Н.Г. ИВАНОВА

Откуда сыр пришел

Очерки о пищевой биотехнологии

Продолжая начатый несколько лет назад разговор о биотехнологии (см. «Биология» № 15–19/1994), сегодня мы расскажем о ее роли в производстве пищевых продуктов и напитков.

Все органические вещества, применяемые в пищевой промышленности, в принципе могут использоваться микроорганизмами, причем как в положительном, так и в отрицательном* аспектах. Об отрицательной роли микроорганизмов и вспоминать-то долго не надо – все эти заплесневения, прокисания, гниение... При этом, в процессе размножения микробов, не только ухудшается внешний вид пищевых продуктов, но и нередко образуются токсичные вещества. Понятно, что явная порча пищи и связанные с этим экономические убытки весьма нежелательны, однако наиболее опасным следствием является образование токсинов, которые могут вызвать серьезные заболевания и даже привести к смерти.

Но сегодня мы коснемся такой важной функции микробов как участие в производстве пищи. Ибо без них мы лишились бы многих традиционных продуктов и напитков, знакомых с детства или узнаваемых в процессе взросления. Мы поговорим о применении современных методов и знаний для интенсификации производств этих продуктов.

В пищевой промышленности применяют как чистые культуры микроорганизмов, так и изначально содержащиеся в сырье в значительном количестве дикие формы, которые при создании надлежащих условий начинают активно размножаться. Последний способ чаще всего применяется в традиционных бродильных производствах, зародившихся в те стародавние времена, когда о микробах еще ничего не знали. В промышленном производстве такие процессы обычно ведутся под строгим контролем чистоты культуры выбранного штамма микроорганизмов.

До недавнего времени биотехнология в пищевой промышленности лишь усовершенствовала уже освоенные процессы, но будущее здесь принадлежит генетическим исследованиям по созданию более продуктивных штаммов для конкретных нужд, внедрению новых методов в технологии брожения. Таким путем можно будет повысить выход и качество выпускаемой продукции и освоить производство новых ее разновидностей.

Молочные продукты

В пищевой промышленности ферментацию применяют главным образом для получения молочных продуктов. В сквашивании молока обычно принимают участие стрептококки и молочнокислые бактерии; лактоза при этом превращается в молочную кислоту. Свойства конечного продукта, будь это сыр, творог, кефир, йогурт, сметана или национальные кисломолочные продукты, зависят при этом от характера и интенсивности реакций ферментации.

В молоке при ферментации (сквашивании) могут протекать шесть основных реакций, в результате которых образуются молочная, пропионовая, лимонная кислоты, спирт, масляная кислота или же происходит бурный рост кишечной палочки (E.coli), сопровождающийся усиленным газообразованием. Главная из этих реакций – образование молочной кислоты. На ней основаны все способы ферментации молока. Лактоза молока гидролизуется при этом с образованием галактозы и глюкозы. Обычно галактоза превращается в глюкозу еще до сквашивания. Имеющиеся в молоке бактерии преобразуют глюкозу в молочную кислоту. Образование сгустка казеина происходит в изоэлектрической точке этого белка (рН 4,6) под действием молочной кислоты. Этот процесс лежит в основе получения творога и сыров.

При производстве швейцарского сыра ключевую роль играет маслянокислое брожение с образованием углекислого газа. Именно оно обусловливает своеобразный вкус (букет) этих сыров и образование глазков. Характерный вкус пахты, сметаны и сливочного сыра формируется в результате лимоннокислого брожения. Он складывается из составляющих вкусов диацетила, пропионовой и уксусной кислот и других близких к ним соединений.

На основе спиртового брожения получают такие молочные продукты, как кефир и кумыс, но при производстве других продуктов оно считается нежелательным, и рост вызывающих его дрожжей (Torula) стараются подавить. Нежелательны также маслянокислое брожение и колиформное газообразование.

