6.3. Otrzymywanie i charakterystyka

skrzepów kwasowego i podpuszczkowego

Małgorzata Ziarno

Podstawy teoretyczne

Otrzymywanie skrzepu kwasowego

Skrzep kwasowy otrzymuje się przez wytrącenie kazeiny wskutek obniżenia pH mleka do wartości odpowiadającej punktowi izoelektrycznemu (pi) kazeiny (pH ok. 4,5-4,6).

W praktyce przemysłowej obniżenie pH mleka osiąga się różnymi metodami, zależnie od przeznaczenia otrzymywanego skrzepu kwasowego. W mlecznych produktach fermentowanych (sery, jogurty, zsiadłe mleko itp.) skrzep kwaso­wy powstanie dzięki bakteriom fermentacji mlekowej. Wykorzystują one cukry obecne w mleku (głównie laktozę), produkują kwasy organiczne (przede wszyst­kim kwas mlekowy), co powoduje obniżenie pH mleka do wartości 4,4—4,6. W przypadku sera typu Feta kwasowe wytrącenie kazeiny z mleka prowadzi się, stosując glukono-deita-lakton (lakton kwasu glukonowego - E-575). Natomiast w przemysłowej produkcji kazeiny kwasowej skrzep powstaje wskutek dodania do mleka odpowiedniej ilości kwasu mineralnego lub organicznego (np.: solne­go, siarkowego, octowego, mlekowego) lub ukwaszonej serwatki.

Mechanizm krzepnięcia kwasowego

Niezależnie od sposobu otrzymania skrzepu kwasowego mechanizm jego powstawania jest taki sam.

W świeżym mleku o pH 6,60-6,75 kazeina występuje w postaci micel two­rzących koloidalny roztwór, a poszczególne frakcje kazeiny w każdej miceli są połączone wiązaniami wapniowo-fosforanowo-cytrynianowymi. Zdolność mi­cel kazeinowych do tworzenia roztworu koloidalnego w świeżym mleku wiąże się z ich ujemnym ładunkiem elektrycznym, który sprzyja powstawaniu licz­nych warstw hydratacyjnych złożonych z cząsteczek wody otaczających mice- le. Natomiast przy pH odpowiadającemu punktowi izoelektrycznemu kazeiny (pH 4,5-4,6) micele kazeinowe mają ładunek elektryczny równy zero (czyli są elektrycznie obojętne), co powoduje, że tracą warstwy hydratacyjne (ochron­ne) i mogą się wzajemnie przyciągać. W ten sposób są tworzone warunki do utworzenia przestrzennej sieci wiązań między micelami kazeinowymi, w efekcie czego powstaje żel (skrzep kazeinowy). Przy pH równym 4,6 większość jonów wapniowychyićidtoffiihc/ias .połączonych z micelami kazeinowymi, oddysocjowu- je i przechodzi do"serwatki. Ta ucieczka jonów wapniowych rozluźnia struktif- rę micel kazeinowych i powoduje około S-krotne-zw-ięks/eń-re. jch średnicy,®;o również sprzyjaⁱtworz-eniu'^,1skrzepu. 'Witych warunkacłrkazeina ma bardzo sllja rozpuszczalność? wytrąca się z mleka w stanie wolnym (z niew ielkązawarto||ią wapnia) w postaci żelu (skrzepu).

Żel kwastfwy ma charakter odwracalny, to znaczy po wzroście pH pow^B punktu izoelektrycznego kazeiny następuje wzrost stopnia jonizacji grup fut® cyjnych białek kazeinowych (z przewagą grup o ładunku ujemnym), ponowne wiązanie jonów wapniowych przez micele kazeipow?. wifiost potencjału eleHI trokinetycznego i wzrost stopnia uwodnienia micel kazeinowych (wskutek po-l nownego wiązartia cząsteczek wody). Przy wzroście pH do wartości 6,60-6,75 następuje powrót micel kazeinowych do stanu roztworu koloidalnego (prawie naturalnego).

Zastosowanie przemysłowe skrzepu kwasowego

Powstawanie skrzepu kwasowego jest podstawą produkcji wszystkich fer­mentowanych artykułów mleczarskich, takich jak sery (twarogowe, podpusz­czkowe, kwasoitfo-podpuszczkowe) i mleczne napoje fermentowane (jogurt, kefir, zsiadłe^:mleko, maślanka, mleko acidofilne, śmietana).

Wytrącanie kazeiny przez obniżenie pH mleka do wartości równej pi kaze­iny jest także wykorzystywane w produkcji kazeiny, preparatów kazeinowych (tzw. kazeinianów) oraz białczanów. Kazeina kwasowa jest koncentratem kazei­ny uzyskanym z odtłuszczonego mleka, kazeiniany zaś są solami kazeiny kwaso- j wej (np. kazeinian wapniowy, sodowy, potasowy, amonowy). Z kolei białczany są koncentratami wszystkich białek mleka (kazeiny i białek serwatkowych) wy-i trąconych metodą wapniowo-termiczno-kwasową.

