Исследование и разработка биотехнологии подготовки молока при выработке кислотно-сычужных сыров

Важнейшей стратегической задачей агропромышленного комплекса страны является удовлетворение физиологических потребностей населения в высококачественных и безопасных продуктах питания. Успешная реализация этой задачи возможна путем коренной реконструкции пищевых предприятий, создания принципиально новых энергетически выгодных технологий, организации безотходных или малоотходных производств, получения экологически чистых продуктов питания, определения приоритетных направлений исследований отраслевой науки.

Среди большого разнообразия продуктов питания одно из ведущих мест занимают сыры. Мировая наука о питании признает сыр, как высокопитательный, биологически полноценный, легкоусвояемый продукт. Он является незаменимым и обязательным компонентом пищевого рациона человека. В состав сыра входят необходимые человеку белки, жиры, углеводы, минеральные соли, микроэлементы, витамины.

Белки сыра включают весь комплекс аминокислот, в том числе незаменимые, которые не синтезируются в организме человека. Жир находится в эмульгированном состоянии, что обусловливает его хорошую усвояемость. Сыр является богатейшим источником кальция и фосфора.

Научные и практические основы биотехнологии сыров’заложены в работах С. А. Королева, З. Х. Диланяна, В. М. Богданова, И. И. Климовского, А. И. Чеботарева, Д. А. Граникова и других. В дальнейшем они были продолжены П. Ф. Крашенининым, A.B.Гудковым, Р. И. Раманаускасом, А.М.Ша-лыгиной и другими исследователями.

В соответствии с рекомендациями института питания РАМН среднегодовая норма потребления сыра должна составлять 6,1 кг на человека. Однако из-за недостаточного производства эта норма удовлетворяется менее чем на 50%.

Серьезным резервом быстрого увеличения объема сыров в стране является организация производства мягких кислотно-сычужных сыров. Сыры этой группы имеют ряд преимуществ в сравнении с другими категориями сыров. Они менее требовательны к качеству перерабатываемого молока и более экономичны с позиции расходы сырья.

Производство мягких кислотно-сычужных сыров возможно организовать на большинстве действующих молочных предприятий без серьезных капитальных вложений.

Ввиду специфики технологии мягкие кислотно-сычужные сыры обладают повышенной пищевой и биологической ценностью, что делает их обязательным продуктом потребления для регионов со сложной экологической обстановкой.

Учитывая перспективность этих сыров, Кемеровским технологическим институтом пищевой промышленности разрабатывается и реализуется научно-техническая программа «Мягкие кислотно-сычужные сыры». Исследуются сырьевые, технологические, микробиологические и физико-химические аспекты сыров данной группы, а также разрабатываются их новые виды.

Настоящая работа является составной частью разрабатываемой программы. Она посвящена исследованию и разработке биотехнологии подготовки молока при выработке мягких кислотно-сычужных сыров. Это начальный этап производства сыра, во многом определяющий последующий технологический процесс, а также выход и органолептичес-кие показатели продукта.

В работе изучено влияние тепловой обработки молока на состав и свойства сыра, рассмотрены различные способы подготовки молока к свертыванию, изучены особенности созревания сырого, терми.

— б зованного и пастеризованного молока, разработана рациональная технология подготовки молока к свертыванию, установлена взаимосвязь расхода сырья при выработке сыра с режимами тепловой обработки молока, а также созданы новые виды мягких кислотно-сычужных сыров.

— 7.

1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ.

1.4.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

ПО ОБЗОРУ ЛИТЕРАТУРЫ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ.

Анализ материалов, приведенных в обзоре литературы, показывает важнейшую роль в получении доброкачественного сыра технологической операции, связанной с подготовкой молока к сычужному свертыванию. Как правило, она включает в себя несколько взаимосвязанных процессов обработки молока: охлаждение, созревание, термизация, пастеризация, внесение бактериальной закваски и другие. Каждый из этих приемов оказывает определенное воздействие на составные части молока, а также на его свойства. Конечная цель такой обработки состоит в улучшении технологических свойств молока, то есть подготовку молока к свертыванию можно считать начальным этапом системы управления производственным циклом и качеством получаемой продукции.

Одна из сновных операций этого цикла заключается в пастеризации молока.

Основная цель пастеризации молока заключается•в получении продукта гарантированного качества.

