Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Обзор литературы 7
1.1. Классификация, химический состав и пищевая ценность фризерованных молочных продуктов 7
1.2. Основные технологические факторы, формирующие качество фризерованных молочных продуктов 12
1.2.1. Характеристика используемого сырья 12
1.2.2.Характеристика технологического процесса 20
1.3. Направления совершенствования технологии фризерованных молочных продуктов 30
1.4. Заключение по обзору литературы.
Цель и задачи исследований 36
ГЛАВА 2. Методика проведения исследований... 41
2.1. Методология выполнения работы 41
2.2. Объекты исследования 43
2.3. Методы исследования 43
ГЛАВА 3. Экспериментальная часть 48
3.1. Влияние состава исходной смеси на качество фризерованных
молочных продуктов (ФМП) 48
3.1.1. Влияние белков 49
3.1.2. Влияние жиров 55
3.1.3. Влияние стабилизаторов и стабилизационных систем
3.2. Изучение влияния состава исходной смеси на качество фризерованных молочных продуктов методом математического планирования экспериментов 72
3.3. Влияние технологических факторов на качество фризерованных молочных продуктов 79
3.3.1. Фильтрование смеси 81
3.3.2. Пастеризация смеси 83
3.3.3. Гомогенизация смеси 88
3.3.4. Созревание смеси 91
3.3.5. Фризерование смеси 94
3.3.6. Закаливание фризерованной смеси 101
3.4. Теоретическое основы и обоснование процесса фризерования молочных продуктов 106
ГЛАВА 4. Изучение возможности использования растительного сырья для улучшения качества фршерованныхмолочных продуктов 109
4.1. Теоретическое обоснование и выбор нетрадиционного сырья... 109
4.1.1. Химический состав плодов шиповника ПО
4.1.2. Разработка технологии переработки шиповника 113
4.2. Практическая реализация результатов работы 119
4.2.1. Выбор оптимального количества 119
4.2.2. Состав и свойства фризерованных молочных продуктов 122
4.2.3.Технология и рецептуры фризерованных молочных продуктов 125
4.2.4. Изучение органолептических, физико-химических и органолептических показателей фризерованных молочных продуктов в процессе хранения 128
4.2.5. Эффективность выработки 131
Выводы 132
Список использованных источников
- Основные технологические факторы, формирующие качество фризерованных молочных продуктов
- Объекты исследования
- Изучение влияния состава исходной смеси на качество фризерованных молочных продуктов методом математического планирования экспериментов
- Практическая реализация результатов работы
Основные технологические факторы, формирующие качество фризерованных молочных продуктов
Из немолочного сырья для фризерованных продуктов важное значение имеют свекловичный сахар и сахаристые продукты (мед, патока). Они придают продукту не только сладкий вкус, но и нежную, однородную структуру, а также понижают температуру его замерзания, препятствуя тем самым образованию крупных кристаллов льда при фризеровании [123].
На замерзание влияет концентрация растворенных в смеси веществ (сахарозы, лактозы, минеральных солей). Остальные вещества косвенно оказывают влияние на точку замерзания, замещая воду, вследствие чего увеличивается концентрация водного раствора сахара и солей.
В настоящее время часть свекловичного сахара заменяют карамельной патокой (продуктом неполного гидролиза крахмала), кукурузным сахаром (глюкозой), кукурузным сиропом, медом, сорбитом и ксилитом (для больных сахарным диабетом). Свекольный сахар более сладкий и имеет молекулярную массу в 1,9 раза выше, чем у глюкозы (молекул сахарозы в одном и том же количестве вещества содержится в 1,9 раза больше). Поэтому глюкоза влияет на понижение точки замерзания в 1,9 раза сильнее, чем сахароза, и полностью заменять ею сахар недопустимо.
Плодово-ягодное сырье значительно улучшает вкусовые и питательные качества фризерованных продуктов. Для их приготовления обычно используют абрикосы, клубнику, вишни, персики, сливу, клюкву, яблоки и др. В этих плодах содержится значительное количество углеводов, минеральных солей, органических кислот, витаминов. Применяют их в свежем или замороженном виде, в виде пюре и соков. Плоды и ягоды вносят в смесь в виде варенья, джемов, повидла; в сушеном виде (изюм) или в виде цукатов [124].
