Ферменты для свертывания молока
Основополагающей операцией в производстве сычужных сыров является энзиматическое свертывание молока, в результате которого образуется сгусток, содержащий большую часть казеина и жира молока. Тысячелетиями для свертывания молока использовали сычужный фермент (химозин), образующийся в сычуге - четвертом отделе желудка молодняка млекопитающих молочного периода. В организме животных он выполняет ту же функцию, что и в сыроделии: свертывает молоко, что является началом его переваривания. Этот факт свидетельствует о том, что переработка молока при производстве сыра соответствует естественным процессам, протекающим при переваривании молока в организме.
Второй функцией ферментов в производстве сыров является участие в биотрансформации компонентов молока в соединения, формирующие органолептические показатели продукта.
В настоящее время, в связи с дефицитом сычужного фермента и его высокой стоимостью, широко используются другие ферменты, близкие по действию к сычужному: пепсины и энзимы, продуцируемые некоторыми микроорганизмами. Разработаны методы генной инженерии, позволяющие включать гены, осуществляющие синтез сычужного энзима, в геномы микроорганизмов и тем самым осуществлять синтез сычужного фермента микроорганизмами.
Коагуляция молока под действием сычужного фермента получила название «сычужное свертывание». Это название сохранено в настоящее время и для коагуляции молока другими энзимами, поскольку механизм их действия при свертывании молока принципиально не отличается от механизма действия сычужного фермента. В принципе любой протеолитический энзим может коагулировать молоко, но если по способу действия он сильно отличается от сычужного, то при его использовании в сыроделии снижается выход и ухудшаются органолептические показатели продукта. По этой причине крайне ограничено использование молокосвертывающих энзимов растительного происхождения. Растительные ферменты используются для выработки сыров в некоторых африканских странах, в Европе только португальский сыр Сиера вырабатывают с энзимами растительного происхождения.
Кроме молокосвертывающих ферментов, в производстве некоторых сыров применяют липазы и протеазы для ускорения формирования и усиления выраженности сырного вкуса и аромата. Определенную роль в производстве сыров, особенно крупных, играют природные энзимы молока, в частности плазмин.
Механизм действия сычужного фермента
Свертывание молока сычужным ферментом (или его заменителем) представляет собой два совместно протекающих процесса. Процессы эти необратимы. Существует несколько теорий сычужного свертывания. С позиции гидролитической теории механизм сычужной коагуляции объясняется следующим образом.
Под действием внесенного сычужного фермента происходит гидролиз полипептидных цепей к-казеина казеинаткальцийфосфатного комплекса между фенилаланином и метионином. В результате молекулы к-казеина распадаются на гидрофобный пара-к-казеин и гидрофильный гликомакропептид.
В результате происходит потеря отрицательного заряда мицеллой, частичное разрушение гидратной оболочки – система теряет устойчивость, следствием чего является появление хлопьев белка (первая стадия – индукционная).
Потеря к-казеином функций защитного коллоида создает условия для интенсивной коагуляции с участием в структурообразовании параказеина ионов кальция (вторая стадия). На этой стадии формируется пространственная сетка сгустка.
Свертывание молока позволяет получить сгусток, разделяющийся после соответствующей обработки на две фазы: твердую, в которой содержатся преимущественно казеин и жир, и жидкую, содержащую растворенные в воде вещества молока (молочный сахар, растворимые белки и соли молока).
В производстве сыра имеет значение прочность полученного сгустка, которая является условием, определяющим выход сыра, его консистенцию и отход жира в сыворотку. Слабый сгусток дробится неравномерно, образуется много мелких частиц сырной пыли, которые теряются с сывороткой.
Плотность сгустка зависит от содержания в молоке казеина, степени зрелости молока, температуры свертывания, добавления солей кальция и не зависит от дозы сычужного фермента. Продолжительность свертывания молока в зависимости от вида сыра составляет от 25-ти до 60-ти минут и зависит от различных факторов.
Обработка сычужного сгустка
Целью обработки сгустка является создание условий для микробиологических и ферментативных процессов, необходимых для выработки сыра. Это достигается частичным обезвоживанием сгустка. В полученной сырной массе должно оставаться определенное количество сыворотки с растворенными в ней молочным сахаром и солями.
В готовом сгустке продолжается молочнокислое брожение и размножение внесенных в молоко молочнокислых бактерий. По мере уплотнения структурные элементы сгустка сближаются, вследствие чего уменьшаются капиллярные пространства и освобождается находящаяся в них сыворотка.
Степень и скорость выделения сыворотки при обработке сгустка зависят от состава молока, его кислотности, режимов предварительной обработки и других факторов, из которых решающим является кислотность молока.
