Вскоре после того, как человек стал употреблять в пищу молоко животных, он заметил, что через некоторое время оно прокисает и коагулирует (свертывается). Это происходит вследствие бактериальной загрязненности. К счастью, в молоке преобладают бактерии, вырабатывающие молочную кислоту, которая снижает рН молока и ингибирует рост бактерий, вызывающих гнилостные процессы и заболевания. Поэтому присутствие молочной кислоты в кисломолочных продуктах необходимо. Исследователи выделили ацидофилин, лактоцидин и лактолин в дополнение к ранее открытым низину и диплококцину. Все эти вещества являются антибиотиками, которые вырабатываются бактериями при сквашивании молока. Салмонеллы и стафилококки - два наиболее важных вида бактерий, вызывающих пищевые отравления, ингибируются определенными видами бактерий молочнокислых заквасок.
Вскоре после обнаружения хороших вкусовых качеств сквашенного молока различные племена разработали собственные способы изготовления данного продукта. Поэтому известно несколько видов кисломолочных продуктов. На западе наиболее широко распространены такие продукты, как пахта (приготовленная на чистых культурах), ацидофильное молоко и йогурт. В Восточной Европе и России популярны болгарская простокваша, кефир и кумыс. В двух последних содержится от 1 до 2,5% спирта, вырабатываемого дрожжами, сбраживающими лактозу. Кумыс обычно изготовляют из кобыльего молока, а кефир - из козьего, овечьего или коровьего. Сметану вырабатывают из сливок путем их сквашивания, она имеет полутвердую консистенцию. Молочнокислые продукты получают при сквашивании молока чистыми культурами молочнокислых бактерий, образующих молочную кислоту в результате молочнокислого брожения, либо добавлением готовой молочной кислоты (не менее 0,2% по отношению к готовому продукту). Чистые бактериальные культуры широко используются при производстве кисломолочных продуктов. Наряду с молочнокислым брожением правомерны также и такие термины, как «ферментация» и «сквашивание», так как молочная кислота, которая вызывает свертывание белков молока, образуется при ферментативном разложении молочного сахара (лактозы) лактазой.
Независимо от вида получаемого кисломолочного продукта общая технологическая схема включает следующие операции: 1) приготовление молочнокислой закваски; 2) подготовка молока (цельного, обезжиренного), сливок или другого продукта к сквашиванию (гомогенизация, пастеризация); 3) внесение молочнокислой закваски и сквашивание; 4) созревание готового продукта. Если продукт должен иметь жидкую консистенцию, то сгусток разбивают и перемешивают до получения гомогенной массы. После созревания и перемешивания при необходимости продукт охлаждают, чтобы приостановить брожение и повышение кислотности. Далее жидкие продукты обычно расфасовывают. На некоторых заводах йогурт и сметану расфасовывают перед созреванием.
Бактериальные культуры
Специалисты определяют закваску как бактериальную популяцию, которая вносится в молоко или молочные продукты для выработки молочной кислоты и (или) веществ, придающих кисломолочным продуктам характерный аромат.
Культуры используются также при производстве других ферментативных продуктов, таких, как сосиски, маринады и квашеная капуста.
Наряду с первичными функциями большинство культур оказывает побочное влияние на продукт. Каждый микроорганизм, вырабатывающий кислоту, вызывает появление характерных запахов. При использовании Streptococcus diacetilactis образуется больше кислоты и диацетила, чем при использовании Leuconostoc citrovorum.
Диацетил является основным компонентом, определяющим вкус и запах кисломолочных продуктов. Это четырехуглеродный дикетон (СН3СОСОСН3, 2,3-бутанодион). Он придает продукту приятный запах ореха. Диацетил представляет собой продукт окисления лимонной кислоты, и таким образом, L. citrovorum и S. diacetilactis образуют ферменты, окисляющие лимонную кислоту. Иногда к молоку или сливкам добавляют лимонную кислоту в качестве дополнительного субстрата, из которого образуется диацетил.
При производстве кислой пахты и сметаны обычно используют несколько штаммов (чаще два) стрептококков, образующих кислоты, и ароматообразующие леуконостоки. Число используемых микроорганизмов каждого штамма должно быть сбалансировано, штаммы должны быть совместимы, потому что возможны случаи, когда одна культура будет угнетать другую, выделяя в среду ингибиторы.
