prosta ilustracja kolejności przetwarzania produkcji kwaśnej śmietany.
składniki
przetworzona kwaśna śmietana może zawierać dowolny z następujących dodatków i konserwantów: serwatka klasy A, zmodyfikowana skrobia spożywcza, fosforan sodu, cytrynian sodu, guma guar, karagen, siarczan wapnia, sorbinian potasu i guma szarańcza.
skład białka
mleko składa się z około 3,0-3,5% białka. Głównymi białkami w kremie są kazeiny i białka serwatkowe., Kazeiny stanowią 80% całkowitej frakcji białek mleka, podczas gdy białka serwatkowe stanowią 20%. Istnieją cztery główne klasy kazein; β-kazein, α (s1)-kazein, α(s2)-kazein i κ-kazein. Te białka kazeinowe tworzą wielocząsteczkową cząsteczkę koloidalną znaną jako micella kazeinowa. Wspomniane białka mają powinowactwo do wiązania z innymi białkami kazeiny lub do wiązania z fosforanem wapnia, a to Wiązanie tworzy Agregaty. Micele kazeinowe są agregatami β-kazein, α (S1)-kazein, α(S2)-kazein, które są pokryte κ-kazeinami., Białka są utrzymywane razem przez małe skupiska koloidalnego fosforanu wapnia, micella zawiera również lipazę, cytrynian, drobne jony i enzymy plazminowe, wraz z uwięzioną serum mleczną. Micella jest również pokryta częściami κ-kazein, które nazywane są warstwą włosa, o mniejszej gęstości niż rdzeń micella. Micele kazeinowe są strukturami raczej porowatymi, o średnicy 50-250 nm, A struktury średnio stanowią 6-12% całkowitej frakcji objętościowej mleka., Struktura jest porowata, aby móc pomieścić wystarczającą ilość wody, jej struktura pomaga również w reaktywności Miceli. Powstawanie cząsteczek kazeiny w micelle jest bardzo nietypowe ze względu na dużą ilość pozostałości proliny β-kazeiny (pozostałości proliny zakłócają tworzenie Helis α i arkuszy β ) oraz ponieważ κ-kazeiny zawierają tylko jedną pozostałość fosforylacji (są glikoproteinami). Duża liczba pozostałości proliny hamuje powstawanie zwartych struktur wtórnych w takich jak α-helisy i β-plisowane arkusze., Ze względu na to, że κ-kazeiny są glikoproteinami, są one stabilne w obecności jonów wapnia, więc κ-kazeiny znajdują się na zewnętrznej warstwie micella, aby częściowo chronić nie glikoproteiny β-kazeiny, α(S1)-kazeiny, α(S2)-kazeiny przed wytrącaniem się w obecności nadmiaru jonów wapnia. Ze względu na brak silnej struktury wtórnej lub trzeciorzędowej w wyniku pozostałości proliny, micele kazeinowe nie są cząstkami wrażliwymi na ciepło. Są jednak wrażliwe na pH. Cząstki koloidalne są stabilne przy normalnym pH mleka, które wynosi 6,5-6.,7, micele wytrącają się w punkcie izoelektrycznym mleka, który ma pH 4,6.
białka, które stanowią pozostałe 20% frakcji białek w kremie, są znane jako białka serwatkowe. Białka serwatkowe są również szeroko określane jako białka surowicy, które są stosowane, gdy białka kazeiny zostały wytrącone z roztworu. Dwa główne składniki białek serwatkowych w mleku to β-laktoglobulina i α-laktoalbumina. Pozostałe białka serwatkowe w mleku to; immunoglobuliny, albumina surowicy bydlęcej i enzymy, takie jak lizozym., Białka serwatkowe są znacznie bardziej rozpuszczalne w wodzie niż białka kazeiny. Główna funkcja biologiczna β-laktoglobuliny w mleku ma służyć jako sposób przenoszenia witaminy A, a główna funkcja biologiczna α-laktoalbuminy w syntezie laktozy. Białka serwatkowe są bardzo odporne na kwasy i enzymy proteolityczne. Jednak białka serwatkowe są białkami wrażliwymi na ciepło, ogrzewanie mleka spowoduje denaturację białek serwatkowych. Denaturacja tych białek odbywa się w dwóch etapach., Struktury β-laktoglobuliny i α-laktoalbuminy rozwijają się, a następnie drugim etapem jest agregacja białek w mleku. Jest to jeden z głównych czynników, który pozwala białkom serwatkowym mieć tak dobre właściwości emulgujące. Rodzime białka serwatkowe są również znane ze swoich dobrych właściwości ubijania, a w produktach mlecznych, jak opisano powyżej, ich właściwości żelujące. Po denaturacji białek serwatkowych następuje wzrost zdolności zatrzymywania wody przez produkt.,
Przetwórstwo
