THE ART OF REFINING: BIOCHEMICAL AND MICROBIOLOGICAL ASPECTS
| "Microbiology and biochemistry of cheese production can not be studied separately, they are fully interrelated: physical, chemical and biochemical processes contribute to one or another microbiological processes, and those, in turn, produce a further directed biochemical transformation of the components of the cheese mass." A. V. Gudkov «Микробиологию и биохимию сыроделия нельзя изучать раздельно, они полностью взаимосвязаны: физико-химические и биохимические процессы способствуют тем, или иным микробиологическим процессам, а те, в свою очередь, производят дальнейшую направленную биохимическую трансформацию компонентов сырной массы». А.В. Гудков |
The process of making aged cheeses manufacturers is referred to as maturation or refining (affinage, the French.) [1]. Aged cheeses (natural, rennet) at the stage of refining undergo basic biochemical transformations: from the curd-raw product is born, in fact, "cheese spirit".
Cheese ripen from several weeks to several years, depending on the variety and the desired degree of aging: Dutch – 2-3 months, Italian Parmesan 1-2 years or more.
From a biochemical point of view, the differences between natural cheeses are caused not only by raw materials, recipes, but also by various changes in cheese as a result of the action of enzymes and microorganisms, and mainly thus, due to factors such as temperature, pH and water activity [2].
Almost all microorganisms involved in maturation are mesophilic with an optimal temperature of 30-32 C (for yeast and mold 20-25ᵒ C) or thermophilic, with an optimal temperature of about 45ᵒ C.
The role of pH is also decisive for the development of microorganisms included in the composition of the internal and surface microflora of cheeses during maturation. Special sensitivity of microorganisms to pH – the main selective factor of cheese settlement by necessary strains. In addition, the production of enzymes by microflora and the activity of these enzymes depends on pH.
The fact that the role of starter bacteria is not limited to Takashimaya and lactobacilius ability. Their proteolytic activity also promotes active participation in the formation of the organoleptic properties of cheese. As a rule, the maximum activity of proteases accounts for pH 5.5-6.5. However, proteases of some microorganisms have optimal levels of activity beyond the specified limits. Under the action of rennet protein decomposition is Peptones, and with the formation of lactic acid and lowering the pH to 4.9 enhanced peptonic effect of this enzyme. The effectiveness of the combined action of rennet and bacterial enzymes significantly exceeds the effectiveness of each enzyme separately [3].
In cheesemaking technology, the temperature of the premises intended for cheese ripening is always regulated in such a way as to be much lower than the optimum temperature, which allows to inhibit the biochemical transformations of the substrate and easier to control these transformations.
Translator Shchokotova Albina, Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Professional Education "Vologda State Dairy Farming Academy by N.V. Vereshchagin", 1 grade
Переводчик Альбина Щокотова, 1 курс Вологодской ГМХА
Процесс приготовления выдержанных сыров производители называют термином созревание или аффинаж (affinage, франц.) [1]. Выдержанные сыры (натуральные, сычужные) на стадии аффинажа претерпевают основные биохимические преобразования: из творожисто-сырого продукта рождается, собственно, «сырный дух».
|
Сыры созревают от нескольких недель до нескольких лет, в зависимости от сорта и желаемой степени выдержки: голландский – 2-3 месяца, итальянский пармезан 1-2 года и более.
|
С биохимической точки зрения различия между натуральными сырами вызваны не только сырьём, рецептурой, но и различными изменениями, происходящими в сырах в результате действия ферментов и микроорганизмов, и, главным образом, обусловлены такими факторами, как температура, рН и активность воды [2].
Почти все микроорганизмы, участвующие в созревании, относятся к мезофильным с оптимальной температурой 30-32 С (для дрожжей и плесеней 20-25ᵒ С) или к термофильным, с оптимальной температурой около 45ᵒ С.
Роль показателя рН является также определяющей для развития микроорганизмов, входящих в состав внутренней и поверхностной микрофлоры сыров при созревании. Особая чувствительность микроорганизмов к показателю рН – основной избирательный фактор заселения сыра необходимыми штаммами. Кроме того, от рН зависит производство ферментов микрофлорой и активность этих ферментов.
