Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Современные тенденции производства и контроля качества твердых сычужных сыров (аналитический обзор) 9
1.1. Анализ технологических факторов, влияющих на качество твердых сычужных сыров 9
1.2. Способы нормализации молока и повышение выхода сыра 23
1.3. Способы интенсификации процесса созревания твердых сычужных сыров 29
1.4. Инструментальные методы контроля процесса созревания твердых сычужных сыров 46
1.5. Компьютерное моделирование технологических процессов в сыроделии 51»
Глава 2. Обоснование направлений научных исследований. Цель и задачи 55
2.1. Концепция работы и цель исследования 61
2.2. Задачи исследований 62
Глава 3. Методология и организация проведения теоретических и экспериментальных исследований 64
3.1. Постановка экспериментальных исследований 64
3.2.0бъекты и методы исследований 65
3.3. Основные методы исследований 67
3.3.1. Физико-химические и органолептические методы 67
3.3.2. Микробиологические методы 72
3.3.3. Биохимические методы 72
3.3.4. Методы статистической обработки и построение математических моделей 74
Глава 4. Коррекция состава и свойств молока в сыроделии 78
4.1. Коррекция состава молока путем добавления молочных концентратов 78
4.2. Коррекция свойств путем,электромагнитной обработки нормализованной смеси 98
4.3. Дисперсность белковых частиц восстановленного молока 102
4.4. Биотермодинамический анализ нормализованной смеси молока 108
4.5. Матричный метод коррекции состава молока при выработке сыра 117
Глава 5. Исследования молочно-белкового сгустка 124
5.1. Температурно-временной анализ структурирования молочно-белкового сгустка. Фазы структурирования 124
5.2. Биотермодинамическая оценка структурирования молочно-белкового сгустка 137
Глава 6. Исследование анизотропности сырной массы 147
6.1. Нестационарная теплопроводность в сырной массе 148
6.2. Регулярный и иррегулярный режимы теплопроводности 163
6.3. Термодиффузия соли и влаги в сырной массе 167
6.4. Иррегулярный и регулярный режимы диффузии соли в сырной массе 181
6.5. Термодинамика образования рисунка в сыре 183
6.6. Рациональная геометрическая форма сырной головка 193
Глава 7. Биотрансформация компонентов в сыре 202
7.1.Биотермодинамический анализ процесса созревания в твердых сычужных сырах 202
7.2. Динамика микробиологических процессов в процессе созревания сыров 214
7.3. Изменение реологических свойств сыра при созревании 229
Глава 8. Разработка методов регулирования качества твердых сычужных сыров 242
8.1.Электрофоретическое исследование белков молока в процессе созревания сыра 242
8.2. Изменение содержания водорастворимого азота в сыре при созревании 260
8.3. Активностыводы и развитие микрофлоры в сырах 266
Глава 9. Практическая реализация результатов исследований 274
9.1. Технологии новых видов сыров с использованием разработанных методов и технических решений 276
9.2. Техноэкономические показатели выработки новых видов сыров 289
Основные результаты и выводы 292
Библиографический список 295
Приложения 346
- Способы нормализации молока и повышение выхода сыра
- Коррекция состава молока путем добавления молочных концентратов
- Термодиффузия соли и влаги в сырной массе
- Технологии новых видов сыров с использованием разработанных методов и технических решений
Введение к работе
Актуальность работы. Среди продуктов питания сыры выделяются высокой биологической, пищевой и энергетической ценностью, они легко усваиваются организмом. Сибирский регион отличается сложной экологической обстановкой и континентальными климатическими условиями, поэтому население данного региона должно быть обеспечено высококалорийными продуктами, к которым относятся сыры. Однако при производстве сыров предъявляются высокие требования к заготовляемому молоку, оно должно быть сыропригодным. Сыры по технологической трудоемкости занимают особое место среди молочных продуктов. В производственном цикле его получения значительный период времени составляет созревание, во время которого в сырной массе последовательно протекает целый комплекс сложных микробиологических, биохимических и физико-химических процессов, в результате которых формируются консистенция, рисунок, специфический вкус и аромат сыра.
Проблема интенсификации технологии сычужных сыров является актуальной. Исследованиям различных аспектов технологии сыров посвящены фундаментальные труды отечественных и зарубежных ученых, таких как: Я.С. Зайковский, А.И. Чеботарев, Г.С. Инихов, С.А. Королев, З.Х. Диланян, И.А. Рогов, И.И. Климовский, Д.А. Граников, П.Ф. Крашенинин, А.М. Николаев, А.В. Гудков, В.К. Неберт, В.Н. Алексеев, Г.Г. Шилер, Л.А. Остроумов, А.А. Майоров, А.Г. Храмцов, И.А. Евдокимов, Ю.Я. Свириденко, М.С. Уманский, В.В. Бобылин, А.Ю. Камербаев, В.Д. Харитонов, М.П. Щетинин, Н.Б. Гаврилова, В.А. Оноприйко, А.М. Осинцев, И.А.Смирнова, Dalgleish, Davidson, Holt и др.
Выработка твердых сычужных сыров по интенсивной технологии позволит улучшить экономические показатели предприятий и, как следствие, увеличить объем производства сыров высокого качества.
Выпуск качественных сыров невозможен без контроля производства продукта, где доля субъективных методов оценки качества очень высока. Разработка инструментальных методов анализа процесса созревания с целью регулирования этого процесса является одной из важнейших задач в сыроделии. Основные изменения, протекающие при созревании сыра, происходят с его белковой частью, а энергия поверхностного слоя является физическим показателем, который характеризует динамику изменения биохимических процессов, протекающих в продукте. Накопление поверхностно-активных веществ в процессе созревания может служить параметром для характеристики проведения исследуемого процесса.