Вкусовые и ароматические вещества (ванилин, корицу, кофе натуральный, порошок какао, шоколад, ядра орехов и сладкого миндаля, карамель, кислоты, вино, коньяк) вносят для улучшения вкуса и аромата. Орехи после поджаривания дробят и вносят в продукт в количестве 6% к массе. Порошок какао применяют при выработке шоколадных продуктов и вносят в количестве 2% к смеси.
Яичные продукты добавляют в смесь при выработке некоторых видов фризерованных молочных продуктов, что улучшает их взбитость и вкусовые качества. Применяют только свежие куриные яйца или яичный порошок [52, 117,123].
Обязательным ингредиентом всех видов фризерованных молочных продуктов являются стабилизаторы, которые [12,44, 122]: - осуществляют коллоидную гидрофильную защиту белка, позволяя производить тепловую обработку молочной смеси; - стабилизируют частицы наполнителя, предохраняя их от осаждения; - улучшают консистенцию готового продукта и повышают его сопротивляемость таянию; - связывают свободную воду, повышая вязкость смеси. В качестве стабилизаторов при производстве фризерованных молочных продуктов применяют отечественные (желатин, агар, агароид, альгинат натрия, казеины, пектины, модифицированньїе крахмалы, метилцеллюлозу, фурцелларан) и зарубежные («Хамульсион», «Хан», «Crown») стабилизационные системы [19, 44].
Большинство стабилизаторов (гидроколлоидов) получены из животного (казеин, желатин) и растительного (пектин, метилцеллюлоза, агар) сырья. В настоящее время разработана большая группа гидроколлоидов, полученная путем химической обработки природных веществ (казеина, крахмала, пектина, целлюлозы) [4].
Стабилизаторы можно разделить на следующие группы: белковые (желатин, казеины, соевые белки и др.); растительные (гуммиарабик, гуммигати и др.); пектины (свекловичный, яблочный, цитрусовый, зоостерин и др.); целлюлозы (МЦ-100, натрийкарбоксиметилцеллюлоза и др.); камеди (микробные, растительные); экстракты водорослей (агар, альгинат натрия) [19]. Использованные в технологии приготовления стабилизаторы должны быть безопасны, обладать необходимыми технологическими свойствами, обеспечивая экономичное расходование основного молочного сырья.
Выбор конкретной стабилизационной системы должен учитывать функциональные свойства гидроколлоида, состава среды, режима производства и конкретного вида оборудования.
Желатин предварительно выдерживают в холодной воде для набухания в течение 30-40 мин, нагревают до 60-10С и вносят в количестве до 1% в виде 5-10%-ного раствора при температуре не выше 80С, так как при более высоких температурах желатин денатурирует и его способность к желированию ослабевает [52].
Агар, агароид, альгинат натрия, фурцелларан, получаемые из морских водорослей, по желирующей способности превосходят желатин. Они нерастворимы в холодной воде, но набухают в ней, связывая 4-10-кратное количество воды. Их вносят в количестве до 0,5-0,7%. При этом необходимо помнить, что некоторые стабилизаторы данной группы (например, альгинат натрия) способны осаждать молочные белки [19, 52, 123].
Пектины, выделенные из ягод, овощей и плодов, используют, главным образом, при производстве фруктово-ягодных продуктов, так как они отличаются высокой стойкостью к воздействию кислот. Пектины легко набухают, растворяясь в холодной и горячей воде. Полученные водные растворы обладают большой вязкостью, однако при температурах выше 70С желирующая способность пектина ослабевает. Пектины заливают холодной водой (1:20) и постепенно нагревают при помешивании до полного растворения. Растворы доводят до кипения и кипятят 1-2 мин, затем фильтруют и вводят в смесь перед пастеризацией [52, 124].
