Содержание к диссертации
Введение
1. Обзор литературы 8
1.1. Молоко как сырьё для производства сыра 8
1.1.1. Химический состав молока 9
1.1.2. Микрофлора молока 22
1.2. Факторы, влияющие на состав и свойства молока 25
1.3. Технологические особенности производства сыров с высокой температурой второго нагревания 30
1.4. Заключение по обзору и задачи исследования. 42
2. Организация эксперимента и методы исследований 46
2.1. Методика выполнения работы : 46
2.2. Основные методы исследований 48
3 Результаты исследований и их анализ 50
3.1. Влияние состава и свойств молока на эффективность производства сыра 50
3.1.1. Сезонные изменения состава и свойств молока 50
3.1.2. Роль сезонных изменений состава и свойств молока в формировании сыра 59
3.1.3. Корректировка технологии выработки сыра из молока весеннего периода 63
3.2. Исследование влияния технологических факторов на формирование сыра 69
3.2.1. Влияние температуры пастеризации молока, температуры второго нагревания сырного зерна и уровня посолки сыра на вкус и запах продукта 69
3.2.2. Влияние температуры пастеризации молока, температуры второго нагревания сырного зерна и уровня посолки сыра на консистенцию продукта 76
3.2.3. Влияние температуры пастеризации молока, температуры второго нагревания сырного зерна и уровня посолки сыра на формирование рисунка 81
3.2.4. Влияние температуры пастеризации молока, температуры второго нагревания сырного зерна и уровня посолки сыра на содержание в нем влаги 86
3.2.5. Анализ формирования органолептических показателей сыра под влиянием изучаемых факторов 90
3.3. Регулирование развития заквасочной микрофлоры при выработке сыра 92
3.3.1. Влияние состава молочнокислых заквасок на процесс созревания и качество сыра 93
3.3.2. Роль пропионовокислой микрофлоры в созревании сыра 100
3.4. Практическая реализация результатов работы 104
3.4.1. Технология сыра "Луговой" 104
3.4.2. Экономическая эффективность производства сыра "Луговой" 107
Выводы 110
Список литературы 112
Приложения 126
- Химический состав молока
- Сезонные изменения состава и свойств молока
- Влияние температуры пастеризации молока, температуры второго нагревания сырного зерна и уровня посолки сыра на консистенцию продукта
- Влияние состава молочнокислых заквасок на процесс созревания и качество сыра
Химический состав молока
В состав молока входят белки, липиды, углеводы, минеральные вещества, ферменты, гормоны и ряд других компонентов. Их количественный состав непостоянен и зависит от рационов кормления коров, их породы, состояния здоровья животных, условий получения молока и ряда других факторов [94, 116, 119,130, 132, 133].
В зависимости от состояния дисперсных фаз компоненты молока подразделяют на три группы [95, 101]. Первая группа - вещества, находящиеся в эмульгированном состоянии (молочный жир, представляющий смесь триглицеридов ди- и моноглицеридов, фосфатидов, стери-нов, жирорастворимых витаминов и свободных жирных кислот). Ко второй группе относят вещества, находящиеся в состоянии коллоидной дисперсии (казенны, альбумины, глобулины, ферменты). В третью группу входят вещества, находящиеся в истинном растворе (углеводы, минеральные соли, водорастворимые витамины, соединение остаточного азота, газы).
Средний химический состав коровьего молока и возможные интервалы колебаний его составных частей приведены в таблице 1.1 [95].
Наибольший удельный вес (в среднем 87,3%) в молоке приходится на воду, а на остальные компоненты (сухие вещества) приходится от 11,2 до 14,5%.
Большая часть воды в молоке находится в свободном состоянии (в среднем около 96,8% от ее общего количества), а меньшая (в среднем 3,2 %) - в связанной форме [36]. Свободная вода является растворителем органических и неорганических соединений молока (лактозы, минеральных веществ, кислот, ароматических веществ и других). Она участвует во всех биохимических процессах, протекающих в молоке и молочных продуктах, в том числе при выработке сыра. Ее можно легко удалить путем сгущения, высушивания или замораживания молока. При выработке сыра часть свободной воды удаляют из молока путем его свертывания молокосвертывающими ферментами и соответствующей обработкой полученного сгустка [51].
