Сущность биохимических процессов при созревании сыров

 

Биохимические превращения веществ сырной массы происходят под воздействием экзо- и эндоферментов различных групп микроорганизмов и в меньшей мере – ферментов сычужного порошка и перерабатываемого молока. В процессе созревания наиболее глубоким изменениям подвергаются молочный сахар, белки и жиры, менее значительным – минеральные вещества и витамины.

Изменение молочного сахара. Во всех группах сыров молочный сахар полностью сбраживается в течение первых двух недель. Лактоза подвергается брожению под действием ферментов молочнокислых бактерий, в результате которого образуется молочная кислота. Последняя поддерживает реакцию среды на определенном уровне, что препятствует развитию гнилостных и других нежелательных микроорганизмов.

При брожении лактозы ароматобразующими молочнокислыми стрептококками продуцируются уксусная кислота, этиловый спирт, диацетил, которые обогащают вкус сыра, и углекислый газ, обусловливающий образование рисунка мелких твердых сыров.

Скорость образования и количество молочной кислоты зависят в основном от дозы, состава и активности бактериальной закваски, температуры второго нагревания, содержания влаги и соли. Выход молочной кислоты при производстве твердых сыров составляет около 65-70 % общего количества сброженного молочного сахара.

Такое уменьшение свидетельствует о том, что молочная кислота в процессе созревания сыра подвергается дальнейшим химическим превращениям, в результате которых образуются лактаты и другие вещества.

В крупных твердых сырах некоторое количество лактатов сбраживается пропионовокислыми бактериями с образованием пропионовой и уксусной кислот, а также углекислого газа.

Интенсивность накопления молочной кислоты влияет на рН сыра, от которого, в свою очередь, зависят скорость созревания, вкус, структура, консистенция, т.е. качество готового сыра. Помимо молочной кислоты в сыре изменяется и лимонная кислота, которая переходит из молока. При сбраживании лимонной кислоты образуются, главным образом, ароматические вещества – диацетил, ацетоин и др.

Изменение белков. В созревании сыров самая большая роль принадлежит белкам, главным образом казеину. Изменение казеина начинается с момента действия на него сычужного фермента, который переводит казеин в параказеин. В дальнейшем параказеин изменяется уже в формованном сыре под влиянием молочной кислоты, сычужного фермента, поваренной соли и в самой большой степени – под влиянием ферментов, вырабатываемых микроорганизмами. Молочнокислые бактерии выделяют протеолитические ферменты двух типов: экзо- и эндопротеазы. Большей протеолитической активностью обладают экзоферменты, которые бактерии выделяют в прижизненный период. Эндоферменты содержатся в клетках молочнокислых бактерий и освобождаются после их отмирания и автолиза.

Параказеин при созревании сыра начинает распадаться на более простые соединения, содержащие азот. Вначале появляются альбумозы и пептоны, которые распадаются затем до более простых соединений – пептидов, аминокислот и вплоть до аммиака.

Под действием сычужного фермента распад белков идет до пептонов, причем с образованием молочной кислоты и понижением рН до 4,9 усиливается пептонизирующее действие этого фермента.

Эффективность совместного действия сычужного и бактериальных ферментов значительно превышает эффективность действия каждого фермента в отдельности.

В начальный период созревания в сырах в результате образования пептонов появляется горечь, которая к концу созревания исчезает, поскольку пептоны превращаются в пептиды и аминокислоты. Если горечь не исчезает до конца созревания сыра, это служит показателем того, что процесс распада белков задерживается на стадии пептонов (при низкой температуре созревания).

В крупных твердых сырах сычужный фермент инактивируется при температуре второго нагревания, поэтому протеолиз во время созревания обусловлен ферментами молочнокислых бактерий.

Активность протеолитических ферментов у молочнокислых палочек выше, чем у стрептококков. Этим объясняется тот факт, что в твердых сырах с высокой температурой второго нагревания, созревающих при участии термофильных молочнокислых палочек (Lbm. helveticum, Lbm. casei), происходит более глубокий распад белков с образованием свободных аминокислот. Их количество в 2-3 раза больше, чем пептидов.

В связи с тем, что общее количество микрофлоры в этих сырах незначительно, ферментативные процессы протекают медленнее, сыры созревают дольше (4-6 месяцев).