Дело в том, что роль заквасочных бактерий не ограничивается заквашивающей и лактосбраживающей способностью. Их протеолитическая активность также способствует активное участие в формировании органолептических свойств сыров. Как правило, максимальная активность протеаз приходится на рН 5,5-6,5. Однако у протеаз некоторых микроорганизмов оптимальные уровни активности находятся вне указанных пределов. Под действием сычужного фермента распад белков идет до пептонов, причем с образованием молочной кислоты и понижением рН до 4,9 усиливается пептонизирующее действие этого фермента. Эффективность совместного действия сычужного и бактериальных ферментов значительно превышает эффективность действия каждого фермента в отдельности [3].
В технологии сыроделия температура помещений, предназначенных для созревания сыров, всегда регулируется таким образом, чтобы быть гораздо ниже уровня оптимальной температуры, что позволяет тормозить биохимические превращения субстрата и легче управлять этими превращениями.
The composition of microflora hard cheeses with high temperature of the second heating (including Parmesan, Swiss) differ significantly from cheeses with low temperature of the second heating.
Let us consider the dynamics of microbial growth for this group of hard cheeses in the Swiss cheese example: cheese the grain before the second heating is dominated by lactococci. Under the influence of high temperature of the second heating (56-60 °C), the volume of microflora in the cheese mass is reduced due to the partial death of mesophilic lactococci, while thermophilic lactic sticks LM. helveticum is etc. remain viable. Cheese ripen at a temperature of 22-25 °C.
Already in one-day cheese the number of sticks is 50-80 %, while after 2-5 days of maturation the maximum accumulation of lactic acid bacteria is noted.
In the future, there is a decrease in the total volume of microflora and the number of lactic acid sticks in the cheese, which is explained by the complete fermentation of lactose and the death of cells as the most sensitive to the absence of lactose.
At the same time, there is some increase in the number of lactocococci, due to their greater resistance to lack of lactose, as well as to the effects of table salt. By the 30th day does the second peak: the number of lactic acid rods again increases with continued decrease in the number Lactococcus. This is due to the reproduction of other mesophilic lactic sticks LM. sazei and LM. рlапtаrum, is able to absorb lactate.
The ability to absorb lactates also has propionic acid bacteria, which begin to develop in cheese after fermentation of lactose. Multiplying, these microorganisms emit carbon dioxide, resulting in 2-3 weeks in cheese there is a pattern, ie, large few eyes 1-1,5 cm in diameter. These microorganisms have specific proteolytic and lipolytic properties. Propionic acid bacteria form vitamin B12, propionic acid, calcium propionate and Proline, which improves the taste of cheese.
On the surface of some cheeses, mucus is specially cultivated, in which along with yeast there are pigment-forming bacteria, the most important representatives of which are Brevibacterium linens. In addition, in the development of some cheeses using mold genus Penicillium, cultivated both on the crust and inside the cheese. For such cheeses, the second peak of microorganisms is usually higher than the first, because mold and mucus
A greater proteolytic activity have eksperimenty that the bacteria produce in the lifetime period. Endagerment contained in the cells of lactic acid bacteria and are released after their death and autolysis. Paracasein during the ripening of cheese breaks down into simple compounds containing nitrogen. Initially, there are albumoses and Peptones, which then disintegrate to simpler compounds – peptides, amino acids and up to ammonia. In the initial period of maturation in the cheeses as a result of the formation of Peptones, bitterness appears, which disappears by the end of maturation, as Peptones turn into peptides and amino acids. If the bitterness does not disappear until the end of cheese maturation, this is an indicator that the process of protein breakdown is delayed at the peptone stage (at low temperature maturations.) The activity of proteolytic enzymes in lactic acid rods is higher than that Lactococcus. This explains the fact that in hard cheeses with a high temperature of the second heating, maturing with the participation of thermophilic lactic sticks (Lbm. helveticum is, Lbm. casei), there is a deeper breakdown of proteins to form free amino acids.
Water activity is regulated by pressing, salting and humidity of the room. The higher the pressure during the pressing of the cheese, the less moisture. If the salting of cheese is carried out in brine, salt diffusion and alignment of salt concentration on the layers is slow, then the lactic acid process is more active than with partial or full salting in the grain. Too low humidity leads to drying of cheese and formation of faults. High humidity does not allow the cheese crust to form properly. We need good ventilation of the storage tanks.
