Лекции по "Биотехнологии"

ЛЕКЦИЯ № 3

БИОТЕХНОЛОГИЯ КИСЛОМОЛОЧНЫХ ПРОДУКТОВ

 

Состав молока. Натуральное молоко – сложный пищевой продукт, в котором содержится (в среднем): 3,7% жиров; 3,5% белков; 4,9% лактозы (молочного сахара); 0,7% минеральных соединений; 87,2% воды.

От жирности молока зависит его качество. Характерный вкус сливочного масла определяется молочным жиром, который по химическому составу отличается от жиров других видов. Хотя молочный жир имеет животное происхождение, в нем содержится (по массе) лишь 0,3% холестерина. Молочный жир легче прочих составляющих, и при отстаивании молока всплывает, образуя слой сливок. В натуральном молоке жир распределен по всему объему в виде мелких шариков (капель), заключенных в тонкую оболочку, препятствующую их слипанию.

Состав молока

В молоке содержится три вида белков: казеин, альбумин и глобулин. Самым важным из них является казеин, содержащий все наиболее важные аминокислоты. Он может коагулировать под действием кислот либо ферментов типа реннина (сычужного фермента). На коагуляции казеина реннином основана выработка многих видов сыров.

Лактоза встречается только в молоке. На вкус она не такая сладкая, как сахароза (тростниковый или свекловичный сахар), и менее растворима в воде, но именно она придает молоку сладковатый привкус. Установлено, что участие лактозы в пищеварительном процессе способствует удержанию кальция в организме. Однако существует и проблема неприятия лактозы человеческим организмом, что типично для представителей тех этнических групп или целых народов, в рационы которых обычно не входит молоко. Лактозная несовместимость проявляется, как правило, через заболевания желудочно-кишечного тракта – различные гастриты и диарею. Однако люди, страдающие от несовместимости их организмов с лактозой, могут без ущерба для своего здоровья потреблять в пищу (лучше – небольшими порциями) кисломолочные продукты типа пахты или йогурта.

Минеральные вещества, содержащиеся в молоке, являются весьма существенными составляющими питания. Наиболее важны из них кальций и фосфор, которые совершенно необходимы для восстановления костных тканей. Всего 0,9 литра молока дает организму кальция столько же, как 20 куриных яиц или 11,7 кг постной говядины или 2,2 кг пшеничного хлеба.

В молоке присутствуют и все витамины, но больше всего в нем витамина А и витамина В2 (рибофлавина, или лактофлавина).

ГОМОГЕНИЗАЦИЯ МОЛОКА

Гомогенизация. Молочный жир распределен в натуральном молоке в виде множества мельчайших капель размером 8–16 мкм. Поскольку эти капли (их относительная плотность 0,93) легче воды, при хранении молока они постепенно поднимаются вверх, образуя слой сливок. При гомогенизации размер жировых капель доводится в среднем до 2 мкм, они становятся слишком малы (т.е. их усредненная относительная плотность возрастает), чтобы подниматься вверх, и слой сливок не формируется. Для этого молоко (или его производные) прокачивают под давлением ~35 МПа через специальный дроссельный клапан. Проходя через клапан, жировые частицы измельчаются.

 

Нормализация. На молочных заводах принятое молоко обезжиривают путем отделения сливок.

 

Нормализатор молока по конструкции аналогичен сепаратору, но в нем предусмотрена регулировка, обеспечивающая изъятие заданной доли или всего молочного жира. Нормализуемое молоко поступает во внутренний цилиндр аппарата снизу и поднимается вверх. Объем цилиндра заполнен пластинами конической формы, расположенными близко друг к другу; эти пластины при вращении развивают в молоке центробежные силы, превосходящие силу тяжести в 5000–10 000 крат. Наибольшая центробежная сила действует на наиболее тяжелую составляющую молочной суспензии, отгоняя ее от оси вращения к цилиндрической оболочке аппарата. Молочный жир легче воды и потому накапливается в центральной области сепаратора.

 

Пастеризация

 

Пастеризация. Процесс пастеризации заключается в нагревании молока до 60–70° С и выдержке с целью уничтожения болезнетворных бактерий, которые могут присутствовать в нем. Первоначально пастеризация была предложена для уничтожения туберкулезной палочки Mycobacterium tuberculosis, которая в ту пору нередко содержалась в молоке. В настоящее время технология фермерского производства молока практически исключает возможность существования в нем туберкулезной палочки, но молоко продолжают пастеризовать с целью нейтрализации других видов бактерий, опасных для здоровья людей.