В твердых сырах с низкой температурой второго нагревания распад белков под действием малоактивных протеолитических ферментов мезофильных молочнокислых стрептококков происходит неглубоко. Количество пептидов почти соответствует количеству свободных аминокислот, а содержание последних у них ниже по сравнению с твердыми сырами с высокой температурой второго нагревания.

В мелких твердых сырах сычужный фермент не разрушен и также влияет на созревание, процессы распада белка протекают быстрее, сыры становятся зрелыми уже в двухмесячном возрасте.

Из группы мягких сыров надо выделить в особую подгруппу сыры типа латвийского, созревающие при участии микрофлоры сырной слизи.

Температура второго нагревания при выработке сыров этой подгруппы ниже (36-38 °С), содержание влаги, молочного сахара и молочной кислоты больше, чем в голландском сыре. Кроме того, сыры этой подгруппы обсеменяются с поверхности слизеобразующими бактериями.

В этих сырах наблюдается более активный распад белков. Содержание растворимых азотистых веществ в них больше, чем в твердых сырах с низкой и высокой температурами второго нагревания, хотя белки распадаются в основном до пептидов. Этот факт объясняется тем, что основную роль в созревании латвийского сыра играют молочнокислые бактерии. Поверхностная микрофлора (слизеобразующие бактерии) играет второстепенную роль, влияя в основном на наружные слои сыра. Однако она все же придает своеобразные специфические вкус и запах сыру. Характерной особенностью мягких сыров является малое накопление свободных аминокислот в зрелом сыре.

Несмотря на то, что в производстве этой группы сыров принимают участие плесени и образующие слизь бактерии, значительная роль в созревании сыров принадлежит молочнокислым стрептококкам и палочкам. Таким образом, в мягких сырах глубокий протеолиз обеспечивают сычужный фермент, протеазы молочнокислых стрептококков, плесеней и микрофлора сырной слизи. В результате их совместного действия белки сырной массы расщепляются с образованием особенно большого количества растворимых азотистых веществ при малом накоплении аминокислот.

В группе рассольных сыров второе нагревание в большинстве случаев не применяют. В сырах содержится большое количество влаги – 49-52 %, поэтому в свежем сыре условия для развития микробиологических процессов очень благоприятны. Однако эти процессы вскоре замедляются из-за консер-вирующего действия соли; в результате в зрелом сыре накапливается меньше продуктов гидролиза белков – пептонов и свободных аминокислот. Помимо этого, при длительном хранении сыров в рассоле часть растворимых продуктов распада белков переходит из сыра в рассол, тем самым ухуд-шается их качество. Рассольные сыры созревают примерно за 2-3 месяца. Таким образом, при распаде белков во всех группах созревающих сыров накапливаются пептиды и аминокислоты, оказывающие значительное влияние на вкус готового продукта. Накопление отдельных аминокислот различно: по мере созревания сыра концентрация одних аминокислот возрас-тает, а других уменьшается. Поэтому каждый вид сыра имеет свой характер накопления и присущий ему набор свободных аминокислот.

Освободившиеся в процессе созревания аминокислоты под действием ферментов микрофлоры подвергаются различным изменениям. Они могут дезаминироваться, декарбоксилироваться, вступать в реакции с кетокислотами, переходить в другие аминокислоты и т.д. При этом образуются различные соединения: кето- и оксикислоты, амины, альдегиды, кетоны и др. Многие из них играют существенную роль при формировании вкуса и запаха сыров.

Изменение молочного жира. Жир в процессе созревания почти всех сыров подвергается гидролизу под действием липолитических ферментов (липаз). Они поступают в сыр с перерабатываемым молоком, сычужным порошком и продуцируются молочнокислыми, пропионовокислыми бактериями, бактериями сырной слизи и особенно плесенями. В результате гидролиза жира высвобождаются жирные кислоты, в том числе летучие (уксусная, масляная, пропионовая и др.), которые участвуют в образовании характерного вкуса и запаха.

