Основным процессом в производстве сметаны является молочнокислое брожение, которое проходит при участии молочнокислых бактерий. Сущность этого процесса состоит в том, что молочный сахар (лактоза) под действием ферментов микроорганизмов сбраживается до молочной кислоты, под действием которой происходит коагуляция казеина, в результате чего образуется сгусток. Этот процесс и называется биотехнология производства сметаны.
В результате развития молочнокислых бактерий выделяется фермент лактаза, который расщепляет дисахаридную молекулу лактозы на две монозы — глюкозу и галактозу:
C12H22O11+H2O+лактаза→C6H12O6+C6H12O6
лактоза глюкоза галактоза
При ферментативных превращениях из глюкозы и галактозы образуется по две молекулы пировиноградной кислоты:
С6H12O6→2C3H4O3+4H
глюкоза пировиноградная кислота
На следующей стадии молочнокислого брожения пировиноградная кислота восстанавливается до молочной кислоты при участии фермента лакто-дегидразы:
C3H4O3 +2H+Ф→C3H6O3
пировинградная молочная
кислота кислота
Таким образом, с одной молекулы молочного сахара образуется четыре молекулы молочной кислоты:
С12Н22О11+Н2О→4С3Н6О3
При молочнокислом брожении молочная кислота, которая образовалась, действует на основной белок молока – казеин, который находится в молоке в виде казеин-кальциевой соли. При этом молочная кислота отнимает от соли кальция, в результате чего образуется нерастворимая казеиновая кислота (сгусток) и молочнокислый кальций:
PNH2(COO)3Ca3+6CH3CHOHCOOH→3(CH3CHOHCOO)2Ca+PNH2(COOH)2↓
казеинат кальция молочная кислота молочнокислый казеиновая кислота
кальций (сгусток)
При отнимании кальция от казеин-кальциевой соли происходит коагуляция казеина и образование геля. Образование сгустка (геля) объясняется тем, что молочная кислота повышает концентрацию водородных ионов (рН), что приводит к изменению (снижению) электрических зарядов частиц казеина и уменьшает противодействие столкновениям между отдельными частицами. При достижении концентрации водородных ионов соответствующей изоэлектрической точки казеина (рН=4,7) количество положительных и отрицательных зарядов на поверхности казеина становится одинаковой, а частички казеина становятся электронейтральными. При отсутствии заряда каждое столкновение частиц ведет к агрегации (объединению). Укрупненные частицы при спокойном состоянии образуют сначала нити казеина, а затем сетку-сгусток. При повышении кислотности и температуре образуется более плотный сгусток, что может привести к не желаемому явлению при производстве кисломолочных продуктов – синерезису самовольном отделению сыворотки от сгустка.