III Международный конкурс
научно-исследовательских и творческих работ учащихся
«СТАРТ В НАУКЕ»
 
     

ОТКУДА В СЫРЕ ДЫРКИ?
Шутова Д.Ю.
Автор работы награжден дипломом победителя второй степени
Диплом школьника      Диплом руководителя
Текст научной работы размещён без изображений и формул.
Полная версия научной работы доступна в формате PDF


Во всем хорошо известным продуктом питания – сыром. Сыр является древнейшим натуральным продуктом, который ценили во все времена и как обыденную еду в любое время дня, и как изысканную принадлежность праздничной трапезы.

Благотворные качества этого продукта во многом обусловлены его пищевой ценностью. Сыр состоит из жизненно важных и ценных для человека белков, молочных жиров, минералов, экстрактивных веществ и витаминов. Их концентрация практически в раз 10 выше, чем в самом молоке, из которого, собственно, и делают сыр. Белок, которым богат сыр, усваивается гораздо лучше, чем белок свежего молока.

Экстрактивные вещества сыра положительно воздействуют на пищеварительные железы и усиливают аппетит. Белок, которым богат этот продукт, является неотъемлемым компонентом жизненно важных биологических жидкостей человеческого организма (лимфы и крови), а также ключевой частью гормонов и иммунных тел.

Примерно 3% в сыре составляют минералы, львиная доля которых приходится на фосфор и кальций. Наряду с ними в разных сортах сыра также присутствуют йод, железо, цинк, селен, калий и медь. Не менее насыщен и витаминный ряд: здесь имеются витамины группы В, Е, С, А и D. Известно, что витамин В12 отлично влияет на кроветворение, а В2 является катализатором в процессе тканевого дыхания и способствует продуцированию энергии.

Регулярное употребление этого продукта улучшает состояние кожи, ногтей и волос (за счет витамина Е) и способствует более острому зрению (благодаря витамину А).

Существует много легенд, небылиц, историй о возникновения сыра. В одной легенде говорится о том, что сыр был придуман пастухами, которые брали с собой молоко, когда шли пасти отары овец. Однажды один пастух оставил молоко на солнце, по прошествии времени он заметил, что молоко начало густеть. Через несколько дней он слил образовавшуюся жидкость, а густой комочек, который образовался - решил попробовать. Попробовал, и надо сказать, что вкус этот ему очень пришелся по вкусу. Вот так и появился на свет сыр.

В нашей стране о сыре знали уже очень давно. Славяне издавна готовили сыр, полученный в результате естественного свертывания молока, т.е. без тепловой обработки, так называемым «сырым» способом, отсюда и название сыр. Такой сыр больше походил на творог и отличался от европейских твердых сыров. К тому же, он не пользовался у славян особой популярностью и не являлся для них продуктом номер один. Естественно, что такое положение вещей не способствовало развитию массового сыроварения, поэтому с уверенностью можно сказать, что история сыроварения в России началась при Петре I.

Учёные и историки утверждают тот факт, что славяне даже дань выплачивали сыром.

Но традиции сыроварения в России появились лишь при Петре I. «Что же вы мне даете сыр, мышами поеденный?» — разгневавшись, воскликнул царь Петр I, когда в Голландии его впервые угостили голландским твердым сыром. Но, разобравшись, что к чему и оценив вкус этого диковинного продукта, Петр пригласил в Россию голландских сыроваров, чтобы русский человек тоже приобщался к европейской кухне.

Настоящим началом промышленного производства нами любимого лакомства в России принято считать 1886 год, когда была основана сыроварня в деревне Отроковичи Тверской губернии, под предводительством графа Верещагина.

А к 1913 году в России производилось уже более ста сортов сыра, которые успешно экспортировались и продавались в других странах.

Всю эту важную и интересную информацию легко получить из книг по биологии, кулинарии, из Интернет источников. В Интернете меня заинтересовал следующий факт: « В одном из фильмов немого кино с участием Чарли Чаплина есть забавный эпизод. Великий актёр, исполняя роль официанта, перед тем, как подать на стол тарелку с сыром, просверливал в нём дырочки... коловоротом. Так он хотел выдать не очень качественный сыр за первоклассный — швейцарский». Шутки шутками, а вот вопрос, почему в некоторых сортах сыра, в том числе и в швейцарском, есть «дырочки», в самом деле любопытен.

