Свертывание белков молока сычужным ферментом является одним из наиболее важных процессов при выработке сыра. От скорости получения и структурно-механических свойств сычужного сгустка зависят структура, консистенция, рисунок и другие показатели сыра.
Механизм сычужного свертывания белков молока. Сычужное сверты вание белков молока (сычужная коагуляция казеина) носит необратимый характер и включает две стадии — ферментативную и коагуляционную. Механизм обоих стадий окончательно не установлен. Существует несколь ко теорий, объясняющих химизм взаимодействия сычужного фермента с казеинаткальций-фосфатным комплексом и последующей коагуляции параказеина — фосфоамидазная, гидролитическая и др. Основной компонент белка молока, который учавствует в формировании сгустка называется казеин. На рисунке 1. Представлена мицелла казеина.
Рис. 1 Образование и стабилизация мицелл казеина.
Источники: Сущность моделей
Slattery & Evard (1973), Schmidt (1982) и Walstra (1990), изложенная Rollema (1992). Х.С.Роллема (1992) Объединения казеинов и образование мицелл, стр.63-111
(Rollema H.S. (1992), Casein Association
and Micelle Formation, p.63-111), издательство Elsevier Sciеnce Publication Ltd.
Ниже представлена одна из теорий:
Аминокислотная цепь, образующая κ-казеин, состоит из 169 аминокислот. В этой цепи связь между аминокислотными остатками в положениях 105 (фенилаланин) и 106 (метионин) легко доступна для многих протеолитических ферментов.
Некоторые из них атакуют эту связь и расщепляют полипептидную цепь. Образующийся концевой аминосодержащий фрагмент содержит аминокислоты между 106-м и 169-м положениями, среди которых преобладают полярные аминокислоты, а также углевод, придающий этой последовательности гидрофильные свойства. Эта часть молекулы κ-казеина, называемая гликомакропептидом, выделяется в сыворотку при изготовлении сыра.
Остальная часть κ-казеина, состоящая из аминокислот между 1-м и 105-м положениями, нерастворима и остается в сгустке вместе с αs- и фракциями казеина. Эту часть называют пара-κ-казеином. Раньше считали, что весь сгусток состоит из пара-казеина.
Образование сгустка обусловлено внезапным удалением гидрофильных макропептидов и наступающей при этом неравновесностью внутримолекулярных сил. Это приводит к развитию и усилению связи между гидрофобными участками цепи за счет кальциевых связей, образующихся, когда молекулы воды, содержащиеся в мицеллах, начинают покидать структуру. Данный процесс обычно называют стадией коагуляции и синерезисом.
Расщепление связи 105–106 в молекуле κ-казеина часто называют первичной стадией действия сычужного фермента, а стадию коагуляции и синерезиса – второй стадией процесса. Имеется также третья стадия этого процесса, при которой сычужный фермент воздействует на компоненты казеина более обычным путем. Это происходит при созревании сыра.
После внесения в молоко фермента FAremax вначале образуются хлопья белка, а затем сплошной сгусток. При свертывании молока ферментом образующийся из казеина параказеин быстро коагулирует, в результате чего происходит образование сгустка. При этом сывороточные белки не коагулируют и в основном переходят в сыворотку. Под действием фермента молоко свертывается в две стадии: на первой стадии казеин превращается в параказеин (ферментативный процесс), на второй происходит коагуляция параказеина под влиянием ионов кальция (коллоидно-химический процесс).
При выработке твердых сычужных сыров с низкой и высокой температурой второго нагревания оптимальная температура свертывания 32…35°С, продолжительность 30 ± 5 мин (для сыров пониженной жирности — 35 ± 5 мин); рассольных сыров, брынзы и мягких сыров, соответственно, 28…32°С и 30…90 мин.
Увеличивают продолжительность свертывания в оптимальных пределах при переработке свежего молока для усиления активности молочнокислого процесса и восполнения недостаточной зрелости молока и при постановке более крупного зерна. Однако при более продолжительном свертывании молока интенсивнее развиваются молочнокислые бактерии, в результате чего повышается кислотность сырной массы в процессе ее последующей обработки.
Повышение температуры до 50°Си более увеличивает продолжительность свертывания (при 60° свертывания не происходит). При пониженных температурах свертывания образуется мягкий сгусток, при повышенных — вязкий (твердый). При температуре ниже 10°Свместо сгустка образуются мелкие хлопья, молоко ферментом практически не свертывается, однако при последующем повышении температуры сгусток образуется. При больших объемах производства часто применяют ферментацию молока, то есть его выдержку с сычужным ферментом при низких температурах.
