Ферментация в производстве кисломолочных продуктов

Ферментация в производстве кисломолочных продуктов представляет собой совокупность биохимических и микробиологических процессов, в ходе которых компоненты молока трансформируются под действием ферментов микроорганизмов. Ключевым результатом является образование органических кислот, прежде всего молочной, а также изменение структуры белков, липидов и углеводов, что определяет пищевую ценность, консистенцию и органолептические свойства готовых продуктов.

Молоко является многофазной дисперсной системой, включающей:

  • Углеводы — главным образом лактозу (4,5–5,0 %), служащую основным источником углерода и энергии для молочнокислых бактерий.
  • Белки — казеины (≈80 % всех белков) и сывороточные белки, обладающие высокой биологической ценностью.
  • Липиды — молочный жир в виде эмульгированных жировых шариков.
  • Минеральные вещества — кальций, фосфаты, магний, натрий, калий.
  • Витамины — жирорастворимые (A, D, E) и водорастворимые (группы B).

Сбалансированный химический состав создает оптимальные условия для роста микроорганизмов и протекания ферментативных реакций.

Микроорганизмы, участвующие в ферментации

Основу заквасок для кисломолочных продуктов составляют молочнокислые бактерии, относящиеся к родам Lactobacillus, Lactococcus, Streptococcus, Leuconostoc. В ряде продуктов дополнительно используются дрожжи и пропионовокислые бактерии.

По типу метаболизма молочнокислые бактерии подразделяются на:

  • Гомоферментативные, образующие преимущественно молочную кислоту.
  • Гетероферментативные, синтезирующие молочную кислоту, диоксид углерода, этанол и ароматические соединения.

Выбор конкретных штаммов определяет скорость ферментации, кислотность и вкусоароматический профиль продукта.

Биохимические превращения лактозы

Лактоза подвергается ферментативному гидролизу под действием β-галактозидазы с образованием глюкозы и галактозы. Далее моносахариды вовлекаются в гликолитические пути:

  • Путь Эмбдена—Мейергофа—Парнаса — основной механизм образования молочной кислоты у гомоферментативных бактерий.
  • Фосфокетолазный путь — характерен для гетероферментативных форм.

Накопление молочной кислоты приводит к снижению pH среды до 4,0–4,6, что оказывает коагулирующее действие на казеиновые мицеллы.

Изменения белковых компонентов

Снижение pH до изоэлектрической точки казеина (~4,6) вызывает дестабилизацию коллоидной системы молока. Происходит:

  • агрегация казеиновых мицелл;
  • образование пространственной гелевой структуры;
  • удержание влаги и жира в белковом матриксе.

Параллельно протекает протеолиз, обусловленный действием бактериальных протеаз и пептидаз. Образуются пептиды и свободные аминокислоты, участвующие в формировании вкуса и повышающие усвояемость белков.

Преобразования липидов

Липидный компонент в меньшей степени затрагивается ферментацией, однако в ряде продуктов (кефир, простокваша, ряженка) наблюдается липазная активность микроорганизмов. Частичный гидролиз триглицеридов приводит к образованию свободных жирных кислот, среди которых особое значение имеют короткоцепочечные кислоты, формирующие характерный аромат.

Формирование органолептических свойств

В процессе ферментации синтезируется широкий спектр низкомолекулярных соединений:

  • диацетил и ацетальдегид;
  • органические кислоты;
  • спирты и эфиры;
  • серосодержащие соединения.

Совокупность этих веществ определяет вкус, аромат и послевкусие кисломолочных продуктов. Баланс между кислотностью и ароматическими компонентами является важнейшим показателем качества.

Влияние технологических факторов на ферментацию

Химическое направление ферментации существенно зависит от условий производства:

  • Температура — влияет на активность ферментов и скорость роста микроорганизмов.
  • Состав закваски — определяет соотношение метаболитов.
  • Продолжительность ферментации — влияет на степень кислотонакопления и глубину протеолиза.
  • Тепловая обработка молока — изменяет состояние сывороточных белков и их взаимодействие с казеинами.

Оптимизация этих параметров позволяет целенаправленно управлять химическим составом и структурой продукта.

Пищевая и биологическая ценность продуктов ферментации

Ферментация повышает биологическую доступность нутриентов за счет:

  • частичного расщепления лактозы, что снижает нагрузку на пищеварительную систему;
  • образования витаминов группы B;
  • накопления биологически активных пептидов;
  • снижения антигенности молочных белков.

Кисломолочные продукты являются примером целенаправленного использования микробиологических и химических процессов для модификации пищевого сырья и получения функциональных продуктов с улучшенными свойствами.

Оглавление