Исследование процесса свертывания молока при приготовлении национального мягкого сыра

Введение                                  приготовления национального мягкого сыра,

Свертывание молока сычужным поскольку существенно влияет на качество и ферментом играет главную роль в процессе выход сыра. Сычужный фермент, используемый в производстве сыра, принадлежит к той же группе, что и аспарагиновая протеиназа [1,2].

В течение последних трех десятилетий на рынке постоянно растет ассортимент сычужных ферментов. Зачастую молокосвертывающую активность сычужного фермента приходится определять только по его этикетке, которая снижается в процессе хранения фермента. Поэтому возникает необходимость выявления общей молокосвертывающей активности сычужного фермента.

Существует ряд методов для определения активности сычужного фермента. В 1997 году Международная молочная федерация (IDF) разработала стандарт IDF 157А: 1997 «Молоко. Определение общей молокосвертывающей активности говяжьего сычужного фермента» или как его называют REMCAT – «relative milkclotting activity test». Этот стандарт недавно был пересмотрен (IDF стандарт 157: 2007/ISO 11815), вносились изменения в условия испытаний, которые влияют на активность фермента. Разработаны подобные методы, такие как, Стандарт IDF 176: 2002 «Молоко и молочные продукты. Микробные коагулянты. Определение общей активности по свертыванию молока» для ферментов микробиологи- ческого происхождения и стандарт IDF 199: 2006 «Молоко и молочные продукты. Сычужные ферменты ягнят и козлят. Определение общей молокосвертывающей активности». Во всех стандартах применяется метод измерения свертывания молока путем визуального определения по времени свертывания Берридж (Berridge). Время свертывания Берридж определяется по времени появления хлопьев молока на стенке вращающейся пробирки. Этот метод несколько субъективен, так как он опирается на визуальное наблюдение человека, что значительно влияет на точность этого наблюдения [2]. Результат выдается IMCU*ml-1(IMCU - International milk-clotting unit).

Также существует метод Сокслета в (SU), который выражается в виде объема молока, свертываемого одной единицей объема сычужного фермента в течение 40 мин при 35°С, широко используется для характеристики прочности раствора сычужного фермента [3]. Этот результат выражается как отношение (например, 1: 5000, т.е. 1 гр сычужного фермента коагулируют 5000 мл молока). Преобразование единицы Сокслета (SU) и Международной молокосвертывающей единицы (IMCU) приведено в таблице 1.

Таблица 1 - Приблизительное преобразование различных единиц активности и миллиграммах для сычужного фермента [по 4].

Фермент	Единица Сокслета (SU)          IMCU
1 мг химозина 1 мг пепсина 1 IMCU химозина 1 IMCU пепсина	1:24,400                      291 1:85                          81 1:85 1:5,500

Теория ротационной вискозиметрии опирается на гипотезы сплошности и непрерывности; скорость жидкости на стенке неподвижного цилиндра равна нулю; равенство окружной скорости и скорости стенки вращающегося цилиндра; жидкость считается изотропной; движение должно быть установившееся, т.е. характерные параметры зависят только от координат рассматриваемой точки, но не зависят от времени; режим движения в коаксиальном зазоре должен быть ламинарным, турбулизация потока не допускается. Ротационные вискозиметры по методу проведения испытаний разделяют на две группы: первая -для испытания материалов с постоянной скоростью деформации; вторая - для испытания материалов с постоянным напряжением сдвига. Для приборов первой группы крутящий момент определяется по углу закручивания упругой нити, на которой подвешен внутренний вращающийся цилиндр (рис. 1). У приборов второй группы ротор установлен в шарикоподшипниках и его вращение обеспечивается падающими грузами. При расчете крутящего момента из общей силы, создаваемой массой падающих грузов, вычитается сила трения. Конструкция и эксплуатация вискозиметров второй группы проще, поэтому они получили более широкое применение для измерения структурно-механических характеристик вязкопластичных материалов [5].

Рисунок 1 - Формы измерительных органов ротационных вискозиметров

Цель данного исследования – сравнение метода времени свертывания Берридж (IDF стандарт 157: 2007) с реологическим методом для определения активности фермента.

Материал и методика исследования

Объектом исследования служили молоко козье, коровье и смесь этих видов молока. Исследование процесса свертывания молока при приготовлении национального мягкого сыра заключается в том, что наблюдаем изменение консистенции молока на ротационном вискозиметре. Он предназначен для определения сдвиговых свойств пищевых продуктов в широком диапазоне, в частности для измерения вязкости и предельного напряжения сдвига для средне- и высоковязких продуктов.

Образец молока был исследован на ротационном вискозиметре (модель Kinexus; Malvern Instruments Limited, UK).

Рисунок 2 - Ротационный вискозиметр (модель Kinexus; Malvern Instruments Limited, UK).

Реометр был снабжен концентрическим цилиндром, состоящим из чашки (диаметр 32 мм) и вращающего ротора диаметром 29,5 мм и длиной 44,25 мм (рис. 2). Около 17,5 мл молока было переведено в чашу реометра, выдерживали 5 минут при постоянной температуре 32°С перед каждым анализом.