Sometimes a natural chamber with natural ventilation in the cave becomes a real help for the manufacturer [1]. So the caves for cheese ripening are still used in France (in Roquefort-sur-Soulzon Roquefort-sur-Sulzon) and Switzerland (In the Canton of Lucerne kaltbach cave)
Translator Shunina Vlada Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Professional Education "Vologda State Dairy Farming Academy by N.V. Vereshchagin".
Переводчик Шунина Влада, 1 курс Вологодской ГМХА
|
|
При созревании в составе микрофлоры сыров низкой температурой второго нагревания, в том числе голландского, преобладают мезофильные молочнокислые лактококки, развитию которых способствуют высокая влажность сырной массы и относительно низкая температура созревания (12-15 °С). При такой температуре не могут развиваться термофильные бактерии. При выработке твердых сыров с низкой температурой второго нагревания (мелких сыров) количество молочнокислых лактококков в первые 5-10 дней созревания достигает максимального значения.
Лактококки, благодаря образованию молочной кислоты, медленному и ограниченному расщеплению белка, а также незначительному расщеплению жира, существенно влияют на консистенцию, вкус и запах сыра. «Сырный дух» обусловлен наличием, молочной кислоты, свободных жирных кислот, диацетила, кетонов, альдегидов, аммиака и др. [3].
После этого, в связи с полным сбраживанием лактозы и ее отсутствием в сырной массе, происходит постепенное отмирание лактококков (в течение 1-2 месяцев), одновременно происходит увеличение количества мезофильных молочнокислых палочек LЬm. Рlапtаrum и LЬm. сазеi, которое достигает максимума через 1,5-2 месяца. Их размножение на второй стадии созревания сыра обусловлено способностью усваивать соли молочной кислоты (лактат кальция и др.). При дальнейшем созревании сыра постепенно отмирают и молочнокислые палочки. Такая закономерность динамики микрофлоры характерна при созревании всех сыров данного типа.
По составу микрофлоры твердые сыры с высокой температурой второго нагревания (в том числе пармезан, швейцарский) существенно отличаются от сыров с низкой температурой второго нагревания [2-5].
| |||
|
Рассмотрим динамику развития микроорганизмов для данной группы твердых крупных сыров на примере швейцарского сыра: в сырном зерне перед вторым нагреванием преобладают лактококки. Под действием высокой температуры второго нагревания (56-60 °С) уменьшается объем микрофлоры в сырной массе за счет частичной гибели мезофильных лактококков, в то время как термофильные молочнокислые палочки LЬm. helveticum и др. остаются жизнеспособными. Созревают сыры, как правило, при температуре 22-25 °С.
Уже в односуточном сыре количество палочек составляет 50-80 %, при этом через 2-5 суток созревания отмечается максимальное накопление молочнокислых бактерий.
В дальнейшем происходит уменьшение в сыре общего объема микрофлоры и количества молочнокислых палочек, что объясняется полным сбраживанием лактозы и отмиранием клеток как наиболее чувствительных к отсутствию лактозы.
|
LЬm. рlапtаrum, способных усваивать лактаты.
Способностью усваивать лактаты обладают также пропионовокислые бактерии, которые начинают развиваться в сыре после сбраживания лактозы. Размножаясь, эти микроорганизмы выделяют углекислый газ, в результате чего через 2-3 недели в сыре появляется рисунок, т.е. крупные немногочисленные глазки диаметром 1-1,5 см. Эти микроорганизмы обладают специфическими протеолитическими и липолитическими свойствами. Пропионовокислые бактерии образуют витамин В12, пропионовую кислоту, пропионат кальция и пролин, что способствует улучшению вкуса сыра.