Kazeina kwasowa ma bardzo szerokie zastosowanie nie tylko w branży spo­żywczej (kazeina spożywcza), ale także w przemyśle papierniczym, drzewnym, chemicznym, tekstylnym, skórzanym, elektrotechnicznym, garbarstwie oraz jako składnik pasz dla zwierząt (kazeina techniczna, farmaceutyczna, włókiennicza).

Kazeiniany i białczany charakteryzują się wysoką wartością odżywczą,] doskonałą rozpuszczalnością w wodzie, zdolnością absorpcji wody i tłuszczu, emulgowania tłuszczu, tworzenia piany i żelu. Są stosowane jako dodatki funk­cjonalne w procesie produkcji między innymi twarogów, fermentowanych na­pojów mlecznych, lodów, pieczywa, biszkoptów, wafli, kremów, zabielaczy do kawy, napojów dietetycznych, koncentratów zup i sosów, produktów mlekoza- stępczych, masła niskotłuszczowego, środków spulchniających i majonezów.

Podstawy przemysłowego otrzymywania kazeiny kwasowej

W przemysłowej produkcji kazeiny kwasowej dąży się do uzyskania pro­duktu o maksymalnie małej zawartości innych niż kazeina składników mleka (takich jak tłuszcz i laktoza). W tradycyjnej metodzie produkcji kazeiny kwaso­wej wytrącanie kazeiny prowadzi się przez zakwaszenie (kwasem lub ukwaszoną serwatką) mleka odtłuszczonego o zawartości tłuszczu nie większej niż 0,02% i kwasowości nie wyższej niż 9-10°SH. Serwatkę lub kwas wprowadza się cien­kim strumieniem do mleka przerobowego o temperaturze 36-38°C, aż do uzy­skania żądariej kwasowości serwatki (najczęściej 26-28°SH). Po wytrąceniu ka­zeiny powstałe ziarno jest podgrzewane (w przypadku ukwaszania kwasem - do temp. 53 °C, przy ciągłym mieszaniu) lub poddawane dojrzewaniu i kruszeniu (w przypadku ukwaszania serwatką - w temp. 38-42°C przez kilka - kilkanaście godzin, przy stałym mieszaniu). Następnie serwatka jest oddzielana, ziarno ka­zeinowe zaś trzykrotnie płukane (woda użyta do I płukania nie jest zakwaszona, a do II i III płukania — zakwaszona kwasem do pH 4,5-5,0). Wypłukaną kazei­nę prasuje się, wiruje, rozdrabnia i suszy (stosuje się różne typy suszarek, przy czym temperatura powietrza suszącego w końcowej fazie suszenia nie może być wyższa niż 65°C, a końcowa zawartość wody w kazeinie nie może przekraczać 10%). Ostatnimi etapami produkcji kazeiny kwasowej są: chłodzenie, mielenie, pakowanie i magazynowanie.

Mechanizm powstawania skrzepu podpuszczkowego

Skrzep podpuszczkowy otrzymuje się przez wytrącenie kazeiny na słodko, to znaczy bez obniżania pH mleka. W procesie podpuszczkowej koagulacji mle­ka można wyróżnić dwie fazy - enzymatyczną (proteolityczną) i fizykochemicz­ną (koagulacyjną).

Faza enzymatyczna obejmuje procesy przekształcania kazeiny w paraka- zeinę pod wpływem preparatu podpuszczki lub innego preparatu koagulującego dodanego do mleka. Preparaty te powodują hydrolizę wiązania peptydowego tyl­ko w jednej z frakcji kazeiny (kappa-kazeinie), między 105. i 106. aminokwasem (fenyloalaninąi metioniną). Powoduje to oddzielenie od kappa-kazeiny polipep- tydu (zwanego glikomakropeptydem), który stanowi około 30% jej pierwotnej masy. Istotnymi właściwościami glikomakropeptydu są silna hydrofilowość i ła­twa rozpuszczalność w fazie wodnej mleka. Na skutek utraty glikomakropeptydu kappa-kazeina (do tej pory stabilizująca kompleksy kazeinowe w mleku) prze­staje pełnić funkcję ochronną micel kazeinowych. Pozostała część kappa-kaze­iny, zwana para-kappa-kazeiną (lub w skrócie parakazeiną), jest hydrofobowa, przez co cała micela kazeinowa przyjmuje właściwości hydrofobowe, zmniejsza się stopień jej uwodnienia oraz objętość.

Faza fizykochemiczna powstawania skrzepu podpuszczkowego polega na precypitacji (wytrąceniu) parakazeiny i wytworzeniu parakazeinianu wapniak W następstwie wyżej opisanych przemian proteolitycznych i powstania paraf kazeiny maleją siły wzajemnego odpychania między poszczególnymi micelaml kazeinowymi, co sprzyja pojawianiu się między nimi licznych wiązań (hydrofol bowych, jonowych, wodorowych) i w efekcie sieci łańcuchów polipeptydowycM będących strukturą skrzepu podpuszczkowego. Natomiast glikomakropeptydl oddzielony od kappa-kazeiny, nie jest wiązany w skrzepie podpuszczkowym i j est tracony z serwatką.

