Молочный портал

Ферментативный распад молочных белков начинается в процес­се хранен ия сырого молока. В пастеризованном молоке он может про­должаться под действием термоустойчивых нативных и бактериаль­ных протеаз молока, а при производстве творога и сыра — под дей­ствием внесенных ферментных препаратов (химозина и пепсина). При приготовлении заквасок, кисломолочных продуктов и сыров протеолиз осуществляют молочнокислые, пропионовокислые бакте­рии и дрожжи.

Протеолиз сырого молока. Распад белков в сыром молоке осуще­ствляют нативный фермент плазмин, протеолитические ферменты микрофлоры молока и внесенной закваски.

В процессе хранения сырого молока профермент нативной про – теазы плазм и йоге ei переходит в плазмин, который вызывает распад Р-казеииа с образованием у-казеинов и фосфопептидов (подробнее см. гл. 5).

Степень и глубина растепления белков сырого молока микроор­ганизмами зависят от многих факторов, главными из которых явля­ются состав и активность их протеолиткческих ферментов.

Высокой протеолитической активностью характеризуется гнило­стная микрофлора — спорообразующие (Вас. subtilis, Вас. cereus, Вас. mesentericus, Вас. megatherium. Вас. mycoides, CI. putrificum, CI. perfringens и др.) и бесспоровые (Proteus vulgaris, Ps. fluorescens, E. coli, BrevibacteriumlinensMap.) бактерии. Кпротеолитически атив – ным микроорганизмам относятся также микрококки, энтерококки (Ent. liquefaciens и др.), некоторые дрожжи (Sacch. lactis, Sacch. ribis, Candida mycoderma и др.) и плесневые грибы (Mucor, Aspergillus и др. ).

Все перечисленные микроорганизмы являются нежелательными компонентами микрофлоры молока и молочных продуктов (за ис­ключением Brevibacterium linens и некоторых микрококков, которые могут играть положительную роль, например, при созревании мяг­ких сыров). Все они могут вызывать в процессе длительного хране­ния прогорканис и другие пороки молока и молочных продуктов, а также преждевременное свертывание молока вследствие выделения ими сычужного фермента.

По-видимому, протеолиз, вызываемый посторонней микрофло­рой, все-таки ограничен низкими температурами хранения молока (за исключением развития психротрофных бактерий),

В отличие от глубокого распада белков молока, вызываемого по­сторонней микрофлорой, молочнокислые бактерии заквасок осуще­ствляют протеолиз специфически мягко, обогащая продукт ценны­ми азотистыми веществами, повышая тем самым его биологическую ценность и вкусовые достоинства. Гидролиз белков молока (казеина) ферментами молочнокислых палочек и стрептококков обнаружива­ется в первые часы и сутки их культивирования.

Молочнокислые бактерии предпочтительно гидролизуют белко­вые фрагменты, но могут избирательно атаковать и фракции натив – ного казеина.

Различные виды и штаммы молочнокислых бактерий обладают неодинаковой протеолитической активностью. Молочнокислые па­лочки характеризуются более высокой степенью гидролиза казеина, чем стрептококки. Так, палочки могут переводить в растворимые формы 25…30% казеина, кокки — лишь 15..,17%. При этом они на­капливают в молоке различное количество свободных аминокислот Среди палочек наибольшей протеолитической активностью облада­ют Lbm. bulgaricum, Lbm. acidophilum, Lbm helveticum, меньшей — Lbm. casei и Lbm. planlamm. Более высокую протеолитическую ак­тивность среди стрептококков имеют Lac. lactis, Lac. cremoris, мень­шую — Lac. diacetylactis, Str. thermophilus и незначительную — Leu. dextranicum.

Оптимум действия протеаз молочнокислых стрептококков нахо­дится при pH 6…7,5, протеаз молочнокислых палочек — при pH 5,7…6, при pH 5 интенсивность протеолиза снижается на 50%. Следовательно, по мерс сквашивания, а также во время созревания и хранения в кисломолочных продуктах создаются неблагоприятные условия для действия протеолитических ферментов, особенно для протеаз молочнокислых стрептококков.

Изучение протеолитической активности молочнокислых бакте­рий имеет большое практическое значение. Так, использование зак­васок, состоящих из культур с повышенной протеолитической актив­ностью (образующих через 24 ч более 6 мг% тирозина), позволяет ус­корить процесс выработки кисломолочных продуктов и сыров. По­этому при подборе штаммов молочнокислых бактерий для составле­ния заквасок, применяемых при производстве этих продуктов, осо­

бенно важно учитывать помимо других показателей протеолитичес – кую активность.

Сьгчужное свертывание молока. Свертывание казеина молока при внесении в него сычужного фермента, или сычужное свертывание мо­лока, носиг необратимый характер и включает два процесса — протео – литическое расщепление казеинаткальцийфосфатного комплекса (ККФК) и формирование пространственной структуры сгустка (геля).