Связанная вода по форме связи с компонентами согласно классификации П.А.Ребиндера делится на три группы: вода химической, физико-химической и механической связи [99]. Формы связи воды отличаются природой и величиной энергии связи.
Связанная вода по своим свойствам значительно отличается от свободной воды. Она не замерзает при низких температурах (до минус 40С), не растворяет электролиты, имеет плотность вдвое превышающую плотность свободной воды, не удаляется из продукта высушиванием, а также имеет ряд других отличий [36]. Связанная вода в отличие от свободной недоступна микроорганизмам. Поэтому для подавления развития микрофлоры в пищевых продуктах свободную воду стремяться удалить или перевести в связанную, добавляя влагосвязы-вающие компоненты (сахар, соли, многоатомные спирты и другие) [32]. При этом понижается величина так называемой "активности воды", под которой понимают отношение давления паров воды над данным продуктом к давлению паров над чистой водой при одной и той же температуре. Минимальное значение "активности воды", необходимое для роста большинства бактерий, находится в пределах от 0,8 до 0,9, а для дрожжей и микроскопических грибов (плесеней) - от 0,6 до 0,9.
При высушивании молока при температуре 103-105С до постоянного веса остается "сухой остаток" или эту фракцию молока принято называть "сухие вещества". Массовая доля сухих веществ в молоке зависит от его состава. В питательном отношении сухой остаток является самой ценной частью молока.
Важнейшей составной частью молока являются белки. Благодаря своему аминокислотному составу они обладают высокой биологической ценностью.
Комитетом по номенклатуре и методологии белков ассоциации американских ученых в области молочной промышленности предложена номенклатура белков молока, которая в настоящее время считается общепринятой [5]. Согласно этой номенклатуре, фракция, которая выпадает в осадок при доведении рН сырого молока до 4,6 при температуре 20С, представляет собой казеин. Она составляет от 78 до 85% от общего количества белков. Фракция, оставшаяся в растворе, относится к сывороточным белкам. Установлено, что казеин и сывороточные белки не являются гомогенными, а состоят из различных фракций, которые разделяют по электрофоретической подвижности и по растворимости в различных веществах [36, 57, 59].
Основным белком молока является казеин, который представляет собой комплекс нескольких фракций: as-казеины (43-45 %), р-казеины (24-35 %), к-казеины (8-15 %) и у-казеины (3-7 % от общего содержания казеинов в молоке). Фракции казеина отличаются между собой аминокислотным составом, содержанием фосфора, а также отношением к действию ионов кальция. Генетические варианты отличаются друг от друга, как правило, заменой одного или двух аминокислотных остатков, а также расположением аминокислотных остатков в полипептидной цепи [37, 92].
Все фракции казеина содержат фосфор. Основными фракциями группы являются asi-казенны и а«2-казеины. Они отличаются количеством аминокислотных остатков в полипептидных цепях, наличием цистеина и количеством остатков фосфорной кислоты [5, 37, 110].
Основными представителями сывороточных белков молока являются р-лактоглобулин и a-лактальбумин. Кроме того, они представлены иммуноглобулинами, альбуминами сыворотки крови, протеозо-пептонами и другими минорными белками [37, 103, 117]. В отличие от казеинов сывороточные белки не ассоциируются друг с другом, не осаждаются в изоэлектрической точке, не содержат фосфорных эфи-ров, имеют в своем составе большее количество серосодержащих и других незаменимых аминокислот. По размерам частицы сывороточных белков во многом уступают казеиновым мицеллам, вследствии чего их количество в молоке превышает последние более чем в 1500 раз [37].
Фракции казеина и сывороточных белков находятся в свежем молоке в различном состоянии.
Казеин содержится в молоке в виде казеинаткальцийфосфатного комплекса, который образует мицеллы сферической формы, состоящие из субмицелл, имеющих размеры от 40 до 300 нм [36, 56, 101].
