автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.04, диссертация на тему:Исследование и разработка технологии сыров с термокислотным свертыванием молока и ферментацией сырной массы

На правах рукописи

РАФАЛОВИЧ Сергей Романович

ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ СЫРОВ С ТЕРМОКИСЛОТНЫМ СВЕРТЫВАНИЕМ МОЛОКА И ФЕРМЕНТАЦИЕЙ СЫРНОЙ МАССЫ

Специальность 05.18.04 - технология мясных, молочных и рыбных продуктов

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Кемерово 1998

Работа выполнена в Кемеровском технологическом институте пищевой промышленности.

Научные руководители : - заслуженный деятель науки и техники Российской Федерации, доктор технических наук, профессор Л.А.Остроумов,

- кандидат технических наук И.Л.Смирнова

Официальные оппоненты:- доктор технических наук,

профессор И.С.Хамагаева,

- кандидат технических наук С.А.Кропотов

Ведущая организация : Сибирская научно-исследовательская опытная

станция по технологии переработки молока СО РАСХН

Защита диссертации состоится: " декабря 1998 г. в /Р часоз на заседании диссертационного совета Д 064.67.01 в Кемеровском технологическом институте пищевой промышленности по адресу: 650060, Кемерово, б-р Строителей, 47.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Кемеровского технологического института пищевой промышленности.

Автореферат разослан ". ноября 1998 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук, профессор .Н.Потипаева

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Одним из резервов увеличения производства сыра в стране является организация массовой выработки мягких сыров. Сыры этой группы менее требовательны к качеству перерабатываемого сырья, более эффективны в производстве, имеют повышенную пищевую и биологическую ценность, многие из них реализуются без созревания. Производство этих сыров можно организовать на большинстве действующих молочных заводах без дополнительных вложений.

К положительной стороне сыров этой группы следует отнести более рациональное использование белков молока. В процессе их получения в продукт совместно с казеином переходит значительная часть сывороточных белков.

Большинство мягких сыров вырабатывается путем кислотного или ферментативного свертывания молока. Кроме этого существует, так называемый, термокислотный способ свертывания, при котором под влиянием совместного действия высоких температур и кислотности происходит быстрая коагуляция молочных белков. Однако этот способ еще не получил достаточного применения в сыроделии. В России с его использованием вырабатывают только один вид сыра ("Адыгейский").

Считаем, что данное направление в сыроделии актуально и требует детального изучения и развития. Реализация этой проблемы позволит создать новую группу мягких сыров массового производства при рациональном использовании сырья. Ее решению посвящена настоящая диссертационная работа. ' ^

Цель н задачи исследований. Целью настоящей работы является изучение основных закономерностей процесса термокислотного свфтыва-ния молока, разработка способов ферментации сырной массы и создание на этой основе новых видов мягких сыров.

Для реализации поставленной цели сформулированы следующие основные задачи:

- исследовать влияние различных режимов термокислотного свертывания молока на процесс формирования сыров ;

- изучить взаимосвязь состава молока с эффективностью его термокислотного свертывания,-

- установить основные закономерности термокислотного свертывания молока;

- исследовать состав и свойства сыров, полученных с использованием термокислотного свертывания молока;

- разработать способ ферментации сырной массы ;

- исследовать процесс диффузии бактериальной среды в сырную массу;

- установить режимы ферментации сырной массы;

- разработать новые виды сыров с использованием термокислотного свертывания молока и ферментации сырной массы.

Научная новизна. Исследована роль технологических режимов в формировании термокислотных сыров. Установлено влияние содержания жира в исходном молоке, температуры обработки молока и количества вносимой молочной кислоты на выход сыра, содержание жира и сухих веществ в сыворотке, консистенцию продукта и его влажность. Получены соответствующие математические зависимости.

Разработаны и исследованы способы ферментации сыров с термокислотной коагуляцией молока. Впервые для этой цели предложено использовать подсырную сыворотку, заквашенную культурами молочнокислых бактерий. Изучены состав и свойства среды ферментации. Установлены основные закономерности процесса ферментации сыров и уточнены режимы его проведения. Установлено влияние температуры ферментации, кислотности среды, продолжительности процесса и количества ферментирующей среды на массовую долю влаги и хлорида натрия в сыре, активную кислотность сырной массы, содержание в сыре молочнокислой микрофлоры, а также на органолептические показатели продукта. Исследованы диффузионные процессы при ферментации сыров, а также изучены особенности микробиологических и биохимических процессов в созревающем сыре.

Разработаны научные основы для создания новых видов сыров с термокислотным свертыванием молока и ферментацией сырной массы.

Практическое значение работы и реализация результатов. Основные результаты работы нашли практическое применение при разработке новых видов сыров. Создана технология производства сыров с термокислотным свертыванием молока и ферментацией сырной массы "Дачный" (ТУ 9225033-02068315-98).

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на научно-технических конференциях ^'Ресурсосберегающие технологии пищевых производств" (С-Пстербург, 1998), "Новые технологии и продукты" (Кемерово, 1998), "Пищевая промышленность - 2000" (Казань, 1998).

Публикации. Основные положения диссертации изложены в 14 публикациях.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, литературного обзора, методологии проведения исследований, результатов исследований и их обсуждения, выводов, списка использованной литературы и приложений. Основное содержание работы изложено на 140 страницах машинописного текста, включает 29 рисунков и 36 таблиц.

