Углич, Россия
В парадигме современного производства сычужного сыра ключевым моментом является получение молочного сгустка в состоянии покоя молочной смеси. Образовавшийся молочный сгусток необходимо разрезать, тщательно перемешать и сформировать сырное зерно, на что затрачивается значительное время и энергия, и это не устраивает крупных производителей сыра. В исследовании произведена оценка возможности исключения операций разрезки молочного сгустка и его перемешивания при получении сырного зерна и формирования пласта. Альтернативой данных операций рассматривается использование вынужденных гидродинамических колебаний ферментированного молока в процессе коагуляции. Показано, что при правильном выборе частоты вынуждающих колебаний, с учетом размеров и формы резервуара, может быть получено сырное зерно и сырный пласт с необходимыми свойствами, готовый к дальнейшей традиционной обработке. Определено, что при низких частотах колебаний содержание жира в сыворотке может быть снижено до 0,08 %, что значительно меньше существующего характерного значения 0,40 % и вызывает осторожный оптимизм. Но при более высоких частотах, близких к частоте резонанса, массовая доля жира в сыворотке достигает недопустимых 2,00 %, что объясняется излишне интенсивными колебаниями, вызывающими плескания и разрушение структуры. При этом содержание белка в сыворотке в обоих случаях не превышает 0,8 %. Отмечено, что изменение амплитуды волны молока при сычужной коагуляции в условиях вынужденных колебаний имеет отрицательную корреляцию с изменением вязкости при коагуляции молока в условиях покоя. Полученная феноменологическая зависимость позволяет проводить непосредственную оценку происходящего процесса при сычужной коагуляции молока в условиях вынужденных колебаний. Выработанный с использованием волнового метода образец сыра и сыр, выработанный по традиционной технологии, имели близкие рисунок и текстуру. Результаты исследования указывают на потенциал практического использования волнового метода получения сырного зерна за счет уменьшения технологического времени (на 0,5–1,5 ч в зависимости от вида сыра) и снижения отхода молочного жира в сыворотку.
молоко, мицеллы казеина, активный гель, механизм гелеобразования, молочный сгусток, сырное зерно, сычужный сыр, гидродинамика
1. Lucey, J. A. Rennet-induced coagulation of milk /J. A. Lucey // Encyclopedia of Dairy Sciences. Ed. by J. W. Fuquay, P. F. Fox, P. L. H. McSweeney. – Academic Press, 2011. – P. 579–584. https://doi.org/10.1016/B978-0-443-15956-5.00016-6
2. Fox, P. F. Fundamentals of Cheese Science. Second Edition / P. F Fox [et al.]. – Academic Press, 2017. P. 185–229.
3. Amaro-Hernández, J. C. Chemical interactions among caseins during rennet coagulation of milk / J. C. Amaro-Hernández [et al.] // Journal of Dairy Science. 2022. Vol. 105(2). P. 43–51. https://doi.org/10.3168/jds.2021-21071
4. Wijmans, C. M. Brownian dynamics simulations of filled particle gels / C. M. Wijmans, E. Dickinson // Journal of the Chemical Society, Faraday Transactions. 1998. Vol. 94(1). P. 129–137. https://doi.org/10.1039/A706632E
5. Horne, D. S. Rennet-induced coagulation of milk / D. S. Horne, J. A .Lucey // Cheese. Ed. by P. L. H. McSweeney [et al.] – Academic Press, 2017. – P. 115–143. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-417012-4.00005-3
6. Smykov, I. T. Kinetics of milk gelation. Part I. Coagulation mechanism / I. T. Smykov // Rheology: Principles, Applications and Environmental Impacts. Ed. by Evgeny Karpushkin. – Nova Science Publ, 2015. P. 65–82.
7. Velegol, D. Origins of concentration gradients for diffusiophoresis / D. Velegol [et al.] // Soft Matter. 2016. Vol. 12(21). P. 4686–4703. https://doi.org/10.1039/C6SM00052E
8. Marangoni, С. Sull'espansione delle gocce di un liquido gallegianti sulla superficie di altro liquid / С. Marangoni. – Fratelli Fusi, 1865. – 66 p.
9. Birkhoff, G. Hydrodynamics / G. Birkhoff. – Princeton University Press, 1960. – 632 p. https://doi.org/10.1515/9781400877775
10. Chandrapala, J. Ultrasound processing of milk and dairy products / J. Chandrapala // Handbook of Ultrasonics and Sonochemistry. Ed by. M Ashokkumar – Springer, 2015. – P. 1–34. https://doi.org/10.1007/978-981-287-470-2_66-1.
