Очерки о пищевой биотехнологии

Очерки о пищевой биотехнологии

Н.Г. Иванова

Створаживание

После внесения закваски для формирования сгустка и сыворотки обычно добавляют коагулирующий фермент химозин, более известный как сычужный фермент, или реннин, который содержится в сычужине – экстракте сычуга (четвертого отдела желудка) теленка. С его помощью за 15–30 мин при температуре 32 °С жидкое молоко превращается в гель (сгусток). Реакция протекает в две стадии. На первой стадии химозин расщепляет казеин молока (другие растворимые белки, лактальбумин и лактоглобулин, химозином не расщепляются). В присутствии ионов кальция «обломки» казеина коагулируют, и образуется гель с волокнистой структурой. Волокна геля «сшиваются» между собой, формируя сеть, и, если ничто ее не нарушает, масса геля превращается в гладкий и плотный сгусток, или колье. Белок в сгустке, образовавшемся под действием сычужного фермента, носит название параказеина; в его состав входит кальций, так что правильнее говорить «дикальцийпараказеин». Если экстракт сычуга не применяется, то получают творожистую массу параказеината кальция (такое створаживание длится почти 16 ч). Время, проходящее от момента добавления закваски до внесения сычуга, называется временем созревания молока (до 60 мин в зависимости от сорта сыра). За этот период бактерии успевают выработать достаточно кислоты, чтобы активировать реннин.

Почти пятьдесят лет назад из-за нехватки сычугов были предприняты поиски его заменителей. Функции реннина могут выполнять большинство протеиназ, однако реннин помимо створаживания молока участвует и в протеолизе, происходящем в сыре при созревании. Любой заменитель сычуга должен, кроме створаживания молока, обеспечивать и эту реакцию. Большинство известных заменителей реннина обладают большей, чем у сычуга, протеолитической активностью при равной способности к створаживанию. Такая избыточная активность может уменьшать выход сыра и содержание в нем жиров. Кроме того, некоторые продукты протеолиза искажают вкус готового сыра. Так, горечь сыра определяется некоторыми пептидами, образующимися в сырах при длительной выдержке. Быстро созревающие и плесневые сыры менее подвержены порче: возможно, в ходе созревания протеолиз заходит не слишком далеко. Поиск возможных заменителей сычуга вели среди протеиназ растений, животных, бактерий и грибов. Как выяснилось, большинство препаратов-коагулянтов из растений обладает слишком большой протеолитической активностью. Наилучшие заменители были получены из микробов.

В настоящее время используются ферменты, экстрагируемые из грибков Mucor miehei, M. pusillus и Endothia parasiticus.

Термообработка и прессование

После коагуляции сгустки измельчают, что способствует полному отделению сыворотки. Затем эту смесь прогревают в течение 1–1, 5 ч: для чеддера оптимальная температура – 37 °С; для эмментальского и грюйера – 54 °С. Затем сыворотку сливают, и в чане остается теплая или горячая масса, которая уже имеет структуру, характерную для данного сорта сыра, правда, еще незрелую.

Сыровар может изменять структуру сырной массы, многократно переворачивая ее в чане или же, наоборот, подвергая давлению в сырных обручах либо других формах. За это время благодаря жизнедеятельности заквасочной культуры происходит накопление молочной кислоты и химический состав сырной массы меняется.

Затем наступает черед посолки. В ряде случаев применяется сухая соль, которую добавляют прямо в сырную массу еще до ее формовки. Если же сгусток прессуют в бруски или круги, то предпочитают рассол. В этом случае незрелый сыр погружают в концентрированный раствор поваренной соли на определенное время – от 2 до 72 ч в зависимости от размеров головок сыра.

Если для созревания данного сорта сыра требуются специальные микроорганизмы, то их можно вводить в рассол. Они могут также быть добавлены в молоко на подготовительных стадиях или рассеяны по поверхности незрелого сыра.

Такая особая обработка нужна при производстве отдельных сортов сыра. Это может быть: 1) заражение спорами голубых плесневых грибов при производстве рокфора и голубых сыров; 2) нанесение на поверхность спор белых плесневых грибов при производстве камамбера и бри; 3) нанесение бактерий, нужных для созревания некоторых сыров (Port Salut, St. Paulin). Примером таких бактерий поверхностного созревания явля-ется Brevibacterium linens.

Созревание

На стадии прессования влажный теплый сгусток помещают в деревянную, пластиковую либо металлическую форму или заворачивают в ткань и подвергают давлению, иногда довольно большому. Прессование придает сыру плотную консистенцию и характерную форму, а также удаляет лишнюю сыворотку и завершает консолидацию сгустка.

