2 Технологический процесс производства сметаны

2.1 Производство сметаны традиционным способом

Технология получения сметаны состоит из операций нормализации сливок, пастеризации и гомогенизации их, охлаждения до температуры заквашивания и сквашивания, охлаждения и созревания. Большинство операций - общие для всех видов сметаны, но имеются различия в условиях обработки сливок, сквашивания, применяемых заквасок и др.(Твердохлеб Г.В., 2006).

Сметану вырабатывают термостатным и резервуарным способами, по традиционной схеме и с предварительным созреванием сливок перед сквашиванием. В настоящее время сметану изготовляют преимущественно более экономичным резервуарным способом. Однако вследствие неизбежных механических воздействий на сгусток сметаны при размешивании и последующей операции фасования происходит заметное разрушение его структуры, что разжижает продукт, изменяет его структурно-вязкостные показатели.

Для получения сметаны стандартной жирности сливки нормализуют по жиру с учетом нормы вносимой закваски и вида молока (цельное или обезжиренное). Если при выработке сметаны используют добавки и наполнители, массовую долю жира в нормализованных сливках устанавливают с учетом их массы и жирности.

Сметану вырабатывают только из пастеризованных сливок, чтобы обеспечить высокие санитарно-гигиенические свойства и стойкость при хранении. Пастеризация необходима не только для уничтожения всей вегетативной микрофлоры, но и для разрушения иммунных тел, которые могут мешать развитию молочнокислых бактерий закваски. Пастеризация также преследует цель полной инактивации ферментов, таких как липаза, пероксидаза, лактаза и протеаза, которые при хранении сметаны будут вызывать глубокие изменения компонентов продукта и быструю его порчу. Кроме того, пастеризация сырья играет большую роль в улучшении консистенции сметаны и ее синергетических свойств. Происходит денатурация сывороточных белков (на 40-60%), что повышает гид- ратационные свойства казеина. Он активнее связывает воду и больше набухает при сквашивании. Денатурированные сывороточные белки коагулируют вместе с казеином при сквашивании и участвуют в образовании более прочного сгустка с замедленным отделением сыворотки (Твердохлеб Г.В., 2006).

Оптимальным режимом пастеризации сливок при выработке сметаны, обеспечивающим эффективность пастеризации 99,99% является температура 85°С и 92-95 °С с выдержкой 15-20 с. Для бактериально загрязненных сливок второго сорта применяют более жесткий режим пастеризации - температура не ниже 93-96 °С и выдержка 10-20 мин.

При высокотемпературной пастеризации (92-96 °С) происходит усиленное образование реактивноспособных сульфгидрильных групп (-SH), понижающих окислительно-восстановительный потенциал плазмы, связывающих тяжелые металлы и играющих роль антиокислителей. Образуется ряд летучих веществ, в том числе сероводород, которые придают сливкам ореховый, выраженный привкус пастеризации, высоко ценимый потребителями. При высокой температуре пастеризации также создаются оптимальные условия для эффективного развития молочнокислых бактерий закваски: снижается окислительно-восстановительный потенциал, и происходит частичное разложение белка с образованием более простых пептидов, свободных аминокислот и других продуктов, стимулирующих рост бактерий (Твердохлеб Г.В., 2006).

При пастеризации происходит частичная денатурация оболочечного вещества жировых шариков, что способствует разрушению скоплений жировых шариков. При температуре пастеризации выше 95°С коалесци-рованные жировые шарики образуют капли жира размером до 15 мкм.

Тепловую обработку сливок осуществляют в пластинчатых пасте-ризационно-охладительных установках, обеспечивающих автоматический контроль и регулирование температурных режимов.

Для получения однородной и густой сметаны, прочно удерживающей влагу, сливки перед заквашиванием необходимо гомогенизировать. В негомогенизированных сливках жировые шарики распределяются в белковой структуре геля беспорядочно, в гомогенизированных - равномерно. При гомогенизации происходит диспергирование не только жировых шариков, но и белковых частиц. Дробление жировых шариков сопровождается значительными изменениями в структуре и составе их оболочек, резко увеличивается (в 4-5 раз ) суммарная поверхность шариков, происходит дополнительное связывание воды вновь образованными оболочками жировых шариков. Все это приводит к повышению вязкости гомогенизированных сливок. Чрезмерное дробление жировых шариков при гомогенизации может привести к образованию ими больших скоплений в виде гроздьев (до 10-20). Их образованию способствуют снижение электрозаряженности и выделение свободного жира при дроблении шариков. Жидкий жир играет здесь роль цемента при слипании жировых шариков в кучки-гроздья. Наибольшее кучеобразование наблюдается при низких температурах гомогенизации (20-30 °С) и высоком давлении, особенно для сливок повышенной жирности. Существует закономерность: чем больше скоплений жировых шариков, тем ниже стабильность белков. Чрезмерная вязкость сливок, образование большого числа жировых кучек обусловливают получение рыхлой, хлопьевидной, «шероховатой» консистенции с комочками жира, утрату глянцевитости (Твердохлеб Г.В., 2006).

