3 Вплив процесу стерилізації на зміну якості харчових продуктів.

Стерилізація молочної сировини поряд з інактивацією мікроорганізмів призводить різною мірою до інтенсифікації хімічних реакцій, що відбуваються з його компонентами при нагріванні. Певні незворотні фізико-хімічні зміни компонентів молока, викликані нагріванням, призводять до змін його смаку, кольору, запаху, харчової та біологічної цінності. Ці зміни є небажаними як з точки зору погіршення технологічних властивостей молока, так і погіршення його споживчих властивостей. Способи і режими стерилізації повинні бути підібрані таким чином, щоб забезпечити знищення мікроорганізмів, інактивувати ферменти при мінімальній зміні смаку, кольору, харчової та біологічної цінності молочної сировини.

Відомо, що із збільшенням температури потрібно менше часу для досягнення одного і того ж ефекту стерилізації. При нагріванні вище 100 ° С зі збільшенням температури на кожні 10 ° С швидкість руйнування термофільних мікроорганізмів від нагрівання зростає в 11 разів, а мезофільних – в 30 разів, у той час як інтенсивність побуріння молока, за якою побічно судять про зміни його компонентів, зростає всього лише в 2,5–3 рази. Це пояснюється тим, що швидкість руйнування мікроорганізмів як більш чутливих до тепла вище швидкості хімічних реакцій.

У процесі нагрівання тепловий рух частинок і коливання атомів в молекулах посилюються. При певній температурі поглинена енергія досягає величини енергії активації для розриву або утворення зв'язків. Внаслідок цього при нагріванні всі складові частини молока з незначною енергією зв'язку зазнають змін. Ступінь зміни складових частин молочної сировини при тепловій обробці залежить від температури і часу витримки. Найбільші зміни відбуваються при певній температурі нагрівання і тривалій витримці молочної сировини – при 65 ° С і витримці 30 хв (пастеризація), при 115–120 ° С і витримці 15-20 хв (стерилізація в упаковці).

Найсильніші зміни під час стерилізації зазнають сироваткові білки, ферменти і окремі вітаміни. Казеїн і істинно розчинні компоненти молока змінюються незначно.

Білки. Білки з високим вмістом водневих і легко розщеплюються ковалентних зв'язків особливо схильні до змін при нагріванні. Найбільшою кількістю таких зв'язків володіють сироваткові білки.

За ступенем реакції на нагрівання найбільш термолабільними є імуноглобуліни, альбумін сироватки крові, β-лактоглобулін і α-лактальбуміну.

Залежно від умов нагрівання веде до часткової або повної денатурації сироваткових білків, до реакцій між сироватковими білками і фракціями казеїну, а також між сироватковими білками і іншими компонентами молочної сировини.

При тепловій денатурації молекула білка з глобули (нативний стан) переходить в розгорнутий (денатурований) стан.

При вивільненні сульфгідрильних груп знижується окисно-відновний потенціал. SН-групи, володіючи відновними властивостями, протидіють окисленню і пов'язаній з ними появі окисленого присмаку. Максимальна активізація сульфгідрильних груп досягається при температурах близько 110 ° С. Тому при виробництві вершкового масла температуру пастеризації вершків бажано встановлювати вище 105 ° С, щоб зменшити небезпеку самоокислення жиру в готовому маслі при зберіганні.

Вивільнення сульфгідрильних груп при тепловій денатурації сироваткових білків, утворення комплексів з ними, а також утворення летких сірчистих сполук надає молоку присмак пастеризації, а при збільшенні кількості вільних сульфгідрильних груп з підвищенням інтенсивності нагріву - присмак перепастерізації. При звичайних режимах пастеризації молока, прийнятих у молочній промисловості, ці специфічні запах і смак виражені слабо, зникають зазвичай через 2 - 3 дні і не вважаються вадою. Стерилізована при високих температурах молочна сировина володіє в тій чи іншій мірі (залежно від температури і тривалості її впливу) цими присмаками.