Несмотря на очевидную возможность контролировать процесс созревания по предлагаемому показателю, литературные данные по использованию величины поверхностной энергии в сыроделии недостаточны.
Проведение работ в этом направлении будет способствовать увеличению производства качественных сыров и расширению их ассортимента, что говорит об актуальности настоящих исследований, особенно для Сибирского региона, где количество сыропригодного молока весьма ограничено.
Целью диссертационной работы является теоретическое обоснование, исследование биотехнологических, физико- и биохимических закономерностей процесса производства сыров.
Для достижения поставленной цели решались следующие основные задачи:
изучить дисперсный состав молока и молочных продуктов и установить степень влияния дисперсного состава сухих молочных продуктов (цельного и обезжиренного сухого молока) на активность биохимических и физико-химических преобразований белков в производстве молочных продуктов, в том числе и сыра;
провести анализ сырья, изучить способы коррекции состава и свойств молочного сырья с применением восстановленных продуктов для активизации жизнедеятельности биообъектов на стадии процесса подготовки нормализованной смеси к свeртыванию;
исследовать кинетику получения молочно-белкового сгустка на основе положений термодинамики. Предложить метод контроля процесса свертывания, позволяющий оперативно регулировать процесс с целью повышения его эффективности;
изучить анизотропность сырной массы. На основе определения нестационарной теплопроводности и массопроводности разработать математические модели, определяющие зависимость степени анизотропности от параметров технологического процесса;
на основании последовательного изучения биотрансформации компонентов молока в производстве сыра, разработать модель процесса кислотообразования нормализованной смеси – основы интенсификации всего технологического процесса получения качественного продукта;
исследовать способы интенсификации процесса созревания сычужного сыра;
теоретически обосновать и практически использовать методы регулирования качеством технологии производства сыра;
использовать теоретические и экспериментальные результаты для разработки интенсивных технологий сыров;
определить пищевую, биологическую ценность и качественные показатели новых продуктов;
разработать технологию, техническую документацию на новые виды продуктов;
провести апробацию и внедрение теоретических, а также практических результатов диссертационной работы в производство и учебный процесс подготовки высококвалифицированных специалистов для молочной промышленности.
Концептуальная направленность работы состоит в разработке научных положений, позволяющих создавать новые виды интенсивных технологий производства сычужных сыров и сырных продуктов с использованием инструментальных методов контроля и принципов управления технологических процессов, с целью повышения качества выпускаемого продукта.
Научная концепция диссертационной работы. В основу научной концепции, развиваемой в диссертационной работе, положена гипотеза о том, что применение интенсивных технологий, основанных на использовании биоактивации, коагуляции, биотрансформации и выбора рациональных параметров, позволит направленно регулировать состав, свойства сырья и сформулировать требуемые биохимические, структурно-механические, органолептические показатели сычужных сыров с высокими показателями биологической ценности и экономики.
Научная новизна работы. Сформулирована и научно обоснована концепция разработки новых видов твердых сычужных сыров с проведением корректирующего и физико-химического анализа нормализованной смеси молока, молочно-белкового сгустка (геля) и сырной массы.
Исследовано влияние технологических режимов выработки твердых сычужных сыров на формирование их физико-химических свойств; изменения реологических характеристик, термодинамику образования глазков в сыре, формирование рисунка в пространственно-временном технологическом интервале и установление их аналитических зависимостей.
Проведены реологические исследования сыров, изучено влияние режимов посолки, геометрической формы и размеров головки сыра и параметров рассола на особенности биотрансформации соли и влаги в сырной массе.
На основании анализа технологических параметров производства различных видов сыров, факторов, влияющих на показатели их качества, динамики микробиологических, биохимических и массообменных процессов при созревании разработана методология компьютерного моделирования технологических процессов сыроделия.
Разработана структура модели технологического процесса производства сыра, состоящая из подсистем: формирования физико-химических свойств сырной массы как среды обитания микроорганизмов и развития микрофлоры сыра на разных этапах производственного цикла.
Дано теоретическое и экспериментальное обоснование динамики развития кислотообразования в среде обитания. Особенностью математической модели является возможность прогнозировать развитие микроорганизмов в пространственно-временном интервале модельных сред.
Исследованы закономерности тепло и массообменных процессов, на основании которых определены темп нагрева (охлаждения) и темп диффузии соли в сырной массе.
Разработана физико-химическая модель процессов коррекции смеси молока, подготовленного к свертыванию, структурирования молочно-белкового сгустка и созревания сыра, которая позволяет прогнозировать изменение физико-химических свойств сырной массы, развитие в ней микрофлоры, а также формирования рисунка.
Научная новизна предложенных технологических решений подтверждена 6 патентами и 2 заявками на изобретение.
Практическая значимость и реализация работы в промышленности. Разработаны технические условия и технологические инструкции на производство новых видов сыров. Результаты работ, включенных в диссертацию, нашли практическое применение при разработке новых технологий производства сыров («Сибаковский», «Нежность», «Студенческий», «Тюкалинский», сырный продукт «Десертный», мягкий сыр «Курултай» и др.), а также интенсификации технологий традиционных твердых сычужных сыров (голландский, пошехонский, костромской и др.).
