Материал: Биохимические процессы, происходящие при обработке молока и выработке мороженого и сыра

Биохимические процессы, происходящие при обработке молока и выработке мороженого и сыра

Оглавление

1. Виды брожения молочного сахара

. Вязкость и поверхностное натяжение молока

. Биохимические процессы, происходящие при холодильной обработке молока (охлаждение, замораживание)

. Процессы, протекающие при выработке мороженого

. Образование вкусовых и ароматических веществ сыра

. Структурно-механические свойства масла

. Концентраты сывороточных белков

. Факторы, вызывающие перекисную деструкцию липидов. Биогенные и синтетические антиоксиданты в практике животноводства

. Сыропригодность молока

Библиографический список

1. 
Виды брожения молочного сахара

Брожение - это процесс глубокого распада молочного сахара (без участия O₂) под действием ферментов микроорганизмов.

При брожения молочного сахара распадается на более простые соединения: кислоты, спирт, углекислый газ, водород и т.д.

Брожение протекает на 2 стадии. На первой стадии лактоза под влиянием лактозы распадается на моносахариды.

Виды брожения:

) Молочное брожение - это основной процесс при производстве кисломолочных продуктов, сыров и кислосливочного масла. Почти исключительно данный вид брожения протекает при производстве простокваши и ацидофильного масла.

С₆Н₁₂О₆ 2С₃Н₆О₆

Гексоза молочная кислота

Гомоферментативные бактерии. Более характерным признаком при делении молочнокислых бактерий на группы является путь сбраживания глюкозы. Гомоферментативные бактерии: Str. lactis, Str. cremorus, Str. diacetilactis и палочки. Они сбраживают глюкозу по гликолитегаскому пути.

Гетероферментативные: Leuc. citrovorum, dextranicum, brevis - пентозофосфатным путем.

Механизм гомоферментативного молочнокислого брожения: глюкозы → жировые кислоты → молочная кислота (из 1 моль глюкозы образуется 2 моль молочной кислоты). Молочная кислота может существовать в двух изомерах L (+) и D (-). Большинство штампов молочнокислых и Lbm. bifidum преимущественно продуцируют (+)- молочную кислоту. Болгарские палочки и лейконосгоки - в основном D(-) форму Lbm. helveticum, Lbm. plantarum и Lbm. acidoplibum - оба изомера в почти одинаковых количествах. Следовательно, соотношение между этими изомерами в кисломолочных продуктах будет зависеть от вида используемых для заквасок молочнокислых бактерий.

Побочные продукты - летучие и нелетучие органические кислоты, глицерин, спирты, ацетон, ацетоин, диацетил, бутиленгликоль и пр.

Гетероферментативное молочнокислое брожение. Бактерии этой группы не могут сбраживать глюкозу по глюколитическому пути, а по пентозофосфатному, то есть из каждого моль глюкозы образуются моль молочной кислоты, моль этанола и СО₂. Бифидобактерии сбраживают глюкозу до уксусной и молочной кислоты (уксусной в 1,5 раза больше, чем молочной).

) Спиртовое брожение - вызывают специальные молочные дрожжи. Оно протекает при выработке кефира, кумыса и ацидофилно-дрожжевого молока.

С₆Н₁₂О₆2С₂Н₅ОН+2СО₂+О

Гексоза этанол

) Пропионовокислые брожение - играет большую роль в созревании сыров с высокой температурой второго нагревания (швейцарский, советский сыр и т.д.)

С₁₂Н₂₂О₁₁+3Н₂О8СН₃СН₂СООН+4СН₃СООН+4СО₂+4Н₂О

Лактоза пропионовая кислота уксусная кислота

) Маслянокислые брожение - при производстве молочных продуктов данный вид брожения не желателен, т.к. является причиной появления в кисломолочном продукте неприятный вкус и запах, а в сырах вспучивания.