Плотность сгустка перед разрезкой лимитируется скоростью его уплотнения и конечной влажностью готового зерна.
Чем меньше требуемое содержание влаги в сыре, тем меньше должны быть размеры сырного зерна, тем нежнее должен быть сгусток в начале обработки, и наоборот, чем больше требуемое содержание влаги в сыре, тем больше должны быть размеры сырного зерна и тем плотнее
Если сгусток уплотняется быстро, обработку начинают при более нежном его состоянии, если медленно — доводят до большего уплотнения.
При обработке сгустка недостаточной прочности происходит разбивка его несформировавшейся структуры, от него легко отделяются мелкие частицы и хлопья белка, образуется сырная пыль.
При излишне прочном сгустке затрудняется разрезка и постановка зерна. Вынужденное увеличение скорости режущего инструмента при обработке такого сгустка приводит к образованию большого объема сырной пыли. Очень плотный сгусток быстро обезвоживается в начале процесса обработки, но полученное зерно также быстро покрывается оболочкой, препятствующей выделению влаги. В результате эффективность дальнейшей обработки снижается и может получиться готовое зерно повышенной влажности.
Причины слабого или неравномерного свертывания молока следующие:
- недостаточность или неравномерное распределение молокосвертывающего препарата и хлорида кальция;
- низкое содержание казеина;
- недостаточная зрелость и кислотность;
- низкая температура свертывания;
- сильное разбавление молока водой;
- присутствие консервирующих, синтетических моющих веществ;
- продолжение нагрева молока после заквашивания, вследствие поступления пара в рубашку ванны из-за неплотного закрытия вентиля, прилипания сгустка к неостывшим стенкам и дну ванны;
- продолжение движения молока после начала свертывания.
Определение готовности сырного сгустка. Поверхность сычужного сгустка, готового к разрезке, должна быть ровной, гладкой, с прочной тонкой пленкой, на поверхности сгустка не должно быть пены и комочков выплавившегося жира, а также трещин и полос; цвет — однородный.
Готовность сгустка к разрезке определяют следующим способом: острым концом штапеля делают разрез сгустка, затем плоской частью штапеля вдоль разреза сгустка приподнимают его. Если сгусток дает раскол с не расплывающимися острыми краями без образования хлопьев белка и при этом хорошо выделяется прозрачная сыворотка светло-зеленого цвета, то он готов к разрезке. Сычужный сгусток, нормальный по коллоидно-физической структуре, обладает некоторыми свойствами твердого тела — упругостью и эластичностью, определяемыми по восстановлению формы и объема после сжатия (деформации), и прочностью, определяемой по сопротивлению сгустка.
Неровный излом сгустка с мелкими кусочками белка и мутно-беловатый цвет сыворотки указывают на слабую прочность сгустка.
Готовность сгустка также можно определить, слегка надавливая на него вблизи стенки ванны — готовый сгусток довольно легко отходит от стенки, почти не прилипая к ней.
Слишком нежный или слишком плотный сгусток одинаково нежелателен для разрезки. В том и другом случае затрудняется постановка однородного по размерам зерна, при этом образуется много сырной пыли (очень мелких частичек сгустка), что снижает выход сыра и отрицательно отражается на его качестве.
Причины слабого или неравномерного свертывания молока следующие:
- недостаточность или неравномерное распределение молокосвертывающего препарата и хлорида кальция;
- низкое содержание казеина;
- недостаточная зрелость и кислотность;
- низкая температура свертывания;
- сильное разбавление молока водой;
- присутствие консервирующих, синтетических моющих веществ;
- продолжение нагрева молока после заквашивания, вследствие поступления пара в рубашку ванны из-за неплотного закрытия вентиля, прилипания сгустка к неостывшим стенкам и дну ванны;
- продолжение движения молока после начала свертывания.
Прочность сгустка и его уплотнение повышаются при увеличении температуры свертывания, повышении кислотности молока, увеличении в молоке до предельно допустимой нормы содержания растворимых солей кальция, возрастания (против нормы) количества свертывающего фермента, нормальном физико-химическом составе молока. Понижаются они при: снижении температуры свертывания молока, пониженной кислотности молока, уменьшении в молоке количества растворимых солей кальция, снижении (против нормы) количества молокосвертывающего фермента в сычужно-вялом молоке.
Источник информации:
Справочник «Технология производства молочных продуктов».
Издатель: ЗАО «Тетра Пак АО», Россия, Москва, ул. Вильгельма Пика, 8.
Текст: Гаста Байланд, кандидат наук (молочные технологии);
Кузнецов В.В., Шилер Г.Г. Справочник технолога молочного производства. Технология и рецептуры. Том 3. Сыры