17.ТЕХНОЛОГИЯ МОЛОКА И МОЛОЧНЫХ ПРОДУКТОВ исп

17. ТЕХНОЛОГИЯ МОЛОКА И МОЛОЧНЫХ ПРОДУКТОВ

Предприятия молочной отрасли выпускают широкий ассортимент молочной продукции: молоко пастеризованное и стерилизованное, сливки пастеризованные и стерилизованные, кисломолочные продукты, сметану, творог и творожные изделия (сырки, творожки, творожные массы, десерты и др.), сыры, масло сливочное, мороженое, молоко и сливки концентрированные, сгущенные, сухие и др. Ежегодно в республике перерабатывается более 4,4 млн. т молока. Крупнейшими молокоперерабатывающими предприятиями республики являются: ОАО «Савушкин продукт» (более 260 тыс. т перерабатываемого молока в год), ОАО «Бабушкина крынка» (около 195 тыс. т), ОАО «Слуцкий СК» (более 166 тыс. т). Около 150 тыс. т молока ежегодно перерабатывают ОАО «Рогачевский МКК» и ОАО «Гродномолкомбинат», более 100 тыс. т – ОАО «Березовский СК», ОАО «Молоко» (г. Витебск), ОАО «Пинский МК», ОАО «Глубокский МКК», ОАО «Лидский МКК», ОАО «Молочные продукты» (г. Гомель). В Минске производством молочных продуктов занимается три предприятия: ОАО «Гормолзавод № 1» (перерабатывает более 90 тыс. т молока в год), ОАО «Гормолзавод № 2» (около 77 тыс. т) и КПУП «Гормолзавод № 3» (более 105 тыс. т). ОАО «Беллакт» (Гродненская обл.) выпускает молочные продукты для детского питания, перерабатывая около 130 тыс. т молока ежегодно.

Пищевая ценность и химический состав молока

Молоко – один из самых ценных продуктов питания. По пищевой ценности оно может заменить любой продукт, но ни один другой продукт в полной мере молоко не заменит. Пищевая ценность молока обусловлена содержанием всех необходимых для организма человека веществ: белков, жиров, углеводов, минеральных веществ, витаминов, ферментов, гормонов (табл. 5). Причем эти компоненты в молоке находятся в оптимальном сочетании.

Молоко легко усваивается, способствует созданию кислой среды в кишечном тракте и подавляет развитие гнилостных процессов; казеин молока образует нерастворимые соли с тяжелыми металлами и выводит их из организма.

Белки молока являются самыми полноценными из всех животных белков. Биологическая ценность молочного жира обусловлена наличием полиненасыщенных жирных кислот (линолевой, линоленовой, арахидоновой) и жирорастворимых витаминов. В молоке велико содержание солей кальция и фосфора, которые необходимы для формирования костной ткани, деятельности мозга, восстановления крови. Эти элементы находятся в молоке в легко усвояемой форме и в сбалансированных соотношениях. Биологическая ценность молока дополняется содержанием в нем почти всего комплекса витаминов.

Энергетическая ценность молока составляет 2720 кДж/кг. Молоко содержит 11–13% сухого остатка, который определяет-

ся высушиванием навески молока при (102±2) С до постоянной массы. Более стабильным является содержание СОМО – сухого обезжиренного молочного остатка, которое составляет 8–9%. По величине СОМО судят о натуральности молока, она должна быть не ниже 8%.

Белки молока. Содержат все незаменимые аминокислоты в сбалансированном соотношении и легко перевариваются в желудочнокишечном тракте. Из данных табл.1 (Глава 1) видно, что сывороточные белки имеют высокую биологическую ценность, а казеин в некоторой степени дефицитен по серосодержащей аминокислоте цистину.

Коровье молоко содержит 6 главных белков (четыре фракции казеина: αS1-казеин, αS2- казеин, β-казеин, κ-казеин; β-лактоглобулин; α-лактальбумин), небольшое количество других белков (альбумина сыворотки крови и иммуноглобулинов) и производные (продукты протеолиза) фракций казеина.

На практике под казеином понимают смесь фосфопротеидов, осаждаемых из обезжиренного молока при подкислении до рН 4,6– 4,7. Принадлежность казеина к фосфопротеидам обусловлена наличи-

ем в его составе фосфорной кислоты, присоединенной моноэфирной связью к остаткам серина:

Серинфосфорная кислота

Казеин

Очищенный казеин, выделенный из молока с помощью уксусной кислоты, представляет собой аморфный порошок белого цвета без запаха и вкуса, практически не растворимый в воде, растворимый в слабых растворах щелочей, солей щелочных и щелочноземельных металлов и минеральных кислот. Он может быть разделен на фракции, различающиеся по составу и свойствам.