Денатурація і агрегування сироваткових білків при стерилізації та УВТ-обробці призводять до посилення білизни і непрозорості молока. Цьому ж сприяє руйнування β-каротину та інших пігментів. Частка денатурованих сироваткових білків залежить від температури нагріву молочної сировини і тривалості її впливу. Наприклад, при стерилізації сироваткові білки денатурують так само нерівномірно: стерилізація в упаковці призводить майже до 100%-ної денатурації, а УВТ-обробка (135-145 ° С з витримкою 2-4 с) –до денатурації 40-80% (за іншими даними - 60-70%) сироваткових білків. Причому, непрямий нагрів при УВТ-обробці призводить до денатурації 82% β-лактоглобуліну і 53% α-лактальбуміну, а при прямому нагріві денатурація цих білків становить 60 і 40% відповідно. Звідси можна зробити висновок, що на ступінь денатурації сироваткових білків більше впливає тривалість витримки, ніж температура нагрівання.

Денатуровані при нагріванні сироваткові білки утворюють агрегати, які мають невеликий розмір і досить сильно гідратовані. Внаслідок цього вони в основному залишаються в розчині, і лише невелика частина у вигляді пластівців осідає на поверхні теплового обладнання.

Найвищим вмістом сульфгідрильних груп характеризується β-лактоглобулін. Денатурований нагріванням β-лактоглобулін утворює комплекси з ϰ-казеїном, які дозволяють утримати в розчині сам β-лактоглобулін і змінюють поверхневі властивості казеїнових міцел, внаслідок чого підвищується стабільність казеїну до нагрівання, але погіршується здатність до сичужного зсідання.

Казеїн в порівнянні з сироватковими білками більш термостійкий: він витримує без коагуляції нагрівання до 140 ° С протягом 10-20 хв. Теплова стабільність казеїну залежить від величини рН, концентрації іонів кальцію і ступеня денатурації сироваткових білків. Вона зменшується при зниженні рН, збільшенні концентрації іонів водню і ступеня денатурації сироваткових білків.

Вплив на термостійкість казеїну концентрації іонів кальцію і рН компенсують у виробництві стерилізованих і згущених молочних продуктів шляхом додавання до молочної сировини солей-стабілізаторів, наприклад динатрійдифосфату.

Незважаючи на високу термостабільність, казеїн при нагріванні зазнає фізико-хімічних змін, що впливає на його технологічні властивості і харчову цінність. При нагріванні молока відбувається гідроліз пептидних зв'язків казеїну, дефосфорилювання, комплексоутворення з сироватковими білками і лактозою і т. д.

Молочний цукор.Унаслідок розпаду термолабільних білків відбуваються кількісні та якісні зміни; вільні амінокислоти активно взаємодіють з іншими компонентами молока, зокрема з лактозою. При цьому відбувається реакція Майара, або реакція меланоідиноутворення. У початковій стадії лактоза взаємодіє з вільними групами амінокислот з утворенням аміноцукрової комплексу - лактозаміна, який при подальшому нагріванні переходить в лактулозамін. Потім після відщеплення від нього аміну утворюються різні альдегіди. Ці речовини, вступаючи в реакцію з амінокислотами, утворюють сполуки коричневого кольору–меланоїдини.

Стерилізація молочної сировини викликає не тільки утворення меланоідинів, але і розпад лактози з утворенням вуглекислого газу і кислот –мурашиної, молочної, оцтової та ін. При цьому кислотність молока збільшується на 2-3 ° Т, що необхідно враховувати при визначенні можливості його використання при виробництві стерилізованого молока.

Ліпіди.Тригліцериди молочного жиру в процесі нагрівання майже не змінюються, але при тривалій витримці частина їх гідролізується. При цьому зростає кількість дигліцеридів, а ненасичені жирні кислоти частково окислюються до альдегідів і кетонів. При УВТ-обробці молочної сировини відбувається утворення лактонов і метілкетони з відповідних окси- і кетокислот.

Теплова обробка по-різному впливає на вміст вільних жирних кислот. Вільні леткі жирні кислоти (мурашина, оцтова, пропіонова, масляна, капронова та ін.) утворюються в результаті теплової обробки вершків і створюють приємний смак і запах вершкового масла, але їх вміст при цьому не повинен перевищувати 30 - 40 мг / кг, в іншому випадку якість продукту буде погіршуватися (особливо при накопиченні масляної кислоти), з'являться присмаки, в тому числі і ліполізний, що погіршують якість продукту. При звичайній пастеризації молочної сировини їх кількість практично не змінюється; в деяких випадках відзначається невелике зниження в результаті часткового випаровування летких жирних кислот.