Накопившаяся в сгустке молочная кислота снижает электрический заряд белков и тем самым уменьшает их гидрофильные свойства: белки легко отдают влагу и сгусток обезвоживается. Однако из молока с излишне высокой кислотностью образуется сгусток, быстро выделяющий сыворотку, что приводит к сильному обезвоживанию сырной массы и ухудшению ее структурно-механических свойств.
В целях ускорения выделения сыворотки, интенсификации молочнокислого процесса, увеличения объема микрофлоры и повышения кислотности сырной массы сгусток дробят, вымешивают (обрабатывают) и проводят второе нагревание сырного зерна. Технологические операции проводят в следующей последовательности:
- разрезка сгустка и постановка сырного зерна;
- отбор сыворотки;
- вымешивание зерна;
- второе нагревание и вымешивание зерна.
Продолжительность этих операций строго не лимитируется – она зависит от вида сыра, свойств сгустка и сырного зерна, интенсивности развития молочнокислого процесса. Ориентировочная продолжительность этих операций указывается в инструкциях по выработке отдельных видов сыров.
При обработке сырного зерна допускается проведение дополнительных технологических операций – разбавление сыворотки водой и частичная посолка сыра в зерне.
Факторы, влияющие на выделение сыворотки из сгустка
Их можно условно разделить на постоянные, устанавливаемые до начала свертывания (жирность молока или смеси,процесс пастеризации и состав молока), и изменяемые в процессе обработки сгустка, величины зерна, режимы посолки сырной массы в зерне, продолжительность обработки сырной массы и др.).
Жирность молока или смеси
В процессе стягивания сгустка в нём создается внутреннее напряжение (давление), вследствие этого из сгустка по тончайшим капиллярам начинает выделяться сыворотка. Жировые шарики закупоривают капилляры и задерживают выделение сыворотки. Поэтому чем жирнее смесь, тем медленнее выделяется сыворотка при прочих равных условиях.
Процесс пастеризации молока
Сырная масса, выработанная из пастеризации молока, обезвоживается медленнее, чем из зрелого сырого молока, вследствие частичной денатурации белков и выпадения кальциевых солей. Пастеризация молока при температуре выше 80С ухудшает свертывание молока и качество полученного сгустка. Однако выход сыра отдельных видов (белый, десертный, адыгейский) повышается в результате выпадения сывороточных белков и лучшего набухания белков.
Способность молока к свертыванию
Вялое к сычужному ферменту молоко медленно свертывается, при этом образуется рыхлый сгусток, плохо выделяющий сыворотку. Зерно из такого сгустка сохнет медленно.
Содержание растворимых солей кальция в молоке
Наличие достаточного количества солей кальция способствует образованию прочного сгустка, хорошо выделяющего сыворотку в первый период обработки. При недостатке солей кальция в молоке получается дряблый сгусток и сыворотка из него выделяется медленно.
Прочность сгустка в начале обработки
Это наименее изученный фактор. Некоторые считают, что из более прочного сгустка сыворотка выделяется быстрее. Однако существует мнение, что при меньшей прочности сгустка сыворотка выделяется интенсивнее.
Кислотность сырной массы
При хорошо развитом молочнокислом процессе происходит интенсивное накопление в сырной массе молочной кислоты, она обуславливает ускорение выделения сыворотки. Зрелость молока имеет значение не только для получения нормального сгустка, но и для получения сырной массы нормальной влажности.
Кислотность внутри зерна повышается значительно быстрее, чем в сыворотке, белковые частички слабее удерживают влагу, и она легче выделяется из сырных зерен. При производстве мягких сыров длительное свертывание молока способствует значительному нарастанию кислотности, которая здесь играет роль главного фактора выделения сыворотки из сырной массы при самопрессовании сыра.
При выработке некоторых видов сыра во время второго нагревания сырную массу раскисляют пастеризованной водой (5-20%), в результате чего уменьшается влияние кислотности как фактора обезвоживания и предотвращается пересушивание зерна. Количество вносимой воды изменяют в зависимости от содержания молочного сахара. При удалении 30% сыворотки и добавлении 10% воды вымывается до 20% молочного сахара, содержащегося в сырной массе.
Температура сырной массы
Действует на выделение сыворотки следующим образом. При повышенной температуре сырной массы усиливается выделение сыворотки из нее, потому что ускоряется разрушение гидрационных оболочек белковых частиц. В результате влага легче выделяется из сгустка и сырной массы. Повышенная температура способствует также уплотнению сырной массы: белковые частицы сближаются, в результате чего ускоряется выделение влаги.
