Оценка связи биохимических процессов и качества продукта при разработке биотехнологии сыра с благородной плесенью

Группа сыров, созревающих при участии благородной плесени, является полезным продуктом, богатым содержанием белка, в состав которого входит множество незаменимых аминокислот, оказывающих благотворное влияние на укрепление стенок сосудов, снижение их ломкости. Микроорганизмы, входящие с состав микрофлоры закваски таких сыров, создают благоприятные условия в ЖКТ, способствуя оздоровлению микрофлоры кишечника, предупреждению бродильных процессов и метеоризма. Высокое содержание в сырах данной группы витамина В12 положительно влияет на работу центральной нервной системы. Любое производство должно быть экономически целесообразным, способствующим снижению себестоимости продукта. Для увеличения дохода, а соответственно, рентабельности производства предложена разработка биотехнологии сыра, созревающего при участии благородной плесени, выработанного из смеси цельного молока и вторичного белково-углеводного сырья. Проведены исследования влияния вида белково-углеводного сырья, закваски и вида плесеней на физико-химические и органолептические свойства продукта, а также определено оптимальное соотношение сырья (молоко:пахта) для выработки сыра. Предлагаемый продукт исследован на предмет относительного состава азотистых фракций, наличие и количество летучих жирных кислот. Показано, что в опытных сырах, выработанных с применением благородной плесени, более интенсивно протекали процессы протеолиза и липолиза, что нашло свое отражение в улучшении органолептических показателей готового продукта. Полученный мягкий сыр имеет уникальные показатели, пикантный грибной вкус и может быть рекомендован для производства на сыродельных предприятиях

На государственном уровне стоит задача сделать изготовление товаров отечественного производства основой российской экономики

Импортозамещение, называемое ранее перениманием опыта иностранцев, занимало еще Н. В. Верещагина во второй половине XIX века. На сегодняшний день Россия является страной, которая имеет довольно большой ассортимент молочных продуктов. Однако и сейчас по сравнению с Европой ассортимент сыров остается менее значимым. На государственном уровне стоит задача сделать изготовление товаров отечественного производства основой российской экономики. Премьер-министр Российской Федерации М. В. Мишустин в апреле 2022 года в ходе доклада в Государственной думе подчеркнул, что сегодня импортозамещение для России – «это вопрос экономического суверенитета».

В связи с этим разработка новых технологий сыров, в частности созревающих при участии благородной плесени, является актуальной и значимой задачей, стоящей перед молочным производством.

Ассортимент сыров с плесенью насчитывает более 200 разновидностей

Сыр является одним из самых древних молочных продуктов. О возникновении многих видов сыров ходят легенды. Особую группу составляют сыры с плесенью. Ассортимент этого вида сыров насчитывает более 200 разновидностей. Он может быть мягким, полутвердым, твердым, с белой, голубой, зеленой, красной, черной плесенями и даже гибридами. Все группы этих сыров объединяет то, что они вырабатываются и созревают с участием микрофлоры благородной плесени. Это очень полезный продукт, богатый содержанием белка, кальция, калия, фосфора, витаминов А, Е, группы В и других, а также макро- и микроэлементами. Кроме того, в состав сыра входят полезные бактерии, оказывающие положительное влияние на пищеварение.

Благородная плесень увеличивает уровень усвоения кальция

Для лучшего усвоения кальция организмом необходимы «помощники». При употреблении сыра с плесенью не нужно применять никаких добавок, потому что благородная плесень увеличивает уровень усвоения кальция организмом человека за счет своей ингибиторной способности. Запас кальция и калия в организме благотворно влияет на костную систему человека, зубную эмаль. Также важен тот факт, что содержание фосфора в таких сырах даже больше, чем в некоторых сортах рыбы.

Включение в рацион сыров с плесенью способствует снижению негативного воздействия ультрафиолетовых лучей

Систематическое и регулярное употребление сыра с плесенью помогает снизить негативное воздействие ультрафиолетовых лучей, а также замедляет преждевременное старение кожи за счет веществ, содержащихся в сыре и способствующих выработке мелатонина. Все микроорганизмы, входящие в состав микрофлоры закваски таких сыров, создают благоприятные условия в ЖКТ для развития полезных бактерий, тем самым способствуя оздоровлению микрофлоры кишечника, предупреждению бродильных процессов и метеоризма. Благодаря насыщению организма витамином В5 улучшается общий гормональный фон. В сырах, созревающих при участии плесени, содержится в несколько раз больше витамина В12, нежели в остальных сортах сыра. Данный витамин положительно влияет на работу центральной нервной системы, помогает в ее нормализации, повышает стрессоустойчивость, улучшает качество сна. Также этот витамин контролирует правильную работу надпочечников, предотвращая развитие острых воспалительных процессов. Аминокислоты и жиры приносят пользу для всей сердечно-сосудистой системы. Сыры полезны для организма именно тем, что обладают высокой концентрацией необходимых незаменимых аминокислот, что помогает укреплять стенки сосудов, снижает их ломкость. Кроме этого, происходит насыщение клеток сердечной мышцы полезными жирами и, следовательно, улучшение качества работы жизненно важного органа, ускорение обменных процессов и обогащение клеток необходимыми минералами.