Результаты работы внедрены в образовательный процесс подготовки высококвалифицированных специалистов по специальности 260303 «Технология молока и молочных продуктов», направлению подготовки бакалавров техники и технологии 552400 «Технология продуктов питания», процесс подготовки кадров высшей квалификации по научной специальности 05.18.04 – Технология мясных, молочных, рыбных продуктов и холодильных производств. Материалы используются при чтении лекций, проведении лабораторно-прак-тических занятий, при выполнении выпускных квалификационных работ и диссертационных работ, обобщены в монографиях: «Дисперсный состав молока и молочных продуктов», «Совершенствование технологии молочных продуктов на основе электрофоретического изучения белков молока», «Биотермодинамика поверхностного слоя молока и молочных продуктов», учебных пособиях: «Инженерная реология», «Компьютерные технологии в рецептурных расчетах молочных продуктов», «Современные теплообменные аппараты для молока и молочных продуктов».
На основе системного анализа результатов научно-исследовательских работ, проводимых в НПО «Углич», Сибирском НИИ сыроделия, Ереванском зоотехническо-ветеринарном институте, Омском государственном аграрном университете, Кемеровском технологическом институте пищевой промышленности и других научно-исследовательских организациях и вузах России и стран СНГ в период с 1990-2009 гг., отечественных и зарубежных публикаций, а также авторских исследований разработаны алгоритмы и программы математических моделей в технологических процессах производства твердых сычужных сыров:
- матричный метод коррекции состава молока;
- нестационарная теплопроводность в сырной массе;
- динамика трансформации соли в сырной массе;
- двухфакторный дисперсионный анализ в сыроделие;
- обоснование рациональной геометрической формы головки сыра;
- модель развития микроорганизмов в сырной массе;
- многофакторный эксперимент.
Апробация работы. Основные положения работы и результаты исследований докладывались на конференциях, конгрессах и симпозиумах различного уровня, в том числе на межрегиональных и межвузовских научно - практических конференциях: «Роль инноваций в развитии регионов в рамках промышленно-инновационного форума», «ПРОМТЕХЭКСПО – 99», Омск, 1999; «Приоритет экологическому образованию на рубеже 21 века», Омск, 2000; «Научные основы развития животноводства Западной Сибири», Омск, 1997; научно-технической конференции «Совершенствование производства молочных продуктов», Омск, 1999; «Перспективные направления научных исследований молодых ученых», Вологда - Молочное, 1999; на 11-й Международной научно-практической конференции «Пища, экология, качество», Новосибирск - Краснообск, 2002; Всероссийской научной конференции «Актуальные проблемы адекватного питания в эндермичных регионах», Улан-Удэ, 2002; научных чтениях посвященных 100-летию со дня рождения Д.А. Граникова, Москва, 2002; на Международной научно-практической конференции «Перспективы производства продуктов питания нового поколения», Омск, 2003, 2005; «Актуальные направления развития экологически безопасных технологий производства, хранения и переработки сельскохозяйственной продукции», Воронеж, 2003; на Международных конгрессах «Молочная промышленность Сибири», Барнаул, 2000, 2004; на научных чтениях, посвященных 90-летию со дня рождения Н.С. Панасенкова и 90-летию образования ОмГАУ, Омск, 2007; на II Международной научно-практической конференции «Аграрная наука – сельскому хозяйству», Барнаул, 16 марта 2007 г.; Международной научно-практической конференции «Современный взгляд на производство творога, творожных паст и сыров: расширение ассортимента, совершенствование технологии и оборудования», Ставрополь, 16-20 июня 2008 г., Сибирский НИИ сыроделия, Барнаул, июнь 2008 г,; VI Специализированном конгрессе «Молочная промышленность Сибири», Барнаул. 3-5 сентября 2008 г.
Публикации. Основные результаты диссертации изложены в монографиях: «Совершенствование технологии молочных продуктов на основе электрофоретического изучения белков молока» – 10 п.л. (2003 г.), «Дисперсный состав молока и молочных продуктов» – 6 п.л. (2007 г.), «Биотермодинамика поверхностного слоя молока и молочных продуктов» – 8 п.л. (2008 г.), в научных статьях, из которых 14 изданы в журналах, рекомендованных ВАК для публикации основных материалов диссертаций – «Молочная промышленность», «Сыроделие и маслоделие», «Хранение и переработка сельхозсырья», «Пищевая промышленность», «Научные достижения АПК», а также в материалах конгрессов, международных конференций, 6 авторских свидетельствах и патентах, 2 заявках на изобретение и других изданиях.
В диссертации обобщены результаты исследований, проведенных лично автором, при его непосредственном участии и под его руководством.
Основные положения, выносимые на защиту:
- регулирование биохимических, микробиологических и физико-химических процессов производства сыра путем коррекции состава и свойств молока, динамики свертываемости белков молока, выбора рациональной геометрической формы головки сыра, процесса созревания сырной массы;
- теоретическое и экспериментальное обоснование биотрансформации компонентов молока в процессе производства сыра;
- биотермодинамические положения процессов коррекции состава и свойств нормализованной смеси, структурирования молочно-белкового сгустка и созревания сырной массы;
- совокупность положений, направленных на управление микробиологическими, биохимическими и физико-химическими процессами производства сыров;
- разработка интенсивных технологий производства сыра с использованием молочных концентратов, биологически активных веществ и активация процессов путем воздействия на среду обитания магнитным полем с заданными параметрами.
Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из девяти глав, в том числе введения, аналитического обзора, методологической части, результатов собственных исследований, выводов, списка использованных источников литературы и приложений. Основной текст работы изложен на 375 страницах, включает 54 таблицы и 75 рисунка. Список литературы насчитывает 490 наименований, в том числе 95 иностранных источников.
