Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Анализ состояния проблемы. 10
1.1 Исторический экскурс в технологию приготовления и использования бактериальных заквасок
1.2 Молоко как сырье для производства сыра 14
1.3 Подготовка молока и получение сырного зерна 16
1.4 Молочнокислый процесс во время чеддеризации сырной массы 22
1.5 Плавление сырной массы 33
1.6 Посолка и хранение сыра 35
1.7 Цель и задачи исследований 40
ГЛАВА 2.Объекты и методы исследований 42
2.1 Методы исследований 42
2.2 Используемое сырье и условия проведения экспериментов 46
2.3 Используемые закваски 48
2.4 Подготовка молока 51
2.5 Проведение опытных выработок сыров 56
ГЛАВА 3. Экспериментальная часть 61
3.1 Исследование влияния заквасок прямого внесения на процесс производства сыра с чеддеризацией и плавлением массы
3.2 Исследование динамики молочнокислого процесса в зависимости от вида применяемой закваски
3.3 Изучение влияния штаммового состава комбинированных и термофильных заквасок прямого внесения на технологический процесс
3.4 Влияние способа плавления и посолки на качественные показатели и выход сыра
3.5 Микробиологические показатели сыра при хранении 85
3.5.1 Исследование возможности повышения сроков хранения путем глубокого замораживания сырной массы
3.6 Изменение консистенции сыра при хранении 97
3.7.Производственная проверка результатов исследований 106
3.8. Экономическая эффективность использования заквасок прямого внесения
3.9 Экологический мониторинг и адаптация системы НАССР для контроля технологического процесса производства сыров с чеддеризацией и плавлением массы
3.9.1 Экологичность процесса 113
3.9.2 Адаптация системы качества НАССР 115
Основные результаты и выводы 129
Список литературы 131
Приложения 156 Протоколы дегустаций №№ 1-15 157
Акты промышленной выработки сыра №№ 1-2 189
Титульный лист нормативной документации 191
- Подготовка молока и получение сырного зерна
- Используемое сырье и условия проведения экспериментов
- Исследование динамики молочнокислого процесса в зависимости от вида применяемой закваски
- Экономическая эффективность использования заквасок прямого внесения
Подготовка молока и получение сырного зерна
Чистые культуры молочнокислых бактерий для инициирования молочнокислого брожения впервые начали применять в 60 годы 19 века. Изначально их добавляли в сливки, предназначенные для сбивания кислосливочного масла, когда были открыты их свойства сбраживать молочный сахар. В качестве первых заквасок использовали сквашенную пахту или кислое молоко хорошего качества. В России родоначальником в этой области был С.А.Северин, который впервые изготовил сухие чистые культуры и внедрил их в маслодельную отрасль молочной промышленности [15].
Если первоначально молочнокислые бактерии воспринимались лишь как инструмент, препятствующий развитию в молочных продуктах нежелательной и даже вредной микрофлоры, то впоследствии, по мере развития учения о жизнедеятельности этих микроорганизмов, им приписывалась все более значимая роль. Так, помимо сбраживания молочного сахара, они участвовали в созревании сыра за счет продуцирования протеолитических, липолитических и других ферментов. Иными словами – молочнокислые микроорганизмы, входящие в состав заквасок оказывали непосредственное участие в формировании видовых особенностей сыра. В этой связи создавались специализированные микробиологические лаборатории по выделению и изучению штаммов с заданными свойствами. В качестве источников молочнокислых микроорганизмов, обеспечивающих необходимое качество конечных молочных продуктов, служили так называемые кустарныесыры и сквашенное опять же в кустарных (домашних) условиях молоко[113,121, 190].
Из этих продуктов выделялись и изучались микроорганизмы. Некоторые из них получили названия созвучные с географическим местонахождением зоны их обнаружения и идентификации: Streptococcusmacedonicus, Lactobacillussanfranciscensis[139]. Культуры, обладающие наиболее выраженными заданными свойствами (энергия кислотообразования, протеолитическая и липолитическая активность),выделялись, изучались и передавались на молочные предприятия. Безусловно, на тот период это было прогрессом. Однако от предприятий, в особенности небольших, поступали нарекания на проблемы, возникающие при работе с чистыми культурами за счет трудности обеспечения стабильного микробного состава в процессе перевивки и повторного использования. Нередко по причине отклонений от технологии хранения теряли активность и даже выпадали отдельные штаммы. Позднее, по мере развития науки о селекции микроорганизмов, эта работа была сконцентрирована в специализированных лабораториях, а предприятия получали сухие закваски, в которых культуры бактерий высушивались лиофильным способом и могли храниться без снижения своей активности продолжительное время.
