Биохимия молока и молочных продуктов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

1. Изменение масла в процессе хранения

1.1 Порча жира

1.2 Гидролитическая порча

1.3 Окислительная порча

1.4 Факторы, влияющие на стойкость масла при хранении

2. Физико-химические процессы при производстве молочных консервов и ЗЦМ

2.1 Сгущенное молоко с сахаром

2.2 Сгущенное стерилизованное молоко

2.3 Сухие молочные продукты и ЗЦМ

Список литературы

1. Изменение масла в процессе хранения

1.1 Порча жира

При хранении сливочного масла, особенно в неблагоприятных условиях, молочный жир изменяется, образуется ряд химических соединений, обладающих часто неприятными вкусом и запахом. Изменение химического состава жира, а также разрушение каротина и витаминов обусловливают ухудшение органолептических показателей, снижение пищевой и биологической ценности масла. Изменение вкуса и запаха жира иногда приводит к тому, что продукт становится непригодным к употреблению. Это явление называют пищевой порчей жира.

Порча жира может протекать как под влиянием ферментов (выделяемых главным образом микроорганизмами), так и под действием кислорода воздуха. Действие этих факторов ускоряют повышенные влажность и температура, свет, соли металлов (меди, железа, свинца, цинка). Различают гидролитическую и окислительную порчу жира. Вид порчи зависит от состава жира и условий его хранения.

1.2 Гидролитическая порча

Гидролиз - это процесс расщепления жира на глицерин и жирные кислоты. Конечный результат гидролиза триглицеридов может быть представлен в следующем виде:

В действительности же гидролиз триглицеридов идет в три стадии:

триглицерид > диглицерид + жирная кислота > моноглицерид + жирная кислота > глицерин + жирная кислота

Эти стадии протекают последовательно, но с разными скоростями.

Гидролиз жира вызывается, главным образом, ферментом липазой. Однако он может проходить и без ее участия - при высокой влажности и температуре хранения в результате воздействия на жир кислорода воздуха и света. Гидролиз жира характеризуется накоплением свободных жирных кислот. Появление в жире при гидролитическом распаде высокомолекулярных жирных кислот, не имеющих вкуса и запаха, не изменяет органолептических показателей продукта. Освобождение таких летучих низкомолекулярных жирных кислот, как масляная, капроновая, каприловая, обладающих неприятным запахом и специфическим вкусом, резко ухудшает органолептические свойства масла.

1.3 Окислительная порча

Окислительная порча молочного жира протекает при низких температурах в присутствии кислорода воздуха и света. При этом происходит глубокий распад жира с образованием пероксидов, альдегидов, кетонов, оксикислот и других соединений, обладающих неприятным вкусом и запахом. Таким образом, окисление жира сопровождается появлением посторонних нежелательных привкусов, вследствие чего продукт приобретает различные пороки вкуса (прогорклый, салистый и др.). Окислению подвергаются в первую очередь полиненасыщенные жирные кислоты, т. е. наиболее биологически ценная составная часть триглицеридов жира и фосфолипидов.

Первичные продукты окисления (гидропероксиды, пероксиды) существенно не влияют на органолептические свойства жиров. После их накопления в жире начинают протекать разнообразные реакции, в результате которых образуются вторичные продукты окисления, обладающие неприятными вкусом и запахом, - альдегиды, кетоны, оксикислоты и др. При этом различают два основных вида порчи жиров: прогоркание и осаливание.

1.4 Факторы, влияющие на стойкость масла при хранении

Под стойкостью масла понимается его способность сохранять длительное время высокое качество. Установлено, что порча масла протекает, главным образом, на границе фаз жир - вода, жир - воздух. Следовательно, стойкость масла при всех прочих равных условиях зависит от степени диспергирования влаги (плазмы) и содержания в нем воздуха. Правильное распределение влаги - один из основных факторов повышения стойкости масла. Измельчение капелек влаги приводит к их изоляции, вследствие чего водная часть масла, содержащая питательные вещества, становится малодоступной для микроорганизмов. Однако избыточная обработка масляного зерна отрицательно влияет на стойкость масла - в нем увеличивается количество воздуха, способствующего окислению жира.

Масло, выработанное методом преобразования высокожирных сливок, характеризуется наиболее тонким распределением влаги (средний размер капель равен 4 - 5 мкм) и малым содержанием воздуха. Поэтому оно имеет повышенную стойкость по сравнению с маслом, полученным сбиванием сливок, в котором содержится в 3 раза больше капель размером 9 - 10 мкм. Однако оно более подвержено окислительной порче в условиях длительного хранения при низких отрицательных температурах (-18°С).

