Свежее натуральное молоко содержит примерно 87 г/100 г воды и 13 г/100 г СМО. Состав молока для йогурта после нормализации и/или обогащения несколько изменяется: содержание воды в нем 84-86 г/100 г, а СМО - 14-16 г/100 г. 

Несмотря на кажущуюся простоту состава (основные компоненты молока — вода, углеводы, жир, белки и минеральные вещества), оно имеет весьма сложную структуру (см. рис. 2.2). Компоненты молока распределены в основном между двумя дисперсными системами — жировыми шариками и их мембранами (см. рис. 2.11 на с. 66), образующими эмульсию, и комплексами казеиновых мицелл, образующими коллоидный раствор. В целом обе эти системы термоустойчивы. Данные о влиянии на них тепловой обработки и ее связи с производством йогурта сведены в табл. 2.16, из которой очевидно, что при тепловой обработке молоко для йогурта претерпевает ряд изменений.

2.9.3.1 Влияние на белки

В ряде работ приводятся результаты исследования белков молока (например, [82, 175,186,193,226, 263, 267,385,419,920,932], а также взаимодействия компонентов молока, включая основные их химические изменения, и поведения белков молока в различных пищевых системах [187, 440, 695, 943]. Содержание основных белков и
их составляющих в молоке следующее:

Казеин: 76-88% от общего содержания белка

Сывороточные белки: 15-22% от общего содержания белка

Протеоза/пептоны: 2- 6% от общего содержания белка.

Основным белком молока крупного рогатого скота является казеин, играющий главную роль в производстве определенных видов молочных продуктов, например, йогурта и сыра. На основе предложенных моделей структуры белков можно предположить, что казеин существует в виде мицелл или агрегатов субмицелл, сформированных
в основном a- и b-казеинами, стабилизированных к-казеином, содержащих кальций и фосфат кальция [82].

Сывороточные белки находятся в растворе и имеют более компактную, сферическую форму, чем казенны. Их структура обусловлена формированием дисульфидных связей (вследствие присутствия большого количества серосодержащих аминокислот), незначительным содержанием фосфатных групп, а также тем фактом, что
сывороточные белки в нативном состоянии не образуют ассоциатов и менее чувствительны к кальцию, чем казеин [82]. Функциональные свойства белков сыворотки становятся более явными после нагревания молока, поскольку при температуре выше 80 С они денатурируются и связываются с к-казеином, повышая стабильность мицеллы.

Таблица 2.18. Изменения (%) азотистых фракций молока различных видов млекопитающих после нагревания

Хорошей иллюстрацией подобного эфекта является предварительный нагрев молока до 90 Щ в течение времени, обеспечивающего полное взаимодействие между белками, благодаря чему последующий его нагрев до 120-140 °С (например, при производстве УВТ-молока) позволяет получить конечный продукт высокой стабильности.
Сравнительные данные о влиянии нагревания на белки молока (включая казеины) различных видов млекопитающих представлены в табл. 2.18. 

Казеины, как было сказано выше, более термоустойчивы, чем сывороточные белки. Так, b-Лг и a-Ла денатурируются при температурах, применяемых для обработки молочной основы [199, 533, 695, 944], и если денатурированый b-Лг реагирует с другими компонентами молока, то a-Ла вступает во взаимодействия, вызванные тепловой денатурацией, только после сильной тепловой обработки [197,816]. Возможные взаимодействия и их последствия могут быть следующими:

• объединение мелких агрегатов денатурированных молекул b-Лг с образованием более крупных агрегатов под действием только нагрева [948] или как функция рН и температуры [570];
• взаимодействие между b-Лг и к-казеином как результат нагревания молока, включающий гидрофобные взаимодействия высвободившихся SН-групп [194, 340, 662];
• при нагревании молока до 90 °С взаимодействия b-Лг и a-Ла с казеиновыми мицеллами имеют похожую кинетику, однако при ультравысокотемпературном нагреве молока молекулы a-Ла вступают в реакцию медленнее, чем молекулы b-Лг из-за изменения скорости теплопередачи [179,180];
• тепловая обработка может существенно повлиять на некоторые белки оболочек жировых шариков [478], поэтому взаимодействие между денатурированными белками сыворотки и белками оболочек жировых шариков нельзя объяснить исключительно образованием SS-связей

• прикрепление к-казеина к поверхности оболочек жировых шариков приводит к потере триацилглицеринов и изменению содержания липидов при нагревании молока до 80 °С и выдержке в течение 20 мин [108,393,394, 827]; 
• взаимодействие b-Лг с поверхностью жировых шариков гомогенизированного молока может вытеснить адсорбированный мицеллярный казеин [197, 815, 816, 946,947];
• связывание коллоидного фосфата кальция и других ионов казеином; наблюдающийся при этом сдвиг солевого равновесия не является решающим для образования кислотного геля [64-67, 384,806,919, 957];
• объединение казеиновых мицелл в крупные частицы, а также диссоциация казеиновых мицелл с образованием растворимых казеинов при 100 °С или выше [534, 827].

