Материал: Рогожин В.В., Рогожина Т.В. Биохимия сельскохозяйственной продукции

Глава 18. Биохимия молока

При проведении гомогенизации происходит нарушение целостности поверхностной оболочки жирового шарика, восстановление которой происходит уже самопроизвольно за счет белковых компонентов и фосфолипидов плазмы молока. После гомогенизации происходит увеличение количества жировых шариков, возрастание их общей поверхности и равномерное распределение по всему объему.

Сепарирование — это метод фракционирования молока и молочных продуктов под действием центробежных сил, создаваемых в специализированных аппаратах, называемых сепараторами. Эффективность сепарирования зависит от температуры, вязкости и величины потока фильтрирующегося молока. Причем с повышением температуры происходит снижение вязкости молока и это способствует улучшению разделения компонентов молока на фракции.

На этом же принципе работают сепараторы узкой специализации, используемые при получении творога (сепаратор-творогоотделитель), аппараты повторного оперирования сливок при производстве масла, аппараты для выделения кристаллов лактозы из маточного раствора, сепа- ратор-сливкоотделитель, сепаратор-бактериоотделитель и др.

Пропуская молоко под определенным давлением через фильтры, работающие по принципу полупроницаемой мембраны, можно добиться фракционирования молока, т. е. распределения компонентов молока по фракциям. Различают три основных способа разделения: микрофильтрация, ультрафильтрация и обратный осмос (табл. 18.3). При этом мик-

Та б л и ц а 1 8 . 3

Основные различия трех видов разделения молока (Г. В. Твердохлеб и др., 1991)

408

18.9. Биохимические процессы при изготовлении продуктов

роультрафильтрация позволяет концентрировать компоненты молока и поэтому используется при приготовлении молочных консервов. При этом размеры частиц молока должны быть больше размеров пор фильтра, что способствует их адсорбции на поверхности мембраны, удерживающей частицы за счет электростатических и ван-дер-ваальсовых сил. Доля задержанных частиц и молекул зависит от рН среды, ионной силы, давления и величины скорости потока разделяемой жидкости.

Метод ультрафильтрации позволяет задерживать сывороточные белки, мицеллы казеина и другие высокомолекулярные соединения. При этом гидратированные ионы кальция, натрия, калия и другие могут быть отделены от высокомолекулярных соединений молока только с помощью обратного осмоса. Этот метод в основном используется при концентрировании молока.

18.9.БИОХИМИЧЕСКИЕ И ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ПРИ ИЗГОТОВЛЕНИИ МОЛОЧНЫХ ПРОДУКТОВ

18.9.1. Физико-химические основы производства масла

Сливочное масло — это высококалорийный пищевой продукт, в составе которого жирные кислоты, фосфолипиды, лактоза, белки, витамины, каротин, минеральные вещества. Основным сырьем в производстве масла являются сливки, полученные путем сепарирования высококачественного молока. Для маслоделия лучшим будет молоко с высоким содержанием липидов, основу которого составляют крупные по размеру жировые шарики, с высоким содержанием жирных кислот. Масло в основном получают путем сбивания сливок или преобразования высокожирных сливок.

18.9.1.1. Основы производства масла способом сбивания сливок

Способ сбивания сливок в масло основан на физико-химических изменениях, происходящих во время этого действия, затрагивающих структурные преобразования в жировых шариках, заканчивающиеся образованием зерен масла, консолидация которых формирует пласт масла.

В процессе сбивания сливок следует выделить несколько стадий. На первой стадии происходит разрушение оболочек жировых шариков, ослабленных на стадии физического созревания сливок. При этом липопротеидная оболочка на поверхности жирового шарика утрачивает упругость и механическую прочность, нарушается целостность гидратной оболочки.

409

Глава 18. Биохимия молока

Однократное охлаждение сливок до низких положительных температур не гарантирует получения масла высокого качества. Поэтому перед сбиванием охлажденные сливки необходимо некоторое время выдержать. Эта процедура называется физическим созреванием. При этом достигается переход липидов в твердое состояние с изменением физико-хими- ческих свойств поверхностных оболочек и плазмы жировых шариков. Необходимо помнить, что при сбивании сливок, не прошедших стадию физического созревания, получается масло с очень мягкой консистенцией, сопровождаемое большими потерями в составе липидов в пахту.

Механическое воздействие приводит к разрушению поверхностного слоя белков жирового шарика, которые в основном переходят в пахту. При этом жировой шарик утрачивает поверхностную оболочку, а вместе с ней и создаваемый ее белками заряд, который ранее существовал на поверхности жирового шарика и стабилизировавший взаимоотношение поверхностных структур жирового шарика с молекулами воды. Кроме того, гидратная оболочка из молекул воды позволяла проявлять индивидуальные свойства жирового шарика в водной среде, тогда как поверхностная оболочка обеспечивала стабильность его структуры.

Во время сбивания смесь подвергается сильному аэрированию кислородом воздуха, который способствует образованию пены, состоящей из воздуха, жировых шариков и их поверхностных оболочек. При этом пенообразующая способность сливок на конечном этапе сбивания понижается, что и приводит к ее разрушению.

Проведение сбивания сливок при низкой температуре обуславливают изменение защитных свойств жировых шариков. При этом происходит ослабление межмолекулярных взаимодействий между компонентами жировых шариков, снижается их эластичность и прочность. Нарушение целостности жирового шарика приводит к утрате некоторых полярных компонентов в его структуре, что повышает подвижность липидной составляющей и создает условия для дальнейшего агрегирования. Жировые шарики, у которых сохраняется поверхностная оболочка, в основном переходят в пахту. Только очень небольшая их часть может попасть в плазму масла.