Koagulacja podpuszczkowa mleka jest procesem nieodwracalnym i zachodzi szybciej, gdy pH mleka jest nieco obniżone, temperatura zaś podwyższona. Dli powstawania skrzepu podpuszczkowego mają wpływ jeszcze inne czynniki - teml peratura mleka oraz zawartość jonów wapniowych. W temperaturze poniżej 20°(fl skrzep podpuszczkowy nie powstaje, gdyż parakazeina nie ma wystarczającego] potencjału kinetycznego (ma zbyt niską energię kinetyczną ruchów Browna, bj zderzać się ze sobą i wiązać w sieć). W praktyce serowarskiej kontrola temperatul ry podpuszczkowego ścinania mleka ma na celu otrzymanie skrzepu o zwięzłośli właściwej dla danego typu sera - w przypadku produkcji serów miękkich tempe-j ratura ścinania mleka wynosi 29-32°C, a podczas otrzymywania serów twardycffl 32-35°C. Z kolei jony wapniowe warunkują powstanie silnych wiązań wewnątrz! micel kazeinowych i decydują o zwięzłości skrzepu podpuszczkowego (skrzepi podpuszczkowy charakteryzuje się dużą zawartością wapnia).

Zastosowanie przemysłowe skrzepu podpuszczkowego

Powstawanie skrzepu podpuszczkowego jest podstawąprodukcji serów pod­puszczkowych oraz kazeiny podpuszczkowej. Kazeina podpuszczkowa znajduje* zastosowanie przemysłowe nie tylko w branży spożywczej (kazeina spożywcza)! ale również do wyrobu mas plastycznych, zwanych galalitem lub kazeolitem,j oraz jako komponent w przemyśle gumowym (kazeina techniczna). Kazein^ spożywcza jest wykorzystywana jako dodatek w przemyśle mięsnym, garma-| żeryjnym, piekarniczym, cukierniczym, rybnym, koncentratów spożywczych! makaroniarskim, mleczarskim oraz w produktach dla diabetyków i odżywkach:! Jest również surowcem do produkcji kazeiny farmaceutycznej oraz kazeinianóWi (np.: sodowego, wapniowego, amonowego, magnezowego, potasowego).

Charakterystyka preparatów podpuszczki i innych preparatów

koagulujących stosowanych w mleczarstwie

Podpuszczka, zwana także renniną lub chymozyną (EC 3.4.4.3), jest enzy^J mem zaliczanym do podklasy hydrolaz, wywołującym między innymi koagu-i lację kazeiny mleka (w obecności soli wapniowych i bez konieczności zmiany kwasowości mleka). Swoją najwyższą aktywność osiąga w zakresie wartości pH między 5,3 i 6,4 oraz temperatury między 10 i 60°C (optymalna temperatura wynosi około 40°C, w ponad 60°C podpuszczka traci aktywność wskutek ter­micznej denaturacji, a w temperaturze poniżej 20°G ścinanie mleka przebiega bardzo powoli).

Początkowo preparaty podpuszczki otrzymywane były z żołądków cielęcych. Jednak, w związku ze znacznym rozwojem produkcji serów na świecie, na rynku pojawiło się wiele innych preparatów koagulujących zastępujących podpuszczkę cielęcą. Przykładem jest pepsyna wieprzowa o aktywności proteolitycznej nie­co niższej niż podpuszczki. Pepsyna wieprzowa z powodzeniem jest stosowa­na w mieszance z cielęcą podpuszczką (lub innymi substytutami podpuszczki) w proporcjach na przykład 50 : 50, 30 : 70. Postęp biotechnologiczny pozwolił na otrzymywanie podpuszczki i innych preparatów koagulujących (substytutów podpuszczki) pochodzenia mikrobiologicznego—pleśniowego, drożdżowego lub bakteryjnego. Preparaty takie są dostępne pod różnymi nazwami handlowymi (np.: Fromase, Maxiren, Marzyme, Rennilase, Hąnnilase, Suparen, Chymogen, Chymax^i z sukcesem stosowane w serowarstwie.

Preparaty koagulujące i podpuszczkę należy przechowywać w temperatu­rze 0-5°C (po zamrożeniu większość preparatów traci swoją moc koagulującą). Podczas długotrwałego przechowywania, nawet w optymalnej temperaturze, preparaty enzymatyczne tracą swoją aktywność, stąd konieczność określania zdolności (mocy) preparatu do ścinania mleka. Moc preparatów koagulujących wyraża się ilością części objętościowych lub wagowych świeżego i normalne­go mleka (o kwasowości średnio 7,0°SH) ulegających krzepnięciu pod wpły­wem jednej części objętościowej lub wagowej preparatu koagulującego w czasie 40 minut i w temperaturze 35°C. Preparaty koagulujące w proszku powinny mieć moc 1:100 000, a W płynie - ponad 1:10 000 (preparaty w proszku są zwykle ok. 10 razy silniejsze niż formy płynne).