МЕТОДОЛОГИЯ ПРОВЕДЕНИЯ РАБОТЫ

Общая схема исследований приведена на рисунке I.

Этапы исследований

Факторы изучения

Контролируемые параметры

Рис.1. Общая схема проиедения исследований

Весь цикл исследований состоял из нескольких взаимосвязанных этапов.

На первом этапе исследовали роль основных технологических процессов на формирование сыров с термокислотным свертыванием молока. С этой целью методом планирования трехфакторного эксперимента устанавливали влияние состава молока (содержание жира в интервале от 1 до 3 %), температуры его обработки и коагуляции белков (от 75 до 95° С), а также количества вносимого коагулянта (молочной кислоты) на выход сыра, состав получаемой сыворотки (содержание сухих веществ и жира), консистенцию продукта и его влажность.

На втором этапе отрабатывали технологию получения среды ферментации. Уточняли режимы пастеризации и заквашивания сыворотки и разрабатывали технологические схемы проведения процесса.

Третий этап исследований заключался в уточнении режимов ферментации сыров. Изучали влияние температуры ферментации (от 10 до 50е С), продолжительности процесса (от 12 до 48 часов), кислотности среды (от 80 до 180° Т) и ее массы (модуль от 1,0 до 2,5) на состав и свойства сыра.

На следующем этапе изучали физико-химические, микробиологические и биохимические процесы, происходящие при ферментации и созревании сыра.

В заключение разрабатывали новый вид сыра.

При выполнении работы применяли общепринятые методы исследований.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ АНАЛИЗ

Исследование роли технологических режимов в формировании термокислотных сыров

Анализ традиционных технологий производства сыров с использованием термокислотного свертывания молока, а также последних научных исследований в этом направлении показывает, что основным характерным процессом для данной группы сыров является быстрая коагуляция белковых фракций молока с последующей их обработкой и концентрацией. Эффективность этого процесса зависит от температуры его проведения, количества кислого агента, а также от состава и свойств перерабатываемого молока.

В условиях нашего опыта зависимость выхода сыра (У|), содержания жира (Уг) и сухих веществ (Уз) в сыворотке, консистенции продукта (Уц) и его влажности (Уг) от содержания жира в исходном молоке (Х1), температуры обработки молока (Хг) и количества вносимой молочной кислоты (Хз) выражаются следующими уравнениями регрессии:

У, = 2,49+ 1,1 IX¡+1,88Х3+0,0005X/ -0,24Х/;

У, = 1,52+0,37ХгО,ОЗХ7+0,0002Х-,-0,ООЗХ,ХгО,046Х1Х}+0,0006Х1Х2Х3;

У) = 19,5-0,27Х ■,+(), 52Х]+0,0013Х,2-0,007Х2Х3+0.0005Х]ХЛ'3:

У4~37.7+8,54Хг(),()6Х,+0.тб8Х 2-0.0Н5Х,Х-,-!,57Х,Х3+0,017Х,Х-,Х

У^98,9-0.28Х2-2,58X^+0,4Х^-0'1Х,Х3.

Влияние изучаемых показателей на выход сыра, минимальный переход сухих веществ в сыворотку и максимальную оценку консистенции сыра показано на рисунке 2.

С повышением жирности молока улучшается выход сыра, а также повышается содержание в сыворотке жира и сухих вехцеств. В нашем случае переработка молока жирностью 3,0 % обеспечивала выход 13,6 кг сы-ра;жирностью 2,0 % -12,5 кг, а жирностью 1,0 % -11,4 кг из 100 кг.

Весьма существенно влияние на изучаемые параметры температуры коагуляции и обработки молока. При температуре 75° С максимальный выход сыра из 100 кг составлял 12,1 кг, минимальное содержание жира и сухих веществ в сыворотке соответственно равнялось 0,24 и 7,0 %, а консистенция продукта оценивалась в 7,9 баллов. Повышение температуры до 85" С несколько улучшили все изучаемые показатели. Значительное улучшение показателей произошло при обработке молока при температуре 95° С. Максимальный выход сыра повысился до 13,6 кг из 100 кг молока, содержание жира в сыворотке понизилось до 0,15 %, а сухих веществ до 5,5 %. Оценка консистенции сыра повысилась до 10 баллов.

Существенной зависимости изучаемых показателей от дозы вносимой молочной кислоты не обнаружено.

Таким образом, при выработке мягких сыров с термокислотным свертыванием молока рациональными режимами, обеспечивающими получение продукта с хорошими органолептическими показателями при эффективном расходовании сырья, являются следующие : массовая доля жира в перерабатываемом молоке не менее 2,0 %, температура коагуляции и обработки молока (95+1)" С, доза вносимой молочной кислоты (4,0±0,5) %.

Разработка и исследование способов ферментации сыров с тсрмокислотной коагуляцией молока

Основу среды ферментации сыров с термокислотной коагуляцией молока составляет подсырная сыворотка, заквашенная культурами молочнокислых бактерий.

Технологическая схема получения среды ферментации включает следующие операции : отбор сыворотки, ее сепарирование, пастеризация, охлаждение, заквашивание и сквашивание, контроль и охлаждение среды.

Характеристика среды ферментации приведена в таблице 1.

Ферментация сыров основана на диффузионно-осмотических процессах, происходящих между средой ферментации и водной частью сырной массы. Вследствие этих процессов в сырную массу диффундирует биологически активная среда, обогащенная молочнокислой микрофлорой, ее ферментативными системами и продуктами жизнедеятельности.

