Содержание к диссертации
Введение
Глава I. Состояние вопроса
1. Кисломолочные диетические напитки и их роль в питании человека 7
2. " Кислоспиртовые" молочные напитки 11
3. Кумыс из кобыльего молока 20
4. Напитки типа кумыса из коровьего молока 24
Глава II. Объекты и методы исследований
1. Характеристика кобыльего молока, компонентов кумысной смеси из коровьего молока и смеси 33
2. Методика проведения экспериментов в лабораторных и производственных условиях 35
3. Методы исследований 39
Глава III. Технологические особенности получения кушса из кобыльего и компонентов коровьего молока
1. Сравнительный состав и физико-химические свойства кумысной CMBGи и кобыльего молока 47
2. Отработка технологических параметров и режимов 61
3. Биохимические изменения кумысной смеси и кобыльего молока в процессе брожения 68
4. Динамика отдельных групп микроорганизмов в процессе "кумысного" брожения 76
Глава ІV. Влияние отдельных технологических факторов на качество кумыса из кошонентов коровьего молока
1. Основные критерии качества кумыса и выбор значимых технологических факторов 85
2. Математическая модель процесса приготовления кумыса из компонентов коровьего молока 92
Глава V. Получение кумыса из компонентов коровьего молока в производственных. условиях, и. проверка его лечебных свойств 110
заключение 110
Выводы 114
Литература 116
Приложения 131
- Кислоспиртовые" молочные напитки
- Методика проведения экспериментов в лабораторных и производственных условиях
- Отработка технологических параметров и режимов
- Математическая модель процесса приготовления кумыса из компонентов коровьего молока
Введение к работе
Главной задачей десятого пятилетнего плана развития народного хозяйства нашей страны является обеспечение дальнейшего подъема материального и культурного уровня жизни народа на основе высоких темпов развития социалистического производства, научно-технического прогресса и ускорения роста производительности труда.
В удовлетворении потребностей населения страны в продуктах питания большая роль принадлежит молочной промышленности.
директивы 25 съезда КПСС по пятилетнему плану развития народного хозяйства СССР на 1976-1980 годы предусматривают увеличение производства молочной продукции на 20-22%. При этом намечается повысить качество, биологическую ценность и вкусовые достоинства продуктов питания, расширить их ассортимент.
В выполнении этих задач значительное место отводится производству кисломолочных продуктов, в частности, кумыса, обладающего высокими питательными и биологическими свойствами и являющегося диетическим и лечебным напитком.
Издавна известно производство кумыса из кобыльего молока, однако, до сих пор оно не приобрело промышленного масштаба. Это объясняется тем, что вырабатывают его только в районах табунного коневодства; получение кобыльего молока носит резко сезонный характер, и стоимость его высокая.
Поэтому с давних пор внимание специалистов привлекает вопрос использования для изготовления кумыса коровьего молока. Вместе с тем, молоко кобылиц в отличие от молока других животных имеет свои сугубо специфические особенности (это альбуминовое
молоко, с большим содержанием молочного сахара, малыми размерами жировых шариков, значительным содержанием витамина С).
Все ранее предложенные способы технологии кумыса из коровьего молока (Нудельман, 1937; Толмачева, 1957; Хрулькевич,1959; Хрисанфова, 1965; Селезнев, Артыкова, 1967) мало учитывают эти отличительные особенности. Они базируются, в основном, на использовании обезжиренного молока с введением свекловичного сахара. Химический состав и физические свойства такого кумыса по содержанию белков, жира, сухих веществ, витаминов не идентичны кумысу из кобыльего молока. Поэтому данные продукты скорее могут иметь самостоятельное существование, как питательные, целебные, диетические кисломолочные напитки.
К решению же задачи создания действительно кумыса из коровьего молока, очевидно, наиболее целесообразно подходить путем подбора компонентов коровьего молока для составления смеси, максимально приближенной по химическому составу и физическим свойствам к кобыльему молоку, и из нее, применяя соответствующие технологические приемы, изготовлять напиток, аналогичный кумысу натуральному.
Решению вопросов изучения технологических особенностей производства кумыса из компонентов коровьего молока посвящена диссертация.
При проведении настоящей работы были поставлены следующие основные задачи:
Подобрать компоненты смеси для кумыса, исследовать ее химический состав и биохимические изменения в процессе сквашивания и созревания.
Исследовать развитие отдельных групп микрофлоры заквас-
ки в процессе"кумысного брожения'при использовании смеси из коровьего молока и кобыльего молока.