W celu optymalizacji wykorzystania preparatów koagulujących oraz speł­nienia jednolitych standardów produkcji serów podpuszczkowych oraz kazeiny podpuszczkowej laboratorium zakładowe powinno przebadać pod kątem mocy koagulacyjnej każdą nową partię zakupionego preparatu koagulującego. Przy obliczaniu ilości (P, w gramach) preparatu koagulującego (o mocy 1 : m) po­trzebnej do ścięcia określonej ilości mleka (M, w gramach) w temperaturze t (w °C) i czasie r (w minutach) korzysta się z następującego wzoru:

p_M_ 35 40 m t t

gdzie temperatura 35°C i czas 40 minut to standardowe warunki tworzenia skrze­pu (wynikające z definicji mocy preparatu koagulującego).

Podstawy przemysłowego otrzymywania kazeiny podpuszczkowej

Do przemysłowej produkcji kazeiny podpuszczkowej stosowane jest mle­ko odtłuszczone do zawartości tłuszczu nie więks/ej niż 0,02% i o kWasoWbści nieprzekraczającej 8°Sf!L Produkcja metodą tradycyjną'obejmuje następlfące czynności:

• przygotowań ie"mieka (do mleka wykazującego słabą zdolność ścinania pod wpływem preparatu podpuszczki lub innego preparatu koagulują- cego, dodaje stę'^;CaCl₂ najczęściej w ilośft 0$2^CS4%) oraz przygotOS wanie i obliczenie potrzebnej ilości preparatu podpuszczki lub innego pł&parahi-koagułującego,

• zaprawianie mleka preparatem podpuszczki (lub innym preparatem ko- agulującym) i krzepnięcie mleka (najczęściej 25 35 min),

• obróbka skrzepu (podgrzanie do temp. 65°C przy energicznym Miesza­niu),

• oddzielenie sejE#|tiii płukanie ziarna kazeinowego,

• prasowanie i wirowanie,

• rozdrabnianie i suszenie (temperatura powietrza suszącego w końcowej •fazie suszenia nie^- może hyc wyższa niż 65°C, a końcowa zawartość wody w kazeinie nie może przekraczać 10%),

• chłodzenie; w stępne składowanie, pakowanie i magazynowanie.

Inne sposoby otrzymywania skrzepu białek mleka

Kazeina stanowi około 80% białek mleka i, jak już podano, można ją wyj trącić z mleka metodą kwasową (w pH 4,5—4,6) lub z użyciem preparatów ko-| agulujących. W technologii mleczarskiej kwasowe i podpuszczkowe wytrąca­nie kazeiny można połączyć w jedną technologię, w której wyniku uzyskuje się sery kwasowo-podpuszczkowe (np. serki ziarniste typu cottage cheese). Podczas koagulacji kwasowo-podpuszczkowej następuje jednoczesne działanie enzymu koagulującego W połączeniu z rozwojem bakterii fermentacji mlekowej i obni­żeniem pH skrzepu. Pod w/ględem cech fizykochemicznych oraz wartości od- zywczej (kwasowości i /a wartości wapnia) sery kwasowo-podpuszczkowe są zbliżone do serów kwasowych.

Ze względu na wartość odżywczą i technologiczną białek serwatkowych opracowano technologie wytrą<f|nia wszystkich białek mleka lub #dzyskiwan|S ich frakcji z serwatki kwasowej lub podpuszczkowej. Wytrąceniu wszystkich biiłfek mleka sprzyja ich denaturacja pod wpływem takich czynników, jak ^zykiad wysoka temperatura, ewentualnie z jednoczesnym podwyższeniem kwasowości luft dodatkiem soli dysocjujących. Silne ogrzewanie mleka prowai dzi ^o denaturacji w pierwszej kolejności białek serwatkowych, które wchodzą w interakcje z kazeiną i wraz z nią wytrącają się. Dodatkowo wzrost kwasowości¹

mleka powoduje obniżenie stabilności termicznej białek i szybką ich denatura- cję, co wykorzystuje się przy produkcji serów ze wszystkich białek mleka (se­rów albuminowych) lub tak zwanych serów zwarowych (z białek serwatkowych odzyskanych z serwatki podpuszczkowej). Metoda termiczno-kwasowa pozwa­la na wytrącenie z mleka 90-96% białek (dla porównania - w koagulacji pod­puszczkowej jedynie 76-78% białek ogółem przechodzi do skrzepu). Do serów otrzymanych metodą termiczno-kwasową zalicza się na przykład ser Ricotta.

Odmianą metody termiczno-kwasowej jest metoda termiczno-wapniowa koagulacji mleka (metoda serwitowa), polegająca na wprowadzeniu do mleka przerobowego niewielkiej ilości chlorku wapnia (0,02-0,03% ilości mleka), pod­grzaniu do temperatury 92-95°C, dodaniu głównej dawki chlorku wapnia (0,12- -0,13% ilości mleka), przetrzymaniu w temperaturze 92-95°C przez kilka minut (aż do wytrącenia masy białkowej), odczerpaniu serwatki i wypłukaniu masy białkowej wodą technologiczną ochłodzeniu masy białkowej do temperatury 30- 35°C, wprowadzeniu do masy białkowej odpowiedniej ilości zakwasu bak­terii mlekowych i ewentualnie podpuszczki. Metodą termiczno-wapniową otrzy­mywane są sery białostocki i welski .

