Под действием сычужного фермента белки молока свертываются, образуя сгусток, который содержит все составные части молока. От качества сгустка в значительной степени зависит качество свежего и зрелого сыра, а также выход продукта. Характер сычужного сгустка обусловлен физико-химическими свойствами молока. При действии фермента в молоке сначала появляются мелкие хлопья, которые, увеличиваясь, соединяются и составляют остов сгустка. Он имеет мелкосетчатое строение и пронизан капиллярами. По мере старения сгустка из него по образовавшимся капиллярам начинает выделяться сыворотка. Это явление, называемое синерезисом, объясняется тем, что силы притяжения между частицами параказеина при формировании сгустка продолжают действовать и после образования его структурной сетки. В результате притяжения частиц повышается давление и оставшиеся незакрепленными участки цепей сближаются, ячейки уменьшаются в размере и часть заключенной в них жидкости выдавливается.
В сыроделии явление синерезиса и динамика выделения сыворотки из сгустка имеет первостепенное значение. Скорость этого процесса является одним из факторов, определяющих длительность обработки сырной массы. Скорость выделения сыворотки зависит от прочности сгустка. Так, чем он прочнее, тем быстрее при прочих равных условиях выделяется из него сыворотка. В данном случае речь идет о разных типах молока, из которого образуются сгустки неодинаковой прочности под действием сычужного фермента. Это явление не надо путать с более интенсивным выделением сыворотки из нежных сгустков. Такие сгустки начинают разрезать до окончательного их упрочнения. Факторы, влияющие на выделение сыворотки из сгустка, многообразны. Некоторые из них более постоянны, так как не могут быть изменены во время обработки сгустка. К ним относятся жирность молока, содержание в нем растворимых солей кальция и температура пастеризации. Остальные факторы могут изменяться в процессе обработки сгустка. К этим факторам относятся кислотность сырной массы, вернее, рН, температура обработки сырной массы, размер сырного зерна и концентрация соли при посолке сырной массы в зерне.
Жир, находясь в молоке в виде мелких шариков, переходит в неизмененном виде в сгусток, а затем и в сырную массу. Шарики жира распределяются в петлях стромы свернувшегося казеина. Как известно, сгусток после его образования начинает уплотняться вследствие сближения частиц белка. Когда прочность его становится максимальной, начинается отделение сыворотки (явление синерезиса, наступающего вследствие старения геля). Отделяющаяся сыворотка стремится выйти из сгустка по тончайшим капиллярам, однако на своем пути она встречается с шариками жира, которые препятствуют ее току. Следовательно, жир тормозит выделение сыворотки из сырной массы, особенно если он состоит из крупных шариков. Поэтому при переработке жирного молока необходимо усиливать действие тех факторов, которые способствуют отделению сыворотки.
Наличие оптимального количества растворимых солей кальция в молоке позволяет получить прочный, быстро обезвоживающийся сгусток. Добавление солей кальция усиливает выделение сыворотки из сырной массы. Этим приемом широко пользуются для ускорения синерезиса вообще и вялого к сычужному ферменту молока в частности; последнее под действием сычужного фермента образует непрочный вялый сгусток, из которого сыворотка выделяется медленно.
При пастеризации молока изменяются свойства белков. Сгусток, полученный из пастеризованного молока, непрочен, плохо стягивается (уплотняется), вследствие чего сыворотка из него выделяется слабо. Как указывалось ранее, желирующую способность пастеризованного молока обычно восстанавливают, добавляя хлористый или фосфорнокислый кальций, а также чистые культуры молочнокислых бактерий. Несмотря на то что сгусток, полученный из пастеризованного молока, достаточно прочный, выделяется влага несколько медленнее, чем из сгустка, полученного из сырого молока. Поэтому всю обработку сырной массы, изготовленной из пастеризованного молока, ведут при более высокой температуре.