Чем выше температура свертывания и второго нагревания, тем больше выделяется сыворотки. При выработке мягких сыров не требуется значительного обезвоживания сырной массы, поэтому смесь нагревают только один раз перед свертыванием до невысоких температур (29-32°С). Если требуется ускорить обсушку зерна до второго нагревания, устанавливают более высокую температуру свертывания. Температура второго нагревания сильнее влияет на выделение влаги из сырной массы, чем первого. Это наиболее доступный фактор регулирования содержания влаги в сырной массе. Однако резкие отклонения температуры обработки сырной массы от требуемой могут повлиять на типичность вырабатываемого сыра.
Разрезка сгустка
Самый важный фактор, усиливающий выделение сыворотки. Из неразрезанного сгустка сыворотка не выделяется в течение 10 ч, за это же время из разрезанного сгустка выделяется 65% ее от массы молока. Ускоренное выделение сыворотки из разрезанного сгустка объясняется значительным увеличением поверхности выделения сыворотки и нарушением пленки, образующейся на поверхности сгустка.
Величина зерна также влияет на выделение сыворотки. Чем мельче зерно, тем быстрее выделяется сыворотка, и наоборот. Удельная поверхность мелкого зерна больше, чем крупного, и, следовательно, больше поверхность выделения сыворотки на единицу массы. Кроме того, в мелком зерне меньше расстояние от центра до поверхности зерна, которое должна пройти сыворотка.
Частичная посолка сырной массы в зерне
Задерживает выделение сыворотки из сырной массы. Частичная посолка способствует увеличению количества связанной влаги в сыре на 2-3% и удержанию ее при последующих стадиях производства в сравнении с сыром, вырабатываемым без частичной посолки в зерне.
Продолжительность обработки сырной массы
Более длительная обработка, обеспечивает большее выделение сыворотки. Если зерно сохнет медленно, увеличивают продолжительность обработки; если зерно сохнет быстрее, уменьшают ее.
Разрезка сычужного сгустка
Прочность сычужного сгустка не только влияет на выделение сыворотки, но и определяет направление технологического процесса. Чем мельче должно быть зерно, тем нежнее должен быть сгусток в начале обработки, и, наоборот, чем крупнее должно быть зерно, тем прочнее сгусток. Постановка мелкого зерна из уплотнившегося сгустка не всегда удается. Кроме того, требуется интенсивная обработка его, сопровождаемая образованием так называемой сырной пыли, теряемой с сывороткой.
Чем меньше влаги должно быть в сыре, тем мельче следует ставить зерно. Таким образом, при выработке твердых сыров сгусток должен быть нежным, а зерно - мелким. При производстве мягких сыров с большим содержанием влаги необходимо получить более прочный сгусток и более крупное зерно.
Прочность хорошего сычужного сгустка одинаковая во всей массе его, поверхность ровная, гладкая, с прочной тонкой пленкой, на поверхности сгустка нет пены и комочков выплавившегося жира, а также трещин и полос; цвет поверхности сгустка однородный. Неравномерная прочность сгустка получается в результате плохого распределения фермента в молоке или неодинаковой температуры сгустка в процессе свертывания.
Неоднородный цвет сгустка часто свидетельствует о различной прочности во всей массе его. Полосы и трещины появляются в том случае, если после внесения сычужного фермента смесь находится в движении. Выплавившийся на поверхность сгустка жир свидетельствует о том, что смесь после пастеризации долго охлаждали без тщательного перемешивания, или о том, что в нормализаторе и пастеризаторе происходит сильное комкование жировых шариков. Комочки выплавившегося жира на поверхности сгустка наблюдаются также при плохом размешивании смеси во время нагревания ее в ванне, особенно при добавлении сливок в смесь.
Сгусток разрезают сначала вдоль, а затем поперек ванны. Лиру или нож вводят у торцовой стенки до дна, слегка наклоняя внутрь ванны (к себе), и проводят до противоположной стенки. Также разрезают следующую полосу сгустка. Разрезав сгусток вдоль ванны, аналогичными приемами разрезают его поперек ванны. В результате разрезки сгустка вдоль и поперек ванны получают вертикальные столбики сечением 7-10 мм в зависимости от вида сыра.
Если применяют ножи с вертикальными и горизонтальными проволоками (или ножи с вертикальными и горизонтальными лезвиями), то сначала сгусток режут вдоль и по ширине ванны, получая горизонтальные столбики. Затем сгусток разрезают горизонтальными ножами (лирами) и получают кубики размером от 8 до 12 мм.
Продолжительность разрезки сгустка длится 3-5 мин. Сравнительно нежный сгусток режут медленно, чтобы не образовывалась сырная пыль, более плотный сгусток режут быстрее, чтобы не допустить преждевременного уплотнения его.