Существенным прогрессом явилось создание, организация производства и внедрение на действующие молочные заводы комбинированных заквасок, состоящих из различного сочетания культур, штаммы которых обладали необходимыми для получения качественного продукта свойствами. Все предприятия отрасли получили возможность работать на идентичных и проверенных микроорганизмах. Это позволяло получить сопоставимую по физико-химическим и органолептическим показателям, но выработанную на разных заводах продукцию. Иными словами речь идет о реальном подходе к производству стандартизированной, отвечающей определенным, научно обоснованным требованиям молочной продукции[135].
Использование стандартизированных заквасок на производстве сводилось к оживлению замороженных и высушенных культур и приготовление на их основе производственных заквасок. Однако для этого требовалось не менее 3 суток, необходимых для трех пересадок от маточной до производственной. В этой связи, существенным прогрессом явилось создание бакконцентратов, в которых количество жизнеспособных клеток было на несколько порядков выше. На их основе готовая к применению закваска могла быть приготовлена за более короткий промежуток времени при минимуме пересадок, то есть культура вносилась непосредственно в емкость для производственной закваски. Помимо экономии времени, использование бакконцентратов позволило значительно улучшить санитарию процесса приготовления заквасок за счет меньшего количества технологических стадий. Общеизвестно, что каждая операция – это прямой или косвенный контакт культуры с производственным персоналом, воздухом, инвентарем. Каждый из этих факторов повышает рискпопаданияпосторонней микрофлоры в закваску и снижения ее качественных показателей. Обсеменение производственных заквасок чревато заражением конечного продукта нежелательной микрофлорой, что в условиях реального производства небезопасно и недопустимо.
Используемое сырье и условия проведения экспериментов
Движущей силой синерезиса является процесс так называемого старения структурной сетки геля, во время которого казеиновые нити укорачиваются с постепенным вытеснением заключенной между ними свободной влаги. Скорость синерезиса определяется влагоудерживающей способностью казеиновых мицелл и целого ряда других, в основном технологических факторов. Имеются данные [11], что на динамику и степень обезвоживания сычужного сгустка помимо фактора температуры существенное влияние оказывает, в частности, штаммовый состав используемой закваски. Причем, более выраженные синеретические свойства отмечались у модельных сгустков с молочнокислыми бактериями – энергичными кислотообразователями.Ароматообразующие микроорганизмы давали меньший прирост кислотности и, соответственно, менее выраженные синеретические свойства. По всей видимости, доминирующим фактором в данной ситуации является скорость накопления бактериями преимущественно молочной кислоты, что является доминирующим признаком гомоферментативного молочнокислого брожения. Следует отметить, что при выработке сыра приходится решать две разнонаправленные задачи: обеспечение комфортных температурно-влажностных условий для активного развития молочнокислой микрофлоры и удаление максимально возможного количества свободной влаги с целью получения сыра с заданными структурно-механическими свойствами.
Синерезис начинается в момент разрезки сырного сгустка и заканчивается после посолки сыра в рассоле. Условно,данный процесс можно разделить на три этапа: мицеллярный (обработка сырного зерна и чеддеризация), термический (процесс плавления) и диффузионный (собственно посолка в рассоле). Каждый из процессов сопровождается дегидратацией сырной массы. При этом наиболее высокая скорость и степень обезвоживания имеют место при обработке зерна в ванне. Наименьшая потеря влаги наблюдается во время посолки сыра в рассоле. Чеддеризация и плавление массы по степени обезвоживания занимают промежуточное положение.