Кислотность молока, а в дальнейшем кислотность сырной массы является основным фактором, определяющим интенсивность выделения сыворотки из сырной массы в процессе обработки. Как известно, белки в молоке находятся в набухшем состоянии и способны удерживать воду благодаря своей электрозаряженности. При увеличении кислотности молока или добавлении в него кислоты электрозаряженность белков снижается и они легко теряют способность удерживать влагу, т. е. наступает дегидратация белков.
Следовательно, чем выше кислотность, тем при прочих равных условиях интенсивнее происходит обезвоживание сгустка. Этим объясняется тот факт, что сгусток, полученный из зрелого молока, легче отдает сыворотку, чем выработанный из незрелого (свежего) молока. Кроме того, молоко с низкой кислотностью (незрелое) образует сгусток, из которого сыворотка выделяется медленно. Для ускорения этого процесса применяют различные приемы: повышение температуры, большее измельчение сгустка и пр. При повышенной кислотности молока, когда зрелость его выше нормы, образующийся сгусток интенсивно отдает сыворотку, следовательно, сырная масса быстро обезвоживается, и качество сыра ухудшается. В этих случаях следует несколько затормозить процесс, понижая температуру во время свертывания белков молока и обработки сырной массы.
Повышенная температура оказывает то же влияние, что и кислотность, т. е. ускоряет выделение сыворотки, разрушение гидратационной оболочки частиц белка, сближение их между собой, а следовательно, интенсивнее происходит синерезис. Поэтому изменение температуры широко используют для регулирования степени и скорости обезвоживания сырной массы.
Следует отметить, что изменение температуры сырной массы как весьма доступный метод используют часто для регулирования ее влажности. Можно считать доказанным, что более сухая сырная масса получается при более высокой температуре нагревания. Такой температурой при двукратном нагревании является температура второго нагревания, а при однократном - температура свертывания белков молока.
В зависимости от температуры обезвоживания сырной массы различают сычужные сыры с низко- и высокотемпературной обработкой сырной массы. Это деление условно, так как низкотемпературная обработка сырной массы осуществляется при температуре не выше 45 °С, высокотемпературная обработка - при температуре выше 45 °С.
У сыров с низкотемпературной обработкой сырной массы (к ним относятся в основном мягкие сыры) температура обезвоживания сырной массы совпадает с оптимальной температурой протекания микробиологических процессов в молоке и сырной массе, а также с температурой образования сгустка. Поэтому при выработке таких сыров практикуют только одно нагревание до 28-30 °С перед свертыванием белков молока.
В эту группу входит также большинство твердых сыров. У них температура обезвоживания сырной массы несколько выше температур, необходимых для протекания микробиологических процессов и образования сгустка. При выработке таких сыров применяют дробное нагревание: первое - перед свертыванием белков молока до 30-33 °С и второе - в процессе обработки, после измельчения сгустка до 36-43 °С. Назначение второго нагревания - это лучшее обезвоживание сырной массы и доведение количества воды в ней до стандартного.
Отсюда можно сделать вывод, что чем меньше сыр должен содержать влаги, тем выше должна быть температура второго нагревания. Однако помимо температуры имеет значение и скорость нагревания. Когда температура сырного зерна поднимается и ток сыворотки из зерна наружу усиливается, то условия удаления сыворотки из наружных слоев и центра зерна не одинаковы. Сыворотке из центрального слоя надо проделать более длинный путь, чем из периферийных слоев. Поэтому, когда зерно нагревается постепенно, сыворотка выделяется равномерно из всего зерна. Если же второе нагревание протекает быстро, то сыворотка из периферийных слоев удаляется слишком интенсивно, поверхностный слой уплотняется и образуется кожица, вследствие чего замедляется выделение сыворотки из внутренних слоев зерна. В практике сыроделия такое явление называют завариванием зерна.
Было доказано, что если при втором нагревании температуру сырной массы повысить всего на 5-6°С (от 33-34 до 38-40 °С), то заваривания зерна не наблюдается. Выделение сыворотки, вызванное быстрым нагреванием, постепенно уменьшается, и влажность сырной массы в конце обработки оказывается такой же, как и при медленном нагревании.