Оптимальными режимами гомогенизации сливок в производстве сметаны 25%-ной и 30%-ной жирности являются температура 70°С и давление 10 МПа, сметаны 10, 15 и 20%-ной жирности - 14-18 МПа. Чем выше концентрация жира в сметане, тем ниже оптимальное давление гомогенизации. Температура гомогенизации ниже и выше 70°С обусловливает возрастание количества и размеров скоплений жировых шариков, что ухудшает консистенцию сметаны. Сметана, изготовленная при оптимальных режимах гомогенизации сливок, имеет наиболее высокие показатели плотности, пластичности, структурно-механических свойств, ее сгусток прочно удерживает влагу.

В производстве сметаны сливки рекомендуется гомогенизировать после пастеризации, хотя имеется опасность повторного обсеменения сливок в процессе гомогенизации. Поэтому необходимо установить строгий санитарно-гигиенический контроль гомогенизатора и молокопровода. Такая последовательность операций обусловлена тем, что в процессе гомогенизации снижается стабильность белковой фазы, поэтому при последующей пастеризации могут образовываться хлопья белка в сливках и крупитчатая консистенция в сметане.

При гомогенизации, как известно, значительно повышается дисперсность жировых шариков, происходят глубокие конформационные изменения оболочек жировых шариков, уменьшается количество свободного жира в сливках, содержание которого повышается при термической обработке. Поэтому пастеризация гомогенизированных сливок может вызвать образование большого числа коалесцированных жировых шариков в виде капель жира, а вместе с тем появление жировых комочков в сметане. Гомогенизация способствует также активизации ферментов сливок, в том числе и липазы, что сопровождается образованием свободных жирных кислот и появлением салистого привкуса. Поэтому до гомогенизации необходимо инактивировать ферменты пастеризацией сливок (Твердохлеб Г.В., 2006).

Технологическая инструкция рекомендует сначала проводить гомогенизацию, а затем пастеризацию, чтобы обеспечить высокое санитарно-гигиеническое состояние сливок. Выбор последовательности операций гомогенизации и пастеризации зависит от качества исходного сырья, санитарно-гигиенических условий производства и применяемого оборудования.

После пастеризации и гомогенизации сливки охлаждают до температуры заквашивания (18-22°С летом, 22-23°С зимой) и направляют в резервуары для заквашивания. Повышение температуры сквашивания до 25-27°С интенсифицирует процесс, но поверхность продукта может потерять глянцевитость, значительно изменяются процессы отвердевания жировой дисперсии, играющие важную роль в получении более плотной и густой сметаны.

Количество вносимой закваски (от 0,5 до 5%), качественный ее состав и активность значительно влияют на продолжительность сквашивания и качество сметаны (Твердохлеб Г.В., 2006).

Для производства сметаны используют многоштаммовые закваски, приготовленные на чистых культурах гомо- и гетероферментативных мезофильных молочнокислых стрептококков - Lc. lactis, Lc. cremoris, Lc. diacetilactis, Lc. lactis subsp. diacetilactis или Lc. acetoinicus, а для ацидофильной сметаны - ацидофильной палочки и ароматобразующего молочнокислого стрептококка(Самойлов В.А., 2007).

Применяют закваски двух типов: в составе одной из них преобладает молочнокислый стрептококк Lc. lactis, основным компонентом другой является сливочный стрептококк Lc. cremoris (каунасская закваска). При подборе штаммов микрофлоры закваски необходимо учитывать своеобразие физиологических свойств микроорганизмов в данной климатической зоне. Закваски, составленные на местных штаммах, отличаются более высокой биохимической активностью, особенно по образованию ароматических веществ (Самойлов В.А., 2007).

Для сметаны, не предназначенной для длительного хранения, подбирают бактериальную закваску, протеолитически активную и создающую аромат, но липолитически не активную.

Чем выше активность закваски и энергия ее кислотообразования, тем меньше продолжительность сквашивания и плотнее сгусток, выше его тиксотропные показатели, вкусовые качества и стойкость сметаны при хранении. Применяется бактериальный концентрат, выращенный на специальных средах и подвергнутый сублимационной сушке, в котором в 10-100 раз больше бактериальных клеток, чем в сухом, кроме того, его можно сразу использовать без пересадок для приготовления производственной закваски.

В промышленности применяют три основных способа внесения закваски для сквашивания сливок: после заполнения емкости сливками, до ее заполнения, одновременно с подачей сливок в емкость. При первом способе заквашенные сливки недостаточно эффективно перемешиваются и продолжительность сквашивания увеличивается. Этого можно избежать, используя два других способа внесения закваски. Дозирование закваски удобно проводить с помощью индукционного расходомера (ВНИКМИ) (Самойлов В.А.,2007).

После внесения закваски в течение первых 3 ч сливки тщательно перемешивают через каждый час, а затем оставляют в покое до конца сквашивания(Твердохлеб Г.В., 2006).