В начальный период чеддеризации сырное зерно обладает высокой клейкостью, поэтому проблем с образованием пласта или монолита, как правило, не возникает. Причем, если чеддеризация ведется без сыворотки, то пласт образуется за более короткий промежуток времени. Однако,в этом случае возможно понижение температурысырной массы и, как следствие, замедление размножения молочнокислых бактерий, входящих в состав закваски. Поэтому опытный мастер, как правило, комбинирует эти способы чеддеризации: часть времени пласт находится под слоем сыворотки, а в оставшийся, несколько меньший по продолжительностипромежуток времени,сыворотка сливается, а вновь выделяющаяся непрерывно отводится. Цель данной операции – оптимизация массовой доли влаги в пласте и, самое важное, проведение процесса так называемого «вытягивания», то есть получение сырной массы с хорошо развитой слоистой структурой, напоминающей вареное куриное мясо. Схематично этот процесс можно представить в следующем виде. За счет декальцинизации сырной массы в процессе синерезиса освобождается часть продольных и поперечных межмицеллярных связей в пространственной структуре белкового комплекса. В результате этого происходит своего рода частичная деструкция ПККФК, а затем и ККФК. Система приобретает подвижность, то есть отдельные казеиновые макромолекулы могут смещаться относительно соседних макромолекул как в вертикальной, так и в горизонтальной плоскостях. Но, если в первом случае, основной движущей силой деформации являются в основном гравитационные силы, направленные преимущественно в вертикальной плоскости, то при деформации в горизонтальной плоскости сырная масса претерпевает более существенную структурную модификацию за счет обеспечения большего количества степеней свободы. Свободная влага и жир при этом играют роль смазки, облегчая взаимное смещение соседних слоев продукта. Таким образом, во время чеддеризации сырная масса приобретает горизонтально ориентированную волокнистую структуру. Иными словами– вданном случае имеет место низкотемпературное, или холодное пластифицирование. В дальнейшем, во время плавления при температуре свыше 70С и формования сырной массы, этот процесс получает дальнейшее развитие, при котором линейные размеры частицы сырной массы существенно увеличиваются. Так как накопление молочной кислоты идет непрерывно, важно своевременно его остановить, в противном случае избыточная деминерализация белкового комплекса приведет к разрушению целостности сырной массы с образованием конечного продукта с творожистой, несвязнойи крошливойструктурой, не характерной для данного вида сыра. Помимо всего сказанного сыры с такой структурой плохо держат форму, что вызывает появление пороков внешнего вида.
Таким образом, во избежание возникновения пороков консистенции, по ходу всего технологического процесса необходимо осуществлять направленное регулирование молочнокислого процесса. На качество сыра существенное влияние оказывает не только количество молочной кислоты в данный момент времени, но и скорость ее накопления. Рассматривая с этой точки зрения молочнокислое брожение, следует определиться, прежде всего, с двумя основными параметрами: энергией кислотообразования и его пределом. Оба эти показателя определяются в первую очередь биологическими свойствами господствующих микроорганизмов, а затем условиями, в которых они действуют. Эти два понятия необходимо строго разграничивать, что, к сожалению, не всегда соблюдается [цит. по 45].Кроме того, имеются данные [49] свидетельствующие о том, что применительно к сырам с чеддеризацией массы скорость накопления молочной кислоты также должна быть строго регламентирована, так как излишне быстрая чеддеризация приводит к возникновению пороков вкуса и, в особенности, консистенции.
Исследование динамики молочнокислого процесса в зависимости от вида применяемой закваски
Рассольное хранение сыров, как известно, повышает их хранимоспособность, однако, избыточная массовая доля поваренной соли в водной фазе приводит кснижению их потребительских достоинств. Кроме того география потребления таких сыров ограничена преимущественно южными регионами РФ. В этой связи на большинстве сыродельных предприятий от традиционной технологии рассольных сыров отказались, ограничиваясь выпуском небольших объемов, так называемой, сувенирной продукции в пластиковых ведерках массой нетто (3 – 5) кг, залитых осветленным кислосывороточным рассолом 16% концентрации. В этой связи вариант рассольного хранения сыра в настоящей работе не рассматривается.
Одной из целей настоящей работы - изучение возможности повышения хранимоспособности сыра с чеддеризацией и плавлением массы в течение длительного времени с возможностью максимального сохранения органолептических показателей и, в особенности, основного отличительного признака данного продукта - слоистости.
На основании ранее проведенныхисследований было установлено, что хранение сыра сулугуни даже при температуре (2 – 4)С за счет ферментативной трансформации казеина и накопления растворимых соединений способствует появлению нетипичной мажущей консистенции. Это, соответственно, вызывает вполне справедливые нарекания потребителей как в РФ так и далеко за ее пределами. Приведенные факты со всей очевидностью подтверждают необходимость проведения исследований по увеличению сроков хранения сыра без снижения качественных показателей. Как отмечалось, наиболее доступным способом для достижения поставленной цели является глубокая заморозка сыра с последующим хранением при низкой отрицательной температуре.