Стойкость масла при хранении зависит от химического состава молочного жира, и в первую очередь, от содержания в нем полиненасыщенных жирных кислот (линолевой, линоленовой и арахидоновой). Их количество зависит от времени года (повышается весной, понижается осенью и зимой) и географической зоны получения молочного жира. Чаще всего нестойко при длительном хранении масло, выработанное из весеннего молока.

Многие компоненты плазмы масла влияют на скорость окислительной порчи, являясь антиокислителями или ускорителями окисления. Ускорителями окислительных процессов в плазме могут служить металлы, хлорид натрия, молочная кислота, диацетил. Металлы (медь, железо) снижают стойкость масла, так как являются сильными катализаторами окислительных реакций. Содержание меди в большей степени зависит от района производства масла и сильно повышается при посолке.

Каталитическое действие металлов усиливают повышенные количества хлорида натрия и молочной кислоты. Поэтому необходимо контролировать кислотность плазмы и соблюдать нормы внесения соли в масло. Кислотность плазмы стойкого сладко-сливочного масла должна быть не выше 19°Т, кисло-сливочного - не выше 35°Т, содержание соли -- не более 1%.

К естественным антиокислителям (антиоксидантам) плазмы масла относятся токоферолы, аскорбиновая кислота, лецитин и др. Как показывает практика, масло летней выработки, богатое этими соединениями, обладает большей стойкостью при хранении, чем зимнее.

Стойкость масла при хранении во многом зависит от бактериальной обсемененности и состава микрофлоры. Особенно нежелательно наличие в масле бактерий и плесневых грибов, обладающих липолитической активностью. Для повышения стойкости масла используют специальные культуры дрожжей. Дрожжи подавляют развитие плесеней и препятствуют прогорканию масла. В последние годы в качестве консерванта стали применять сорбиновую кислоту.

2. Физико-химические процессы при производстве молочных консервов и ЗЦМ

Пищевые продукты консервируют для предохранения от порчи при хранении (от лат. conservare - сохранять). Для этого создают условия, при которых подавляются химические и биохимические процессы разложения входящих в состав продуктов жиров, белков и углеводов. При консервировании стремятся максимально сохранить исходные свойства продукта, его пищевую и биологическую ценность. Принципы и методы консервирования пищевых продуктов многочисленны. Производство молочных консервов основано на подавлении химических и микробиологических процессов (анабиоз) и полном уничтожении микроорганизмов (абиоз).

Консервирование по принципу анабиоза осуществляют, в основном, физическими способами - повышением осмотического давления (осмоанабиоз) и высушиванием (ксероанабиоз). Химические способы - внесение консервантов (сорбиновая кислота, антиокислители жира) и антибиотиков (низин и др.) - применяют лишь для повышения стойкости молочных консервов при хранении и смягчения режимов стерилизации. Принцип абиоза используют в производстве сгущенного стерилизованного молока, когда в результате стерилизации полностью уничтожаются бактерии и споры в предварительно сгущенном продукте.

К молочным консервам относят сгущенное молоко с сахаром, сгущенное стерилизованное молоко, сухое молоко и др. Широкое развитие получили разнообразные заменители цельного молока (ЗЦМ), применяемые при выпойке молодняка сельскохозяйственных животных: сухой ЗЦМ для телят и ягнят, ЗЦМ-2, Био-ЗЦМ, регенирированное молоко и др.

2.1 Сгущенное молоко с сахаром

Производство сгущенного молока с сахаром основано на увеличении концентрации сухих веществ молока путем сгущения и добавления сахарозы.

По ГОСТ 2903 - 78 сгущенное молоко с сахаром должно иметь следующий состав (в %) и свойства: содержание влаги не более 26,5, сахарозы не менее 43,5, сухих веществ молока не менее 28, в том числе жира не менее 8,5; кислотность не более 48Т; вязкость 3 - 10 Пас.

Основным показателем, определяющим качество сгущенного молока с сахаром, является консистенция (наиболее часто встречающийся порок продукта - изменение его консистенции - загустевание).

Один из важнейших факторов, влияющих на консистенцию сгущенного молока с сахаром, - химический состав молока, главным образом, его белково-солевой состав. Для производства продукта наиболее пригодно молоко с низкой величиной соотношения между жиром и СОМО (около 0,425), с мелкими жировыми шариками и казеиновыми мицеллами и оптимальным содержанием кальция (не более 125 мг%). Эти показатели зависят от времени года, стадии лактации, породы, состояния здоровья животных и других факторов.

