Краткая теоретическая часть
Тепловую обработку (пастеризацию и стерилизацию) молока применяют для предохранения молочных продуктов от порчи и для повышения стойкости при хранении. Кроме того, тепловая обработка молока проводится с целью направленного изменения его физико-химических свойств, для получения заданных свойств готового продукта, в частности органолептических свойств, вязкости, плотности сгустка и т. п. В процессе тепловой обработки изменяются основные компоненты молока. Сывороточные белки Сывороточные белки в процессе пастеризации и стерилизации подвергаются сравнительно глубоким изменениям. Сначала происходит их денатурация, т. е. конформационные изменения молекул с нарушением четвертичной, третичной и вторичной структур. Денатурация большинства сывороточных белков начинается при температуре около 60–65 С. Степень денатурации зависит от температуры и продолжительности ее воздействия на молоко. В результате структурных изменений, вызванных денатурацией, в молекулах белка освобождаются ранее «скрытые» функциональные группы: Н – группы цистеина, Е – аминогруппы лизина, гидроксильные группы серина и др. Вследствие освобождения сульфгидрильных групп и выделения из них сероводорода молоко приобретает вкус кипяченого продукта или привкус пастеризации. В результате взаимодействия Н-групп и других реакционно способных групп наступает агрегация денатурированных белков.
Казеин.Казеин является очень термоустойчивым белком – для его коагуляции необходима выдержка молока при температуре 130 Св течение 2–8 мин. Однако тепловая обработка при высоких температурах изменяет состав и структуру казеинаткальцийфосфатного комплекса. От него отщепляются защитные гликомакропептиды; на поверхности мицелл казеина осаждаются денатурированный β-лакто-глобулин, коллоидный фосфат кальция и др. Эти изменения вызывают как дезагрегацию, так и агрегацию мицелл казеина. В результате преобладающего процесса агрегации увеличиваются размер частиц казеина и вязкость молока. Изменение структуры и размера мицелл казеина влияет на технологические свойства молока, например на скорость получения сычужного сгустка. После тепловой обработки продолжительность сычужного свертывания молока увеличивается в несколько раз (по сравнению с сырым молоком). Это объясняется (наряду с изменением солевого состава) комплексообразованиемденатурированного β-лактоглобулина с æ-казеином, в результате чего ухудшается его атакуемость сычужным ферментом.
Лактоза. В процессе высокотемпературной пастеризации молока и особенно при стерилизации происходит изомеризация лактозы (образование лактулозы) и ее взаимодействие с аминокислотами (реакция меланоидинообразования). Вследствие образования меланоидинов изменяются цвет и вкус молока. Стерилизация молока также вызывает разложение лактозы с образованием углекислого газа и кислот – муравьиной, молочной, уксусной и др. При этом кислотность молока увеличивается на 2–3 Т.
Жир. При пастеризации триглицериды молочного жира химически почти не изменяются. Длительная выдержка при высоких температурах и стерилизация молока приводят к незначительному гидролизу триглицеридов и изменению их жирнокислотного состава.
При тепловой обработке молока подвергаются изменениям оболочки жировых шариков. Даже при низких температурах нагревания наблюдается переход белков и фосфолипидов с поверхности жировых шариков в плазму молока. При пастеризации дисперсность жира повышается, изменяется состав оболочек – нарушенные нативные оболочки жировых шариков быстро восстанавливаются за счет адсорбции на их поверхности сывороточных белков и казеина молочной плазмы. Поэтому степень дестабилизации жира при пастеризации весьма незначительна. Однако в результате денатурации белковых компонентов оболочки жировых шариков теряют способность склеиваться и отстой сливок замедляется. При стерилизации молока происходят более сильная денатурация белка оболочек жировых шариков и нарушение целостности некоторых оболочек, в результате чего часть жировых шариков сливается в более крупные и наблюдается вытапливание жира.
Соли. В процессе тепловой обработки молока изменяется в первую очередь состав солей кальция. Часть гидрофосфатов и дегидрофосфатов кальция, находящихся в ионно-молекулярной форме, переходит в плохо растворимый фосфат кальция, который агрегирует и в виде коллоида осаждается на мицеллах казеина. Это приводит к нарушению структуры мицелл и снижению термоустойчивости молока. Часть фосфата кальция выпадает на поверхности теплообменных аппаратов, образуя вместе с денатурированными сывороточными белками отложения – так называемый молочный камень. Снижение ионно-молекулярного кальция ухудшает способность молока к сычужному свертыванию.
Витамины и ферменты. Тепловая обработка в той или иной степени приводит к потерям витаминов. Они зависят от температуры нагревания и продолжительности выдержки. Кроме того, инактивируется большая часть нативных и бактериальных ферментов молока.