Интенсивность распада жира и накопления летучих жирных кислот в сырах различна: в твердых она ниже, чем в мягких. В мелких твердых сырах жир расщепляется незначительно. В крупных твердых сырах (швейцарском и советском) гидролиз жира осуществляется активнее под действием липолитических ферментов, выделяемых молочнокислыми палочками и пропионовокислыми бактериями. На вкус и запах этих сыров особенно сильно влияет пропионовокислое брожение, в результате которого образуются пропионовая и уксусная кислоты. Последние вместе с другими жирными кислотами, выделяющимися при частичном разложении жира и сбраживании молочного сахара, придают сырам специфический, немного пряный, ореховый привкус.

Гидролиз жира в мягких сырах (преимущественно в корке) проходит под действием активных липаз поверхностной микрофлоры сырной слизи. В сыре рокфор, созревающем при участии плесени, развивающейся внутри сыра, гидролиз жира происходит с одинаковой интенсивностью как на поверхности, так и внутри головки.

Мягкие сыры содержат продукты дальнейшего окисления жирных кислот метилкетоны, которые обладают острым вкусом и могут влиять на органолептические показатели сыров.

Наряду с жирными кислотами в сырах образуется глицерин, однако он не обнаруживается, так как потребляется микроорганизмами.

Изменение минеральных веществ и витаминов. Молочная кислота, взаимодействуя с минеральными солями и параказеинатом кальция, образует лактат кальция и монокальциевую соль параказеина, которая легко набухает, что способствует формированию эластичной консистенции сыра. Молочная кислота переводит в водорастворимое состояние минеральные соли сыра и фосфор неорганических солей. Так, если в сыре образуется не менее 1 % молочной кислоты, то она, вступая в соединение с параказеином, образует растворимый лактат параказеина.

В процессе созревания сыров накапливаются другие растворимые продукты, которые связывают значительное количество влаги, вследствие чего в оставшейся свободной воде повышается концентрация соли. В результате увеличения концентрации растворимых веществ в сыре повышается осмотическое давление и создаются неблагоприятные условия для развития микроорганизмов, что влечет за собой отмирание бактерий всех групп (кроме галофилов и осмотолерантных) и повышает стойкость сыра при хранении. Вследствие развития микрофлоры сыра изменяется содержание некоторых водорастворимых витаминов. Так, в крупных сырах пропионовокислые бактерии синтезируют витамин В₁₂.

 

Образование рисунка сыров

 

Созревание сыра сопровождается образованием газов (С0₂, NH₃, Нз, Оз). Среди них на долю углекислого газа приходится 90 %. Появление газов связано с развитием гетероферментативных молочнокислых и пропионовокислых бактерий, а также с декарбоксилированием аминокислот. Наибольшее количество газа обнаруживается в период максимального развития бактерий в сыре.

Сначала газы легко растворяются в сыворотке сыра, а при получении перенасыщенных растворов начинают скапливаться в промежутках между сырными зернами. Они раздвигают сырную массу, в результате образуются полости – глазки, происходит уплотнение белковой массы и выделение влаги, которая скапливается в глазках, образуя «слезу». Количество и характер глазков формируют рисунок сыра. При быстром образовании газа глазки будут мелкими – диаметром 0,3-0,5 см (мелкие твердые сыры), а при медленном крупными – диаметром 1-2 см (крупные твердые сыры).

В крупных сырах (типа швейцарского) глазки образуются через 20-25 дней после изготовления, а иногда и позже. Они имеют правильную круглую форму, заполняются в основном углекислым газом и незначительным количеством азота и кислорода. Углекислый газ образуется главным образом под влиянием пропионовокислого брожения.

В мелких сырах глазки мелкие, частые, круглой формы. Если процесс брожения проходит нормально, рисунок имеет глазки округлой формы, равномерно расположенные.

При нарушении нормального процесса брожения формируется рисунок, нехарактерный для того или иного вида сыра.

Загрязнение молока и сыра бактериями группы кишечных палочек приводит к обильному газообразованию в первые дни созревания. Рисунок образуется сетчатый, рваный, а иногда при быстром развитии этих бактерий наблюдается вспучивание сыра.

Маслянокислые бактерии, попавшие в молоко и сыр, развиваются позднее, создавая свой рисунок, который накладывается на рисунок, образованный ранее, т.е. при маслянокислом брожении наблюдается вспучивание сыра на более поздней стадии его созревания.