В процессе пастеризации в молоке погибает основная масса микрофлоры, в том числе вся болезнетворная микрофлора. Это явля-* ется главной положительной стороной пастеризации. Одновременно при пастеризации в молоке погибает основная масса технически вредной микрофлоры, что обеспечивает хорошие органолептические показатели продукта.

Для определения качества пастеризации используют показатель «эффективность пастеризации», который характеризует степень гибели микрофлоры во время пастеризации молока (87). Как правило, его величина составляет от 97,0 до 99,9% (7, 52, 81, 89).Чем выше температура пастеризации и длительнее процесс, тем лучше эффективность пастеризации.

Наряду с положительным влиянием на микробиологические показатели молока, пастеризация часто ухудшает его технологические свойства. Это связано с воздействием тепловой обработки на составные компоненты молока. Причем степень этого воздействия усиливается при ужесточении режимов обработки (повышение температуры, увеличение продолжительности процесса).

Особенно тепловая обработка влияет на сывороточные белки, минеральный и витаминный составы молока. Происходит денатурация сывороточных белков, переход растворимых солей кальция и фосфора в нерастворимые формы, инактивация части витаминов. Следствием этого является изменение ряда свойств молока, а именно, изменяется кислотность, вязкость, сычужная свертываемость и другие свойства. Поэтому режимы пастеризации молока подбираются .с учетом конкретных технологчиеских особенностей вырабатываемого продукта, а также ее влияния на его органолептические показатели.

При выработке твердых сычужных сыров молоко рекомендуется пастеризовать при температуре от 70 до 72 °C с выдержкой от 20 до 25 секунд. В случаях переработки недоброкачественного в микро-биологчиеском отношении молока температуру пастеризации можно повышать до (74−76) °С. Более высокие температуры приводят к отклонениям в технологическом процессе и ухудшению качественных показателей сыров. Главным образом это связано с отрицательным влиянием повышенной температуры пастеризации молока на его сычужное свертывание, синеретические свойства получаемого сгустка и обезвоживание сырного зерна.

Для сглаживания дефектов молока, вызванных его пастеризацией, а также улучшения физико-химчиеских свойств молока и регулирования его микробиологчиеского состава в сыроделии применяют созревание молока. Существуют самые различные рекомендации по режимам созревания молока. Некоторые авторы предпочитают направлять на созревание сырое молоко, другие — пастеризованное или термизованное молоко. Встречаются предложения по проведению созревания молока с закваской.

Такой диапазон режимов и способов созревания молока можно объяснить наличием широкого ассортимента вырабатываемых сыров, различными условиями их получения, качеством перерабатываемого сырья, а также принципиальными отличиями в технологии различных групп сыров.

Среди огромного количества разнообразных сыров особую группу составляют мягкие кислотно-сычужные сыры. Они обладают чистым кисломолочным вкусом и запахом и нежной консистенцией. В настоящее время сложились объективные условия для массовой организации производства мягких кислотно-сычужных сыров.

К основным технологчиеским особенностям этих сыров относятся применение повышенных температур пастеризации молока, кислотно-сычужное свертывание молока, получение продукта с повышенным содержанием влаги, реализация сыров в свежем (без созревания) виде.

Научные и практические основы производства мягких кислотно-сычужных сыров разработаны Бобылиным В. В. (9, 64, 65, 66). Основой для разработки послужили исследования С. А. Королева, В. М. Богданова, З. Х. Диланяна, Н. Н. Липатова, А. М. Шалыгиной, П. Ф. Крашенинина, Р.И.Ра-манаускаса, А. В. Гудкова и других исследователей (29, 34, 44, 46, 50, 51, 74, 99).

Исследована кинетика кислотно-сычужного свертывания молока (69,.79). Установлено влияние на этот процесс режимов тепловой обработки молока и условий его свертывания (10, 62, 63). Доказано, что, регулируя дозу молокосвертывающего фермента и активность молочнокислого процесса, можно влиять на кислотно-сычужное свертывание молока, управляя формированием конечного продукта (61). Проведенные исследования явились основанием для создания новых видов сыров этой группы («Салаирский», «Сосновский», «Таежный», «Нежный», «Чесночный») (11, 12, 13, 60).