Цель работы: выяснить какие процессы: биологические, физические или химические, определяют появление в сыре дырок.

Объект исследования: «дырки» в сыре.

Предмет исследования: процессы, приводящие к образованию «дырок» в сыре.

Задачи работы:

1) Познакомиться с историей появления сыра и процессами его изготовления.

2) Выяснить природу появления «дырок» в сыре.

3) Сделать вывод по работе.

1.ПРОЦЕССЫ, СОПРОВОЖДАЮЩИЕ ИЗГОТОВЛЕНИЕ СЫРА

1.1.ТЕХНОЛОГИЯ ПРИГОТОВЛЕНИЯ СЫРА

Сыр — пищевой продукт, получаемый из сыропригодного молока с использованием свёртывающих молоко ферментов и молочнокислых бактерий или путём плавления различных молочных продуктов и сырья немолочного происхождения с применением солей-плавителей.

Процесс приготовления сыра включает следующие этапы.

1. Пастеризация молока

2. Образование сгустка.

3. Нарезка сгустка

4. Получение сырной массы. В результате процессов, производимых с сыром, получается сырная масса.

5. Прессование сыра. На этапе прессования сыр выкладывается в специальные формы и подвергается прессованию.

6. Созревание сыра. На данном этапе сыр следует перенести в погреб, или какое-либо другое специальное помещение для созревания.

Технология производства сыра состоит из ряда последовательно выполняемых операций, представленных на рисунке 1.

Рис. 1. Схема технологии производства сыра

Какие же процессы: биологические, физические или химические, происходят при производстве сыра и определяют появление в нем дырок?

1.2. БИОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫВ ПРИГОТОВЛЕНИИ СЫРА

К биологическим процессам можно отнести уничтожение технологически вредной для сыроделия патогенной микрофлоры, вирусов и бактериофагов. Достигается это пастеризацией молока.

Молоко пастеризуют непосредственно перед переработкой на сыр. Оптимальным режимом пастеризации молока в сыроделии является нагревание до температуры 70-72°С с выдержкой 20-25 с. В случае повышенной бактериальной обсемененности молока допускается повышение температуры пастеризации до 76°С с той же выдержкой.

Биологические процессы, протекающие в сыре, происходят на стадии созревания и обусловлены жизнедеятельностью бактерий. При производстве сыров в качестве закваски используется чистая бактериальная культура, в составе которой молочнокислые стрепто­кокки и молочнокислые палочки.

Созревание – это биохимический процесс, в результате которого сыр приобретает свои вкусовые качества. Большую роль в этом процессе играют бактерии, в частности пропионовокислые. В результате их жизнедеятельности образуются кислоты, которые придают сыру специфический острый вкус и углекислый газ, пузырьки которого мы видим в виде дырочек при разрезании сыра. Данная теория была высказана в 1917 году американским учёным Уильямом Кларком. Он заявил, что причиной возникновения дырок, например, в швейцарском сыре являются бактерии, которые в течение своего жизненного цикла производят углекислый газ, из-за которого и возникают полости внутри сыра. Эта теория быстро обрела популярность и до сегодняшнего дня воспринималась как наиболее вероятная.

Теорию американского исследователя подвергли сомнениям в тот момент, когда при изучении швейцарского сыра, произведённого в течение последних 15 лет, учёные из Швейцарского государственного центра сельскохозяйственных исследований заметили, что количество дырок в нём стремительно падает, а их размер уменьшается.

В чём бы вы думали, могла быть причина этого изменения канонического облика любимого многими сыра?

Ответ оказался совершенно неожиданным. Во время традиционного доения коров в ведро попадают микроскопические частицы соломы, являющиеся, по-видимому, необходимым компонентом жизнедеятельности бактерий, которые впоследствии и приводят к образованию огромных полостей внутри сырного цилиндра (чем больше частицы, тем больше глазки). В наши дни производители сыров всё чаще отходят от многовековых традиций, переходя на автоматизированные системы производства. Благодаря этому молоко оказывается лишено инородных примесей, в результате чего сыр лишается традиционных дырок.

