Для свертывания молока в сыроделии применяют молокосвертывающие ферменты животного происхождения: сычужный фермент и пепсин, а также ферментные препараты на их основе.

Сычужный фермент получают из желудков (сычугов) молочных телят, ягнят и козлят. Он представляет собой смесь ферментов химозина (реннина) и пепсина. Количественное соотношение химозина и пепсина в сычужном ферменте зависит от возраста и индивидуальных особенностей животного. В сычугах телят 1—2-месячного возраста преобладает реннин (70%), в дальнейшем соотношение ферментов меняется и в желудках взрослых животных содержится преимущественно пепсин. Промышленный препарат сычужного фермента содержит 30—40% пепсина. Его используют в виде порошка, состоящего из смеси сычужного фермента и хлорида натрия в таких пропорциях, что молокосвертывающая активность сычужного порошка составляет 100 000 усл. ед. Молокоовертывающую активность определяют по количеству частей молока, свертываемых одной частью порошка при температуре 35 °С в течение 40 мин.

Оптимальная кислотность молока для действия сычужного фермента соответствует рН 6,3. Оптимальная температура свертывания молока сычужным ферментом — от 38 до 41 °С, при температуре 50 °С активность его сильно снижается.

Для повышения активности растворы сычужного фермента лучше готовить не на воде, а на кислой сыворотке (45—60°Т). Ее можно приготовить из пастеризованной при 85—90°С и охлажденной до 35—40 °С сыворотки, заквашивая чистыми культурами молочнокислых бактерий. Раствор готовят за 3—4 ч до применения. Раствор сычужного порошка на воде готовят за 20—30 мин до внесения его в молоко. Готовый раствор не следует хранить более 1 ч, так как активность фермента постепенно снижается.

Пепсин получают из желудков взрослых животных: крупного рогатого скота, овец, коз, свиней и птицы (цыплят и кур). Свертывающая способность препаратов пепсина такая же, как и сычужного порошка. Активность пепсина усиливается в более кислой среде. Рабочие растворы пепсина для свертывания мо­лока готовят ка кислой (60—70°Т) пастеризованной сыворотке.

Существенным недостатком свиного пепсина является падение его активности в процессе длительного хранения (более 2—3 мес), что вызывает перерасход пепсина, а также появление горечи в сырах. Говяжий пепсин более стоек в хранении.

В сыродельной промышленности применяют также ферментвые препараты, являющиеся смесью различных молокосвертывающих ферментов —ФП ВНИИМС, ФП-2, ФП-7, ФП-6, ФП-9.

ФП ВНИИМС представляет собой смесь сычужного порошка и говяжьего пепсина в соотношении 1:1;
ферментный препарат ФП-2 —смесь сычужного порошка и говяжьего пепсина в соотношении 1:3;
ФП-7 —смесь сычужного порошка и куриного пепсина, (1:1);
ФП-6 —смесь говяжьего и куриного пепсина (1:1);
ФП-9 —смесь овечьего и говяжьего пепсина (3:1).

В связи с дефицитом сычужного фермента и пепсина ведутся работы по получению молокосвертывающих ферментов микробного и растительного происхождения. Методом генной инженерии разрабатывается способ получения химозина на основе дрожжей, молочнокислых бактерий и Вас. subtilis.

Количество ферментного препарата, необходимое для свертывания молока, определяют специальным прибором (кружкой), выполненным в виде усеченного конуса, верхний диаметр которого 119 мм, нижний 103, высота 110 мм. В центре дна прибора имеется отверстие, в которое вмонтирована на резиновой пробке трубка (ниппель) диаметром 2 мм. На внутренней поверхности прибора нанесена сверху вниз шкала с делениями от Одо 5. Свободное истечение молока из прибора от нулевого деления шкалы до последнего происходит в течение 4 мин.

Необходимое количество ферментного препарата определяют следующим образом. Одну ложечку ферментного препарата (2,5 г), смешанного с 2,5 г хлорида натрия, растворяют в 95 мл воды температурой 35 °С, раствор выдерживают' в течение 20-30 мин. Прибор заполняют молоком, подготовленным к свертыванию, и устанавливают его на борту аппарата выработки сырного зерна так, чтобы молоко стекало в аппарат. Когда уровень молока в приборе достигает нулевого деления, в него быстро вносят 10 см³ подготовленного раствора ферментного препарата, молоко тщательно перемешивают в течение (4±1) с шпателем и быстро останавливают его движение. После того как молоко в приборе свернется, оно перестанет вытекать. Деление, которое соответствует уровню свернувшегося молока, показывает число граммов ферментного препарата, необходимое для свертывания 100 кг молока в течение 30 мин.

