После получения и упрочения до определенной степени сгусток под­вергают обработке с целью повышения концентрации сухих веществ в нем за счет удаления части сыворотки. Выделение сыворотки из сгустка назы­вается синерезисом. Движущими силами синерезиса являются внутреннее напряжение сгустка и его вес, под действием которых сгусток теряет до двух третей своего объема, а также внешние нагрузки (прессование), при­меняемые в производстве большинства сыров. Удаление сыворотки под действием собственного веса и внутреннего напряжения сгустка в отече­ственной литературе называют самопрессованием, в зарубежной - спон­танным синерезисом. Масса зрелых твердых сыров составляет около 10% от массы молока, затраченного на его производство. От умения управлять синерезисом сгустка зависят химический состав и качество сыра.

Внутренние напряжения, стремящиеся сделать гель более ком­пактным и уменьшить запас свободной энергии, возникают во всех био­логических гелях. Казеиновый каркас молочного сгустка также начинает сжиматься и давить на содержимое ячеек, в результате чего часть за­ключенной в ячейках сыворотки выдавливается из сгустка через поры.

Прохождение жидкости через пористые материалы, обусловленное градиентом давления, подчиняется закону Darcy :

где V - линейная скорость потока жидкости в направлении / (м/с), измеряемая объемом жидкости, проходящим в единицу времени через поперечное сечение, перпендикулярное направлению /, деленным на площадь поперечного сечения. Если эффективный объем фракции мате­риала, формирующего каркас сгустка, обозначить через φ (пористость будет равна 1 — φ) и каркас сгустка будет изотопным (имеющим одина­ковые свойства во всех направлениях), то действительная средняя ско­рость жидкости будет равна V/(l - φ).

В - коэффициент проницаемости матрицы сгустка (м²), зависящий от геометрии сгустка. Чем больше В, тем меньше сопротивление сгустка выходу сыворотки. Он резко снижается при увеличении φ в процессе синерезиса. Проницаемость может изменяться в зависимости от скорости движения сыворотки: непостоянство скорости может влиять на вязкост­ное течение, а скорость потока сама по себе может влиять на матрицу сгустка, если матрица недостаточно жесткая. При низкой скорости по­тока (Re меньше 1, модуль сдвига меньше 0,1 Па) это влияние несуще­ственно. Однако при деформации сгустка из-за повышен­ных нагрузок изменяется его проницаемость.

Средняя величина В для сычужного сгустка молока после его обра­зования равна 2·10^-13 м² (табл. 2.7). Она увеличивается при увеличении времени с момента добавления в молоко молокосвертывающего энзима и температуры, снижается при повышении pH, не зависит от количества добавляемого хлористого кальция и резко уменьшается с повышением степени концентрации молока ультрафильтрацией (рис. 2.14).

η - вязкость (Па-с) жидкости, проходящей через пористую струк­туру: в молочном сгустке она равна вязкости сыворотки, которая зави­сит от температуры и кислотности.

ΔР - давление, оказываемое на сыворотку (Па), - давление синерезиса. Природа внутренних сил, вызывающих сжатие сгустка, недоста­точно выяснена. Некоторые авторы (Cheeseman, 1962; Dimov & Mineva, 1962) считают, что выделение сыворотки из сычужного сгустка обусловлено снижением водосвязывающей активности параказеиновых мицелл по сравнению с нативными мицеллами, т. е. потерей мицеллой гидратного слоя. Другие считают, что параказеиновые мицеллы связы­вают только на 3% меньше воды, чем нативные.

Давление синерезиса зависит от величины внешних сил, прикла­дываемых к сгустку, реологических свойств сгустка (модуля упругости, спектра релаксации напряжения). Часть давления, оказываемого на сгу­сток, уравновешивается сопротивлением его каркаса. В уравнении фигурирует давление нетто, т. е. общее давление на каркас сгустка минус часть общего давления, уравновешиваемая каркасом сгустка.

Из рис. 2.14 видно, что вначале давление синерезиса быстро растет, затем начинает снижаться и становится небольшим через сутки после внесения молокосвертывающих энзимов в молоко (van Dijk, 1982). В первый период давление синерезиса растет, несмотря на увеличение прочности сгустка. Более того, максимальная скорость синерезиса ха­рактерна для сгустков с достаточно высокой прочностью. Скорость си­нерезиса при увеличении прочности сгустка проходит через максимум. Объяснить это можно тем, что те же силы, которые обеспечивают проч­ность сгустка, вызывают и внутренние напряжения в нем. «Слабые» сгустки плохо отдают сыворотку из-за небольшой величины этих сил, излишне прочные сгустки тоже плохо отдают сыворотку, несмотря на достаточную величину этих сил, потому что они в большей степени уравновешиваются сопротивлением казеинового каркаса.

I - расстояние (м), которое нужно пройти сыворотке. Разрезка сгу­стка увеличивает синерезис за счет снижения l и увеличения поверхно­сти потока сыворотки.

Уравнение (2.6) практически нельзя использовать для количественно­го определения скорости синерезиса из-за неоднородности сгустка. Кроме этого, величины В и l зависят от направления, в котором идет синерезис, и в реальных условиях вектор скорости необходимо разлагать на три состав­ляющие. Условия на поверхности и прилегающих к ней участках сырного зерна будут очень сильно отличаться от условий во внутренних слоях.

Общей тенденцией будет снижение скорости синерезиса с течени­ем времени. Предложено несколько простых уравнений для определе­ния изменения объема сычужного сгустка в результате синерезиса, од­нако маловероятно, что точность их достаточно высока. Lawrence и Hill (1974) считают, что количество выделившейся из сгустка сыворотки пропорционально времени, прошедшему после внесения в молоко мо­локосвертывающих энзимов, в степени 1/2.

Weber (1984) предложил следующее уравнение для определения объема сгустка (массы) (V) в зависимости от начального объема (V_о) и времени (t), прошедшего после начала синерезиса при прочих постоян­ных условиях :

Во всех предлагаемых для определения скорости синерезиса уравне­ниях она пропорциональна t^1/2. При К_t намного меньшем 1, она пропор­циональна t.