Молочный жир в молоке находится в виде жировых шариков диаметром от 2,0 до 6,0 мкм, которые окружены адсорбционной оболочкой, состоящей из фосфолипидов и белков, за счет чего жировая фаза образует с плазмой эмульсию типа "масло в воде". По составу молочный жир представляет собой многокомпонентную систему.
Тепел А. предложил следующую классификацию составных частей молочного жира (рис. 1.1) [101].
Методами тонкослойной и газожидкостной хроматографии, спектрального анализа и другими физико-химическими методами из молока выделены и идентифицированы следующие липидные компоненты: глицериды (три-, ди- и моноглицериды), фосфолипиды (фосфатидилхолин, фосфатидилэтаноламин, сфингомиелин и другие), свободные жирные кислоты, вещества, сопутствующие жиру (стерины, каротиноиды, жирорастворимые витамины) и некоторые другие [36, 95].
Основу молочного жира представляют триглицериды, составляющие до 98-99% к общей массе, в то время как на долю диглицери-дов и моноглицеридов приходится соответственно 0,35 и 0,025 % [105]. Важнейшим структурным элементом триглицеридов являются жирные кислоты. Многочисленными исследованиями в молочном жире выделено до 150 различных кислот с числом С-атомов от 2 до 28. Это Н-насыщенные ("четные" и "нечетные"), моно-, ди-, три- и полиненасыщенные (цис- и транизомеры), изо-, антеизомногократно раз-ветленные и циклические кислоты [10, 105, 125].
Сезонные изменения состава и свойств молока
В таблице 3.1 приведены сведения характеризующие усредненный состав молока по периодам года.
Из таблицы видно, что содержание сухих веществ в молоке изменяется в течение года. Наибольшее количество сухих веществ содержало молоко осеннего периода, наименьшее - молоко весеннего периода. В среднем эти различия составляли 0,62%. В основном они складывались из колебаний в содержании жира и белка. По жиру различия между максимальным и минимальным количествами по периодам года составили 0,24%, а по белку - 0,26%. В относительном выражении эти различия составили 6,5 и 8,7 %.
Содержание лактозы и минеральных веществ в молоке в течение года изменялось незначительно.
Сравнительное содержание в молоке по периодам года составных компонентов в сравнении с их средними годовыми показателями приведено в таблице 3.2.
В таблице 3.3 приведены сведения, характеризующие динамику изменений содержания жира в молоке отдельных поставщиков по месяцам.
Среднее содержание жира в молоке всех поставщиков за год равнялось 3,79%. У отдельных поставщиков этот показатель находился в пределах от 3,66 до 3,91%. Месячные значения массовой доли жира в молоке варьировали от 3,50 (апрель) до 4,07% (октябрь). Распределение содержания жира у белка в молоке по месяцам относительно среднего годового значения наглядно показано на рисунке 3.1.
У отдельных поставщиков также происходили существенные колебания показателя жирности молока по отдельным месяцам. Как правило, наиболее высокие показатели по содержанию жира имело молоко осеннего периода, а наиболее низкие - молоко весеннего периода. В целом вариация этих значений находилась в пределах от 3,50 до 4,12% (относительное различие равняется 17,7%).
Одной из важнейших составных частей молока является белок. Он определяет биологическую ценность молока, а также влияет на выход продукта при выработке сыра.
Содержание белка в изучаемом молоке показано в таблице 3.4.
Среднегодовое содержание белка в молоке составило 3,13%. Наибольшие отклонения по этому показателю имело молоко, полученное в апреле (2,95%) и в ноябре (3,28%). Содержание белка в молоке летнего периода составляло: июнь - 3,07%, июль - 3,13% и август -3,17%.
У отдельных поставщиков среднегодовые значения массовой доли белка в молоке варьировали от 3,02 до 3,23 %.
Анализ данных по содержанию белка в молоке отдельных поставщиков показывает, что значения этого показателя находились в пределах от 2,85 до 3,35% (относительное различие равняется 17,5%).
На рисунке 3.2 показано распределение содержания белка в молоке по месяцам относительно среднего годового значения.