Нормальному сыропригодному молоку соответствует показание 2,5 ед., менее сыропригодному молоку — большее количество единиц. Если прибор показывает более 3 делений, молоко считается малопригодным для переработки на сыр, а'если молоко не свернется до 5-го деления, то из него нельзя вырабатывать сыр.

Массу ферментного препарата для свертывания перерабатываемого молока можно рассчитать по формуле:

где X — число ложечек ферментного препарата, которое необходимо внести для свертывания молока;
т — масса перерабатываемого молока, кг;
Р — показания прибора (уровень молока по шкале);
m_t — масса ферментного препарата (2,5 г) в одной ложечке, г.

Молокосвертывающий препарат вносят в молоко в виде раствора, приготовленного за (25±5) мин до использования. Потребное количество ферментного препарата растворяют в пастеризованной при температуре 85°С и охлажденной до (34±2) °С воде из расчета одна ложечка на (150±50) см³ воды.

Для равномерного распределения ферментного препарата по всему объему молоко после внесения препарата тщательна перемешивают в течение (6±1) мин, а затем оставляют в покое до образования сгустка. Продолжительность свертываниямолока устанавливают в зависимости от вида сыра. При выработке твердых сыров продолжительность свертывания должна составлять (30±5) мин, для сыров пониженной жирности — (35±5) мин. Для обеспечения развития молочнокислого процесса в производстве мягких сыров продолжительность свертывания увеличивается и составляет от 50 до 90 мин.

Температура свертывания молока зависит от свойств молокосвертывающего фермента. При температуре выше 50 °С активность сычужного фермента снижается, ниже 10°С фермент практически не свертывает молоко. При температуре от 10 до. 20°С свертывание молока замедляется и получается непрочный., хлопьевидный сгусток. Свертывание молока при оптимальных температурах (от 38 до 41°С) действия сычужного фермента нецелесообразно, так как образуется быстро уплотняющийся сгусток, обработка которого затруднена. Свертывание молока в сыроделии проводят при температуре от 28 до 35°С. Конкретную температуру свертывания молока устанавливают в. зависимости от вида вырабатываемого сыра, времени года и свойств молока. Главным фактором является способность свертываться под действием молокосвертывающего препарата. При пониженной способности молока к свертыванию температуру повышают в допустимых для каждого вида сыра пределах.

В первые 5—15 мин после внесения молокосвертывающего препарата изменений молока, видимых невооруженным глазом, не происходит. Затем вязкость молока быстро повышается, что свидетельствует об изменении состояния белка, белковые частицы начинают укрупняться, образуя мелкие хлопья. Затем появляется очень нежный сгусток, в дальнейшем происходит его упрочение.

В процессе свертывания молока происходит коагуляция казеина, образуется сгусток (гель), при этом сывороточные белки не коагулируют и переходят в сыворотку. Коагуляция казеина происходит в две стадии: первая стадия (ферментативная) — превращение казеина в параказеин — химический процесс; вторая стадия — коагуляция параказенна — коллоидно-химический процесс.

В настоящее время существует две теории сычужной коагуляции казеина: фосфоамидазная (проф. П. Ф. Дьяченко) и гидролитическая.

П. Ф. Дьяченко считает, что на первой стадии происходит разрыв одной из двух связей остатков фосфорной кислоты с казеином, а именно фосфоамидной связи. При этом в параказеине освобождаются щелочные гуанидиновые группы аргинина и гидроксильные группы фосфорной кислоты. На второй стадии гидроксильные группы фосфорной кислоты связывают ионы кальция и создают «кальциевые мостики» между мицеллами параказенна, образуется сгусток.             

Сторонники гидролитической теория считают, что на первой стадии, под .действием молокосвертывающего фермента происходит разрыв пептидной цели α-казеина. В результате от мицеллы казеина отцепляется растворимый пептид, содержащий в своем составе углеводы (гликомакропептид). Гликомакропептиды имеют высокий отрицательный заряд. При их отщеплении от α-казеина уменьшается электрический заряд на поверхности мицелл казеина (параказенна), частично нарушается гидратная оболочка, в результате снижается устойчивость мицелл. На второй стадии дестабилизированные мицеллы паражазеина объединяются друг с другом за счет сил гидрофобного взаимодействия неполярных групп (пара-α-казеина), а также за счет электростатических связей положительно заряженных участков пара-α-казеина и отрицательно заряженных участков α- и β-казеинов.