Биологические процессы тесно связаны с химическими процессами, протекающими в живых организмах.

1.3.ХИМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫВ ПРИГОТОВЛЕНИИ СЫРА

Химические процессы – это процессы, при которых из одних веществ образуются другие, новые вещества с определенными свойствами. Признаками химических реакций являются:

1.Выделение газа. 2.Изменение запаха и вкуса.

3.Выпадение или растворение осадка. 4.Изменение цвета.

5.Выделение или поглощение тепла.

Проанализировав информацию об основных этапах получения сыра, можно выделить следующие химические процессы, протекающие в сыре:

Химический процесс

Этап

Признак реакции

Ферменты сычуга и молочнокислых бактерий осуществляют гид­ролитическое расщепление белков. В частности, химозин катализиру­ет реакции гидролитического расщепления пептидных связей в казеи­не с образованием пептидов, которые под действием ферментов молочнокислых бактерий расщепляются до аминокислот. При этом часть аминокислот подвергаются декарбоксилированию и дезаминированию ферментами бактерий. В результате в сырной массе может накапливаться СО2 и NН3 , а также карбоновые, кето- и оксикислоты, амины, придающие определенный вкус и аромат сыру (изменение запаха и вкуса).

Созревание сыра

Выделение газа

Молочнокислые бактерии сбраживают молочный сахар (лактозу) в молочную кислоту, при этом изменяется запах.

Ферменты микрофлоры способны гидролизовать липиды. При этом во всех сырах обнаруживаются свободные жирные кислоты (масляная, валериановая, капроновая, каприловая и др.), содержание которых придают соответствующий вкус и запах сыру.

Созревание молока

Созревание сыра

Изменение запаха и вкуса

Частичная денатурация казеина, а также частичная потеря солей кальция (из растворимых солей переходят в нерастворимую в воде форму).

Пастеризация

Выпадение осадка

После внесения в молоко раствора свертывающего фермента (химозина) вначале образуются хлопья белка, а затем сплошной сгусток. Под действием сычужного фермента молоко свертывается в две стадии: на первой стадии казеин (белок молока) превращается в параказеин (ферментативный процесс), на второй происходит коагуляция параказеина под влиянием ионов кальция (коллоидно-химический процесс). При производстве сыров можно использовать и пепсин — фер­мент, выделенный из четвертого отдела желудка взрослых жвачных животных. Однако пепсин обладает меньшей избирательной активностью по отношению к казеинам, чем химозин.

Сычужное свертывание

Для приготовления сыра (формирования молочного сгустка) в молоко добавляется от 10 до 40 г безвод­ного СаСl2 на 100кг молока. При этом фосфорилированные остатками казеина и кальция, при участии сычужных ферментов вступают в химическое взаимодействие.

Созревание молока

 

Молочная кислота подвергается дальнейшим химическим превращениям, в результате которых образуются лактаты кальция и монокальциевые соль параказеина, которые легко набухают, что способствует формированию эластичной консистенции сыра. Молочная кислота переводит в водорастворимое состояние минеральные соли сыра и фосфор неорганических солей.

Созревание молока

Созревание сыра

Растворение осадков

Все выше перечисленные химические процессы (кроме этапа пастеризации) экзотермические.

Созревание молока

Созревание сыра

Выделение тепла

Изменение цвета. Цвет сыра зависит от природы молока, а не от химических реакций, происходящих в нем. Например, молоко овец, азиатского буйвола и некоторых пород коз не содержит желтого пигмента b-каротина или же содержит его очень мало; соответственно сыры, получаемые из такого молока, как правило, имеют белый цвет. В состав коровьего молока входит b-каротин; его количество зависит от времени года, породы коровы и ее рациона, и естественный цвет сыра, получаемого из коровьего молока, варьирует от соломенного до желтого.

1.4.ФИЗИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫВ ПРИГОТОВЛЕНИИ СЫРА

Физические процессы – это процессы, не сопровождающие образованием новых веществ, при этом могут изменять форму, объем, агрегатное состояние вещества.