В современной молочной промышленности используются три метода пастеризации. Объемная (низкотемпературная и долговременная) пастеризация проводится в чане или цистерне с молоком, где весь его объем нагревается до температуры не ниже 63° С и выдерживается при ней в течение 30 мин. В двух других методах прогревается поток молока, пропускаемый через трубчатый или пластинчатый пастеризатор; в обоих случаях поток молока интенсивно перемешивается, чем и обеспечивается быстрая теплопередача.

Наибольшее распространение получил метод высокотемпературной кратковременной пастеризации с использованием пластинчатого пастеризатора. В нем поток молока прогоняется между пластинами из нержавеющей стали, которые с тыльной стороны нагреваются горячей водой. Поток молока нагревается до 72° С и выдерживается при этой температуре 15 с. Регулированием расхода молока через пастеризатор гарантируется удовлетворительная пастеризация продукта.

Другой метод пастеризации молока в потоке носит название сверхвысокотемпературной обработки. В этом методе молоко быстро нагревается до температуры не менее 138° С и выдерживается при ней 2 с. После такой обработки молоко и сливки не портятся в течение 3 месяцев без охлаждения.

Выше указывались минимальные значения температуры и длительности пастеризации. На практике производители молочных продуктов проводят пастеризацию при более высоких температурах, чтобы увеличить допустимые сроки хранения своих изделий. Более того, прогревание продуктов, которые содержат добавленный сахар (например, шоколадное молоко) или увеличенное количество жира (например, сливки), до повышенных температур необходимо для того, чтобы уничтожить в них все бактерии. Если конечным продуктом является сливочное или молочное мороженое, которые отличаются от цельного молока высоким содержанием сахара и жира, то пастеризацию следует проводить при еще более высокой температуре и в течение более продолжительного времени, поскольку сахар и жир являются средами, благоприятными для размножения бактерий.

 

Витаминизация

Витаминизация. Перед пастеризацией в молоко вводятся концентрированные витамины. В цельное молоко добавляют только витамин D – в таких количествах, чтобы его концентрация дошла до 400 международных единиц на кварту (613 М. Е./л). В молоко пониженной жирности, кроме витамина D, добавляют витамин А, доводя его концентрацию до 1500 М.Е. на кварту (1586 М. Е./л).

 

Кисломолочные (ферментированные) продукты

Кисломолочные (ферментированные) продукты. Выпускаются четыре основных вида кисломолочных продуктов: йогурт, пахта, сметана и кефир. Многие разновидности напитков типа кефира широко потребляются в юго-западной Азии, где сырьем для них служит не только коровье, но также козье и даже кобылье молоко. Напиток из кобыльего молока – кумыс – делают в Центральной Азии и на юго-востоке России, используя для ферментации лактозы тот же вид закваски, что и для кефира.

 

Приготовление йогурта

 

Йогурт обычно делается из маложирного или цельного молока, которое уплотняется 4%-й добавкой обезжиренного сухого молока, чтобы конечный продукт стал достаточно густым и более приятным на вкус. Уплотненное молоко пастеризуется при довольно высокой температуре (82° С) в течение, как правило, 10–20 мин, после чего оно гомогенизируется и охлаждается до 43° С. Затем в него вводится ферментирующая бактериальная культура, которая преобразует лактозу в молочную кислоту, в результате чего перебродившая масса обретает приятный вкус. В качестве сбраживающей микрофлоры применяются либо двухкомпонентная смесь культур бактерий Streptococcus thermophilus и Lactobacillus bulgaricus в соотношении 1:1, либо трехкомпонентная смесь культур бактерий S. thermophilus, L. bulgaricus и L. acidophilus в соотношении 1:1:2. При правильно выбранной концентрации вводимой микрофлоры образование студенистой массы заканчивается за 4–6 ч; затем продукт должным образом охлаждается и в нем прекращается развитие кислотности, так что сыворотка из него уже не выделяется. Наиболее популярными являются два вида йогурта: по швейцарскому рецепту (с распределением фруктов по всему объему продукта) и наподобие пломбира с фруктами (которые раскладываются по верхней или нижней поверхности продукта). При изготовлении «швейцарского» йогурта в молочную основу до ее пастеризации вводится желатин или пектин, а сбраживание проходит в стандартном чане. Когда кислотность массы доходит до нужного предела (pH = 4,6), ее перемешивают и охлаждают до 24° С, чтобы свести к минимуму дальнейшее образование кислоты. Затем молочную массу перекачивают в резервуар, где она смешивается с фруктами, которых в ней должно быть 15–20%; после этого йогурт расфасовывают по тем сосудам, в каких он поступит в продажу, и дополнительно охлаждают. На этом этапе и происходит окончательное застудневание продукта под действием желатина или пектина – единственной пары веществ, способных при такой кислотности среды заставить ее застыть. При изготовлении йогурта второго типа (подобного пломбиру) фруктовую смесь (те же 15–20%) раскладывают по торговым сосудам и заливают молоком, уже содержащим сбраживающую микрофлору. Затем заполненные сосуды помещают в термостат с температурой 43° С и выдерживают в нем до образования плотного геля. Здесь нет необходимости в применении какого-либо студнеобразующего вещества типа желатина. После достижения нужной кислотности продукт хранится в охлажденном виде вплоть до продажи. Те сосуды, в которых фрукты должны лежать поверх йогурта, заполняются молоком в перевернутом положении.