Известно, что под действием внесенного в молоко сычужного фер­мента (точнее его главного компонента — химозина) происходит фер­ментативный гидролиз полипептидных цепей к-казеин а комплекса, Расщепление цепей к-казеина вдет по пептидной связи, образован­ной фенилаланином (см. остаток 105 на рис. 2.4) и метионином (ос­таток 106). В результате ограниченного специфического протеолиза молекулы к-казеина распадаются на гидрофобный пара-к-казеин и гидрофильные гликомакропептиды, содержащие в углеводной части группы сиаловой кислоты. Ферментативную стадию схематически можно представить следующим образом:

Химозин

I+н20

105 I 106

_________ Фен у Мег______________

———- у——– ,————- > V______ ^———— > Вал-СООН

Пара-к-Казеин Гликомакропептид.

——————- V

К-Казеин

Следовательно, в результате действия сычужного фермента ус гой – чивые казеиновые частицы переходят в потерявшие устойчивость па – раказеиновые частицы, которые во второй стадии образуют агрегаты и затем пространственную сетку сгустка.

1___ ПироГлу —

Пептидная связь Фен05—Мет;06 в молекулах ККФК уникальна: она строго специфична, то есть чувствительна к действию химозина и дру­гих кислых протеаз (пепсина и микробных протеаз), но не гидролизу – ется в других пептидах. Вероятно, для взаимодействия фермента с суб­стратом имеет значение как длина пептида, так и расположение ами­нокислот около связи Фен—Мет (например, важен остаток Сер]04, а также остатки гистидина, пролина и лизина, см. рис, 2.4, с, 68). По – видимому, связь Фен—Мет как бы выступает из молекулы к-казсипа и пол ому легко взаимодействует с активным центром химозина

Как же происходит обра­зование структуры сгу стка во время второй стадии сычуж­ного свертывания молока? Вопросам сфуктурообразо – нания в белковых системах молока посвящены исследо­вания П. А. Ребиндера, И, Н. Влодавца, В. Н. Измайловой, П. Д. Дьяченко, В. П. Табач­никова, К. Д. Буткуса, Р Л. Раманаускаса, Dalgleish, Green и других ученых.

Для изучения кинетики структурообразования ис­следователи широко ис­пользуют реологический Рис> бл> Изменение

Ияжости do время метод, разработанный формирования пространственной В. П.Табачниковым. Так, структуры сычужного сгустка

Р. Раманаускасу в 1994 г. (с (по Р. Раманаускасу)

Помощью ротационного вискозиметра и прибора

Типа «Тромб») удалось комплексно изучить процесс сычужного свер­тывания молока. Им показано, что кривая изменения вязкости во время агрегации образующихся параказеиновых частиц имеет S-образный характер (рис. 6.7). Таким образом, появление первых хлопьев белка и сгустка, фиксируемых визуально, начинается не с мо­мента внесения в молоко сычужного фермент, а спустя определен­ный промежуток времени, называемый индукционным периодом.

Им показано, что в начале индукционного периода происхо­дит увеличение дисперсности казеина за счет разрушения струк­туры казеиновых частиц, Одновременно с этим процессом наблю­дается процесс агрегирования параказеиновых частиц. После за­вершения индукционного периода в точке 1 (продолжительность которого для сычужного фермента составляет 895 с) происходит нарастание скорости агрегирования (флокуляции) частиц и в точ­ке 2 формируется сплошная пространственная сетка сгустка, то есть наступает автокаталитический процесс. После точки 2 происходит упрочнение сгустка.

Продолжительность свертывания до начала образования сплош­ной структуры сгустка составляет 1490 с — при 26′С, ПбО с — при 30°С и 1155 с — при 32Х.

Основные споры исследователей вызывают причины возникно­вения индукционного периода. Одни исследователи (Делглейш, Грин) считают, что агрегация нараказеиновых частиц начинается только после ферментативного расщепления значительной части (ВО…90%) к-казеина. Р. Раманаускас и ряд других исследователей полагают, что оба процесса — протеолиз и агрегация — происходят одновременно, но с разной скоростью. Сычужное свертывание следует рассматри­вать как результат совместного химического изменения казеина и фи­зико-химического процесса коагуляции и струкгурообразования. Продолжительность всего процесса гелеобразования и отдельных его стадий, а также качество образующихся белковых сгустков опреде­ляется составом и свойствами молока, бактериальной закваски, сы­чужного фермента, температурой свертывания, режимами пастери­зации сырья и т. д.

Протеолиз при выработке отдельных молочных продуктов. Степень и глубина протеолиза в отдельных молочных продуктах обусловли­вается составом молока, протеолитической активностью микроорга низмов закваски и ферментов, температурой сквашивания, рП про­дукта и другими факторами.

