Свертывание белков молока сычужным ферментом является одним из наиболее важных процессов при выработке сыра. От скорости получения, структурно-механических и синеретических свойств сычужного сгустка за­висят структура, консистенция, рисунок и другие показатели сыра.

Механизм сычужного свертывания белков молока. Сычужное сверты­вание белков молока (сычужная коагуляция казеина) носит необратимый характер и включает две стадии — ферментативную и коагуляционную. Механизм обоих стадий окончательно не установлен. Существует несколь­ко теорий, объясняющих химизм взаимодействия сычужного фермента с казеинаткальций-фосфатным комплексом и последующей коагуляции параказеина — фосфоамидазная, гидролитическая и др.

Согласно разработанной П. Ф. Дьяченко фосфоамидазной теории сы­чужный фермент, разрывая фосфоамидную связь в молекуле казеина, ос­вобождает в образовавшемся параказеине ОН-группы фосфорной кисло­ты, которые связывают ионы кальция. Образование «кальциевых мости­ков» между молекулами параказеина приводит к коагуляции белков.

В соответствии с другой, получившей развитие в 80-х гг. XX в., теорией протеолитического действия сычужного фермента (гидролитическая теория), на первой стадии под действием основного компонента сычужного фермен­та химозина происходит разрыв пептидной связи фенилаланин (105)-метионин (106) в полипептидных цепях χ-казеина ККФК. В результате ограни­ченного специфического протеолиза молекулы χ-казеина распадаются на гидрофобный пара-χ-казеин и гидрофильный гликомакропептид. Фермен­тативную стадию схематически можно представить следующим образом:

Схема (с. 162)

Гликомакропептиды χ-казеинов имеют высокий отрицательный заряд и обладают сильными гидрофильными свойствами. При их отщеплении примерно наполовину снижается дзета-потенциал на поверхности мицелл казеина и частично разрушается гидратная оболочка. Таким образом, силы электростатического отталкивания между частицами уменьшаются и дис­персная система молока теряет устойчивость.

На второй стадии частично дестабилизированные мицеллы казеина (параказеина), содержащие в отличие от нативных мицелл параказеинаткальцийфосфатный комплекс (ПККФК), собираются в агрегаты из двух, трех и более частиц, соединяющихся затем между собой продольными и попе­речными связями в единую сетку, образуя сгусток (рис. А.9), то есть про­исходит гелеобразование.

При понижении агрегативной устой­чивости дисперсных систем может про­исходить (или происходит) истинная ко­агуляция, или гелеобразование. В первом случае частицы полностью теряют устой­чивость, и, слипаясь друг с другом, обра­зуют хлопья или осадок — коагулят. Во втором случае частицы теряют устойчи­вость не по всей поверхности, а на неко­торых участках, вследствие чего они сли­паются и образуют пространственные сетки (рис. А. 10).

По данным ВНИИМС (и бывшего его Литовского филиала), сычужное сверты­вание протекает в четыре стадии (фазы):

I— стадия индукционного периода (подготовительная фаза); II — стадия флокуляции (стадия интенсивной коагуляции); III — стадия нестабильно­го равновесия (фаза уплотнения сгустка); IV — стадия синерезиса.

Реограмма, отражающая процесс сычужного свертывания белков мо­лока, представлена на рис. А.11. Из реограммы видно, что после внесения сычужного фермента (точка О) наступает стадия индукционного периода, в течение которого вязкость молока почти не изменяется, лишь после точ­ки К на II стадии наблюдается ее резкое повышение, так как происходит массовая агрегация частиц. В точке Г (гель-точка) все агрегаты и цепочки частиц объединяются в пространственную структуру сгустка, и в течении III стадии вязкость остается постоянной — заканчивается образование и упрочнение структуры, после чего начинается ее разрушение с палением вязкости на IV стадии (стадии синерезиса посте точки С. О причинах воз­никновения в процессе сычужного свертывания стадии индукционного периода  (лаг-периода) существуют разные мнения. Так, Д. Далгляйш и М. Грин считают, что с момента внесения фермента одновременно проте­кают процессы ферментации и агрегации белков, но коагуляция наступает только после расщепления 86...90% χ-казеина.

Специалисты ВНИИМС (Б. А. Сурков, И. И. Климовский, В. А. Краюшкин и др.) предположили, что в течение стадии индукционного перио­да в результате обширного протеолиза χ-казеина происходят внутримицеллярные изменения четвертичной структуры мицелл казеина и т. д.