Способы нормализации молока и повышение выхода сыра
Для каждого вида сыра нормативными документами предусмотрено минимальное содержание жира в сухом веществе продукта. Содержание жира в сухом веществе зрелого сыра зависит в основном от соотношения между жиром и белком в смеси молока, а также от коэффициентов их использования, от изменяющихся свойств и химического состава молока по периодам года, от соотношения казеина и сывороточных белов в молоке и между различными фракциями казеина, от содержания поваренной соли в сыре и распада протеинов в процессе созревания и др. факторов [298]. Для получения стандартных по массовой доле жира сыров молоко необходимо нормализовать, то есть установить в молочной смеси для выработки сыра определенную массовую долю жира с учетом фактического содержания белка в смеси.
Выход сыра представляет собой математическое определение количества сыра, получаемого из определённого количества молока.
Определение выхода сыра на основе количества обезжиренного молока, переходящего в сыр: коэффициент G. Этот метод основан на определении количества (G) обезжиренного сухого вещества, перешедшего в сыр из одного литра молока»[252]:
Производственный баланс по сухому веществу (СВ) составляется для 100 кг молока, которое превращается в X кг сгустка и (X - 100) кг сыворотки (в отсутствие потерь). Это позволяет записать следующее выражение:
Для определения, выхода сыра необходимо проводить измерение трех следующих параметров: СВ М0Л0Ка, г/кг; СВ сгустка, г/кг; СВ сыворотки, г/кг. Основное затруднение в данном случае заключается в измерении количества сухого вещества сгустка вследствие сложности обеспечения- его полной стабильности в течение технологического процесса.
В настоящее время актуальным остается вопрос определения количества сыра, которое можно получить из определенного количества молока еще до начала его переработки. Известно, что в, зависимости от того, сколько в используемом молоке содержится жира, меняется и выход сыра. Затем это было отмечено в отношении содержания в молоке сухого вещества, а позднее — в отношении содержания в молоке белков или казеина [73, 81, 252,309].
Общая формула определения выхода сыра, которую рекомендуется применять для всех видов сыра и которая, по всей вероятности, не зависит от типа технологии, используемой для их производства, обязана своим появлением на свет исследованиям, проведенным Ж. Л: Мобуа и Ж. Мокко (J. L. Maubois, G. Mocguot) и имеет следующий вид [252]:
Таким образом, после определения состава сыра (массовые доли сухого вещества, жира, сухого вещества в сыворотке, входящей в состав сыра) достаточно определить концентрацию казеина в перерабатываемом молоке, чтобы прийти к установлению максимальной массы сыра, которая может быть полученаиз этого молока. Содержание казеина можно рассчитать с помощью формулы Моко и Але, скорректированной Рикордо (Ricordeau) и Моко [252]: ТР ТР
Мобуа и др. [252] удалось установить природу повышения-выхода сыра при его изготовлении из сгущенного молока..С одной стороны, оно объясняется лучшей фиксацией фосфокальциевых солей, с другой - повышением содержания сухого вещества в сыворотке, остающейся в сыре. Общая формула прогнозирования выхода сыра, разработанная Мобуа с сотрудниками, учитывает содержание сухого вещества в сыворотке и, следовательно, может использоваться и для прогнозирования выхода сыра при его изготовлении из сгущенного молока; допускаемая погрешность весьма невелика, если сравнивать ее с точностью, получаемой при количественных измерениях.
При необходимости наблюдение за последовательными изменениями во времени выхода сыра в рамках одной производственной выработки или в целях сравнения двух партий сыра, изготовленных с применением различных технологий или разного оборудования, следует привести их к одинаковому содержанию воды. Для этого Мобуа была предложена следующая формула [252]: где: Ri - выход сыра при производстве его с содержанием сухого вещества Fi; R.2 - скорректированный выход (для сыра с содержанием сухого вещества F2; S - содержание сухого вещества в выделяющейся сыворотке, г/кг; Fi и F2 - содержание сухого вещества, г/кг.
Выход сыра зависит от содержания в молоке жира и казеина, степени их использования, от количества сыворотки, удерживаемой сырной массой, от величины потерь влаги и сухого вещества при созревании сыра и от количества соли, поглощаемой им. Связь между этими величинами может быть выражена, определенным уравнением, при составлении которого исходят из того, что содержащиеся в молоке казеин и-жир при выработке сыра используются-неполностью. Уже при свертывании молока какая-то часть неиспользованного жира Иіказеина остается вне гелевого остова в сыворотке и вместе с нею выделяется из сырных зерен при синерезисе молочного геля, а осталь-ная теряется в виде пыли, крошек и обрезков во время вымешивания зерна и формирования сырной массы.
Уравнение выхода, сыра из 100, кг молока после прессования, можно рассчитать по формуле Баркана: где С - выход сыра; М - количество сыворотки и влаги, удерживаемой одним килограммом жира; К - количества казеина; Ж - количества жира; N -- частей свободной сыворотки и связанной воды; а - коэффициенты использования жира; р - коэффициент использования казеина (коэффициенты а, р -определяются опытным путем). Вводя новые переменные п = N+1 и m = М+Ь Баркан СМ. получил уравнение:
Во время созревания сыра теряется влага и часть сухого вещества. При посолке в сыр диффундирует соль, что несколько уменьшает потери сухих веществ. Эти потери в практикеопределяются как усушка сыра.
Пользуясь приведенной формулой (1.11), можно количественно выразить степень воздействия каждого из перечисленных факторована выход сыра, подставляя фактическиезначениявеличин, связанных с выходом сыра.