Постановка и вымешивание зерна
Следующая операция после разрезки сгустка - постановка зерна, т. е. дальнейшее дробление сгустка с целью ускорения выделения сыворотки. При дроблении зерна мешалку переводят с медленного вращения на быстрое.
С целью дробления столбиков и кубиков сгустка, а также выравнивания температуры во всей массе, что влияет на равномерное уплотнение ее и получение равномерного по величине зерна, разрезанный сгусток осторожно перемешивают. При дальнейшем дроблении массы получают зерна определенной для каждой группы сыров величины. Например, при производстве швейцарского сыра в результате постановки получают зерно размером 3-4 мм, при выработке голландского и ярославского – 5-6 мм. Для постановки зерна применяют те же инструменты, что и для разрезки сгустка. В ваннах с механической мешалкой сгусток дробят ею, устанавливая скорость движения в зависимости от необходимой степени дробления.
Показатель хорошей постановки зерна - однородность его по величине. Зерно одинакового размера равномерно сохнет, этим обеспечивается хорошая структура сыра. Зерно различной величины обсушивается неравномерно: в то время, когда мелкое зерно уже достаточно обсушено, в крупном зерне еще содержится излишек сыворотки, вследствие этого получается сыр неоднородной структуры.
Чтобы получить зерно одинаковой величины, при постановке его следует учитывать свойства сгустка. Нежный сгусток сначала дробят медленно. Затем, по мере уплотнения зерна, темп ускоряют с таким расчетом, чтобы закончить постановку до полного закрепления зерна, когда оно уже не дробится. Прочный сгусток надо дробить ускоренно, но без резких движений, способствующих образованию сырной пыли, в результате чего не только увеличиваются потери сырной массы с сывороткой, но и создается неравномерность структуры ее. Периодически следует определять состояние массы - скорость ее уплотнения и величину зерна и изменять теми работы с таким расчетом, чтобы через установленное технологическими инструкциями время зерно достигло желаемой величины. Чем мельче надо получить зерно, тем продолжительнее постановка его. При одинаковой желаемой величине зерна более прочный сгусток необходимо дробить дольше.
Зерно вымешивают до определенной степени упругости, конец вымешивания определяют по степени уплотнения зерна и нарастанию титруемой кислотности сыворотки.
Общая продолжительность процесса от начала разрезки до второго нагревания составляет в среднем для сыров с высокой температурой второго нагревания – (60±10) минут; для сыров с низкой температурой второго нагревания – (25±10) минут.
Зерно, хорошо подготовленное ко второму нагреванию, характеризуется упругостью, потерей первоначальной клейкости. Слегка сжатое в комок, оно не продавливается между пальцами.
При нормальном течении молочнокислого процесса при вымешивании зерна нарастание кислотности сыворотки составляет (1±0,5) оТ – для сыров с высокой температурой второго нагревания и (1,5±0,5) оТ – для сыров с низкой температурой второго нагревания.
При накоплении молочной кислоты, кроме снижения электрического заряда белков, происходит потеря кальция из казеиновой мицеллы. Потеря кальция оказывает значительное влияние на консистенцию сыра. При недостаточном отщеплении кальция сыр может приобрести слишком связную твердую консистенцию, а при значительном – происходит излишнее снижение вязкости сырной массы.
Второе нагревание зерна
Второе нагревание проводится с целью дальнейшего обезвоживания сырного зерна. Температура и продолжительность второго нагревания оказывают значительное влияние на микробиологические и биохимические процессы в сыре, а следовательно, на формирование органолептических показателей готового продукта. Для отдельных видов сыров установлены разные температуры второго нагревания. Например:
- для советского – 52-55°С;
- для горного – 48-52°С;
- для алтайского – 50-54°С;
- для голландского брускового – 38-42°С;
- для голландского круглого – 38-41°С;
- для костромского – 38-42°С;
При медленном нарастании кислотности сыворотки температуру снижают, при интенсивном – повышают (в указанных в инструкции пределах). Продолжительность второго нагревания для сыров с высокой температурой второго нагревания составляет (25±5) минут; для сыров с низкой температурой второго нагревания – (15±5) минут.
Во время второго нагревания не рекомендуется проводить отбор сыворотки.
При необходимости, для предотвращения развития в сыре излишне высокого уровня молочнокислого процесса и для получения сыра с более нежной консистенцией, проводят разбавление (раскисление) сыворотки водой. Раскисление проводят в начале второго нагревания питьевой пастеризованной водой. Доза добавляемой воды зависит от интенсивности молочнокислого процесса, обычно она составляет 5-15% от количества перерабатываемого молока.
