Строгое соблюдение режимов пастеризации и стерилизации, низкие температуры хранения пастеризованного и стерилизованного молока являются необходимыми условиями для сохранения качества питьевого молока и молочных продуктов. Ухудшение качества питьевого молока в процессе хранения может быть обусловлено жизнедеятельностью бактерий (остаточное количество термостойкой микрофлоры и вторичное обсеменение), активностью ферментов в сыром молоке, а также остаточной и восстановленной активностью ферментов сырого молока после его тепловой обработки.

Таким образом, в целом ферментативная активность пастеризованного и стерилизованного молока (цельного, обезжиренного и сливок) является тестом для определения их качества и стойкости при хранении.

Типичные психрофильные бактерии рода Pseudomonas и другие грамотрицательные палочки не выдерживают температур пастеризации. Поэтому присутствие их в пастеризованном молоке свидетельствует либо о нарушении температурного режима пастеризации, либо повторном обсеменении молока при розливе.

Рис. 49. Изменение общей бактериальной обсемененности (1 – общее количество бактерий; 2 – бактерии группы кишечной палочки) пастеризованного молока (Королева Н. С):

а – на отдельных этапах технологического процесса его производства (С – сырое молоко; П – пастеризованное; Б – молоко из упаковки; X – после хранения в течение 2 сут при 8°С);

б – в зависимости от кратности заполнения резервуара

Вторичное бактериальное обсеменение молока (сливок) после пастеризации играет существенную роль в повышении его ферментативной активности (рис. 49, а). В основном бактериальное обсеменение молока после пастеризации происходит при розливе, в трубопроводах и в резервуарах для хранения молока, если их заполнение чередуется с периодами, когда они остаются незаполненными и невымытыми. При каждом последующем заполнении резервуара происходит резкое повышение общей микробной обсемененности молока, а следовательно, повышение активности ряда ферментов молока микробного происхождения, обусловливающих изменение и ухудшение его качественных показателей (рис. 49, б).

При исследовании 40 партий пастеризованного молока (75 °С, 20 с) в упаковке выявлено, что 85% партий содержали психрофильные, а 90 % партий – холодостойкие молочнокислые бактерии в количествах по 10⁴...10⁵ КОЕ/мл. В табл. 66 показано развитие этих бактерий при хранении пастеризованного молока.

Таблица 66

Основную роль в повышении кислотности пастеризованного молока при хранении играют холодостойкие штаммы L. lactis, а именно их лактатдегидрогеназная и β-галактозидазная активности (гл. 1). Проявление активности экзолипаз- и протеаз-термостойких психрофильных бактерий в пастеризованном молоке вызывает изменение жира и белка, приводящее к появлению пороков запаха и вкуса (Моисеева Е. Л., 1988).

Вторичное микробное обсеменение пастеризованного молока (сливок) и в результате нарушения условий его хранения на молочных предприятиях до реализации обусловливает значительное накопление оксидоредуктаз, в результате активности которых молоко приобретает различные пороки вкуса и запаха. Поэтому в производстве важным является не только контроль активности этих ферментов в сыром молоке, но и в молоке пастеризованном. Это тем более важно, если в дальнейшем его используют для выработки продуктов, подлежащих концентрации и длительному хранению.

Показано, что метод определения активности редуктаз (дегидрогеназ) с использованием резазурина применим не только для оценки санитарно-гигиенического качества сырого молока, но и для прогноза стойкости пастеризованного молока при хранении (табл. 67). Только молоко, которое сразу после розлива при проведении редуктазной пробы с резазурином приобретает серо-стальную окраску, в течение последующих двух суток хранения при температуре не выше 8 °С отвечает требованиям ГОСТ Р 52090 «Молоко питьевое». На основании полученных данных разработана шкала прогноза стойкости пастеризованного молока (Н. С. Королева и др.).

Таблица 67

Вторичное бактериальное обсеменение молочнокислыми бактериями, обладающими выраженной лактатдегидрогеназной активностью, при хранении пастеризованного молока обуславливают повышение содержания в нем пирувата. Так, при хранении пастеризованного молока в течение 7 сут при ≈ 7 °С содержание пирувата повышалось с 3,0 (в первые сутки) до ≈ 5,0 мг/л при одновременном ухудшении органолептических свойств молока, что подтверждается высокой корреляцией между содержанием пирувата и органолептическим скором пастеризованного молока – коэффициент корреляции составляет 0,81 (Suchren G., 1984).

