Содержание к диссертации
Введение
1. Обзор литературы 5
1.1 .Современное понятие о технологических свойствах молока 5
1.2. Сычужная и кислотная свертываемость молока и факторы, влияющие на неё 6
1.2.1. Влияние количества казеина, его фракционного состава и размера частиц на сычужную свертываемость молока 8
1.2.2. Влияние количества кальция на сычужную свертываемость молока 22
1.2.3.Факторы кислотной свертываемости молока 24
1.2.4. Влияние степени протеолиза казеина на сычужную и кислотную свертываемость молока и выход белковых продуктов 28
1.2.4.1.. Влияние температуры хранения молока и заболевания животных маститом на активность плазмина 28
1.2.4.2. Характеристика плазмина 33
1.2.4.3. Существующие методы контроля активности плазмина 37
1.3. Влияние степени протеолиза молока на качество и выход белковых продуктов 42
1.4. Цель и задачи исследований 46
2. Объекты и методы исследований 48
2.1 .Объекты исследований 48
2.2.Методы исследований 49
2.2.1 . Методы определения качественных показателей молока 49
2.2.2. Методы исследования белковых сгустков и сыворотки 53
2.2.3.Методы исследования творога 55
2.3.Математическая обработка экспериментальных данных 55
3. Результаты исследований и их обсуждение 60
3.1 .Изучение состава и свойств молока различных хозяйств Ленинградской области с целью отбора сырья для выработки творога 60
3.2. Разработка метода контроля соматических клеток в молоке по физико-химическим показателям 66
3.3. Исследование влияния различных факторов на выход творога и его качество 79
3.3.1 .Влияние содержания белка в молоке 84
3.3.2. Влияние содержания кальция в молоке 95
3.3.3. Влияние фракционного состава казеина 98
3.3.3.1 .Модификация метода контроля содержания у-казеинов в молоке 99
3.3.3.2.Влияние продолжительности хранения молока и количества соматических клеток на содержание у-казеинов 106
3.4. Влияние различного количества у-казеинов на выход и качество творога 113
Выводы 122
Список литературы
- Сычужная и кислотная свертываемость молока и факторы, влияющие на неё
- Влияние степени протеолиза казеина на сычужную и кислотную свертываемость молока и выход белковых продуктов
- Методы определения качественных показателей молока
- Исследование влияния различных факторов на выход творога и его качество
Введение к работе
К технологическим свойствам молока обычно относят способность молочных белков коагулировать под действием кислот или сычужного фермента с образованием в конечном итоге белковых продуктов, к которым относится творог. В последние годы в нашей стране пристальное внимание занимает функциональное питание, т.е. выработка продуктов, которые благоприятно воздействуют на функции человеческого организма и улучшают его здоровье. К таким продуктам, обеспечивающим население полноценным белком и кальцием, следует считать творог. Из литературных источников известно, что максимальный выход творога обеспечивает высокое количество казеина и кальция в молоке-сырье. Однако не всегда, даже при сравнительно высоком их содержании, мы достигаем желаемого выхода творога.
В основу рабочей гипотезы нашей работы положено предположение о том, что основной причиной снижения выхода творога является высокое содержание в поступающем на переработку молоке гамма-казеинов, которые мы «теряем» с сывороткой при его выработке. В нормальном свежем молоке содержится 3—7 % гамма-казеинов, образующихся из Р-казеина под действием фермента плазмина (именно это количество учитывается при установлении норм расхода сырья при производстве творога). Однако его количество может значительно повыситься до 10—15 % и выше. Причиной увеличения его содержания может быть не только нарушение рационов кормления животных, но и их заболевание маститом и другими болезнями, сопровождаемые повышением в молоке количества соматических клеток, и в какой-то степени длительным хранением сырья при низких температурах. В задачи нашего исследования входила проверка вышеизложенного нашего предположения. Для этого нам требовалось разработать или модифицировать существующий электрофоретический метод контроля гамма-казеинов, а также найти метод контроля качества поступающего молока, т.е. обосновать метод косвенного определения содержания соматических клеток по физико-химическим показателям.