Фракции казеина различаются первичной структурой полипептидных цепей и степенью фосфорилирования. Фракции имеют близкие молекулярные массы (19 000–24 000 Да), количество аминокислотных остатков в молекуле αS1-, αS2- , β- и κ-казеина составляет соответственно 199, 207, 209 и 169. В молоке преобладают αS1- и β-казеин, их доля составляет 38 и 39%, αS2- и κ-казеин содержатся в меньшем количестве (10 и 13% от всего казеина). Фосфопротеиды αS1-, αS2- и β-казеин чувствительны и ионам кальция, κ-казеин – гликофосфопротеид, к ионам кальция не чувствителен, но осаждается сычужным ферментом.

Гетерогенные фосфопротеиды казеина самоассоциируются в мицеллы в присутствии кальция, цитратов и фосфатов. В виде мицелл в молоке содержится до 95% казеина. Остальная часть (растворимый казеин) – в виде мономеров, полимеров фракций казеина и небольших субмицелл, остающихся в супернатанте при ультрацентрифугировании.

В растворе казеин имеет ряд свободных функциональных групп, которые обусловливают его заряд, характер взаимодействия с водой (гидрофильные свойства) и способность вступать в химические реакции. В свежем молоке (рН 6,6–6,7) казеин имеет отрицательный заряд. Равенство положительных и отрицательных зарядов (изоэлектрическое состояние) наступает в кислой среде при рН 4,6–4,7.

Способность казеина связывать воду имеет большое практическое значение. От его гидрофильных свойств зависит устойчивость

мицелл в сыром, пастеризованном и стерилизованном молоке. В процессе высокотемпературной тепловой обработке молока происходит взаимодействие денатурированного β-лактоглобулина с казеиновыми мицеллами, в результате чего гидрофильные свойства казеина усиливаются. От интенсивности этого взаимодействия зависят структурномеханические свойства (прочность, способность отделять сыворотку) кислотного и кислотно-сычужного сгустков, образующихся при выработке кисломолочных продуктов и сыра.

К сывороточным белкам относят группу азотистых соединений молока, которые остаются в сыворотке после осаждения казеина. Сывороточные белки составляют около 20% белков молока. Это группа глобулярных белков, отличающихся друг от друга по структуре и свойствам. Главным представителем является β-лактоглобулин, на долю которого приходится около 50% всех сывороточных белков, α- лактальбумин составляет около 20%. В небольшом количестве содержатся альбумин сыворотки крови, иммуноглобулины и другие белки. В отличие от казеинов сывороточные белки не ассоциируют друг с другом и не осаждаются в изоэлектрической точке, их молекулярная масса колеблется в широком интервале (от 14 000 до 1 000 000 Да). Полипептидные цепи сывороточных белков не содержат фосфорных эфиров, отличаются большим количеством серосодержащих аминокислот, характеризуются равномерным распределением вдоль цепи полярных и неполярных аминокислот, поэтому имеют компактную вторичную структуру. По сравнению с казеином сывороточные белки менее чувствительны к кальцию, но более чувствительны к нагреванию, которое вызывает их денатурацию.

И казеин, и сывороточные белки проявляют генетический полиморфизм, первичные структуры генетических вариантов отличаются друг от друга, как правило, заменой одного или двух аминокислотных остатков.

Небелковые азотистые вещества. Это промежуточные и ко-

нечные продукты азотистого обмена, которые попадают в молоко из крови животного. Важнейшими из них являются мочевина, пептиды, аминокислоты, аммиак, оротовая и мочевая кислоты и др. Эти компоненты влияют на кислотность молока, кислотообразующую способность заквасок и другие показатели.

Липиды молока. Основным компонентом молочного жира являются триацилглицерины, на долю которых приходится 97–98%. Кроме того в молоке содержатся моно- и диацилглицерины, фосфо- и

гликолипиды, свободные жирные кислоты, стерины, жирорастворимые витамины и пигменты.

В триацилглицеринах молочного жира обнаружено почти 400 остатков жирных кислот с числом углеродных атомов от 4 до 26, среди них есть насыщенные, с четным и нечетным числом атомов углерода, моно- и полиненасыщенные (цис- и транс-изомеры), линейного и разветвленного строения, гидрокси- и кетокислоты. Однако лишь 10–13 кислот с четным числом атомов углерода встречаются в количестве более 1–5%. Это пальмитиновая, стеариновая, миристиновая, олеиновая, элаидиновая, линолевая, линоленовая, арахидоновая кислоты, а также более низкомолекулярные: масляная, капроновая, каприловая, каприновая, лауриновая. Содержание насыщенных кислот колеблется от 58 до 77%, достигая максимума зимой и минимума летом, содержание ненасыщенных зимой составляет 25–39%, летом – 34–47%. Количество полиненасыщенных жирных кислот (линолевой, линоленовой, арахидоновой) в молочном жире по сравнению с растительными маслами невелико и составляет 3–5%, их содержание выше летом. Однако летом биологическая ценность жира снижается из-за содержания полиненасыщенных жирных кислот с сопряженными связями, которые быстро окисляются кислородом воздуха.

