обработке

Как пастеризация, так и стерилизация молочного сырья наряду с инактивацией микроорганизмов приводит в разной степени к интенсификации химических реакций, происходящих при нагревании с его компонентами. Определенные необратимые физико-химические изменения компонентов молока, вызванные нагреванием, приводят к изменениям его вкуса, цвета, запаха, пищевой и биологической ценности.

Степень изменения составных частей молока при термической обработке зависит от интенсивности теплового воздействия, то есть от температуры и продолжительности выдержки.

При термообработке изменяются вязкость, поверхностное натяжение молока, способность жира к отстаиванию, уменьшается способность к сычужному свертыванию, снижается биологическая ценность за счет сычужного свертывания, молоко приобретает специфический вкус и аромат.

Белки. Наиболее глубоким изменениям при нагревании молока подвергаются сывороточные белки. Воздействие температуры на сывороточные белки различно: наименее устойчивыми являются иммуноглобулины, затем альбумин сыворотки крови, более устойчивы b-лактоглобулин и a-лактальбумин, самой термостойкой является протеозо-пептонная фракция.

В зависимости от условий нагревание ведет к частичной или полной денатурации сывороточных белков, к реакции между сывороточными белками и фракциями казеина, а также между сывороточными белками и другими компонентами молочного сырья.

При тепловой денатурации молекула белка из глобулы (нативное состояние) переходит в развернутое (денатурированное). При развертывании белковых глобул наблюдается повышение реактивности различных групп аминокислот. Основную роль в агрегации денатурированных белковых молекул между собой и казеином играют гидрофобные взаимодействия и реакции окисления-восстановления сульфгидрильных (SH ⁻) групп в дисульфидные (−S−S−) связи.

При высвобождении сульфгидрильных групп снижается окислительно-восстановительный потенциал. SH−группы, обладая восстановительными свойствами, противодействуют окислению и связанному с ними появлению окисленного привкуса. Максимальная активизация сульфгидрильных групп достигается при температурах около 110 ºС. Поэтому при производстве сливочного масла температуру пастеризации сливок желательно устанавливать выше 105 ºС, чтобы уменьшить опасность самоокисления жира в готовом масле при хра­нении.

Высвобождение сульфгидрильных групп при тепловой денатурации сывороточных белков, образование комплексов с ними, а также образование летучих сернистых соединений придает молоку привкус пастеризации, а при увеличении количества свободных сульфгидрильных групп с повышением эффективности нагрева – перепастеризации.

Денатурация и агрегирование сывороточных белков при пастеризации и ультрапастеризации приводит к усилению белизны и непрозрачности молока. Этому же способствует разрушение b-каротина и других пигментов. Доля денатурированных сывороточных белков зависит от температуры нагрева молочного сырья и продолжительности ее воздействия. Например, пастеризация при температуре 63 ºС продолжительностью 30 мин вызывает денатурацию 7 % сывороточных белков; пастеризация при температуре 72–74 ºС с выдержкой 15–20 с приводит к денатурации 9 % сывороточных белков. При нагреве до 85 ºС денатурирует около 30 % сывороточных белков. Нагрев молока до 95 ºС с выдержкой при этой температуре до 5 мин и выше вызывает денатурацию почти 100 % сывороточных белков. При стерилизации они денатурируют также неравномерно: стерилизация в упаковке приводит почти к 100 % денатурации, а ультрапастеризация (135−145 ºС с выдержкой 2−4 с) – к денатурации 40−80 %.

Денатурированные при нагревании сывороточные белки образуют агрегаты, которые имеют небольшой размер и сильно гидратированы. Вследствие этого они в основном остаются а растворе, и лишь небольшая часть в виде хлопьев оседает на поверхности теплообменного оборудования.

Казеин по сравнению с сывороточными белками более термоустойчив: он выдерживает без коагуляции нагревание до 140 ºС в течение 10−20 мин. Тепловая стабильность казеина уменьшается при снижении рН, увеличении концентрации ионов кальция и степени денатурации сывороточных белков.

Несмотря на высокую термоустойчивость, казеин при нагревании претерпевает физико-химические изменения, влияющие на его технологические свойства. При нагревании молока происходит гидролиз пептидных связей казеина, комплексообразование с сывороточными белками и лактозой и т. д.

Комплексообразование казеина с денатурированными сывороточными белками начинается при нагревании молока до температур 80−95 ºС; оно приводит к увеличению продолжительности свертывания белков молока под воздействием сычужного фермента. Сывороточные белки, обладающие высокими гидрофильными свойствами, осаждаются на поверхности казеиновых мицелл. В результате этого повышается влагоудерживающая способность казеина.

Липиды. Триглицериды молочного жира достаточно устойчивы к действию высоких температур, однако длительная выдержка при высоких температурах приводит к их частичному гидролизу. При этом возрастает количество диглицеридов, а ненасыщенные жирные кислоты частично окисляются до альдегидов и кетонов.

Тепловая обработка по-разному влияет на содержание свободных жирных кислот. Свободные летучие жирные кислоты (муравьиная, уксусная, пропионовая, масляная, капроновая и др.) образуются в результате тепловой обработки сливок и участвуют в образовании приятного вкуса и запаха сливочного масла, но содержание их при этом не должно превышать 30−40 мг/кг. В противном случае качество продукта будет ухудшаться (особенно при накоплении масляной кислоты), появятся привкусы, в том числе липолизный, ухудшающие качество продукта. При обычной пастеризации молока их количество практически не изменяется; в некоторых случаях отмечается небольшое снижение содержания летучих жирных кислот в результате их улетучивания, что снижает выраженность естественного вкуса молока.

Более заметным изменениям при тепловой обработке подвергаются оболочки жировых шариков. Даже при низких температурах пастеризации белки и фосфолипиды переходят с поверхности жировых шариков в плазму молока, однако степень дестабилизации оболочек жировых шариков при этом невелика, так как они восстанавливаются за счет адсорбции казеина и сывороточных белков. В то же время в результате денатурации белковых компонентов оболочек шарики жира теряют способность склеиваться и отстой сливок замедляется.

При стерилизации молока происходит более сильная денатурация белков оболочек жировых шариков и нарушение целостности некоторых оболочек. В результате этого часть шариков жира может коалесцировать с образованием более крупных шариков и вытапливанием свободного жира, который подвергается липолизу и, как следствие, прогорканию при хранении молочных продуктов.

Лактоза . Кратковременная тепловая обработка молока в потоке при обычно принятых режимах (до 100 °С) незначительно влияет на молочный сахар. В процессе длительной высокотемпературной пастеризации молока и, особенно, при стерилизации происходит взаимодействие лактозы с аминокислотами белков (образовавшихся вследствие распада термолабильных белков) – реакция Майара, или реакция меланоидинообразования. При этом образуются соединения коричневого цвета – меланоидины.

В реакцию с лактозой вступает в основном незаменимая аминокислота лизин, и таким образом уменьшается количество доступного пищеварительным ферментам лизина, а это снижает биологическую ценность молочных продуктов.

Вместе с тем при меланоидиновой реакции образуется лактулоза, которая является одним из пробиотиков.

Стерилизация молочного сырья вызывает не только образование меланоидинов, но и распад лактозы с образованием углекислого газа и кислот – муравьиной, молочной, уксусной и др. При этом кислотность молока увеличивается на 2−3 ºТ, что необходимо учитывать при определении возможности его использования при производстве стерилизованного молока.

Соли. При нагревании молочного сырья нарушается соотношение между растворимым и коллоидным фосфатом кальция. Растворимый кальций переходит в коллоидное состояние, причем повышается кислотность молока:

3Са²⁺ + 2НРО₄²⁻®Са₃(РО₄)₂ + 2Н⁺.

Однако заметное снижение рН наступает лишь при очень высоких температурах.

Часть коллоидного кальция откладывается на поверхности теплообменного оборудования вместе с денатурированными сывороточными белками, образуя жесткий осадок, называемый «молочным камнем», трудно поддающийся растворению при мойке.

Другая часть коллоидного кальция осаждается наряду с денатурированными сывороточными белками на казеиновых мицеллах, блокируя активные центры, находящиеся на ее поверхности, и снижая тем самым способность казеина к сычужному свертыванию. Для восстановления способности пастеризованного молока к сычужному свертыванию в него перед внесением сычужного фермента при производстве сыров и творога добавляют растворимые соли кальция в виде СаСl₂.

Витамины. Витамины являются одними из самых чувствительных к нагреванию компонентов молока. В процессе пастеризации витамины разрушаются меньше, чем при стерилизации, но в том и другом случае степень их разрушения зависит больше от продолжительности нагревания, чем от температуры, а также от способа тепловой обработки.

Водорастворимые витамины более подвержены разрушению от нагревания, чем жирорастворимые. При пастеризации витамины С и В₁ разрушаются в среднем от 10 до 30 %, витамины А и В₁₂ – от 10 до 20 %, наименьшему разрушению подвергаются витамины В₂ и В₆ – от 0 до 10 %. Витамины D, Е, биотин, пантотеновая и никотиновая кислоты при режимах пастеризации молока не разрушаются.

Стерилизация приводит к более заметному разрушению витаминов. Ультрапастеризация ведет к потере на 10−35 % почти всех витаминов. Длительная стерилизация разрушает почти на 100 % витамины С и В₁₂, на 25−59 % – витамины А, В₁, В₆ и на 10 % витамин В₂.

Ферменты. Тепловая инактивация ферментов является следствием денатурации белкового компонента их молекул. Скорость инактивации ферментов в большой степени зависит от рН, температуры, продолжительности выдержки, от присутствия в молоке веществ, являющихся ингибиторами или катализаторами данной реакции.

Наиболее чувствительны к нагреванию альдолаза, нативная липаза, каталаза и щелочная фосфатаза. Например, щелочная фосфатаза инактивируется при длительной и кратковременной пастеризации полностью. Поэтому она выбрана в качестве индикатора для определения эффективности пастеризации. Достаточно устойчивы при нагревании кислая фосфатаза, пероксидаза, липаза бактериального происхождения – для их инактивации нужна температура выше 85°С.

Инактивация ферментов при пастеризации и стерилизации является положительным фактором, так как приводит к замедлению процессов порчи молочных продуктов при хранении.