Приведенные сведения по содержанию жира и белка в молоке различных поставщиков указывают на большие резервы, имеющиеся у животноводов по улучшению этих показателей. Подтверждением сказанного являются вариации массовой доли жира и белка в молоке различных поставщиков.Находясь в одинаковых климатических условиях, различные хозяйства получают молоко с разными показателями по содержанию в нем жира и белка. Например, в январе их значения находились в пределах от 3,62 до 3,96% и от 2,97 до 3,30% соответственно, в марте - от 3,52 до 3,82% и от 2,90 до 3,14%, в июле - от 3,68 до 3,90% и от 3,04 до 3,21%, в ноябре - от 3,78 до 4,12% и от 3,19 до 3,35% и так далее. Это, в первую очередь, связано с рационами кормления коров, условиями их содержания, а также с породными и генетическими характеристиками животных.
Технологический процесс получения сыра, его качественные показатели и выход готового продукта во многом зависят от физико-химических свойств молока, его способности к гелеобразованию, свойств получаемых сгустков, биологической активности молока и других характеристик.
Физико-химические свойства молока по периодам года приведены в таблице 3.5.
Некоторые отличия в физико-химических свойствах наблюдали в молоке весеннего периода. Оно характеризовалось пониженной плотностью, а также имело более низкое значение показателя титруемой кислотности. Это следствие состава молока.
Молоко, полученное в различные периоды года, значительно различалось по способности свертываться сычужным ферментом, а также по способности получаемых сгустков к синеретическому отделению сыворотки.
Хуже всего на сычужный фермент реагировало молоко весеннего периода. В наших опытах продолжительность его свертывания составляла в среднем 37 минут. В остальные периоды года сычужная свертываемость молока улучшалась. В летний период в сравнении с весенним периодом она в среднем составила 26 минут (ускорение в 1,42 раза), в осенний период - 25 минут (ускорение в 1,48 раза) и в зимний период -27 минут (ускорение в 1,37 раза).
Кроме того, сгусток, полученный из молока весеннего периода, медленнее выделял сыворотку, а в ее составе обнаружено больше сухих веществ (на 5,5 %) и жира (на 37,5% против молока летнего периода).
Динамика выделения сыворотки из сычужных сгустков, полученных из молока весеннего и летнего периодов, показана на рисунке 3.3.
Из рисунка видно, что интенсивность выделения сыворотки из сычужных сгустков, полученных из молока весеннего и летнего периодов, была различной. Сгустки из летнего молока уже через пять минут процесса выделили в среднем около 40% сыворотки (от количества исходного молока), через 15 минут синерезиса количество выделившейся сыворотки составило 62%, через 25 минут - 75%.
Сгустки, полученные из весеннего молока, отдавали сыворотку медленнее. Ее количество через пять минут процесса составило 23%, через 15 минут - 48%, а через 25 минут - 66% (от количества исходного молока).
Следует отметить, что интенсивность выделения сгустками сыворотки и содержание в ней сухих веществ, являются одними из критериев, определяющих выход готового продукта из единицы сырья.
Таким образом, состав и свойства молока претерпевают существенные изменения в течение года, которые следует учитывать при выработке молочных продуктов и, особенно, при выработке натуральных сыров.
Влияние температуры пастеризации молока, температуры второго нагревания сырного зерна и уровня посолки сыра на консистенцию продукта
Зависимость консистенции сыра (У2) от температуры пастеризации молока (Xi), температуры второго нагревания сырного зерна (Х2) и коцентрации поваренной соли в продукте (Хз) в условиях нашего опыта имела следующий вид: У2 = 133,4 - 3,8Х2 + 11,0Хз + 0,036Х22 + 0,23Хз2 - 0,0018XiX2 - 0,2ХіХз -0,18Х2Хз + 0,0027ХіХ2Хз
Из уравнения видно, что все три изучаемых фактора участвуют в формировании консистенции сыра.
На рисунке 3.7 приведены графики, характеризующие изменения консистенции сыра под влиянием температуры второго нагревания сырного зерна и уровня посолки сыра для трех температурных вариантов пастеризации молока (70, 75 и 80С).