Кисломолочные продукты. В обыкновенной просток­ваше распад белков весьма незначителен, так как при ее изготовле­нии используются только молочнокислые стрептококки, обладаю­щие слабой протеолитической активностью, Так, количество таких продуктов протеолиза как свободные аминокислоты (САК) в ней со­ставляет всего 5,0 мг%. В Мечниковской простокваше протеолиз идет более активно, что обусловлено введением в состав заквасок протео-

Та блица 6.2. Характеристика протеолиза в кефире и кумысе поданным ВНИМИ Продукт Содержание, ит% ГКИГИДО» САК Кефир (МНОСуТОЧНЫЙ Т 12,2 Кумыс ич коровьего молока: Односуточный 270 16,7 Двухсуточный 280 18.0 Трехсуточный >90 18.6

Литически активных молочнокислых палочек, Содержание САК в данной простокваше выше и составляет 10…13 мг%, а в йогурте — около 20мг%.

Кефир, кумыс, курунга по сравнению с другими кисломолочны­ми напитками характеризуется большой степенью протеолиза, так как наряду со стрептококковыми формами в них развиваются молочно­кислые палочки и дрожжи, обладающие наиболее сильно выражен­ной протеолитической активностью. В процессе созревания этих про­дуктов происходит активный распад белков до пептидов и свобод­ных аминокислот (табл. 6,2).

При выработке творога также создаются благоприятные условия для развития молочнокислых стрептококков и действия протеоли – тических ферментов, что объясняется высокой буферносгью среды. В готовом продукте обнаружены растворимые белковые и небелко­вые азотистые вещества, втом числе САК (от ift,2 до 25 мг%), повы­шающие биологическую ценность творога

Еще более благоприятные условия для действия протеаз имеются в сырах, для которых протеол и гический распад бел ков является глав­ным фактором, определяющим созревание продукта.

Сыры. В процессе выработки и созревания сыров белки сыр­ной массы распадаются с образованием многочисленных азотистых соединений под влиянием целого комплекса ферментов — сычужно­го фермента, плазмина, ферментов молочнокислых бактерий (а так­же пропионовокислых бактерий и дрожжей).

После свертывания молока сычужный фермент расщепляет в большей степени as-казеин по сравнению с ji-каэеином. так как пер­вый содержит большое количество чувствительных к химозину свя­зей. При этом происходит первичпый неглубокий распад казеина с образованием высокомолекулярных полипептидов и пептидов, ко­торые способствуют развитию молочнокислых бактерий (хотя пос­ледние могут гидролизовать и сами фракции казеина). При произ­водстве сыров распад белков вызывают как внеклеточные, так и внутриклеточные протеазы бактерий.

При совместном действии на белки сычужного фермента и бак­териальных ферментов эффективность каждого из них усиливается. Однако ведущая роль в ферментативном распаде белков сырной мас­сы принадлежит молочнокислым бактериям. Поэтому для ускорения созревания сыров необходимо использовать закваски, составленные из культур с повышенной протеолитической активностью.

В отличие от термолабильного сычужного фермента, термоста­бильный нативный фермент молока плазмин преимущественно рас­щепляет р-казеин с образованием у.-, у2- и у.-казеинов и фосфопеп­тидов и в меньшей степени — а – и к-казеин. Для работы плазмина необходимо значение рН выше 6,0 и низкая концентрация (2% и ниже) в сырной массе внесенного хлорида натрия.

Таким образом, в процессе созревания сыра параказеиновый ком­плекс постепенно распадается на растворимые в воде пептиды раз­личной молекулярной массы и свободные аминокислоты (САК). Со­держание отдельных фракций азотистых соединений в различных сы­рах, по данным А. И. Чеботарева и 3. X, Диланяна, представлено в табл. 6.3.

Таблица 6.5. Содержание азотистых соединений в сырах различных групп, % обшего азота Сыры НераегвдримыЯ азот Pacн норны ыИ ;Ўwr Всего В ТОН ‘шелс Бсл«опою ГЙПТИДНОГО Ди. шнлга И дожиччше Твердые И полутвердые; Швейцарский 75 25 8,5 В сумме 16,5 Советский П 22 7.4 5,4 9,2 Голландский 79,6 20,4 6,6 6,7 7,1 Ярослаиский 77,3 22,7 5.7 7,6 Латвийский 62,5 37,5 I 8,2 13,0 6,3 Мягкие: Дорогобужский 41,2 58,8 30,0 23.4 5,4 Рокфор 49,5 55,5 1.4 41,7 7,4 Рассольные: Брынза 86,5 13,8 <1,8 4,2 4,8 Осетинский* 54,1 45,9 — — 4,8 Сулугуни 94,8 5,2 ‘ 3 В сумме 2,9

* Данные Северо-Кавказского филиала ВНИИМСа,

Как видно из табл. 6.3, содержание растворимых азотистых со­единений в мягких сырах выше, чем в твердых. Это объясняется тем, что в мягких сырах содержится больше влаги и микрофлоры, Вызывающей распад белков. Кроме того, в их созревании помимо молочнокислых стрептококков и палочек участвуют плесневые грибы и бактерии сырной слизи, выделяющие активные протеа – зы. В мягких и полутвердых сырах среди продуктов распада бел­ков преобладаю! пептиды, а в твердых — аминокислоты и аммиак.

Таким образом, при протеолизе в сырах накапливаются пептиды и САК, существенно влияющие на вкус гитового продукта.