Замечали ли вы, что в большинстве сортов сыра «дырки» - «глазки» имеют сферическую форму? Оказывается, объясняется это физическим процессом, в основе которого лежит закон Паскаля:

давление, производимое на жидкость или газ, передается в любую точку без изменений во всех направлениях.

Сначала готовят «тесто» для сыра. Потом полученную массу уплотняют под большим давлением и заполняют ею специальные формы. Образовавшиеся в формах головки сыра вынимают и помещают в теплые камеры для созревания. В этот период сыр «бродит». Внутри спрессованного, но ещё мягкого «теста» образуется углекислый газ, который, накапливаясь, выделяется в виде пузырьков. Чем больше углекислого газа, тем сильнее раздуваются пузырьки. Потом сыр затвердевает, и внутри него запечатлевается картина внутреннего «дыхания» бродящего сыра в виде вкраплений пузырьков углекислого газа.

Что касается формы образовавшихся полостей, то, во-первых, согласно закону Паскаля, давление в пузырьках одинаково передается во все стороны, а во-вторых, «тесто» в этот момент подобно жидкости по своим упругим свойствам. Поэтому пузырьки раздуваются строго сферической формы. Отступление от этого правила будет означать, что в каком-то месте внутри имеются уплотнения или, наоборот пустоты в «тесте».Чем тверже сыр, тем меньше раздувается внутренний пузырек, тем меньше размер дырки.

К дополнительным физическим изменениям, протекающим в пищевых продуктах, в том числе в сырах, относят увлажнение и высыхание. Эти процессы изменяют состояние и свойства продуктов, а также влияют на активность химических и биохимических процессов. Усыхание и увлажнение приводят к потемнению массы продукта. Замедлить эти изменения можно соблюдением соответствующих температурных режимов.

По физико-химическим процессам сыры делятся на плавленые и рассольные.

Плавленые сыры — это продукт, получаемый из зрелых высокока­чественных сычужных сыров, путем их плавления при высокой темпе­ратуре, в химическом составе которых отмечается высокое содержа­ние белков, липидов, органических кислот и других соединений, по сравнению с сычужными сырами.

В основе производства плавленых сыров используется свойство сы­чужных сыров при температуре 45-50°С плавиться, а при более высокой температуре разжижаться, при этом завершающим этапом производства является получение высококалорийного пищевого продукта.

Перед плавлением сыр измельчают, малые размеры частиц сырной массы позволяют при плавлении сыра сформировать более однород­ную массу продукта. Обычно сыр плавят при 80-85 "С в течение 15-20 мин.

Во время плавления может часть влаги испариться, поэтому для размягчения в расплавленную массу добавляют сливочное масло, мо­локо, пахту и др. В качестве наполнителей вносят сахар, соль, ветчину, орехи и др. При составлении смеси необходимо руководствоваться вкусовыми качествами продукта и его консистенцией. При плавлении сырной массы изменяются физико-химические свойства белков. При этом плохо растворимый параказеинат кальция переходит в хорошо рас­творимый параказеинат натрия.

При плавлении сыров к расплавленной сырной массе добавляют соли фосфорной (Са2НРO4 , NаН2PO4 , H3PO4) и лимонной (цитрат натрия) кислот, которые могут связываться с казеином и параказеином, увеличивая агрегатную устойчивость белков. Использование кислых солей может понизить рН сыра, что сказы­вается на консистенции продукта.

Рассольный сыр-тип сыра, который созревает и хранится в рассоле, поэтому не имеет корки. Рассольные сыры содержат до 7% соли. К рассольным сырам относятся брынза, сулугуни, адыгейский сыр и другие.

Брынза. Сыр брынзу вырабатывают из коровьего и овечьего моло­ка или из смеси коровьего, овечьего и козьего молока.

Для производства брынзы кислотность коровьего молока должна быть 22 °С, овечьего — 21-28 °С. Пастеризация молока производится при 72-74°С (моментальная пастеризация) или в течение 10 мин при 68-70°С.