На следующей стадии происходит слипание жировых шариков, лишенных поверхностных оболочек, сначала в небольшие кучки и комочки, формируя зерно масла. На этой стадии реализуются гидрофобные взаимодействия между липидными компонентами, обусловливающие постоянный рост зерна масла за счет вовлечения в образующееся зерно различных по размеру жировых шариков. На завершающей стадии сбивания масла отдельные зерна объединяются в единый пласт масла.

Консистенция масла зависит от степени агрегирования липидов и определяется их химическим составом, а также режимом пастеризации, временем созревания и сбивания сливок.

410

18.9. Биохимические процессы при изготовлении продуктов

18.9.1.2.Основы производства масла способом преобразования высокожирных сливок

Получение высокожирных сливок. Высокожирные сливки получают путем однократного сепарирования молока или при повторном сепарировании сливок средней жирности. Получение высокожирных сливок можно осуществить в две последовательные стадии. На первой стадии

врезультате сепарирования достигается концентрирование жировых шариков с повышением содержания липидов в продукте до 62…64 %. При этом жировые шарики сближаются друг с другом, деформируются и укладываются в плотные слои, а часть поверхностных оболочек жировых шариков уходит в пахту. На второй стадии при повторном сепарировании обычно увеличивается сопротивление плазмы, и процесс фильтрации плазмы через узкие капилляры сепаратора замедляется. Максимальная концентрация липидов в сливках может достигать 83,5 %. В случае если продолжить увеличивать содержание липидов путем сепарирования, то это может привести к появлению желтого молочного жира и повышению содержания липидов в обезжиренном молоке. Это связано с тем, что липиды жировых шариков, утратившие поверхностные оболочки, сливаются между собой, утрачивая целостность структуры.

Для предотвращения этих негативных последствий необходимо придерживаться некоторых правил:

1.Использовать только свежие, чистые сливки с одинаковой жирностью.

2.Кислотность сливок должна быть не выше 24 °Т.

3.Во время сепарирования поддерживать одинаковые температуру и частоту вращения барабана сепаратора.

4.Необходимо отрегулировать производительность сепаратора, чтобы жирность пахты была не более 0,4 %.

5.Сепарирование проводить при температуре не ниже 70 °С.

6.Сливки не должны подвергаться двойной пастеризации.

7.Во время сепарирования поддерживать постоянный приток сливок

всепаратор.

Таким образом, высокожирные сливки являются концентрированным продуктом, в котором наблюдается упорядоченное расположение жировых шариков, перемежающееся с прослойками полярных компонентов (вода, белки и др.).

Производство масла способом преобразования высокожирных сливок.

Масло получают в маслообразователях непрерывного действия путем одновременного охлаждения смеси и механической обработки. При охлаждении сливок температуру вначале понижают с 22 до 18 °С. При этом происходит переход в твердое состояние части триглицеридов, которые

411

Глава 18. Биохимия молока

дестабилизируют жировую эмульсию. Использование в дальнейшем механического воздействия (перемешивание сливок) при одновременном снижении температуры среды до 13…15 °С ускоряет процесс дестабилизации. При этом во время охлаждения сливок липиды внутри жировых шариков переходят в твердое состояние, что способствует разрушению их поверхностных оболочек с нарушением целостности вокруг них гидратной оболочки. Интенсивное перемешивание разрушает структуры жировых шариков, которые сливаются друг с другом, формируя липидные слои, вытесняющие полярные компоненты.

Консистенция масла зависит от скорости перехода триациалглицеринов в твердое состояние и степени отвердения липидных слоев. Дестабилизация липидов создает благоприятные условия для их кристаллизации. При этом форма и размеры кристаллов зависят от условий охлаждения продукта.

Для получения масла с высокими качественными показателями продолжительность обработки продукта в весенне-летнее время должна составлять 140…160 с при температуре масла на выходе 16…17 °С, а зимневесеннее время — 180…200 с при 13…15 °С.

18.9.1.3. Структурно-механические свойства масла

Структура масла определяется взаимодействием между основными ее компонентами (водой, липидами, белками, углеводами и др.). При этом липиды могут консолидироваться между собой, формируя устойчивый слой, в состав которого могут входить жировые шарики с частично разрушенными или целостными поверхностными оболочками. Масло, получаемое путем сбивания в маслоизготовителях непрерывного и периодического действия, имеет обычно уже завершенную кристаллическую структуру липидов. Кристаллы такого масла имеют мелкие размеры и равномерно распределены в плазме жировых шариков. При этом масло, выработанное преобразованием высокожирных сливок, имеет в основном крупные кристаллы липидов, сформировавшиеся в структуре продукта при его охлаждении.

Технологические свойства масла зависят от прочности межмолекулярных связей липидов, формирующих при переходе в твердое состояние кристаллические структуры в занимаемом пространстве. Устойчивость этих структур можно объяснить образованием двух типов взаимодействий: кристаллизационных и коагуляционных.

Кристаллизационная структура формируется между кристаллами липидов, которые скреплены между собой за счет межмолекулярных взаимодействий в единую структуру, стабилизированную продольными и поперечными связями между кристаллами, придающими продукту высокую механическую прочность, но в то же время и хрупкость при воздействии.

412