1. Ферменты молока Окислительно-восстановительный потенциал молока

Фосфатазы. Фермент фосфатаза гидролизует эфиры фосфорной кислоты. В свежевыдоенном молоке обнаружены щелочная фосфатаза (с оптимумом рН 9,6) и незначительное количество кислой фосфатазы (с оптимумом рН около 5). Фосфатазы попадают в молоко из клеток молочной железы. Щелочная фосфотаза концентрируется на оболочках жировых шариков, кислая связана с белками. Щелочная фосфатаза молока чувствительна к повышенной температуре, кислая фосфатаза термостабильна. Нагревание молока в течение 30 мин при 63°С, кратковременная и моментальная пастеризация при 74—85°С полностью разрушают щелочную фосфатазу. Высокая чувствительность фосфатазы к нагреванию была использована при разработке метода контроля эффективности пастеризации молока и сливок (фосфатазная проба).
Протеазы (протеолитические ферменты). Протеазы катализируют гидролиз пептидных связей белков и полипептидов. В молоке содержится небольшое количество нативной протеазы, переходящей из крови. Она вызывает гидролиз β-казеина. Фермент термостабилен, инактивируется при температуре выше 75°С. Микрофлора молока выделяет более активные протеазы, которые могут вызвать различные пороки молока и масла. Так, при размножении в молоке микрококков и гнилостных бактерий появляется горький вкус, при пониженной кислотности (35-40°Т) наблюдается его свертывание.
Молочнокислые бактерии вырабатывают малоактивные протеазы, которые, однако, имеют важное значение при созревании сыров. Активность протеолитических ферментов, выделяемых молочнокислыми палочками и стрептококками, различна. Палочки, по сравнению со стрептококками, выделяют более активные ферменты.
При производстве сыров для свертывания молока применяют протеолитический фермент животного происхождения -сычужный фермент (химозин). Известны заменители сычужного фермента — пепсин и протеолитические ферменты микробного происхождения..
Лактаза. Лактаза катализирует реакцию гидролитического расщепления лактозы на глюкозу и галактозу. Молочная железа фермент почти не вырабатывает, его выделяют молочнокислые бактерии и некоторые дрожжи. Лактаза имеет оптимум действия при рН 5 и температуре 40°С. ). В молочной промышленности применяют при выработке сгущенного молока с сахаром в производстве низко-лактозных молочных продуктов.
Амилаза. Этот гидролитический фермент катализирует расщепление крахмала до декстринов и мальтозы. В нормальном молоке содержится небольшое количество амилазы, при заболевании коров маститом ее содержание повышается. Амилаза имеет оптимум действия при рН 7,4 и температуре 37°С. Фермент инактивируется при пастеризации молока-нагревание до 63°С в течение 30 мин разрушает амилазу полностью.
Лизоцим (мурамидаза). Это очень важный фермент молока: он гидролизует связи в полисахаридах клеточных стенок бактерий и вызывает их гибель. Вместе с другими антибактериальными факторами (иммуноглобулинами, лактоферрином, лактопероксидазой, лейкоцитами и др.) лизоцим обусловливает бактерицидные свойства свежевыдоенного молока. Коровье молоко содержит небольшое количество лизоцима, в женском молоке его в 3000 раз больше. Он относится к основным белкам (имеет изоэлектрическую точку при рН 9,5), в кислой среде термостабилен.

2. Окислительно-восстановительный потенциал молока

Молоко как сложная по химическому составу система содержит вещества, способные отдавать (окисляться) или присоединять (восстанавливаться) электроны; при восстановлении окисленной формы присоединяются атомы водорода. К таким веществам относятся аскорбиновая и молочная кислоты, токоферолы, рибофлавин, ферменты, пигменты, кислород, металлы и др.