Отработать технологические параметры и режимы процесса приготовления кумыса,
Изучить влияние отдельных технологических факторов на качественные показатели готового продукта.
Проверить возможность приготовления кумыса по новой технологии в производственных условиях.
Кислоспиртовые" молочные напитки
В основе производства кислоспиртовых молочных напитков лежат два вида брожения: молочнокислое, вызываемое молочнокислыми микроорганизмами, и спиртовое, осуществляемое дрожжами: молочный сахар молочная кислота молочный сахар этиловый спирт углекислый газ
На первой стадии брожения под действием фермента - галак-тозидазы, вырабатываемого молочнокислыми бактериями и некоторыми дрожжами, молочный сахар расщепляется на глюкозу и галактозу:
Моносахариды подвергаются дальнейшему расщеплению с образованием молочной кислоты, этилового спирта, углекислоты, и многих других вкусовых и ароматических веществ.
В результате ферментативных превращений из моносахаров образуются по две молекулы пировиноградной кислоты, которая (в случае молочнокислого брожения) под действием фермента лактатдегид-рогеназы восстанавливается до молочной кислоты:
При спиртовом брожении в конечной стадии пировиноградная кислота под действием пируватдекарбоксилазы, находящейся в клетках дрожжей, расщепляется на уксусный альдегид и углекислый газ: а уксусный альдегид с помощью алкогольдегидрогеназы восстанавливается в спирт:
Следовательно, основное различие между молочнокислым и спиртовым брожением состоит в том, что при молочнокислом брожении происходит непосредственное восстановление пировиноградной кислоты, а при спиртовом - после декаброксилирования.
Фактически, процесс брожения очень сложен. Биохимическое расщепление сахара сопровождается образованием промежуточных продуктов в результате взаимосвязанных реакций, катализаторами которых служат ферменты. В настоящее время установлено, что в брожении участвуют более 20 ферментов, примерно 6-8 кофермен-тов, ионы магния; и их действие описывается схемой Эмбдена-Мейергофа-Парнаса (рис.1) /#ердман,1962;3барекий,1965; Дэвис, 1966; Роут,І966; КреТ0ВИЧ,І97І; Kandler ,1961; Reiter , Oram ,1962/.
В итоге, кроме молочной кислоты, этилового спирта, углекислоты, в кислоспиртовых молочных напитках образуются в небольшом количестве пропиловый, бутиловый спирты, уксусная, пропноновая, пировйноградная, янтарная кислоты, альдегиды, глицерин, различные эфиры, ацетоин, диацетил и другие пахучие соединения; именно эти вещества и придают продуктам своеобразный вкус и аромат.
Поскольку кислоспиртовые молочные напитки являются продуктами жизнедеятельности молочнокислых бактерий и дрожжей, важно рассмотреть вопрос о взаимоотношениях микроорганизмов.
Большинство исследователей находят определенные симбиоти ческие отношения между молочнокислыми палочками и дрожжами Волкова-І гбель,І9Іб; Палладина,І94І; Полонская,1953; Кудряв цев,1954; Мелузова,1958; Квасников,I960; Ризванов,1960; Груд зинская,І968; Скородумова,І969; Еркинзян,1971; Королева,1975; Rogosa , Morrison ,1948; Rogosa , Sharpe ,1959/.
Механизм и внутренний смысл симбиоза между молочнокислыми бактериями и дрожжами весьма сложны. В большинстве случаев сим-биотический характер взаимоотношений между этими микроорганизмами основан, во-первых, на способности использовать продукты обмена друг друга; так, дрожжи для своего развития нуждаются в работе молочнокислых бактерий; бактерии в присутствии дрожжей лучше развиваются и дольше сохраняют свою активность. Дрожжи являются ценным источником витаминов и аминокислот, к которым особенно требовательны молочнокислые бактерии. Молочнокислые палочки продуцируют молочную кислоту, которая потребляется дрожжами и тем самым создаются более благоприятные условия для развития самих молочнокислых бактерий. Молочнокислым палочкам необходим рибофлавин, который синтезируют дрожжи. Во-вторых, оба вида микроорганизмов, образуя такие продукты, как спирт, молочная кислота, препятствуют развитию посторонних микробов, и таким образом, защищаются от конкуренции;в-третьих, дрожжи потребляют растворенный в воде кислород, создавая тем самым более анаэробные, то есть благоприятные условия для развития молочнокислых бактерий.