В качестве критерия для оценки стойкости пастеризованного молока при хранении служит и активность оксидаз. Вследствие высокой термостойкости ксантиноксидазы, сульфгидрилоксидазы и цитохром с-оксидаз их активность в молоке, подвергнутом тепловой обработке, и продуктах, выработанных из него, может сохраниться на достаточно высоком уровне, что может быть одной из причин появления окисленного вкуса и запаха при их дальнейшем хранении. Ниже приведены данные по величинам активности ксантиноксидазы в цельном и обезжиренном питьевом и сухом молоке (Zikakis J.P., Wooters S.C., 1980).

Неблагополучным считают пастеризованное молоко, если оксидазоположительные микроорганизмы в нем составляют более 22 % общего количества микроорганизмов.

Рис. 50. Изменение активности оксидаз пастеризованного молока при его хранении в резервуаре до розлива:

1 – 0...6 ч при 2...4°С; 2 – 7...9 ч при 2...4°С; 3 – 0...6 ч при 6...8°С; 4 – 7...9 ч при 6...8 °С (активность оксидаз выражена через продолжительность (в мин) восстановления 1%-ного раствора N,N,N',N'-тетраметил-n-фенилендиамин дигидрохлорида)

Результаты исследований изменения активности оксидаз при хранении пастеризованного молока показывают, что вследствие вторичного микробного обсеменения молока при розливе в процессе его хранения в течение 3 сут при 2...4°С и 1 сут при 6...8°С активность оксидаз повышалась в 1,5...2,0 раза, а к концу вторых суток хранения при 6...8°С – соответственно в 2 и 2,5 раза по сравнению с контролем (рис. 50). В процессе хранения молока при 10...12° С отмечалось значительное повышение активности оксидаз уже к концу первых суток. При этом изменение оксидазной активности молока сопровождалось снижением его органолептических показателей, титруемой кислотности, термостойкости и редуктазной активности. Обнаружено, что если активность оксидаз в пастеризованном молоке сразу после розлива составляла 5 мин или менее, то такое молоко соответствовало требованиям ГОСТ Р 52090 в течение 3 сут при 2...3 °С или в течение 2 сут при 6...8 °С. Таким образом, оксидазная активность пастеризованного молока является достаточно объективным тестом определения его стойкости при хранении. Разработана шкала тестирования свежести пастеризованного молока по его оксидазной активности (Шидловская В. П., 1997):

Как было отмечено выше, каталаза при общепринятых режимах пастеризации молока только в некоторой степени сохраняет свою активность. Поэтому если долго хранившееся пастеризованное молоко показывает положительную реакцию на каталазу, то в этом случае она является в основном продуктом жизнедеятельности микроорганизмов, попавших в молоко после его пастеризации. Показано, что остаточная активность каталазы в пастеризованном молоке может составить 5...10% О₂. Повышение активности каталазы при хранении пастеризованного молока до 25 % О₂ свидетельствует уже о значительном обсеменении такого молока микроорганизмами.

Установлена высокая корреляция (r = 0,89) между активностью каталазы и общим содержанием аэробной мезофильной микрофлорой при хранении цельного пастеризованного молока (75 °С, 20 с) при 4 °С в течение 14 сут (рис. 51).

Поэтому контроль активности каталазы при хранении пастеризованного молока является объективным тестом для определения степени обсеменения молока микроорганизмами (особенно гнилостными), а также его стойкости при хранении.

Следует отметить, что даже остаточная активность сульфгидрилоксидазы в пастеризованном молоке играет определенную роль в улучшении его вкуса (за счет окисления сульфгидрильных групп). Очевидно, что если сульфгидрилоксидаза станет доступной в промышленном масштабе, а также если она будет иммобилизована удовлетворительным образом, она должна иметь хорошие перспективы применения для молока УВТ-обработки. Однако для успешного применения ее в промышленности необходим существенный микробный источник сульфгидрилоксидазы.