Потом ротор был снижен автоматически сразу после добавления сычужного фермента. Чашу закрыли. Устойчивый стресс развертки в диапазоне от 0,1 до 100 Па (рис. 3) был применен к образцу, чтобы получить кривую потока в диапазоне скорости сдвига от 0,1 до 100 с-1.

Рисунок 3 - Процесс свертывания молока при температуре 320С в течение 30 минут (G′ – модуль упругости, G ″ – модуль потерь и δ – фазовый угол)

Время свертывания Берридж - время появления хлопьев с помощью сычужного фермента на стене вращающейся пробирки.

Молокосвертывающая активность фермента рассчитывается по формуле 1:

где: MCA обр – молоко свертывающая активность [SU];

V мл – объем молока, используемого для анализа;

t обр – время свертывания образца [с];

m обр – масса свертывающего фермента в добавленном растворе [г].

Время флокуляции обычно составляет половину времени свертывания. Доза сычужного фермента рассчитывается по формуле 2:

К -40-35          , (2)

пт =------------

* T-t.-MCA.,

где: m ф – количество сычужного фермента [г];

V мл – объем молока [мл];

Т ф – температура молока [° C];

t ф – время свертывания [сек]

МСА обр – молокосвертывающая активность [SU].

Рисунок 4 – Постановка анализа методом времени свертывания Берридж

Заранее измерили молоко свертывающую активность используемого сычужного фермента в единицах Сокслета следующим образом:

В колбу Эрленмейера вместимостью 250 мл внесли 50 мл молока (рис. 4). Молоко было свежим, титруемой кислотностью 160 Т. Молоко нагрели до 35°С и добавили 1 мл 1%-го раствора сычужного фермента. Молоко смешивали с сычужным ферментом первые 2 минуты, поддерживая постоянной температуру – 35°С, а далее только периодически встряхивали, наблюдая в наклонном положении появление хлопьев молока по стенке колбы. Температура не должна опускаться ниже 35°С. Когда имеется заметное разделение белка (флокуляция), секундомер останавливается. Рассчитываем молокосвертывающую активность по формуле 1, затем вычисляем нужное количество сычужного фермента при желаемой температуре и желаемом времени по формуле 2. Исследуемый образец с нужным количеством сычужного фермента был исследован на ротационном вискозиметре на двух тестах:

Режим анализа - Oscilace sweep stress test - для определения времени гелеобразования при постоянной амплитуде 0,01% на 30 мин (рис. 2).

Достаточно G ′ и δ для того, чтобы определить вязкоэластичность материала. Инерция угла δ у стала равна нулю, а у воды равна 90.

Режим анализа - Elastic modulus Viscous modulus and phase angle Vs Frequency для определения прочности геля.

Результаты и их обсуждение

Установлена молокосвертывающая активность использованного сычужного фермента, составившая 26,670 SU. По разработанной технологии необходимо создать условия, при которых молоко свертывается за 15 мин при температуре 32⁰ С в 17,5 мл молоке, исследуемом на ротационном вискозиметре. Требуемая доза фермента по формуле 2 составила 3 ⋅ 10^-5 г т.е. 3 μл 1%-ного раствора фермента для 17,5 мл молока.

Рисунок 5 - Упругость геля Elastic modulus Viscous modulus and phase angle Vs Frequency.

Отмечено, что на ротационном вискозиметре увеличиваются значения G ′ и G ′′ . Колебания фазового угла δ в начале от 0 до 90 показывает дисперсионное состояние молока. Фазовый угол равнялся значению, при котором образуется сгусток. В течение 10 минут происходит флокуляция белков и далее свертывание молока, как только фазовый угол δ начинает равняться около 15⁰.

Процесс свертывания молока условно разделяют на четыре стадии: I – индукционный период, II - стадия массовой каогуляции, III - стадия структообразования и упрочнения сгустка, IV - стадия синерезиса. В процессе исследований на ротационном вискозиметре нами выделены все стадии сычужного свертывания молока (рис. 4 и 5), что позволяет объективно устанавливать необходимое время свертывания молока и качество образующегося сгустка, тогда как при визуальном определении продолжительности свертывания молока и образования сгустка многое зависит от субъективных свойств исследователя. Кроме того, аппаратурное определение количества сычужного фермента и процесса свертывания молока необходимо внедрять на производстве.

Изучение процессов образования первых хлопьев сгустка по Берриджу позволило определить молокосвертывающую активность сычужного фермента, но не выявляет все стадии сычужного свертываниия молока в сравнении с определением процессов свертывания молока.

Выводы

• 1.    Метод определения времени свертывания Берридж прост при применении и определяет молокосвертывающую активность фермента.

• 2.    Определение времени свертывания реологическим методом дает возможность определить не только молокосвертывающую активность фермента, но и все 4 стадии сычужного свертывания молока.