Приборы и материалы 1. рН-метр. 2. Вискозиметр Оствальда. 3. Лактоденсиметр. 4. Секундомер. 5. Реактивы и лабораторная посуда для определения титруемой кислотности и содержания жира в молоке. 6. Центрифужные пробирки на 10 мл. 7. Пипетки для центрифугирования. 8. Пипетка на 5 мл. 9. Цилиндр на 100 мл. 10. Колбы на 0,5 л. 11. Стаканы на 100 мл. 12. Воронки. 13. Бумажные фильтры. 14. 1 н. раствор уксусной кислоты. 15. 1 %- й раствор сычужного фермента. 16. Сырое молоко кислотностью 18–20 Т.
Методы исследований.Массовую долю жираопределяют кислотным методом Гербера. Кислотность определяют титрованием (в градусах Тернера) и потенциометрическим методом. Плотностьнаходят ареометрическим методом при температуре 20 С.
Степень денатурации сывороточных белковопределяют по модифицированной лактальбуминовой пробе. При этом к 50 мл молока добавляют 3 мл 1 н. раствора уксусной кислоты. Выпавший в осадок казеин отделяют фильтрацией до получения полностью прозрачного фильтрата. Полученный фильтрат кипятят. Если сыворотка содержит белки, то прозрачная жидкость при кипячении мутнеет. Для 81
количественного определения денатурации сывороточных белков часть прокипяченного фильтрата заливают в центрифужную градуированную пробирку вместимостью 10 мл, центрифугируют 5 мин, затем жидкость осторожно сливают, не задевая осадка. В ту же пробирку доливают новую порцию фильтрата, снова центрифугируют, сли-вают жидкость и так до тех пор, пока весь фильтрат не будет процентрифугирован. После центрифугирования последней порции определяют объем осадка. Степень тепловой денатурации сывороточных белков определяют по формуле
где Д – степень денатурации сывороточных белков молока, %; а – объем осадка фильтрата сырого молока, мл; б – объем осадка фильтрата молока после тепловой обработки, мл.
Относительную вязкость молокаизмеряют с помощью викозиметраОствальда (рис. 13.1).
Рис. 13.1. Вискозиметр Оствальда: 1 – капиллярная трубка; 2 – емкости для продукта; 3 – трубка для ввода продукта; 4 – трубка для выхода воздуха
Для этого в него через широкую трубку второго колена нали-вают 10 мл воды. Надев на другой конец прибора резиновую трубку, засасывают воду в первое колено на 1 см выше линии I. Вода должна свободно вытекать через капиллярное отверстие 1. Когда уровень 82 жидкости достигнет линии I, включают секундомер и выключают его в тот момент, когда жидкость опустится до линии II. Скорость истечения воды определяют не менее трех раз. Затем вискозиметр промывают испытуемым молоком (температура 20 ºС), наполняют им (около 10 мл) вискозиметр и измеряют скорость истечения между линиями I и II. Относительную вязкость рассчитывают по формуле
где отн – относительная вязкость, Па·с; – плотность испытуемого продукта при температуре 20 ºС, кг/м3; п, в – продолжительность истечения испытуемого продукта и воды, с; в – абсолютная вязкость воды при температуре 20 ºС, Па·с (в = 1,0032 10–3 Пас); в – плотность воды при температуре 20 ºС (в = 998,23 кг/м3).
Степень отстаивания жираопределяют центрифугированием в специальной пипетке (рис. 13.2).
Рис. 13.2. Пипетка для определения отстаивания жира
Пипетку через нижний капиллярный конец заполняют образцом молока до отметки I. Верхний конец пипетки закрывают пальцем, а на нижний конец пипетки надевают резиновую пробку. Заполненные пипетки вставляют симметрично в патроны центрифуги, пробками к периферии. Центрифугирование продолжают 30 мин. После центрифугирования пипетки вынимают и ставят вертикально на пробку. Затем из пипетки осторожно, не переворачивая и не встряхивая, сливают нижнюю часть продукта до отметки II, для чего закрывают пальцем левой руки верхнее отверстие пипетки, а правой снимают резиновую пробку с нижнего конца пипетки. В слитом продукте определяют содержание жира. Отстой жира рассчитывают по формуле
где ОЖ – отстаивание жира, %; Жм – массовая доля жира в молоке, %; Жн – массовая доля жира в нижнем слое молока, слитого из пипетки, %; К – отношение объема нижнего слоя молока, слитого из пипетки, к общему объему молока в пипетке.
Продолжительность свертывания молокасычужным ферментом определяют визуально по образованию хлопьев. Для этого в водяную баню с температурой 40–42ºС следует поместить стакан, в который отмерено 100 мл подогретого до температуры 40–42 ºС молока. В стакан ввести 10 мл 1 %-го раствора сычужного фермента, быстро перемешать содержимое, после чего оставить в покое до появления на стенках стакана хлопьев образовавшегося сгустка молока. За продолжительность свертывания молока принимают время от момента внесения фермента до начала образования хлопьев. Время определяют по секундомеру.