Физические факторы. Температура.

Температура – один из наиболее мощных физических факторов, влияющих на развитие микрофлоры при производстве кисломолоч­ных Сущность большинства технологических приемов сводится к регулированию мнкрооиологических процессов путем установления определенных температурных режимов. В зависимости от температурных режимов и характера их воздейст­вия на микрофлору технологические приемы, применяемые при про­изводстве кисломолочных продуктов, можно группировать следую­щим образом:

тепловая обработка молока: цель ее – уничтожение по возможности большей части микрофлоры и подготовка молока (улучшение его хи­мического состава для развития микроорганизмов, а также физиче­ских свойств получаемых сгустков) для проведения сквашивання; сквашивание и созревание: в этом случае создают условия, способст­вующие развитию микрофлоры заквасок в нужном направлении и получению продукта с определенными заданными свойствами; охлаждение и хранение продуктов: цель их – создание условий, при которых прекращается развитие по возможности всей микрофлоры и сохраняются физические и химические свойства готового продукта и его органолептические показатели.

Тепловая обработка молока и сливок

Остаточная микрофлора молока и сливок после пастеризации. Для приготовления кисломолочных продуктов используют преимущест­венно пастеризованное молоко, причем режимы пастеризации уста­навливают значительно более жесткие, чем при производстве питье­вого молока, с учетом целого ряда технологических требований. В связи с этим необходимо выявить основные группы микрофлоры пастеризованного молока и возможное влияние каждой из этих групп на качество кисломолочных продуктов при совместном развитии с микроорганизмами закваски.

При оценке роли микрофлоры пастеризованного молока, предназна­ченного для производства кисломолочных продуктов, необходимо учесть, что молоко после тепловой обработки пе охлаждают, а за­квашивают и выдерживают длительное время при температуре сквашивания. Как правило, эта температура достаточно высокая (от 18–20 до 45–50°С). При такой температуре могут развиваться не только микроорганизмы, вносимые с заквасками, но и какая-то часть остаточной микрофлоры пастеризованного молока. В результате этого в основном увеличивается количество только тех микроорганизмов, которые способны выдерживать интенсивное нарастание кислотности в процессе сквашивания молока. Споровая протеолитическая микро­флора и маслянокислые бактерии в этих условиях не развиваются. В производстве кисломолочных продуктов наибольшую роль могут сыграть такие представители остаточной микрофлоры пастеризован­ного молока, как молочнокислые бактерии. Молочнокислые стреп­тококки типа энтерококков развиваются в молоке медленно и не могут влиять на изменение кислотности продукта, так как предел их кислотообразования часто бывает ниже предела кпслотообразо-вания микрофлоры заквасок.

Между тем основной порок этих продуктов – излишняя кислотность, возбудителем которого являются представители остаточной микрофлоры пастеризованного молока – термоустойчивые молочнокислые палочки. У этих микроорганизмов предел кислотообразования в мо­локе значительно выше, чем у Str. lactis. С точки зрения сохранения качества питьевого молока эта группа не могла интересовать иссле­дователей как технически вредная, хотя на значение молочнокислых палочек, выдерживающих пастеризацию, для сыроделия указывали первоначально С. А. Королев (1932), а в дальнейшем – Дж. Г. Фран­клин и М. Е. Шарп (1962).

Количество молочнокислых палочек как в сыром, так и пастеризо­ванном молоке по отношению к общему объему микрофлоры неве­лико и часто не превышает 25–250 клеток в 1 мл. Обычными методами исследования не удается выявить труппу мо­лочнокислых палочек в остаточной микрофлоре пастеризованного молока. Эти палочки не растут на питательных средах, применяемых при исследованиях молока (МПА, среда из сухого питательного агара). Даже на такой богатой питательной среде, как агар с гидро-лизованным молоком, не всегда удается добиться роста этих микро­организмов. Температура 37° С, принятая в стандартной методике для определения общего количества бактерий в молоке, также не яв­ляется для них оптимальной.

Термоустойчивые палочки удалось обнаружить в молоке, пастеризо­ванном при 75° С с выдержкой 15–20 с и при 80° С с выдержкой 15–20 с. Нередко эти микроорганизмы обнаруживаются в молоке, предназначенном для заквасок, и в молоке, пастеризованном при 90–95° С, но недостаточно выдержанном при этих температурах. В молоке, пастеризованном при 75–80° С, наибольший удельный вес занимают термостойкие молочнокислые стрептококки, палочек же значительно меньше. В результате пастеризации при 85–90° С по­гибает основная масса стрептококков и в молоке остаются преиму­щественно термоустойчивые палочки.