Объекты исследования
Проведенные исследования выявили, что термоустойчивость образцов фризерованных молочных продуктов с повышением массовой доли жира увеличивается и подчиняется тем же общим законам, что и результаты, приведенные в табл.3.3.
Однако заметим, что жировая фаза (как более поверхностно-активная, чем белки) обладает сравнительно более сильными стабилизирующими свойствами и при прочих равных условиях сильнее повышает термоустойчивость готовой продукции. Вероятно, определяющим является то, что жир находится в сориентированном состоянии на поверхности раздела фаз, а уменьшение белка в оболочке жировых шариков является при фризеровании незначительным в силу кратковременности процесса.
Изменение нативных оболочек и і идрофобизация жировых шариков в процессе подготовки смеси к фризерованию приводят к возникновению структурных связей между ними, что подтверждено результатами реологического анализа (рис.3.2).
На основании динамики изменения напряжения сдвига при различных скоростях сдвигающей деформации можно предположить, что межмолекулярные связи, обусловленные липидными компонентами, являются более прочными, чем связи, обусловленные пространственной структурой белка (возможно, молекулы белка выполняют функцию стабилизатора эмульсии, усиливая тем самым поверхностно-активные свойства жиров). Указанные связи между гидрофобизированными шариками могут возникнуть в соответствии с теорией ДЛФО при их сближении.
Характер реологических кривых также свидетельствует о наличии тиксотропних свойств в системе, поскольку в результате эксперимента были обнаружены петли гистерезиса. Это согласуется с литературными данными, указывающими на наличие между жировыми шариками во флокулятах жидких прослоек, свидетельствующих о существовании коагуляционных структур, которые обладают способностью разрушаться под влиянием внешних сил и восстанавливаться после прекращения их действия.
Обнаруженные закономерности научно доказали, что с повышением массовой доли жира во фризерованных молочных продуктах улучшается их качество. На наш взгляд, с практической точки зрения нецелесообразно снижать количество жира в смеси ниже установленных значений без предварительного использования улучшителей качества фризерованных молочных продуктов (стабилизаторов, структурообразователей, стабилизационных систем). Для выяснения роли последних в формировании качества фризерованных молочных продуктов была проведена серия экспериментов.
На термоустойчивость фризерованных молочных продуктов влияет количество и вид стабилизатора, используемого в рецептуре. Он связывает воду и способствует коллоидной защите белка, позволяя производить тепловую обработку смеси. Современная пищевая промьппленность располагает большим многообразием стабилизаторов, однако различные виды крахмалов являются наиболее распространенными (до 80% от всех используемых стабилизаторов).
При проведении исследований в качестве стабилизаторов фризерованной структуры использовали пищевой желатин, модифицированный крахмал, крахмал картофельный пищевой и пектин свекловичный. В качестве стабилизационной системы использовали стабилизатор-эмульгатор Шерекс 9456. Подготовку стабилизаторов осуществляли согласно общероссийским техническим условиям (ТУ 10.16.0015.005-90). В качестве критериев оценки состава и свойств фризерованных молочных продуктов использовали реологические характеристики и устойчивость к таянию (время накопления одной капли плава) в провокационных условиях. Результаты исследований представлены в табл.3.6-3.9 и на рис. 3.3-3.6. Знаком ( ) обозначена концентрация стабилизатора, рекомендованная в нормативной документации.
Анализ полученных результатов показал, что с повышением массовой доли желатина в образцах фризерованных молочных продуктов повышается их термоустойчивость, а структура упрочняется прямопропорционально количеству внесенного стабилизатора.
Динамика изменения устойчивости в процессе хранения подчиняется следующим законам: с увеличением концентрации желатина от 0 до 0,3% значения устойчивости в процессе хранения уменьшаются, очевидно, вследствие недостаточного количества стабилизатора (для поддержания фризерованной структуры). С повышением массовой доли стабилизатора от 0,3 до 0,6% отмечено некоторое увеличение значений термоустойчивости в процессе хранения. Так, в образцах молочных продуктов без желатина после окончания срока хранения время накопления одной капли плава снизилось в 1,60 раза, аналогичные значения для образцов с массовой долей желатина 0,3% снизились всего в 1,26 раза, а при увеличении концентрации желатина до 0,6% рассматриваемый параметр возрос в 1,26 раза.