Вязкость готового продукта зависит от кислотности молока. Повышение кислотности сырого молока (в результате сбраживания бактериями молочного сахара) нарушает солевой баланс молока, снижает тепловую устойчивость казеина и отрицательно сказывается на консистенции сгущенного молока с сахаром.

Во время тепловой обработки - пастеризации и сгущения - происходят физико-химические изменения составных частей исходного молока.

При пастеризации денатурируют сывороточные белки, концентрация которых при сгущении увеличивается. Изменяется структура казеина: он приобретает способность к агрегации. Часть солей молока переходит в нерастворимое состояние - изменяется соотношение между катионами кальция, анионами фосфорной и лимонной кислот. Таким образом, режим пастеризации влияет на белково-солевой состав молока и, следовательно, на вязкость сгущенного молока с сахаром и его стойкость к загустеванию при хранении. например, температура пастеризации молока 85 - 95°С способствует повышению вязкости сгущенного молока с сахаром, а температура выше 100°С - получению продукта сравнительно жидкой консистенции. Следовательно, для выработки продукта оптимальной вязкости режим пастеризации следует выбирать с учетом сезонных изменений состава и свойств молока.

Во время сгущения возрастает концентрация солей кальция, в результате чего казеиновые мицеллы укрупняются и соединяются с денатурированными сывороточными белками. Изменению подвергается жировая фаза молока. При пастеризации дробятся жировые шарики, комочки слипшихся шариков разъединяются, снижается скорость отстаивания сливок. Во время сгущения, наряду с дроблением жировых шариков (при увеличении числа мелких шариков размером менее 2 мкм), наблюдается их укрупнение и частичная дестабилизация жировой эмульсии. При этом выделяются летучие жирные кислоты и лактоны, которые вместе с продуктами распада молочного сахара участвуют в формировании свойственных пастеризованному молоку вкуса и запаха.

В процессе пастеризации и сгущения разрушаются ферменты и витамины. В процессе сгущения уменьшается содержание витамина А на 19%, В₂ - на 8-21, В₆ и В₁₂ - на 40, С - на 20, Е - на 3-12%.

Технологический режим сгущения молока (температура и длительность ее воздействия) также существенно влияет на коллоидную систему молока и консистенцию готового продукта. Оптимальным считается следующий режим: температура не выше 60°С и продолжительность не более 2 - 2,5 ч.

Большое значение для качества продукта имеют состав и время введения в молоко сахарного сиропа. Сахарный сироп целесообразно подавать в вакуум-выпарную установку одновременно с молочной смесью или за 20 - 25 мин до окончания сгущения (при содержании в сгущенном молоке 46 - 48% сухих веществ). Сахарный сироп должен содержать минимальное количество инвертного сахара (смесь фруктозы и глюкозы), образующегося при инверсии сахарозы.

Во время охлаждения происходит кристаллизация молочного сахара, от правильности проведения которого зависит консистенция готового продукта.

В неохлажденном сгущенном молоке с сахаром содержится 11 - 12% лактозы, которая растворена в 25 - 26% влаги, образуя при 50 - 60°С насыщенный раствор. При охлаждении продукта после сгущения (до 20°С) раствор лактозы становится пересыщенным, и часть ее выпадает в виде кристаллов. Переход лактозы в кристаллическое состояние происходит в две стадии: сначала зарождаются центры кристаллизации, затем растут кристаллы. гидролитический порча масло сгущенный

Размер кристаллов молочного сахара зависит от режима охлаждения сгущенного молока (температуры и продолжительности).

Консистенция сгущенного молока с сахаром определяется размерами и количеством образовавшихся при охлаждении и хранении продукта кристаллов молочного сахара.

Для обеспечения хорошей консистенции продукта необходимо стремиться к массовому образованию мелких кристаллов лактозы (размером до 10 мкм) при возможно полной ее кристаллизации. Недостаточно полная кристаллизация лактозы в процессе охлаждения может привести к ее кристаллизации во время хранения продукта. При этом образуются крупные кристаллы размером 20 - 25 мкм. Быстрое охлаждение сгущенного молока с сахаром до температуры усиленной кристаллизации (18 - 20°С) способствует образованию большого количества мелких кристаллов лактозы. Длительное охлаждение может привести не только к выпадению крупных кристаллов лактозы, но и к другим порокам продукта - загустеванию и побурению.

На интенсивность кристаллизации лактозы влияют также количество вносимой в сгущенное молоко затравки, продолжительность и интенсивность его перемешивания.

2.2 Сгущенное стерилизованное молоко

При производстве сгущенного стерилизованного молока консервирование путем повышения концентрации сухих веществ сочетают с высокотемпературной обработкой продукта.