При повторной пастеризации, иногда применяемой на некоторых предприятиях, молоко или сливки, как правило, обогащаются термо­устойчивыми молочнокислыми палочками. После прохождения мо­лока через технологическое оборудование количество их в среднем составляет 2500–25000 клеток в 1 мл; общее количество посторон­них микроорганизмов (преимущественно молочнокислых стрепто­кокков) составляет от 50 до 500 тыс. клеток в 1 мл. Принятые в промышленности режимы пастеризации исключают воз­можность выживания в процессе пастеризации бактерий группы кишечной палочки. Если эти микроорганизмы обнаруживаются в молоке, отобранном непосредственно из пастеризатора, значит, имеются какие-то технические или организационные неполадки в работе пастеризационных установок. Обычно наличие бактерий группы кишечной палочки в молоке после пастеризации является следствием вторичного обсеменения его при прохождении через тех­нологическое оборудование. В молоке, предназначенном для произ­водства кисломолочных продуктов, нормальным можно считать со­держание кишечной палочки 10–30/мл (титр 0.1–0,3 мл). Однако в 1 мл молока нередко содержится 100 и более клеток.

Влияние тепловой обработки молока и сливок на дальнейшее разви­тие молочнокислой микрофлоры. В. М. Богданов установил, что в молоке, подвергнутом раз­личной термической обработке, молочнокислые бактерии развивают­ся по-разному: лучше всего в стерилизованном молоке, хуже – в мо­локе, пастеризованном при низких температурах (55–60° С). П. Ф. Дьяченко отметил, что при нагревании до 55–60° С резко понижается дисперсность колло­идной системы молока. С. А. Королев объясняет торможение разви­тия молочнокислых бактерий в молоке, пастеризованном при низких температурах, изменением состояния частиц казеина, их укрупнени­ем, вследствие чего белок становится менее доступным для питания бактерий. Е. А. Богданова (1966) установила, что при повышении температуры пастеризации с 74 до 90° С дисперсность белковых ча­стиц увеличивается. В результате тепловой обработки изменяется не только величина частиц казеина, но и химический состав молока. Благоприятное влияние тепловой обработки на развитие молочно­кислых бактерий обусловлено снижением окислительно-восстанови­тельного потенциала, разрушением альбумина молока с образовани­ем пептидов и свободных аминокислот и других ростовых факторов (Э. М. Фостер, 1952). Кроме того, в результате пастеризации разру­шаются лактенины – вещества, подавляющие рост микроорганиз­мов в альбуминной сыворотке (Т. Сторгардс, 1963). Имеются данные о том, что лучше всего развиваются некоторые ви­ды молочнокислых бактерий в молоке, которое подвергнуто пастери­зации при 90° С и к которому добавлено небольшое количество мо­лока, стерилизованного в автоклаве (Дж. Е. Оклер и А. Портман, 1959). Стимулирующее действие стерилизованного молока приписы­вается наличию в нем муравьиной кислоты, образующейся из лак­тозы при стерилизации. В то же время в одном стерилизованном молоке молочнокислые бактерии развивались хуже, чем в смеси па­стеризованного и стерилизованного молока. Это объясняется тем, что при стерилизации полностью разрушаются факторы роста, необходи­мые для молочнокислых бактерий.

В. Грин и Дж. Йежески (1957) установили, что с повышением температуры и увеличением продолжительности тепловой обработки молока изменяется характер воздействия молока на развитие в нем молочнокислых бактерий. Они наметили несколько зон стимуляции и торможения развития культур заквасок в молоке. Эти исследователи считают, что

первая зона – стимуляции (62–72° С с выдержкой 30–40 мин) – обусловлена несколькими факторами: снижением окислительно-восстановительного потенциала; разруше­нием термолабильных ингибиторов; частичным гидролизом белков молока; денатурацией сывороточных белков.

Вторая зона – угнетения (72–90° С с выдержкой 15–45 мин) – обусловлена избыточной концентрацией цистеина с сопутствующим возрастанием количества токсических сульфгидрильных групп.

Третья зона – стимуляции (60° С с выдержкой 180 мин и 120° С с выдержкой 30 мин) – совпадает с уменьшением количества сульфгидрильных групп в результате дальнейшего нагревания. Четвертая зона – угнетения (120° С с выдержкой более 30 мин) – обусловлена снижением питательной ценности молока в результате разрушения белков и других его составных частей. Р. Свартлинг и С. Мукерджи (1966) провели аналогичную работу по исследованию температур пастеризации в большем диапазоне, но с меньшей выдержкой, что более соответствует режимам, применяе­мым при производстве кисломолочных продуктов. Наибольшее угнетение испытывали молочнокислые бактерии в мо­локе, пастеризованном при 60–70° С с выдержкой 20 с. В молоке, пастеризованном при 70–80° С с выдержкой 120 с, при 80–95° С с выдержкой 20 с и при 100° С с выдержкой 180 с наблюдалась сти­муляция молочнокислых бактерий.X. К. Франк (1969) пришел к выводу, что длительная высокотемпе­ратурная обработка молока, применяемая при производстве йогурта, позволяет устранить влияние на микрофлору нерегулируемых фак­торов, связанных с режимами кормления, периодом лактации, поро­дой животных и др.