Рис. 51. Соотношение между активностью каталазы и общим содержанием мезофильной аэробной микрофлоры в пастеризованном молоке в хранении при 4 °С в течение 0, 2, 4, 6, 8, 10, 12 и 14 сут (соответствует 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 и 8 классам) (Kang D. Н., Dougherty R. Н. et al., 2002):

1 класс – log КОЕ/мл < 2; 2 класс – >2 и <3; 3 класс – >3 и <4; 4 класс – >4 и <5; 5 класс – >5 и <6; 6 класс – >6 и <7; 7 класс – >7 и <8; 8 класс – >8 и <9.

Гидролазы. Для сохранения качества питьевого молока и молочных продуктов в хранении наиболее важными являются величины активности таких гидролаз, как лактазы, липазы и протеиназы, которые катализируют гидролиз основных компонентов молока – лактозы, жира и белка.

Развитие порока прогорклости гидролитического происхождения в пастеризованном молоке (и сливках) связано как с действием остаточных нативных бактериальных липаз, выдерживающих режимы пастеризации, так и бактериальных липаз, попавших в продукт в результате вторичного обсеменения липолитически активными микроорганизмами (гл. 2).

Появление липолизных запаха и вкуса при хранении гомогенизированного пастеризованного молока в значительной степени зависит также от параметров пастеризации (табл. 68).

Таблица 68

¹⁾ выдержка 10 с.

Считают, что числовой показатель степени прогорклости пастеризованного молока (количество СЖК), ощущаемый большинством потребителей, составляет более 1 мл 1 н КОН/100 г жира. Если в 1 мл сырого молока общее количество бактерий больше или равно 5 · 10⁶, то при хранении пастеризованного молока отмечается заметное развитие липолиза только за счет остаточной активности термоустойчивых бактериальных липаз.

Накопленные в сливках в результате ферментативного гидролиза молочного жира СЖК катализируют окисление жира и тормозят действие естественных антиокислителей, способствуя развитию в сливках окисленного вкуса. Поэтому масло, выработанное из «липолизованных» сливок, более подвергается окислению, чем масло, выработанное из доброкачественных сливок. Выявлена достаточно высокая корреляционная зависимость между липолитической активностью сливок и кислотностью масла, выработанного из них (+0,897...+0,922 для различных сортов масла) (Mortensen В. К., Jansen К.).

Радом исследователей установлено, что быстрая порча масла является результатом повышенного липолиза молока, обусловленного зоотехническими факторами, условиями получения и первичной обработки молока. При производстве сливочного масла осенью и в начале зимы особенно важно учитывать липолитическую активность исходных молока или сливок, что обусловлено заметным повышением активности липаз в молоке в связи с окончанием лактации (гл. 2 п. 2.1).

При сушке молока (или сливок) с выраженными липолизированным (прогорклым) вкусом или запахом сухое молоко или сухие сливки приобретают этот порок в результате концентрирования накопленных СЖК при липолизе исходного сырья.

Данные, приведенные в табл. 69, показывают, что проявление остаточной активности бактериальных липаз в молоке после УВТ-обработки тесно связано со снижением его органолептических показателей в процессе хранения (Mottar T., 1981). Коэффициент корреляции между органолептической оценкой молока и его липолитической активностью составил при этом 0,63. Более тесная корреляция отмечается в случае прямого способа нагрева молока. Следовательно, косвенный способ УВТ-обработки молока в части инактивации термостойких липаз более эффективный, чем прямой. Отсюда контроль степени липолиза в молоке (и сливках) является одним из важных путей борьбы с прогорклым вкусом молока и сливок, а также продуктов, приготовленных из них.

Таблица 69

Необходимо отметить, что значительное сохранение активности кислой фосфатазы в молоке после его тепловой обработки может вызвать нежелательные изменения казеина при хранении молока (и молочных продуктов), так как потеря кислого фосфата в результате дефосфорилирования казеина кислой фосфатазой повышается pH его изоэлектрической точки с 4,6...4,7 до pH 5,0...5,2, что может привести к более ранней потери его стабильности (Kitchen В. J., 1985; Balci А. Т., Wilbey R. А., 1999).