Норма употребления сыра – 50 г в день

Следует отметить, что, как и при употреблении всех продуктов, витаминов и т. д., существует определенная норма потребления сыра – 50 г в день. При систематическом превышении данной нормы могут проявляться неблагоприятные последствия для человека в виде дисбактериоза, аллергических реакций на пенициллин, а также инфекционный листериоз, опасный для беременных женщин и протекающий бессимптомно.

Важной задачей предприятий молочной промышленности является поиск способов удешевления производства

В связи с нынешней экономической обстановкой в стране предприятия молочной промышленности вынуждены искать пути удешевления производства продукта. Процесс выработки сыров является затратным, т. к. выход сыра (в зависимости от вида) составляет меньше 50% от сырья, используемого для его производства. Также значимы затраты на уход во время созревания продукта и амортизацию оборудования для его выработки.

Перспективным направлением удешевления производства сыров является их выработка с использованием вторичного сырья

Одной из особо важных целей предприятий молочной промышленности, которая может способствовать снижению себестоимости продукта, является использование вторичного сырья, получаемого при производстве различных молочных продуктов. К вторичному сырью относятся молочная сыворотка (сладкая и кислая), пахта, обезжиренное молоко. При наращивании темпов по производству сыра и масла увеличивается объем ресурсов подсырной сыворотки и пахты. Более половины от всего объема пахты отправляется на предприятия, специализирующиеся на сельском хозяйстве, или просто выливается. Молочную сыворотку используют для выработки различных напитков с разнообразными наполнителями, но так как ее объем от общего объема молока, направленного на выработку сыра или творога, составляет от 70 до 85%, то в производстве используется менее 30% от всей ее доли. Данные вторичные продукты переработки молока являются ценным сырьем в промышленности. Они богаты сывороточными белками, аминокислотами, фосфатидами, лецитином, различными водо- и жирорастворимыми витаминами, минеральными солями. В пахту переходит значительное количество фосфолипидов и от 17 до 21% холестерина. Пахта обогащена жирными кислотами, в частности летучими, такими как муравьиная, уксусная, пропионовая и масляная. Кроме того, пахта является богатым источником лецитина, который находится в ней в наиболее активной форме, поскольку связан с белком, образуя активный белково-лецитиновый комплекс. Использование пахты для тех или иных целей зависит от вида масла, при производстве которого она была получена. Так, пахта от производства сладкосливочного масла может быть использована для нормализации цельномолочной продукции, для производства напитков, творога, сыра, сгущенной и сухой пахты, а также для производства мороженого; пахта от кислосливочного масла может применяться для выработки кисломолочных напитков, творога, сыров и мороженого.

Для увеличения дохода, а соответственно, рентабельности производства является целесообразным применение вторичного сырья на предприятиях молочной промышленности при выработке молочных продуктов.

Целью проведенных исследований являлась разработка биотехнологии и исследование мягкого сыра, созревающего при участии благородной плесени, выработанного из смеси цельного молока и вторичного белково-углеводного сырья.

Все исследования, необходимые для проведения данной работы, осуществлялись в лаборатории кафедры технологии продуктов питания Алтайского государственного технического университета им. И. И. Ползунова и ЦКИ «АлтайБиоЛакт».

В ходе данной работы вся продукция контролировалась по следующим показателям: органолептические (вкус, запах, консистенция и внешний вид, рисунок) и физико-химические (состав каждого компонента и смеси, титруемая кислотность, рН, массовая доля влаги и жира).

В качестве сырья для экспериментов использовалось сырое молоко и пахта. Сырье по органолептическим и физико-химическим показателям исследовалось в соответствии с нормативно-технической документацией:

– ТР ТС 033/2013 «О безопасности молока и молочной продукции»;

– ГОСТ 31449–2013 «Молоко коровье сырое. Технические условия»;

– ГОСТ Р 53513–2009 «Пахта и напитки на ее основе. Технические условия».