Содержание остальных кислот не превышает 1%, а некоторые (минорные) найдены в следовых количествах.

Моно- и полиненасыщенные жирные кислоты содержатся в молочном жире главным образом в цис-форме, но могут иметь и транс- конфигурацию. Количество транс-изомеров в молоке выше летом и может составлять более 5% общего содержания кислот, в сливочном масле – до 15%, в маргарине – 30–50%. По неуточненным данным Международной молочной федерации содержание транс-изомеров в составе потребляемых жиров более 28% может представлять угрозу для здоровья, поскольку они не усваиваются в организме человека и вызывают ряд заболеваний – сахарный диабет, ожирение, атеросклероз и др.

Фосфолипиды и гликолипиды (представленные в молоке в основном цереброзидами) содержатся в оболочках жировых шариков. Технологическая переработка молока вызывает их перераспределение между фазами. При сепарировании до 70% фосфолипидов молока переходит в сливки, при сбивании последних в масло уходит меньше половины фосфолипидов (30–45%), большая часть остается в пахте. При производстве сыра основное количество фосфолипидов переходит в сырную массу.

Содержание стеринов в молоке составляет 0,01–0,02%, в сливочном масле – 0,17–0,19%, в сыре – 0,28–1,55%. Стерины в основном растворены в жире, частично входят в состав оболочек жировых шариков. Стерины в молоке в основном представлены холестерином. Вместе с тем, исследованиями американских ученых было показано, что употребление молочных продуктов может способствовать уменьшению биосинтеза холестерина в печени взрослого человека и снизить его уровень в сыворотке крови. Предполагается, что ингибитором процесса биосинтеза холестерина из ацетата является оротовая кислота, которая образуется в процессе синтеза пиримидиновых азотистых оснований. Содержание оротовой кислоты в коровьем молоке составляет 2–8 мг%, в овечьем – до 30 мг%.

Желтая окраска молочного жира обусловлена наличием в нем каротиноидов. Содержание их в молоке колеблется от 0,05 до 0,90 мг/кг и зависит от времени года. При выработке некоторых видов масла (бутербродное и др.) в сливки вносят раствор β-каротина. При пастеризации каротин разрушается незначительно (на 10–13%), а сгущение и сушка молока приводят к уменьшению его содержания на 20%. Хранение молока или масла при доступе кислорода или под действием света вызывает более значительные потери каротина.

Жирорастворимые витамины А, D, Е, K и их провитамины присутствуют в молоке главным образом в составе оболочек жировых шариков. Витамин А образуется в слизистой кишечника животных из каротинов корма. Для человека сливочное масло, сливки, сметана, сыры являются основными поставщиками витаминов А, D и β-каротина. Витамины Е и K в молоке содержатся в небольшом количестве.

В последнее время во многих странах стало развиваться производство молочных продуктов (сливочного масла, сметаны, мороженого, сухого и сгущенного молока, плавленых сыров, молочных десертов и др.) с комбинированным жировым составом. Это связано с экономией молочного жира, повышением биологической ценности комбинированных молочных продуктов за счет увеличения содержания полиненасыщенных жирных кислот и снижением количества холестерина.

Для технологической обработки молока важное значение имеет то, что жировая фаза находится в плазме молока в виде шариков более или менее правильной формы, окруженных защитными липопротеидными оболочками. Размер и количество шариков жира в молоке непостоянны и зависят от породы животных, стадии лактации, кормовых рационов и других факторов. В 1см3 молока содержится 1,5 ∙ 1010 ша-

риков жира, их средний диаметр – 2,5–4,6 мкм (при колебаниях от 1 до 10 мкм и более). Размеры шариков жира имеют практическое значение, так как определяют степень перехода жира в продукт при производстве сливок, масла, сыра, творога и т. д.

Физическая стабильность шариков жира в молоке и молочных продуктах, их поведение при отстое сливок и технологической обработке (гомогенизации, пастеризации и т. д.) в основном зависят от состава и свойств оболочек.

