ИЗМЕНЕНИЕ МОЛОКА ПРИ СГУЩЕНИИ И СУШКЕ
В предыдущем разделе мы довольно подробно рассмотрели факторы, вызывающие изменение структуры и свойств сывороточных белков, казеина, лактозы и друтих компонентов молока при пастеризации и стерилизации. Вместе с тем изменения белкового, углеводного, липидного, а также солевою и витаминного состава, начавшиеся при предварительной тепловой обработке сырья, продолжаются во время сгущения, сушки, а также хранения молочных консервов.
Белки и соли. В процессе сгушения дестабилизирующее и агрегирующее действие сравнительно высоких температур на белки молока (казеинаткальцийфосфашый комплекс казеина и сывороточные белки) при постоянно возрастающей концентрации белковой фазы явно прогрессирует. О взаимодействии сблизившихся белковых частиц во время сгущения свидетельствует очень быстрое скачкообразное повышение вязкости молока.
Как известно, оптимальная вязкость сгущенного молока с сахаром должна быть в пределах 3…5 Па • с (Л. В, Чекулаева и др.). Однако низкие показатели вязкости продукта приводят в процессе хранения к отстаиванию белково-жирового слоя, гидролизу жира и появлению прогоркюго вкуса (а также образованию осадка лактозы).
В процессе сгущения и сушки молока увеличиваются молекулярная масса и средний диаметр казеиновых частиц, то есть снижается дисперсность казеина. Заметное увеличение молекулярной массы частиц казеина начинается лишь при сгущении молочной смеси до содержания сухих веществ свыше 25%. Так, при 30%-ной концентрации сухих веществ молекулярная масса частиц увеличивается более чем в 4 раза, а при концентрации 42% — в 7 раз. По данным Н. С. Панасен – кова с сотрудниками, при повышении концентрации сухих веществ в сгущенном молоке с 27,5 до 59,5% размер белковых частиц увеличивается с 155 до 306,4 нм, в сухом восстановлен ном — с 184,5 до 328,2 им, то есть по сравнению с исходным молоком дисперсность частиц после сгущения и сушки в среднем понижается в 2,3 и 2,5 раза. Полученные ими микрофотографии белковых частиц исходного сгущенного и сухого восстановленного молока показывают следующее. В сгущенном молоке содержатся агрегаты казеиновых мицелл неправильной формы, соединенные в виде цепочек, сухое восстановленное молоко содержит агрегаты разнообразной формы, состоящие из большого количества белковых частиц и их фрагментов.
Микрофотографии белковых частиц сухого восстановленного молока свидетельствуют о том, что предварительная обработка и сушка молока вызывают незначительные изменения структуры казеиновых мицелл. При восстановлении сухого молока казеиновые мицеллы сохраняются, наблюдается лишь более плотная по сравнению с исходным молоком упаковка мицелл.
Следовательно, во время сгущения молока происходит денатурация сывороточных белков и взаимодействие казеиновых мицелл с солями кальция, приводящее к образованию структурированной (конденсационной) системы. По-видимому, длительное нагревание вызывает изменение заряда и степени гидратации белковых молекул, а также освобождение на их поверхности активных участков, способных к взаимодействию. Снижению заряда и дегидратации казеиновых мицелл также способствуют понижение рН молока и повышение концентрации солей кальция в процессе сгущения. Так, поданным Ю. А. Заварина и Л. В. Чекулаевой, рН молока понижается с 6,6 до 6,3 и далее до 6,06 в готовом продукте, то есть система приближается к изоэлектрическому состоянию казеина. Как известно, ионы кальция ускоряют агрегирование казеиновых мицелл за счет снижения их заряда и образования межмолекулярных связей. Концентрация ионов кальция во время сгущения молока повьппается, но ее увеличение идет значительно медленнее, чем повышение общего количества сухих веществ.
Можно предполагать, что агрегированию казеиновых мицелл способствуют и сывороточные белки, степень денатурации которых в процессе сгущения увеличи вается.
Основные методы предупреждения коагуляции казеина во время сгущения молока и последующей стерилизации сгущенного молока сводятся к снижению в молочной смеси избыточного количества ионизированного кальция с помощью внесения солей-стабилизаторов в виде цитратов и фосфатов калия или натрия. К другим методам повышения тепловой стойкости молока относятся удаление путем центробежной очистки образовавшихся при предварительном нагревании молока до 754С неустойчивых белковыхагрегатов и коллоидною фосфата кальция, атакже высокотемпературная пастеризация смеси перед сгущением при 115 …1 30°С (с целью образования комплексов между казеином и [5-Лг).
Исследование влияния сгущения на сыропригодность молока показало, что процессы структурирования казеиновых мицелл, проходящие во время сгущения молока, в значительной степени действуют на формирование сычужных сгустков. Использование сгущенного молока сразу после ею получения сокращает продолжительность сычужного свертывания и упрочнения сгустков. Мосле хранения сгущенного молока снижается скорость сычужного свертывания и ухудшаются структурно-механические свойства получаемых сгустков.