Більш помітних змін при тепловій обробці піддаються оболонки жирових кульок. Навіть при низьких температурах пастеризації білки і фосфоліпіди переходять з поверхні жирових кульок в плазму молока. Однак ступінь дестабілізації оболонок жирових кульок невелика, оскільки вони відновлюються за рахунок адсорбції казеїну і сироваткових білків.

При стерилізації молочної сировини через денатурацію оболонкових білків оболонки жирових кульок частково руйнуються, з'являється вільний жир, який піддається ліполізу і, як наслідок, прогіркненню при зберіганні молочних продуктів. Для підвищення стійкості жирової емульсії при стерилізації проводять гомогенізацію молочної сировини.

Ферменти. Білкові компоненти ферментів молочної сировини близькі за будовою, структурою та властивостями до сироватковим білкам. Вони так само, як і сироваткові білки, термолабільні і денатурують при нагріванні. У результаті відбувається інактивація ферментів. Разом з тим, деякі ферменти відрізняються високою теплостійкістю. Найбільш чутливі до нагрівання альдолаза, нативна ліпаза, каталаза і лужна фосфатаза. Наприклад, лужна фосфатаза інактивується при тривалій і короткочасної пастеризації повністю. Тому вона обрана в якості індикатора для визначення ефективності пастеризації. Досить стійкі при нагріванні кисла фосфатаза, бактеріальна ліпаза, ксантіноксідаза, пероксидаза. Для їх інактивації потрібна температура вище 85 ° С. Інактивація ферментів при стерилізації є позитивним фактором, так як сповільнюються процеси псування молочних продуктів при зберіганні. Однак можлива повторна активація ферментів після теплової обробки. Так, після інактивації нагріванням відновлюється активність пероксидази, каталази і лужної фосфатази.

Вітаміни.Вітаміни є одними з найбільш чутливих до нагрівання компонентів молочної сировини. У процесі пастеризації вітаміни руйнуються менше, ніж у процесі стерилізації, але і в тому і іншому випадку ступінь їх руйнування залежить більше від тривалості нагрівання, ніж від температури, а також від способу теплової обробки.

Водорозчинні вітаміни більш схильні до руйнування від нагрівання, ніж жиророзчинні. При пастеризації вітаміни С і В₁руйнуються в середньому від 10 до 30%, вітаміни А і В₁₂- від 10 до 20%, найменшому руйнації піддаються вітаміни В₂і В₆- від 0 до 10%. Вітаміни D, Е, біотин, пантотенова кислота та нікотинова кислота при режимах пастеризації молока не руйнуються.

Стерилізація приводить до більш помітного руйнування вітамінів. УВТ-обробка веде до втрати на 10-35% майже всіх вітамінів. Тривала стерилізація руйнує майже на 100% вітаміни С і В₁₂, на 25-59% - вітаміни А, В₁, В₆і на 10% вітамін В₂. Втрати вітамінів С і В₁₂можна зменшити шляхом проведення деаерації молочної сировини перед стерилізацією, так як встановлено зв'язок між кількісним зміною аскорбінової кислоти, що відбувається в результаті наявності розчиненого кисню в молоці, і втратою вітаміну В₁₂.

Пантотенова і нікотинова кислоти не руйнуються при УВТ-обробці молока. Втрати тіаміну при тих же режимах становлять до 15%, а при тривалій стерилізації - до 25%.

Мінеральні речовини.При нагріванні молочної сировини порушується співвідношення між розчинним і колоїдним фосфатом кальцію. Розчинний кальцій переходить в колоїдний стан, причому підвищується кислотність молока. Однак помітне зниження рН настає лише при дуже високих температурах.

Частина колоїдного кальцію відкладається на поверхні теплового обладнання разом з денатурованими сироватковими білками, утворюючи жорсткий осад, так званий «молочний камінь», що важко піддається розчиненню при митті.

Інша частина колоїдного кальцію осідає поряд з денатурованими сироватковими білками на казеїнових міцелах, блокуючи активні центри, що знаходяться на їх поверхні, і знижуючи тим самим здатність казеїну до сичужного зсідання. Для відновлення здатності пастеризованого молока до сичужного зсідання в нього перед внесенням сичужного ферменту при виробництві сирів додають розчинні солі кальцію у вигляді СаСl₂.