На первом этапе работы образцы сыра сулугуни, упакованные в термоусадочную пленку, замораживались при температуре минус (18 –20)С. Данный температурный режим выбран как способствующий минимальному отмиранию молочнокислых бактерий во времени. Фактор выживаемости молочнокислой микрофлоры является весьма важным, как обеспечивающим безопасность готовой продукции во время хранения и после оттаивания. После 30-суточного хранения головки дефростировались при комнатной температуре. Проведенные анализы химического состава показали, что замораживание не оказало существенного влияния на массовую долю жира и соли. Отмечалось некоторое снижение массовой доли влаги, которая выделялась под пленку, в основном во время дефростации. По всей видимости, это была не связанная с белком и, следовательно, слабо удерживаемая свободная влага. Тем не менее, внешний вид головок за счет этого показателя оценивался неудовлетворительно. Наличие влаги под пленкой чревато развитием нежелательной микрофлоры при последующем хранении.
По органолептическим показателям отмечалось снижение балльной оценки дефростированных образцов по сравнению с контролем, оцениваемым до заморозки. Экспертами отмечена тенденция ухудшения вкуса за счет отсутствия специфического кисломолочного вкуса, присущего свежему сыру. Особую деградацию претерпевали опытные образцы по показателю «консистенция»: в сырах отмечалось практически полное отсутствие слоистости, появление мучнистости и недостаточной связанности теста. По всей видимости, в процессе кристаллизации свободной влаги имело место нарушение непрерывности сырной массы. При этом изменение скорости замораживания существенного влияния на исследуемые показатели сыра не оказало. Кроме того, скорость замораживания вызвало появление такого порока консистенции, как ее неоднородность. По всей видимости, решающим фактором явилось более быстрое охлаждение и замораживание периферийный слоев и более плавное течение этого процесса внутри массива сырной головки.
По результатам органолептической оценки (Приложение 12) было установлено, что продление сроков хранения свежего сыра с чеддеризацией и плавлением массы путем замораживания, за счет ухудшения качественных показателей не позволяет обеспечить сохранность его видовых особенностей и не может быть рекомендован к широкому промышленному применению. По мнению экспертов сыры хранившиеся данным способом могут найти применение лишь при использовании в качестве полуфабриката в производстве некоторых национальных блюд.
Во время следующего этапа данной работы была осуществлена попытка замораживания сырной массы на промежуточных стадиях производства. На наш взгляд поставленная задача априори может быть решена путем замораживания продукта после чеддеризации с его последующим хранением в этом состоянии длительное время. Видоизмененная замораживанием структура сырного теста, в том числе слоистость, может быть восстановлена во время плавления, сопровождаемого интенсивным механическим воздействием. В замороженном состоянии любой продукт за счет прекращения матаболизма имеющейся микрофлоры практически утрачивает свойства биологического объекта, что и предопределяет способность к длительному хранению с неизменным качеством.
Приведенные данные свидетельствуют о том, что глубокое замораживание чеддеризованной сырной массы после оттаивания позволяет получить стандартный по химическому составу сыр с чеддеризацией и плавлением массы независимо от способа термообработки. В опытных образцах отмечалась несколько пониженная массовая доля влаги. Как отмечалось, это явилось следствием выделения некоторой ее части под пленку в основном при оттаивании, так как фактор испарения с поверхности в данных условиях практически исключен. Органолептическая оценка (Приложение 13-15) образцов не выявила существенного влияния замораживания на вкусовые показатели между контрольными образцами в 1-суточном возрасте и опытными через 30, 60 и 180 суток. По всей видимости, термомеханическое пластифицирование дефростированной сырной массы при плавлении позволило минимизировать деструктивное воздействие водных кристаллов на консистенцию, с которым пришлось столкнуться в серии опытов по замораживанию готового сыра.
При выборе параметров замораживания прежде всего руководствовались общеизвестным положением о создании условий для максимального сохранения молочнокислой микрофлоры, впоследствии необходимой для обеспечения безопасности готового к употреблению сыра. С учетом того, что технология предусматривает плавление при высокой температуре для выработки использовали закваску прямого внесения ТМ-81 компании «Даниско», в состав которой входит термофильный стрептококк и болгарская палочка. Данная композиция обеспечивает вполне приемлемую продолжительность чеддеризации и, что немаловажно, высокий процент выживаемости жизнеспособных клеток при хранении в замороженном состоянии и во время плавления.
Что касаемо количественного критерия молочнокислой микрофлоры в готовом сыре, принято считать, что остаточные количества молочнокислых бактерий должны обеспечивать безопасность готового продукта в торговой сети, особенно при нарушении температурных режимов хранения.
