Механизм выделения сыворотки из сгустка и зерна

        
         Технология производства натуральных сыров основана на концентрации сухих веществ молока путем выделения из сгустка и удаления сыворотки, определенного количества для каждого вида сыра. Молочный сгусток (гель) имеет влажность молока, т. е. около 87%. Часть этой воды (30-85%) следует удалить в виде сыворотки, чтобы получить сырную массу.

  Повышение или снижение температуры, кислотности, интенсивности механического воздействия и т. п. должно осуществляться таким образом, чтобы кинетика обезвоживания и нарастания кислотности соответствовала модели (программе, регламенту), установленной для данного вида сыра.


         Для облегчения отделения сыворотки применяется разрезание (дробление) сгустка на зерно с последующей его обработкой. Это приводит к увеличению поверхности, через которую может удаляться сыворотка, и усилению её отделения. Чем мельче "поставлено" зерно, тем, при прочих равных условиях, короче путь прохождения сыворотки наружу, быстрее и больше выделится сыворотки. Поэтому для твёрдых сыров зерно ставят примерно вполовину мельче, чем для мягких и рассольных. Зерно необходимо поставить равновеликим, стараясь образовывать возможно меньше сырной пыли.

Выделение сыворотки ускоряется при перемешивании сырного зерна с сывороткой. При этом происходит постоянное соударение сырных зерен между собой и с рабочими органами сыроизготовителя. Сырные зерна постепенно округляются, за счет обламывания и сглаживания углов и граней их кубическая форма превращается в шарообразную или близкую к ней.

На влагоудаление из сырного зерна оказывает влияние гидродинамическое воздействие при движении и завихрениях потока. Сырные зерна двигаются не только в горизонтальной плоскости, но также быстро перемещаются вверх-вниз по высоте сыроизготовителя.  При таких перемещениях внутри сырного зерна резко меняется и гидростатическое давление, которое иногда складывается с гидродинамическим воздействием, а иногда противоположно ему.

         Повышение гидростатического давления происходит потому, что сырные зерна на поверхности имеют упругую и эластичную оболочку, играющую роль гибкой мембраны, стягиваемой постепенно сокращающимися мицеллами белка. Она быстро реагирует на изменение давления. Как только наступает перепад давлений, то при более высоком давлении внутри зёрен сыворотка, через поры растянутой оболочки, выходит наружу. При повышении наружного давления оболочка сжимается, поры закрываются или уменьшаются в размерах и наружная сыворотка не может проникнуть внутрь сырных зерен (эффект клапана).
При многократных соударениях или ударениях сырных зерен со стенками или рабочим инструментом, описанное явление многократно повторяется, что приводит к интенсивному обезвоживанию сырных зерен. Одновременно действуют силы сжатия мицелл белка под действием возрастающей кислотности внутри сырных зерен (сбраживание лактозы).

         Упругость и прочность сырного зерна зависят от многих факторов. Важнейшими из них являются связанные с составом и свойствами сырья. Особое влияние оказывают режимы подготовки и, в частности, пастеризации молока, образование прочного сгустка, его синеретические свойства.

 

 В обезвоженных сырных зернах остаётся достаточно много минеральных веществ и, в частности, кальция и фосфора. Наличие в сырной массе кальция отражается на его поведении двояко. Так, если сырная масса теряет лактаты кальция, то она становится пластичной, но рыхлой. Если же сырная масса подверглась механическому обезвоживанию, а, следовательно, сохранила свой кальций, то образуется сыр с плотным и твёрдым тестом. Из такого теста можно фабриковать сыры любых, в том числе и крупных, размеров (швейцарский, советский, алтайский).

Изменение влажности сырной массы в сыроизготовителе при ее обработке.

         Если же проводится сычужно-кислотное или кислотное свёртывание или повышается кислотность сырной массы при чеддаризации, то часть кальция в виде солей молочной и других кислот (лактатов) удаляется из сырной массы вместе с сывороткой. В результате деминерализации меняются реологические свойства сырной массы, она становится более пластичной, податливой, липкой, уменьшается её твёрдость и упругость. Такую массу можно спрессовать в головки (чеддар, российский). Технология сыров с повышенным уровнем молочнокислого брожения имеет важную особенность - накопление биомассы для увеличения объема образуемых заквасочными культурами протеолитических ферментов, витаминов и других биологически активных веществ. Это в дальнейшем ускоряет, в некоторой мере, процесс созревания сырной массы.

Роль температурного фактора в обезвоживании сгустка.

