Содержание к диссертации
Введение
1 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ 8
1.1 Молоко коров как сырье для молочной промышленности 8
1.1.1 Факторы, влияющие на сыропригодность молока 11
1.2 Современные способы обработки молока и их влияние на состав и
свойства 16
1.2.1 Изменение компонентов молока при охлаждении 17
1.2.2 Влияние вакуумной обработки молока на стойкость его при хранении 20
1.2.3 Изменение структуры и свойств молока при гомогенизации 26
1.2.4 Другие нетрадиционные способы нетепловой обработки молока... 31
1.2.5 Биотехнология в молочной промышленности 35
1.3 Заключение по обзору литературы 37
2 СОБСТВЕННЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ 39
2.1 Материал, методы и методики исследований 39
3 РЕЗУЛЬТАТЫ СОБСТВЕННЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ 45
3.1 Технологический процесс обработки молока давлением газообразного азота 45
3.2 Органолептические свойства молока после обработки 48
3.3 Влияние воздействия давления газообразного азота на количественный состав и свойства молока 49
3.3.1 Определение содержания основного биохимического состава молока 50
3.3.2 Изменение активности ферментов молока 59
3.3.3 Изменение физико-химических свойств молока 61
3.4 Влияние обработки молока давлением газообразного азота на микробиологические показатели 65
3.5 Изучение биотехнологических свойств обработанного молока 70
3.6 Сравнительная оценка качества сыров из обработанного молока ... 78
3.7 Прогноз экономической эффективности обработки молока давлением газообразного азота 82
4 ЗАКЛЮЧЕНИЕ 86
5 ВЫВОДЫ 89
6 ПРАКТИЧЕСКИЕ ПРЕДЛОЖЕНИЯ 91
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 92
ПРИЛОЖЕНИЯ 108
- Молоко коров как сырье для молочной промышленности
- Материал, методы и методики исследований
- Технологический процесс обработки молока давлением газообразного азота
Введение к работе
Актуальность темы. Высокий удельный вес нетоварного молока и низкое качество производимого сырого молока являются основными характеристиками состояния сырьевой базы молочной промышленности стран СНГ. Получение полноценной, безопасной и качественной молочной продукции из такого сырья - серьезная проблема, которая осложняется тем, что большинство ценнейших физиологически активных компонентов теряется или утрачивает свои первоначальные свойства в процессе традиционных технологий переработки. Из этой ситуации есть только один выход - создание качественно новых биотехнологий, позволяющих рационально использовать и сохранять все полезные компоненты натурального сырья [109].
Качество сырья, поступающего на молокоперерабатывающие предприятия, зависит от совокупности факторов, на которые трудно воздействовать ужесточением нормативных требований, обозначенных ГОСТ Р 52054-2003 «Молоко натуральное коровье - сырье».
По данным Госкомстата, начиная с 1987 г. в стране происходит заметное снижение качества молока по сортности, более 50% молока как сырье не удовлетворяет переработчиков [42, 36]. Кроме того, молока, пригодного для сыроделия по сычужной свертываемости, поступает на молочные предприятия в среднем около 30% [116].
В связи с этим, наряду с комплексом мероприятий при производстве молока на сельскохозяйственных предприятиях, возникает вопрос об улучшении микробиологических и биотехнологических свойств молока различными методами.
Опыт различных стран показывает, что существуют реальные пути, позволяющие исправить некоторые пороки сырого молока, улучшить его микробиологические и биотехнологические свойства, и использовать в производстве молочных продуктов экологически безопасное сырье.
Практически некоторые операции - очистка от механических примесей и инактивация микрофлоры - реализованы на практике путем фильтрации или центрифугирования, а также тепловой обработки - пастеризации, стерилизации [128].
Однако при любом тепловом воздействии на молочное сырье в нем происходят физико-химические [54, 59, 69], биологические [40, 159, 169] и коллоидные [49] изменения свойств, в результате чего снижается его питательная ценность [35, 54].
Уничтожение микрофлоры в молоке можно достичь и другими методами, такими как обработка током высокой частоты, ультразвуком, ультрафиолетовым облучением [63, 126, 119].
За последние годы в специальной литературе появилась совершенно неоправданная тенденция сводить все многообразие вопросов качества молока и молочных продуктов лишь к микробиологическим показателям. Проблему качества молока необходимо рассматривать комплексно. Под качеством молока следует понимать его состав, свойства, пищевую ценность и усвояемость, наличие в нем посторонних примесей и веществ [78].