При производстве сыров, когда температура обработки сырной массы достигает 54-60 °С, скорость нагревания имеет очень большое значение для обезвоживания сырной массы. В этих случаях вначале подогревание надо вести медленно (примерно за 1 мин можно повысить температуру на 1-1,5 °С), а когда температура сырной массы станет 45 °С или более, нагревание можно ускорить.
При равных условиях двукратное нагревание сырной массы (первое - при температуре ниже 40 °С и второе - при 40 °С) позволяет получить почти ту же ее степень обезвоживания, что и однократное нагревание до тол же температуры, если его осуществили перед свертыванием белков молока. Разница лишь в том, что в первом случае сырная масса обезвоживается более интенсивно после второго нагревания, а во втором - в начальной стадии обработки. Следовательно, можно вырабатывать сыры однократным нагреванием перед свертыванием, если температура второго нагревания не выше 40-42 °С.
Наконец, у некоторых видов сыров температура второго нагревания при обезвоживании сырной массы намного выше той, при которой образуется сгусток и протекает его обработка. К таким сырам относятся советский, швейцарский, московский и алтайский сыры, а также сыры с плавлением сырной массы до формования. Поэтому при их производстве применяют двукратное нагревание: первое - для свертывания белков молока (до 32-35 °С) и второе - для окончательного обезвоживания сырной массы (до 52-60 °С). Кроме того, при высокой температуре второго нагревания несколько уменьшается общее количество микроорганизмов перед формованием сыра и создаются благоприятные условия для развития в свежесформованном сыре термофильных бактерий (стрептококков и сырных палочек). Жизнедеятельность этих бактерий в большой степени обусловливает созревание сыров.
Размер сырного зерна также играет очень большую роль в обезвоживании сырной массы, так как сыворотка выделяется наружу, просачиваясь по капиллярам, открывающимся на поверхности зерна. Следовательно, чем больше общая площадь поверхности сырных зерен, тем больше сумма площадей сечений капилляров, по которым выходит сыворотка. Для получения большой суммарной площади поверхности необходимо разрезать (измельчить) сгусток на мелкие зерна. Чем меньше размер зерна, тем больше при прочих равных условиях выделится сыворотки, быстрее обезвожится сырная масса и будет суше свежесформованный сыр.
Этим объясняется, что при производстве твердых сыров, особенно крупных, швейцарского, советского, московского, сырные зерна бывают самые мелкие (2-5 мм), а при изготовлении мягких сыров с большим содержанием влаги - самые крупные. При выработке мягких сыров сгусток часто не разрезают на зерна, а выкладывают небольшими кусками непосредственно в форму или на стол для дальнейшей обработки.
В целях обезвоживания сырной массы иногда применяют посолку в зерне. Часто ее используют для того, чтобы затормозить микробиологические процессы. Посолку в зерне осуществляют концентрированным рассолом, приготовленным на воде или сыворотке. Рассол, как правило, добавляют перед тем, как готовую сырную массу вынимают из аппарата выработки сырного зерна, предварительно отлив от 2/3 до 3/4 объема сыворотки. Обезвоживающее действие рассола, приготовленного на воде, несколько большее, чем приготовленного на сыворотке. Соль обычно берут из расчета 300 г на 100 л молока. В этом случае зерна просаливаются и концентрация соли колеблется в пределах 0,5-0,7%. При выработке обезжиренных сыров, которые в дальнейшем используют для плавления, соль в аппарат выработки сырного зерна вносят до формования в количестве, обеспечивающем полное просаливание сыра (примерно 3 % от количества сырной массы). При этом необходимо, чтобы в заквасках имелись штаммы молочнокислых бактерий, которые могут хорошо развиваться в такой соленой среде.
Кроме перечисленных факторов на обезвоживание сырной массы влияют и некоторые другие, более второстепенные факторы. Например, в целях быстрого обезвоживания сырной массы в конце обработки в аппарат выработки сырного зерна наливают до 10 % воды, которая снижает кислотность сыворотки, и разница между кислотностью сыворотки в зерне и аппарате увеличивается, следовательно, увеличивается и выделение сыворотки из зерна.