При температуре пастеризации молока 70С оценка консистенции сыра находилась в пределах от 20,5 до 24,8 баллов (среднее значение составляло 22,7 баллов), при температуре пастеризации 75С - в пределах от 19,4 до 24,1 баллов (среднее значение составляло 21,8 баллов), а при температуре пастеризации 80С - в пределах от 18,2 до 23,4 баллов (среднее значение составляло 20,8 баллов). Отсюда видно, что с повышением температуры пастеризации молока с 70 до 80С произошло снижение средней оценки консистенции сыра на 1,9 балла. При этом отмечали понижение как максимальных, так и минимальных величин.
С позиции требований потребителя и действующей технической документации сыры изучаемой группы считаются хорошего качества, если оценка за их консистенцию составляет от 25 до 23 баллов. Более низкая оценка говорит о наличии в сыре пороков консистенции (твердая, грубая - от 22 до 20 баллов, колющаяся - от 20 баллов и ниже и так далее).
В условиях нашего опыта в вариантах с температурой пастеризации молока 70 и 75С около половины сыров имели оценку за консистенцию 23 балла и выше. С повышением температуры пастеризации молока до 80С таких сыров стало значительно меньше, так как в них начали прогрессировать различные пороки.
Состояние консистенции сыра в зависимости от изучаемых факторов для трех уровней температуры второго нагревания сырного зерна (48, 51 и 54С) показано на рисунке 3.8.
С повышением температуры второго нагревания наблюдали некоторое ухудшение консистенции сыра. При 48С ее средняя оценка равнялась 22,3 баллов (колебания от 24,8 до 19,7 баллов), при 51 С -21,1 баллов (колебания от 23,6 до 18,6 баллов), при 54С - 20,6 баллов (колебания от 23,0 до 18,2 баллов).
Следует отметить, что сыры с наилучшей оценкой консистенции (24,8 баллов) были получены при температуре пастеризации молока 70С, температуре второго нагревания сырного зерна 48С и концентрации соли в сыре 0,8%, а наихудшей оценкой (18,2 баллов) - при температуре пастеризации молока 80С, температуре второго нагревания 54С и концентрации соли в сыре 2,4%.
Существеное влияние на формирование консистенции сыра оказала степень его посолки. Это наглядно видно из графиков, приведенных на рисунке 3.9.
При концентрации соли в сыре 0,8% оценка его консистенции находилась в пределах от 24,8 до 21,6 баллов, при концентрации соли в сыре 1,6% - в пределах от 23,4 до 19,8 баллов, а при концентрации соли 2,4% - в пределах от 22,2 до 18,3 баллов. Средние значения этих пока зателей по вариантам соответственно равнялись 23,2, 21,6 и 20,3 баллам.
Анализ приведенных графиков показывает, что в условиях проводимого опыта больше 50% сыров, содержащих 0,8% соли, имеют хорошую консистенцию, оцениваемую в 23 балла и выше. В варианте с содержанием соли 1,6% таких сыров было около 25%, а в варианте с содержанием 2,4% они практически отсутствовали.
Влияние состава молочнокислых заквасок на процесс созревания и качество сыра
В настоящее время в производстве сыров с высокой температурой второго нагревания рекомендуется использовать в различных вариациях и формах закваски мезофильных молочнокислых стрептококков, термофильных молочнокислых стрептококков и палочек, а также про-пионовокислых бактерий.
Вырабатывали сыры с использованием двух вариантов заквасок. В первом варианте сыры вырабатывали с использованием раздельно приготовленных заквасок мезофильных молочнокислых стрептококков (Str.lactis, Str.diacetalactis, Str.cremoris), термофильных молочнокислых стрептококков (Str.thermophilus) и термофильных молочнокислых палочек (L.lactis, L.helveticus). Во втором варианте сыры вырабатывали с использованием бактериального концентрата ТМБ-У, состоящего из термофильных молочнокислых палочек L.helveticus и L.lactis, а также из термофильных молочнокислых стрептококков Str.thermophilus.