Влияние температуры ферментации на состав и свойства сыра видно из таблицы 2.

14 13

12 11 10

Выход сыра,кг из 100 кг Сухие вещества,3! 7,0

_Л ✓

/

Консистенция,балл

1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 1,0 1,Ь 2,0 2.5 3,0 8йр в молоке, %

1,0 1,5 2,0 2,5 3.0

6,

0 _____

N \1

ч.

С N Ч

г

75 80 85 90 95

5,

5 С

' 75 80 85 90 95 Температура, °С

14 13 12 11

10

6, 6,с|

5,

5,0

3 4 5

Доза кислоты, %

10

9 8

7 6

10 9

8 7

6 .

75 80 85 90 95

Рис.2. Влияние содержания жира в молоке, температуры коагуляции и дозы коагулянта на выход сыра (1), минимальный переход сухих веществ в сыворотку (2) и максимальную оценку консистенции продукта (3)

Таблица I

Характеристика среды ферментации сыров

Показатели Значение показателей

Вкус и запах Чистый, кисломолочный, со слабым привкусом сыворотки и отсутствием других посторонних привкусов

Консистенция Однородная, слегка вязкая

Цвет Бледно-желтый

Титруемая кислотность, °Т от 100 до 120

Количество заквасочной микрофлоры, кое в 1 см1 не менее 108

Таблица 2

Влияние температуры ферментации на состав и свойства сыра

Показатели Состав и свойства сыра в зависимости от температуры ферментации (°С)

10 20 1 30 40 50

Массовая доля влаги,% 59,5 60,8 62,5 647» 66,2

Массовая доля хлорида натрия, % 1,6 1,5 1,3 1,1 1.0

Активная кислотность, РН 5,25 5,15 5,05 4,90 4,'80

Численность молочнокислой микрофлоры,кое/г 8,2 106 4,5107 1,3-10« 7,5-10« 8,210«

Лучшие органолептические показатели имели сыры, ферментация которых происходила при 20" С. Они характеризовались выраженным кисломолочным вкусом (14 баллов) и нежной, пластичной консистенцией (9 баллов). Их общая оценка равнялась 28 баллам.

Влияние кислотности среды ферментации на состав сыра показано в таблице 3.

Лучшую органолептическую оценку имели сыры, прошедшие ферментацию в средах с титруемой кислотностью 100 и 120° Т.

С увеличением продолжительности выдержки сыра в среде ферментации происходило некоторое повышение содержания в нем влаги и довольно значительное снижение содержания поваренной соли (таблица 4).

Лучшую оценку получили сыры второго варианта (выдержка в среде ферментации 24 часа). С увеличением выдержки в сырах начинали прогрессировать кислый вкус и крошливая консистенция.

Таблица 3

Влияние кислотности среды ферментации на состав и свойства сыра

Показатели Состав и свойства сыра в зависимости от кислотности среды ферментации (°Т)

80 100 120 150 180

Массовая доля влаги,% 62,3 61,2 60,6 59,8 59,3

Массовая доля хлорида натрия, % 1,4 1,5 1,5 1,6 1,7

Активная кислотность, РН 5,30 5,20 5,10 4,95 4,80

Численность молочнокислой микрофлоры, • кое/г 3,510? 4,010' 4,810' 5,210? 6,110'

Таблица 4

Влияние продолжительности ферментации на состав и свойства сыра

Показатели Состав и свойства сыра в зависимое должительности ферментации 1 гги от про-часов)

12 24 36 48

Массовая доля влаги,% 59,9 60,8 61,4 61,8

Массовая доля хлорида натрия,% 1,65 1,5 1,3 1,1

Активная кислотность,рН 5,25 5,15 5,05 5,00

Численность молочнокислой микрофлоры, кое/г 3,310' 4,510' 5,610' 5,810'

Изучение условий ферментации сыра показало, что они весьма существенно влияют на качественные показатели готового продукта. Изменяя температуру и продолжительность процесса, кислотность и количество среды фермягтации, можно регулировать состав сыра, его физико-химические свойства, микробиологические показатели и органолептику, то есть варьирование этими показателями позволяет управлять процессом формирования сыра, полученного путем термокислотного свертывания молока.

В наших исследованиях установлено, что сыр с наиболее выраженным вкусом и хорошей консистенцией получается при температуре ферментации около 20° С, кислотности среды ферментации от 100 до 120° Т, продолжительности процесса около 24 часов и соотношении масс сыра и среды ферментации не менее чем 1 : 2.

Эти условия позволяют в достаточной степени обогатить сыр молочнокислой микрофлорой, что принципиально изменяет его свойства как продукта питания. Из концентрата основных компонентов молока, кото-

и

рый представляет собой термокислотный сыр, он превращается в продукт с частично ферментированными компонентами.

Предложенный принцип ферментации сыров с термокислотным свертыванием молока открывает определенные перспективы по созданию целой серии новых видов сыров этой группы.

В период нахождения сыра в среде ферментации происходят обменные процессы между этой средой и сырной массой. Движущей силой этих процессов являются различия в концентрациях хлорида натрия, молочной кислоты и некоторых других водорастворимых соединений. Кроме того, водная фаза сыра и среда ферментации имеют различную кислотность, а также существенно отличаются по микробиологическим показателям.

Анализ состояния и состава сыра в период его нахождения в среде ферментации показывает, что его можно условно разделить на две зоны: накопительную (наружная часть сыра) и обменную (внутренняя часть сыра).

