Биотехнология кисломолочных напитков и сметаны
Основными биохимическими и физико-химическими процессами, протекающими при производстве кисломолочных напитков и сметаны, является молочнокислое брожение. Сущность молочнокислого брожения состоит в том, что молочный сахар под действием ферментов микроорганизмов сбраживается до молочной кислоты, происходит коагуляция казеина и образование сгустка.
В результате развития молочнокислых бактерий выделяется фермент лактаза, который расщепляет дисахарид лактозы (молочный сахар) на две монозы — глюкозу и галактозу:
При ферментативных превращениях из глюкозы и галактозы образуется по две молекулы пировиноградной кислоты:
На второй стадии молочнокислого брожения пировиноградная кислота восстанавливается до молочной кислоты с участием фермента лакто-дегидразы:
Таким образом из одной молекулы молочного сахара образуется четыре молекулы
молочной кислоты:
При спиртовом брожении, протекающем при участии молочных дрожжей, молочный сахар сбраживается до пировиноградной кислоты, этилового спирта и углекислого газа. Пировиноградная кислота под действием фермента карбоксилазы, находящейся в клетках дрожжей и ароматообразующих молочнокислых бактерий, расщепляется на уксусный альдегид
и углекислый газ:
Далее уксусный альдегид восстанавливается до этилового спирта:
Одновременно при молочнокислом и спиртовом брожении протекают побочные процессы с образованием летучих кислот, углекислого газа, эфиров и других соединений, которые участвуют в формировании вкуса и запаха продукта.
При молочнокислом брожении, образовавшаяся молочная кислота воздействует на основной белок молока — казеин, который находится в молоке в виде казеин-кальциевой соли. При этом молочная кислота отнимает от казеин-кальциевой соли кальций, в результате чего образуется нерастворимая казеиновая кислота (сгусток) и молочнокислый кальций:
Таким образом, при отнятии кальция от казеин-кальциевой соли происходит коагуляция казеина и образование геля. Образование (геля) сгустка объясняется тем, что молочная кислота повышает концентрацию водородных ионов (рН), что приводит к изменению (понижению) электрических зарядов частиц казеина и уменьшает противодействие к столкновению между отдельными частицами.
При достижении концентрации водородных ионов соответствующей изоэлектрической точки казеина (рН = 4,7) количество положительных и отрицательных зарядов на поверхности казеина становится равным, а частицы казеина электронейтральными.
При отсутствии заряда каждое столкновение частиц казеина ведет к агрегации (объединению). Укрупненные частицы при спокойном состоянии образуют сначала нити казеина, а потом сетку-сгусток. При повышении кислотности и температуры образуется более плотный сгусток, что может привести к нежелательному явлению при производстве кисломолочных напитков — синерезису самопроизвольному отделению сыворотки от сгустка.