Сычужная и кислотная свертываемость молока и факторы, влияющие на неё
Как известно, сычужная и кислотная свертываемость молока - это способность его белков коагулировать под действием внесенной закваски молочнокислых бактерий и сычужного фермента или образовавшейся кислоты с образованием плотного, хорошо отделяющего сыворотку и удерживающего жир сгустка. Наибольший интерес представляет продолжительность сычужной свертываемости заготовляемого молока, которая колеблется в широких пределах - от 10 до 40 мин и выше. Некоторые исследователи разделяют молоко в зависимости от продолжительности сычужной свертываемости на «быстрое», (активное), нормальное и сычужно-вялое [13, 14, 26, 58, 88, 96, 97, 100]. При стандартных условиях проведения сычужной пробы продолжительность свертывания сырого молока 1 и 2 типов обычно составляет 10 - 35 мин. Однако может поступать молоко, которое свертывается очень медленно (за 40 мин и более), или совсем не свертывается. Такое молоко называют сычужно-вялым.
Способность молока к сычужной свертываемости определяется многими факторами. Главными из них являются содержание в молоке белков (главным образом казеина), степень их протеолиза и концентрация солей кальция (ионов кальция) [9, 15, 22, 40, 58, 59, 60, 61, 62, 63, 67, 75, 77]. Вероятно, аналогичные факторы обусловливают и кислотную свертываемость молока.
В меньшей степени на сычужную свертываемость влияют активность бактериальной закваски, содержание в молоке сывороточных белков, порода, рацион кормления животных и стадия лактации.
Количество в молоке сывороточных белков незначительно влияет на скорость сычужного свертывания молока. Однако, по данным Грин с соавторами, качество образующихся сычужных сгустков коррелирует с генетическими вариантами р-лактоглобулина. Так, молоко, содержащее В-вариант этого белка образует более плотный сгусток и дает более высокий выход сыра, чем молоко варианта А. Это, вероятно, обусловлено тем, что молоко с вариантом (ї-лактоглобулина В характеризуется высокой долей казеина в белковой фракции молока [22, 42].
Порода животных может оказывать влияние на содержание, состав белков и минеральных веществ в молоке. Так, по данным Н.В. Барабанщикова, наиболее высокое содержание белков, кальция и фосфора характерно для молока коров джерсийской породы. Богато казеином молоко коров ярославской и красной горбатовской пород, меньше — содержит молоко красной степной. Самое низкое количество кальция обнаружено в молоке коров черно-пестрой породы [2, 69].
Кроме породы животных на сычужную свертываемость молока более значительное влияние может оказывать рацион кормления животных. При неполной обеспеченности коровы протеином или энергией изменяется соотношение между компонентами молока, в частности снижается содержание кальция, фосфора и казеина (при повышении количества у-казеина), что приводит к увеличению продолжительности сычужного свертывания и ухудшению процесса синерезиса сгустка [24]. Добавление в рацион животных метионина и лизина увеличивает содержание белка в молоке [2,22].
По данным некоторых исследователей, корма, полученные на кислых почвах, а также почвах, избыточно удобренных азотистыми и калийными удобрениями, дают молоко с плохой сычужной свертываемостью, при этом получаемый сыр имеет низкое качество и плохой выход. Большинство специалистов по кормлению считают хорошее сено идеальным кормом для дойных коров в зоне сыроделия, так как оно богаче кальцием по сравнению с силосом [22].
Продолжительность сычужного свертывания молока зависит от стадии лактации и времени года [16, 22, 102, 111]. Так, продолжительность сычужного свертывания молока коров во время 6-9 мес лактации обычно на 20 % ниже, чем средняя продолжительность за лактацию. По-видимому, это связано, прежде всего, с повышением содержания казеина в молоке в этот период. Наиболее высокая плотность сгустка из сборного молока обычно наблюдается в средней стадии лактации коров. В последнем квартале года меняется соотношение между фракциями казеина: уменьшается содержание as- и Р-казеинов, увеличивается количество у-казеина и протеозо-пептонов за счет увеличения активности плазмина [22, 34]. Все это способствует уменьшению выхода белковых продуктов.
Значительное влияние на сычужную свертываемость молока оказывает состояние здоровья животных, но этот материал мы подробно рассмотрим в разделе 1.2.4.1.