Очевидно, что изменения белков молока, вызванные нагреванием и последующее образование кислоты (см. раздел 2.10.3 о формировании геля) могут повлиять и на другие свойства. Например, оптимальные гидрофильные свойства белков получены при нагревании до 85 °С в течение 30 мин [317—319]. Влияние различных видов
тепловой обработки на сгусток коровьего молока показано в табл. 2.19.

Ускорение процесса формирования геля обусловлено, возможно, взаимодействием между b-Лг и казеином, поскольку нагревание молока в течение 30 мин при 80 °С вызывает денатурацию более 90% b-Лг и лишь 60% сх-Ла [527]. В работе [319] сообщается, что максимальная гидратация белков наблюдается при нагревании молока
до 85 °С и постепенно уменьшается с повышением температуры; этот взгляд разделяют многие исследователи, например, [418,719]. Снижение гидрофильных свойств комплекса казеин/b-Лг может отрицательно повлиять на качество йогурта, увеличивая склонность сгустка к синерезису, поэтому без учета других соображений тепловая
обработка молока при производстве йогурта должна производиться при температуре от 85 до 95 °С.

Таблица 2.19. Влияние тепловой обработки на процесс коагуляции белков при производстве йогурта

По [694] действие нагревания на белки представляет собой двухстадийный процесс, на первой стадии которого происходят структурные изменения (развертывание белковой глобулы), на второй — агрегация (объединение) денатурированных молекул белка, за которой может последовать коагуляция (в зависимости от степени и продолжительности нагревания). В b-Лг такой процесс происходит за счет реактивации —SН-групп в результате нагревания [921]. Образующиеся агрегаты могут быть двух размеров в зависимости от вида действующих реактивных групп: малые агрегаты b-Лг (3.7S) со сшиванием —Н-группами и крупные агрегаты b-Лг (29S), в которых существенным может оказаться образование SS -связей (ссылки на некоторые более ранние работы имеются в [563, 608,796].

В 1970-х гг. в публикациях по исследованию тепловой денатурации b-Лг признавалось лишь взаимодействие между b-Лг и к-казеином, но в сообщениях [231-233] было сделано предположение, что и a-Ла также участвует в этом процессе. Сущность этого взаимодействия может быть описана следующей схемой:

Однако в работе [643] была предложена несколько модифицированная модель, в которой денатурированный b-Лг ассоциируется с к-казеином казеиновых мицелл (фаза 1). Это приводит к формированию «отростков» казеиновых мицелл, имеющих неупорядоченную структуру, и поверхность становится высокогидрофобной. Когда a-Ла начинает денатурироваться (фаза 2), он взаимодействует с b-Лг и заполняет промежутки в структуре, возникшие в фазе 1. Количество a-Ла, присутствующего на поверхности мицелл, зависит от процесса нагревания и его интенсивности. Все это приводит в конечном итоге к образованию более гладкой поверхности с gониженной гидрофобностью и увеличивает влагоудерживающую способность белковой матрицы (см. [371]). В работе [141] был сделан вывод, что вызванная нагреванием агрегация a-Ла зависит от концентрации свободных групп —SН, присутствующих в других белках сыворотки и происходит, по-видимому, в результате разрыва внутримолекулярных дисульфидных (—SS) связей в a-Ла, ведущего к агрегации.

2.9.3.2 Влияние скорости денатурации белков сыворотки 

В работах [5336,534] была проведена количественная оценка относительных скоростей необратимой денатурации белков сыворотки (иммуноглобулинов, сывороточного альбумина и лактоферрина, b-Лг и a-Ла) в молоке различных млекопитающих при нагревании до 70-90 °С. Опубликованные результаты позволяют предположить, что

• содержание отдельных белков сыворотки коровьего, козьего и овечьего молока различно, например, общее содержание сывороточных белков составляет 0,65; 0,61 и 1,1 г/100 г соответственно;
• подверженность тепловой денатурации сывороточных белков молока этих трех видов млекопитающих изменяется в ряду: иммуноглобулины > альбумин сыворотки крови и лактоферрин > b-Лг > a-Ла;
• начало денатурации сывороточных белков молока различных животных при 90 *С характеризуется следующим образом: овца > коза > корова.

