THE INFLUENCE OF SOMATIC CELLS NUMBER INCREASE IN RAW MILK ON ITS TECHNOLOGICAL PROPERTIES AND QUALITY OF FERMENTED DRINKS
Abstract and keywords
Abstract (English):
The number of somatic cells in milk increases when cows are sick or the rules of their milking are violated. This leads to the unfavorable changes in the composition and properties of raw-milk as well as to the biochemical and microbiological issues during its processing. The significance of changes is determined by how sick the animals are. The objective of this work was to study the influence of somatic cells number in raw milk on its ability to be fermented by the starter cultures and on the quality of the final product. The authors also determined the maximum concentration of somatic cells in the milk which can be processed to produce fermented drinks. The work was carried out in the laboratories of ITMO University (St. Petersburg) and some analyses were made in a dairy plant laboratory. The authors were using standard techniques during the experiments. The obtained data showed that the ability of milk to be fermented by lactic acid bacteria during fermented drinks production decreases when the number of somatic cells in raw milk increases. The starter cultures growth inhibition took place when the number of somatic cells was more than300 thousand/см3 and it became significant when its value was above 400 thousand/см3. When the number exceeded 500 thousand/см3 the period of milk fermentation by Streptococcus thermophilus increased 2 times and by mixed cultures - about1.5 times, which is unacceptable. Streptococcus thermophilus is less stable than mixed cultures containing Streptococcus thermophiles and Lactobacillus bulgaricus to the increased number of somatic cells. The increase of somatic cells number in raw milk has negative effect on the quality of such fermented drink as curdled milk. The decrease in curdled milk quality took place when the number of somatic cells was more than 300 thousand/см3. When the authors used milk with more than 500 thousand/см3 somatic cells this led to the decline in organoleptic properties of the drink. The quality of curdled milk produced from milk when the number of somatic cells was more than 500 thousand/см3 was low. This became evident due to the insufficient number of lactic acid bacteria, too viscous and slimy consistency, whey separation, strange aftertaste and flavor. To ensure high quality of fermented drinks it is necessary to take raw milk with somatic cells number not more than 300CFU/g. The usage of milk having more than 400 thousand/см3 somatic cells can lead to the production of the dairy product of unacceptable quality.

Keywords:
Raw milk, milk somatic cells, raw milk technological properties
Text
Publication text (PDF): Read Download