В пастеризованное молоко добавляют хлорид кальция. После перемешивания смесь охлаж­дают до 27-30°С, а затем вносят 0,5-0,7% бактериальной закваски для сыров от общего объема. Образование молочного сгустка проис­ходит в течение 75-90 мин. При раскладывании молочного сгустка его края должны быть ровными, а выделяющаяся при этом сыворотка прозрачной и слегка зеленоватой.

Верхний слой сгустка толщиной 2-3 см снимают и откладывают в сторону. Остальной сгусток разрезают ножом на квадратики, а затем переносят кусочки на плотную ткань, производят прессование сгуст­ка. Для этого на сгусток кладут груз, равный его весу, на 2 ч, а затем увеличивают вес груза в 1,5-2 раза. Общая продолжительность прессования зависит от кислотности и консистенции сгустка и может про­должаться в течение 2-4 ч. Прессование заканчивается только тогда, когда прекращается выделяться из сгустка сыворотка. Отпрес­сованный пласт разрезают на квадратики размером 10-15 см, которые помещают в 18 % раствор хлорида натрия и выдерживают в этом рас­творе от 8 до 16 ч при 10 °С, переворачивая. Затем кусочки брынзы ук­ладывают в бочки, заливая 15 % раствором хлорида натрия. Созрева­ние брынзы проводят в течение одного месяца при 12-15°С. Хранится готовая к употреблению брынза при 4-6 °С.

Брынза вырабатывается с содержанием 40-50% липидов в сухом веществе сыра, при 49-52 % влажности и 4-8 % соли.

Технические показатели продукта. Внешний вид. Сыр брынза имеет чистую поверхность без корки. Допускается незначительное ослизнение поверхности, небольшая деформация, незначительные трещины (не более

3-4 мм по ширине).

3.ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате проведенной мной работы я познакомилась с историей появления сыра и процессами его изготовления.

Выяснила, что в результате сложных микробиологических, биохими­ческих и физико-химических процессов в сыре образуются продукты, обуславливающие его органолептические показатели. Сыр приобретает наряду с общим сырным вкусом и запахом специфические для каждого вида сыра привкусы и аромат, соответ­ствующий рисунок (глазки) или его отсутствие.

«Дырки» - «глазки» в сыре - это пузырьки, образованные из-за выделения углекислого газа, аммиака, частично других газов, например, водорода в процессе брожения. Среди них на долю углекислого газа приходится 90 %. Сначала газы легко растворяются в сыворотке сыра, а при получении перенасыщенных растворов начинают скапливаться в промежутках между сырными зернами. Они раздвигают сырную массу, в результате образуются полости – глазки, происходит уплотнение белковой массы и выделение влаги, которая скапливается в глазках, образуя «слезу».

Количество и характер глазков формируют рисунок сыра. При быстром образовании газа глазки будут мелкими – диаметром 0,3-0,5 см (мелкие твердые сыры), а при медленном крупными – диаметром 1-2 см (крупные твердые сыры). В крупных сырах (типа швейцарского) глазки образуются через 20-25 дней после изготовления, а иногда и позже. Они имеют правильную круглую форму, заполняются в основном углекислым газом и незначительным количеством азота и кислорода. Углекислый газ образуется главным образом под влиянием пропионовокислого брожения. В мелких сырах глазки мелкие, частые, круглой формы. Если процесс брожения проходит нормально, рисунок имеет глазки округлой формы, равномерно расположенные. При нарушении нормального процесса брожения формируется рисунок, нехарактерный для того или иного вида сыра.

Наличие глазков зависит от закваски используемой для приготовления сыра, тепловой обработки и технологии изготовления. Выяснила, что появление в сыре «дырок» обусловлено комплексом биологических, физических и химических процессов.

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ И ЛИТЕРАТУРЫ

1.Интернет ресурсы:

1) http://www.topauthor.ru/otkuda_v_sire_dirki_b244.html

2) http://nsportal.ru/nachalnaya-shkola/raznoe/2014/02/07/proekt-otkuda-v-syre-dyrki

3) http://pandia.ru/text/79/077/23490.php

4) http://doseng.org/interesnoe/97706-otkuda-v-syre-berutsya-dyrki.html

5) http://www.bestreferat.ru/referat-272013.html

6) http://works.doklad.ru/view/JY4nEj9HpU4.html