Эта способность характеризуется окислительно-восстановительным потенциалом или сокращенно-редокс-потенциалом (Eh). Нормальный окислительно-восстановительный потенциал (Е0)-такой, при котором окисленная и восстановленная формы содержатся в равных концентрациях. Eh измеряется потенциометрически и зависит от отношения концентраций окисленной и восстановленной форм данного соединения и от концентрации ионов водорода среды. В создании окислительно-восстановительного потенциала молока участвуют имеющиеся в нем окислительно-восстановительные системы.
Окислительно-восстановительный потенциал молока характеризует способность его составных частей отдавать или присоединять электроны (атомы водорода).
Молоко содержит ряд химических соединений, способных легко окисляться и восстанавливаться. Окислительно-восстановительную систему молока образуют аскорбиновая кислота, токоферолы, рибофлавин, цистеин, оксидоредуктазы, кислород и другие легко восстанавливающиеся и окисляющиеся вещества. От окислительно-восстановительного потенциала зависят развитие в молоке, заквасках, сырной массе молочнокислых бактерий и протекание биохимических процессов (распад белков, аминокислот, жира, накопление ароматического вещества диацетила и др.).
Окислительно-восстановительный потенциал в молоке в основном зависит от концентрации растворенного кислорода, от системы аскорбиновая кислота → 4СН₃СНОНСООН) повышается концентрация ионов в молоке и вместе с тем понижается температура его замерзания. Так, при кислотности молока 17 °Т температура его замерзания равна минус 0,570 °С, при 18,3 °Т она понижается до минус 0,625 °С, при 32 °Т составляет минус 0,665 °С. Зависимость температуры замерзания от концентрации истинно растворимых составных частей молока позволяет установить фальсификацию молока водой, содой, бурой и др. Добавление в молоко 1% воды повышает среднюю температуру его замерзания (минус 0,54 °С) примерно на 0,006 °С. Ниже приведены данные зависимости температуры замерзания молока от количества добавленной воды.