Многочисленными исследованиями показано, что оболочки шариков жира состоят из липидов, белков, минеральных элементов. По- верхностно-активные компоненты ориентированы таким образом, что снижают поверхностное натяжение, создают гидратные оболочки, а значит, повышают агрегативную устойчивость жировой эмульсии. Двухвалентные катионы Mg2+, Ca2+, Zn2+ оказывают стабилизирующее действие на структуру оболочки, образуя «мостики» между отрицательно заряженными группами белковых и липидных компонентов.

По данным электронно-микроскопических исследований оболочки жировых шариков состоят из двух слоев различного состава – внутреннего тонкого, плотно прилегающего к жировой глобуле, и внешнего рыхлого, легко десорбируемого при технологической обработке молока.

В свежевыдоенном молоке нативные оболочки имеют шероховатую поверхность и довольно большую толщину внешнего слоя. После перемешивания, встряхивания и хранения молока оболочки шариков жира становятся более гладкими и тонкими. Эти изменения обусловлены десорбцией (высвобождением) части фосфолипидов, белков и ферментов из оболочек в плазму. Одновременно происходит сорбция иммуноглобулинов, казеиновых мицелл, липазы и других компонентов плазмы на поверхности оболочек жировых шариков. Это приводит к снижению прочности и даже к частичному разрыву оболочек. Значительное изменение структурной организации оболочек жировых шариков вплоть до их разрыва может произойти при длительном воздействии на молоко высоких температур. Это происходит вследствие денатурации структурных белков оболочек.

Серьезные изменения состава и структуры оболочек происходят при гомогенизации молока и сливок. При возрастании общей поверхности жировых шариков нативный материал оболочек замещается казеиновыми мицеллами и денатурированными сывороточными белками, т. е. происходит построение новых оболочек.

Во время гомогенизации меняются физические и технологические свойства молока – способность к кислотной и сычужной коагуляции и термоустойчивость.

Оболочки могут быть разрушены полностью лишь в результате специального механического воздействия, применяемого, например, при получении сливочного масла.

Таким образом, стабильность жировой эмульсии молока можно объяснить следующими факторами:

–на поверхности оболочек жировых шариков находятся полярные группы (карбоксильные, карбонильные, фосфатные, аминогруппы

идр.) и создается суммарный отрицательный заряд. В результате присоединения к отрицательно заряженным группам катионов Mg2+, Ca2+ и других образуется двойной электрический слой, возникает ζ-потенциал

идействуют электростатические силы отталкивания, превышающие силы притяжения;

–дополнительное стабилизирующее действие оказывают гидратные оболочки, которые формируются вокруг полярных групп;

–на границе раздела фаз создается структурно-механический барьер, поскольку оболочки шариков обладают повышенной структурной вязкостью, механической прочностью и упругостью.

Углеводы молока. Основным углеводом молока является дисахарид лактоза (молочный сахар), моносахариды (глюкоза, галактоза и др.) присутствуют в молоке в небольшом количестве, более сложные олигосахариды – в виде следов.

Содержание лактозы в коровьем молоке составляет 4,5–5,0%, в основном она находится в свободном состоянии.

При окислении лактозы слабыми окислителями (раствор Фелинга, йод и др.) образуется лактобионовая кислота (рис. 50), эта реакция используется для количественного определения лактозы в молоке.

β-форме. Кристаллизация лактозы – важная технологическая операция при выработке сгущенного молока с сахаром.

При нагревании водных растворов лактозы до температуры 100 С и выше происходит трансформация глюкозы во фруктозу и образуется лактулоза (рис. 52).

Лактулоза Рис. 52. Структура лактулозы

Лактулоза в 1,6–2,0 раза слаще лактозы, хорошо растворяется в воде, не кристаллизуется даже в концентрированных растворах. Ее считают наиболее активным бифидогенным фактором. Установлено, что лактоза не переваривается в верхнем отделе желудочнокишечного тракта, а, попадая в толстый кишечник, способствует развитию бифидобактерий. Они превращают лактулозу в молочную, уксусную и другие кислоты, что препятствует развитию посторонней микробиоты. В настоящее время лактулозу используют при производстве продуктов детского питания, а также диетического и лечебнопрофилактического питания взрослых.

Нагревание растворов лактозы в присутствии аммиака и аминов приводит к легкому побурению, что связано с образованием меланоидинов – веществ темного цвета с явно выраженным привкусом карамелизации.

Под действием фермента β-галактозидазы (лактазы) лактоза гидролизуется до моносахаридов. Ферментные препараты используют для получения молочных продуктов с низким содержанием лактозы.

Под действием ферментов дрожжей, молочнокислых и других бактерий лактоза подвергается гидролизу и дальнейшему глубокому распаду (брожению) с образованием кислот, спиртов, эфиров и других продуктов. Различают молочнокислое, спиртовое, пропионовокислое, маслянокислое и другие виды брожения.