Свертывание молока – одна из важнейших технологических операций в сыроделии. От скорости образования и структурно-механических свойств сырного сгустка зависит структура, консистенция, рисунок и другие показатели готового продукта. Коагуляцию казеина осуществляют, как правило, под действием сычужного фермента или используют ферментные препараты, или под влиянием изменения кислотности.
Ферменты и ферментные препараты в сыроделии: как они действуют
Известно, что в желудке млекопитающих молоко, под действием соляной кислоты и ферментов, быстро коагулирует. У взрослых животных основным ферментом, участвующий в процессах пищеварения, является пепсин. Этот фермент разлагает белки только при условии повышенной кислотности, хотя в желудке телят молочный белок свертывается в нейтральной и даже слегка щелочной среде.
Подобный эффект объясняется тем, что в четвертом отделе желудочка (сычуга) молочных телят кроме пепсина содержится так называемый сычужный фермент, или химозин. Он гидролизует пептиды и по своей специфичности подобен пепсину, хотя, в отличие от него, не инактивирует рибонуклеазу. Если сычужный фермент вызывает коагуляцию казеина, то пепсин участвует в биохимических процессах преобразований белка во время созревания сыра.
Сычуг из желудка теленка молочного возраста содержит 88-98% химозина и 2-12% пепсина. В сычуге же взрослого животного содержание этих ферментов имеет практически обратную пропорцию. Таким образом, если именно химозин есть активной частью сычужного фермента, то
лучшим источником получения ферментных препаратов для сыроделия является сычуги двух-трехнедельных молочных телят.
Сычужный фермент дорого стоит, поэтому во всем мире его используют прежде всего для производства элитных сыров.
Пепсин активнее в зрелом молоке и при расщеплении казеина образует горькие пептиды. Поэтому в состав смеси сычужного фермента и говяжьего пепсина его добавляют всего 15%, и в чистом виде применяют преимущественно для производства кисломолочных сыров, срок реализации которых значительно меньше, чем возможное проявление горечи. Коагуляционная активность сычужного (телячьего) фермента и говяжьего пепсина и их смеси является максимальной при рН 6,5.
Куриный пепсин применяют для сыров со сроком хранения не более 2 недель. Сычужные ферменты свиней, козлят, ягнят, буйволов могут частично заменять сычужный фермент телят в соотношении 50:50 и 30:70.
Процесс сычужного свертывания молока
Суть процесса сычужного свертывания молока до сих пор полностью не выяснена. Известно лишь, что процесс коагуляции белка происходит поэтапно. Основной белок молока – казеин – состоит из нескольких фракций, из которых только одна – х-казеин – гидролизуется химозином. Гидролизу подвергаются одновременно многочисленные пептидные связи, и х-казеин расщепляется как в растворимой, так и в нерастворимой фракциях.
Как продукт гидролиза идентифицирован гликопротеид с содержанием углеводов до 28%. Нерастворимую фракцию, которая образуется в результате гидролиза х-казеина химозином, называют пара-х-казеином. Неглубокий гидролиз х-казеина химозином приводит к потере его защитного коллоидного действия в молоке.
- На первом этапе протеаза атакует гидрофильную часть пептидной цепи c-казеина и отщепляет гидрофильный макропептид, который быстро растворяется в сыворотке. Этот процесс сопровождается повышением гидрофобности образованного пара-c-казеина. При преобразовании казеина на параказеин на момент свертывания молока не происходит глубоких химических изменений в молекулах казеина. Молекулярная масса параказеина и казеина на начала процесса коагуляции практически одинакова. Коллоидные свойства казеина при превращении в параказеин также существенно не изменяются.
- На втором этапе процесса коагуляции белка параказеин осаждается при наличии ионов кальция и образует коагулят, который захватывает в свою сетку все компоненты молока и постепенно уплотняется. Подобный эффект самопроизвольного уплотнения белкового сгустка называют синерезисом. Его следствием является отделение сыворотки. Скорость синерезиса можно увеличить за счет увеличения поверхности сгустка. Это достигается разрезанием сгустка на зерна кубической формы и отвариванием зерна.
Химизм воздействия сычужного фермента на казеин заключается в гидролизе его фосфоамидной связи (Р-N) без отщепления фосфорной кислоты. В то же время освобождаются щелочные гуанидиновые и фосфорные группы, в результате чего изоэлектрическая точка казеина смещается с рН 4,6 до рН 5,0-5,2, характерного для параказеина. В результате действия сычужного фермента появляются функциональные группы (ОН), которые и связывают ионы кальция, образуя «кальциевые мостики» между молекулами параказеина. За счет подобного агрегирования частиц параказеина и образуется белковый гель.
Итак, без наличия в системе ионов кальция агрегирование частиц параказеина осуществляться не может.