3. Изменения состава и свойств молока при охлаждении и замораживании

Охлаждение

Молочное сырье и молочные продукты хранят при температуре 2—10 °С для предотвращения развития микроорганизмов, ферментативных и физико-химических процессов.
Воздействие низкой температуры на микроорганизмы основан на нарушении метаболических реакций и повреждении механизма переноса растворимых веществ через клеточную мембрану. Некоторые группы микроорганизмов (психрофилы) способны размножаться при температуре
0-5 ^оС. Таким образом, охлаждение продуктов до низких температур не исключает возможности его микробиологической порчи, так как возбудителями порчи белоксодержащих продуктов являются преимущественно гнилостные бактерии.
Эффективность подавления жизнедеятельности микроорганизмов зависит не только от конечной температуры, но и от скорости охлаждения.
При охлаждении молочного сырья и молочных продуктов происходят частичное отвердевание и кристаллизация молочного жира в жировых шариках, что и приводит к ослаблению связей в оболочках, так как глицеридный слой теряет эластичность и становится более подверженным механическим воздействиям. Процесс отвердевания и кристаллизации молочного жира при охлаждении используется как технологический прием при производстве сметаны и масла из сливок.
Охлаждение и хранение охлажденного молочного сырья приводит к разрушению витаминов. Например, витамин С разрушается на 18 % при хранении охлажденного молока 2 сут и на 67 % при хранении охлажденного молока 3 сут.
При охлаждении происходит изменение состава микрофлоры сырого молока — замедляется рост мезофильной и термофильной микрофлоры и начинают преобладать психрофильные бактерии, развивающиеся при температурах от 5 до 15 °С. Психрофильные микроорганизмы выделяют термостабильные протеолитические и липолитические ферменты, сохраняющие свою активность после тепловой обработки, поэтому представляют наибольшую опасность для качества молочного сырья и молочных продуктов.
В связи с тем что охлаждение определенным образом влияет на компоненты и состав микрофлоры молочного сырья и молочных продуктов, нежелательно при производстве молочных продуктов, и особенно сыров и творога, использовать длительно хранившееся при низких температурах молочное сырье.
Замораживание
При замораживании происходят более заметные изменения физико-химических и биохимических процессов, чем при охлаждении, причем глубина их зависит от скорости замораживания и температуры хранения замороженных продуктов. Изменения обусловлены процессами кристаллизации воды, перераспределением влаги между структурными образованиями компонентов молока, повышением концентрации растворенных в жидкой фазе веществ.
Влага, содержащаяся в молоке и молочных продуктах, как и в других биологических материалах, обусловливает консистенцию и структуру продукта, определяя его устойчивость при хранении.
При замораживании воды образуются кристаллы различной формы, имеющие острые вершины и кромки, вследствие чего они могут отрицательно воздействовать на грубодисперсные составные части. Из водных солевых растворов в процессе замораживания выпадают прежде всего чистые кристаллы льда, в результате чего концентрация остаточного раствора повышается. Это приводит к дальнейшему понижению точки замораживания. В эвтектической точке раствор затвердевает равномерно.
Максимальное кристаллообразование происходит при температурах от —2 до —8 ^оС, поэтому, чтобы предотвратить образование крупных кристаллов льда при замораживании, необходимо обеспечить быстрое понижение температур в этом интервале. Кроме того, именно из-за максимального кристаллообразования в этом интервале температур повышается содержание в невымороженной влаге растворенных веществ, увеличивается скорость некоторых реакций, в частности из-за нарушения структурных клеточных образований высвобождаются ферменты и окисляются липиды.
Дальнейшее понижение температуры не сопровождается значительным возрастанием концентрации веществ в жидкой фазе, происходит снижение скорости физико-химических и биохимических реакций.
При медленном замораживании молока невымороженной остается около 4 % свободной и 3—3,5 % связанной влаги. В свободной влаге повышена концентрация белков, минеральных солей и лактозы. Это влияет на стабильность белков: из казеина удаляется гидратационная вода, уменьшается заряд казеиновых мицелл, в результате происходят агрегация и дезагрегация казеиновых мицелл и потеря ими стабильности. Этому способствует и кристаллизация лактозы при охлаждении и сильном перемешивании молока перед замораживанием. Поэтому в медленно замороженном молоке физико-химические изменения белков приводят к полной или частичной их денатурации. Образующийся вследствие денатурации осадок состоит из а- и (3-казеина, а также фосфата кальция. Такие изменения белков приводят к снижению способности молока свертываться под действием сычужного фермента.
При быстром замораживании вся свободная влага переходит в лед, невымороженной остается 3—4 % влаги. Оставшаяся связанная влага не обладает свойством растворять соли, поэтому денатурационных изменений белков не происходит. Не нарушается также стабильность оболочек жировых шариков и, как следствие, предотвращается дестабилизация жировой эмульсии.
Замораживание сопровождается уменьшением количества и активности микроорганизмов без их полного уничтожения.
В пределах температур замораживания до —30 °С разрушение многих микроорганизмов происходит при достаточно небольших минусовых температурах. Так, наиболее высокая степень гибели микроорганизмов приходится на температуры —4...—6°С. Однако в этих условиях сохраняют свою жизнедеятельность и способность к росту некоторые психрофильные микроорганизмы. Для предотвращения их развития необходимы более низкие температуры. Почти полностью исключается рост микроорганизмов при температурах —10...—12°С. Хранение при таких температурах позволяет сохранять продукты без микробиологической порчи.
Тем не менее при замораживании и хранении при низких температурах в продукте остается часть жизнеспособной микрофлоры, а ферменты длительное время сохраняют свою активность. Поэтому при размораживании продукта могут начаться процессы, влияющие на его качество.