Первоначально обменные процессы в основном происходят в накопительной зоне сыра. Затем в процесс включается сырная масса обменной зоны.

За время нахождения сыра в среде ферментации содержание влаги в наружном слое увеличилось на 3,8 %, а во внутреннем - только на 0,2 %. На данном этапе наблюдали существенную разницу в содержании влаги между слоями (3,2 %).

По мере созревания сыра отмечается стремление к выравниванию содержания влаги по всему монолиту. Происходит ее перераспределение из наружных слоев во внутренние слои. Вследствие этого уже через трое суток созревания разница во влаге между слоями составляла 1,7 %, через пять суток - 0,8 % и через десять суток - всего 0,2 %.

Выдержка сыра в среде ферментации влияет на уровень посолки сыра, который теряет 0,3-0,4 % поваренок соли.

Анализ приведенных данных показывает, что при нахождении сыра в среде ферментации происходят сложные физико-химические процессы, приводящие к глубоким изменениям состава и свойств сырной массы. В дальнейшем эти изменения влияют на микробиологические и биохимические процессы в сыре, формируя качественные показатели готового продукта (рис.3,4 и 5).

Одним из общепринятых критериев созревания сыров является уровень протеолитических процессов. Для их характеристики в сырах определяли содержание азотистых фракций (таблица 5) и свободных аминокислот (таблица 6). Для сравнения приводятся данные по этим показателям для традиционных сыров с термокислотным свертыванием молока (без ферментации).

В контрольных сырах практически отсутствовали инициаторы протеолитических процессов, поэтому накопление в них продуктов распада белков происходило очень медленно. В опытных сырах протеолитические процессы происходили более активно.

Рис.3. Динамика изменений

содержания влаги в сыре

13 5 10

Продолжительность,сутки

Рис.4. Динамика изменений величины активной кислотности сыра

13 5 10

Продолжительность,сутки

Рис.5. Динамика развития в сыре молочнокислой микрофлоры

13 5- 10 Продолжительность,сутки

Таблица 5

Содержание азотистых фракций в контрольных и опытных сырах

Фракции азота Вид сыра Содержание фракций азота (в % от общего азота) на разных этапах выработки сыра

После самопрессования 5 суток 10 суток

Общий растворимый азот Контроль 8,0 8,1 8,6

Опыт 11,7 15,2 18,6

Небелковый растворимый азот Контроль 3,6 3,9 4,0

Опыт 5,2 7,0 8,2

Таблица 6

Содержание свободных аминокислот в контрольных и опытных сырах

Свободные Содержание в сырах свободных аминокислот

аминокислоты (мг%)

Контрольный сыр Опытный сыр

Поете само- 10 суток Посте само- 10 суток

прессования прессования

Валин следы следы 9,0 26,4

Изолейцин следы следы 9,1 25,3

Лейцин следы следы 8,4 25,0

Лизин следы 0,18 9,6 31,2

Метионин следы 0,28 3,6 10,1

Треонин следы следы 5,8 14,7

Триптофан следы следы 2,5 6,2

Фенилаланин следы следы 7,2 20,3

Алании следы следы 10,5 27,4

Аспарагнновая кислота 0,65 0,28 8,4 24,3

Аргинин 0,26 0,24 5,2 . 16,8

Гистидин 0,68 0,45 2,5 8,3

Глицин 0,12 0,32 3,5 10,5

Глютаминовая кислота 0,60 следы 16,6 51,3

Пролин 2,65 3,28 7,4 22,6

Серии 0,25 0,45 9,3 31,4

Тирозин 0,29 0,42 4,6 15,0

Цистин следы следы 2,1 6,5

ВСЕГО 5,5 5,9 125,3 373,3

Разработка технологи» новых видов сыров

Общая технологическая схема выработки ферментированных сыров с термокислотной коагуляцией молока показана на рисунке 6.

Молоко, предназначенное для выработки сыра, отбирают по общепринятым в сыроделии показателям. Следующий этап заключается в подготовке молока к переработке. На данной стадии его нормализуют по содержанию жнра и пастеризуют.

Далее наступает этап свертывания молока и обработки полученной массы.

В молоко с температурой (93±2)" С вносят рассчитанное количество коагулянта (молочная кислота или другие). Происходит быстрое образование хлопьев. Хлопья в течение нескольких минут вымешивают и оставляют в покое, давая им осесть на дно емкости. Затем производят отбор основной массы сыворотки, часть которой используют для получения среды ферментации.Оставшуюся массу соляг путем внесения раствора поваренной соли, охлаждают и формуют, распределяя ее по формам. Сформованный сыр направляют на ферментацию. С этой целью его помещают в среду фермента-

и

ции, где выдерживают около суток. Затем сыр обсушивают и направляют для созревания и хранения.

Рис.6. Общая технологическая схема выработки ферментированных сыров с термокислотной коагуляцией молока

Разработана технология сыра "Дачный" (ТУ 9225-033-02068315-98). ВЫВОДЫ

1. Разработаны технологические основы выработки сыров с термо-кисяотным свертыванием молока и ферментацией сырной массы, а также установлены основные закономерности формирования этих сыров.

2. Исследована роль технологических факторов в формировании термокислотных сыров. Установлено, что эффективность выработки сыра, его состав и свойства зависят от жирности перерабатываемого молока, температуры коагуляции и дозы коагулянта. Получены уравнения регрессии,

описывающие зависимость состава и качества сыра от технологических факторов.