Затем сыры отправляют на созревание, или выдержку, в специальных термостатируемых помещениях. Выдержка может продолжаться до 4 лет при температуре от 2 до 16 °С. Центральное событие созревания – гибель миллионов молочнокислых бактерий, которые присутствовали в исходном материале. Этот процесс продолжается в течение всей фазы созревания. Погибшие бактериальные клетки разрушаются, и из них высвобождается множество внутри-клеточных ферментов, которые вместе с оставшимся химозином и ферментами молока воздействуют на белки, жиры и углеводы созревающего сыра. В результате происходящих химических превращений сыр начинает приобретать свой аромат и фактуру.

На ранних стадиях созревания сыр малоэластичен из-за присутствия в нем дикальцийпараказеина. При нагревании такой сыр не плавится и не становится волокнистым. По мере того как в сгустке накапливается молочная кислота, происходит растворение связанного кальция и образуется новое соединение – монокальцийпараказеин, который растворим в теплой подсоленной воде, легко тянется и равномерно плавится при нагревании.

Аромат зрелого сыра определяется сочетанием пахучих продуктов деградации белков, жиров и углеводов, которое должно быть тонко сбалансировано. Избыток того или иного продукта деградации может приводить к появлению нежелательного привкуса: горького, прогорклого, гнилостного или сероводородного. Искусство сыровара заключается именно в достижении желаемого равновесия пахучих веществ.

Если созревание должным образом контролируется, то жиры сыра подвергаются частичному гидролизу ферментами микроорганизмов и липазой молока. Продукт этой реакции – свободные жирные кислоты. Некоторые из них, такие как каприновая, каприловая и капроновая кислоты, придают сырам пикантный вкус. Различные кетоны, обусловливающие привкус, особенно характерный для голубых сыров блю и блё, образуются из свободных жирных кислот. Важно также, чтобы гидролиз жиров в созревающем сыре через некоторое время замедлился, в противном случае сыр неизбежно приобретет резкий неприятный вкус и плохой запах.

Лактоза также вносит свой вклад в создание у сыра определенного вкуса. Она превращается в молочную кислоту и лактаты, которые в свою очередь превращаются в другие органические соединения, например в диацетил.

В процессе созревания в сыре все время образуется газ. В эмментальском сыре и чеддере единственный газ – двуокись углерода; в камамбере и бри вместо СО2 может высвобождаться аммиак, что ухудшает качество продукта. Постоянным ис-точником углекислого газа при нормальном созревании сыра являются свободные аминокислоты, на которые воздействуют ферменты специфических бактерий, таких как энтерококки. При созревании сыра могут образовываться Н2 и H2S, но это, как и избыток СО2, обычно указывает на аномальную ферментацию и приводит к получению негодного продукта.

«Глазки» образуются в сырах, имеющих твердую корку (эмментальскии сыр) или плотно завернутых в пластиковую пленку, плохо проницаемую для газов (брусковый швейцарский сыр). Это явление оказывается особенно выраженным, если к молоку добавляется культура Propionibacterium и сыр выдерживают в теплом помещении в течение нескольких недель. «Глазки» образуются на месте пузырьков углекислого газа.

Ускорить процесс созревания можно путем увеличения скорос-ти ферментативного превращения белков или жиров сыра. Однако при этом необходимо сохранить естественное сочетание веществ, обеспечивающих вкус сыра, для чего нужно тщательно подбирать вносимые ферменты, ведь даже пептиды, образуемые бактериями закваски, могут придать сыру нежелательную горечь, портящую его вкус. Обнадеживающие результаты получены с одной из протеиназ Bacillus subtilis – нейтразой. Влияние липаз на созревание менее определенно, хотя указывалось, что они ускоряют его при производстве чеддера. 

Таблица 2. Использование ферментных добавок для ускорения созревания сыров 

Тип сыра

Добавляемые ферменты

Стадия добавления



тип

источник



Чеддер

кислые и нейтральные протеиназы, пептидазы, липазы, декарбоксилазы

различные коммерческие препараты и ферменты животных

сгусток

Чеддер, пармезан

липаза, протеиназа

ткани желудка теленка

молоко, сгусток

Гауда

протеиназа

Aspergillus oryzae

молоко, сгусток

Эдам, чеддер

протеиназа + пептидаза

Pseudomonas fluorescens

молоко

Российский

протеиназа

панкреатин

молоко

Блу

липаза

Aspergillus spp.