4. Физико-химические основы производства масла способом сбивания сливок и способом преобразования высокожирных сливок

Производство масла методом сбивания сливок

Основные физико-химические изменения жировой фазы сливок происходят в период их физического созревания и в процессе сбивания.
Устойчивость жировой фазы сливок, как и молока, обусловлена наличием липопротеидных оболочек на поверхности жировых шариков. Оболочки обладают упругостью, механической прочностью, имеют электрический заряд и окружены молекулами воды.
В процессе физического созревания сливок жир отвердевает и жировая эмульсия (дисперсия) частично дестабилизируется. При низких температурах изменяются свойства защитных оболочек жировых шариков – ослабляется их связь с молочным жиром, уменьшается толщина, снижаются эластичность и прочность. При кристаллизации глицеридов, особенно высокоплавких, может нарушаться целостность оболочек некоторых жировых шариков. На них образуются трещины, через которые выдавливается жидкая часть жира. После частичной или полной гидрофобизации поверхности жировых шариков образуются их агрегаты, скопления и комки. Если жир находится в жидком состоянии, то возможно слияние жировых шариков, в результате которого образуются шарики более крупных размеров.
В результате механической обработки сливок при их сбивании в маслоизготовителе жировая дисперсия полностью разрушается. Жировые шарики окончательно лишаются оболочек, объединяются сначала в мелкие, а затем в более крупные комочки, т. е. образуют масляные зерна, которые подвергают дальнейшей обработке для получения однородного пласта масла с равномерно распределенными каплями влаги.
Следовательно, во время физического созревания и сбивания сливок изменяется структура жировой дисперсии, создается структура масла. Консистенция масла зависит от степени отвердевания жира и определяется химическим составом молочного жира, режимами пастеризации, физического созревания и сбивания сливок.
Производство масла методом преобразования высокожирных сливок
Сущность способа заключается в концентрации молочного жира путем сепарирования и преобразования высокожирных сливок в масло при их термомеханической обработке. Маслообразование включает процессы отвердевания жира, обращения фаз и структурообразования.
В высокожирных сливках, полученных путем вторичного сепарирования пастеризованных сливок, содержится 62-82,5% жира. При сепарировании жировые шарики максимально сближаются без потерь оболочек, которые, однако, становятся более тонкими и менее прочными.
Высокожирные сливки представляют собой достаточно стабильную эмульсию, жировые шарики которой разделены тонкими водно-белковыми прослойками. Для превращения высокожирных сливок в масло необходима дестабилизация жировой эмульсии.
В маслообразователе горячие высокожирные сливки подвергаются одновременному воздействию низких положительных температур и механической обработки. При охлаждении сливок до температуры кристаллизации основной массы триглицеридов молочного жира (18-22°С) жировая эмульсия дестабилизируется. Механическая обработка при дальнейшем снижении температуры до 11-14°С ускоряет процесс дестабилизации.
Во время охлаждения сливок жир внутри жировых шариков отвердевает и кристаллизуется. В результате кристаллизации жира устойчивость оболочек уменьшается, и при интенсивном механическом перемешивании они разрываются. Из жировых шариков выделяется жидкий жир, не успевший отвердеть. Затем наступают, преимущественно, отвердевание и кристаллизация глицеридов жира из расплава (жидкого) жира. Таким образом, из жидкого жира при его массовой кристаллизации образуется непрерывная жировая фаза, в которой распределяются кристаллический и отвердевший жир, мелкие капли влаги (плазмы) и отдельные жировые шарики с неразрушенными оболочками. Следовательно, при маслообразовании происходит процесс, который называют сменой, или обращением, фаз.
Процесс обращения фаз протекает во времени, поэтому в маслообразователе одновременно присутствуют эмульсии двух типов – прямая и обратная. К концу перемешивания, когда количество свободного жира достигает максимума, преобладает обратная эмульсия – эмульсия влаги в жире.
Консистенция масла зависит от скорости кристаллизации глицеридов и степени отвердевания молочного жира.

5. Биохимические и физико-химические процессы при обработке сгустка и сырной массы

Сырная масса перед созреванием должна содержать оптимальное количество влаги, иметь определенные рН и структурно-механические свойства (связность, твердость и т. д.). Эти показатели зависят от интенсивности прохождения физико-химических и биохимических процессов: