Кислотное свертывание молока или сливок применяют для произ­водства свежих кисломолочных сыров, спрос на которые достаточно высок. Кислотное свертывание заключается в медленном подкислении находящегося в покое молока или сливок до образования сгустка (геля). Подкисление проводят чаще всего путем сбраживания лактозы молоч­нокислыми бактериями, реже - внесением в молоко кислот, например, кислой сыворотки, глюконо-5-лактона, который медленно гидролизует­ся с образованием глюконовой кислоты.

При медленном росте кислотности в мицеллах происходят сле­дующие главные изменения: солюбилизация мицеллярного фосфата кальция (МФК), т. е. выход его из мицеллы и растворение в сыворотке; снижение отрицательного поверхностного заряда до нуля по достиже­нии изоэлектрической точки казеина (pH 4,6 при физиологических тем­пературах). Эти изменения вызывают другие физико-химические (со­любилизацию казеинов, уменьшение гидродинамического и внутренне­го объемов и др.) и структурные изменения, в результате чего мицеллы теряют устойчивость и молоко или сливки свертываются.

Изменения в мицеллах казеина при снижении pH подробно рас­смотрены в разд. 2.3. Весь МФК превращается в растворимую форму и выходит из мицеллы при pH 5,0-5,4, т. е. еще до достижения изоэлек­трической точки (рис. 2.4). В момент полного выхода МФК из мицеллы в ней остается 14-16% Са от общего содержания в молоке (3,3-4,0 моля Са на моль казеина) в виде казеината кальция, который не входит в МФК. Дальнейшее снижение pH сопровождается выходом органическо­го кальция из мицеллы; органический фосфор остается в составе казеи­нов. Полная потеря МФК и значительное снижение содержания орга­нического Са - главное отличие мицелл казеина в кислотном сгустке от параказеиновых мицелл.

Наблюдения под электронным микроскопом показывают, что вы­ход МФК из мицелл (pH 5,2-5,3 при 20-30° С) сопровождается появле­нием большого количества маленьких частиц (возможно, субмицелл или новых образований) (Roefs et al., 1989), которые при дальнейшем снижении pH начинают снова агрегироваться и образуют новый гель в изоэлектрической точке [402]. Таким образом, кислотный сгусток об­разуется мицеллами казеина другого состава, чем сычужный.

МФК в параказеиновых мицеллах играет важную роль при связыва­нии β-казеина с другими казеинами (табл. 2.7). Потеря мицеллой МФК сопровождается выходом из нее части казеинов, и прежде всегоβ-казенна (рис. 2.3). Количество растворенных казеинов увеличивается при низкой температуре. Максимальное содержание растворенных при 20° С казеинов (около 30% от общего их содержания в молоке) наблюдается при pH ~ 5,4. После достижения максимума солюбилизации количество раство­ренных казеинов, при снижении pH по направлению к изоэлектрической точке, снова снижается (они образуют новые реконструированные, не со­держащие МФК мицеллы) и в изоэлектической точке достигает миниму­ма. Следовательно, на смену связей через МФК в реконструированных мицеллах казеина появились новые связи, вероятно гидрофобные.

Поверхностный заряд при снижении pH снижается немонотонно: он падает до нуля при pH - 5,4, когда происходит дезинтеграция мицелл, затем снова увеличивается при снижении pH примерно до 5,0 и падает до нуля при pH 4,6. Свертывание при физиологических температу­рах не происходит при первой полной нейтрализации заряда, поскольку новые мицеллы к этому моменту не успевают сформироваться.

Также немонотонно изменяется степень гидратации мицелл при снижении pH (рис. 2.2). Сначала она немного снижается (до pH около 6,0), затем достигает максимума при pH 5,3 и снова начинает снижаться до минимума при pH 4,6. При любом значении pH она намного превы­шает степень гидратации сычужного сгустка. По-видимому, степень гидратации явилась результатом двух противоположных процессов: снижения поверхностного заряда, уменьшающего степень гидратации, с одной стороны, и увеличения пористости мицелл за счет выхода из них части казеинов, с другой стороны. Пространство в мицелле, освобож­денное выходящими из нее МФК и казеинами, заполняется сывороткой, что и увеличивает степень гидратации мицеллы. В результате этого размеры мицеллы при снижении pH до 5,5 изменяются незначительно, несмотря на потерю МФК и части казеинов.

При снижении pH до 5,6 структурных изменений в мицеллах не выявлено, кроме исчезновения мицелл малого размера (Vreevan et al., 1989). При pH ~ 5,2 начинают образовываться небольшие агрегаты казеина в отдельных зонах, которые чередуются с зонами, свободными от казеина; затем эти агрегаты начинают связываться друг с другом, образуя короткие пряди. Эти пряди постепенно увеличиваются в длину, ширина их на начальных этапах составляет несколько мицелл. Затем они начинают образовывать мелкоячеистую (мелкопористую) про­странственную структуру, поры которой заполняет сыворотка, т. е. об­разуется гель. Кислотный гель, как и сычужный, гетерогенен: участки с мелкими порами чередуются в нем с более плотными образованиями и крупными порами; под микроскопом оба типа геля выглядят сходно.

Агрегации мицелл способствует снижение поверхностного заряда и толщины гидратного слоя. Концентрация мицелл в отдельных зонах и последующая их агрегация при повышении ионной силы среды проис­ходит из-за солюбилизации МФК и Са₀ и гидролиза фосфосерильных групп казеинов, что снижает силы отталкивания.

Трехмерная пространственная структура, охватывающая весь объем сквашиваемого молока, образуется только тогда, когда силы притяжения мицелл медленно преодолевают силы отталкивания. При медленном подкислении реконструированные мицеллы успевают соединиться в пряди, которые с помощью поперечных связей образуют трехмерную структуру, удерживающую в своих ячейках сыворотку. Характер связей, скрепляющих эту структуру, отражен в таблице 2.5. От структуры сычужного сгуст­ка она отличается отсутствием связей через коллоидный фосфат кальция.

При быстром нарастании кислотности, высокой температуре, пе­ремешивании мицеллы казеина быстро соединяются в массу, которая выпадает в осадок, что используют при коагуляции молока термокислот­ным способом. Это же может произойти при слишком медленном нарас­тании кислотности, например, в результате воздействия бактериофага на микрофлору закваски. В этом случае число участков в мицеллах, через которые они могут связаться друг с другом, долгое время остается недос­таточным для образования пространственной системы, охватывающей весь объем заквашиваемого молока, и отдельные агрегаты мицелл успевают выпасть в осадок или сконцентрироваться в верхнем слое молока.