produkcja kwaśnej śmietany rozpoczyna się od standaryzacji zawartości tłuszczu; etap ten ma na celu zapewnienie pożądanej lub legalnej ilości tłuszczu mlecznego. Jak wcześniej wspomniano, minimalna ilość tłuszczu mlecznego, który musi być obecny w kwaśnej śmietanie, wynosi 18%. Na tym etapie procesu produkcyjnego do śmietany dodawane są inne suche składniki, na przykład dodatkowa serwatka klasy A. Innym dodatkiem stosowanym podczas tego etapu przetwarzania jest seria składników znanych jako stabilizatory., Wspólne stabilizatory, które są dodawane do kwaśnej śmietany są polisacharydy i żelatyny, w tym modyfikowanej skrobi żywności, gumy guar i karagenów. Uzasadnienie dodania stabilizatorów do sfermentowanych produktów mlecznych polega na zapewnieniu gładkości ciała i tekstury produktu. Stabilizatory pomagają również w żelowej strukturze produktu i zmniejszają synerezę serwatki. Tworzenie tych struktur żelowych, pozostawia mniej wolnej wody do synerezy serwatki, przedłużając w ten sposób okres trwałości. Synereza serwatki to utrata wilgoci przez wydalenie serwatki., Wydalanie serwatki może nastąpić podczas transportu pojemników zawierających kwaśną śmietanę, ze względu na podatność na ruch i mieszanie. Kolejnym etapem procesu produkcyjnego jest zakwaszanie kremu. Kwasy organiczne, takie jak kwas cytrynowy lub cytrynian sodu, są dodawane do śmietany przed homogenizacją w celu zwiększenia aktywności metabolicznej Kultury starterowej. Aby przygotować mieszaninę do homogenizacji, jest ona podgrzewana przez krótki okres czasu.,
Homogenizacja jest metodą przetwarzania, która jest wykorzystywana do poprawy jakości kwaśnej śmietany pod względem koloru, konsystencji, stabilności śmietany i kremowości hodowanej śmietany. Podczas homogenizacji większe globulki tłuszczu w kremie są rozkładane na mniejsze globulki, aby umożliwić równomierną zawiesinę w systemie. W tym momencie podczas przetwarzania globulki tłuszczu mleka i białka kazeiny nie wchodzą ze sobą w interakcję, występuje odpychanie., Mieszanina jest homogenizowana, w homogenizacji wysokociśnieniowej powyżej 130 barów (jednostka) i w wysokiej temperaturze 60 °C. wcześniej wymienione tworzenie małych globulek (poniżej 2 mikronów) pozwala na zmniejszenie tworzenia się warstwy śmietany i zwiększa lepkość produktu. Występuje również zmniejszenie oddzielania serwatki, wzmacniając biały kolor kwaśnej śmietany.
Po homogenizacji śmietany mieszanina musi zostać poddana pasteryzacji. Pasteryzacja jest łagodną obróbką cieplną kremu, w celu zabicia wszelkich szkodliwych bakterii w kremie., Homogenizowana śmietana jest poddawana pasteryzacji w krótkim czasie (HTST) w wysokiej temperaturze. W tego typu pasteryzacji krem ogrzewa się do wysokiej temperatury 85 °C przez trzydzieści minut. Ten etap przetwarzania pozwala na sterylne podłoże, gdy nadszedł czas na wprowadzenie bakterii starterowych.
Po procesie pasteryzacji następuje proces chłodzenia, w którym mieszaninę schładza się do temperatury 20C. powodem schłodzenia mieszaniny do temperatury 20C jest fakt, że jest to idealna temperatura do szczepienia mezofilowego., Po schłodzeniu homogenizowanej śmietany do temperatury 20 ° C zostaje zaszczepiona 1-2% aktywną hodowlą starterową. Rodzaj wykorzystywanej Kultury starterowej jest niezbędny do produkcji kwaśnej śmietany. Kultura starterowa jest odpowiedzialna za rozpoczęcie procesu fermentacji poprzez umożliwienie homogenizowanej śmietany osiągnięcia pH od 4,5 do 4,8. Bakterie kwasu mlekowego (Lab) fermentują laktozę do kwasu mlekowego, są mezofilnymi, Gram-dodatnimi beztlenowcami., Szczepy LAB, które są wykorzystywane do fermentacji produkcji śmietany są Lactococcus lactis subsp latic lub Lactococcus lactis subsp cremoris są bakterie kwasu mlekowego związane z wytwarzaniem kwasu. Laboratorium znane z produkcji aromatów w kwaśnej śmietanie to Lactococcus lactis ssp. lactis biovar diacetyllactis. Razem te bakterie wytwarzają związki, które obniżają pH mieszaniny i wytwarzają związki smakowe, takie jak diacetyl.
po zaszczepieniu Kultury starterowej krem porcjuje się w opakowaniach., Przez 18 godzin odbywa się proces fermentacji, w którym pH jest obniżane z 6,5 do 4,6. Po fermentacji odbywa się jeszcze jeden proces chłodzenia. Po tym procesie chłodzenia śmietana jest pakowana do końcowych pojemników i wysyłana na rynek.
