Плавление сырной массы – основная и наиболее важная операция в технологии плавленых сыров – заключается в нагревании и перемешивании сырной массы в присутствии солей-плавителей. Плавление сыра, сопровождаемое размягчением и приобретением текучести сырной массы, можно рассматривать как своеобразную пастеризацию продукта. Важную роль при плавлении играют соли-плавители. Если нагревать сырную массу без них, то получается неоднородная масса, при этом происходит синеретическое сжатие структуры белка, сыр расслаивается на воду, свободный жир и белковый осадок. После перемешивания и охлаждения этой расплавленной сырной массы получается продукт грубой слоистой консистенции.
Плавление сырной массы (по теории Г.Н. Крусь и сотрудников [7]) представляет собой сложный комплекс химических, физико-химических и коллоидных процессов:
– декальцинирование параказеинаткальцийфосфатного комплекса (ПККФК) мицелл казеина солями-плавителями, сопровождающееся разрушением гелевой структуры сыра и переходом казеина из нерастворимого состояния (геля) в растворимое (золь);
– образование кальциевых солей на основе ионов кальция, выделившихся при декальцинировании ПККФК, и анионов солей-плавителей и их участие в стабилизации золевой и формировании новой гелевой структур плавленого сыра;
– диспергирование жидкой фазы сыра (жир, вода) и эмульгирование жира.
Определяющий процесс при плавлении сырной массы – декальцинирование (ПККФК) мицелл казеина солями-плавителями. Они отщепляют кальций и коллоидный фосфат кальция от ПККФК с образованием параказеината натрия (ПКН). В результате разрушаются связи между мицеллами, параказеиновый гель распадается на отдельные мицеллы, которые, в свою очередь, распадаются на субмицеллы. Кроме того, дестабилизация мицелл приводит к диспергированию из них таких полипептидов, как γ-казеины, пара-κ-казеины и др.
Одновременно со структурными изменениями ПККФК образуются соли кальция с соответствующими анионами солей-плавителей. Образовавшиеся соли характеризуются различной растворимостью, при этом наименьшую растворимость имеют фосфаты кальция. Образующиеся в результате диссоциации этих солей анионы и катионы играют определяющую роль в формировании структуры плавленого сыра.
Ионы кальция участвуют в формировании нового геля. При охлаждении плавленого сыра растворимость образовавшихся кальциевых солей повышается и ионы кальция вновь связывают мицеллы и субмицеллы параказеината натрия, формируя новый параказеиновый гель, структура и свойства которого будут определяться длиной цепочек связанных между собой мицелл и субмицелл. Длина цепочек зависит от числа свободных ионов кальция, а следовательно, от растворимости образовавшихся солей. Цитраты, пирофосфат и триполифосфат кальция образуют больше свободных ионов кальция, которые связывают мицеллы и субмицеллы ПКН в длинные цепочки, при этом формируется длинноволокнистая структура и получается вязко-упругая консистенция. Фосфаты кальция при охлаждении диссоциируют слабо, в результате формируются короткие цепочки из мицелл и субмицелл ПКН, обусловливающие получение коротковолокнистой структуры и вязко-пластичной пастообразной консистенции плавленого сыра. Недиссоциированные фосфаты кальция остаются в плавленом сыре в виде отложений солей кальция.
Анионы кальциевых солей участвуют в адсорбционных процессах, способствуя повышению растворимости белка сыра. Образовавшиеся при декальцинировании ПККФК структурные элементы (мицеллы и субмицеллы) обладают высокой гидрофильностью вследствие большей доступности пептидных связей воде. Дополнительный фактор усиления гидрофильности мицелл и субмицелл – адсорбция на их поверхности многовалентных анионов солей-плавителей, что приводит к повышению растворимости белка, увеличению связывания воды и повышению вязкости сырной массы.
Жидкая фаза сыра (жир и вода) также подвергаются изменениям в процессе плавления. Увеличивается дисперсность воды. Значительным изменениям подвергается жир. При нагревании и перемешивании происходит диспергирование жира, а образовавшиеся жировые шарики стабилизируются субмицеллами и мицеллами ПКН, образующими на поверхности жировых шариков белковую оболочку. В результате жир в плавленом сыре лучше диспергирован и стабилизирован, чем в натуральном сыре.