3. Установлено, что при выработке сыров с термокислотным свертыванием молока рациональными режимами, обеспечивающими получение продукта с хорошими органолептическими показателями при эффективном расходе сырья являются: массовая доля жира в молоке не менее 2,0 %, температура коагуляции молока и обработки сгустка (95±1) °С, доза молочной кислоты (4,0+0,5) %.

4. Разработана технология получения среды ферментации, заключающаяся в заквашивании подсырной сыворотки молочнокислыми бактериями. Определены требования к среде ферментации.

5. Установлено, что эффективность ферментации зависит от температуры и продолжительности процесса, кислотности и количества ферментативной среды. Лучшие результаты получены при проведении процесса при (20±2) °С в течение (24±2) часов в среде кислотностью (110+10) °Т.

6. Исследованы диффузионные процессы, происходящие в ферментируемом сыре. Показана динамика изменения в таких сырах влаги, поваренной соли, молочнокислой микрофлоры и активной кислотности сырной массы.

7. Установлено, что в ферментированном сыре в сравнении с традиционными сырами этой группы содержание общего растворимого азота больше в 2,2, а небелкового растворимого азота - в 2,0 раза. Изучено содержание в сырах свободных аминокислот. Доказана повышенная биологическая ценность сыров с термокислотным свертыванием молока и ферментацией сырной массы.

8. Разработана технология и утверждена нормативная документация для выработки нового вида мягкого сыра "Дачный".

По материалам диссертации опубликованы следующие работы г

1. Бобылин В.В., Шумилов С.Ю., Рафалович С.Р. Некоторые аспекты кислотного свертывания молока // Новые технологии и продукты :Сборник научных работ,- Кемерово, 1998.- С. 14-15.

2. Шумилов С.Ю., Рафалович С.Р. Физико-химическая сущность кислотного свертывания молока // Новые технологии и продукты : Сборник научных работ.- Кемерово, 1998.- С,15-16.

3. Рафалович С.Р. Особенности технологии сыров с термокислотным свертыванием молока II Ресурсосберегающие технологии пищевых производств: Тез.докл.науч.-тсхн.конф.- С.-П., 1998.- С.78.

4. Рафалович С.Р., Смирнова И.А. Использование различных коагулянтов в процессе термокислотного свертывания молока // Ресурсосберегающие технологии пищевых производств: Тез.докл.науч.-техн.конф,- С.-П., 1998.- С.79.

5. Рафалович С.Р., Смирнова И.А. Изучение влияния концентрации кислот, используемых в качестве коагулянтов в процессе термокислотного свертывания молока // Новые технологии и продукты: Сборник научных работ,- Кемерово, 1998,- С.24-25.

6. Рафалович С.Р., Смирнова И.А. Исследование особенностей производства мягких сыров, полученных при коагуляции различными кислыми агентами// Новые технологии и продукты: Сборник научных работ.- Кемерово, 1998,- С.25-26.

7. Смирнова И.А., Рафалович С.Р. Исследование влияния различных' факторов на процесс производства мягких сыров с термокислотной коагуляцией// Новые технологии и продукты : Сборник научных работ.- Кемерово, 1998,- С.26-27.

8. Смирнова И.А., Рафалович С.Р. Разработка технологии сыров с термокислотным свертыванием молока II Пищевая промышленность-2000: Вторая межрег.научно-практ.конф.- Казань, 1998,-С.47.

9. Остроумов Л.А., Бобьшин В.В., Смирнова И.А., Рафалович С.Р. Исследование процесса термокислотного свертывания молока с использованием различных коагулянтов II Хранение и переработка сельхозсырья, 1998.- № 7 .- С.26,

Ю.Остроумов JI.A., Смирнова И,А., Рафалович С.Р. Разработка технологических основ выработан мягких сыров с термокислотным свертыванием молока и ферментацией сырной массы II Пищевые продукты и экология : Сборник научных работ,- Кемерово, 1998,- С.75.

П. Рафалович С.Р., Смирнова И.А. Уточнение основных режимов ферментации термокислотных сыров II Пищевые продукты и экология : Сборник научных работ.- Кемерово, 1998.- С.61.

12. Смирнова И.А., Рафалович С.Р. Разработка и исследование способов ферментации сыров с термокислотной коагуляцией молока // Пищевые продукты и экология : Сборник научных работ,- Кемерово, 1998,- С.56.

[З.Смирнова И.А., Рафалович С.Р. Исследование диффузионных процессов при ферментации термокислотных сыров II Пищевые продукты и экология : Сборник научных работ,- Кемерово, 1998.- С.62.

14. Рафалович С.Р., Брагинский В.И. Исследование роли технологических факторов в формировании термокислотных сыров II Пищевые продукты и экология : Сборник научных работ.- Кемерово, 1998,- С.59.

Подписано к печати 22.10.98. Формат 60х841/1в. Бумага офсетная. Печать офсетная. Усл. печ. л. 1. Тираж 100 экз. Заказ N° 497

Издательство "Кузбассвузиздат". 650043 Кемерово, ул. Ермака, 7. Тел. 23-34-48

КЕМЕРОВСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ ПИЩЕВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

На правах рукописи

РАФАЛОВИЧ СЕРГЕЙ РОМАНОВИЧ

ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ СЫРОВ С ТЕРМОКИСЛОТНЫМ СВЕРТЫВАНИЕМ МОЛОКА И ФЕРМЕНТАЦИЕЙ СЫРНОЙ МАССЫ

Специальность 05.18.04 - технология мясных, молочных и рыбных продуктов

ДИССЕРТАЦИЯ

на соискание ученой степени кандидата технических наук

Руководители:

- Заслуженный деятель науки и техники РФ, доктор технических наук, профессор Остроумов Л.А.