Учеными было установлено, что выход зрелого советского сыра можно рассчитать по формуле [252]: С = 1,03 -Ж + 2,54 -К (1.12)
Таким образом, каждый килограмм казеина, введенный с молоком в сырную массу, образует до 2,54 кг сыра, а каждый килограмм жира - до 1,03 кг сыра. Наиболее выгодно перерабатывать на сыр молоко, содержащее максимальное количество казеина. Чем богаче молоко казеином и жиром, тем больше сыра может быть выработано. Увеличивая жирность смеси на 0,1%, мы повышаем на 1% количество сыра, вырабатываемого из 100 кг молока. Увеличивая на 0,1% содержания казеина в смеси, мы на 2,3%) увеличиваем выход сыра. Повышение концентрации жира и, главным образом, казеина в молоке является одним из эффективнейших методов увеличения выхода сыра. В практической деятельности для выработки сыров с заданными параметрами используются таблицы разработанные учеными.ВНИИМСа.
Однако в практике возникают определенные трудности при проведении-коррекции состава молока путем внесения микро и макроэлементов, биологически-активных добавок и других ингредиентов с целью формирования сыропригодного молока. Первоочередная задача состоит в разработке научной методологии проведения корректирующего анализа молока направляемого на получение сыра.
Коррекция состава молока путем добавления молочных концентратов
При доведении рН сырого молока до 4,6 при температуре 20 С около 78-85% его белков от общего их содержания выделяется в осадок. Это основная фракция представляет собой- фракцию казеина. Оставшиеся в растворе белки названы сывороточными белками - лактоальбумин и лактоглобулин. Казеин и сывороточные белки не являются гомогенными, а состоят из различных фракций, которые можно разделить-по их электрофоретической подвижности и по растворимости в различных веществах при различной температуре. В таблице 4.1. приведен обобщенный белковый?состав молока.
Белки. Белковая- система молока высокогетерогенна, каждая фракция отличается по строению, физико-химическому свойству и биологическим функциям. Их общее содержание находится в пределах 2,9...4,0%.
Согласно новейшим представлениям о номенклатуре и классификации белков молока рассматриваются шесть главных белков молока: asi-казеин (asi -Кн), а82-казеин (aS2 - Кн), Р -казеин (р - Кн), / -казеин (/ - Кн), Р-лактоглобулин (Р-Лг), а-лактальбумин (a-Ла), а также белки: альбумин сыворотки крови, иммуноглобулины, Рг-микроглобулин, лактоферрин, церулоплазмин и компонент 3 протеозопептонов [86].
Практический интерес представляют казенны, так как на основе способности их к свертыванию развиты традиционные технологии натуральных сыров. Казенны содержат все незаменимые аминокислоты и являются источником фосфорами кальция. Казеин содержится в молоке в виде растворимых казеина-тов в сочетании с коллоидным трифосфатом кальция - в виде казеинаткаль-цийфосфатного комплекса (ККФК). В настоящее время с помощью электронно-микроскопических исследований установлено, что ККФК образует мицеллы, которые имеют почти сферическую форму с диаметром 40-300 нм и являются высокоорганизованными структурными единицами [215, 218].
Основные концепции строения мицелл были разработаны около 40 лет назад. Эти модели можно разделить на три категории: модели покрытого ядра, модели внутренней структуры и модели субмицелл. Модели покрытого ядра могут быть представлены как частные случаи моделей внутренней структуры или субмицелл. Субмицеллы имеют гидрофобное ядро и гидрофильную поверхность, и они держатся вместе, либо посредством прямых взаимодействий между протеинами, либо посредством кальций-фосфатных мостиков. Внешняя поверхность, мицелл является- диффузионной, так как протеиновые цепочки распространяются на 5-10 нм в окружающую среду, образуя «волосковый слой». Согласно, последней классификации (табл.4.2) казенны подразделяются на aS\r aS2 -, Р - и х - казенны, массовая долякоторых соответственно составляет 38, 10.; 39 и 13 % от всего казеина. Производными фракциями р-казеина являются: ух, у2-, уз- казенны, протеозо-пептоны и Х-казеин. Из X - казеина происходит Si-казеин, продукты протеолиза as2 - казеина пока не идентифицированы.
Фракции asi-, as2 -, Р - являются фосфопротеидами, а х-казеин принадлежит к фосфогликопротеидам.
Казеины - это группы гетерогенных фосфопротеидов, самоассоциирующихся в мицеллы в присутствии кальция, цитратов и фосфатов. Основная часть казеина-(около 95%) в молоке содержится в.виде казеиновых мицелл, и лишь незначительная часть (около 5 %) -в виде мономеров, полимеров фракций казеина и субмицелл, имеющих размер менее 20-40 нм. Последнюю форму казеина называют растворимым казеином-(Soluble casein), его количество зависит от температуры и-продолжительности хранения молока. Растворимые р , asi- и а82-казеины могут подвергаться гидролизу под действием/ плазмина. молока, а х казеин (растворимый И мицеллярный) гидролизуется, внесенным в молоко химозином. Казеиновые мицеллы, состоящие из этих фракций, отличаются по размеру, содержанию в них минеральных веществ и соотношению фракций. Средний диаметр мицеллы около 150 нм, ее удельный объем составляет примерно 4,4 см3/ г, гидратация 3,7 г/г белка, поверхностный потенциал колеблется в пределах 15-20 мВ. Эти физические характеристики придают ей резко выраженные гидрофобные свойства. В таблице 4.2 приведена современная номенклатура и свойства белков молока.