Следует отметить, что аналогичный реограмме вид имеет график изменения оптической плотности процесса сычужно­го свертывания молока.

Изменение реологических свойств молока и оптической плотности в процес­се сычужного свертывания позволило со­здать инструментальные методы произ­водственного контроля готовности сырно­го сгустка.

Влияние отдельных факторов на сы­чужное свертывание белков. Продолжи­тельность всего процесса гелеобразования и отдельных его стадий, а также качество образующихся сгустков опреде­ляются составом и свойствами молока, бактериальной закваски, сычуж­ного фермента, кислотностью молока, температурой свертывания, дозой хлорида кальция, режимом пастеризации молока и другими факторами.

Вместе с тем, исследованиями, проведенными во ВНИИМС, установ­лено, что независимо от перечисленных факторов отношения продолжи­тельности отдельных стадий гелеобразования являются величинами посто­янными (например, отношение времени, необходимого для образования плотного сгустка, к продолжительности индукционного периода всегда равно 1,26). Это позволяет по времени прохождения одних стадий пред­сказывать продолжительность других.

Тепловая обработка молока. При предварительной тепловой обработке молока его свертывание замедляется и качество сгустка ухудшается. Мо­локо, стерилизованное в автоклаве при температуре 120°С, сычужным фер­ментом не свертывается. При тепловой обработке молока с последующи­ми внесением в него раствора хлористого кальция из расчета 25...30 г су­хой соли на 100 кг молока продолжительность свертывания молока с по­вышением температуры пастеризации увеличивается, что видно из следу­ющих данных:

* Продолжительность свертывания сырого молока принята за 100%.

Из этих данных видно, что продолжительность свертывания молока при температурах пастеризации 70...75% увеличивается незначительно (все­го на 8,8%). Дальнейшее повышение температуры пастеризации нарушает коллоидно-химические свойства молока, и его свертывание ухудшается.

Состав и свойства молока. Скорость сычужного свертывания и плот­ность сгустка в первую очередь зависят от сыропригодности молока, ха­рактеризующейся показателями химического состава, физико-химических и биологических свойств. Молоко должно отличаться высоким содержа­нием белка, жира, СОМО и оптимальным соотношением между ними. Так, по исследованиям, проведенным К. Д. Буткусом, эти соотношения долж­ны быть: между жиром и белком 1,25...1,1; между жиром и СОМО 0,46...0,40; между белком и СОМО 0,42...0,36.

Под действием сычужного фермента молоко должно давать плотный сгу­сток и быть благоприятной средой для развития молочнокислых бактерий.

Не подлежит переработке на сыр молоко: плотностью ниже 1027 кг/м3; кислотностью выше 19...20°Т и ниже 16°Т (рН молока должен быть 6,58...6,7); анормальное молоко и молоко с содержанием соматических клеток более 500 тыс. в 1 мл.

Наиболее пригодно для сыроделия молоко с высоким содержанием в казеине αs-, χ- и β-фракций (их сумма должна составлять не менее 91%) и низким содержанием γ-фракции, так как последняя не свертыва­ется сычужным ферментом и остается в сыворотке. Длительное хране­ние молока при низких температурах (4...5°С) вызывает увеличение ко­личества γ-казеина и бывшей протеозо-пептонной фракции (рис. А.12, А.13), так как длительное хранение молока приводит к замедлению про­цесса его свертывания сычужным ферментом (рис. А.14). Вместе с тем (поданным ВНИИМС), добавление к молоку сывороточных белков, вы­деленных из подсырной сыворотки, ускоряет процесс сычужного свер­тывания молока.

Бактериальная закваска и сычужный фермент. Активность и доза бак­териальной закваски влияют на процесс сычужного свертывания, струк­турно-механические и синеретические свойства сгустка. Так, вследствие образования различного количества молочной кислоты изменяется уро­вень активной кислотности, который в свою очередь влияет на активность сычужного фермента, плотность получаемого сгустка и его синерезис. При подборе молочнокислых бактерий следует учитывать энергию кислотообразования, обуславливающую свойства образуемых сгустков.