С₆Н₁₂О₆ С₃Н₇СООН + 2СО₂ + 2Н₂

Гексоза масленая кислота

5) Уксуснокислое брожение. Под действием уксуснокислых бактерий этиловый спирт окисляется в уксусную кислоту, уксуснокислые бактерии как типичные аэробы появляются на поверхности молочных продуктов и часто являются спутниками дрожжей.

Уравнение: +Н₂О +1/2 О₂

СН₃СН₂ОН → СН₃СНО → СН₃СН(ОН₂) → СН₃СООН + Н₂О

. Вязкость и поверхностное натяжение молока

Вязкость, или внутреннее трение, нормального молока при 20°С в среднем составляет 1,8 • 10^-3 Па • с с колебаниями от 1,3 • 10^-3 до 2,2 • 10^-3 Па•с. Она зависит главным образом от содержания белков и жира, дисперсности мицелл казеина и шариков жира, степени их гидратации и агрегирования. Сывороточные белки и лактоза незначительно влияют на вязкость молока.

В процессе хранения и обработки молока (перекачивание, гомогенизация, пастеризация и т.д.) вязкость молока повышается. Это объясняется увеличением степени диспергирования жира, укрупнением белковых частиц, адсорбцией белков на поверхности шариков жира и т.д.

Практический интерес представляет вязкость сильно структурированных молочных продуктов - сметаны, кисломолочных напитков и пр. Вязкость этих продуктов, обусловленная образованием внутренних структур, отличается от истинной вязкости ньютоновских жидкостей (к которым можно условно отнести цельное молоко). При течении неньютоновских жидкостей вязкость зависит от напряжения сдвига и градиента скорости.

Для них введено понятие «эффективная вязкость», которое характеризует равновесное состояние между процессами восстановления и разрушения структуры в установившемся потоке (А.В. Горбатов), Эффективная вязкость простокваши, ацидофилина и сметаны 30%-й жирности составляет 445,1791 и 305 Па • с • 10^-3, соответственно.

Поверхностное натяжение молока (сила, действующая на единицу длины границы раздела фаз молоко-воздух) ниже поверхностного натяжения воды (72,7 • 10^-3 Н/м) и при 20^оС равно около 44 • 10^-3 Н/м. Более низкое по сравнению с водой значение поверхностного натяжения объясняется наличием в молоке поверхностно-активных веществ (ПАВ) - фосфолипидов, белков, жирных кислот и т.д. Поверхностное натяжение молока зависит от его температуры, химического состава, состояния белков, жира, активности липазы, продолжительности хранения, режимов технологической обработки и т.д.

Так, поверхностное натяжение снижается при нагревании молока и особенно сильно при его лигголизе, так как в результате гидролиза жира образуются ПАВ - жирные кислоты, ди- и моноацилглицернны, понижающие величину поверхностной энергии.

Натяжение в молоке возникает также на границе раздела других фаз - жир-плазма и воздух-плазма, способствуя образованию гидратных оболочек шариков жира и пены. Пенообразование имеет большое значение для некоторых процессов переработки молока, например для процесса маслообразования, фризерования смеси при производстве мороженого и др. Вместе с тем пенообразование при получении, транспортировке, перекачивании, сепарировании и сгущении молока отрицательно влияет на качество получаемых молочных продуктов, так как способствует дестабилизации жировой эмульсии, липолизу и окислению свободного жира.

3. Биохимические процессы, происходящие при холодильной обработке молока (охлаждение, замораживание)

Охлаждение

На фермах и молочных предприятиях сырое и пастеризованное молоко охлаждают и хранят при температуре 4-10°С.

Охлаждение сырого молока способствует увеличению продолжительности бактерицидной фазы. Бактерицидные свойства молока обусловливаются наличием в нем антибактериальных веществ. Их количество зависит от индивидуальных особенностей, физиологического состояния животных и изменяется в течение лактационного периода (особенно высокой антибактериальной активностью обладает молозиво).