Лаборатории, производящие закваски, обычно продают заводам чистые культуры в виде замороженного концентрата или препарата, полученного в результате лиофильной сушки.
Большим спросом пользуются замороженные концентраты, так как их нативная активность может сохраняться в течение нескольких недель при хранении в жидком азоте (-196° С). После размораживания они проявляют высокую активность. Их можно непосредственно вводить в молоко, из которого производится продукт, или размножать описанным ниже способом.
Существуют разные пути пересадки культуры. Для закваски нескольких сот литров продукта (например, при сквашивании пахты) замороженную концентрированную культуру можно вносить в производственную емкость. Часто на заводах готовят пользовательную культуру, которую переносят в несколько ванн (например, на заводах, изготовляющих сыр). На некоторых заводах предпочитают размножать материнскую (первичную) закваску. На этих заводах имеется небольшое количество замороженных культур. Ежедневно в свежую среду переносят около 0,5-1% материнской культуры. Производственные закваски готовятся из материнской закваски по мере надобности. Активность исходной культуры нужно регулярно проверять. Чтобы не произошло загрязнения материнской закваски, необходимо особенно тщательно соблюдать правила обращения с культурами. Их пересев проводится в стерильную среду, в то время как молоко для приготовления вторичной закваски обычно не стерилизуют, а лишь выдерживают при температуре 75° С в течение 30 минут или при температуре 95° С в течение часа в зависимости от целей.
Среда, используемая для пересева, должна способствовать быстрой репродукции микроорганизмов. Такой средой является молоко, свободное от антибиотиков и нагретое до температуры, при которой разрушаются естественные бактерицидные компоненты и погибают бактерии. Однако перегревание недопустимо, потому что репродукция микроорганизмов, вносимых в среду, будет замедлена из-за разрушения факторов роста. Предельные допустимые условия - это температура 121° С и выдержка 15 минут.
Поставщики чистых культур считают необходимым включение в эти культуры стимулирующих веществ, а также бактериофагов. Используя сухой обезжиренный молочный остаток в качестве основы, они добавляют экстракт поджелудочной железы в качестве стимулятора, а фосфатные соли в виде бактериофагных ингибиторов. Последние связывают кальций в хелатный комплекс. Кальций необходим для бактериофага при заражении бактериальных клеток. Однако следует предотвращать заражение бактериофагом производственной закваски и молока. Этого можно достигнуть: 1) проведением эффективной мойки и дезинфекции посуды и оборудования; 2) использованием различных культур, обладающих различной индивидуальной чувствительностью к бактериофагу; 3) путем предотвращения бактериального загрязнения.
Пахта
Пахта является побочным продуктом при сбивании сливок в масло. Пахта употребляется в свежем виде; кроме того, ее сушат и применяют в хлебопекарной промышленности. В настоящее время пахту изготовляют путем заквашивания обезжиренного молока или молока с низким содержанием жира Streptococcus cremoris и L. citrovorum Эти бактерии, развиваясь, образуют следующие вещества, придающие аромат продукту: молочную кислоту, диацетил, летучие органические кислоты (муравьиная, уксусная, пропионовая, масляная, валерьяновая), альдегид и этанол. Вкус, аромат и консистенция конечного продукта зависят от качества исходного сырья, набора микроорганизмов в закваске и продуктов, образуемых микроорганизмами. Таким образом, указанные свойства могут быть различными у продуктов из разных партий, выпущенных в один и тот же день на одном или разных заводах, поэтому при производстве этого продукта нужно стремиться уменьшать влияние факторов, сказывающихся на его качестве и однородности.
При использовании обезжиренного молока необходимо в продукт добавлять СОМО, чтобы его общее содержание составляло до 12-13,5%. Пастеризация должна проводится так, чтобы происходила денатурация сывороточных белков, возрастала вязкость и высвобождались вещества, в состав которых входит сера, снижающие резкость запаха.
