевое молоко, рецептура которого разрабо­ тана А. Скородумовой, изготовляется с применением ацидофиль­ ной палочки и молочных дрожжей, выделяющих антибиотиче­ ские вещества, способные, задерживать рост стафилококков', возбудителей кишечных заболеваний (тифа, дизентерии) и ту­ беркулезных палочек. Антибиотические вещества, выделяемые ацидофильной палочкой, активны при pH 5,0—5,6, термостабиль­ ны и не разрушаются при кипячении [224]. При совместном развитии дрожжей и ацидофильной палочки наблюдается более высокое накопление антибиотиков.

Подбором наиболее активных штаммов дрожжей и молочно­ кислых бактерий можно получить кисломолочные продукты,, обладающие высокой антибиотической активностью.

Г Л А В А VI

ОСНОВНЫЕ БИОХИМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В СЫРАХ

Изготовление сыра можно-условно подразделить на две ста­ дии. Первая стадия включает весь процесс обработки молока до формования сыра, вторая стадия — созревание сыра. Одна­ ко обе эти стадии тесно связаны между собой. Первая стадия как бы предопределяет вторую, т. е. созревание сыра зависит не только от условий хранения сыра в подвале, ухода за ним, но и от свертывания молока сычужным ферментом, обработки зерна в ванне, температуры второго нагревания и многих других технологических операций. Строго говоря, созревание сыра на­ чинается уже при обработке молока в ванне. Тем не менее, глубокие биохимические изменения составных частей молока (сыра), придающие специфический вкус и запах сыру, проте­ кают при созревании, т. е. во второй стадии.

Наиболее важным процессом при изготовлении сыра на его первой стадии является свертывание молока сычужным фер­ ментом. Образующийся при сычужной ферментации сгусток состоит из параказеината кальция и представляет собой типич­ ный гель (сгусток), в сетке которого удерживается вода и все остальные составные части молока. Плотность такого сгустка зависит от многих факторов и, прежде всего, от количества и активности сычужного фермента, наличия в молоке ионов кальция и его pH. Чем больше вносится фермента и чем он ак­ тивнее, тем быстрее и более плотный образуется сгусток. Увели­ ченное содержание растворимого кальция в молоке ускоряет свертывание и способствует образованию плотного сгустка и, наоборот, молоко, обедненное кальцием, свертывается мед­ леннее и образует дряблый, трудно поддающийся дальнейшей обработке сгусток. Примером последнего явления может слу­ жить плохое свертывание пастеризованного молока. Как извест­ но, при нагревании молока до 70—80° С, растворимый кальций переходит в трехзамещенный фосфат кальция (Саз(Р04)2), нерастворимый в воде, вследствие чего уменьшается количество кальция в ионизированном состоянии.

Г.96

На сычужное свертывание молока в значительной мере влия­ ет концентрация водородных ионов (pH): чем ниже pH, тем быстрее происходит свертывание молока. Однако увеличение скорости образования сгустка при понижении pH молока наблю­ дается до определенного предела. pH 6,2 является оптимальным для действия сычужного фермента, дальнейшее снижение pH вызывает ускорение свертывания молока не за счет активизации сычужного фермента ионами водорода, а за счет коагуляции казеина кислотой. Сычужная свертываемость молока также зависит от индивидуальных особенностей коров. Некоторые животные дают сычужновялое молоко, т. е. такое молоко, кото­ рое образует слабый сгусток и исправить его путем добавления хлористого кальция не всегда удается. Это явление, вероятно, зависит от состояния казеина в молоке, к сожалению, оно еще

мало изучено.

Второй важной операцией изготовления сыра является обра­ ботка сгустка. Цель обработки заключается в том, чтобы уда­ лить из сгустка избыток сыворотки'и оставить такое количество, которое необходимо для дальнейшего течения биохимических процессов и получения сыра определенного типа и качества. Удаление сыворотки из сгустка (синерезис) регулируется спе­ циальными приемами, к ним относятся степень размельчения сырного зерна, температура и продолжительность обработки зерна, кислотность выделяющейся сыворотки и др.