Koagulację białek mleka powodują również sole dysocjujące [np. sole wap- iniowe, magnezowe, amonowe, takie jak: MgS04, CaG^, (NH^SO^. Po do­daniu do mleka, w znacznych ilościach, sole te doprowadzają do utraty warstw hydratacyjnych przez białka i ich denaturacji. Dodatkowo wytrącaniu się białek metodą wysalania (dodatku soli dysocjujących) sprzyja podwyższona tempera­tura mleka.

Część praktyczna

Celem części praktycznej jest zapoznanie się z dwoma najważniejszymi Sposobami wytrącania białek mleka (otrzymywania skrzepów kwasowego oraz ^podpuszczkowego), a także poznanie różnic w podstawowej charakterystyce fizykochemicznej skrzepów kwasowego i podpuszczkowego oraz produktów ubocznych ich otrzymywania (serwatki kwasowej i podpuszczkowej).

Organizacja części praktycznej

Część praktyczna jest realizowana w zespołach 3^4-osoboWych. Każdy ze­spół ma za zadanie samodzielnie oznaczyć moc preparatu koagulującego oraz otrzymać i przebadać skrzep kwasowy i/lub podpuszczkowy oraz serwatkę kwa­sową i/lub podpuszczkową.

Zakres analityczny

Zakres analitycznych obejmuje: • oznaczanie mocy preparatu koagulującego,

r • otrzymanie skrzepu kwasowego i podpuszczkowego w warunkacM la­boratoryjnych,

• oznaczanie kwasowości ogólnej (miareczkowej) oraz kwasowości czyni nej (pH) serwatki kwasowej i podpuszczkowej,

• oznaczanie kwasowości czynnej (pH) skrzepu kwasowego i podpusS czkowego,

• oznaczanie zawartości wapnia i magnezu w serwatce kwasowej i podl puszczkowej.

Oznaczanie mocy preparatu podpuszczki lub innego preparatu koagulującegfl Oznaczanie polega na pomiarze czasu ścinania określonej ilości mlek*

• temperaturze 35 °C przez 1 cm³ 10-procentowego roztworu preparatu podpusa czki, lub innego preparatu koagulującego w płynie (lub 1-procentowego roi tworu preparatu podpuszczki, lub innego preparatu koagulującego w proszki!

• przeliczeniu tego na moc preparatu.

W tym celu do zlewki o pojemności 250 cm³ należy odmierzyć (cylindruj miarowym) 100 cm³ mleka, podgrzać w łaźni wodnej do temperatury 35°(|j i utrzymując w tej temperaturze, dodać 1 cm³ roztworu preparatu koagulującego Po szybkim i dokładnym wymieszaniu mleka szklaną bagietką należy przetrzg mywać w temperaturze 35°C, aż do zaobserwowania pojawienia się drobnymi kłaczków krzepnącego mleka na końcu szklanej bagietki. Za pomocą stopera nal leży mierzyć czas (w sekundach) krzepnięcia mleka, od chwili dodania preparat* koagulującego do momentu pojawienia się kłaczków wytrąconej kazeiny. Moc preparatu koagulującego obliczyć, korzystają6 ze wzoru:

M 40

m =

p t

gdzie:

m - moc preparatu,

M- ilość jednostek mleka użytych w oznaczeniu, P - ilość jednostek preparatu użytych w oznaczeniu, t - rzeczywisty czas krzepnięcia mleka [min], 40 - wymagany czas krzepnięcia mleka [min].

Moc preparatu koagulującego należy wyrazić stosunkiem 1 : m. Otrzymaną! wartość zinterpretować.

Otrzymanie skrzepu kwasowego w warunkach laboratoryjnych

Do zlewki o pojemności 500 cm³ odmierzyć cylindrem miarowym 250 cmii mleka i ogrzać w łaźni wodnej do temperatury 35°C. Stale utrzymując mleko w temperaturze 35°C i delikatnieje mieszając, dodać taką ilość roztworu 1-mo-

lowego HC1, aby obniżyć pH mleka do wartości 4,5^4,6 (wartość pH mierzyć za pomocą pehametru). Następnie zawartość zlewki podgrzać do temperatury 60°C i przetrzymywać w niej przez 5-10 minut (aż do momentu wydzielenia się klarownej serwatki). Potem zawartość zlewki przesączyć przez sączek z bibuły filtracyjnej do kolby stożkowej o pojemności 250 cm . Skrzep wydzielony na sączku oraz serwatkę zebraną w kolbie wykorzystać do dalszych analiz.