Влияние степени протеолиза казеина на сычужную и кислотную свертываемость молока и выход белковых продуктов
Как мы отмечали в начале раздела 1.2, сычужная свертываемость молока зависит не только от содержания и свойств казеина, но и степени его протеолиза. Известно, что казеин - главным образом Р-казеин - может гидролизоваться под действием плазмина (и других протеаз молока) с образованием у-казеинов (молекулярной массой от 11 556 до 20 511) и протеозо-пептонов (молекулярной массой от 4 100 до 14601), указанных в табл. 1.2. В результате протеолиза р-казеина ухудшаются технологические свойства молока и снижается выход белковых продуктов.
Нормальное свежее молоко содержит 3 - 7 % у-казеинов, которые мы «теряем» с сывороткой при выработке белковых продуктов (именно это количество учитывается при установлении норм расхода сырья при их производстве). Однако их количество может значительно повышаться (до 10-15 % и выше) во время длительного хранения молока при низких температурах, при заболевании животных маститом, а также в конце лактации и при значительном недостатке белка в рационе кормления животных [12, 15, 22,24,35,36 69,81,82,115].
В процессе длительного (в течение нескольких суток) хранения молока на фермах и заводах при температуре 2 - 4 С белковая система молока претерпевает серьёзные изменения.
При низких температурах ослабляются гидрофобные взаимодействия, что приводит к выходу из состава казеиновых мицелл Р-казеина и фосфата кальция, меняется структура мицелл. Максимальное количество растворимого Р-казеина через 48 ч хранения молока при 4 С может составлять 30...60 % всего р-казеина. Растворимый р-казеин подвергается действию плазмина с образованием у-казеинов и фосфопептидов. Образование у-казеинов в молоке после хранения при различных температурах, по данным Раймердса [69], представлено на рис. 1.4 . Как видно из рис. 1.4, распад Р-казеина с образованием у-казеина идет более активно при 4 С, чем при 11 и 26 С. В случае хранения молока при 26 С даже наблюдается снижение концентрации у-казеина, что можно объяснить их деградацией под действием нативных и микробных аминопептидаз.
Более высокая скорость протеолиза Р-казеина при низких температурах по сравнению с протеолизом при высоких температурах обусловлена разной чувствительностью к действию фермента мономерной и мицеллярноЙ форм р-казеина. В молоке при температуре 26 С субстрат фермента представлен мицеллярной формой р-казеина, нечувствительной к протеолизу. Кроме того, протеаза молока при 26 С иммобилизована, т.е. удерживается поверхностью казеиновых мицелл и частично оболочками жировых шариков. По- видимому, фермент связан с казеиновыми мицеллами подобно р-казеину гидрофобными связями, чувствительными к изменению температур. Следовательно, при понижении температуры молока до 4 С вследствии разрыва гидрофобных связей, р-казеин и плазмин переходят из состава мицелл в плазму молока, где фермент «находит» свой субстрат и разрушает его[16,44, 83].
Распад белков в сыром охлажденном молоке при длительном хранении могут вызывать также протеолитические ферменты психротрофных бактерий родов Pseudomonas, Achromobacter, Alcaligens и др. Правда, бактериальные протеазы в большей степени атакуют к-казеин, чем р- и а5-казеин, однако они могут способствовать образованию горьких пептидов и других нежелательных продуктов, придающих молоку посторонние привкусы [17, 73, 84].
Протеиназная активность молока также возрастает при заболевании коров маститом [12, 15, 22, 36, 69, 76, 78].Как известно, маститное молоко характеризуется повышением активности плазмина и высоким количеством соматических клеток, которые при разрушении высвобождают аналогичные протеиназы (рис. 1.5).
Изменение состава и свойств маститного молока способствует повышению продолжительности сычужного свертывания на 26 - 80 % (в зависимости от степени заболевания), при этом получается рыхлый, неэлластичный сгусток, плохо отделяющий сыворотку [12, 16]. Увеличение продолжительности сычужного свертывания и меньшая плотность получаемых сгустков объясняются расщеплением Р-казеина плазмином (табл. 1.6) и более высоким рН маститного молока [12,15,16, 36].