Время прекращения брожения кисломолочных продуктов лучше определять по их вкусу, аромату и кислотности. Конечно, на титрируемую кислотность влияет содержание СОМО. Для обезжиренного молока, содержащего СОМО 9%, кислотность должна быть 0,85%. Если содержание СОМО в продукте не соответствует 9%, то к показателю кислотности на каждый процент СОМО, отличной от 9, вносится поправка 0,07%. При содержании сухого вещества выше 9% поправка вносится со знаком плюс, ниже - с минусом.
Пастеризация должна проводиться при 80° С в течение 30 минут или в течение 2 минут при 90° С. Далее молоко охлаждают до 21° С и перекачивают в стерильную ванну (из нержавеющей стали), вносят 1% закваски (от общего количества молока) и сквашивают в течение 12-14 ч или до тех пор, пока титруемая кислотность не достигнет приблизительно 0,85%. Затем продукт охлаждают до 4° С при осторожном перемешивании, чтобы свести к минимуму насыщения продукта воздухом. Иногда, чтобы придать продукту запах и привлекательный вид, в него добавляют немного масла. В стакане пахты (125 г), вырабатываемой из обезжиренного молока (без добавления масла), содержится около 43 калорий. Белки пахты легко перевариваются и усваиваются в результате воздействия высокой температуры при пастеризации и молочной кислоты.
Сметана и соусы
У населения США пользуется большой популярностью однородная с нежным запахом сметана с низким содержанием жира и соусы. Американские соусы напоминают майонез с различными наполнителями. Сметана обычно содержит не менее 18% молочного жира, в то время как в сметане с низким содержанием жира его количество составляет около 10%. Эти продукты по калорийности на 1/4-1/2 менее питательны по сравнению с эквивалентными количествами таких продуктов, как майонез, прованское масло и другие приправы. Соусы вырабатываются с разным содержанием жира и содержание жира в них значительно ниже, чем в сметане из-за внесения различных наполнителей.
Технология производства сметаны во многом схожа с производством кислой пахты, за исключением гомогенизации исходного сырья, которая является важной дополнительной операцией. Пастеризация сливок при производстве сметаны проводится при 74° С в течение 30 минут или 25 с при 85° С, а затем их медленно гомогенизируют при давлении 180 кг/см2. Сливки можно гомогенизировать повторно при температуре 80-85°С или при 40° С. Двойная гомогенизация обеспечивает повышенную вязкость сметаны. После охлаждения сливок вносят при тщательном перемешивании закваску, содержащую различные виды бактерий, вырабатывающих кислоту и придающих разнообразный аромат. Созревание происходит при температуре 21-25°С в течение 8-14 ч. Если сквашивание проводится в ванне, то после его окончания продукт с помощью насоса перекачивается через специальное устройство, которое обеспечивает дробление сгустка и получение однородной консистенции. На некоторых заводах предпочитают проводить сквашивание сливок в тех же емкостях, в которых хранится и реализуется готовый продукт.
При горячей расфасовке в свежеприготовленную сметану вводится стабилизатор, затем ее нагревают, гомогенизируют и расфасовывают в горячем виде в стеклянную или металлическую тару, которая немедленно запечатывается. Такая технология позволяет значительно увеличить срок хранения продукта.
Йогурт
Родиной йогурта является Восточная Европа. Йогурт в основном употребляют в перерывах между едой, на десерт или полдник.
Несмотря на различное написание (yogurt, yoghurt, yahourt, yaourt, leben, madzoon и др.) слова «йогурт», этот продукт получается с помощью сбраживания молока такими бактериями, как Lactobacillus bulgaricus и Streptococcus thermophilus во всех странах, за исключением Турции, где добавляются дрожжи, сбраживающие лактозу, йогурт в большом количестве содержит белок, лактозу и витамины группы В, его составные компоненты легко усваиваются.
Традиционно этот напиток получают из молока, несколько сгущенного при кипячении. В настоящее время йогурт получают из гомогенизированного молока, молока с низким содержанием жира и обезжиренного молока с добавлением СОМО. При увеличении содержания сухого обезжиренного молочного остатка увеличивается твердость сгустка йогурта.
При использовании молока с добавлением СОМО общее содержание сухого вещества в продукте должно быть около 15%. Однако если используется обезжиренное молоко без добавления СОМО, то в этом случае общее содержание сухого вещества в продукте будет 8,5-9%. йогурт, реализуемый в США, имеет концентрацию сухого вещества от 12 до 15%.