Введение Повышение числа соматических клеток (СК) свидетельствует о примеси в сборном молоке маститного. Маститы крупного рогатого скота широко распространены. В основном они имеют инфекционное происхождение или вызываются нарушением технологии машинного доения. Молоко, поступающее на переработку, нередко имеет в 1 см3 500 тыс. и более соматических клеток. Молоко-сырье с высоким числом СК имеет высокую бактериальную обсемененность, содержит биологи- чески активные стрептококки, стафилококки и микроскопические грибы [1, 3, 6]. В зависимости от глубины и характера заболевания изменяются состав и физико-химические свойства молока маститных коров. В молоке с примесью маститного возрастают: величина электропроводности до 0,7-1,7 См/м; количество ионов хлора до 140-200 мг %; содержание γ-казеинов до 10-15 % от κ-казеина, а высшего сорта, 4,0 · 105 - в молоке первого сорта и 7,5 · 105 в молоке второго сорта [8, 9]. Молоко, поступающее на переработку, нередко имеет в 1 см3 500 тыс. и более соматических клеток. Цель настоящей работы заключалась в исследовании влияния числа СК в молоке-сырье на способность молока к сквашиванию и качество готового продукта, а также в установлении предельно допустимого в молоке, направляемом на выработку кисломолочных напитков, содержания СК. Объекты и методы исследования В качестве объектов исследований были приняты: - молоко коровье сырое цельное хозяйств Ленинградской области без ингибирующих веществ и антибиотиков, с содержанием жира 3,3-3,5 %, белков - 2,8-3,2 %, СОМО - 8,2-8,3 %; также сывороточных белков; активность редуктаз, кислотностью 3 16,0-18,0 °Т; плотностью каталазы, липазы, фосфатазы. В нем снижаются: титруемая кислотность до 5-15 °Т; плотность до 1027-1029 кг/м , количеством соматических клеток от 100 до более чем 750 тыс. в см3, 1024-1025 кг/м3; содержание сухих веществ до КМАФАнМ от 5,0 · 105 до 6,0 · 10 10; 10,8 %; количество кальция и фосфора на 25-75 %, калия на 10 %, массовые доли лактозы, жира, казеина, витаминов В1, В2, С [1, 5, 7]. Изменение состава и свойств молока с примесью маститного приводит к нарушению биохимических и микро- биологических процессов при его переработке и снижению качества кисломолочных продуктов [1, 4, 5, 7]. Технический регламент Таможенного союза «О безопасности молока и молочной продукции» (ТР ТС 033/2013) регламентирует содержание в молоке-сырье СК не более 7,5 · 105 в см3, согласно изменению № 2 к ГОСТ Р 52054 «Молоко коровье сырое. Технические условия» содержание СК в 1 см3 должно составлять не более 2,5 · 105 в молоке - стартовые культуры: YO-MIX 205 (DANISCO FRANCE SAS), состоящая из смеси штаммов Streptococcus thermophilus, Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus, Lactobacillus acidophilus, Bifidobacterium; CHOOZIT TA (DANISCO FRANCE SAS), состоящая из штаммов Streptococcus thermophilus; YO-MIX 300 (DANISCO FRANCE SAS) и YC-X 11(CHR HANSEN) (обе культуры состоят из смеси штаммов Streptococcus thermophilus и Lactobacillus bulgaricus); - выработанный из исследуемого молока кисломолочный напиток - простокваша «Мечниковская». Пробы молока отбирали в хозяйствах Ленинградской области в течение четырех сезонов года. В зависимости от содержания СК молоко, отобранное для экспериментов, относили к группам согласно данным табл. 1. Методы исследования, примененные в работе, аналогичны используемым на молочных заводах при контроле сырья и готовой продукции. В исследуемом молоке-сырье определяли: содержание жира, белков и СОМО - на приборе MilkoScan Minor; титруемую кислотность - с использованием индикатора фенолфталеина; плотность - с помощью ареометра; содержание соматических клеток - на приборе «Соматос-В»; наличие ингибирующих веществ - путем проведения пробы с индикатором метиленовым голубым, присутствие антибиотиков (β-лактама, левомицетина, стрептомицина, тетрациклина) - экспресс-методом с помощью прибора Heat-Sensor. Количество мезофильных аэробных и факультативно-анаэробных микроорганизмов (КМАФАнМ) в молоке учитывали путем посева его разведений на питательную среду МПА с последующим культивированием при температуре (30 ± 1) °С в течение 72 часов, подсчетом и микроскопированием выросших колоний. Наличие бактерий группы кишечных палочек (БГКП) выявляли путем посева разведений молока в жидкую среду Кесслера с последующим их выращиванием при температуре (37 ± 1) °С в течение 24 часов. Содержание дрожжей определяли путем посева молока и его разведений на твердую среду БФ, с дальнейшим их культивированием при температуре (24 ± 1) °С в течение пяти суток и микроскопированием выросших колоний. Показатель рН сквашиваемой смеси измеряли на приборе Hanna HI 8314. Кисломолочный напиток (простоквашу) вырабатывали в лаборатории термостатным способом. Молоко пастеризовали при температуре (92 ± 2) °С с выдержкой 5 мин; охлаждали до температуры заквашивания, равной (45 ± 1) °С; вносили в количестве 5 % стартовую культуру, состоящую из смеси штаммов Streptococcus thermophilus и Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus; перемешивали и сквашивали при температуре, равной (45 ± 1) °С, до достижения смесью значения рН, равного 4,6, и образования плотного сгустка. По окончании сквашивания простоквашу охлаждали до температуры (6 ± 2) °С [2] и определяли показатели ее качества. Кислотность образующегося сгустка и готовой простокваши измеряли на рН-метре HI 8314 F, влагоудерживающую способность сгустка устанавливали методом центрифугирования на лабораторной центрифуге «ОКА», эффективную вязкость измеряли на ротационном вискозиметре «Реотест-2». Количество молочнокислых бактерий в сквашенном молоке и продукте подсчитывали методом предельных разведений, определяя наиболее вероятное число (НВЧ) бактерий. Для раздельного определения молочнокислых стрептококков и палочек использовали данные микроскопического анализа сгустка и значение титруемой кислотности сгустка. Содержание бифидобактерий контролировали путем посева разведений сквашенного молока на гидролизатно- молочную среду с неомицином. Органолептические свойства простокваши (консистенцию, вкус, запах) оценивали по 9-балльной шкале: 1 балл - крайне неприемлемый; 5 баллов - приемлемый; 9 баллов - чрезвычайно приемлемый продукт. Результаты и их обсуждение Важнейшим технологическим свойством молока-сырья при выработке кисломолочных напитков является его способность к сквашиванию. В молоке с высокой микробной обсемененностью рост заквасочных культур тормозится, что приводит к образованию сгустка неудовлетворительного качества. Поэтому мы определяли содержание микроорганизмов и активность роста бактериальных культур в молоке с различным количеством соматических клеток. Изменение микробной обсемененности молока при увеличении в нем числа соматических клеток представлено в табл. 2. Таблица 1 - Число соматических клеток в исследуемом молоке Table 1 - Number of somatic cells in the analyzed milk sample Число СК, тыс./см3 Ниже 100 От 101 до 200 От 201 до 300 От 301 до 400 От 401 до 500 От 501 до 750 Выше 750 Группа молока I II III IV V VI VII Таблица 2 - Микробная обсемененность молока при увеличении содержания в нем соматических клеток Table 2 - Milk microbial content when the number of somatic cells increases Показатель, КОЕ/см3 * Группа молока I II III IV V VI VII КМАФАнМ 5 · 105 9,1 · 105 1,0 · 106 1,9 · 108 2,1 · 109 2,4 · 109 6,0 · 1010 БГКП 10-4 10-4 10-4 10-5 10-5 Менее 10-6 Менее 10-6 Дрожжи Нет Нет Нет 2 6 11 18 *Для БГКП - титр, см3. Данные табл. 2 свидетельствуют, что микробная обсемененность молока-сырья первых трех групп (с содержанием соматических клеток от 100 до 300 тыс./см3) различается незначительно. При дальнейшем повышении числа соматических клеток обсемененность существенно возрастает. Наиболее резкий - на два порядка - скачок КМАФАнМ наблюдается в молоке четвертой группы (число соматических клеток от 301 до 400 тыс./см3). В молоке с содержанием соматических клеток выше 300 тыс./см3 наблюдаются бактерии - возбудители маститов коров: диплококки, стрептококки, стафилококки, кишечные палочки и дрожжи. Таким образом, видна взаимосвязь между содержанием в молоке соматических клеток и его микробной обсемененностью. Об активности роста стартовых культур в молоке с различным количеством соматических клеток судили по изменению рН сквашиваемой смеси. Результаты исследований представлены на рис.1. Из графиков, представленных на рис. 1, видно, что скорость роста стартовых культур изменяется в зависимости от числа соматических клеток в молоке. В молоке первых трех групп (число СК 300 тыс./см3 и ниже) она приблизительно равна и является наибольшей, в молоке с четвертой по седьмую группу (количество СК выше 300 тыс./см3) скорость роста постоянно снижается. Наибольшее замедление роста при увеличении количества соматических клеток наблюдается у культуры CHOOZIT TA, имеющей в своем составе только штаммы Streptococcus thermophilus. Стартовая культура YO-MIX 300, состоящая из смеси штаммов Streptococcus thermophilus и Lactobacillus bulgaricus, характеризуется максимальной устойчивостью к повышению в молоке содержания СК. Наименьшая устойчивость к повышенному количеству соматических клеток отмечается у Streptococcus. thermophilus. Установленные различия возможно объяснить видовыми особенностями бактерий и их неодинаковой ферментативной активностью и устойчивостью к лейкоцитам. В технологии кисломолочных напитков