сгусток

Уменьшить время производства и созревания можно, используя молоко с гидролизованной лактозой. Гидролиз лактозы до глюкозы и галактозы осуществляется -галактозидазой (лактазой). В сырое молоко добавляют S. lactis, при этом лактоза гидролизуется на 70%. Ускорение производства и созревания сыра происходит, видимо, в результате стимулирующего влияния глюкозы на рост и образование кислоты бактериями закваски.

Йогурт

Это один из древнейших продуктов, получаемых путем ферментации. После термообработки молоко заквашивают добавлением 2–3%-ной закваски йогурта. Главную роль здесь играют бактерии Streptococcus thermophil-lus и Lactobacillus bulgaricus. Для получения желаемой консистенции продукта, вкуса и запаха эти организмы должны содержа-ться в культуре приблизительно в равных количествах. Кислоту в начале заквашивания образует в основном S. thermophillus. Смешанные закваски нужно часто обновлять, поскольку повторные пересевы неблагоприятно сказываются на соотношении видов и штаммов бактерий: в них начинает доминировать L. bulgaricus.

Масло

Из молочных продуктов проще всего получать масло. В зависимости от сорта производимого масла используют сливки с концентрацией от 30–32 до 30–40%. При их сбивании эмульсия масла в воде превращается в эмульсию воды в масле.

При производстве масла для улучшения вкуса и лучшей сохранности используют особые культуры бактерий. Улучшение вкуса было достигнуто путем создания специальных штаммов бактерий, отобранных по способности синтезировать нужные вещества, влияющие на вкус. Первыми для этой цели были использованы штаммы Streptococcus lactis и близких видов, а затем смешанные культуры, включающие Streptococcus lactis, Leuconostoc citrovorum и L. dextranicum.

Помимо улучшения вкуса та-ким путем удается устранить некоторые нежелательные привкусы. Перспективный способ доработки масла основан на добавлении липаз.

Сброженная пахта

Сброженный продукт получают из свежей пахты, а чаще из снятого молока путем доба-вления закваски, используемой при производстве масла. Эта закваска представляет собой смесь молочнокислых стрептококков (S. lactis или S. cremoris) и образующих ароматические вещества бактерий (L. citrovorum и L. dextranicum). И те и другие бактерии нужны для формирования полноценного вкуса и запаха пахты; стрептококки при этом доминируют. Роль молочнокислых стрептококков в закваске заключается в образовании молочной кислоты (она дает желаемый кисловатый вкус), свертывании молока и снижении рН до значений, при которых образующие ароматические вещества бактерии синтезируют наибольшее количество летучих кислот.

Сметана

Ее готовят почти так же, как сброженную пахту. К сливкам добавляют 0, 5–1% закваски, используемой при производстве масла. Далее продукт выдерживают, пока концентрация кислоты не достигнет 0, 6%.

Новые продукты

Известно, что некоторые лю-ди не переносят лактозу; для них можно выпускать молоко, обработанное 

-галактозидазой – ферментом, который уменьшает содержание лактозы. Для этой цели нужно разработать недорогой промышленный способ производства такого молока. галактозидазу получают из дрожжей, плесеней и бактерий.

Хлеб

Для производства хлеба до сих пор применяют в основном дрожжи Saccharomyces cerevisiae. Обычно их растят в ферментерах периодического действия на мелассе (отходе свеклосахарной промышленности).

В простейшем случае готовят тесто, смешивая при комнатной температуре муку, воду, дрожжи и соль. При замесе слои теста перемещаются, создаются условия для образования пузырьков газа и подъема теста. Замешанному тесту дают возможность «подойти», а затем режут на куски нужного веса, формуют (при этом тесто раскатывают и складывают, чтобы получить нужную текстуру) и выдерживают во влажной атмосфере. При выдержке и на первой, следующей за ней, стадии выпечки образовавшиеся при замесе и формовке «зародыши» газовых пузырьков наполняются углекислым газом. Он выделяется в ходе анаэробного сбраживания глюкозы и мальтозы муки. Поднявшееся тесто выпекают. В ходе этого термического процесса крахмал желатинизируется, дрожжи погибают и тесто частично обезвоживается. В результате мы получаем имеющий определенную форму, плотный по консистенции продукт с легкой ячеистой структурой и очень вкусной корочкой. Помимо углекислого газа при анаэробном брожении образуются разнообразные органические кислоты, спирты и эфиры. Все они заметно влияют на формирование вкуса хлеба.

В отличие от пшеничного, при выпечке хлеба из ржаной муки к тесту при замесе добавляют предварительно сброженную смесь ржаной муки и воды, заквашенную смешанной культурой молочнокислых бактерий. Содержащаяся в этой закваске (опаре) кислота и придает ржаному хлебу особый вкус.