БИОХИМИЧЕСКИЕ ИЗМЕНЕНИЯ СОСТАВНЫХ ЧАСТЕЙ СЫРНОЙ МАССЫ ПРИ СОЗРЕВАНИИ СЫРА

Под созреванием сыра понимают изменения составных час­ тей свежеприготовленного сыра, протекающие при определен­ ных условиях ухода и выдерживания в подвале, в результате которых сыр приобретает свойственный ему вкус, запах, цвет, консистенцию. При созревании твердых и мягких сыров молоч­ ный сахар разлагается полностью с образованием молочной кислоты и целого ряда других химических веществ. Белки час­ тично или почти полностью (в зависимости от вида сыра) пре­ вращаются в разнообразные растворимые азотистые соединения (пептиды, 'аминокислоты). Незначительному изменению подвер­ гается жир в твердых сырах и большему — в мягких. В свою очередь продукты разложения лактозы, белков и жиров могут реагировать как между' собой, так и с исходными веществами. Кроме того, происходит изменение структуры сырной массы. Все изменения основных составных частей сыра при созревании про­ исходят, главным образом, под влиянием ферментов, поэтому этот процесс можно назвать ферментативным или биохими­ ческим.

197

Таким образом, созревание сыра является многообразным биохимическим процессом, вследствие которого основные состав­ ные части сырной массы претерпевают ряд сложных фермента­ тивных изменений. Впервые' изучением процесса созревания сыров занимался П. А. Ильенков (1847), затем ученик Л. Пас­ тера Дюкло (1873), который главную роль в созревании сыров отводил гнилостным микроорганизмам. Позже швейцарский исследователь Фрейденрейх и его ученик Орла-Иенсен устано­ вили, что в созревании сыров принимают участйе не гнилост­ ные, а молочнокислые бактерии. Дальнейшее направление в изучении созревания сыров базировалось на непременном участии молочнокислых бактерий. Ван-Дам (1910), затем ОрлаИенсеп и Бартель в своих работах показали, что вносимый при изготовлении сыра сычужный фермент не только свертывает молоко, но и гидролитически разлагает параказеин с образо­ ванием' растворимого азота.

Исследования ряда советских ученых С. Королёва, А. Войткевича, Г. Инихова, Я. Зайковского, М. Гибшман, И. Климовского н др., проведенные с различными сырами, подтвердили предположение о том, что созревание сыров происходит при совместном действии сычужного фермента и. молочнокислых бактерий. Причем главным фактором созревания является дея­ тельность молочнокислых бактерий, которые своими протеоли­ тическими ферментами вызывают глубокий распад белков сыра.

Изменение лактозы

Лактоза в процессе созревания сыров подвергается воздей­ ствию молочнокислых бактерий и довольно быстро, через 5—10 дней, полностью исчезает. Основным продуктом сбраживания сахара является молочная кислота. Динамика ее накопления зависит от многих факторов, в том числе от состава бактериаль­ ных заквасок: гомоферментативные молочнокислые бактерии почти полностью превращают сахар в молочную кислоту, гетероферментативные стрептококки, помимо молочной кислоты, накапливают побочные продукты (спирт, органические кислоты, углекислый газ, ацетоин, диацетил). Наибольший выход молоч­ ной кислоты дают культуры Str. lactis (97%), наименьший—■ Str. paracitrovorus (66%); культуры Str. diacetilactis занимают среднее положение (И. Климовский). Молочнокислое брожение, т. е. выход молочной кислоты можно регулировать путем изме­ нения соотношения энергичных и малоэнергичных кислотообразователей в бактериальных заквасках. Выход молочной кислоты в свою очередь определяет величину титруемой и активной кис­ лотности сыра, влияющих на консистенцию продукта. По дан­ ным Я- Зайковского, изменение титруемой кислотности в про­ цессе созревания смоленского сыра следующее:

198

Титруемая кислотность сыра возрастает быстро в первые дни, дальнейшее повышение кислотности идет очень медленно (в конце созревания по данным [126] кислотность понижается* вследствие накопления щелочных продуктов распада белков). Характерным показателем кислотообразования является вели­ чина активной кислотности. Активная кислотность зависит от количества и состава бактериальной закваски, влажности сыра, температуры второго нагревания и других факторов. На рис. 4 представлено изменение активной кислотности в процессе созре­ вания костромского сыра [146]. Как видно из рис. 4, максималь­

мальное значение кислотности в сырах, созревающих в нормаль­ ных условиях, достигает только 250—300° Т и содержание сво­ бодной молочной кислоты остаётся сравнительно низким, в средг нем около 0,3%. Чем же объяснить несоответствие между коли­ чеством разложившегося сахара и образовавшейся молочной кислоты?

Во-первых, при созревании сыра часть лактозы может исполь­ зоваться на образование побочных продуктов бр'ожения (диа­ цетила, ацетоина, летучих органических кислот, спирта). Вовторых, образующаяся молочная кислота может подвергаться пропионовокислому, уксуснокислому, маслянокислому и другим

199