Сгущенное стерилизованное молоко, согласно требованиям ГОСТ 1923-78, должно содержать не менее 25,5% сухих веществ, в том числе не менее 7,8% жира (молоко концентрированное стерилизованное - сухих веществ не менее 27,5%, в том числе жира не менее 8,6%).

Качество сгущенного стерилизованного молока и его стойкость при хранении во многом зависят от качества исходного молока и режимов тепловой обработки.

Термоустойчивость является важным технологическим свойством молока, определяющим способность сохранять при высоких температурах свои первоначальные свойства. К факторам, обусловливающим термоустойчивость молока, в первую очередь относят состав казеина, солей и рН. При увеличении в молоке концентрации фосфатов и цитратов уменьшается количество ионов кальция, что приводит к нарушению структуры казеинового комплекса и снижению его устойчивости.

Кроме перечисленных факторов термоустойчивость молока может зависеть от размера казеиновых мицелл - чем они мельче, тем более термоустойчиво молоко, и наоборот. Мелкие мицеллы содержат, как правило, больше ч-казеина и меньше коллоидного фосфата кальция по сравнению с крупными, и поэтому они в меньшей степени склонны к агрегации. Снижению термоустойчивости молока способствует повышенное количество термолабильных сывороточных белков, содержащееся в молоке коров, больных маститом, и в молозиве.

Предварительная пастеризация молока перед стерилизацией является одним из путей стабилизации белковой системы молока, т. е. повышения его термоустойчивости. Стабилизация достигается осаждением при пастеризации избытка фосфата кальция и термолабильных сывороточных белков.

Режим и степень сгущения молока перед стерилизацией влияют на коллоидные свойства белков. Процесс сгущения молока ведут при тех же режимах, что и в производстве сгущенного молока с сахаром (до получения продукта плотностью 1061 - 1068 кг/м³).

Длительное воздействие высокой температуры при стерилизации может вызвать глубокие изменения белков, солей, молочного сахара, разрушение витаминов (А, В,, В₁₂, В₆, С), повышение кислотности, изменение цвета и вкуса молока.

Для полного уничтожения микроорганизмов молоко обычно стерилизуют при 116 - 118°С в течение 15 - 17 мин.

Для повышения термоустойчивости молока и получения продукта с меньшей вязкостью вносят соли-стабилизаторы (в количестве 0,05--0,3%, исходя из результатов пробной стерилизации). Повышение термоустойчивости молока при внесении солей происходит вследствие снижения количества ионов кальция. Для предотвращения загустевания продукта, особенно при производстве сгущенного стерилизованного молока с повышенным содержанием сухих веществ соли-стабилизаторы следует вносить в молоко перед сгущением.

При производстве сгущенного стерилизованного молока применяют антибиотик низин. Добавление низина позволяет проводить стерилизацию при более низкой температуре и с меньшей выдержкой. Применение смягченных режимов стерилизации с использованием низина и солей-стабилизаторов способствует повышению качества продукта и дает возможность вырабатывать сгущенное стерилизованное молоко в период пониженной термоустойчивости молока (в зимне-весенний период).

2.3 Сухие молочные продукты и ЗЦМ

Сухие молочные продукты обладают высокой пищевой ценностью, хорошо сохраняются в обычных условиях. Их широко используют для питания взрослых и детей, а также в других отраслях пищевой промышленности (хлебопекарная, кондитерская и др.). Сухие ЗЦМ успешно используют для выпойки молодняка сельскохозяйственных животных, что позволяет решить проблему недостатка молока на заводах в зимний период, а также снизить риск падежа телят.

Производство сухих молочных продуктов и ЗЦМ основано на удалении из молока в процессе сушки влаги (до содержания 4 - 7%). При таком содержании влаги подавляется развитие микроорганизмов.

Качество свежевыработанных сухих молочных продуктов и ЗЦМ (растворимость, консистенция, цвет, вкус) зависит от состава и свойств исходного молока (молочной смеси), а также физико-химических изменений белков, жиров, углеводов, солей во время пастеризации, сгущения, гомогенизации и сушки. В процессе хранения возможны дальнейшие физико-химические изменения составных частей молока, в результате которых меняются растворимость, цвет, вкус, биологическая ценность продуктов. Стойкость сухих молочных продуктов и ЗЦМ при хранении определяется, в первую очередь, содержанием в них влаги, свободного жира, а также условиями хранения (герметичность упаковки, температура и влажность окружающего воздуха и т. д.).