Таблица 1. Состав смесей для выработки мягкого сыра

Примечание. Для свертывания молока применяли заквасочные культуры, предоставленные компанией ООО «АлтаЛакт» (Россия, г. Барнаул):

1* – закваска MA, состоящая из:

• Lactococcus lactis subsp. lactis biovar. diacetylactis;

• Lactococcus lactis subsp. lactis;

• Lactococcus lactis subsp. cremoris.

2* – закваска MAG, состоящая из:

• Lactococcus lactis subsp. lactis;

• Lactococcus lactis subsp. cremoris;

• Lactococcus lactis subsp. lactis biovar. diacetylactis;

• Leuconostoc mesenteroides subsp. cremoris.

Определение продуктов распада казеина при созревании сыров проводили по фракциям с установлением количества азота в каждой фракции методом Кьельдаля согласно ГОСТ 34454–2018 «Определение массовой доли белка методом Кьельдаля» в аппарате VELP Scientifica UDK 159 (VELP, Италия). Определение числа водорастворимых и органически растворимых летучих жирных кислот в сыре проводили по методу В. Аристовой и А. Карышевой.

Сыры с плесенью вырабатываются из цельного молока. В настоящее время одной из целей предприятий молочной промышленности, как сказано выше, является переработка вторичного сырья с целью увеличения прибыли. Исходя из этого, было решено выработать мягкий сыр с различными видами плесеней и закваски из смеси цельного молока с сывороткой и пахтой.

Для выработки сыра было взято 8 различных вариантов смесей. Состав каждого варианта представлен в табл. 1.

Была проведена физико-химическая оценка цельного молока, пахты, сыворотки, а также их смесей. Данные исследований приведены в табл. 2 и 3.

Из смесей, указанных в табл. 1, было выработано 8 образцов сыра в соответствии с технологией производства мягкого сыра «Нежный» согласно ТУ 9225-005-02068315-96, выход продукта, массовая доля влаги и жира в сухом веществе этих образцов приведены в табл. 4.

Исходя из представленных данных, видно, что наибольший выход продукта был получен в образцах 1, 2, 3 и 7. Все 4 образца имеют в своем составе молоко и пахту.

Таблица 2. Физико-химические показатели компонентов смесей

Таблица 3. Физико-химические показатели смесей

Таблица 4. Физико-химические показатели исследуемых образцов свежего сыра

Во время созревания был проведен контроль массовой доли влаги в сыре. Результаты представлены на рис. 1.

Исходя из данных диаграммы, представленной на рис. 1, можно сделать вывод, что изначально содержание влаги выше в образцах 1, 2, 3 и 7. Данные образцы представляют собой сыр из смеси цельного молока и пахты в пропорции 60% молока и 40% пахты. Содержание массовой доли влаги в готовом продукте сохраняется максимальным в вышеуказанных образцах до конца процесса созревания. Соответственно, можно сделать заключение, что в сырах, выработанных из смеси молока с пахтой, потеря влаги происходит медленней, чем при выработке продукта из смеси молока с сывороткой.

Также была проведена оценка на соответствие органолептических показателей готового продукта по 45-балльной шкале в соответствии с требованиями ГОСТ 33630–2015 «Сыры и сыры плавленые. Методы контроля органолептических показателей». Результаты оценки представлены на рис. 2.

Наивысший балл по органолептической оценке получил образец № 3 (смесь молока с пахтой, закваской MAG для сыра Камамбер и культурой плесени Penicillium candidum). Высокий балл также получили образцы № 1 (смесь молока с пахтой, закваской MA мезофильных бактерий и культурой плесени Penicillium candidum) и № 6 (смесь молока с подсырной сывороткой, закваской MAG для сыра Камамбер и культурой плесени Penicillium candidum). В данных образцах оценка была ниже из-за менее выраженного запаха.

Самый низкий балл отмечен у образца № 7 (смесь молока с пахтой, закваской мезофильных бактерий и культурой плесени Penicillium candidum и Penicillium roqeforti). Сыр имел неприятный запах, посторонний вкус, нехарактерный для сыров с плесенью. Также на разрезе сыра не проросла зеленая плесень. Но при этом продукт имел отличную консистенцию.

Исходя из анализа всех полученных данных, для дальнейшего исследования был отобран образец № 1 (смесь молока с пахтой, закваской мезофильных бактерий и культурой плесени Penicillium candidum), поскольку он имел показатели жира в сухом веществе и влаги, соответствующие требованиям нормативно-технической документации на протяжении всего срока хранения, а также получил высокую органолептическую оценку. Таким образом, при проведении дальнейших исследований данный образец сыра являлся опытным, в качестве контроля взяли сыр, выработанный по технологии мягкого сыра «Нежный».