zmiany Fizykochemiczneedytuj
podczas procesu pasteryzacji temperatury są podnoszone poza punktem, w którym wszystkie cząstki w systemie są stabilne., Gdy śmietana jest podgrzewana do temperatury powyżej 70 °C, dochodzi do denaturacji białek serwatkowych. Aby uniknąć separacji faz spowodowanej zwiększoną powierzchnią, globule tłuszczu łatwo wiążą się ze skażoną β-laktoglobuliną. Adsorpcja denaturowanych białek serwatkowych (i białek serwatkowych, które wiążą się z micelami kazeiny) zwiększa liczbę składników strukturalnych w produkcie; można temu częściowo przypisać teksturę kwaśnej śmietany., Denaturacja białek serwatkowych jest również znana ze zwiększenia siły sieciowania w systemie śmietanowym, dzięki tworzeniu polimerów białek serwatkowych.
gdy krem zostanie zaszczepiony bakteriami starter i bakterie zaczną przekształcać laktozę w kwas mlekowy, pH zaczyna powoli spadać. Kiedy zaczyna się spadek, następuje rozpuszczenie fosforanu wapnia i powoduje szybki spadek pH. podczas etapu przetwarzania, fermentacji pH spadło z 6,5 do 4,6, ten spadek pH powoduje fizykochemiczną zmianę Miceli kazeiny., Przypomnijmy, że białka kazeinowe są stabilne Cieplnie, ale nie są stabilne w pewnych warunkach kwaśnych. Cząstki koloidalne są stabilne przy normalnym pH mleka, które wynosi 6,5-6,7, micele wytrącają się w punkcie izoelektrycznym mleka, który ma pH 4,6. Przy pH 6,5 micele kazeinowe odpychają się ze względu na elektroujemność zewnętrznej warstwy Miceli. Podczas tego spadku pH następuje zmniejszenie potencjału zeta, od bardzo ujemnych ładunków netto w kremie do braku ładunku netto przy zbliżaniu się do PI., U e = ⌊2 ε z f (k a ) ) 3 η {{\displaystyle U_ {e}= \ left \ lfloor {\frac {2 \ varepsilon zf (ka))} {3\eta }}\right\rfloor } pokazany wzór jest równaniem Henry 'ego, gdzie z: potencjał zeta, Ue: mobilność elektroforetyczna, ε: stała dielektryczna, η: lepkość i f(ka): funkcja Henry' ego. Równanie to służy do znalezienia potencjału zeta, który jest obliczany w celu znalezienia potencjału elektrokinetycznego w dyspersjach koloidalnych. Dzięki oddziaływaniom elektrostatycznym cząsteczki kazeiny zaczynają się zbliżać i agregować., Białka kazeiny wchodzą w bardziej uporządkowany układ, przypisując silnej strukturze żelowej. Białka serwatkowe, które zostały denaturowane na etapach ogrzewania przetwarzania, są nierozpuszczalne w tym kwaśnym pH i strącane kazeiną.
interakcje biorące udział w żelowaniu i agregacji Miceli kazeiny to wiązania wodorowe, interakcje hydrofobowe, atrakcje elektrostatyczne i atrakcje van der Waalsa interakcje te są w dużym stopniu zależne od pH, temperatury i czasu., W punkcie izoelektrycznym ładunek powierzchniowy netto micella kazeinowego wynosi zero i można oczekiwać minimalnego odpychania elektrostatycznego. Ponadto agregacja zachodzi z powodu dominujących oddziaływań hydrofobowych. Różnice w potencjale Zeta mleka mogą być spowodowane różnicami w sile jonowej, które z kolei zależą od ilości wapnia obecnego w mleku. Stabilność mleka wynika w dużej mierze z odpychania elektrostatycznego Miceli kazeiny. Te micele kazeiny sumują się i wytrącają, gdy zbliżają się do bezwzględnych wartości potencjału zeta przy pH 4,0 – 4,5., Podczas obróbki cieplnej i denaturacji białko serwatkowe pokrywa micelę kazeiny, punkt izoelektryczny micella podwyższony do punktu izoelektrycznego β laktoglobuliny(około pH 5,3).
właściwości reologiczne
kwaśna śmietana wykazuje zależne od czasu zachowania tiksotropowe. Płyny tiksotropowe zmniejszają lepkość w miarę nakładania pracy, a gdy produkt nie jest już pod wpływem stresu, płyn powraca do poprzedniej lepkości. Lepkość kwaśnej śmietany w temperaturze pokojowej wynosi 100 000 cP (dla porównania: woda ma lepkość 1 cP w temperaturze 20 °C)., Właściwości tiksotropowe kwaśnej śmietany sprawiają, że jest to tak wszechstronny produkt w przemyśle spożywczym.