Высокотемпературная обработка молока (85° С в течение 10-30 минут, но не более, поскольку перегревание проявляется в появлении в продукте мягкой консистенции) при выработке йогурта необходима для того, чтобы произошла денатурация сывороточных белков, в результате чего увеличивается способность белков к связыванию воды и высвобождению аминокислот, необходимых для роста L. bulgaricus. L. bulgaricus выделяет ферменты, вызывающие расщепление белков до аминокислот, в особенности до валина, который служит хорошим субстратом для роста S. thermophilus. При развитии S. thermophilus происходит потребление кислорода, и тем самым создаются благоприятные условия для роста L. bulgaricus. В результате жизнедеятельности S. thermophilus образуется муравьиная кислота, которая, в свою очередь, стимулирует рост L. bulgaricus.
Для жизнедеятельности этих видов бактерий требуются высокие инкубационные температуры (41-45° С). Соотношение микроорганизмов в культуре можно регулировать изменением температуры. В исходной закваске должно быть определенное соотношение видов бактерий, чтобы получить продукт с желательными свойствами. Обычно соотношение между L. bulgaricus и S. thermophilus составляет 1:1 или 1:3. При преобладании L. bulgaricus образуется более выраженный кислотный аромат. Отсутствие запаха обычно относят за счет пониженной активности L. bulgaricus в продукте.
Для получения йогурта плотной консистенции с рН 4,6-4,8 необходимо вносить 2% активной закваски и сквашивать в течение 3 ч при температуре 42° С. При производстве йогурта с использованием концентрированных замороженных культур сквашивание молока продолжается 5-8 ч. Однако при 8-часовой продолжительности сквашивания продукт может образовываться с более мягкой, сметанообразной консистенцией. После сквашивания проводится постепенное охлаждение продукта, чтобы предотвратить нарастание кислотности и выделения сыворотки. На ранних стадиях охлаждения продукта его нельзя транспортировать, чтобы не вызвать отделения сыворотки. Конечное значение рН продукта зависит от условий производства и колеблется от 3,8 до 4,4. Важнейшими веществами, определяющими запах йогурта, являются молочная, уксусная кислоты, уксусный альдегид. Для получения достаточного количества альдегида (по крайней мере 8 млг/г) необходим симбиоз между двумя видами бактерий.
На некоторых заводах для выработки йогурта используют ванны. Заквашенное молоко выдерживается в ванне до образования кислоты 0,85-0,9%, после чего сгусток перемешивают и охлаждают до температуры 20° С, чтобы предотвратить дальнейшее образование кислоты в продукте, затем добавляется сахар и фруктовые наполнители; далее смесь перекачивают для расфасовки. Консистенция продукта лучше всего сохраняется в картонных стаканчиках в охлажденном виде, особенно в случае добавления желатина или другого подходящего стабилизатора.
Энгель выделил фермент лактазу, способный вызывать гидролиз лактозы молока при получении йогурта перед внесением бактерий. Получающаяся в результате смесь в 2-3 раза слаще йогурта. При этом содержание лактозы в йогурте уменьшается, а питательная ценность остается та же, поэтому данный продукт пользуется успехом у лиц, у которых лактоза вызывает аллергию.
Наибольшей популярностью пользуются два вида фруктового йогурта: швейцарский и «воскресный» с добавлением фруктов, ароматических веществ и красителей, йогурт швейцарского типа однороден по цвету и консистенции. Второй вид: слой фруктов или другие наполнители помещаются на дно бумажного стаканчика, а сверху - йогурт. Последний вид йогурта упрощает производство, в то время как в йогурте швейцарского типа наблюдается тенденция к осаждению фруктов. В йогурт швейцарского типа вместе с фруктовыми наполнителями могут проникать бактерии, а перемешивание фруктовых наполнителей с йогуртом уменьшает срок хранения продукта. В некоторых случаях в йогурт добавляются консерванты. Для придания аромата в продукт в США добавляется малина, земляника, черника или не добавляется ничего (неароматизированный продукт).
Имер или лактофил
Имер - торговое название, зарегистрированное в Дании. Лактофил - название того же продукта, выпускаемого в Швеции.