Лучшим для сыроделия является сычужный фермент, содержащий два ингредиента — химозин (реннин) и пепсин (А и В). Оба ингредиента сверты­вают молоко, при этом химозин более активен. Молокосвертывающая актив­ность сычужного фермента зависит не только от соотношения ингредиентов, но и от свойств молока: кислотности, температуры и содержания в нем ионов кальция. Фермент стабилен при рН 5,3..6,3 (имеет оптимальную активность при рН 6,2 и температуре 40°С). Однако чистый сычужный фермент является дорогостоящим препаратом, так как его получают из сычуга молодых телят. При этом в ферменте содержится до 70% химозина. С возрастом состав фер­мента меняется, и у взрослых животных в нем преобладает пепсин. Техни­ческий препарат сычужного фермента содержит примесь 30...40% пепсина и имеет достаточно высокую молокосвертывающую активность.

Говяжий пепсин, наряду с его пониженной молокосвертывющей, обла­дает высокой протеолитической активностью. Поэтому сыры, изготовлен­ные с применением такого фермента, часто имеют пороки вкуса — горечь.

Наиболее оптимальным для сыроделия является применение различ­ных ферментных препаратов, представляющих смесь сычужного фермен­та с говяжьим пепсином (или пепсинами домашней птицы).

В отечественном сыроделии наиболее распространены следующие фер­ментные препараты: сычужный порошок; пепсин пищевой свиной; пепсин пищевой говяжий; ферментный препарат ВНИИМС ФП; фермент­ный препарат ВНИИМС ФП-2; ферментный препарат ВНИИМС ФП-6; ферментный препарат ВНИИМС ФП-7.

Характеристика ферментных препаратов приведена в табл. А.10.

В последние годы в отечественном сыроделии стали применяться фер­ментные препараты микробного (плесневого и бактериального) происхож­дения, в основном, импортного производства.

Увеличение дозы сычужного фермента ускоряет процесс сычужного свертывания молока — сокращается общая продолжительность гелеобразования и его отдельных стадий.

Кислотность молока и температура свертывания. Титруемая кислотность молока влияет как на скорость свертывания, так и на структурно-механи­ческие свойства сычужного сгустка. Чем выше кислотность молока, тем быстрее происходит свертывание белков молока и возрастает скорость синерезиса. Данные об ускорении свертывания за счет повышения кислот­ности молока приведены ниже:

Так, при повышении кислотности па 1°Т продолжительность сверты­вания сокращается в среднем 8%, но особенно важно повышение кислот­ности от 18 до 19°Т. При низкой кислотности образуется неплотный, вя­лый сгусток, при повышенной — излишне плотный сгусток, из которого получается сыре пороком консистенции — крошливость. Оптимальная кис­лотность (зрелость) молока перед свертыванием должна быть 19...20°Т при выработке твердых сыров и 22...25°Т — мягких сыров.

При добавлении к молоку (рН 6,62) кислот — свертывание молока ус­коряется примерно вдвое (для рН 6,32); при добавлении щелочей — замед­ляется в два раза (для рН 6,92).

Влияние температуры молока на скорость свертывания сычужным фер­ментом выглядит следующим образом.

Как видно, скорость свертывания молока при повышении температу­ры сначала увеличивается, достигая наибольшего значения при 41°С, а за­тем уменьшается, то есть продолжительность сычужного свертывания со­кращается при повышении температуры с 10°С вплоть до оптимальной для сычужного фермента — 40...42°С.

Таблица А.10

Характеристика некоторых отечественных ферментных препаратов

*Наличие патогенной микрофлоры не  допускается.

На практике при производстве твердых сыров температура 30...34°Собеспечивает получение достаточно плотного сгустка за 25...30мин. Повышение температуры до 50°Си более увеличи­вает продолжительность свертывания (при 60°Ссвертывания не происхо­дит). При пониженных температурах свертывания образуется мягкий сгу­сток, при повышенных — вязкий (твердый). При температуре ниже 10°Свместо сгустка образуются мелкие хлопья, молоко ферментом практичес­ки не свертывается, однако при последующем повышении температуры сгусток образуется. При больших объемах производства часто применяют ферментацию молока, то есть его выдержку с сычужным ферментом при низких температурах.

Соли кальция. При незначительном содержании ионов кальция моло­ко, как правило, свертывается ферментом медленно и из него образуется дряблый, трудно поддающийся дальнейшей обработке сгусток или он вов­се не образуется. Поэтому добавление к молоку после пастеризации при составлении смеси в сыродельной ванне (сыроизготовителе) хлорида каль­ция (или фосфата) ускоряет сычужное свертывание и повышает интенсив­ность синерезиса сгустка, делая его более прочным. Так, внесение в моло­ко даже минимальной дозы хлорида кальция (10 г на 100 кг молока) сокра­щает продолжительность сычужного свертывания в два раза (К. Д. Буткус).