Существующие способы восстановления сыропригодности молока, такие как внесение солей кальция, позволяют улучшить свертываемость молока, но могут быть причиной появления в сыре горького привкуса, а также вызвать слишком быстрое и плотное образование сгустка, что ведет к нарушению всего технологического процесса выработки сыра [101].
В связи с этим, одним из возможных, на наш взгляд, и перспективных способов улучшения качества сырого молока является его обработка давлением газообразного азота с последующим резким сбросом давления.
В ГОУВПО «МарГУ» разработаны и запатентованы технология и лабораторная установка, позволяющая повысить качество молока коров на первоначальной стадии его получения посредством обработки его давлением газообразного азота с резким сбросом давления. Как показали ряд исследований,
6 данный метод позволяет снизить количество микроорганизмов без существенных изменений состава молока [92, 60].
Цель и задачи исследований. Целью проведенных исследований являлось изучение влияния разных режимов обработки сырого сборного молока коров давлением газообразного азота на комплекс биохимических, микробиологических и биотехнологических свойств молока, а также исследование влияние данного воздействия на качество и выход сыров.
Для достижения данной цели были поставлены следующие задачи: 1 Обработать сборное охлажденное молоко давлением газообразного азота при однократном воздействии (р= 1,4 МПа в течение 5 мин) и двукратном воздействии (р= 1,4 МПа в течение 2,5 + 2,5 мин) с последующим двукратным резким сбросом давления.
2. Изучить влияние данных режимов обработки на:
органолептические свойства молока,
микробиологические свойства молока,
биотехнологические свойства молока.
Провести контрольные выработки в условиях лаборатории мягкого сыра «Хоттабыч» из обработанного молока с изучением показателей, регламентированных НТД.
Определить практическое и экономическое значение обработки молока давлением газообразного азота и возможность рекомендации его в производство.
Научная новизна работы состоит в том, что впервые изучено влияние однократного и двукратного воздействия давления газообразного азота 1,4 МПа и его резкого сброса на биохимические, микробиологические и технологические свойства молока коров, приведена экономическая эффективность данного метода обработки как с точки зрения повышения сортности молока-сырья, так и при выработке сыров.
Практическая значимость работы заключается в следующем: значительно снижаются микробиологические показатели молока, улучшаются сы-
ропригодные свойства, что положительно отражается на качестве сыров. В результате обработки молока давлением газообразного азота повышается экономическая эффективность производства качественных молочных продуктов.
Апробация работы. Основные положения диссертации были доложены и одобрены на:
-научных чтениях с международным участием, посвященных 100-летию со дня рождения профессора П.Ф. Дьяченко (МГУПБ, г. Москва, 2006 г.);
-IX международной научно-практической конференции «Актуальные вопросы совершенствования технологии производства и переработки продукции сельского хозяйства» (ГОУВПО МарГУ, г. Йошкар-Ола, 2007 г.);
-X международной научно-практической конференции «Актуальные вопросы совершенствования технологии производства и переработки продукции сельского хозяйства» (ГОУВПО МарГУ, г. Йошкар-Ола, 2008 г.);
Публикация результатов исследований.
По материалам диссертации опубликовано 6 статей.
Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 116 страницах компьютерной верстки, содержит 23 таблицы, 2 схемы, 7 гистограмм и 3 фото. Структурно включает введение, обзор литературы, описание материала и методик исследований, результаты собственных исследований, заключение по результатам исследований, выводы, практические предложения, список литературы, включающий 164 источника, из них 20 иностранных и 10 ГОСТов, а также приложения.
Положения, выносимые на защиту:
характеристика нового способа обработки молока давлением газообразного азота с последующим резким сбросом;
экспериментальные данные по изучению влияния новой технологии обработки молока коров давлением на его биохимические, микробиологические и технологические свойства, и на качество и выход сыров;
практические предложения.
Молоко коров как сырье для молочной промышленности
К молоку, направляемому на производство сыров, предъявляют повышенные гигиенические и технологические требования (табл. 2). Это связанно с тем, что пастеризация молока при выработке сыров проводится при более низких температурах, чем при производстве других видов молочных продуктов, и не всегда гарантируют гибель всех патогенных микроорганизмов (особенно термофильных). Новый ГОСТ 52054-2003 «Молоко-сырье» не содержит требований к молоку для сыроделия, поэтому ВНИИМС разработаны ТУ 9811-153-0461-0209-2004 «Молоко-сырье для сыроделия» [107, 104].