процесс сквашивания проводят до достижения смесью показателя рН, приблизительно равного 4,6. Оптимальная продолжительность процесса сквашивания, наряду с другими факторами, позволяет получить продукт высокого качества. Результаты исследования взаимосвязи между содержанием соматических клеток и продолжительностью сквашивания молока стартовыми культурами представлены на рис. 2. На рис. 2 видно, что увеличение количества СК в молоке-сырье приводит к повышению продолжительности его сквашивания всеми культурами. Период сквашивания значительно возрастает при содержании в молоке соматических клеток от 300 тыс./см3 и выше. Повышение числа соматических клеток более значения 400 тыс./см3 приводит к постоянному возрастанию времени сквашивания молока. Превышение числа соматических клеток 500 тыс./см3 приводит к увеличению времени сквашивания молока термофильным стрептококком в 2 раза, а смешанной культурой - приблизительно в 1,5 раза, что недопустимо. 7 6.5 6 рН 5.5 5 4.5 4 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Время, ч (а) 7 6.5 6 рН 5.5 5 4.5 4 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Время, ч (б) 7 6.5 6 рН 5.5 5 4.5 4 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Время, ч (в) I II III IV V VI VII Рисунок 1 - Изменение рН сквашиваемой смеси при росте стартовых культур в молоке с различным содержанием соматических клеток: (а) CHOOZIT TA; (б) YO-MIX 205; (в) YO-MIX 300 Figure 1 - Fermented mixture рН change when starter cultures multiply in milk having different number of somatic cells: а - CHOOZIT TA; b - YO-MIX 205; c - YO-MIX 300 Продолжительность сквашивания, ч 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 I II III IV V VI VII Молоко с различным содержанием соматических клеток YO-MIX 300 YC-X 11 YO-MIX 205 CHOOZIT TA Количество заквасочных микроорганизмов по окончании процесса сквашивания молока с различным содержанием соматических клеток представлено на рис. 3. Как видно на рис. 3, количество всех микроорганизмов заквасок в сквашенном молоке I и II групп (с числом соматических клеток менее 200 тыс./см3) является приблизительно одинаковым и составляет около 1010 КОЕ/см3. Повышение числа СК до 300 тыс./см3 (молоко III группы) приводит к снижению до 109 КОЕ/см3 количества бактерий культуры YO-MIX 205, имеющей в своем составе бифидобактерии и ацидофильные палочки, при этом содержание микроорганизмов остальных трех культур остается на уровне молока I и II групп. Дальнейший рост числа СК до 400 тыс./см3 в молоке IV группы Рисунок 2 - Зависимость продолжительности вызывает падение до значения 4,9 · 108 КОЕ/см3 сквашивания молока стартовыми культурами от содержания в нем соматических клеток Figure 2 - Dependence between milk fermentation time by starter cultures and somatic cells content Количество заквасочных микроорганизмов, КОЕ/см3 1E+10 1E+09 10000000 10000000 1000000 100000 10000 1000 I II III IV V VI VII Количество заквасочных микроорганизмов, КОЕ/см3 YO-MIX 300 YC-X 11 YO-MIX 205 CHOOZIT TA Рисунок 3 - Содержание заквасочных микроорганизмов в сквашенном молоке с различным содержанием соматических клеток Figure 3 - Starter culture content in fermented milk with different somatic cells Количество сыворотки, % 60 50 40 30 20 20 0 5 10 15 20 Продолжительность центрифугирования, мин II III IV V VI Рисунок 4 - Влагоудерживающая способность сгустков из молока с различным содержанием соматических клеток Figure 4 - Water-retention capacity of milk clusters with different number of somatic cells термофильных стрептококков в культуре CHOOZIT TA. При следующем увеличении содержания СК количество бактерий всех исследуемых культур в сквашенном молоке продолжает снижаться и в молоке VII группы достигает минимального значения 106 КОЕ/см3 для культур YO-MIX 300 и YO-X 11, состоящих из термофильного стрептококка и болгарской палочки, и 104 КОЕ/см3 для культур YO-MIX 205 и CHOOZIT TA, имеющих в своем составе бифидобактерии и только термофильный стрептококк. Таким образом, проведенные исследования показывают, что способность молока-сырья к сквашиванию понижается при увеличении в нем числа соматических клеток. Термофильные стрептококки и бифидобактерии являются наименее устойчивыми, по сравнению со смешанными культурами термофильного стрептококка и болгарской палочки, к повышенному содержанию соматических клеток. Их рост начинает тормозиться в молоке-сырье с содержанием СК около 300 тыс./см3. При значении числа СК более 400 тыс./см3 способность молока-сырья к сквашиванию всеми бактериями значительно падает. Снижение способности к сквашиванию заквасочными культурами молока-сырья с большой степенью маститного объясняется, вероятно, недостатком в нем факторов роста молочнокислых бактерий (витаминов группы В и др.), изменениями белковой и солевой системы вследствие деятельности высокоактивных ферментов, выделяемых лейкоцитами и посторонними бактериями. Для определения воздействия изменения в молоке-сырье количества СК на качество кисломолочных напитков проводили оценивание консистенции и органолептических показателей простокваши из молока различных групп. Результаты исследований влияния числа СК на степень отделения сгустком сыворотки представлены на рис. 4, а изменение эффективной вязкости простокваши - на рис. 5. 