- кандидат технических наук Смирнова И.А.

Кемерово 1998

ОГЛАВЛЕНИЕ

Стр.

Введение....................................................................................................................................................................................4

1. Обзор литературы.......................................................................................................................4

1.1. Характеристика молока как сырья для производства сыра.... 7

1.2. Влияние тепловой обработки на состав и свойства молока.... 14

1.3. Физико-химическая сущность и технологические особенности кислотного свертывания молока..................................................................................22

1.4. Сущность сычужной коагуляции молока................................................................26

1.5. Характеристика кислотно-сычужного способа коагуляции.... 30

1.6. Термокислотная коагуляция белков молока и создаваемые на

ее основе продукты........................................................................................................................................31

1.7. Заключение по обзору литературы и задачи исследований..........35

2. Методология выполнения работы............................................................40

2.1. Схема проведения исследований.......................................................40

2.2. Основные методы исследований................................................................................................44

3. Результаты исследований и их анализ..........................................45

3.1. Исследование роли технологических режимов в формировании термокислотных сыров ..........................................................................45

3.1.1. Влияние изучаемых технологических факторов на выход

сырной массы....................................................................................................................................................47

3.1.2. Влияние изучаемых технологических факторов на содержание жира в сыворотке............................................................................................50

3.1.3. Влияние изучаемых технологических факторов на содержание сухих веществ в сыворотке..............................................................................................56

3.1.4. Влияние изучаемых технологических факторов на консистенцию сыра......................................................................................................................................58

3.1.5. Влияние изучаемых технологических факторов на влажность сыра..............................................................................................................................................................62

3.1.6. Обоснование выбора рациональных режимов выработки

мягких сыров с термокислотным свертыванием молока..........68

3.2. Разработка и исследование способов ферментации сыров

с термокислотной коагуляцией молока...........................................74

3.2Л. Получение среды ферментации .. ..............................................................................74

ЗЛЛ Л. Характеристика исходной сыворотки............................................................74

3.2.1.2. Технологическая схема получения среды ферментации... 75

3.2.1.3. Характеристика готовой среды ферментации..................................79

3.2.2. Уточнение основных режимов ферментации сыров......................81

3.2.2.1. Влияние температуры ферментации на состав и свойства сыра..............................................................................................................................................................82

3.2.2.2. Влияние кислотности среды ферментации на состав и

свойства сыра............................................................................................................................................85

3.2.2.3. Влияние продолжительности ферментации на состав и

свойства сыра............................................................................................................................................88

3.2.2.4. Влияние на состав и свойства сыра количества ферментирующей среды..........................................................................................................................................91

3.2.2.5. Роль режимов ферментации в формировании сыра....................93

3.2.3. Исследование диффузионных процессов при ферментации

сыров..........................................................................................................................................................................93

3.2.4. Изучение особенностей микробиологических и биохимических процессов в сырах..........................................................................................................97

3.3. Разработка технологии новых видов сыров....................................................104

3.3.1. Общая технологическая схема выработки ферментированных сыров с термокислотной коагуляцией молока..........................104

3.3.2. Технологические особенности выработки сыра "Дачный".. 106

Выводы..........................................................................................................................................................................................109

Список литературы..................................................................................................................................................111

Приложения........................................................................................................................................................................125

ВВЕДЕНИЕ

Сыры относятся к категории полноценных пищевых продуктов. В их состав входят белки, жиры, углеводы, а также продукты, получаемые в результате их ферментативных превращений. Кроме того, сыры характеризуются богатым минеральным составом, а также в них содержатся витамины, микроэлементы и другие биологически активные соединения.

По способам производства сыры подразделяются на несколько самостоятельных групп.

Наиболее распространенными являются твердые сычужные сыры, основу получения которых составляют сычужное свертывание специально подготовленного молока,обработка сгустка, формование, прессование, по-солка и созревание сыра. При этом способе из белков молока в основном используется казеин, а сывороточные белки остаются в сыворотке.

Основу получения мягких сыров составляют кислотное и кислотно-сычужное свертывание молока, использование специфических биологических препаратов (плесени, дрожжи, молочнокислая микрофлора и другие), а также различия в применяемых технологических режимах.

Следует отметить, что на настоящем этапе развития отечественной молочной промышленности очень серьезно стоит проблема увеличения объемов производства сыров. К сожалению, их выработка в Российской Федерации продолжает снижаться (1992 год - 221, 1995 год - 206, 1996 год -184 и 1997 год - 165 тыеяч тонн) {891.

Одним из резервов увеличения производства сыра в стране является организация массового внедрения мягких сыров. Сыры этой группы менее требовательны к качеству перерабатываемого сырья, более эффективны в производстве, имеют повышенную пищевую и биологическую ценность, многие из них реализуются без созревания. Производство этих еыров мож-

но организовать на большинстве действующих молочных заводах без дополнительных вложений.

К положительной стороне сыров этой группы следует отнести более рациональное использование белков молока. В процессе их получения в продукт совместно с казеином переходит значительная часть сывороточных белков.

