Механизм сычужного и кислотного свертывания молока 

Учеными разных стран было установлено, что ферментация молока сычужным ферментом, образование сгустка, коагуляция молока проходит в два периода (фазы).

На первом периоде под действием сычужного фермента проходит  специфический протеолиз около 5%  белков молока с выделением протеозов и образованием в кальциевой среде параказеина. Эту часть ферментного расщепления назвали ферментативной фазой. Она характеризуется прежде всего тем, что сычужный фермент расщепляет стабилизирующий компонент (k-казеин) казеиновой мицеллы, в результате чего остаётся пара-k-казеин и выделяется казеиномакропептид. Казеиномакропептид, включающий в себя все углеводы, освобождаясь, переходит в сыворотку. Он обладает гидрофильностью, имеет кислый характер. Казеиномакропептид увлекает за собой влагу и  ионы Н⁺ казеина. По прошествии примерно 60% времени от общей коагуляции наступает вторая фаза (период) сычужного свёртывания.

Во втором периоде образуется гель (сгусток), представляющий собой агрегирование мицелл казеина и установление межмицеллярных связей в виде казеиновой сетки. В ячейках этой сетки находятся сыворотка, жир, растворимые белки и другие составные части молока. 

Образование сгустка сопровождается расщеплением белковых мицелл, в результате чего казеин в виде пара-κ-казеина переходит в сгусток, а в сыворотке остается гликомакропептид, обладающий гидрофильными свойствами. Схематично действие химозина на молоко можно изобразить так (рис. 1.11): 

Рис. 1.11. Схема энзиматического свертывания казеина молока.

После внесения фермента вязкость молока плавно понижается, а затем возрастает. По мнению Р.И. Раманаускаса это  указывает на две стадии в гидролизе казеина. Сначала происходит увеличение дисперсности казеинкальцийфосфатного комплекса (ККФК) в результате разрушения внутренней упорядоченности казеиновых мицелл и их дезактивирования. Вместе с тем образующиеся свободные мицеллярные связи одновременно приводят к агрегированию казеиновых мицелл. Таким образом, наряду с гидролизом казеинов развиваются сложные процессы агрегирования казеина, сопровождающиеся изменением вязкости молока.

В период коагуляции (вторая фаза) происходит агрегирование с образованием сгустка и его упрочнение. Вторая фаза наступает по истечению 60% времени общей продолжительности коагуляции (считая со времени внесения фермента до появления первых хлопьев белка).

Продолжительность коагуляции молока (t_k) обратно пропорциональна концентрации фермента (с) и по правилу Сторха–Сегельке выражается уравнением:               

где К – константа, t₀ – время от момента прекращения энзиматической реакции до момента свертывания, с – концентрация фермента.

При этом важнейшими факторами являются: природа, состав и концентрация фермента; температура, кислотность (рН) молока, содержание CaCl₂.  В расчетах чаще применяется развернутое уравнение 

где X₁ – количество фермента, введенного в пробу, г;
      X₂ – количество фермента, необходимое для свертывания молока, г;
      t₁ – продолжительность свертывания молока в пробе, мин;
     t₂ – заданная продолжительность свертывания молока, мин;
    m₁ – количество молока в приборе, л;
    m₂ – количество молока в сыроизготовителе, л.

В процессе свёртывания молоко приобретает необратимые изменения, превращаясь сначала в гель, а затем в твёрдообразное тело. Гель или коагулят –  это пористая, пока ещё плохо изученная структура, состоящая из сетки белковых мицелл, заключенных в ней жировых шариков и конгломератов, влаги и находящаяся в переходном состоянии от жидкости к твёрдому, упругому телу. Сгусток твердеет по мере выделения из него сыворотки.

Пока целостность сычужного сгустка не нарушена, сыворотка из него не выделяется. Как только сгусток разрезан, начинается процесс синерезиса – выделения сыворотки. Готовность сгустка к разрезке определяют, чаще всего, пробой «на раскол». Для этого шпателем делают насечку сгустка, куда под углом 30–45° вводят шпатель, слегка приподнимают его и продвигают по направлению насечки. Образуется раскол сгустка (щель), в который сразу же выделяется сыворотка. Оценивают остроту боковых граней раскола. У сгустка нормальной плотности угол боковых граней должен приближаться к прямому (90°).  Выделяющаяся в раскол сыворотка должна быть прозрачной, без частичек белка и жира.  Если эти показатели в пробе  «на раскол» не достигнуты, следует выдержать сгусток в покое еще 5–10 мин и повторить пробу.

При кислотном свертывании возможны два варианта: 

1. быстрое свертывание путем подкисления минеральной или органической кислотой до рН 5,2-5,4 , получение зернистой белковой массы и выделение сыворотки;
   
   
2. медленное повышение кислотности молока действием продуцируемой лактококками молочной кислотой приводит к образованию сгустка в объеме всего сыроизготовителя. После разрезки сгустка сыворотка выделяется постепенно. Процесс проходит медленно и для интенсификации обезвоживания сгусток приходится подогревать (отваривать).

В процессе снижения рН понижается степень ионизации кислых свойств казеинов, повышается растворимость солей кальция, происходит разупорядочивание мицеллы (деминерализация мицелл, распад на субмицеллы) и изменение структуры казеинов, снижается уровень гидратации белков, что способствует переходу их в нерастворимое состояние. Сгусток, полученный кислотным способом, представляет собой нерастворимую белковую сетку, охватывающую ячейками водную фазу. Узлы сетки образованы полностью деминерализованными субмицеллами, межмолекулярные связи имеют гидрофобный характер, что объясняет непрочность молочного сгустка. 

От индивидуальных особенностей сырья (состава, содержания белка),  условий свертывания (температура, скорость нарастания кислотности, значения рН, активности воды и др. в конце свертывания) зависят реологические показатели молочно сгустка, определяющие дальнейшее прохождение процессов производства сыра и качество готового продукта.