11. Thilakarathna, R. C. N. Impact of ultra-sonication on gelation process in dairy products incorporated with polysaccharides / R. C. N. Thilakarathna, G. D. M. P. Madhusankha // Food and Nutrition Sciences. 2020. Vol. 11(5). Art. no. 115024. https://doi.org/10.4236/fns.2020.115024
12. Bangar, S. P. Ultrasound-assisted modification of gelation properties of proteins: A review / S. P. Bangar [et al.] // Journal of Texture Studies. 2022. Vol. 53(6). P. 763–774. https://doi.org/10.1111/jtxs.12674
13. Hou, W. Impact of ultrasonic and heat treatments on the physicochemical properties and rennet-induced coagulation characteristics of milk from various species / W. Hou [et al.] // Ultrasonics Sonochemistry. 2024. Vol. 111. Art. no. 107084. https://doi.org/10.1016/j.ultsonch.2024.107084
14. Hammam, A. R. A. Effect of ultrasound intensity on the functional characteristics of rennet-coagulated skim milk / A. R. A .Hammam [et al.] // Journal of Food Process Engineering. 2021. Vol. 44(9). Art. no. e13800. https://doi.org/10.1111/jfpe.13800
15. Wang, L. High-pressure structuring of milk protein concentrate: Effect of pH and calcium / L. Wang, C. I. Moraru // Journal of Dairy Science. 2021. Vol. 104(4). P. 4074–4083. https://doi.org/10.3168/jds.2020-19483
16. Wang, L. Structure and shelf stability of milk protein gels created by pressure-assisted enzymatic gelation / L. Wang, C. I. Moraru // Journal of Dairy Science. 2021. Vol. 104(4). P. 3970–3979. https://doi.org/10.3168/jds.2020-19484
17. Muñoz, M. Effect of high hydrostatic pressure processing on the rennet coagulation kinetics and physicochemical properties of sheep milk rennet-induced gels / M. Muñoz. [et al.] // Journal of Dairy Science. 2023. Vol. 106(4). P. 2314–2325. https://doi.org/10.3168/jds.2022-21879
18. Rajeswari, K. Protein gels influence of moderate electric field on its structure, aggregation, and gelation properties ─ A recent update / K. Rajeswari, M. T. Anand, R. Mahendran // ACS Food Science Technology. 2024. Vol. 4(9). P. 1979–1996. https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsfoodscitech.4c00135
19. Soltanzadeh, M. Quality aspects and safety of pulsed electric field (PEF) processing on dairy products: a comprehensive review / M. Soltanzadeh [et al.] // Food Reviews International. 2020. Vol. 38(1). P. 96–117. https://doi.org/10.1080/87559129.2020.1849273
20. De Graaf, J. Hydrodynamics strongly affect the dynamics of colloidal gelation but not gel structure / J. De Graaf [et al.] // Soft Matter. 2018. Vol. 15. P. 10–16. https://doi.org/10.1039/C8SM01611A
21. Varga, Z. Normal modes of weak colloidal gels / Z. Varga, J. W. Swan // Physical Review E. 2018. Vol. 97. Art. no. 012608. https://doi.org/10.1103/PhysRevE.97.012608
22. Varga, Z. The hydrodynamics of colloidal gelation / Z. Varga, G. Wang, J. W. Swan // Soft Matter. 2015. Vol. 11(46). P. 9009–9019. https://doi.org/10.1039/c5sm01414j
23. Torre, K. W. Hydrodynamic lubrication in colloidal gels / K. W. Torre, J. de Graaf // Soft Matter. 2023. Vol. 19. P. 7388–7398. https://doi.org/10.1039/D3SM00784G
24. Colombo, G. Kinetic pathways to gelation and effects of flow-induced structuring in depletion gels / G. Colombo [et al.] // Industrial & Engineering Chemistry Research. 2025. Vol. 64 Art. no. 4581. https://doi.org/10.1021/acs.iecr.4c03873
25. Bouthier, L.-V. Three length-scales colloidal gels: The clusters of clusters versus the interpenetrating clusters approach / L.-V. Bouthier, T. Gibaud // Journal of Rheology. 2023. Vol. 67(3). P. 621–633. https://doi.org/10.1122/8.0000595
26. Varga, Z. Normal modes of weak colloidal gels / Z. Varga, J. W. Swan // Physical Review E. 2018. Vol. 97. Art. no. 012608. https://doi.org/10.1103/PhysRevE.97.012608
27. Hori, T. Objective measurements of the process of curd formation during rennet treatment of milks by the hot wire method / T. Hori // Journal of Food Science. 1985. Vol. 50. P. 911–917. https://doi.org/10.1111/j.1365-2621.1985.tb12978.x
28. Goncalves, B. J. Thermal conductivity as influenced by the temperature and apparent viscosity of dairy products / B. J. Goncalves [et al.] // Journal of Dairy Science. 2017. Vol. 100. P. 3513–3525. https://doi.org/10.3168/jds.2016-12051
29. Smykov, I. T. Milk curd cutting time determination in cheesemaking / I. T. Smykov // Food systems. 2018. Vol. 1. P. 16–20. https://doi.org/10.21323/2618-9771-2018-1-2-12-20
30. Milne-Thomson, L. M. Theoretical Hydrodynamics / L. M. Milne-Thomson. – Courier Corporation, 1996. – 743 p.
31. Méhauté, B. An introduction to hydrodynamics and water waves / B. Méhauté. – Springer Berlin, 2013. – 323 p. https://doi.org/10.1007/978-3-642-85567-2
32. Ландау, Л. Д. Гидродинамика / Л. Д. Ландау, Е. М. Лифшиц. – М.: Физматлит, 2015. – 728 с.