На основании анализа экономических и технологчиеских особенностей выработки различных сыров считаем, что на данном этапе развития весьма перспективным является производство мягких кислотно-сычужных сыров. Их преимуществом является эффективное использование сырья, экономия молокосвертывающих ферментов, меньшая требовательность к качеству перерабатываемого молока, высокая пищевая и биологическая ценность продукта.

С целью массовой организации производства мягких кислотно-сычужных сыров и создания их новых видов Кемеровским технологическим институтом пищевой промышленности разработана региональная научно-техническая программа «Мягкие кислотно-сычужные сыры», предусматривающая проработку всего комплекса научных и практических проблем производства этих сыров. Составной частью программы является этап: «Изучить и разработать биотехнологический способ подготовки молока при выработке мягких кислотно-сычужных сыров» .

Предполагается, что исследование влияния режимов созревания и тепловой обработки молока на процесс выработки и формирования мягких кислотно-сычужных сыров позволит оптимизировать параметры процесса и получать продукт гарантированного качества при наименьшем расходе сырья. В этом состоит научная гипотеза проводимой работы.

Таким образом, целью настоящих исследований явилась разработка системы биотехнологической подготовки молока, позволяющей управлять формированием и качеством мягких кислотно-сычужных сыров, а также создание на этой основе новых видов сыров этой группы.

Для достижения поставленной цели в работе решали следующие основные задачи:

— изучить влияние различных режимов пастеризации молока на процесс выработки мягких кислотно-сычужных сыров;

— исследовать изменения молока в процессе его созревания;

— изучить влияние созревания молока на процесс выработки мягких кислотно-сычужных сыров;

— разработать рациональные режимы созревания молока при выработке мягких кислотно-сычужных сыров;

— установить соновные закономерности формирования мягких кислотно-сычужных сыров в зависимости от условий созревания молока;

— создать новый вид мягкого кислотно-сычужного сыра.

— 39.

2. ОРГАНИЗАЦИЯ ЭКСПЕРИМЕНТА И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ 2.1. МЕТОДИКА ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ.

Теоретические и экспериментальные исследования выполнены в Кемеровском технологическом институте пищевой промышленности.

Общая схема исследований приведена на рисунке 2.1.

Весь цикл исследований состоит из нескольких взаимосвязанных блоков.

В первом блоке исследований изучали роль тепловой обработки молока в формировании мягких кислотно-сычужных сыров. Рассматривали влияние различных режимов пастеризации молока (разные температура и продолжительность) на физико-химические свойства, содержание основных компонентов и бактериальную обсемененность молока. Применяли температуры 65, 75, 85 и 95 °C с выдержкой от 15 до 20 секунд.

В образцах молока определяли титруемую кислотность, активную кислотность, а также содержание сухих веществ, жира, белка, казеина и сывороточных белков. Устанавливали способность молока к сычужному и кислотному свертыванию, определяли синеретическую способность сгустков при разных температурах пастеризации молока.

В другой серии опытов этого блока изучали влияние продолжительности пастеризации молока (от 15 до 1800 секунд) при температуре 85 °C на состав и свойства молока.

Исследовали влияние различных режимов пастеризации молока на процесс выработки мягких кислотно-сычужных сыров. Вырабатывали три варианта сыров из молока, пастеризованного при 75, 85 и 95 °C. В сырах определяли содержание влаги, жира, соли, активную кислотность, органолептические показатели и выход продукта. Исследовали состав получаемой сыворотки.

Тепловая обра ботка молока Температура пастеризации 65, 75, 85 и 95 °C Продолжительность пастеризации 15, 60, 300 и 1800 с Состав и свойства молока, состав и свойства сыра.

Созревание молока Сырое молоко 24, 48, 72 ч Пастеризованное молоко (75 и 85 °С) с закваской (0,2%) температура пастеризации 75, 85 и 95 °C Состав и свойства молока, состав и свойства сыра.

Оптимизация режимов созревания Доза закваски 0,1- 0,3- 0,5% хитруемая и активная кислотность молока, вкус, запах, консистенция и влажность сыра, сухие вещества сыворотки.

Температура созревания 5,10, 15 °C.

Практическая реализация результатов Отработка технологии Способ созрева-вания молока.

Сыр «Семейный» у.

Рис. 2 Л. Общая схема проведения исследований.

РОССИЙСКАЯ.