Различные процессы ферментации молока проводят сегодня в контролируемых условиях. В течение многих прошедших тысячелетий эти процессы осуществлялись при участии бактерий, исходно присут-ствующих в молоке. В наше время для этого используют разнообразные закваски, позволяющие получать молочные продукты нужного качества и типа. Применяющиеся при этом культуры живых бактерий могут представлять либо один штамм определенного вида, либо смешанные культуры. Коммерческие культуры-закваски состоят из бактерий, образующих молочную кислоту и определенные вкусовые вещества (табл. 1). Выбор и состав используемых комбинаций из этих штаммов и видов бактерий определяются желаемыми свойствами и условиями получения продуктов, например скоростью образования молочной кислоты.

Таблица 1. Функциональная роль некоторых бактерий, используемых при переработке молока

Сыр

Сыроварение – один из древнейших процессов, основанных на ферментации. Считается, что сыроварение зародилось в Юго-Западной Азии около 8 тыс. лет назад. В Римской империи произошло усовершенствование технологии получения сыра, были созданы новые сорта, и между 60 г. до н.э. и 300 г. н.э. сыроварение распространилось в Европе. Всего лишь несколько сортов сыра было получено «по плану», большинство же – результат счастливой случайности.

Существуют самые разнообразные сыры – от очень мягких до твердых: все мягкие сыры содержат 50–60% воды; а твердые – всего лишь 13–34%. Еще сыры можно разделить на свежие и созревающие. Свежие получаются из молока, свернувшегося под действием кислоты или нагревания, и их употребляют в пищу сразу после приготовления; такие сыры не хранятся. Это, например, домашний сыр, сливочный сыр, моццарелла.

Для получения созревающих сыров молоко заквашивается молочнокислыми бактериями и сворачивается под воздействием ферментного препарата реннина. Свернувшаяся масса прессуется для удаления сыворотки, солится и выдерживается продолжительное время в контролируемых условиях. За это время продукт и приобретает характерные для того или иного сорта сыра вкус, аромат и консистенцию. Иными словами, сыр созревает (свежие сыры потребляются без созревания). Подавляющее большинство сыров являются как раз созревающими. Многие из них поступают в продажу без какой-либо дополнительной обработки, но значительная часть созревающих сыров измельчается, подвергается нагреванию и эмульгируется с фосфатом натрия и другими солями для получения плавленых сыров.

Независимо от сорта получаемого сыра весь процесс сыроварения можно разделить на 9 этапов: 1 – подготовка молока; 2 – свертывание молока, образование сгустка; 3 – измельчение сгустка; 4 – нагревание сырной массы; 5 – отделение лишней сыворотки; 6 – посолка сырной массы; 7 – введение специальных микроорганизмов; 8 – прессование и 9 – созревание сыра. От условий проведения каждой стадии зависят свойства конечного продукта.

Подготовка молока и сквашивание

Основным сырьем для сыроварения служит коровье молоко, но, например, в странах Юго-Западной Азии и Средиземноморья сыры делают главным образом из молока коз и овец. Делают сыры и из молока азиатских буйволов, верблюдов, яков, оленей и лам.

Подобно тому, как аромат и букет вина зависят от сорта винограда, вкус сыра зависит от природы молока, т.е. от какого животного оно было получено. Сыры из козьего молока имеют более острый пикантный запах, чем сыры из коровьего молока, что связано главным образом с повышенным содержанием каприновой (в 5 раз больше), каприловой (в 3 раза больше) и капроновой (в 2 раза больше) кислот. Каждая из них определяет свой оттенок ост-рого вкуса.

Из овечьего молока получаются сыры с характерным запахом, обусловленным высоким содержанием каприловой кислоты, которой в этом молоке в 6 раз больше, чем в коровьем, и вдвое больше, чем в козьем. А содержание каприновой кислоты в овечьем молоке вдвое ниже, чем в козьем. Различия слабо сказываются на вкусе свежего молока – специфический запах появляется лишь после того, как молочный сыр проходит стадию созревания и под действием липаз из жиров образуются жирные кислоты.