Otrzymanie skrzepu podpuszczkowego w warunkach laboratoryjnych

Do zlewki o pojemności 500 cm³ odmierzyć cylindrem miarowym 250 cm³ mleka i ogrzać w łaźni wodnej do temperatury 35°C. Do mleka dodać taką ilość roztworu preparatu podpuszczki lub innego preparatu koagulującego, by uzy­skać skrzep w ciągu 10 minut (ilość roztworu preparatu koagulującego należy obliczyć według wzoru podanego w tekście ćwiczenia). Mleko szybko wymie­szać i pozostawić w spokoju w temperaturze 35°C do momentu wytworzenia się skrzepu i wydzielenia się klarownej serwatki. Następnie zawartość zlewki podgrzać do temperatury 60°C i przetrzymywać w niej przez 5-10 minut. Potem zawartoś&zlewki przesączyć przez sączek z bibuły filtracyjnej do kolbki stożko­wej o pojemności 250 cm . Skrzep wydzielony na sączku oraz serwatkę zebraną w kolbie wykorzystać do dalszych analiz.

Oznaczanie kwasowości ogólnej (miareczkowej) serwatki

Oznaczanie kwasowości ogólnej (miareczkowej) polega na miareczkowaniu próbki serwatki roztworem NaOH wobec alkoholowego roztworu fenoloftaleiny, jako wskaźnika, do momentu uzyskania jasnoróżowego zabarwienia utrzymują­cego się 30 sekund.

W tym celu do kolby stożkowej o pojemności 250 cm należy odmierzyć pipetą 25 lub 50 cm³ serwatki, dodać odpowiednio 1 lub 2 cm³ roztworu feno­loftaleiny, całość dokładnie wymieszać ruchem kolistym i potem miareczkować 0,25-normalnym roztworem NaOH do momentu uzyskania jasnoróżowego za­barwienia utrzymującego się 30 sekund. Objętość 0,25-normalnnego roztworu NaOH zużytego do miareczkowania próbki serwatki należy odczytać z dokład­nością do 0,05 cm³.

Kwasowość serwatki należy podać w stopniach Soxhleta-Henkla, pamięta­jąc, iż wyrażają one ilość 1 cm³ 0,25-normalnego roztworu NaOH zużytego do miareczkowania 100 cm³ serwatki wobec 4 cm³ fenoloftaleiny. Za wynik koń­cowy należy przyjąć średnią arytmetyczną wyników 2 równoległych oznaczeń, nieróżniących się między sobą o więcej niż 0,1 °SH. Wynik końcowy należy za­okrąglić do 1 miejsca po przecinku.

Serwatka kwasowa powinna mieć kwasowość miareczkową około 18°SH (kwasowość zależy od stopnia ukwaszenia mleka podczas otrzymywania skrze­pu kwasowego), natomiast serwatka podpuszczkowa - około 4,5°SH.

Oznaczanie kwasowości czynnej (pH) serwatki

Pomiar pH wykonuje się metodą elektrometrycznąprzez pomiar aktywności jonów wodorowych przy użyciu pehametru z dokładnością odczytu do 0,01 jed­nostki pH. Przed przystąpieniem do oznaczania należy wykalibrować pehametr oraz doprowadzić temperaturę próbki do 20-25°C (ewentualnie stosować peha­metr z kompensacją temperatury).

Serwatka kwasowa powinna mieć pH około 4,5 (kwasowość zależy od stop­nia ukwaszenia mleka podczas otrzymywania skrzepu kwasowego), natomiast serwatka podpuszczkowa - 6,6-6,8 (podobnie jak mleko świeże).

Oznaczanie kwasowości czynnej (pH) skrzepu

Pomiaru pH dokonuje się w wodnej emulsji otrzymanego skrzepu. W tym celu należy odważyć do moździerza 10,00 g skrzepu i następnie dokładnie ro­zetrzeć go z 20 cm³ wody destylowanej. Tak przygotowaną emulsję przenieść do małej zlewki i dokonać pomiaru pH (patrz oznaczanie kwasowości czynnej serwatki).

Kwasowość czynna skrzepu kwasowego zależy od stopnia ukwaszenia mle­ka podczas otrzymywania skrzepu kwasowego i zazwyczaj wynosi od 4,6 do 5,4. Natomiast pH skrzepu podpuszczkowego jest wyższa i mieści się w zakresie od 6,0 do 6,8 jednostek pH.

Oznaczanie zawartości wapnia i magnezu w serwatce

Oznaczanie zawartości wapnia i magnezu w serwatce polega na miareczko­waniu określonej ilości serwatki roztworem wersenianu (EDTA) o znanej molo- wości, w obecności czerni eriochromowej T (jako wskaźnika) oraz buforu amo­nowego (a pff /babzas miareczkowania tWorzą się trwafe kompleksy Ca i Mg z dwuwodną solą kwasu etylenodwuaminoczterooctowego (EDTA). Kompleksy te są bezbarwne, dlatego wymagany jest dodatek wskaźnika - czerni eriochromowej T, który tworzy z Ca i Mg słabo zdysocjowane połączenia o zabarwieniu czerwonawym. Podczas miareczkowania kompleksy Ca i Mg²⁺ z czernią zostają zastąpione trwalszymi kompleksami z wersenianem, a roztwór przybiera barwę niebieskawą (lub ciemnogranatową, zależnie od ilości doda­nej czerni eriochromowej T), pochodzącą od wolnej soli sodowej wskaźnika. Oznaczenie wykonuje się przy pH 10,0-10,5, gdyż wtedy różnica barw między wskaźnikiem a kompleksem z Ca²⁺ i Mgp⁺ jest największa.