Содержание спор лактатсбражи-вающих маслянокислых бактерий, н.в.ч./г, не более Сыропригодность - комплексная характеристика молока, включающая в себя органолептические, химические, физико-химические, биологические и санитарно-гигиенические показатели [87].
На сыр может использоваться молоко только высшего и I сорта.
Способность молока к сычужной свертываемости определяется многими факторами [114, 16, 108]. Главным показателем молока, характеризующим его сычужную свертываемость, является содержание казеина и солей кальция (ионов кальция) - чем оно выше, тем больше скорость сычужного свертывания и выше плотность образующегося сгустка [29]. Оптимальным для сыроделия считается содержание в молоке белка не менее 3,2%, в том числе не менее 2,5%) казеина, а количество солей кальция равным 125-130 мг% (в том числе ионов кальция - более 8мг%) [33]. При увеличении содержания ионов кальция в молоке выше этого уровня время свертывания снижается пропорционально концентрации ионов [38]. Однако, если концентрация ионизированного кальция составляет более 16,0 мг/5, то молоко становится нетермостабильным и легко свертывается при нагревании [116].
Во время пастеризации концентрация ионов Са в молоке снижается за счет перехода части растворенного в молоке фосфата Са в нерастворимую форму. В молочный камень переходит из молока около 7,5% фосфатов, 16% Са и Mg [145]. По данным Раманаускас Р. [99] в молоке, пастеризованном при 72С в течение 20 с, содержание ионов Са снижается по сравнению с его содержанием в исходном молоке на 15,2%. Это замедляет свертывание молока и скорость упрочнения сгустка.
Это подтверждают исследования Климовского И.И. [68], в которых показано, что выдержка молока при 50 С в течение 50 мин понижает содержание ионизированного Са не 11 %.
Образование сгустка происходит в результате коагуляции белков молока под действием внесенного сычужного фермента (химозина) — этот процесс называют сычужной свертываемостью молока. Продолжительность сычужной свертываемости молока колеблется в широких пределах. Как правило, молоко с сычужной свертываемостью I и II типов свертывается в течение 10-35 мин. Однако, на предприятия может поступать молоко, которое свертывается очень медленно (за 40 мин и более) или вовсе не свертывается. Такое молоко является сычужно-вялым. Сычужно-вялое молоко содержит низкое количество казеина и ионизированного кальция, меньше коллоидного фосфата кальция, по сравнению с нормальным молоком, а чем ниже содержание казеина в молоке, тем меньше будет связей между параказеиновыми мицеллами в сгустке. Смешивание с молоком нормальной свертываемости не улучшает сычужную свертываемость сычужно-вялого молока. Причины плохого сгустка в таком молоке лежат в изменении содержания и свойств казеина [33].
Одним из основных критериев сыропригодности молока является показатель класса по сычужно-бродильной пробе, определяющий способность молока образовывать сгусток под действием сычужного фермента. Сыропригодным считается молоко не ниже второго класса по сычужно-бродильной пробе, хотя для производства других молочных продуктов данный показатель не имеет значения [104,105].
Все факторы, оказывающие отрицательное влияние на содержание казеина в молоке, ухудшают его сыропригодность. К ним относятся заболевание коров маститами, недостаточное кормление, в частности дефицит энергии в рационах и др.
Так, по данным Геешен В.Г. [27], при увеличении содержания соматических клеток в молоке с 500 до 1000 тыс. клеток/мл, содержание казеина снижается на 15%, а время сычужного свертывания увеличивается на 28%.
Материал, методы и методики исследований
Объектом изучения являлось сборное молоко коров. Молоко доставлялось в лабораторию после его первичной обработки на ферме (очистка, охлаждение до t=6±2C) в период не более 3 часов после доения.
Сырое молоко являлось контрольной партией. Молоко, однократно обработанное давлением газообразного азота с последующим резким сбросом, и молоко, обработанное двукратно, являлись опытными партиями. Исследования проводились в период с 2006 по 2007 года в среднем в 12 повторно-стях.
Обработка молока давлением газообразного азота проводилась на лабораторной запатентованной установке (Патент RU 2248732 С2. Распопов В.А. Способ обеззараживания жидких пищевых продуктов).
Для обработки использовалось 20 л молока. Половина объема обрабатывалась однократно давлением газообразного азота Р=1,4 МПа в течение 5 мин с последующим резким сбросом давления (менее 1 секунды), другая половина объема молока - двукратно давлением Р=1,4 МПа в течение 5 мин (сброс давления проводили с периодичностью в 2,5 мин). Таким образом, время воздействия газообразного азота в обеих партиях оставалась неизменным, а менялась кратность воздействия и сброса давления.