Липиды. Молочный жир представляет собой сложный комплекс, в который включены: простые липиды (глицериды), сложные липиды (фосфатиды), производные липидов, свободные жирные кислоты, а также растворимые в глице-ридной фазе вещества, сопутствующие жиру. В1 молочном жире содержатся жирорастворимые витамины А, Е, жирные кислоты со средней длиной цепи и незаменимые жирные кислоты. Основными компонентами молочного жира являются триглицериды.
Молочный жир [294] молока является источником компонентов, которые частично ответственны за вкус и запах, а также за консистенцию зрелого сыра. Эти свойства будут зависеть не только от разновидности сыра, но и от состава и физических характеристик самого жира. Сыр, вырабатываемый без жира, обычно высыхает и приобретает твердую консистенцию, а когда он молодой, то обладает мягким вкусом.и не развивает типичный «сырный» вкус.
Жир в молоке присутствует в. виде жировой эмульсии маленьких жировых шариков, диаметр которых зависит от породы животного и для1 коровьего молока составляет от ОД ...8 мкм в диаметре. Способность жира встраиваться в сгусток связано не только с количеством жира, но и с его составом, а также с составом окружающей жировые шарики оболочки. Многие сыроделы предпочитают использовать молоко с мелкими жировыми шариками, которые легко встраиваются в сырный сгусток. Глобулы молочного жира представляют собой сложный эфир глицерина и трех жирных кислот, т.е. являются триглицеридами, образующими несколько кристаллических форм. Теоретически жирные кислоты могут образовывать огромное количество триглицеридов (около 200 000), поэтому молочный жир плавится при температуре 28...33С и отвердевает (застывает) при 19...24 С. Для полного отвердевания требуется до 4 ч. В прессуемом сыре с высокой температурой второго нагревания некоторое количество жира может оставаться в расплавленном состоянии.
Молочный жир состоит в основном из триглицеридов; в нем в небольшом количестве присутствуют ди- и моноглицериды, а также свободные жирные кислоты. Триглицериды — неактивные химические соединения, однако они полностью или частично расщепляются под действием ферментов. Вместе с тем триглицериды являются растворителями жирорастворимых компонентов молока, таких как фосфолипиды, цереброзиды, стериолы. (эстерифицированный хо-лестерол), пигменты (каротиноиды) и антиоксиданды (токоферолы), которые могут присутствовать в жировых шариках наряду с альдегидами, кетонами, лактонами и другими метаболитами. Некоторые из этих компонентов влияют на вкус сыра и могут высвобождаться во время липолиза жира.
Процентное распределение жирных кислот в составе триглицеридов различно; в среднем около 40% молочного жира содержит олеиновую и палмети-новую кислоты и кислоты с более короткой цепью в положении, триглицерида (например, олео-каприно-пальметин). При этом-насыщенные жиры (т.е. палме-тин, миристин, стеарин) обычно сочетаются-с ненасыщенной кислотой (например, олео-масляно-пальметин или олео-каприло-стеарин). Возникновению про--горклости способствует высвобождение жирных кислот под действием активных липолитических ферментов-(липаз). Содержание жирных кислот в. коровьем молоке представлено в табл. 4.3.
Термодиффузия соли и влаги в сырной массе
Поваренная соль регулирует микробиологические, биохимические и физико-химические процессы при созревании сыра, способствует формированию его вкуса, консистенции, рисунка; корки и: др: Способш продолжительность по-солки оказывает сильное влияние на развитие молочнокислых и пропионово кислых бактерий. При посолке в рассоле диффузия соли идет медленно и выравнивание концентрации соли по слоям сыра (от первого наружного до пятого центрального) происходит через 1,5...3 мес. в зависимости от вида сыра [298].
Наиболее распространенным способом посолки сычужных сыров является их выдержка в течении нескольких дней в рассоле — 18...23% растворе соли. Во время этой выдержки соль проникает в поверхностные слои головки сыра и впоследствии во время созревания медленно диффундирует вглубь головки. Таким образом, в период сбраживания лактозы„соль ингибирует развитие микрофлоры закваски только в поверхностном слое, а в центральные слои она проникает через несколько недель, когда необходимая микрофлора, за исключением пропиновокислых бактерий в крупных сырах, закончила свое развитие. Во время-выдержки в-рассоле не только обеспечивается.требуемое содержание соли в сыре, но также происходит охлаждение сырной" массы до температуры меньше 15С, что очень важно с точки зрения подавления или максимально возможного ограничения развития посторонней микрофлоры. Кроме этого соль, насыщая поверхностный слой; придает определенную жесткость головкам сыра.
Поваренная соль в сыре играет роль вкусового ингредиента, придающего продукту специфический вкус, регулятора микробиологических и ферментативных процессов. В исследовании диффузионных процессов в сырах следует особо отметить научные работы Чеботарева А.И. [348], Диланяна З.Х. [81], Остроумова Л.А. [227], Гудкова А.В. [73], Майорова А.А. [175, 176], Неберта В.К.[197], Николаевой Е.А. [206], Оноприйко В .А. [212], Шилера Г.Г. [298], Скотт Р. [294].
Чеботарев А.И. отмечает, что регулирование процесса созревания по-солкой возможно только в. узких пределах, допустимых стандартом отклонений в посолке, так как резкие колебания отражаются на вкусовых достоинствах продукта [348].
Гудков А.В. подчеркивает, что соль в сыре является необходимым компонентом пищевой ценности; принимает непосредственное участие в формировании вкуса и консистенции; регулирует микробиологические, биохимические и физико-химические процессы во время выработки и созревании сыра и: тем самым оказывает косвенное значение на показатели качества [73].