Большей протеолитической активностью обладают экзоферменты, которые бактерии выделяют в прижизненный период. Эндоферменты содержатся в клетках молочнокислых бактерий и освобождаются после их отмирания и автолиза. Параказеин при созревании сыра распадается на более простые соединения, содержащие азот. Вначале появляются альбумозы и пептоны, которые распадаются затем до более простых соединений – пептидов, аминокислот и вплоть до аммиака. В начальный период созревания в сырах в результате образования пептонов появляется горечь, которая к концу созревания исчезает, поскольку пептоны превращаются в пептиды и аминокислоты. Если горечь не исчезает до конца созревания сыра, это служит показателем того, что процесс распада белков задерживается на стадии пептонов (при низкой температуре созревания). Активность протеолитических ферментов у молочнокислых палочек выше, чем у лактококков. Этим объясняется тот факт, что в твердых сырах с высокой температурой второго нагревания, созревающих при участии термофильных молочнокислых палочек (Lbm. helveticum, Lbm. casei), происходит более глубокий распад белков с образованием свободных аминокислот, в частности глютаминовой, валина, придающих сырам особый вкус. Молочнокислые палочки и пропионовокислые бактерии обладают также большей липолитической способностью, по сравнению с лактококками. «Сырный дух» швейцарского, советского и др. сыров этой группы создаётся летучими жирными кислотами, например, пропионовой [3]
На поверхности некоторых сыров специально культивируется слизь, в которой наряду с дрожжами находятся пигментобразующие бактерии, важнейшими представителями которых является Brevibacterium linens. Кроме того, при выработке некоторых сыров используют плесени рода Penicillium, культивируемые как на корке, так и внутри сыра. Для таких сыров второй пик развития микроорганизмов может быть высоким, сопоставимым с первым (рис. 1), т.к. плесени и слизи нейтрализуют кислотность сыра, задерживая изменеиие рН, позволяя дольше развиваться менее кислотоустойчивым формам. Микрофлора сырной слизи обладает более активной протеолитической способностью, поэтому в таких сырах образуется больше растворимого азота.
Плесени и слизи нуждаются для развития в более высокой активности воды на поверхности, или внутри головки сыра.
Активность воды регулируется способом прессования, посолки и влажностью помещения. Чем выше давление при прессовании сыра, тем в нём меньше остаётся влаги. Если посолку сыра проводят в рассоле, диффузия соли и выравнивание концентрации соли по слоям идёт медленно, то и молочнокислый процесс происходит более активный, чем при частичной или полной посолке в зерне. Слишком низкая влажность в камере созревания ведет к пересыханию сыра. Высокая влажность не позволяет правильно формироваться сырной корочке. Нужна хорошая вентиляция сырохранилищ.
| |||
|
Для некоторых сыров созревание делится на части: созревание в бродильной камере, и, собственно, созревание при более низкой температуре. Например, швейцарский сыр созревает последовательно в холодной (температура от 10 до 14 °C, влажность от 80 до 92 %, время выдержки — от 10 до 30 суток), затем тёплой (температура от 15 до 25 °C, влажность от 88 до 95 %, время выдержки — от 15 до 40 суток) и снова холодной (температура от 6 до 12 °C, влажность от 85 до 92 %, время выдержки — от 25 до 140 суток) камерах [6].
Иногда настоящим подспорьем для производителя становится природные камеры с естественной вентиляцией в пещере [1] Так пещерами для созревания сыров до настоящего времени пользуются во Франции (в городе Roquefort-sur-Soulzon Рокфор-сюр-Сульзон) и Швейцарии (в кантоне Люцерн пещера Kaltbach Кальтбах).
|
|
Ацетоин СНзСН(ОН)СОСНз. (ацетилметилкарбинол, З-гидрокси-2-бутанон) — спирт, являющееся основой вкуса всех видов сыров. Ацетоин представляет собой бесцветную или жёлтую жидкость с сильным маслянисто-сливочным запахом. «Букет сыра» создают также диметилкетон, жирные кислоты, аммиак и др. вещества. Их определяют методами ВЭЖХ и ГХ.
| 
|
| Ацетоин | Газовый хроматограф |
Рис. 1. Изменение объёма микрофлоры в процессе созревания камамбера (по данным А.М. Скородумовой)
I- общее количество бактерий: 1- в середине сыра, 2 – в корке;
II – количество молочнокислых бактерий в корке: 1 – лактококов; 2 – палочек Lac. casei.
Источник: Шунина В.А., Семёнова В.И., Щокотова А.Д., Полянская И.С. Искусство аффинажа: биохимические и микробиологические аспекты //ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫЙ ПОТЕНЦИАЛ XXI ВЕКА. – София. - С. 60-66.