По окончании бактерицидной фазы в молоке при высокой температуре хранения (13-15°С) начинается быстрое размножение разнообразной микрофлоры. При этом в нем могут накапливаться бактериальные токсины, вызывающие сильные пищевые отравления, появляются окисленный и прогорклый привкусы, повышается титруемая кислотность, и молоко свертывается. Поэтому температура 6-10°С является предельной для кратковременного (не более 1 сут.) хранения сырого молока. При необходимости более длительного хранения (2-3 сут.) молоко охлаждают до температуры 2-4°С. и технологические свойства молока.

При охлаждении молока жир переходит из жидкого состояния в твердое, в результате чего повышаются его вязкость и плотность. Механические воздействия (при транспортировании, очистке, перемешивании, перекачивании и т. д.) могут привести к повреждению оболочек и повышению степени дестабилизации жировой фазы. В таком молоке активнее происходят липолиз и окисление липидов.

Различают два вида липолиза, вызываемого нативными липазами: спонтанный (самопроизвольный) и индуцированный (наведенный).

Спонтанный липолиз происходит при охлаждении молока. В процессе охлаждения плазменная липаза самопроизвольно адсорбируется оболочками жировых шариков и вызывает гидролиз жира. Склонность или чувствительность молока к развитию в нем спонтанного липолиза обусловлена индивидуальными особенностями животного, рационом кормления, периодом лактации и другими факторами.

Индуцированный липолиз происходит при активировании липаз с одновременным разрушением оболочек жировых шариков в результате получения и обработки молока.

В результате липолиза в молоке увеличивается (на 30-70%) количество свободных жирных кислот, и появляются прогорклый вкус, мыльный и другие привкусы. Качество выработанных из него масла, молочных консервов и других продуктов снижается.

При длительном низкотемпературном хранении молока уменьшается средний диаметр казеиновых мицелл. Молоко медленнее свертывается сычужным ферментом, снижается интенсивность синерезиса сычужных и кислотных сгустков.

В процессе хранения в плазме молока повышается количество ионов кальция. Поэтому с увеличением продолжительности хранения термоустойчивость молока снижается, что необходимо учитывать при производстве молочных консервов. Для длительного хранения молоко следует пастеризовать и затем охладить до 4-6°С.

Хранение сырого молока при 4°С не вызывает заметного снижения содержания витаминов. Исключение составляет витамин С - он разрушается на 18% при хранении в течение 2 сут. и на 67% при хранении в течение 3 сут.

Замораживание

Изменение состава и свойств молока под влиянием низких температур зависит от температуры и скорости замораживания.

Молоко замерзает при температуре ниже - 0,54°С. В интервале от -0,54 до -3,5°С в лед превращается основная часть (80-85%) воды, процесс льдообразования практически заканчивается при температуре -30°С.

Замораживание молока при любых температурах происходит неравномерно. Вначале замерзает слой чистой воды, а в оставшейся жидкой части концентрируются компоненты молока, в том числе электролиты (соли кальция и др.), которые могут вызвать нежелательные изменения белков и жира.

При медленном замораживании незамерзшими остаются вся связанная вода (3-3,5%) и часть свободной влаги молока. В медленно замороженном молоке происходят физико-химические изменения белков, приводящие к частичной или полной их коагуляции. Оттаявшее после замораживания молоко быстрее свертывается сычужным ферментом по сравнению с обычным.

При быстром замораживании молока при температуре ниже -22°С остается незамерзшей около 3-4% воды, т.е. почти вся свободная влага переходит в лед, а в жидком состоянии находится лишь связанная влага, которая не обладает свойством растворять соли, поэтому денатурационных изменений белков не происходит.