Если же происходит кислотное свертывания молока, то казеин выделяется в чистом виде без кальциевых солей при кислотности до 60-70 ° Т и концентрации водородных ионов, обеспечивающих активную кислотность, близкую к изоэлектрической точке (рН 4,7). При сычужном свертывании титруемая кислотность должна составлять 18-23 °Т, а концентрация водородных ионов – рН 6,2. В этих условиях казеин свертывается вместе с кальциевыми солями и образует плотный сгусток, из которого и формируют сыр. Итак, сгустки, полученные в результате кислотного и сычужного свертывания молока, существенно отличаются друг от друга.
Читайте также: Бактериальные закваски и препараты в производстве сыров
Сычужный фермент используют для сыров с высокой температурой второго нагревания (типа Швейцарского), с длительным сроком созревания до полугода и более. Пепсины участвуют в дальнейшем расщеплении казеина в процессе созревания сыра, что значительно его ускоряет. Поэтому для производства твердых сыров используют ферменты только животного происхождения.
Ферментные препараты: рассчитываем дозу
Ферментный препарат добавляют в молоко в виде раствора, который готовят за 20-30 мин до применения. Для этого нужное количество ферментного препарата растворяют в пастеризованной до температуры не ниже 85 ° С и охлажденной до температуры около 34 ° С воде из расчета 2,5 г препарата на 100 -200 см³ воды на каждые 100 кг молока. Если применяют биологическую обработку молока, то фермента берут из расчета 2,0 г на 100 кг молока. Количество ферментного препарата должно быть минимальным, но оно должна обеспечивать продолжительность свертывания молока в течение 25-40 мин.
Количество ферментного препарата, необходимое для коагуляции молока, определяют с помощью прибора ВНДИМС. Методика заключается в измерении значения деления на стенке специальной кружки вместимостью 1 дм³, что соответствует уровню коагулята, образованном после добавления в молоко 1 см³ ферментного препарата.
Количество ферментного препарата зависит от кислотности молока и фракционного состава его белков и влияет преимущественно на продолжительность свертывания молока. Избыточное количество фермента может нарушить процесс нормального обсушивания сырного зерна, а повышенное содержание пепсина может вызвать и появление горечи в сыре. Недостаточное содержание препарата тормозит процесс свертывания молока и удлиняет процесс обработки зерна, что обуславливает чрезмерные потери белка и жира.
При пониженной способности молока к свертыванию нужно в допустимых пределах увеличить дозу хлорида кальция и бактериальной закваски (биологическое обработки в таком молоке способствуют лучшей коагуляции), повысить температуру свертывания.
Доза сычужного фермента может составлять до 30 см³ в жидком состоянии в соотношении 1:10000 или 1:15000 на 100 кг молока. Для лучшего распределения сычужный фермент можно разбавлять двойным количеством воды. Следует учитывать, что после разбавления водой и под влиянием света фермент быстро теряет активность. Устойчивость сычужного фермента повышается при слегка кислой реакции среды, при наличии белков и при увеличении вязкости. Поэтому для повышения активности сычужный порошок лучше растворять в кислой (45-60 ° Т) пастеризованной при температуре 85 ° С, профильтрованной и охлажденной до 40 С сыворотке за 3 часа до применения. Температуру свертывания молока регулируют в пределах от 28 до 35 ° С в зависимости от вида сыра, времени года и технологических свойств молока.
Под действием сычужного фермента молоко может сворачиваться даже при достаточно низких температурах (12-15 ° С), хотя и медленнее. С повышением температуры активность сычужного фермента увеличивается и является максимальной при 40-41 ° С. С дальнейшим повышением температуры действие фермента снова замедляется вследствие его теплового разрушения и полностью прекращается при 65 ° С.
Активация препарата пепсина требует более кислой среды. Раствор пепсина нужно готовить не менее чем за 6 часов до применения и хранить в темном месте. Для этого 4 г порошка пепсина смешивают с равным количеством поваренной соли, растворяют в 100-150 см3 осветленной сыворотки кислотностью 150 -180 ° Т и оставляют при комнатной температуре или в термостате при 30 ° С в течение 6 ч, смешивают с равным количеством поваренной соли и растворяют. Для осветления обезжиренную сыворотку подогревают до 90 -95 ° С, добавляют к ней кислую сыворотку в таком количестве, чтобы общая кислотность смеси составляла 25-30 ° Т, затем отделяют белок фильтрацией.
Итак, приходим к следующему выводу: тип образованного сгустка зависит от вида ферментного препарата, солевого баланса молока, температуры, активной кислотности молока, фракционного состава казеина, содержания других компонентов молока.
Например, плотность сгустка увеличивается при повышении температуры до 40 ° С и снижение значения рН. В творожную массу из молока переходит около 30% сычужного фермента, а после прессования в сырных головках остается около 5%.
Ферментные препараты: из чего изготавливают, как хранят
Для изготовления ферментов используют такое сырье животного происхождения, как слизистые оболочки сычуга крупного рогатого скота, свиных желудков, сычуги ягнят, козлят и молочных телят, а также желудки цыплят и кур. Слизистую оболочку желудков замораживают и хранят в таком виде до переработки. Сычужный фермент изготавливают на специальных предприятиях в виде порошка стандартной активности. Сухие ферментные препараты хранят в темном и сухом месте.