После разрезки сырное зерно и сыворотка обычно имеют температуру сгустка (32-34(С) и её поддерживают в первое время обработки сырного зерна. Однако через 15-25 мин наступает момент, когда выделение сыворотки замедляется или прекращается. Увеличение механического воздействия невозможно из-за опасности "набить" много сырной пыли, а сырное зерно ещё недостаточно обсушено. Тогда проводят второе нагревание. При повышении температуры (в некоторых пределах) повышается реакционная способность сычужного фермента (оптимум действия 41-42(С), интенсифицируются процессы образования межмицеллярных связей, уменьшается вязкость сыворотки, интенсифицируются другие факторы.

         В результате нагрева (обычно до 38-43(С) процесс обезвоживания сырного зерна интенсифицируется, что позволяет довести влажность сырной массы до заданной.

         При этом повышается клейкость сырных зерен, что в последующем благоприятно сказывается на самоуплотнении массы при формовании. Однако, период повышенной клейкости небольшой, и его нельзя упустить, чтобы не "пересушить" сырное зерно. В противном случае оно потеряет клейкость, а из такого сырного зерна трудно сформовать сыры надлежащей механической прочности. Роль второго нагревания исключительно важна для доведения влажности сырной массы до заданных  пределов. Обычно вначале нагревают со скоростью 1С в 2 мин, а к концу постепенно ускоряют и доводят до 1С в мин. На крупных предприятиях второе нагревание проводят подачей пара в межстенное пространство сыроизготовителя. На небольших предприятиях его можно проводить добавлением в сыроизготовитель горячей (95-97(С) воды или сыворотки. При этом производится раскисление сырной массы. Внесенная вода понижает вязкость сыворотки, окружающей сырное зерно. Поэтому из самих сырных зерен сыворотка выделяется легче и быстрее под действием градиента концентрации.

         Приемлем и комбинированный способ, когда в сырную массу с сывороткой добавляют половину необходимой горячей воды, повышая температуру на 3-4(С, затем доводят до необходимой температуры паром, подаваемым в межстенное пространство сыроизготовителя. Возможно и наоборот: сначала нагреть паром на 3-4(С, а затем завершить добавлением горячей воды или сыворотки. Этот прием предпочтительнее. При интенсификации нагревания может происходить "заваривание" сырных зерен, т.е. на них образуется более толстая и плотная оболочка, которая, огрубляясь, теряет гибкость и уже не может работать, как мембрана, резко ухудшаются условия и интенсивность удаления влаги из сырного зерна наружу. В результате, несмотря на длительную обработку обсушка сырного зерна замедляется или прекращается. Зёрна остаются грубыми снаружи, с мягким, гелеобразным содержимым. Такие сырные зерна не способны выдерживать механические нагрузки при формовании и прессовании. Они раздавливаются и значительная часть их содержимого в виде сырной пыли уходит в сыворотку. Сыры из "заваренного" сырного зерна получаются мягкие, с высокой влажностью, кислые и не формоустойчивые.

Продолжительность обработки сырного зерна от момента разрезки до окончательной его готовности к формованию занимает от 60 до 75 мин. Интенсифицировать изготовление сыра на этих операциях возможно несколькими путями: уменьшением размеров сырных зерен; повышением температуры и ускорением нагревания; повышением кислотности. Однако каждый из этих путей может привести к ухудшению качества и типичности готового продукта. Так, температура второго нагревания является ещё и регулирующим фактором микробиологического состава, динамики накопления микроорганизмов и их ферментов. С повышением температуры меняются условия жизнедеятельности заквасочных культур сыра, что отрицательно сказывается на видовых особенностях и вкусовых показателях сыра. Поэтому изменение температуры второго нагревания возможно только в определенных пределах или необходим подбор микроорганизмов с более высоким температурным пределом оптимума развития. Интенсификация нагревания может также приводить к завариванию сырного зерна.

************

Условия, влияющие на синерезис сгустка


Цель обработки сгустка — снижение количества сыворотки (вместе с ней и влаги) и уменьшение объема его. Регулируя количество сыворотки в сырной массе, обеспечивают необходимые для данного вида сыра направление и интенсивность процессов брожения.
На скорость и степень синерезиса сгустка (сжатие и выделение сыворотки) влияет ряд условий. Быстро образующийся при повышенном количестве фермента плотный сгусток сжимается сильнее. Синерезис усиливается при повышенных температуре и кислотности, механических воздействиях (разрезание, перемешивание), постановке мелкого сырного зерна. Кальциевые соли до известного предела способствуют синерезису, избыток их задерживает выделение сыворотки из сгустка. Из перечисленных факторов основное значение имеет кислотность молока и образующейся сыворотки.
Данные, характеризующие повышение кислотности сыворотки в ванне в зависимости от продолжительности обработки, приведены в табл. 18.