800 700 Эффективная вязкость 600 500 400 300 200 100 0 II III IV V VI Молоко с различным содержанием соматических клеток простокваши возрастают. При использовании молока V и VI групп влагоудерживающая способность образуемых сгустков превышает 2,5 см3, а вязкость достигает 610 - 760 · 10-3 Па·с, что нежелательно для кисломолочных напитков. Простокваша из молока с числом соматических клеток более 400 тыс./см3 характеризуется значительным отделением сыворотки и чрезмерно высокой вязкостью, т. е. низким качеством. Органолептические показатели простокваши из молока с различным содержанием соматических клеток показаны на рис. 6. На диаграмме рис. 6 видно, что наилучшими консистенцией, вкусом, запахом обладают Рисунок 5 - Эффективная вязкость простокваши из молока с различным содержанием соматических клеток* *Кислотность образцов простокваши составляла (85 ± 2) °Т; измерения проводили при величине градиента скорости сдвига 27 с-1. Figure 5 - Effective viscosity of curdled milk with different number of somatic cells* *Curdled milk samples acidity was (85 ± 2) °Т; the measurements were taken when shear rate was 27 s-1 Графики, представленные на рис. 4 и рис. 5, показывают, что с увеличением в молоке-сырье содержания соматических клеток интенсивность отделения сыворотки из сгустков и вязкость образцы простокваши, выработанной из молока II и III групп (менее 300 тыс. СК/см3). В образцах, полученных из молока IV группы (до 400 тыс. СК/см3), наблюдается некоторое снижении этих показателей. Использование молока с количеством соматических клеток более 400 тыс./см3 (группы V и VI) приводит к значительному ухудшению качества простокваши «Мечниковская». При превышении числом СК значения 500 тыс./см3 простокваша приобретает нехарактерную для нее неоднородную, вязкую и слизистую консистенцию, посторонние запахи и привкусы, из нее интенсивно отделяется сыворотка. Отделение сыворотки В. посторонний В. горький В. сливочный В. кислый В. выраженный К. однородная 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 З. посторонний К. плотная К. вязкая К. слизистая З. выраженный З. кислый З. сливочный II III IV V VI Рисунок 6 - Органолептические свойства простокваши «Мечниковская», полученной из молока с различным содержанием соматических клеток (К. - консистенция; В. - вкус; З. - запах) Figure 6 - Organoleptic properties of Меchnikovskaya curdled milk produced using milk with different number of somatic cells (“K.” - consistency; “В.” - taste; “З.” - smell) Таким образом, по результатам исследований можно сделать следующие выводы. Способность молока к сквашиванию при выработке кисломолочных напитков снижается с повышением в молоке-сырье числа соматических клеток. Торможение роста заквасочных микроорганизмов наблюдается при содержании СК более 300 тыс./см3 и становится существенным при его значении выше 400 тыс./см3. Превышение числа соматических клеток 500 тыс./см3 приводит к увеличению времени сквашивания молока термофильным стрептококком в 2 раза, а смешанной культурой - приблизительно в 1,5 раза, что недопустимо. Термофильные стрептококки являются наименее устойчивыми, по сравнению со смешанными культурами термофильного стрептококка и болгарской палочки, к повышенному содержанию соматических клеток. Повышение содержания соматических клеток в молоке-сырье отрицательно сказывается на качестве кисломолочного напитка - простокваши. Снижение качества простокваши отмечается при числе СК выше 300 тыс./см3. Использование молока с количеством СК более 400 тыс./см3 приводит к ухудшению органолептических показателей напитка. Качество простокваши, выработанной из молока с содержанием СК выше 500 тыс./см3, становится низким, что проявляется в недостаточном количестве молочнокислых бактерий, чрезмерно вязкой и слизистой консистенции, отделении сыворотки, появлении посторонних привкусов и запаха. Для обеспечения высокого качества кисломолочных напитков необходимо отбирать молоко-сырье с содержанием СК до 300 тыс./см3. Использование молока, имеющего более 400 тыс./см3, может привести к получению продукта с неприемлемым качеством.
References