W tym celu do kolby stożkowej należy odmierzyć pipetą 2 cm³ serwatki, do­dać około 60 cm³ wody destylowanej, 1 cm³ buforu amonowego i około 1/4—1/3 małej łyżeczki czerni eriochromowej T. Całość należy miareczkować roztworem wersenianu dwusodowego do barwy czysto niebieskiej (bez odcieni czerwieni).

• zbliżającym się końcu miareczkowania uprzedza powstawanie delikatnego purpurowego zabarwienia. Miareczkowanie należy zakończyć, gdy odcień czer­wonawy całkowicie zniknie. Równolegle należy wykonać próbę ślepą (zamiast 2 cm serwatki należy użyć 2 cm³ wody destylowanej) i wynik próby ślepej od­jąć od wyniku właściwego miareczkowania. Podczas wykonywania oznaczania trzeba zwrócić uwagę na molowość używanego wersenianu (jeśli nie jest ści­śle 0,01-molowa, należy przeliczyć na roztwór ściśle 0,01-molowy, korzystając z proporcji: M\ V\ = M2F2). Następnie, przy obliczaniu zawartości wapnia i mag­nezu, należy założyć, że około 15% ogólnej objętości zużytego wersenianu wią­że magnez, pozostałe 85% zaś - wapń. Wiedząc, że 1 cm³ 0,01-molowego wer- senianiu odpowiada 0,2432 mg magnezu i 0,4008 mg wapnia, trzeba wyliczyć ilość wapnia i magnezu w 2 cm³ badanej serwatki. Wynik końcowy oznaczania należy podać w mg% (tzn. przeliczyć na ilość miligramów wapnia i magnezu w 100 cm³ serwatki) oraz w procentach (tzn. przeliczyć na ilość gramów wapnia

• magnezu w 100 cm³ serwatki). Uzyskane wyniki odnieść do wartości podanych w tabeli 6.5.

Tabela 6.5. Zawartość wapnia i magnezu w serwatce kwasowej i podpuszczkowej

Kation	Serwatka podpuszczkowa [%]	Serwatka kwasowa [%]
Ca^2+	0,035	0,120
Mg^2+	0,007	0,012

Warto przypomnieć, że średnia zawartość wapnia w świeżym mleku wynosi 100-140 mg w 100 cm³. W takim mleku około 70% wapnia występuje w postaci koloidalnej (głównie jako fosforan trójwapniowy - Ca3(PC>4)2, fosforan dwu- wapniowy - CaHPC>4 oraz bezpośrednio związany z micelami kazeinowymi), około 20% wapnia występuje w formie niezdysocjowanych związków rozpusz­czalnych (jak cytryniany, wodorofosforany i wodorowęglany), a pozostałe 10% wapnia występuje w postaci jonowej.

Ogrzewanie mleka (np. pasteryzacja lub gotowanie) i zmiany jego kwaso­wości naruszają równowagę w układzie soli wapniowych. Pasteryzacja mleka powoduje istotne ubytki wapnia jonowego w wyniku wytrącania się nierozpusz­czalnego fosforanu wapniowego (wg reakcji: 3Ca ■ + 2HPO4 = Ca3(P04)2 + + H2O), który jest głównym składnikiem tak zwanego kamienia mlecznego osadzającego się na powierzchniach wymienników ciepła. Wielkość ubytków wapnia zależy od parametrów (temperatury i czasu) ogrzewania mleka. W se- rowarstwie ubytki wapnia jonowego spowodowane pasteryzacją są uzupełniane dodatkiem chlorku wapniowego (CaCl2) w ilości do 20 g na 100 kg mleka.

Wzrost kwasowości mleka (obniżanie jego pH) powoduje przechodzenie ko­loidalnych form wapnia w związki rozpuszczalne. Gdy pH wynosi 5, prawie cały wapń zawarty w mleku przechodzi w związki rozpuszczalne. Natomiast podczas powstawania skrzepu podpuszczkowego (bez wzrostu kwasowości mleka) bli­sko 70% wapnia zawartego w mleku pozostaje w skrzepie podpuszczkowym, a jedynie 30% wapnia przechodzi do serwatki. W przypadku skrzepu kwasowe­go znacznie więcej wapnia obecnego w mleku przechodzi do serwatki niż pozo­staje w skrzepie kwasowym. Znajduje to odzwierciedlenie w zawartości wapnia w serach podpuszczkowych i kwasowych. W 100 g serów podpuszczkowych zwykle jest 600-900 mg wapnia, zależnie od rodzaju sera, zawartości tłuszczu i wody. Natomiast sery kwasowe zawierają wapnia w zakresie 60-100 mg w 100 g produktu (czyli mniej niż 100 g świeżego mleka).