Состав микрофлоры кислоспиртовых молочных напитков исследовался многими учеными /Григорьев,1884; Шипин,1899; Бачинская-Райченко,19П; Лервозванский,1922; 0мелянский,1923; Горовиц-Власова,1928; Богданов,1930; Войткевич,І934; 1937; Марков-Осор-гин,1941; Халдина,1948; Хунданов,1949; Жилин,1952; Киселева, 1954; Чужова,І958; Маханта,1961; Хрисанфова,1965; Грудзинская, 1968; Дуйсембаев,1968/.
Первые исследования микрофлоры кумыса относятся к 80-м годам прошлого столетия. Они заключались только в бактериоскопии кумыса /Ландовскии,І874; Биль,1881; Сорокин,1883; Григорьев, 1885/. Впервые культуру кумысной палочки получил Шипин /1899/. В последующем, работами Бачинской-Райченко /І9ІІ/, Мажбича /1928/, Войткевича, Рунова /1934/, Самсонова /1936/, Маркова-Осоргина /1941/, Халдиной /1946/, Курамшиной /1956/ и других, было установлено, что основную микрофлору кумыса составляют молочнокислые палочки типа болгарской и дрожжи, сбраживающие лактозу.
Сведения о микрофлоре чала (шубата) встречаются в литературе реже. Так, Горовиц-Власова /1928/, Курамшина /1958/ обнаружили Содержание В Шубате МОЛОЧНОКИСЛОЙ палОЧКИ Васt.bulgarіcum и дрожжей рода Toruia ( Toruiopsis) . Эти исследования подтверждены в более поздних работах Киселевой /1954,1955/, Кулиевым /1958/.
Методика проведения экспериментов в лабораторных и производственных условиях
Проведение экспериментов с целью изучения химического состава и биохимических изменений кумысной смеси и кобыльего молока., а также технологических особенностей приготовления кумыса из компонентов коровьего молока, осуществляли в условиях экспериментального цеха Еелфилиа.ла ВНИМИ и в производственных условиях на Минском ГМЗ В 2, где для этого была смонтирована специальная линия для приготовления кумыса.
При разработке технологии мы отталкивались от существующей, разработанной ранее во ВНИМИ для кумыса из обезжиренного коровьего молока, и от технологии приготовления кумыса из кобыльего молока. Для возбувдення "кумысного брожения" была использована специальная кумысная закваска на чистых культурах ацидофильной и болгарской палочек и молочных дрожжей, сбраживающих лактозу /Банникова, Лапшина, 1970/. Приготовление закваски осуществляли по разработанной Белфилиалом ВНИМИ инструкции.
Технологический процесс производства кумыса из компонентов коровьего молока осуществляли по следующей схеме: приемка и подготовка сырья, пастеризация, гомогенизация и охлаждение, заквашивание и сквашивание, охлаждение, розлив, укупорка, созревание и хранение готового продукта. /Шамгин и др.,1978/.
При сравнительном изучении биохимических изменений кумысной смеси и кобыльего молока во время получения кумыса, процесс приготовления кумыса из кобыльего молока вели в соответствии с технологической инструкцией по производству кумыса натурального из кобыльего молока (МРТУ 46 573-69). При этом процесс сквашивания заканчивали по достижении одинакового уровня кислотности, розлив продуктов производили в молочные бутылки, созревание проводили в равнозначных условиях.
Исследования осуществляли в исходном сырье и готовых продуктах I-, 2-й 3-х суточной степени зрелости. Микробиологические анализы проводили по этапам технологического процесса.
В объектах исследования определяли титруемую и активную кислотности, плотность и содержание сухих веществ, содержание жира, белка, лактозы, витаминов С, Bj и Bg; накопление таких продуктов метаболизма, как молочная и летучие кислоты, спирт, углекислый газ, диацетил, ацетоин. Внешний вид напитка характеризовали устойчивостью суспензии. Кроме того, определяли дисперсность белкового комплекса сырья, аминокислотный состав, состав липидов. Из микробиологических анализов осуществляли количественный учет дрожжей и молочнокислых бактерий.
Определение титруемой и активной кислотностей, плотности, содержания сухих веществ, жира проводилось общепринятыми методами, изложенными в рзгководстве Инихова и Врио /1971/. При этом в готовом продукте определялась постоянная кислотность, то есть освобожденная от побочного действия углекислого газа (ГОСТ 3624-67). Стабильность суспензии определяли методом отстоя в мерных цилиндрах емкостью 100 мл; данный показатель выражался количеством миллилитров выделившейся сыворотки. Количество белка определяли по Роуланду, лактозы - по Бертрану; накопление летучих кислот - по Дюкло; молочной кислоты - по Пиккерингу и Клеггу, в модификации Новотельнова, Шмелевой, Деревянко, для кисломолочных напитков; содержание диацетила и ацетоина определяли по методу Пьяновского в модификации Залашко и Макарь-иной /йнихов, Брио,1971/.