При выработке сухих молочных продуктов пастеризация должна обеспечивать инактивацию липазы при возможно минимальном тепловом воздействии на белки и соли молока. Температуру пастеризации необходимо устанавливать в зависимости от метода сушки, так как в процессе сушки молоко подвергается дополнительному тепловому воздействию.

При пленочном способе сушки температура вальцов достигает 106 - 128°С, поэтому пастеризацию молока и молочной смеси ЗЦМ следует проводить при 75 - 77°С. При распылительной сушке, проводимой в более мягких условиях, рекомендуется в целях полной инактивации липазы температуру пастеризации цельного или обезжиренного молока повысить до 90 - 95 и 85 - 87°С (при выработке ЗЦМ - до 85 - 90°С). Дальнейшее повышение температуры способствует денатурации сывороточных белков и выпадению фосфата кальция, что вызывает понижение растворимости сухих молочных продуктов.

Степень сгущения цельного и обезжиренного молока и режим сгущения влияют на качество готового продукта. От степени сгущения зависит вязкость направляемого на сушку молока или молочной смеси. Ее устанавливают, исходя из состава смеси и способа сушки.

При выработке сухого цельного молока распылительным способом молоко сгущают до концентрации сухих веществ 43 - 48%. При производстве ЗЦМ степень сгущения обезжиренного молока снижают до содержания сухих веществ 40 - 43%, учитывая дальнейшее его увеличение в смеси после внесения в молоко жировых и других компонентов (животных и гидрогенизированных жиров, соевой муки, эмульгаторов, витаминного премикса, минеральных веществ, антибиотика цинкбацитроцина и др.).

Режим сгущения влияет на вязкость молока и дисперсность жира: с увеличением температуры и продолжительности сгущения повышается вязкость и уменьшается дисперсность жира. Наличие в сгущенном молоке значительного количества крупных жировых шариков (диаметром более 8 мкм) приводит к появлению в процессе последующей сушки свободного жира. Свободный жир ухудшает смачиваемость сухого порошка и снижает скорость его растворения. При хранении продукт слеживается и приобретает салистый привкус. Приготовленное из него восстановленное молоко имеет на поверхности жировые капли.

Для уменьшения количества свободного жира перед сушкой необходимо гомогенизировать сгущенное молоко.

При производстве сухих ЗЦМ гомогенизация должна также обеспечивать эмульгирование смеси после внесения в молоко жировых компонентов.

Низкая температура гомогенизации (ниже 50°С) способствует повышению вязкости смеси и не обеспечивает качественное ее эмульгирование. Высокие температура (выше 55 - 60°С) и давление (более 15 МПа) вызывают, наряду с диспергированием, укрупнение жировых шариков и необратимые физико-химические изменения белков, что приводит к снижению стабильности жировой эмульсии и растворимости готового продукта.

Оптимальные режимы гомогенизации: при производстве сухого молока - температура 55 - 60°С, давление 10 - 15 МПа, при получении ЗЦМ - температура 50 - 55°С, давление 10 - 15 МПа.

При сушке в результате физико-химических процессов изменяются первоначальные свойства молока: денатурируют сывороточные белки, выпадает фосфат кальция, выделяется из жировых шариков свободный жир. Эти изменения приводят к частичному снижению растворимости продукта. Во время сушки наблюдается также разрушение ферментов и части витаминов.

, полученных распылительным способом сушки (размер частиц, растворимость и др.), зависят от способа распыления и режимов сушки.

При распылении сгущенного молока в сушильной камере желательно получить однородные по размеру капли. Неравномерно распыленное молоко может содержать недосушенные комочки слипшихся частиц, что снижает растворимость порошка.

Способ распыления влияет на размер частиц, количество в продукте свободного жира и заключенного внутри него частиц воздуха. Данные показатели определяют скорость растворения порошка и окисления молочного жира при хранении сухих молочных продуктов.

Основные физико-химические показатели сухих молочных продуктов - содержание влаги, растворимость, относительная скорость растворения, смачиваемость, объемная масса - обусловливаются технологическими режимами производства.

Растворимость продукта, а также смачиваемость и скорость растворения зависят от размеров, формы, внутренней структуры частиц, количества свободного жира на их поверхности, содержания в порошке воздуха и т. д.

Список литературы

1. Горбатова К.К. Биохимия молока и молочных продуктов. - 3-е изд., перераб. и доп. - СПб.: ГИОРД, 2001. - 320 с.: ил.

2. Инихов Г.С. Биохимия молока и молочных продуктов. М.: Пищевая промышленность, 1970. - 317 с. (Учебник для техникумов молочной промышленности).

Размещено на Allbest.ru