В гл. 3 отмечено, что термостойкость протеолитических ферментов молока, как нативных, так и микробного происхождений, довольно высокая. Поэтому остаточная активность этих ферментов, а также протеаз, в результате вторичного микробного обсеменения пастеризованного молока, может быть причиной гидролиза белков молока при его хранении. Результаты исследований показывают, что содержание протеозо-пептонной фракции в процессе хранения пастеризованного молока в течение 1 и 2 сут при 2...4 и 6...8° С повышалось, по сравнению с исходным содержанием, соответственно на 16,2, 20,2 и 23,7, 26,1 % (Шидловская В. П., Рашкина Н. А.).

Даже при непродолжительном хранении пастеризованного молока при 37 °С отмечается переход неактивной формы нативной протеиназы молока (плазминоген) в активную (плазмин). Повышение протеолитической активности при хранении пастеризованного молока происходит быстрее, чем при сырого молока, поскольку при тепловой обработке инактивируется ингибитор активатора плазминогена (Kitchen В. J., 1985).

При хранении пастеризованного молока, разлитого в асептических условиях, при температуре ниже 5°С, изменения запаха и вкуса, связанные с микробными липолизом и протеолизом, обычно развиваются через 7 сут. Ухудшение запаха и вкуса и гелеобразование молока УВТ-обработки в результате липолиза и протеолиза не только связано с проявлением активности остаточных бактериальных липаз и протеиназ, но и с нативной щелочной протеиназой. Молоко после косвенного способа нагрева хранится дольше, чем после прямого (Hayes М. G., McSweeney P. L. Н., Kelly A. L., 2002).

Активность термостойких протеиназ, как нативных, так и микробного происхождения, является важным фактором в деле сохранения качества стерилизованного молока, полученного способом УВТ-обработки, в условиях длительного хранения при температуре окружающей среды.

Развитие протеолиза при хранении стерилизованного молока связывают с появлением в нем горького вкуса.

Коэффициент корреляции между выраженностью горького вкуса и степенью протеолиза при хранении молока УВТ-обработки в течение 10 недель при 20 °С составил в среднем 0,81. Такая зависимость установлена как при прямом, так и при косвенном способах нагрева – степень протеолиза за указанный период хранения составила в среднем 0,376 и 0,190 мкмоль свободных аминогрупп/мл соответственно.

Гидролиз белков при хранении стерилизованного молока (140 °С, 2...4 с, прямой способ нагрева) подтверждается заметным изменением содержания в нем различных азотистых веществ (табл. 70) (Селезнев В. И., Домбровская Е. И. и др.). Заметную роль в протеолитической активности стерилизованного молока отводят термостойким протеиназам Pseudomonas.

Таблица 70

¹⁾ Содержание небелковых азотистых веществ приведено в мгN%.

Обнаружено, что при хранении цельного и обезжиренного УВТ-обработанного молока (147°С с выдержкой 2 с – прямой способ нагрева и 149 °С с выдержкой 23 с – косвенный способ нагрева) в течение 11 недель при 22 °С активности нативной и бактериальных протеиназ были более выражены в обезжиренном молоке, обусловливающие большую степень протеолиза в обоих способах нагрева (Lópéz-Fandino R., Olano A. et al., 1993).

Установлено, что выдержка при стерилизации молока в большей степени, чем температура стерилизации, влияет на продолжительность хранения стерилизованного молока. Так, стерилизация при 140°С в течение 16 с оказалась достаточной для получения стерилизованного молока, хорошо сохраняющего свое качество в течение 12 недель при 20 °С, по сравнению с обработкой в течение 4,8 с и при той же температуре, когда влияние стерилизации на протеазы было незначительным (Driessen F. М., Walls С. В., 1978).

В табл. 71 приведены данные по влиянию остаточной активности протеолитических ферментов на органолептическую оценку молока после УВТ-обработки. Коэффициент корреляции между органолептической оценкой молока после УВТ-обработки и активностью в нем протеолитических ферментов составил в среднем 0,65. Более тесная корреляция была в случае прямого способа нагрева, чем косвенного. Таким образом, косвенный способ УВТ-обработки молока в части инактивации термостойких протеаз, как и липаз, более надежный, чем прямой способы нагрева (Mottar T., 1981).