Основными уравнениямиj описывающими процесс молекулярной диффузии,соли, являются законы Фика. Процесс диффузии аналогичен распространению теплоты. Теплопроводность имеет место при наличии градиента температуры. Диффузия соли и влаги в сыре происходит при наличии; градиента:концентрации. Первый закон Фика - закон молекулярной диффузии наиболее применим; для описания стационарных массообменных процессов, включающих диффузию. Согласно данному закону масса» вещества dm, продиффундировав-шего за время; ir через элементарную поверхность S: (нормальную направлению диффузии)і пропорциональна градиенту концентрации дС/81 этого вещества: Его математическое выражение имеет вид:
По своей структуре закон Фика аналогичен закону Фурье, описывающему передачу теплоты теплопроводностью, причем аналогом градиента температур является градиент концентраций, представляющий собой изменение концентрации диффундирующего вещества на единицу длины нормали между двумя поверхностями постоянных, но различных концентраций. Коэффициент диффузии D является аналогом коэффициента температуропроводности а. Коэффициент молекулярной диффузии, представляет собой физическую константу, характеризующую способность данного вещества проникать вследствие диффузии в неподвижную среду. С увеличением температуры коэффициенты диффузии возрастают, ас повышением давления уменьшаются. Коэффициент диффузии» зависит, как от физических свойств продукта, так и от условий, при которых протекает массоперенос.
Нестационарный массоперенос в сырной массе можно описать, используя дифференциальное уравнение молекулярной диффузии (второй закон Фика):
При наличии перепада температур в сырной массе возникает перенос, обусловленный градиентом температур, который называется термодиффузией.
Согласно теории диффузионного пограничного слоя соль переносится из ядра рассола к поверхности сыра непосредственно конвективными потоками и молекулярной диффузией. Возле поверхности сыра формируется пограничный диффузионный насыщенный слой соли. Область пограничного диффузионного слоя — это область появления и роста градиента концентрации, область увеличения влияния скорости молекулярной диффузии на общую скорость массопе-редачи.
Диффузионный критерий Био показывает соотношение между скоростью перемещения вещества от поверхности фаз в омывающую фазу (или наоборот), которая характеризуется коэффициентом массоотдачи Р, и скоростью массопроводности. Диффузионный критерий Био рассчитывается по формуле [109]:
Диффузионный критерий Нусселъта NuD=——, - выражает отношение интенсивности переноса вещества в ядре фазы конвективной диффузией ((3) к интенсивности переноса в диффузионном слое, где интенсивность переноса определяется молекулярной диффузией (D).
В таблице 6.10 обобщены критериальные комплексы тепловых и диффузионных процессов применительно к сыроделию.
Посолка сыра в бассейне является наиболее распространенным приемом. Несмотря на большой практический опыт, теория посолки остается до конца еще не решенной. Накопленные экспериментальные данные не всегда укладываются в рамки законов диффузионных процессов. С внешней стороны параметрами, определяющие динамику посолки сыра являются, концентрация поваренной соли в рассоле, его температура и кислотность. С внутренней стороны сыра основными влияющими характеристиками являются массовая доля влаги, структурно-механические свойства поверхностного слоя. Экспериментальные данные наглядно показывают влияние влажности сыра, и концентрации рассола на проникновение соли. Независимо от массовой доли влаги в сыре с повышением концентрации рассола коэффициент диффузии снижается.
Схема отбора проб для исследования содержания соли и влаги в твердых сычужных сырах приведена на рисунке 6.6.
Дисперсионный анализ показал, что доля общей изменчивости массовой доли;соли?в; голландском сыре обусловлена в основном изменением массовой долю хлористогошатрия«в рассоле. Степень влияния концентрации рассола на содержание солшвхыре составляет 90,2%. Степень влияния массовой доли вла-гиі в сыре1 находержание-соли в продукте составляет лишь 6,5%, на. долю «неучтенных факторов приходится 3 4% (см. приложение); Таким?образом,,опреде-ляющим! фактором- содержания соли в сыре следует признать концентрацию рассола;. В табл. 6.12 приведены изменения массовой; долтвлаги; в сыре: візрелом возрасте от концентрации рассола и содержания влагишхыре
Технологии новых видов сыров с использованием разработанных методов и технических решений
Технология производства твёрдого сычужного сыра «Сибаковский-ИТ» с использованием БАД «Цыгапан»
В результате исследования биотехнологических параметров процесса созревания молока, формования и созревания сыра была разработана интенсивная технология нового вида сычужного сыра, который получил название «Сибаков-ский ИТ». Сыр «Сибаковский ИТ» относится к группе твердых сычужных сыров с низкой температурой нагревания, вырабатываемый из нормализованного по жиру коровьего молока с использованием бактериальных заквасок и концентратов молочнокислых бактерий, путем свертывания его молокосвертывающим ферментом, с последующей специальной обработкой сырного зерна и созревания сырной массы. Готовый продукт по физико-химическим и органолептиче-ским показателям должен соответствовать требованиям, представленным в таблицах 9.2. и 9.3.
Основными видовыми особенностями сыра «Сибаковский, - ИТ» являются следующие — в 50 дневный, срок сыр имеет нежное пластичное тесто и ровный-рисунок со средними и мелкими глазками. Основные технологические параметры производства сыра «Сибаковский-ИТ»:
1. Сырье - молоко коровье, обезжиренное молоко, закваска, молокосверты-вающий фермент, хлористый кальций, калий азотнокислый. Внесение (Ю...40)-10"3кг/лСОМ.
2. Подогрев при t = (40-45) С и очистка молока на молокоочистителе.
3. Пастеризация при t = (76±2) С с выдержкой (15-25) с.