Для получения из фермента водного раствора высушенные сычуги измельчают, заливают подкисленным раствором поваренной соли и оставляют на несколько часов. После этого для отделения из раствора белков и фермента снова добавляют соль, полученный белковый концентрат отделяют с помощью центрифуги, высушивают вакуумированием и перемалывают с помощью специальной мельницы. К порошку добавляют такое же количество чистой поваренной соли, чтобы активность его достигла 100 тыс. ед. Сейчас разработаны новые технологии изготовления ферментных препаратов.
Сычужную активность устанавливают с помощью сборного молока, ведь способность к коагуляции молока отдельных коров неодинакова. В качестве единицы сычужной активности (RU), так называемую силу фермента, берут количество молока в кубических сантиметрах (см3), которое свернулось при температуре 35 °С в течение 40 мин. Например, если фермент имеет активность 150 тыс. ед., то это означает, что 1 г сычужного фермента сворачивается 150 тыс. г или 150 кг молока в течение 40 мин при температуре 35 ° С. Активность фермента снижается при повышении температуры его раствора более 35 ° С, а при температуре 65 ° С фермент полностью инактивируется.
Сухие промышленные ферментные молокосвертывающие препараты имеют такую стандартную активность: 50 тыс., 75 тыс., 100 тыс. и 150 тыс. ед.
Для определения продолжительности свертывания молока готовят раствор сухого молока высокого качества и добавляют хлорид кальция (СаСl2, концентрацией 0,5 г / дм3) в количестве 0,05% при рН 6,5.
Микробные ферменты
Микробные ферменты (протеазы) – это ферменты, локализирующиеся в клетках (эндоферменты), или экстрагирующиеся в культуральную среду (экзоферменты). Различают протеазы бактерий, плесневых грибов и дрожжей, а в каждой из этих трех групп – кислые, нейтральные и щелочные протеазы. Протеазы применяют только в технологии отдельных мягких сыров.
При увеличении объемов производства твердых сыров увеличивается потребность в ферментах животного происхождения. Было принято много попыток найти заменители сычужного фермента. Коагуляцию молока можно проводить с помощью большого количества протеаз, способных обеспечить гидролитическое расщепление c-казеина. Однако выполнение этих условий недостаточно для их широкого промышленного внедрения.
Заменители сычужного фермента должны иметь физико-химические и технологические свойства, которые соответствуют требованиям сыроварения. Нужно, в частности, чтобы протеолетическая активность фермента была не очень высокой, иначе может расщепляться избыточное количество пептидных связей с образованием значительного количества растворимых белков. Это, в свою очередь, приведет к образованию слабого сгустка и чрезмерных потерь сухого вещества, а процесс выделения сыворотки из сгустка замедлится. Кроме того, могут возникнуть недостатки вкуса и консистенции сыра в процессе созревания.
Заменители сычужного фермента применяют только для производства отдельных видов сыра (рассольных, с подплавлением сырной массы или для сырья в производстве плавленых сыров).
Классификация микробных протеаз основывается на виде источника, из которого выделяется фермент, и на оптимальном значении активной кислотности. Коммерческие ферменты микробного происхождения производятся из плесени Mucor miehei, Mucor pusillus, Endothia parasitica.
Микробные коагулянты – препараты Мейто и Милкозим (Япония), Фромаза (Франция), Суперен (США), Максирен (из дрожжей) и др. Их широко применяют в сыроварении благодаря более низкой цене по сравнению с традиционными ферментными препаратами. Однако при этом следует учитывать возможность появления в твердых сырах определенных недостатков вкуса и консистенции.
При использовании Фромазы и Мейто поверхность сыра иногда покрывается черной плесенью, а ферменты из дрожжей могут усиливать вспучивание сыра. Поэтому, чтобы защитить права потребителей, желательно было бы, чтобы производитель на этикетке указывал, какой фермент использован для производства сыра, а цена сыра должна быть соответствующей: с ферментами животного происхождения сыр должен быть дороже, а микробного – дешевле.
Большинство производителей ферментных препаратов упаковывают ферменты в пачки массой по 1 кг, что очень неудобно, технологически неудобно, потому что со временем препарат портится, его активность снижается. Фирма Мейто (Япония) одна из немногих выпускает фермент в маленьких баночках массой нетто по 100 г (на 10-15 т молока).
Препараты микробного происхождения выращивают на проросшей пшенице. Они содержат чистый химозин, что позволяет увеличить активность, в отличие от препаратов животного происхождения. Например, активность сычужного фермента 100 тыс. ед., пепсина – 80-100 тыс. ед., Тогда как активность Фромазы – 150 тыс. ед, Максирена – 250, Мейто – 330 тыс. ед.