Можно предположить, что это связано с перераспределением влаги между отдельными элементами полидисперсной структуры, а также ее частичного испарения (на реологических кривых отмечен рост значений напряжения сдвига изучаемых образцов с одинаковым содержанием желатина в процессе хранения).
Изучение влияния состава исходной смеси на качество фризерованных молочных продуктов методом математического планирования экспериментов
Результаты, приведенные в табл. 3.14, позволили установить, что с повышением давления гомогенизации органолептические показатели качества достигают своих максимальных значений (100 баллов) при давлении гомогенизации 17,5-20,0 МПа. Дальнейшее увеличение давления гомогенизации не приводит к улучшению органолептических показателей готовых продуктов. В связи с этим, а также учитывая, что гомогенизация является наиболее энергоемким процессом в молочной промышленности, считаем нецелесообразным рекомендовать гомогенизацию смеси перед фризерованием при давлении выше 20 МПа.
С повышением давления гомогенизации количество жировых шариков возрастает и уменьшается их объем вследствие уменьшения диаметра.
Экспериментально доказано, что гомогенизированная смесь обладает лучшими свойствами взбивания при одновременном замораживании, вероятно, вследствие увеличения вязкости. Об этом можно судить по значениям коэффициентов уравнения Гершеля - Балкли (табл. 3.15), которое описывает нелинейные кривые течения различных видов исследуемых образцов. Значения предельного напряжения сдвига гомогенизированной смеси с массовой долей жира 8,0; 8,5; 9,0; 9,5 и 10% выше значений предельного напряжения сдвига негомогенизированной смеси на 24,5; 20,0; 18,0; 16,1; 14,4%, соответственно.
Коэффициенты уравнения Гершеля - Балкли гомогенизированных и негомогенизированных смесей для производства фризерованных молочных продуктов (содержание белка 3,0%) Массовая доля жира в смеси, % Коэффициенты уравнения Гершеля - Балкли негомогенизированная смесь гомогенизированная смесь 0о 102, Па кно2,Па с п 9о 102, Па К 102, Па с И 8,0 1,02±0,03 0,71+0,01 0,510+0,008 1,27±0,03 0,90±0,02 0,549±0,003 8,5 1,16±0,04 0,83±0,02 0,560±0,009 1,38±0,04 1,00±0,03 0,604±0,009 9,0 1,28±0,05 0,94±0,04 0,598±0,009 1,51+0,05 1,13±0,05 0,650+0,011 9,5 1,43±0,07 1,05±0,05 0,625±0,011 1,66±0,05 1,29±0,07 0,684±0,014 10,0 1,60±0,08 1,12±0,05 0,652+0,015 1,83±0,07 1,43±0,07 0,713±0,018 Повышение значений вязкостных характеристик, вероятно, связано с увеличением поверхности раздела фаз, что в дальнейшем будет способствовать возникновению двух структур - коагуляционной и кристаллизационной.
Отметим, что после гомогенизации начинается процесс возникновения различных типов связей между контактирующими элементами смеси (белками, липидами, водой, углеводами и другими веществами). Окончательная физическая структура фризерованных молочных продуктов, определяющая их качество, зависит от химического состава сырья и особенностей процесса его переработки. Изменения, происходящие со смесью в результате гомогенизации, на дальнейших этапах технологической обработки приводят к устойчивым изменениям, формирующим качество готовой продукции. В связи с этим, уточнение и конкретизация влияния отдельных процессов производства замороженных молочных продуктов со взбивши структурой является актуальной.
После гомогенизации смесь охлаждают до температуры от 2 до 6С. Для этой цели используют автоматизированные пластинчатые пастеризационно-охладительньїе установки, пластинчатые и кожухотрубные охладители, оросительные охладители открытого или закрытого типа и другое оборудование.