Дальнейшее исследование сыров проводилось на предмет относительного состава азотистых фракций и количественного наличия в жире низкомолекулярных растворимых (масляная, капроновая) и низкомолекулярных (летучих) нерастворимых в воде жирных кислот (каприловая, каприновая). Определение указанных показателей осуществляли после процесса самопрессования в возрасте 10 и 20 суток.

Главным показателем отражения общего протеолитического процесса является прирост общего растворимого азота. В возрасте 20 суток содержание данной фракции в опытном сыре было на 10% больше относительно контрольного образца (табл. 5). Фракция небелкового фильтрата, содержащего низкомолекулярные пептиды, представляет большой интерес. Так, в исследуемых сырах, выработанных с применением плесени, более интенсивно протекал процесс протеолиза. Содержание этой фракции в опытном сыре на 20,75% больше по сравнению с контрольным образцом. Накопление фракции свободных аминокислот протекало более интенсивно при участии благородной плесени, прирост этой фракции по сравнению с сырами, в созревании которых плесень не принимает участия, составил 11,94% (см. табл. 5, рис. 3).

Таблица 5. Изменение азотистого состава исследуемых сыров при хранении

Таблица 6. Результаты исследования количества летучих жирных кислот в сыре

Таблица 7. Органолептические показатели образцов сыра

Изменение содержания небелкового азота и азота аминокислот представлено на рис. 3.

Летучие жирные кислоты получали омылением жира щелочью с последующим разложением мыла серной кислотой и перегонкой образовавшихся летучих жирных кислот. Растворимые в воде кислоты перегоняли на дистилляционной установке с водяным паром, а нерастворимые – с парами этилового спирта.

Содержание водорастворимых летучих жирных кислот в сыре Камамбер через 20 суток после выработки составляло 17,63 единиц, что на 19,68% больше по сравнению с контрольным сыром, а органически растворимых – 8,19 единиц, что больше соответственно на 19,04% (табл. 6, рис. 4).

Таким образом, можем отметить более интенсивный рост содержания жирных кислот в процессе созревания в сырах, выработанных с применением благородной плесени.

Тенденция к более глубоким преобразованиям азотистых соединений и жировых фракций в сырах, выработанных при участии благородной плесени, сопровождалась улучшением органолептических характеристик продукта. Оценка на соответствие органолептических показателей готового продукта была проведена по 45-балльной шкале по требованиям ГОСТ 33630–2015 «Сыры и сыры плавленые. Методы контроля органолептических показателей». Результаты оценки экспериментального образца сыра представлены в табл. 7.

Опытный сыр обладает тонким пикантным грибным вкусом и ароматом, который обусловлен действием белой плесени, что определило более высокий балл по сравнению с контрольным сыром (см. табл. 6). Консистенция сыра эластичная с мягкой сердцевиной и плотным центром, что обусловлено липолитическим и протеолитическим действием плесени.

Мягкий сыр с плесенью, полученный из смеси молока с пахтой, представляет собой круглую головку сыра, покрытую тонким слоем белой плесени. Готовый продукт заворачивается в фольгу. Продукт хранится при температуре от 0 до 6 °C и относительной влажности от 80 до 85% в течение 30 суток. После вскрытия упаковки сыр можно хранить не более 24 ч. Разработанный по органолептическим свойствам сыр превосходит свой аналог, поэтому может быть предложен для производства на сыродельных предприятиях после разработки соответствующей технической документации.

В ходе научной работы были проведены исследования влияния вида белково-углеводного сырья, закваски и вида плесеней на физико-химические и органолептические свойства продукта, а также определено оптимальное соотношение сырья (молоко:пахта) для выработки сыра. Готовый продукт исследован на предмет относительного состава азотистых фракций, наличие и количество летучих жирных кислот. Показано, что в опытных сырах, выработанных с применением благородной плесени, более интенсивно протекали процессы протеолиза и липолиза, что нашло свое отражение в улучшении органолептических показателей готового продукта. Полученный мягкий сыр, разработанный согласно рецептуре с использованием различных вносимых компонентов, по своим органолептическим, физико-химическим и микробиологическим характеристикам имеет уникальные показатели, пикантный грибной вкус и может быть рекомендован для производства на сыродельных предприятиях.

Источник: Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. – 2023. – Т. 12. – №. 4. – С. 566-575.