Большинство мягких сыров вырабатывается путем кислотного или ферментативного свертывания молока. Кроме этого существует, так называемый, термокислотный способ свертывания, при котором под влиянием совместного действия высоких температур и кислотности происходит быстрая коагуляция молочных белков. Однако этот способ еще не получил достаточного применения в сыроделии. В России с его использованием вырабатывают только один вид сыра ("Адыгейский").

Считаем, что данное направление в сыроделии требует детального изучения и развития. Реализация этой проблемы позволит создать новую группу мягких сыров массового производства при рациональном использовании сырья. Ее решению посвящена настоящая диссертационная работа.

В диссертации приводятся результаты исследований роли основных технологических режимов и состава молока на процесс его термокислотного свертывания и формирование сыра. Обосновываются рациональные технологические параметры, обеспечивающие получение продукта при эффективном использовании сырья.

Принципиально новым в работе является разработка способа обогащения сыра молочнокислой микрофлорой путем ее диффузии в сформированную сырную массу. Способ позволяет создавать разновидности сыров этой группы регулируемого состава. Его использование существенно улучшает органолептические показатели продукта за счет активизации в сырной массе протеолитических и липолитических процессов, а также ее обогащения продуктами молочнокислого процесса.

В работе представлены сведения по изучению ферментации сырной массы и установлены закономерности управления этим процессом.

Практической стороной работы явилось создание нового вида сыра, при выработке которого использовано термокислотное свертывание молока и диффузионный способ ферментации сырной массы.

Результаты исследований опубликованы в 14 публикациях и докладывались на научно-технических конференциях, проходивших в Санкт-Петербурге, Казани, Угличе и Кемерове. По материалам исследований оформлена заявка на получение патента Российской Федерации на "Способ ферментации сырной массы при выработке сыров".

1 .ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ 1.1. Характеристика молока как сырья для производства сыра

Молоко является сложной многокомпонентной системой, в состав которой входят белки, липиды, углеводы, минеральные вещества, витамины, ферменты и другие вещества [ 36, 37, 95,99, 112].

Схематично средний состав коровьего молока показан на рисунке 1.1.

Среди большого многообразия компонентов молока наиболее ценную часть представляют его белки [ 37, 40, 101].

На основании анализа результатов многолетних исследований Комитетом по номенклатуре и методологии белков ассоциации американских ученых в области молочной промышленности предложена номенклатура белков молока, которая в настоящее время общепринята (таблица 1.1).

При доведении рН сырого молока до 4,6 при 20°С от 78 до 85 % белков от их общего количества выделяется в осадок. Это основная фракция молочных белков - казеин. Казеин состоит из нескольких фракций, которые можно разделить по их электрофоретической подвижности, по растворимости в различных веществах и по другим свойствам [37].

Белки" 3,2% Жир -3,6% Лактоза ~4,6% Минеральные вещества ~0,7% ч( Витамины

Ферменты

Гормоны

Посторонние

химические > вещества

Рис.1.1. Средний химический состав коровьего молока

Таблица 1.1

Классификация белков молока и их характеристики

Белки Массовая доля по отношению к общему белку % Содержание в молоке, г/100 г Молекулярная масса Изоэлектри-ческая точка (рн>

Казеин, 80 2,3-2,9

в том числе:

asi -казеин 38 1,2-1,5 23000 4,4-4,8

а*2-казеин 10 0,3-0,45 25000 -

Р-казеин 39 0,9-1,1 24000 4,8-5,1

к-казеин 13 0,2-0,4 19000 5,4-5,8

Сывороточные белки 19 0,6

в том числе:

Р- 52 0,2-0,4 18000 5Д

лактоглобулин

а-лактальбу- 23 0,06-0,17 14000 4,2-4,5

мин

иммуноглобулины 16 0,04-0,09 1500001000000 ^ г; Q 1

альбумин сы- 8 0,04 66000 4,7-4,9

воротки крови

лактоферрин и другие белки 1 0,0010,0035 77000

Белки оболо- 1 15000-

чек жировых 240000

шариков

Примечание: Содержание р-казеина дано вместе с у-казеином, составляющим около 3 % фракции.

Казеин разделяют на следующие фракции: группа as-казеинов (4355 %), [3-казеин (24-35 %), к-казеин (8-12 %) и группа у-казеинов.

В комплексе фракций казеина основными принято считать asi, ocS2, Р и k-казеины. Все фракции казеина содержат фосфор в отличие от сывороточных белков.

После осаждения казеина из сырого молока при подкислении его до рН 4,6 при 20 °С в сыворотке остаются сывороточные белки. В зависимости от отношения к действию высоких температур, способности растворяться в различных веществах, а также электрофоретической подвижности их подразделяют на несколько фракций [ 64, 67, 113, 129].

Основными сывороточными белками считают (3-лактоглобулин и а-лактальбумин. Содержание Р-лактоглобулина составляет от 7 до 12 % всех белков молока. Этот белок не растворяется в воде, а только в разбавленных растворах солей и содержит свободные сульфгидрильные группы в виде остатков цистеина. Последние участвуют в образовании привкуса кипяченого молока [30, 117]. В настоящее время известны пять генетических вариантов Р-казеина, один из которых содержит углеводы. В молоке Р-лактоглобулин находится в виде димера, состоящего из двух полипептидных цепей. При нагревании молока до температуры выше 30 °С он распадается на мономеры, которые при дальнейшем нагревании агрегируют за счет образования дисульфидных связей. Денатурированный р-лактоглобулин образует комплексы с k-казеином мицелл казеина и осаждается вместе с ними при кислотной и сычужной коагуляции [ 2, 67 ].