 

Сухое молоко

 

Сухое молоко. Порошки цельного и обезжиренного молока, а также сухая сырная сыворотка широко применяются в производстве хлебопекарных изделий и мясных продуктов (как связующие вещества в фарше для колбас и сосисок), в кондитерском деле и т.д. Сроки хранения сухого цельного молока меньше, чем обезжиренного, т.к. молочный жир при хранении подвержен химическим изменениям, которые ухудшают вкусовые качества продукта. Для увеличения срока хранения порошка из цельного молока практикуется его расфасовка в вакуумные или дополненные инертными газами (например, азотом) пакеты.

 

Сушка молока может осуществляться тремя различными методами: распылительным, конвейерным и вакуумным. Наиболее широко используется распылительный метод, который дает молочный порошок с лучшими вкусом и растворимостью. Разработана модификация распылительного метода сушки, в котором молоко перед распылением вспенивают, обогащая азотом, благодаря чему в порошке уменьшаются нежелательные изменения вкуса. Быстрорастворимое сухое молоко делается из смеси цельного и обезжиренного молока; этот порошок слегка увлажняется паром, отчего он слипается в гранулы, которые затем снова высушиваются.

 

Заменители молочных продуктов

 

Заменители молочных продуктов. Многие современные суррогатные составы, напоминающие молоко и применяемые для забеливания кофе, вообще не содержат в себе никаких производных молока, кроме углекислого казеина, который извлекается из молока химическими методами и потому считается химикатом. Рост выпуска заменителей молочных продуктов объясняется тем, что производственные затраты на растительные жиры и белки ниже, чем на животные.

 

Сгущенное и концентрированное молоко. Эти виды молочных продуктов производятся, как правило, без добавления сахара. Концентрированное молоко должно содержать 7,9% молочного жира и 25,9% сухих молочных веществ.

Для получения концентрата молоко кипятится в вакуумной емкости при 55–63° С; такой щадящий тепловой режим обусловлен стремлением сохранить как можно большее количество молочных белков, которые при сильном нагревании разрушаются. Молоко кипятится до уменьшения его объема в два раза. Так же делается и сладкое сгущенное молоко, с той лишь разницей, что перед выпариванием в него вводят сахар (до 42%), чтобы оно в дальнейшем не портилось при хранении. Возможность длительного хранения концентрированного молока без сахара обеспечивается его стерилизацией (уже после консервации в банки) в течение 15 мин при 116° С.

 

Сливки и полусливки. Сливками считается жидкий молочный продукт, в котором содержится 18 и более процентов жира. В составе густых сливок для взбивания 30% жира, а остальное – снятое молоко. Сливки умеренной жирности (для кофе) содержат 18% жира. Полусливки содержат от 10,5 до 12% жира.

Сливки получают при производстве обезжиренного молока и молока пониженной жирности, а также при стандартизации сырьевого молока. Сливки пастеризуются при более высокой температуре, чем молоко. Большая часть сливок и полусливок пастеризуется сверхвысокотемпературным методом и упаковывается либо в герметичные пластиковые чашечки, либо в картонные пакеты несколько больших размеров. При пастеризации сливок для улучшения взбивания в них вводят некоторые специальные добавки.