Забодалова и Паткуль исследовали процесс структурообразования при кислотном свертывании молока кинетико-реологическим методом по изменению эффективной вязкости. По аналогии с сычужным свертыванием, они выделили четыре стадии кислотного свертывания: индукционный период, когда вязкость практически не меняется; стадию флокуляции (наибольшой рост вязкости); метастабильного равновесия (вязкость не меняется); синеретическую стадию (вязкость снижается). Продолжительность стадий зависит от состава и степени зрелости молока, кислотообразующей активности закваски, температуры. Отношение суммы времени индукционного и флокуляционного периодов к продолжительности индукционного периода - величина практически постоянная и может служить критерием завершенности процесса структурообразования. Во время свертывания молока термофильным стрептококком и болгарской палочкой последнее перемешивание сгустка можно проводить по истечении промежутка времени, в два раза превышающего продолжительность индукционного периода. Это обеспечивает хорошую консистенцию и отсутствие отделения сыворотки в продукте.
Кислотный сгусток, как и сычужный, имеет вязкоэластичные свойства: при воздействии напряжений он обладает текучестью и эластичной деформацией. Сопротивление его действию внешних напряжений характеризуется модулем сдвига, равным отношению напряжения сдвига к деформации сдвига. Зависимость модуля эластичности от количества и типа связей в сгустке при напряжениях, намного меньших предела прочности, выражается уравнением (4) (разд. 2.5.4). Вязкостные свойства сгустка характеризуются модулем потерь (G ") и тангенсом потерь (tg = G'/G "), где G' модуль запаса (storage modulus). Для характеристики реологических свойств кислотных сгустков и свежих кисломолочных сыров также используют вязкость и другие показатели.
Реологические показатели кислотных сгустков, определяемые разными авторами, очень трудно сравнивать, так как они сильно зависят от методов их определения. Об этом красноречиво свидетельствуют результаты исследований голландских ученых, приведенные на рис. 2.15. На нем показано изменение модуля эластичности кислотных сгустков в сравнении с сычужным сгустком. В этом опыте кислотные сгустки получали двумя способами. В первом восстановленное молоко подкисляли соляной кислотой до pH 4,6 при 1° С, затем нагревали со скоростью 0,5° С в мин. Гель начал образовываться при температуре выше 10° С, т. е. спустя 18 мин после внесения кислоты. По второму способу в молоко вносили ацидоген - глюконо-δ-лактон (ГДЛ), pH в нем снизился до 4,6 через 24 ч при 30° С. Для предотвращения развития микрофлоры в обоих случаях в молоко вносили 0,01% тиомерсала. Отсчет времени вели с начала нагревания молока или добавления в него ГДЛ, в сычужном сгустке - с момента внесения сычужного порошка.
G' кислотных сгустков возрастал линейно по отношению к времени выдержки геля на всем протяжении наблюдения (семь суток), однако в варианте с подкислением НС1 он был намного выше, чем в варианте с ГДЛ, и существенно выше, чем в сычужном сгустке. Аналогичные результаты получены в другом опыте, проведенном в этой же лаборатории (табл. 2.7), в котором модуль эластичности кислотного сгустка, полученного при быстром подкислении молока, в 10 раз превышал соответствующий модуль сычужного сгустка. Этот гель не показывал признаков синерезиса в течение нескольких часов даже после разрезки и смачивания. Кислотный сгусток, полученный в результате роста в обезжиренном молоке молочнокислых бактерий, может выделять сыворотку сразу после разрезки. Авторы опытов не объясняют разницу в значениях модуля кислотных сгустков. По-видимому, она обусловлена тем, что в варианте с внесением НС1 скорость образования сгустка была слишком высокой, во втором - слишком низкой, в результате чего в первом варианте сгусток оказался слишком грубым, а во втором - слишком нежным. Таким образом, при медленном нарастании кислотности в варианте с внесением в молоко ГДЛ модуль G' сгустка, характеризующий его эластичность, был значительно ниже, при слишком быстром - значительно выше, чем в сычужном сгустке. При производстве свежих кисломолочных сыров молоко свертывается, в зависимости от вида сыра, от 0,9 (Останкинский) до 6-16 ч (Клинковый, Домашний), что должно сопровождаться широким диапазоном прочности их сгустков.
Модуль эластичности сычужного сгустка достиг максимума (-180 Па) через 9 ч после внесения в него реннина, после этого через 12-24 ч он стал уменьшаться. Проницаемость сычужного сгустка возрастала в течение 24 ч после его образования (Roef, 1986). Снижение G' и увеличение проницаемости сычужного сгустка возможны в том случае, если часть казеиновых прядей в этом сгустке со временем разрушится, количество и размеры пор при этом увеличатся. В кислотных сгустках G' все время возрастал, а проницаемость не изменялась. Тангенс потерь сычужного сгустка был выше, чем в кислотных. В обоих вариантах кислотного сгустка тангенс потерь был одинаков.
Тангенсы потерь сычужного и кислотных сгустков при высокой скорости вращения цилиндра в динамическом реометре, использованном для его определения, были почти одинаковыми, при низкой скорости он был значительно выше в сычужном сгустке (рис. 2.16). Эти различия кислотного и сычужного сгустков можно объяснить только большей мобильностью связей белок-белок в сычужном сгустке, в котором связи через МФК играют роль своеобразных шарниров.
Значения модулей (С и G") снижались в сычужном и кислотных сгустках при повышении температуры после их образования, несмотря на важность гидрофобных взаимодействий в формировании сгустков (табл. 2.6).
Авторы этой работы объясняют данное противоречие тем, что повышение температуры усиливает гидрофобные взаимодействия внутри мицелл, что приводит к их сжатию и ослаблению связей между ними. Доказательством этого является то, что в сычужном сгустке понижение температуры вначале вызывает снижение G' и только после снижения он начинает увеличиваться, достигая после ~ 30 мин более высокого уровня, чем тот, который был до начала снижения температуры. О сжатии мицелл при повышении температуры свидетельствует также уменьшение их гидродинамического объема (Darling, 1982). Сжатие мицелл ослабляет взаимодействие между ними, что и вызывает снижение значений модулей при подъеме температуры. Независимо от причины, уменьшение прочности обоих сгустков с повышением температуры является экспериментально установленным фактом.
Величины G' и G" кислотных сгустков молока зависят от pH и ионной силы. Максимального значения они достигали при pH 4,5 (сгусток не образовывался при pH выше 4,9 и ниже 4,5). Увеличение или уменьшение ионной силы изменением содержания NaCl уменьшает прочность и вязкость сгустков. Влияние pH и ионной силы на прочность сгустков осуществляется через связи между положительно и отрицательно заряженными участками мицелл (табл. 2.6).
Вязкость кислотного сгустка снижается при увеличении времени деформации, что указывает на слабую сопротивляемость его каркаса напряжениям сдвига. Увеличение содержания белка в молоке повышает вязкость и модуль G' сгустка и свежих сыров.