Таблица 71

¹⁾ НБА – небелковый азот.

Высокая протеолитическая активность молока после УВТ-обработки связана не только с возникновением горького вкуса при длительном хранении, но и с его загустеванием (образованием геля). Так, в молоке, полученном в асептических условиях, в дальнейшем обезжиренного и подвергнутого УВТ-обработке путем прямой инжекции паром при 142 °С и выдержке 4 с, образование геля обнаружено через 90 дней его хранения при 20 °С.

Рис. 52. Изменение содержания различных фракций казеина при хранении молока после УВТ-обработки (Snoeren T.H., Spek C.A. et al., 1979):

1 – γ-казеин; 2 – к-казеин; 3 – α_s1-казеин; 4 – α_s2-казеин; 5 – β-казеин

На рис. 52 представлены данные, характеризующие относительную степень гидролиза различных фракций казеина в таком молоке. Большему гидролизу подвергался β- и α_s2-казеин. Гелеобразование при хранении УВТ-обработанного молока связывают и с остаточной активностью нативной протеиназы молока – плазмином (по Hayes М., McSweeney R. L. Н., Kelly A. L., 2002).

Гелеобразование при хранении стерилизованного молока может быть результатом не только остаточных активностей термостойких протеиназ как нативного, так и бактериального происхождения, но и возможной реактивации этих ферментов. Причина гелеобразования может заключаться и в том, что при гидролизе β-казеин теряет 4/5 фосфатных остатков и гидрофильную часть пептидной цепи, вследствие чего мицеллы казеина становятся неустойчивыми и начинают коагулировать (Reimendes Е. Н., Klostermeyer Н., Sayk Е.).

Считают, что наряду с ферментативным процессом гелеобразования молока после УВТ-обработки при длительном хранении имеет место и (или) только чисто физико-химический процесс гелеобразования. Так, важными факторами, влияющими на потерю стабильности стерилизованного молока, являются образование комплекса β-лактоглобулина с казеином и изменение молекулярной структуры мицелл казеина в результате сильного теплового воздействия на молоко. Причиной гелеобразования может быть и реакция Майара, которая стимулирует полимеризацию казеина. Для протеолиза важным является также наличие в молоке термолабильного ингибитора протеиназ. Вместе с тем, ферментативный процесс гелеобразования считают основным. Какие ферменты будут преобладать в процессе гелеобразования, будет зависеть от количества и вида бактериального обсеменения молока перед его тепловой обработкой, концентрации и активности в молоке нативных протеиназ. Структура образующегося геля при длительном хранении стерилизованного молока будет зависеть от преобладания тех или иных протеиназ. Нативные протеиназы образуют гель, который не имеет типичной структуры, в то время как бактериальные протеиназы образуют гель, напоминающий сычужный сгусток (Humbert G., Alais Ch., 1979; Shmidt D. G., 1980).

В табл. 72 приведены данные по зависимости между степенью протеолиза и образованием осадка при хранении УВТ-обработанного молока (Шидловская В. П., 2004).

Отмечают, что при прямом способе УВТ-обработки молока гелеобразование наступает раньше, чем при косвенном способе нагрева.

Считают, что продолжительность периода до наступления гелеобразования заметно увеличивается при добавлении к молоку полифосфатов, препятствующих агрегации мицелл казеина (Fox R. F., 1981).

Таблица 72

¹⁾ Осадок получен путем центрифугирования молока при 2000 об/мин в течение 10 мин и дальнейшей сушки при 100°С.

Таким образом, гликолитические, липолитические и протеолитические ферменты вызывают заметные изменения качества питьевого молока и молочных продуктов при хранении. Для уменьшения этой ферментативной активности необходимо снижать возможность всякого рода повторного бактериального обсеменения молока и хранить продукцию при 4...6°С. При хранении необходимо контролировать липолитическую и протеолитическую активности молока, как и перед его тепловой обработкой. В случае высокой активности необходимо усиливать режимы тепловой обработки молока. Это позволит прогнозировать продолжительность хранения питьевого молока и молочных продуктов после высокотемпературной пастеризации, УВТ-обработки в условиях неконтролируемых температур.