Методы определения качественных показателей молока
Для аналитических исследований использованы следующие методы определения качественных показателей молока: массовая доля жира — по ГОСТ 5867; массовая доля СОМО — с помощью анализатора качества молока «Клевер-1М»; массовая доля белка — с помощью анализатора качества молока «Клевер 1М»; массовая доля казеина — методом кислотного осаждения [41, 43]. В основе метода лежит способность казеина нейтрализоваться щелочью. Для этого казеин в одной пробе молока осаждают разбавленной серной кислотой и раствор непосредственно титруют щелочью (без фильтрования). В другой пробе казеин осаждают и отфильтровывают, а полученный фильтрат без казеина вновь титруют. Массовую долю казеина определяют по разности щелочи, пошедшей на оба титрования. Полное осаждение казеина происходит в изоэлектрической точке при рН молока около 4,7; количество у-казеинов — модифицированным методом диск-электрофореза в геле полиакриламида в присутствии додецилсульфата натрия (см. раздел 3.3.3.1.); массовая доля общего кальция — комплексометрическим методом [41,43]; массовая доля ионного кальция — потенциометрическим методом с помощью пленочного кальцийселективного электрода [41]. Метод основан на измерении ЭДС погруженной в исследуемый раствор электродной системы, состоящей из кальцийселективного и хлорсеребряного электродов. Для этого перед исследованием образца электродную систему калибруют по двум стандартным растворам хлорида кальция 4 и 40 мг% с добавлением в них инертных солей до ионной силы 0,07 (КС! : NaCl = 2:1). Концентрацию растворов хлорида кальция проверяют трилонометрическим титрованием с мурексидом. По разности ЭДС (Е4о - Е4) в растворах 40 мг% (Еад) и 4 мг% (Е4) определяют крутизну электродной системы — она должна составлять 26—30 мВ. Если крутизна меньше 26 мВ, то кальцийселективный электрод следует заменить. Температура исследуемого молока должна быть приведена к температуре калибровочных растворов с точностью ± 0,5 С.
После калибровки в растворах хлорида кальция электродную систему погружают в исследуемое молоко и снимают показания со шкалы прибора. Время установления показаний — 2 мин. После измерения электроды промывают дистиллированной водой и погружают в раствор хлорида кальция (4мг%). Концентрацию ионов кальция Смол (в мг%) определяют по формуле: lg Смол= Емол Е4/Еад - Е4 + 0,6 , где Емол — ЭДС электродной системы в молоке, мВ; Е4 — ЭДС электродной системы в растворе 4 мг%, мВ; Е4о — ЭДС электродной системы в растворе 40 мг%, мВ; 0,6 — десятичный логарифм 4. Погрешность определения концентрации ионного кальция в молоке составляет ± 0,05 ед. рСа; массовая доля ионов хлора — потенциометрическим методом с использованием хлорселективного электрода марки ХС-С1-001 (см. раздел 3.2.); содержание соматических клеток — с помощью вискозиметра «Соматос» (в соответствии с ГОСТ 23453). Метод основан на высвобождении из содержащихся в молоке лейкоцитов ДНК и образовании ею с внесенным препаратом «Мастоприм» вязкой слизи, изменяющей консистенцию молока. Перед проведением анализа готовят водный раствор препарата «Мастоприм», для чего 3,5г препарата вносят в мерную колбу вместимостью 100 см3 и доливают до метки дистиллированной водой, подогретой до 30 - 35 С. Раствор перед применением взбалтывают до равномерного распределения осадка.
В сосуд прибора наливают 5 см препарата «Мастоприм» и 10 см3 исследуемого молока, тщательно профильтрованного через 4 слоя марли и перемешанного.
При нажатии на передней панели вискозиметра («Соматоса») кнопки «Работа» сосуд прибора со смесью молока и раствором препарата «Мастоприм» отклоняется от вертикальной оси на 145 не менее 10 раз в течение 30с, происходит активное перемешивание.
По окончании перемешивания смесь вытекает через капилляр. На табло, расположенном на передней панели прибора, высвечиваются показания времени истекания смеси (с) и количество соматических клеток. Измерения для каждой пробы молока проводят дважды. За окончательный результат анализа принимают среднее арифметическое результатов двух параллельных определений.
Предел допускаемой погрешности результатов измерений составляет 10%; титруемая кислотность — по ГОСТ 3624; плотность — по ГОСТ 3625; электропроводность — кондуктометрическим методом с помощью прибора марки DIST (см. раздел 3.2.); группа чистоты — по ГОСТ 8218; бактериальная обсемененность — по ГОСТ 9225; наличие ингибирующих веществ — по ГОСТ 23454.