Охлажденную смесь направляют в специальные резервуары или в сливкосозревательные ванны для кратковременного хранения. При несоответствии состава смеси требованиям нормативной документации ее нормализуют.
Хранение (созревание) является обязательной стадией технологического процесса только для смесей с использованием стабилизатора. Такие смеси выдерживают при температуре не выше 6С в течение от 4 до 12 часов. При этом повышается их вязкость (происходит созревание или «старение» смеси). Поскольку в работе использовали стабилизационную систему шерекс \ модифицированный крахмал в процентном соотношении к массе смеси как 0,3:1 ив связи с отсутствием в нормативной документации практических рекомендаций по использованию данных видов стабилизаторов, считали необходимым исследовать процесс созревания смеси более подробно. Результаты исследований приведены на рис 3.18 и 3.19. ч—і Рис.3.18 Изменение вязкости смеси образцов фризерованных молочных продуктов с различной массовой долей белка
В результате исследований было выявлено увеличение вязкости системы независимо от ее исходного состава. Это, вероятно, связано с набуханием рецептурных компонентов смеси (белков, шерекса), поскольку они обладают гидрофильными свойствами.
Процесс набухания при температуре от 4 до 6С наиболее интенсивно протекает с начального момента хранения до шести часов хранения. Стабилизация вязкости свидетельствует о насыщении свободных связей, завершении формирования гидратных адсорбционных слоев и полной готовности смеси к фризерованию.
Благодаря набуханию белков и стабилизатора возникает большое число межмолекулярных связей, что является причиной возникновения физико-химических и физико-механических форм связи воды, наличие которых отмечают исследователи [30].
С повышением массовой доли жира в смеси при прочих равных условиях конечные значения вязкости повышаются в среднем на 5-14%. Это, очевидно, связано с образованием кристаллических форм триглицеридов, обуславливающих конечную вязкость продуктов. Процесс кристаллизации триглицеридов не заканчивается в момент охлаждения смеси, что обусловлено полиморфизмом триглицеридов. Его протекание во времени обусловлено различием характера построения элементарной кристаллической решетки, формой кристаллов, температурой плавления и другими свойствами [120].
Таким образом, считаем целесообразным рекомендовать созревание смеси не менее шести часов независимо от состава. Процесс созревания является заключительным на подготовительном этапе к фризерованию смеси.
При фризеровании смесь насыщается воздухом (взбивается) и частично замораживается; воздух распределяется в продукте в виде мельчайших пузырьков, смесь охлаждается до криоскопической температуры (в зависимости от состава смеси от минус 2,3 до 4,5 С), после чего начинается ее замерзание. При этом, чем ниже температура хладагента во фризере и интенсивней перемешивание смеси, тем быстрее образуются кристаллы льда и тем они мельче. При фризеровании начинается формирование структуры, которое заканчивается после закаливания. Температура на выходе из фризера должна быть не выше минус 3,5С. Взбитость готовой продукции обусловлена составом исходной смеси, в том числе видом специально вносимого стабилизатора и наличием стабилизирующих веществ в составе основных компонентов продукта, видом оборудования и других факторов.
В связи с вышеизложенным, считали важным оценить влияние процесса фризерования на качество фризерованных молочных продуктов. На первом этапе изучали влияние состава исходной смеси и температуры фризерования на степень взбитости фризерованных молочных продуктов. Результаты эксперимента приведены на рис.3.20 и рис.3.21.
Практическая реализация результатов работы
Химический состав фризерованных молочных продуктов, контрольного и разработанных образцов, приведен в табл.4.4.
Анализ химического состава фризерованных молочных продуктов с пюре (подваркой) из плодов шиповника показал, что благодаря вносимым компонентам массовая доля жира снизилась в 1,66 и 1,75 раза, соответственно. Это соответствует концепции рационального питания (улучшилось соотношение белков, жиров и углеводов в продуктах). В продукте, содержащем пюре из шиповника количество моно- и дисахаров снизилось на 15,4%. Это позволило снизить энергетическую ценность готовых продуктов на 25,6 и 8,5%, соответственно. Решение проблемы снижения энергетической ценности готовой продукции актуальна в связи с избыточным потреблением легкоусвояемых углеводов и жиров.