В обоих вариантах дополнительно использовали культуры про-пионовокислых бактерий.
В таблице 3.14 приведена характеристика сыров после прессования.
Из таблицы видно, что после прессования сыры имели близкие показатели.
Изучали развитие микрофлоры в опытных сырах (рисунок 3.17).
Изменение численности микрофлоры при созревании сыров имело общую направленность. Сыры после прессования содержали сотни миллионов бактерий в 1 грамме. В первые дни созревания сыров происходило увеличение численности бактерий, а затем наблюдали постепенный спад их количества.
Однако между вариантами в количественном развитии микрофлоры в процессе созревания сыров были отмечены некоторые различия.
Сыры первого и второго вариантов после прессования содержали в 1 грамме 6,3 108 и 9,2 108 бактерий. В период максимального развития (трехдневные сыры) численность бактерий в 1 г продукта соответственно составляла 12,5 108 и 33,4 108. На данном этапе созревания этот показатель у сыров второго вариант превосходил его значения для сыров первого варианта в 2,7 раза. Подобные различия между варианта ми в численности микрофлоры сохранялись до окончания созреваия сыров. В 10-суточных сырах их численность составляла 2,3 108 и 5,5 108 (различия 2,4 раза), в 30-суточных сырах - 8,0 106и 4,0 107 (различия 5,0 раз) и в 60-суточных сырах - 3,5 105 и 9,5 105 бактерий в 1 г (различия 2,7 раза).
Профессор Диланян З.Х. и его ученики большое внимание уделяли процессу накопления в сыре свободных аминокислот, считая эти соединения во многом ответственными за вкус и запах продукта.
Содержание свободных аминокислот в изучаемых сырах приведено в таблицах 3.16 и 3.17.
Для сыров обоих вариантов характерно повышение содержания глютаминовой кислоты, фенилаланина, пролина и гистидина. Их относительное содержание в сырах первого варианта составило 56,1%, а в сырах второго варианта - 57,6% от общего количества свободных аминокислот.
Однако абсолютные количества свободных аминокислот в сырах имели некоторые различия.
Сыры второго варианта отличались более высоким содержанием свободных аминокислот в сравнении с сырами первого варианта. В сырах двухмесячного возраста эта разница составила 17,1 %, в том числе за счет увеличения содержания гистидина на 20,2 %, аргинина на 26,7%, треонина на 45,2 %, серина на 22,8%, глютаминовой кислоты на 24,6 %, пролина на 24,3 %, изолейцина на 25,2 %, лейцина на 20,3 % и фенилаланина на 12,7 %. Содержание лизина , аспарагиновой кислоты, глицина, аланина, валина, метионина и тирозина в изучаемых сырах было практически одинаковым.
По содержанию жира в сухом веществе, влаги и поваренной соли зрелые сыры особых различий не имели. Их влажность составляла 40,3 и 40,2 %, содержание жира в сухом веществе продукта составляло 50,2 и 50,1 %, а поваренной соли - 0,62 и 0,65%.
Следует отметить пониженное содержание поваренной соли в сырах обоих вариантов.
Особо следует остановиться на качественых показателях сыров.
Как сыры первого, так и сыры второго вариантов характеризовались высокими органолептическими показателями (таблица 3.17).
Сыры первого варианта имели хороший вкус и слабо выраженный аромат, хорошую или удовлетворительную консистенцию и нормальный рисунок. Общая их оценка составила 92,6 баллов.
Оценка сыров второго варианта была несколько выше, чем сыров первого варианта (94,0 баллов), в том числе за вкус и запах на 1,2 балла и за консистенцию на 0,2 балла.
Таким образом, использование при выработке сыра молочнокислых бактериальных заквасок, приготовленных раздельных способом, а также заквасок в виде бактериального концентрата ТМБ-У, позволило получить продукт, обладающий в двухмесячном возрасте хорошими органолептическими показателями. Однако концентрат ТМБ-У дает более стабильные результаты. В сырах, выработанных с его использованием, активнее проходит протеолиз и лучше органолептические показатели.