Имер представляет собой гомогенный продукт с высоким содержанием влаги, получаемый из обезжиренного молока. Этот молочный продукт аналогичен йогурту, однако содержание диацетила и СОМО в нем выше, а уксусного альдегида меньше. Имер содержит в среднем 85% влаги, 3,3% жира, калорийность его составляет 75 кал. на 100 г. Технология приготовления имера по сравнению с йогуртом отличается тем, что: 1) используется другая закваска: смесь бактерий S. cremoris, S. diacetilactis и L. citrovorum, обеспечивающая более эффективное образование газов; 2) удаляется примерно 50% сыворотки от исходного объема; 3) добавляются сливки, которые перемешиваются вместе с измельченным сгустком; 4) полученная смесь гомогенизируется.
Ацидофильное молоко
После опубликования в 1907 г. работы доктора Элиа Метхникофа «Продление жизни», основанной на его наблюдениях о том, что большое число долгожителей в южных районах Европы коррелирует с употреблением ими в пищу молока, сквашенного с помощью молочных бактерий, ученые ведут споры о пользе ацидофильного молока. Несколько ранее, в 1900 г., Моро выделил Lactobacillus acidophilus из кала младенцев. Этот микроорганизм живет и размножается в желудочно-кишечном тракте человека. В одной из работ было показано, что младенцы, которых вскармливали из бутылочек с контролируемым составом и добавками L. acidophilus, росли лучше, чем младенцы, не получавшие ее. Ацидофильная палочка широко используется в терапии желудочных инфекций, вызываемых дрожжами во время или после систематического применения антибиотиков.
Патогенная Escherichia coli погибала как во внешней среде, так и в организме при добавлении ацидофильного молока. Во всех случаях использование ацидофильного молока в пищу младенцев приводило к исчезновению Е. coli в стуле в течение от 1 до 5 дней, наблюдалось более быстрое их выздоровление. В таких странах, как Япония, Тайвань, Гонконг и Бразилия, существует мощная сеть заводов, вырабатывающих яакалт - продукт, аналогичный по своим качествам ацидофильному молоку. В Японии, например, ежедневно реализуется около 15 млн. 65-мл бутылок этого продукта. Яакалт - кислый на вкус продукт, содержит экстракт, получаемый из хлореллы, витамин С и более чем 108 жизнеспособных клеток Lactobacillus (штамм Шаироте) в 1 мл.
В литературе имеется несколько сообщений, в которых говорится о том, что добавление в пищу свиней L. acidophilus увеличивает степень усвоения кальция и фосфатов (из-за повышенного содержания молочной кислоты в кишечнике), снижает количество Е. coli в желудке и число случаев воспаления кишок; при этом увеличивается прирост массы.
Для нормального развития L. acidophilus необходимо хорошо обработанное молоко и повышенная температура. Молоко с низким содержанием жира (2%) и 11-12% СОМО является хорошей питательной средой для L. acidophilus. Его также рекомендуется подвергать высокотемпературной обработке в течение 15-20 минут при 121° С. Некоторые специалисты считают, что более приятный аромат продукта получается при нагревании в течение 30 минут при 92° С. Возможно идеальным условием является высокотемпературная обработка - свыше 145° С в течение 2-3 с.
Продолжительность сквашивания колеблется от 18 до 48 ч при температуре 40-45° С. Она зависит от температуры инкубации, закваски, свойств исходного сырья и штамма, используемого L. acidophilus.
При изготовлении ацидофильного молока существенную роль играет количество жизнеспособных микроорганизмов (клеток). Оно составляет примерно 500 млн. в 1 мл в конце периода сквашивания и резко уменьшается во время хранения при температуре 5° С. Поэтому лица, употребляющие ацидофильное молоко в пищу с целью получения жизнеспособных бактерий, должны пользоваться как можно более свежими продуктами.
Исследователи предлагали 60 студентам ацидофильное молоко с добавлением 15% йогурта с малиновым джемом и обнаружили, что этот продукт понравился большинству из них. Многие из тех, кто никогда не пробовал ацидофильное молоко или йогурт, были равнодушны к ним при первой дегустации, но затем им начинали нравиться вкусовые особенности этих продуктов.