Увеличение значений калий-натриевого коэффициента на фоне общего увеличения золы должно способствовать улучшению функционирования сердечно-сосудистой системы. Повышение массовой доли железа (за счет Fe , находящегося в растительных продуктах) придает фризерованным молочным продуктам профилактические свойства.
Отметим, что в продукте, содержащем пюре из шиповника, количество аскорбиновой кислоты возросло до 0,4-0,5 рекомендуемых суточных норм, а наличие в готовой продукции биофлавоноидов должно способствовать лучшему его усвоению из молочных продуктов. За счет биофлавоноидов продукты должны обладать свойством нормализации давления.
По органолептическим и физико-химическим показателям, фризерованные молочные продукты должны соответствовать требованиям, приведенным в табл.4.5 - 4.6.
Производство фризерованных молочных продуктов с использованием пюре (подварки) из плодов шиповника состоит из ряда последовательных операций. Технологическая схема производства фризерованных молочных продуктов приведена на рис. 4.5.
Все сырье перед использованием принимает мастер по количеству и качеству, установленному ОТК (лабораторией) предприятия.
Цельное молоко фильтруют, сухое молоко просеивают через сито с ячейками не более 2,5 мм, сливочное масло зачищают, подварку прогревают до температуры (95-100)С и охлаждают до температуры (25-30)С.
Первым в смесительную ванну вносят молоко, которое подогревают до (50-60)С. Сухие молочные продукты восстанавливают указанным количеством воды и перемешивают до исчезновения комочков. При постепенном перемешивании вносят сливочное масло, а затем стабилизаторы.
Полученную смесь пастеризуют при температуре (82-85)С с выдержкой 3-5 мин, охлаждают до температуры (60-63)С и гомогенизируют при давлении 17,0-17,5 МПа. После гомогенизации смесь охлаждают до температуры (2-6)С и отправляют на созревание в течение 5,5-6,5 часов.
Пюре (подварку) предварительно подогретую до кипения и охлажденную до температуры (30-35)С, вводят в охлажденную смесь перед фризерованием. Смесь поступает на фризерование до конечной температуры от минус 4,5С до минус 5,5С и степени взбитости не менее 120%.
После фризерования продукт фасуют и закаливают при температуре минус 35С до температуры в толще продукта не выше минус 20С.
Упаковку, маркировку фризерованных молочных продуктов производят в соответствии с требованиями технических условий.
Изучали влияние различных условий хранения на органолептические показатели качества фризерованных молочных продуктов. В качестве объектов исследования были выбраны образцы с использованием пюре (подварки) из плодов шиповника. Результаты исследований приведены в табл.4.8.
Анализ полученных результатов показал, что с понижением температуры хранения органолептические показатели качества фризерованных молочных продуктов изменяются в меньшей степени, причем независимо от температуры и сроков хранения наблюдается тенденция к ухудшению органолептических показателей. Изменения, происходящие с контрольным образцом, выражены более значительно. При температуре (-30...-35)С; (-20...-25)С и (-Ю...-15)С бальная оценка органолептических показателей снизилась на 3,09; 5,67 и 12,89%, соответственно. Для разработанных продуктов (с пюре и подваркой) аналогичные значения составили 5,00; 5,50; 9,5% и 5,00; 6,00; 7,00%, соответственно, то есть ухудшение органолептических показателей происходит медленнее.
Основными дефектами, ухудшающими качество, является уплотнение структуры (очевидно, вследствие испарения влаги), появление трещин на поверхности, а также незначительное ухудшение вкуса и запаха (вследствие окисления липидов, разрушения красящих веществ и т.д.).
В целом, для максимального сохранения органолептических показателей качества в процессе хранения необходимо использовать температуру хранения не выше минус 20С.
С целью подтверждения результатов сенсорного анализа изучали изменения физико-химических показателей качества готовых продуктов в процессе хранения. Результаты исследований приведены на рис.4.6.