Исследование влияния различных факторов на выход творога и его качество
Изучали влияние содержания в молоке белков, кальция и фракционного состава казеина (количества у-казеина) на выход и качество творога.
Из отобранного молока с различным количеством белка и кальция (характеристика молока представлена в табл. 3.4.) после сепарирования мы вырабатывали на ОАО «Приозерскии молочный завод» обезжиренный творог в различные сезоны (весна, лето и осень), контролируя его выход и качество. Выработку проводили в производственных условиях традиционным методом. Параллельно вырабатывали продукт кислотным и кислотно-сычужным способом [74, 80]. Технологический процесс выработки творога представлен на рис. 3.4. Исходное молоко подвергали сепарированию при температуре 40 — 45 С, получаемое обезжиренное молоко с массовой долей жира 0,05 %, пастеризовали при 78 С в течение 20 с, заквашивали сухой закваской прямого внесения для творога производства компании Альбатим (Украина). В состав закваски входили штаммы чистых культур мезофильных молочнокислых лактококков. Закваску вносили по инструкции из расчета 1 Ог препарата на 1 т молока. В заквашенную смесь вносили сычужный фермент в виде 1 % раствора (из расчета 1г на 1т молока) и хлорид кальция в виде 40 % раствора (из расчета 400г на 1т молока). Молоко сквашивали при температуре 30±2 С до титруемой кислотности сгустка равной 85-95 Т при кислотном способе и до 65-70 Т — при кислотно-сычужном способе. Время сквашивания в среднем составляло 12ч. Готовый сгусток разрезали и оставляли в покое на 40 мин для выделения сыворотки. При кислотном способе производства полученный сгусток нагревали до температуры 42±2 С с выдержкой в течение 15 — 20 мин (при кислотно-сычужном способе эту операцию не проводили). Выделившуюся сыворотку частично удаляли самотеком через кран в нижней части ванны в промежуточную емкость, а сгусток разливали в лавсановые мешки по 7 — 9кг и направляли для дальнейшего отделения сыворотки на прессование и охлаждение в установку ГЛ. Митрофанова. После прессования и охлаждения продукт взвешивали и фасовали в пластмассовые ведра по 10кг.
В полученных сгустке, сыворотке и белковом продукте контролировали: влагоудерживающую способность сгустка, содержание белка и сухих веществ в сыворотке; титруемую кислотность, влажность и выход продукта.
Кроме того, проводили визуальную и органолептическую оценку сгустка, сыворотки и творога. Характеристика полученных белковых сгустков и готового продукта приведена в табл. 3.5. Как видно из табл.3.5., выход и качество творога зависят от содержания белков и кальция в молоке, и, по-видимому, во многом определяются фракционным составом казеина (количеством у-казеина в исходном молоке).
Как известно из литературного обзора, содержание в молоке белков является одним из главных факторов, влияющим на его сычужную и кислотную свертываемость [15,22, 67].
Для определения оптимального содержания белков в сырье для производства творога в период с марта 2003г по декабрь 2003г было проведено 57 производственных выработок продукта из молока отобранных хозяйств: девятнадцать выработок из молока с высоким содержанием белка (более 3,2 %), двадцать выработок из молока со средним содержанием белка (3,00 — 3,20 %) и восемнадцать выработок из молока с низким содержанием белка (менее 3,0 %) (см. табл. 3.4.). Характеристика полученных белковых продуктов, сгустков и сыворотки приведена в табл.3.5. Результаты исследования влияния содержания белков в молоке-сырье на выход творога представлены на рис.3.5.
Из данных табл. 3.5. и рис.3.5. видно, что выход творога зависел от содержания белка в молоке следующим образом. Из молока с высоким содержанием белка выход продукта (из 1,5т молока) в среднем составил 225кг, из молока со средним содержанием белка — 220—183кг, а выход продукта из молока с низким содержанием белка в среднем составил 164кг, т.е. он был на 27 % ниже, чем выход из молока с высоким содержанием белка. Выявленная закономерность наблюдается как при кислотно-сычужном, так и при кислотном способе производства творога. Исключение составляют несколько выработок творога, когда при высоком содержании белков в молоке выход продукта был низким. Причину этого несоответствия можно объяснить, по-видимому, высоким количеством в молоке-сырье соматических клеток или низким содержанием в нем кальция.