Существующие концепции не дают цельного представления о сычужной коагуляции, не связаны между собой и обладают рядом существенных недостатков. Так первая концепция рассматривает механизм коагуляции с точки зрения первичной структуры и совершенно не учитывает третичную и четвертичную структуры мицеллы казеина, в частности роль α-казеина в стабилизации мицеллы казеина. Вторая концепция не объясняет роли растворимых солей кальция на коагуляционной стадии свертывания молока.

Г. Н. Крусь предлагает свою концепцию коагуляции казеина и дает следующее объяснение механизма действия молокосвертывающего фермента. В поверхностном слое мицеллы содержится много α-казеина. При этом та часть полипептидной цепи α-казеина, которая носит название пара-α-казеин, связана с α- и β-казеинами в мицелле, а гликомакропептид развернут в сторону водной фракции и образует вокруг мицеллы своего рода «волосяной покров».

Поэтому на первой, ферментативной, стадии происходит сначала гидролиз полипептидной цепи х-казеина с образованием пара-х-казеина и глнкомакротептида. Пара х-казеин остается в составе мицеллы, а гликомакропептид отделяется от мицеллы и переходит в сыворотку. Отделение гликомакропептида приводит к нарушению гидратной оболочки целостности «волосяного покрова» мицеллы и возникновению кооперативных изменений структуры мицеллы, вследствие чего нарушаются обладающие невысокой прочностью электростатические связи между фоефосериновыми и гуанидиновыми группами аргинина в мицелле казеина с освобождением гидрокеильных групп фосфорной кислоты и гуанидиновых групп аргинина. Этот вывод подтверждается исследованиями П. Ф. Дьяченко, который методом кондуктометрического титрования установил, что при действии химозина на казеин происходит сдвиг изоточки казеина с рН 4,6—4,7 до рН 5,0—5,2 вследствие освобождения щелочных гуанидинсвых групп аргинина.

Однако коагуляции еще не происходит. От начала ферментативной стадии: до стадии коагуляции проходит определенное время — лаг-период. Существование лаг-периода Г. Н. Крусь объясняет следующим образом. Контакту мицелл препятствует их одноименный электрический заряд, в значительной степени обусловленный гликомакропептидами и создающий энергетический барь­ер, который не может быть преодолен при столкновении частиц в результатеброуновского движения. Поэтому стадия коагуляции не наступит до тех пор, пока гидролиз х-казеина, сопровождающийся отщеплением гликомакропептидов, не достигнет такого уровня, при котором произойдет существенное сни­жение потенциала и станет возможным непосредственный контакт между мицеллами параказеина. По данным различных исследователей, для начала коагуляции необходимо снижение потенциала мицелл почти вдвое, при этом гидролиз х-казеина достигает 86—90 %.

На второй стадии, коагуляционной, гидроксильные группы фосфорной кислоты связывают ионы кальция и коллоидный фосфат кальция и создают «мостики» между мицеллами параказеина с образованием сгустка.

Не исключено, что на стадии коагуляции между мицеллами действуют силы гидрофобного взаимодействия неполярных групп пара-х-казеина и электростатические связи между положительно заряженными участками пара-хказеииа н отрицательно заряженными участками α- и β-казеинов.

Установлено, что мицеллы казеина при формировании сгустка образуют тонкие нити, затем хлопья и в дальнейшем трехмерную сетчатую структуру. Сгусток напоминает губку с мель­чайшими порами, в которых-удерживаются другие составные части молока.

Готовность сгустка определяют следующим образом. Шпателем разрезают сгусток, затем плоской частью шпателя вдоль разреза приподнимают спусток и по расколу судят о его свойствах. Если сгусток дает раскол с нерасплывающимися, острыми краями, без образования хлопьев белка и с хорошо выделяющейся сывороткой светло-зеленого цвета, то он готов к раз­резке. Неровный излом с мелкими кусочками сгустка и мутная беловатая сыворотка указывают на недостаточную прочность сгустка.

Более точным является определение готовности сгустка с помощью специальных приборов.

Разработан сигнализатор СМГС-1 для автоматического определения готовности молочного сгустка к дальнейшей переработке. Прибор основан на измерении величины светового потока, проходящего от осветителя через молочную среду на фотоприемник. Величина светового потока зависит от плотности. сгустка. По достижении заданной плотности сгустка загорается световой индикатор и подается сигнал.

Слишком нежный и слишком прочный сгусток одинаково непригодны для дальнейшей обработки. В первом случае происходит значительный отход белка и жира в сыворотку и, следовательно, снижается выход продукта. Образование слишком прочного сгустка затрудняет постановку зерна, требует применения повышенных скоростей вращения режущего инструмента, что также приводит к получению неоднородного и излишне мелкого зерна и пыли.