Ьсуддрствен^.'.

— 41.

Второй блок исследований посвящен исследованию изменений состава и свойств молока в процессе созревания, а также изучению влияния различных режимов созревания молока на процесс выработки мягких кислотно-сычужных сыров. Проводили несколько серий опытов. В первой серии опытов проводили созревание сырого молока при (10−2) °С по трем вариантам (в течение 24, 48 и 72 часов). Затем молоко пастеризовали при температуре (85−2) °С. Во всех вариантах определяли общее количество бактерий в молоке, его титруемую и активную кислотность, сычужную свертываемость молока и синерезис сгустка, а также сухие вещества в сыворотке.

Вторая серия опытов заключалась в созревании молока, пастеризованного при 75 и 85 °C, с внесением 0,2% закваски молочнокислых стрептококков. Продолжительность созревания молока 24 часа. Устанавливали роль режимов созревания молока в формировании сыра (из сырого и пастеризованного молока).

Третий блок заключался в исследовании роли технологических режимов созревания молока в формировании мягких кислотно-сычужных сыров. Исследовали влияние следующих трех факторов: температура пастеризации молока перед созреванием, доза бактериальной закваски, внесенной в молоко в начале созревания, температура созревания молока. Диапазон изменений температуры пастеризации молока варьировал в пределах от 75 до 95 °C с шагом 10 °C, доза закваски — от 0,1 до 0,5% с шагом 0,2%, температура созревания молока — от 5 до 15 °C с шагом 5 °C.

Варианты опытных выработок подбирали, применяя математическое планирование эксперимента.

Устанавливали влияние названных факторов на титруемую и активную кислотность молока, содержание сухих веществ в сыворотке, вкус и запах и консистенцию сыра, содержание в сыре влаги.

Полученные результаты обрабатывали методом регрессионного анализа, получая математические модели и графические изображения, описывающие зависимость результирующих параметров от изучаемых факторов.

Конечным результатом данной серии опытов явилось обоснование рациональных режимов созревания молока, обеспечивающих получение продукта с хорошими органолептическими показателями и эффективным расходом сырья. Достоверность полученных результатов подтверждали, применяя корреляционный анализ.

Четвертый, заключительный блок исследований имел практическую направленность. На основании экспериментальных результатов, полученных при выполнении настоящей работы, разрабатывали технологический процесс созревания молока при выработке мягких кислотно-сычужных сыров, а также технологию нового вида сыра «Семейный». Рассчитывали экономическую эффективность, получаемую от внедрения созревания молока.

2.2. ОСНОВНЫЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ.

При выполнении работы использовали стандартные физико-химические, биохимические и микробиологические методы исследований.

Титруемую кислотность определяли по ГОСТ 3624–92, активную кислотность измеряли электрометрически на потенциометре рН 222,1.

Содержание жира определяли кислотным методом Гербера по ГОСТ 5867–90.

Содержание сухих веществ и влаги определяли по ГОСТ 3626–73 ускоренным методом на приборе Чижовой путем высушивания навески при етмпературе (160−2) °С.

Синеретическую способность сгустков определяли путем измерения количества выделившейся сыворотки за определенное время.

Массовую долю поваренной соли определяли по ГОСТ 3627–81.

Общее количество бактерий определяли по ГОСТ 9225–84 на средах из мясо-пептонного агара при температуре 37 °C.

Оценку качества сыра проводили по 30-балльной шкале (приложение 1).

Результаты исследований обрабатывали методами статистического и регрессионного анализа.

3.РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ АНАЛИЗ.

3.1. ИССЛЕДОВАНИЕ РОЛИ ТЕПЛОВОЙ ОБРАБОТКИ И СОЗРЕВАНИЯ.

МОЛОКА В ПРОИЗВОДСТВЕ МЯГКИХ КИСЛОТНО-СЫЧУЖНЫХ СЫРОВ.

3.1.1. Влияние различных режимов пастеризации молока на его состав и свойства.

Пастеризация в интервале температур от 65 до 95 °C (выдержка от 15 до 20 секунд) повлияла на физико-химические свойства, содержание отдельных составных компонентов, а также на бактериальную об-семененность молока.

В таблице 3.1 показано влияние температуры пастеризации молока на изменение в нем титруемой и активной кислотности.