Экономическая эффективность использования заквасок прямого внесения
В данном случае понятие «риск» определяется как «биологическое, химическое или физическое свойство, из-за которого пищевой продукт при употреблении может оказаться опасным для человека». Биологические риски, которые являются бактериальными, могут повлечь за собой пищевую инфекцию или интоксикацию. Пищевая интоксикация происходит в результате попадания в организм человека вместе с пищей уже готовых токсинов, выработанных некоторыми бактериями при их размножении в продуктах питания, т.е. стафилококкового энтероксина. К таким опасным бактериям, относятся следующие виды микроорганизмов: патогенные микроорганизмы, являются наиболее опасными для здоровья человека. Они подразделяются на возбудителей пищевых отравлений и возбудителей инфекционных болезней. Книмотносятся S. aureus, Cl. Botulinum, Salmonella spp, Fusarium, Proteus, B. Sereus, Shigella, ит. д.; БГКП. В соответствии с принятой международной номенклатурой к бактериям группы кишечной палочки (БГКП) относятся факультативно-анаэробные, грамотрицательные, не образующие спор палочки, сбраживающие лактозу с образованием кислоты и газа при температуре 36С в течение (24 – 48) ч. БГКП в основном являются представителями родов Esherichia, Citrobacter, Enterobacter; КМАФАнМ – количество мезофильных аэробных и факультативно анаэробнах микроорганизмов. Определяют общую обсемененность продуктов. Являются важнейшим показателем для определения качества продуктов; дрожжи вызывающие пороки называются дикими. Они попадают случайно, в основном с мукой и не характерны для производства.
Представителями являются дрожжи рода Саndida (образующие псевдамицелий), Тorulopsis и Еndomycopsis (меловая болезнь), Rodotorula (пегментообразующие дрожжи); плесневые грибы вызывают пороки продукции в виде налета разных цветов, разлагают белки, жиры, углеводы, изделия приобретают неприятный вкус и запах. Некоторые виды плесеней поражают растения, животных и человека (микотоксикозы, грибковые поражения кожи, слизистых оболочек). К их представителям относятся Аspergillusniger, Оryzae, Мucor, Flavus, Glaucus [68].
Химические риски включают загрязнение продукта на производстве моющими химическими веществами, ядами, используемыми для борьбы с грызунами и насекомыми, смазочными материалами и т. д. Существуют также риски для здоровья, обусловленные токсинами от предшествующего роста микроорганизмов, остатками пестицидов в сырье, остатками химических фумигантов, тяжелыми металлами из воды, избыточным количеством в рационе питания некоторых жиров, солью, сернистым газом и выщелачиванием из упаковочных материалов.
Физические риски представляют собой набор материалов, которые попадают под определение «посторонние материалы». Физический риск может быть определен как любой физический материал, не являющийся обычной составной частью пищевого продукта, который может вызвать болезнь или причинить травму человеку, употребляющему данный пищевой продукт. Сюда относятся случайные включения фрагментов стекла, металла, дерева, человеческие волосы, пуговицы, кусочки пластика, камни, чешуйки краски и т. д., большая часть из которых имеет производственное происхождение [76].
Система ХАССП предполагает рассмотрение, прежде всего рациональной организации помещений и производственных потоков. Все стадии производства должны быть организованы в соответствии с принципом «продвижения вперед»: все загрязнения или риски загрязнения постепенно устраняются в ходе движения продукта к последней стадии технологического процесса. Семь принципов системы ХАССП можно представить в следующем виде:
Анализ рисков. Подготовка перечня этапов процесса, на которых возникают значительные риски, и описание мер их предупреждения. Основная часть анализа рисков – это знать, что искать, какие вопросы задавать и как использовать полученную информацию. Риски могут возникать уже при закупке сырья и материалов, в связи с чем необходима система обеспечения качества поставщиками, что фактически означает применение ими системы ХАССП.
Выявление критических контрольных точек технологического процесса. Необходимо выявить критические контрольные точки (ККТ) на каждом этапе технологического процесса. Критическая контрольная точка – это момент, стадия или операция, на которых возможно применение механизмов контроля в целях предотвращения, устранения или снижения до допустимого уровня рисков, чреватых заражением продуктов питания. По каждому выявленному фактору риска следует разработать и принять соответствующие меры. Идентификация критических контрольных точек особенно важна с точки зрения контроля за рисками микробиологического заражения на всем протяжении производственного процесса, поскольку именно такого рода риски являются основной причиной заражения через продукты питания.