Природа молока влияет также на цвет сыра. Молоко овец, азиатского буйвола и некоторых пород коз не содержит желтого пигмента -каротина или же содержит его очень мало, поэтому сыры из него, как правило, белого цвета. Количество -каротина в коровьем молоке зависит от времени года, породы коровы и ее рациона, и сыр из такого молока бывает от соломенного до желтого цвета.

В прошлом сыроделы полагались на бактерии и грибки, имеющиеся в натуральном молоке и попадающие в него самопроизвольно из воздуха. Присут-ствие как нужных, так и нежелательных микробов приводило к тому, что разные партии сыра отличались друг от друга. Но в 1890–1920 гг. в ряде лабораторий в Европе и США были получены чистые культуры необходимых микроорганизмов. Вскоре стало ясно, что добавление чистых культур к необработанному молоку низкого качества подавляет рост присутствующих в нем нежелательных микроорганизмов и улучшает свойства получаемого сыра. Позднее, когда молоко стали кипятить или пастеризовать, чистые культуры оказались незаменимыми для обеспечения нужного количества необходимых бактерий.

Успехи технологии культивирования бактерий привели к тому, что стало возможно получать замороженные или лиофильно высушенные концентрированные препараты бактерий, так называемые закваски (в 1 г около 400 млрд клеток). Их вводят в емкость с теплым молоком без предварительного культивирования, и они сразу начинают размножаться. Кроме того, заквасочные культуры отбирают на устойчивость к бактериофагам, что облегчает ведение процесса сыроварения и делает его более предсказуемым.

Созревание сыра является результатом жизнедеятельности большого количества микроорганизмов, концентрация которых в сыре много выше, чем в других основных пищевых продуктах. В начале процесса сыроварения (в первый день) в 1 г исходного материала их содержится 1–2 млрд клеток. В дальнейшем популяция микроорганизмов уменьшается из-за недостатка кислорода, высокой кислотности среды и присутствия ингибиторных соединений, накапливающихся по мере созревания сыра. К счастью, организмы, обеспечивающие процесс созревания, сохраняют жизнеспособность и, по-видимому, даже процветают. Именно действию их клеточных ферментов на лактозу, жиры и белки мы обязаны ароматом зрелого сыра. А вот микроорганизмы, продуцирующие токсичные и портящие вкус продукта вещества, за это время погибают.

Одной из первых процедур подготовки молока для сыроварения может быть добавление окрашивающих агентов – -каротина, экстрактов семян или растений. Например, используют экстракт перца, а также аннато – желтовато-красный пищевой краситель, получаемый из мякоти плодов тропического дерева Bixa orellana.

Следующий этап – добавление заквасочной культуры. Культуры для большинства созревающих сыров содержат бактерии, продуцирующие только молочную кислоту. Разные культуры продуцируют разное количество молочной кислоты, которая влияет на вкус и консистенцию сыра, а также на образование в нем «глазков».

Для многих натуральных созревающих сыров заквасочные культуры содержат бактерии, хорошо растущие при 20–38 °С (S. lactis или S. сremoris). При изготовлении сыров типа эмментальского сгусток свернувшегося молока проходит термообработку при температуре 42–46 °С, так что используют смешанную культуру S. thermophilus и S. lactis; а при термообработке при 49–54 °С – смешанные культуры S. thermophilus и L. bulgaricus или L. helveticus и L. lactis.

Для созревания многих сортов сыра микроорганизмы играют еще и иную роль. Жизнедеятельность бактерий и грибов, введенных внутрь сырной массы или посеянных на ее поверхность, придает продукту те аромат и структуру, которые определяют его сорт (рокфор, камамбер и др.)

Продолжение следует

^* Конечно, о негативности в данном случае можно говорить только с точки зрения человека, но никак не природы в целом.