Zawartość magnezu w świeżym mleku wynosi przeciętnie 10-15 mg w 100 cm³. W takim mleku około 70% ogólnej zawartości magnezu występuje w formie soli rozpuszczalnych. Pozostały magnez (ok. 30%) wchodzi w skład związków koloidalnych, które wytrącają się wraz z kazeiną podczas krzepnięcia podpuszczkowego. W przypadku krzepnięcia kwasowego ilość magnezu pozo­stająca w skrzepie kwasowym jest jeszcze mniejsza. Dlatego sery kwasowe za­wierają jedynie 7-10 mg magnezu w 100 g, a sery podpuszczkowe 20-50 mg tego pierwiastka w 100 g (dla porównania: świeże mleko zawiera przeciętnie 12 mg magnezu w 100 g).

4

Sposób zestawienia wyników

Każdy zespół realizujący ćwiczenie ma obowiązek przedstawić sprawozda­nie z ćwiczeń zawierające:

Tabela 6.6. Zestawienie uzyskanych wyników

Numer próbki mleka:	Krzepnięcie podpuszczkowe	Krzepnięcie kwasowe
Moc preparatu koagulującego
Ilość preparatu koagulującego użyta do otrzymania skrzepu podpuszczkowego [cm^3]		X
Ilość 1-molowego HC1 użyta do otrzymania skrzepu kwasowego [cm^3]	X
Kwasowość ogólna serwatki [°SH]
Kwasowość czynna serwatki
Kwasowość czynna skrzepu
Zawartość wapnia w serwatce [mg%]
Zawartość magnezu w serwatce [mg%]

• wszystkie niezbędne obliczenia wyników oznaczeń,

• tabelaryczne zestawienie uzyskanych wyników (wg tab. 6.6),

• omówienie i interpretację otrzymanych wyników,

• porównanie skrzepu kwasowego i podpuszczkowego oraz serwatki kwasowej i podpuszczkowej pod względem analizowanych cech.

Literatura

Cheesmaking, from science to ąuality assurance. A. Eck, J.C. Gillis (eds). Intercept LTD,

Paris 2000,267,674, 675, 678. Ćwiczenia z analizy mleka i produktów mlecznych. S. Zmarlicki (red.). Wydawnictwo

SGGW, Warszawa 1981,127-140. JAWORSKI J.: Właściwości fizykochemiczne mleka. W: Mleczarstwo. Zagadnienia wybra­ne. T 1. S. Ziajka (red.). Wydawnictwo ART, Olsztyn 1997,45-90. KORNACKI K., REPS A.: Biopreparaty i dodatki w mleczarstwie. W: Mleczarstwo. Zagad­nienia wybrane. T 1. S. Ziajka (red.). Wydawnictwo ART, Olsztyn 1997,163-200. PIJANOWSKI E.: Zarys chemii i technologii mleczarstwa. Tom 1. Mleko surowe, spożyw­cze, kdhserwy mleczne. PWRiL, Warszawa 1971,68-73, 96-110. PIJANOWSKI E., GAWEŁ J.: Zarys chemii i technologii mleczarstwa. Tom 3. Sery, kazei­na, produkty z serwatki. PWRiL, Warszawa 1986, 38^3,160-172. SURAŻYŃSKI A., NOWAK H., KŁOBUKOWSKIJ.: Sery typu Ricotta otrzymane z mleka

koagulowanego metodą termiczno-kwasową. Przegląd Mleczarski 83, 78-81,1997. ŚMIETANA Z., SZPENDOWSKIJ.: Kazeina, kazeiniany i białczany. W: Mleczarstwo. Za­gadnienia wybrane. Tom 2. S. Ziajka (red.), Wydawnictwo ART, Olsztyn 1997,211-240. ŚMIETANA Z., SZPENDOWSKI J., BOHDZIEWICZ K., ŚWIGOŃ J.: Ogólne zasady pro­dukcji twarogów i serków twarogowych. Cz. II. Ze wszystkich białek mleka. Przegląd Mleczarski 2,41^13,1994. WANGIN J.: Wyrób serów podpuszczkowych dojrzewających. Zakład Wydawniczy Lac-

press, Warszawa 1989, 50-54. ZMARLICKI S., ZIARNO M., ANTOSIK M.: Wpływ sposobu dodawania CaCl₂ do mleka na jego zdolność do koagulacji podpuszczkowej i stopień odzysku białka. Materiały XXXII Sesji Naukowej KTiChŻ PAN, Warszawa 2001, CD-ROM.

Literatura uzupełniająca

BEDNARSKI W.: Oddziaływanie przemysłu mleczarskiego na środowisko. W: Mleczarstwo.

Zagadnienia wybrane. T 2. S. Ziajka (red.). Wydawnictwo ART, Olsztyn 1997,363-375. JAKUBCZYK E., SKARŻYŃSKA M.: Wapń w mleku i produktach mlecznych. Nowa Me­dycyna 9, 25-28, 1997. ŃITECKA E., POPIOŁEK P.: Wpływ metody koagulacji mleka na zmiany wartości odżyw­czej białka twarogów. Przemysł Spożywczy 11, 284—286,1990. VARNAM A.H., SUTHERLAND J.P.: Milk and milk products. Technology, chemistry and microbiology. An Aspen Publ., 2001, 159-182.

380 M. Ziarno

Otrzymywanie i charakterystyka skrzepów kwasowego i podpuszczkowego 381

---