1. Gun'kova, P. I. Biotehnologicheskie svoystva belkov moloka / P. I. Gun'kova, K. K. Gorbatova. - SPb. : GIORD, 2015. - 216 s.

2. Neverov, E. N. Apparat dlya holodil'noy obrabotki pischevyh produktov s recirkulyaciey dioksida ugleroda /E. N. Neverov // Vestnik Mezhdunarodnoy akademii holoda. - 2016. - № 1. - S. 60-65.

3. Sviridenko, G. M. Pischevaya promyshlennost'. Mikrobiologicheskie riski pri proizvodstve moloka i molochnyh produktov / G. M. Sviridenko. - M. : Izd-vo Rossel'hozakademii, 2009. - 246 s.

4. Tamim, A. Y. Yogurt i drugie kislomolochnye produkty: nauchnye osnovy i tehnologii / A. Y. Tamim, R. K. Robinson ; per. s angl. pod nauch. red. L. A. Zabodalovoy. - SPb. : Professiya, 2003. - 664 s.

5. Tepel, A. Himiya i fizika moloka / A. Tepel ; per. s nem. pod red. S. A. Fil'chakovoy. - SPb. : Professiya, 2012. - 832 s.

6. Leukocytes - second line of defense against invading mastitis pathogens / M. J. Paape [et al.] // Journal of Dairy Science. - 1979. - Vol. 62 (1). - P. 135-153.

7. Physiological role of indigenous milk enzymes / N. Silanikove [et al.] // International Dairy Journal. - 2006. - Vol. 16. - P. 533-545.

8. TR TS 033/2013. O bezopasnosti moloka i molochnoy produkcii : prin. Resheniem Soveta Evraziyskoy ekonomicheskoy komissii ot 9 okt. 2013 g. № 67. - 148 s.

9. Izmenenie № 2 GOST R 52054. Moloko korov'e syroe. Tehnicheskie usloviya. - Vved. 1 sent. 2017 g.


Login or Create
* Forgot password?