Доля а-лактальбумина составляет от 2 до 5 % общего содержания белков молока. Этот белок также является гетерогенным. Он содержит главный компонент, имеющий два генетических варианта, а также минор-

ные компоненты, некоторые из которых являются гликопротеидами. В молоке а-лактальбумин находится в тонкодиспергированном состоянии. Из-за большой гидратированности он не свертывается под действием сычужного фермента и не коагулирует в изоэлектрической точке (рН 4,2-4,5). Относительно повышенная устойчивость его к нагреванию обусловлена наличием в его молекуле дисульфидных связей. Биологическая роль а-лактальбумина заключается в его участии в процессах биосинтеза лактозы из УДФ-галактозы и глюкозы [ 48, 95, 99, 108].

Аминокислотный состав белков молока приведен в таблице 1.2 [ 37 ].

Как видно из таблицы, в состав всех белков входит большое количество незаменимых аминокислот. В полипептидной цепи asi-казеина их содержание составляет 41,7 %, а52-казеина - 49,8 %, р-казеина - 43,6 %, р-лактоглобулина - 51,2 % и a-лактальбумина - 54,5 % от общего количества аминокислот.

Белковые фракции присутствуют в молоке в различном состоянии [47, 122, 139].

Казеин находится в виде казеината кальция, соединенного с коллоидным фосфатом кальция. Поэтому его называют казеинаткальцийфосфат-ный комплекс (ККФК). С помощью электронно-микроскопических исследований установлено, что ККФК представляет собой мицеллы сферической формы, размером от 40 до 300 нм. Белковая часть мицелл представлена главным образом asi-,as2-, Р- и k-казеинами. Эти основные фракции казеина, являющиеся гетерогенными фосфопротеидами, которые самоассоциируются в мицеллы в присутствии кальция, цитратов и фосфатов [3, 4, 7, 8].

Несмотря на многочисленные исследования ККФК до настоящего времени еще не выяснены окончательно его состав и структура. Достоверно известно, что часть кальция в казеинаткальцийфосфатном комплексе связана с фракциями казеина, а другая - с неорганической частью комплекса, то есть с!ходит в состав фосфата кальция, который присутствует во всех мице-

и

Таблица 1.2

Аминокислотный состав белков молока

Аминокислоты Содержание в полипептидной цепи белка аминокислотных остатков

а51-казеин ОСз2-казеин 3- казеин к- казеин {3-лакто- глобулин а-лак- тальбумин

Алании 9 8 5 15 15 3

Аргинин 6 6 4 5 3 1

Аспарагиновая кислота 7 4 4 4 10 9

Аспарагин 8 14 5 7 5 12

Валин 11 14 19 11 9 6

Глицин 9 2 5 2 4 6

Глутаминовая кислота 24 25 18 13 16 8

Глутамин 15 25 21 14 9 5

Гистидин 5 3 5 3 2 3

Изолейцин 11 11 10 13 10 8

Лейцин 17 13 22 8 22 13

Лизин 14 24 11 9 15 12

Метионин 5 4 6 2 4 1

Пролин 17 10 35 20 8 2

С'р>г\уил ^У^у^ ХХЖ.Х я и & V/ 11 X А 12 7 7

Серинфосфат 8 11 1 - -

Треонин 5 15 9 14 о о п /

Триптофан 2 2 1 1 2 4

Тирозин 10 12 4 9 4 4

Цистин - 2 - 2 5 8

Фенилаланин 8 6 9 4 4 4

ВСЕГО 199 207 209 169 162 123

ллах казеина. Состав коллоидного фосфата кальция, присутствующего в частицах казеина, и характер его связи с казеином до сих пор неизвестны [3, 4,7].

В настоящее время достоверно известно, что в нативном состоянии мицеллы казеина обладают относительной устойчивостью. Они не коагулируют при механических воздействиях и нагревании молока до высоких температур [ 3, 4, 7].

Сывороточные белки также, как и казенны, являются глобулярными белками и по своему состоянию в молоке характеризуются как гидрофильные коллоиды. В нативном состоянии, благодаря прочной гидратной оболочке и высокой степени дисперсности, они образуют относительно устойчивые коллоидные растворы [ 3, 4, 7]. Именно этими свойствами объясняется их способность стабилизировать суспензии и крупные коллоидные частицы, то есть выполнять роль защитных коллоидов. Однако, эти свойства сохраняются только при условии отсутствия признаков денатурации [ 135].

Потеря стабильности (3-лактоглобулина и образование агрегатов денатурированного белка происходит при рН 8 и выше, а также при нагревании [ 3, 4, 10, 22].

Из других компонентов молока следует остановиться на молочном жире. Он во многом определяет энергетическую ценность молока.

Молочный жир по химическому строению представляет собой сложный эфир (глицерид) трехатомного спирта глицерина и жирных кислот. Он неоднороден по составу и состоит из смеси различных триацилглицеринов. В небольшом количестве в нем обнаружены ди- и моноацилглицерины [36, 63, 121].

В среднем молочный жир имеет следующий состав: глицериды - 98,5 % (в том числе триацилглицерины - 97 %, ди- и моноацилглицерины - 1,5 %), фосфолипиды и гликолипиды - 1 %, стерины, пигменты и другие нео-мыляемые липиды - 0,5 %.

Свойства молочного жира определяются составом и структурой жирных кислот, входящих в триацилглицерины. В молоч