Сквашивание сливок продолжается 9—16 ч в зависимости от активности закваски и температуры сквашивания. Сгусток образуется в результате коагуляции казеина. При сквашивании происходит отвердевание высокоплавких глицеридов в жировых шариках, вследствие чего уменьшается отрицательный заряд жировых глобул и образуются кучки. Жировые шарики и их кучки входят в состав белковых стром и формируют связывающие мостики между ними, способствуя этим образованию более плотного сгустка. Наибольшей плотности сгусток достигает в изоэлектрической точке белков плазмы и оболочек жировых шариков, т. е. при рН 4,6-4,7. При рН ниже 4,6-4,7, что наблюдается при переквашивании сметаны, белки приобретают противоположный заряд и происходит их растворение, разрушение скоплений жировых шариков, нарушение гелевой структуры и разжижение сгустка. Поэтому необходимо сквашивание заканчивать при достижении кислотности 60-75 °Т с учетом того, что досквашивание произойдет при медленном охлаждении сметаны до температур физического созревания ее (Твердохлеб Г.В., 2006).

Охлаждение сметаны в период максимальной скорости размножения молочнокислой микрофлоры закваски (логарифмическая фаза), что соответствует кислотности 30-35°Т, способствует более интенсивному дальнейшему нарастанию кислотности и получению плотного сгустка кислотностью 60—67°Т с более высокой дисперсностью белковых частиц. . Это легло в основу разработки ступенчатого режима получения кисломолочного сгустка: сквашивание на первой степени при температуре 30-31°С до кислотности 30-35 °Т, охлаждение до температуры 8-10°С, досквашивание при этой температуре до кислотности 60-85 °Т и нагревание сквашенных сливок в целях образования сгустка (Твердохлеб Г.В., 2006).

Дисперсность казеиновых частиц в конце первой ступени сквашивания выше, чем в исходном сырье, и остается практически одинаковой до конца сквашивания. Нагревание таких сливок вызывает быстрое образование геля. Сгусток, полученный по ступенчатому режиму, имеет меньшие рН и титруемую кислотность (на 10-14°Т), содержит больше в 1,35 раза летучих жирных кислот, в 6,3 раза ароматобразующих бактерий, вязкость и предельное напряжение сдвига повышаются на 17-33% по сравнению с традиционным методом. При ступенчатом методе сквашивания возрастает количество связей между структурными элементами сгустка. Новые структурные элементы повышают вязкостные показатели сгустка. С увеличением прочностных и вязкостных показателей интенсивность выделения сыворотки уменьшается (Твердохлеб Г.В., 2006).

В формировании консистенции сметаны до 30%-ной жирности основную роль играет коагуляция белков, а в структурировании сметаны более высокой жирности консистенция формируется за счет физико-химических процессов жировой фазы.

После сквашивания сметану фасуют в крупную тару (металлические широкогорлые фляги, деревянные бочки массой нетто не выше 50 кг) и мелкую (стеклянные баночки, полиэтиленовые пакеты, картонные и пластмассовые стаканчики). Фасование сметаны в мелкую тару на специальных автоматах или полуавтоматах более удобно и составляет около 70% в общем объеме производимой продукции. Сметана как полидисперсная структурированная система не обладает достаточно прочными связями и при механическом воздействии разжижается. Поэтому желательно направлять сметану на фасование самотеком, применять механизмы, которые создают минимальное воздействие на ее структуру, или фасовать недосквашенной (Твердохлеб Г.В., 2006).

Чтобы сметана приобрела плотную консистенцию, ее немедленно после фасования направляют в холодильные камеры с температурой 2-8°С, где она охлаждается и созревает. Охлаждение и созревание сметаны может происходить также до фасования в тех же емкостях, в которых сквашивались сливки, после чего готовый продукт фасуют. Охлаждение в крупной упаковке в холодильной камере длится около 8-16 ч, созревание - 24^48 ч, в мелкой таре - соответственно 2 и 6-8 ч. (Твердохлеб Г.В., 2006).

С понижением температуры замедляется развитие молочнокислых стрептококков, а ароматообразующая микрофлора, напротив, усиливает свою жизнедеятельность, и в продукте накапливаются ароматические вещества. В процессе созревания сметана приобретает оптимальную кислотность (85-100°Т), а также более густую консистенцию. Получение более густой и более плотной консистенции при созревании связано преимущественно с отвердеванием глицеридов жировой дисперсии и некоторых компонентов оболочек жировых шариков, а также в некоторой мере с набуханием белков. Отвердевшие жировые шарики образуют «мостики» в белковой структуре и упрочняют ее.

С понижением температуры созревания повышается степень отвердевания жировой фазы, больше образуется «мостиков» и сметана в большей мере уплотняется.

Продолжительность хранения сметаны при температуре не выше 8°С - не более 72 ч. (Твердохлеб Г. В., 2006).