Свертывание молока кислотами
Размножение чистых культур очень дорого, требует больших затрат времени и высокой квалификации персонала. Культуры, являясь биологическим объектом, подвержены действию различных факторов, поэтому свойства получаемого конечного продукта могут меняться. Учитывая все это, ученые и практики пытаются получить стандартные кисломолочные продукты с добавлением культур, различных веществ, обеспечивающих определенные ароматы, и стабилизаторов к молоку или его компонентам и другим продуктам. Сметана была первым продуктом, который начали производить на коммерческой основе. Продукты, полученные таким образом, носят название молочных аналогов. Молочные аналоги также иногда являются кисломолочными продуктами. Многие из них содержат растительные жиры вместо молочного жира. В некоторых присутствует лишь одно производное молока - казеинат натрия.
Общей характерной особенностью всех кисломолочных и ацидофильных продуктов является их кислая реакция. Во всех кисломолочных продуктах в основном добавляется молочная кислота. Ее присутствие желательно для кислотных продуктов, и это повышает их стоимость. Лимонная кислота дешевле, однако она придает продукту характерный запах, который нравится не всем покупателям. Самой дешевой является фосфорная кислота, однако присутствие ее в продукте лишает его желаемого запаха. Глюконовая кислота образуется из глюконо-дельта-лактона при его добавлении в молоко. Эта кислота вызывает снижение рН и коагуляцию. Кроме добавления кислоты, производители часто добавляют диацетил или другие вещества, придающие аромат кислотным продуктам. Все четыре кислоты должны использоваться вместе со стабилизатором. При непосредственном добавлении кислот в молоко физико-химические изменения происходят в течение нескольких минут (кроме глюконо-дельта-лактона) по сравнению с несколькими часами при нормальном процессе сквашивания молочнокислыми заквасками.
Чаще всего используется диацетил. В промышленности применяются также такие стабилизаторы, как желатин, крахмал, овощной сок, моно- и диглицериды, фосфат натрия. Основными операциями технологии кислотных продуктов являются следующие: 1) стандартизация компонентов в смеси; 2) стабилизация; 3) пастеризация; 4) гомогенизация; 5) охлаждение; 6) сквашивание; 7) расфасовка. К кислотным продуктам относятся пахта, сметана, сметана средней жирности, паста и разновидности этих продуктов. Тонкий аромат и запах, присущие продуктам, получаемым с помощью заквасок, обычно отсутствует у продуктов, полученных с добавлением кислот. Однако эти продукты обладают индивидуальным ароматом, который нравится потребителям. Срок хранения таких продуктов увеличивается, потому что их можно стерилизовать после инкубации.
Стабилизированные сливки, например, можно стерилизовать, смешивать со стерильной кислотой и ароматообразующими веществами и расфасовывать как сметану в асептических условиях.
Потребность в производстве кисломолочных продуктов возникла, во-первых, из-за быстрого сквашивания свежего молока. Во-вторых, при потреблении таких продуктов многие виды нежелательных бактерий в кишечнике гибнут от продуктов жизнедеятельности молочнокислой микрофлоры. Важно также учитывать желание человека получить продукты, обладающие хорошими вкусовыми качествами. В настоящее время отрасль промышленности, связанная с производством кисломолочных и ацидофильных продуктов, полностью опирается на результаты научных исследований. Они относятся к генетике микроорганизмов (характеристики культур), химии продуктов (рассматриваются химические реакции, которые оказывают влияние на свойства продукта), физиологии (какие микроорганизмы будут развиваться, в какой степени и что они будут вырабатывать), физической химии (как будут реагировать получаемые компоненты), технологии производства и вкусовой оценки (каковы вкусовые качества продукта и будут ли они нравится потребителям).
В настоящее время производятся большие количества разнообразных кисломолочных продуктов. Производители могут изменять состав продукта (обезжиренное молоко, молоко, сливки), технологию, штаммы микроорганизмов, стабилизаторы, вещества, придающие аромат, виды упаковки. В продаже имеются такие продукты, как йогурт, сметана, различные виды кисломолочных и ацидофильных продуктов, пасты. Североамериканцы не нуждаются в ферментативных процессах для сохранения молока и безопасности при его потреблении, но они разделяют выгоды от той исторической необходимости, которая привела к получению кисломолочных продуктов для человека.