Лактоза. Как мы уже отмечали, при высоких температурах обработки молока происходит сахароаминная реакция, или реакция Май – ара. Следовательно, потемнение сгущенных молочных консервов и сухого мол ока является следствием именно этой реакции. Взаимодействие лактозы, белков и свободных аминокислот начинается в про • цессе сгущения молока и продолжается при хранении продуктов. По – тем! Iе! I ию сгущен нога моло ка с сахаром может способствовагь ис11 ол ь – зование сахарозы с высоким содержанием инвертного сахара (0,7… 1%), так как глюкоза и фруктоза особенно активно вступают в реакцию Майара, а также повышение содержания влаги и хранение продукта при высоких температурах. Например, хранение продукта при ЗО’С вызывает изменение цвета от светло-кремового до темно – бурого через 3…4 мес и через 1 мсс — при 40°С, при этом появляется посторонний привкус карамели. Потемнению сухого молока способствуют длительная выдержка стушенного молока перед сушкой и повышение активности воды в продукте aw до величины 0,6…0,7.
К последствиям данной реакции также относится снижение био логической ценности продуктов, так как в результате реакции «бло – жируется» особенно дефицитная аминокислота — лизин. Потери доступного лизина при производстве сгущенного молока составляют 20% и при выработке сухого молока — около 15%. Необходимо отметить, что при сгущении и сушке могут необратимо изменяться не только лизин, но и другие важные аминокислоты — метионин и цистин.
По-видимому, некоторые продукты реакции Майара могут образовывать перекрестные связи между полипептидными целями белка, то есть вызывать полимеризацию казеина и затем загустевание сгущенных и сгущенных стерилизованных консервов. Правда, повышение вязкости продуктов может произойти вследствие образования экзополисахаридовосмофильными микроорганизмами, а также распада белков под действием выдержавших высокотемпературную обработку нативных и бактериальных протеаз, например, плазмина.
Известно, что в процессе сгущения молока увеличивается концентрация лактозы, ее раствор переходит в состояние, близкое к насыщенному. Последующее охлаждение сгущенного молока приводит к выпадению части лактозы в виде кристаллов. В первую очередь кристаллизуется оо-форма, как менее растворимая. Выпадение а-формы нарушает равновесие между двумя формами, и часть р-формы переходит в а-форму. Продолжающийся процесс кристаллизации лактозы приводит к дальнейшему переходу р-формы в а-форму и т. д.:
Р-Лактоза а-Лактоза а-Лактоза (о.-гидрат).
Растворим? я Кристаллический
Форма форма
Консистенция сгущенного молока с сахаром определяется размерами и количеством образовавшихся при охлаждении и хранении продукта кристаллов молочного сахара. Для обеспечения хорошей консистенции продукта необходимо стремиться к массовому образованию мелких кристаллов лакгозы размером до 10 мкм. Недостаточно полная кристаллизация лактозы может привести к се кристаллизации во время хранения продукта. При этом образуются крупные кристаллы размером 20…25 мкм, обусловливающие мучнистую и песчанистую консистенцию сгущенного молока с сахаром.
В процессе сушки небольшая часть лактозы кристаллизуется, но основная масса переходит в аморфное состояние. В аморфной лактозе преобладает р-форма, которая при дальнейшем процессе кристаллизации переходит в а-гидратную форму Аморфное состояние лакгозы обусловливает высокую гигроскопичность сухих молочных продуктов. Кристаллизация лактозы во время хранения сухого молока ухудшает его свойства.
Липиды. По время сгущения происходит диспергирование жировой фазы молока с увеличением количества мелких шариков жира диаметром менее 2 мкм. Однако при увеличении продолжительности сгушения наблюдается их укрупнение и частичная дестабилизация жировой эмульсии,
11ри сгущении и сушке происходит частичный гидролиз триацилгли – церинов маточного жира и уменьшение в их составе количества ненасыщенных жирных кислог. При этом выделяются летучие кислоты, образуются лактоны, карбонильные соединения, участвующие в формировании свойственного пастеризованному молоку вкуса и аромата продуктов.
В процессах распыления сгущенного молока и сушки происходит, как правило, дробление шариков жира. Но изменение дисперсности жира во многом зависит от температуры воздуха, подаваемого в сушилку. Вместе с тем при сушке может увеличиться количество свободного жира, который подвержен окислению, что приводит к снижению стойкости продукта при хранении. Ускорению реакции окисления способствует наличие в продукте следов тяжелых металлов. Для предупреждения окислительной порчи в продукты можно вносить антиоксидан – ты — кверцетин, эфиры галловой кислоты и др. (см, гл. 6).
Витамины. При сгущении и сушке снижается количество витаминов. Так, содержание витамина Ли каротина уменьшается на 20%, количество витамина Е — на 6%; рибофлавина — менее чем на 20%; витамина В,2 — на 40…70%; пиридоксина — на 40% и выше. При сгущении молока содержание аскорбиновой кислоты снижается на 17,..26%, а при последующем высушивании потери витамина достигают 60%.