Весь процесс обработки молока, включая мойку и дезинфекцию установки, составлял 20 минут. Температура молока перед воздействием давлением была 6±2С (температура молока при приемке на молокоперерабаты-вающих предприятиях).
Для решения поставленных задач проводились следующие исследования:
определение органолептических показателей молока в исследуемых партиях;
определение основного химического состава исследуемых партий молока: массовые доли жира, белка, СОМО, лактозы; активность ферментов, количество ионизированного кальция, содержание витамина С, жировые константы;
определение физико-химических свойств молока: размер жировых шариков, размер мицелл казеина, плотность, вязкость, кислотность;
изучение биотехнологических свойств молока: термоустойчивость, проба на брожение, сычужно-бродильная проба, сычужная проба;
определение микробиологических показателей: длительность бактери цидной фазы, общее количество мезофильных аэробных и факультатив ных анаэробных микроорганизмов, дрожжей и плесени, наличие бактерий группы кишечных палочек;
выработка в условиях лаборатории из контрольной и обработанных пар
тий молока сыра «Хоттабыч» в соответствии с технологией по ТУ 9225 005-00419710-03, а также оценка сыров по органолептическим и физико химическим показателям.
Технологический процесс обработки молока давлением газообразного азота
Процесс обработки молока давлением газообразного азота заключается в насыщении молока газом под давлением в течение определенного времени и резком сбросе давления за минимальный промежуток.
Весь объем рабочей емкости, которая представляет собой вертикально расположенный цилиндрический сосуд, заполняют молоком полностью без образования воздушных пробок (схема 2). Заполнение всего объема рабочей емкости продуктом необходимо для того, чтобы в верхней ее части, где расположен кран для резкого сброса давления, образовалось газовое пространство с малым объемом. Чем меньше объем этого пространства, занятого сжатым газом, тем за более короткое время при сбросе давления сжатый газ выйдет из емкости, тем резче изменится давление в рабочей емкости.
Затем в нижнюю часть рабочей емкости под давлением подают газ таким образом, чтобы давление в рабочей емкости повышалось плавно. Это необходимо для того, чтобы не нарушить нормальный физиологический процесс насыщения газом микроорганизмов, а также для соблюдения техники безопасности при работе с сосудами под давлением.
После достижения необходимого давления производят выдержку, во время которой продолжается процесс насыщения клеток микроорганизмов растворенным газом.
Следующий этап - резкий сброс давления за короткое время.
Все этапы процесса производят без тепловой обработки
В проводимых исследованиях были выбраны следующие технологические режимы:
- давление в рабочей емкости составляло 1,4 МПа. Это обуславливается тем, что оболочки клеток микроорганизмов имеют пористую структуру и выдерживают осмотическое давление от 05 до 1,5 МПа. Поэтому величина создаваемого в рабочей емкости перепада давления должна быть выше давления, которое выдерживает клетка. Кроме того, воздействие более высокого давления, как отмечалось в обзоре литературы, приводит к возникновению индуцированного липолиза, что сопровождается повышением количества свободных жирных кислот и прогорканием молока.
- время выдержки под давлением составляло 5 мин для однократного воздействия и 5 мин (2,5 и 2,5 мин) при двукратном воздействии. Время выдержки было определено с учетом существующих технологических регламентов переработки молока, и существенно не изменяет общую продолжительность выработки продукции;
- кратность воздействия давления была выбрана однократная и двукратная. В литературе имеется информация о положительном влиянии многократного вакуумирования (двойного) на качество молока, поэтому была выбрана вышеуказанная кратность воздействия;
- время сброса давления составляло менее 1 секунды;
- температура обработки составляла 6±2С. Это, во-первых, соответствует требованиям к молоку при приемке согласно ГОСТ Р 52054-2003 «Молоко коровье. Сырье». Во-вторых, при механическом воздействии на молоко повышается активности нативных липаз. Основной причиной индуцированного липолиза является интенсивное смешивание молока с воздухом (воздух частично дестабилизирует оболочку шарика жира). Это происходит вследствие любой обработки, вызывающей сильное взбалтывание или встряхивание (характер воздействия других газов, например азота, такой же, как и воздуха). Для снижения степени индуцированного липолиза важно, чтобы температура была как можно ниже. Холодное молоко (температура 5С) более устойчиво к механическим воздействиям [135].