Влияние тепловой обработки молока и сливок на качество получае­мых сгустков. Этот вопрос не имеет прямого отношения к микробио­логии, но поскольку в производственных условиях причиной получе­ния недостаточно плотных или вязких сгустков чаще всего считают­ся закваски, необходимо коротко на нем остановиться. По характеру получаемых сгустков кисломолочные продукты (за исключением творога) можно разделить на две группы: продукты с ненарушенным сгустком (простокваша, ряженка, ке­фир, вырабатываемый термостатным способом, и т. д.); продукты с нарушенным сгустком (кефир резервуарный, напит­ки “Южный”, “Снежок”, сметана и пр.). В производстве продуктов с ненарушенным сгустком требуется по­лучение плотных сгустков, а в производстве продуктов с нарушенным сгустком – наличие определенной вязкости. Для продуктов обеих групп нежелательно отделение сыворотки в процессе хранения. Т. Строгардс (1963) исследовал влияние тепловой обработки на кон­систенцию йогурта, содержащего 3% жира (закваска Lbm. bulgari-cum и Str. thermophilus). Молоко в течение 30 мин нагревали при 60, 63, 70, 75, 80 и 95° С. Максимальная вязкость сгустка и мини­мальное отделение сыворотки в процессе хранения были получены после тепловой обработки молока при 75–85° С. При этом частично скоагулированные сывороточные белки включаются в сгусток, кото­рый образуется при коагуляции казеина под действием кислоты, в результате этого сгусток становится более плотным. Однако при повышении температуры до 95° С качество сгустков не улучшалось. В этом случае наблюдалась слишком резкая денатурация сывороточ­ного альбумина и других составных частей молока. Т. Е. Гелслоот и Ф. Хасспнг (1969) подтвердили, что сгустки лучшей консистен­ции получаются из молока, подвергнутого нагреванию в танке с 60° до 80–85°С (примерно за 40 мин). X. Григоровым (1966) установлено, что такая длительная выдержка молока при 85° С влияет на со­стояние не только сывороточных белков, но и казеина, который коагулирует при рН выше его изоэлектрической точки. В результате молоко, обработанное при высоких температурах, свертывается бы­стрее.

Обработка молока в стерилизаторе Шторха при 134° С не давала таких хороших результатов, как пастеризация при 80–85° С в тече­ние 30 мин, но оказалась лучше по сравнению с пастеризацией при 90° С в течение 15 с, обработка в стерилизаторе “Альфа-Лаваль” при 150° С в течение 2 с приводила к полному осаждению сывороточных белков (Т. Сторгардс, 1963). В результате обработки молока, гомоге­низированного при давлении 10 МПа и температуре 100–103° С без выдержки удалось получить болгарское кислое молоко, которое мог­ло храниться 72 ч без отделения сыворотки (П. Чернев, 1972). В производстве йогурта в промышленных условиях молоко пастери­зуют в танке при 85° С в течение 15 мин или при 80° С в течение 30 мин, либо на пластинчатых пастеризаторах при 90–95° С с после­дующей выдержкой 2 мин. В. В. Глазачев (1960), исследуя влияние различных режимов теп­ловой обработки на качество сгустков обыкновенной простокваши, пришел к выводам, близким к результатам, полученным Т. Сторгардсом. Сгустки, лучшие по консистенции, получались из молока, па­стеризованного при 85–87° С без выдержки; при нагревании до 76–78° С требуется выдержка в течение 30 мин.

При подготовке молока для выработки кефира резервуарным спосо­бом наиболее рациональными признаны режимы пастеризации мо­лока при 85–87° С с выдержкой 5–10 мин, при 90–92° С с выдерж­кой 2–3 мин (В. И. Шершнева и А. Н. Беляев, 1962). Установлено, что лучшая консистенция продукта получается в том случае, если происходит почти полная (около 95% от их общего содержания) де­натурация сывороточных белков (Т. Сторгардс, 1963). На практике часто возникает необходимость установить, достаточен ли применяемый режим пастеризации для получения продукта нуж­ной консистенции. С этой целью можно использовать простую про­бу: готовый продукт (кефир, простоквашу) фильтруют через бумаж­ный фильтр. Фильтрат нагревают до 90–95° С; если после этого он остается прозрачным, значит режим тепловой обработки обеспечи­вает денатурацию сывороточных белков; если же после нагревания в фильтрате выпадают хлопья белка, делают вывод о необходимости повышения температуры или увеличения длительности пастери­зации.

Сливки, предназначенные для производства сметаны, рекомендуется пастеризовать при 85–87° С с выдержкой от 15 до 20 с. При такой обработке достигается хорошая гидратация белков и получается сме­тана с густой, плотной консистенцией (В. В. Глазачев, 1960).