4. Нормализация по содержанию жира.
5. Охлаждение молока до t = (10±2) С.
6. Созревание молока в танке при t = (10±2) С.
7. Смешивание с незрелым молоком в соотношении 1:2.
8. Подогрев до температуры свертывания (32-34) С и внесение: водного раствора хлористого кальция (СаСІг) из расчета от 10 до 40 г (включительно) безводной соли на 100 кг перерабатываемого молока, закваски в зависимости от степени зрелости молока, активности закваски, молокосвёртывающе-го фермента (2,3±0,1) г на 100 л смеси, калия азотнокислого из расчета от 10 до 30 г на 100 кг перерабатываемого молока.
9. Свертывании смеси в течение (30-35) мин.
10. Разрезка сгустка и постановка зерна в течение (10-15) мин (размер зерна около (6-8) мм), удаление (30-50) % сыворотки от общего объема перерабатываемой смеси.
11. Вымешивание в течение (23±7) мин до получения зерна определенной упругости (при легком нажатиипальцами оно не раздавливается).
12. Второе нагревание в течение (10-15) мин при интенсивном перемешивании. Температура в пределах (40±2) С.
13. Внесение в конце перекачивания сырного зерна в формовочный аппарат 4 г Б АД «Цыгапан».
14. Формование пласта под давлением от 1 до 2 кПа, в течение (15±5) мин и разрезка на бруски, соответствующие размерам форм.
15. Самопрессование (15±5) мин, маркировка.
16. Прессование сыра в течении от 1,5 до 2,0 ч с постепенным повышением давления от 10 до 40 кПа.
17. Посолка сыра от 2,5 до 3,5 суток в солильных бассейнах с концентрацией рассола от 18 до 22 % при t = (8-12) С.
18. Обсушка на контейнерах в солильном помещении 3 суток при t = (8-12) С и относительной влажности воздуха (85-90) %.
19. Созревание сыра 50 суток при относительной влажности воздуха (80-90)%: - первые 15 суток при t = (14-16) С; последующие сутки при t = (12-14) С.
20. В возрасте от 15-20 суток сыр моют, обсушивают и парафинируют.
21. Хранение до (6-8) месяцев при t = (0-4) С и относительной влажности (85-87) %.
Сыр «Сибаковский-ИТ» относится к группе твердых сычужных сыров, на него разработана и утверждена нормативная документация (Приложение).
Следует отметить, что высокое качество сыра «Сибаковский-ИТ» обеспечивается за счет технологических операций по производству сыра, использования новых приемов биотехнологии и высокой санитарной культуры производства предприятия.
Технология производства твердого сычужного сыра «Сибирячка» под воздействием энергоинформационного поля «Биоактиватора» В результате исследования биотехнологических параметров процесса созревания молока, формования и созревания сыра была разработана технология нового вида сычужного сыра, который получил название «Сибирячка». Геометрические параметры, физико-химические и органолептические показатели сыра «Сибирячка» представлены в табл. 9.5, 9.6, 9.7.
Основные технологические параметры производства сыра по интенсивной технологии «Сибирячка»:
1. Сырье - молоко коровье, обезжиренное молоко, закваска, молокосверты-вающий фермент, хлористый кальций, калий азотнокислый.
2. Подогрев при t = (40-45) С и очистка молока на молокоочистителе.
3. Пастеризация при t = (76±2) С с выдержкой (15-25) с.
4. Нормализация по содержанию жира.
5. Охлаждение молока до t = (10±2) С.
6. Созревание молока в танке при t = (10±2) С.
7. Смешивание с незрелым молоком в соотношении 1:2.
8. Подогрев до температуры свертывания (32-34) С и внесение: водного раствора хлористого кальция (СаСЬ) из расчета, от 10 до 40 г (включительно) безводной соли на 100 кг перерабатываемого молока, закваски в зависимости от степени зрелости молока, активности закваски, молокосвёртывающе-го фермента (2,3±0,1) г на 100 л смеси, калия азотнокислого из расчета от 10 до 30 г на 100 кг перерабатываемого молока.
9. Свертывание смеси в течении (30-35) мин.
10.Разрезка сгустка и постановка зерна в течение (10-15) мин (размер зерна около (6-8) мм), удаление (30-50) % сыворотки от общего объема перерабатываемой смеси.
11.Вымешивание в течении (23±7) мин до получения зерна определенной упругости (при легком нажатии пальцами оно не раздавливается).
12. Второе нагревание в течение (10-15) мин при интенсивном перемешивании. Температура в пределах (40±2) С.
13.Формование пласта под давлением от 1 до 2 кПа, в течение (15±5) мин и разрезка на бруски, соответствующие размерам форм.
14.Самопрессование (15±5) мин, маркировка.
15.Прессование сыра в течении от 1,5 до 2,0 ч с постепенным повышением давления от 10 до 40 кПа.
16.Посолка сыра от 2,5 до 3,5 суток в солильных бассейнах с концентрацией рассола от 18 до 22 % при t = (8-12) G 17.Обсушка на контейнерах в солильном помещении 3 суток при:t = (8-12) G и относительной влажности воздуха (85-90) %. 18.Созревание сыра 50 суток под воздействием энергоинформационного поля «Биоактиватора» при t = (12-14) С и влажности воздуха (80-90) %. 19;В возрасте от 15-20 суток сыр моют, обсушивают и парафинируют. 20.Хранение до (6 - 8) месяцев при t = (0 - 4) С и относительной; влажности (85-87)%.
Сыр «Сибирячка» относится к группе твердых сычужных сыров, на него разработана и утверждена нормативная документация (Приложение).