При разрезании сгустка основное количество микроорганизмов остается в сырном зерне. Поэтому в сыворотке, заключенной внутри зерен, кислотность нарастает быстрее.
В сырах с низкой температурой второго нагревания (38-42° С) остается влаги больше, чем в сырах с высокой температурой второго нагревания (52—58°С).
В крупных сырных зернах содержание влаги выше, чем средних и мелких. Если принять количество влаги в крупных зернах за 100%, то в средних оно составляет 93,3 и в мелких 87,2% (по Санделину). Уменьшение размера сырных зерен вызывает увеличение суммарной поверхности их и облегчает обезвоживание сырной массы.
Уплотненный слой, образующийся на поверхности сырных зерен, затрудняет выделение сыворотки. Поэтому нагревание и интенсивность перемешивания регулируют в зависимости от состояния сырного зерна. Замедление повышения температуры предупреждает излишнее обсушивание и уплотнение поверхности сырных зерен.
При разрезании и обработке сгустка с сывороткой через структурную сетку наружу выносятся мелкие жировые шарики. В табл. 19 приведены данные, показывающие распределение по размерам жировых шариков в молоке и сыворотке.


В сыворотке содержатся преимущественно мелкие жировые шарики диаметром до 2,5 мкм. Переход жира в сыворотку увеличивается при обработке вялого, недостаточно плотного сгустка. Из сформованного сыра сыворотка выделяется, фильтруясь через сырную массу. Поэтому содержание сухих веществ в ней снижается, прозрачность увеличивается.

********************

Цель обработки сгустка и сырного зерна – обезвоживание (синерезис), регулирование интенсивности и уровня молочнокислого процесса, что необходимо для создания условий для микробиологических и ферментативных процессов, протекающих при созревании сыра.

Операции по обработке сгустка: разрезка сгустка и постановка сырного зерна; отбор сыворотки; вымешивание сырного зерна; второе нагревание; вымешивание (обсушка) зерна.

В результате обработки сгустка из него выделяется сыворотка, увеличивается объем молочнокислой микрофлоры и устанавливается требуемая кислотность сырной массы.

Микробиологические процессы в сыре регулируют, прежде всего, изменением содержания сыворотки в сырном зерне. Чем больше удаляется сыворотки? и с ней молочного сахара, тем медленнее протекают эти процессы и, наоборот. При выработке твердых сыров объем удаляемой сыворотки должен быть больше, чем при производстве мягких.

Сыворотка выделяется из зерна, просачиваясь через капилляры на его поверхности. На скорость и степень выделения сыворотки влияют различные факторы: состав молока, пастеризация, кислотность, размер сырного зерна и др.

- состав молока

Крупные жировые шарики закупоривают капилляры и задерживают отделение сыворотки. Þ Повышение жирности молока и понижение дисперсности жировых шариков замедляет синерезис.

Растворимые соли кальция способствуют получению прочного сгустка и быстрому выделению из него сыворотки. При недостатке кальция образуется слабый, вялый сгусток, из которого плохо удаляется влага.
 

- пастеризация молока

Вследствие физико-химических изменений белков и солей при пастеризации (денатурация сывороточных белков, повышение гидрофильности казеина, снижение растворимости солей кальция), сгусток из пастеризованного молока, при прочих равных условиях обезвоживается медленнее, чем из сырого молока.

- кислотность молока и сырной массы

Решающий фактор, влияющий на скорость и степень выделения сыворотки из сырной массы. Молочнокислое брожение, начавшееся при свертывании молока, активно продолжается во время обработки сгустка и сырной массы. Накопившаяся в сырном зерне молочная кислота снижает электрический заряд белков, уменьшая их гидрофильные свойства. Белки легко отдают влагу (дегидратируют), поэтому сгусток, полученный из зрелого молока, легче обезвоживается по сравнению со сгустком из свежего молока. Однако высокая кислотность молока приводит к сильному обезвоживанию сырной массы и ухудшению ее структурно-механических свойств. Для мягких сыров кислотность молока должна быть выше, чем для твердых.

- размер сырного зерна

Чем мельче сырное зерно, тем интенсивнее синерезис.

Удаление сыворотки из сгустка регулируют различными приемами: повышение температуры сырного зерна и кислотности в результате второго нагревания, механические воздействия (разрезка, вымешивание).

Информация