Вопросы влияния нагревания на белки рассматриваются также в работах [133, 536-539, 8891. Известно, что добавление термолабильного генетического варианта b-ЛгА к сырому молоку уменьшало синерезис йогурта в случае обработки молочной основы при 70 “С [93, 544]; такой подход к изготовлению йогурта может в будущем
стимулировать попытки направленно воздействовать на состав белковых компонентов в процессе их синтеза в вымени коровы.

2.9.3.3 Влияние на взаимодействие «белок-жир»

На основе подробного изучения взаимодействий «белок-жир» в восстановленном молоке было установлено [828-830] , что эти взаимодействия зависят от многих факторов, например:
• повышение содержания белков в обезжиренном молоке приводит к увеличению белковой нагрузки на поверхность жира, максимум которой достигает 6 мг/м2;
• крупные жировые шарики имеют меньшую белковую нагрузку (в основном это белки сыворотки);
• изменение соотношения «белок сыворотки/казеин» в обезжиренном молоке уменьшает количество белка, адсорбированного на поверхности жировых шариков, и может влиять на состав белкового слоя;
• степень диссоциации к-казеина увеличивается при увеличении СОМО в восстановленном обезжиренном молоке от 10 до 20 г/100 г при рН 6,5—7,1 до нагревания или только в результате нагревания при 120 °С в течение 2-11 мин
при рН 6,5;
• скорость диссоциации к-казеина с поверхности жировых шариков и казеиновых мицелл зависит от рН;
• белковая нагрузка поверхности жировых шариков уменьшается, и при разрушении казеиновых мицелл после удаления коллоидного фосфата кальция состав адсорбированного на поверхности жирового шарика белка изменяется.

2.9.3.4 Влияние на другие компоненты молока 

Очевидно, что наибольшим изменениям в результате тепловой обработки молока, применяемой при производстве йогурта, подвергаются сывороточные белки, хотя определенное значение могут иметь изменения и некоторых других компонентов молока, например:
• нагревание может влиять на состояние солеи молока, особенно кальция, фосфата, цитрата и магния; эти соли могут существовать в молоке в виде растворимых ионов или в коллоидной форме как часть комплекса казеиновых мицелл, а нагревание молока при 85 °С в течение 30 мин может перевести в коллоидную фазу до 16% растворимого кальция [458];
• нагревание молока может снизить количество присутствующего кислорода, т. е. уменьшить окислительно-восстановительныи потенциал, стимулирующий рост закваски;

• обычно применяемые на производстве умеренные режимы тепловой обработки позволяют удалить нежелательные привкусы молока, однако сильное нагревание может привести к появлению посторонних привкусов — например, карамельного, вызванного реакцией Майяра между лактозой и аминогруппами белков;
• нагревание вызывает изменения витаминного состава молока; как известно, витамины молока делятся на две основных группы — так называемые жирорастворимые витамины (например, А, D, Е и К), связанные с жировым компонентом молока, и водорастворимые витамины (например, витамины группы В и С). Жирорастворимые витамины относительно термоустойчивы, а витамины Вб, В12 и С неустойчивы к действию тепла; в табл. 2.20 показаны потери чувствительных к нагреванию витаминов молока при различных видах тепловой обработки; относительно высокая температура тепловой обработки молока при производстве йогуртов, может, таким образом, вести к значительному уменьшению содержания некоторых витаминов, а присутствие растворенного кислорода значительно повышает чувствительность неустойчивых к теплу витаминов [26,137,349, 740, 741,817,921];
• нагревание молочной основы йогурта, снижая содержание некоторых витаминов, отрицательно влияет на питательные свойства йогурта, но одновременно может улучшить усваиваемость белков в кишечном тракте [720];
• в результате изменений молочных компонентов при нагревании на поверхностях технологического оборудования образуется осадок, в связи с чем уменьшается время эффективной работы теплообменников и требуется их очистка;
исследования различных типов отложений на греющих поверхностях аппаратов и роли компонентов молока описаны в работах [271, 304, 373, 437, 438, 724].

Продолжительность работы пластинчатого теплообменника при обработке свежего натурального молока больше, чем при обработке восстановленного молока при той же температуре. Следует отметить, что большинство технических данных получено в основном в ходе исследований, выполненных на цельном или обезжиренном молоке, однако физико-химические изменения, происходящие в молоке для йогурта, и степень этих изменений могут зависеть от состава молочной основы. 

Таблица 2.20. Потери витаминов (%) в молоке при различных тепловых процессах