При высоких температурах замораживания (-5...-10°С) может разрушаться жировая эмульсия. В процессе охлаждения жировые шарики отвердевают (форма их становится угловатой). В результате этих изменений нарушается целостность оболочек жировых шариков, т. е. происходит частичная дестабилизация жировой фазы с выделением свободного жира. Замороженное и оттаявшее молоко быстрее сбивается, при нагревании в нем появляются капли жира, при хранении оно более склонно к липолизу. Быстрое замораживание молока при низких температурах (ниже -22°С) предотвращает нарушение жировой эмульсии.

. Процессы, протекающие при выработке мороженого

Мороженое обладает высокой пищевой ценностью. Оно содержит молочный жир, белки, углеводы, минеральные вещества и витамины, легко усваивается организмом. Основной процесс, определяющий структуру и консистенцию готового продукта, - это фризерование смеси. Его протекание зависит от состава смеси, режимов пастеризации, гомогенизации, охлаждения и скорости замораживания смеси.

Содержание в смеси жира и сухого обезжиренного молочного остатка (СОМО), а также вид и количество вводимого стабилизатора влияют на структуру и консистенцию мороженого.

Увеличение в смеси количества жира и СОМО положительно действует на структуру мороженого: в продукте образуются мелкие кристаллы льда, так как создается механическое препятствие их росту. Оптимальным считается содержание СОМО в мороженом 8-12%. Содержание СОМО выше 12% сильно повышает вязкость смеси и может вызвать усиленную кристаллизацию лактозы. Выпадение относительно крупных (выше 10 мкм) кристаллов лактозы приводит к порокам мороженого - мучнистости и песчанистости. Для предупреждения пороков необходимо следить за соотношением содержания воды и СОМО. Оно должно быть не менее 6,6.

Структура мороженого также улучшается с увеличением содержания в смеси сахарозы. Сахароза снижает температуру замерзания смеси и положительно влияет на кристаллизацию воды. Однако содержание сахарозы выше 17% ухудшает консистенцию мороженого. Уменьшается его взбитость, продукт приобретает чрезмерно плотную консистенцию, быстрее плавится. Его приходится замораживать и хранить при более низких температурах.

Существенное влияние на структуру и консистенцию мороженого оказывают стабилизаторы. Все стабилизаторы обладают большой водосвязывающей способностью. Связывая значительные количества свободной воды, они повышают вязкость смесей и препятствуют образованию крупных кристаллов льда при замораживании. Мороженое приобретает мелкокристаллическую структуру и эластичную консистенцию. Кроме того, стабилизаторы обеспечивают высокую взбитость смесей, образование стойкой пены и повышают сопротивляемость мороженого таянию. Смеси, содержащие излишнее количество стабилизаторов, обладают чрезмерной вязкостью, плохо взбиваются, что обусловливает тягучую, тестообразную консистенцию мороженого.

Качество готового продукта во многом зависит от режимов пастеризации и гомогенизации смеси. Смеси для мороженого содержат больше сухих веществ по сравнению с молоком, поэтому требуют применения более высоких температур пастеризации или более продолжительных сроков выдержки. Режимы пастеризации устанавливают в зависимости от вида вырабатываемого мороженого и типа применяемого аппарата.

Гомогенизация смеси способствует улучшению структуры мороженого. В результате гомогенизации повышается дисперсность жира, увеличиваются вязкость и взбитость смеси.

Давление гомогенизации необходимо устанавливать в зависимости от содержания жира и СОМО в смеси: чем они выше, тем ниже должно быть давление.

В процессе замораживания смеси создается структура мороженого, от которой зависят консистенция и вкусовые качества продукта. Структура мороженого определяется, в первую очередь, размерами кристаллов льда. Размер кристаллов льда в мороженом хорошего качества должен составлять 20-55 мкм.

На структуру мороженого влияют скорость замораживания и степень взбитости смеси. При быстром замораживании смеси образуется много мелких кристаллов льда, размер которых незначительно увеличивается во время закалки мороженого. При медленном замораживании создается мало центров кристаллизации, при закаливании образуются крупные кристаллы льда, мороженое приобретает грубую структуру.