Определение углекислого газа производили экспресс-методом с баритовой водой, в прописи Скородумовой /1963/, содержание спирта - пикнометрическим способом (ГОСТ 3629-47).
Определение витаминов Bj и Вр осуществляли флуорометриче-ским методом, измерения проводили на лабораторном электронном флуорометре типа ЭФ- ЗМ /Букин и др. ,1955; Поволоцкая и др., 1955/.
Содержание аминокислот определяли на автоматическом анализаторе аминокислот типа на - 1200 Е. Гидролиз проводился 6н неї в запаянных ампулах при температуре П0С и давлении 0,5 атм в течение 14 часов. /Бэйли,1965/.
Фракционный состав липидов определяли методом тонкослойной хроматографии /Прохорова, Тупикова,1965; Инихов, Брио,1971/. Разделение липидов проводили на стеклянных пластинках с силикагелем марки КСК (размер 150-200 меш) в системе растворителей петролейний эфир-диэтиловый эфир-ледяная уксусная кислота (73:25:2) в -течение 50 мин. при комнатной температуре. Высушенные на воздухе хроматограммы проявляли спиртовым раствором родамина G- 6. При качественном определении фракций полученные пятна сравнивали со свидетелями. Количественное содержание каждой фракции определяли методом взвешивания, после ее экстрагирования растворителем.
Жирнокислотный состав липидов исследовали методом газожидкостной хроматографии /Прохорова, Тупикова,1965; Алимова, Аствацатурьян,1967; Jaky м. ,1971/. Газожидкостный анализ проводили на хроматографе мХром-4. Хроматографированию подвергали метиловые эфиры жирных кислот. Метилирование липидов осуществляли метилатом натрия. Идентификацию пиков проводили по хроматограммам индивидуальных кислот. Процентное содержание кислот определяли по площади пика.
Отработка технологических параметров и режимов
Если заканчивали процесс сквашивания раньте, не доводя КИСЛОТНОСТЬ до 80Т, односуточный кумыс получался невыраженным. В случав завершения этого этапа технологического процесса приготовления кумыса при кислотности, превышающей 80Т, готовый продукт имел излишнюю кислотность и сильно дрожжевой привкус.
В табл.19 показаны биохимические изменения кобыльего молока и кумысной смеси в процессе сквашивания. Поскольку при приготовлении кисломолочных продуктов в первую очередь изменению подвергается молочный сахар, содержание его в исходном сырье имеет большое значение и определяет свойства конечного продукта. В коровьем молоке небольшое количество сахара (4,5$) ограничивало развитие спиртового брожения ( в кумысе из обезжиренного коровьего молока(. В кумысной смеси и кобыльем молоке содержалось в1,5 раза больше лактозы, чем в коровьем молоке, поэтому и спиртовое брожение в них происходило более активно.
Процесс сквашивания продолжался до достижения кислотности 80+-2Т, при этом наблюдалось некоторое накопление спирта, летучих кислот по сравнению с моментом заквашивания; но уменьшалось количество СС , очевидно из-за "вымешивания" его. Содержание сухих веществ также несколько уменьшалось за счет выделения летучих веществ при сбраживании лактозы. В период заквашивания в связи с большим количеством закваски содержание молочного сахара уменьшалось примерно на 13$ и к концу сквашивания количество лактозы составляло уже 74+1 0 от исходной величины.
Нарастание кислотности в процессе сквашивания показано на рис.6, откуда видно, что в кумысной смеси молочнокислый процесс брожения протекал несколько активнее по сравнению с кобыльим молоком; процесс сквашивания заканчивался в среднем на I час раньше. При этом следует отметить, что снижение активной кислотности происходило гораздо быстрее в кобыльем молоке, что объясняется разницей в буферных свойствах последнего, за счет меньшего содержания белковых веществ.
Для обогащения кумыса продуктами спиртового брожения, протекающего при более низких температурах, после сквашивания проводили процесс созревания. С целью его активизации устанавливали выдержку после сквашивания в течение 2+1 часов при температуре 16 18С. Более длительная выдержка при указанной температуре нежелательна,
За время проведения такой выдержки в продукте несколько увеличивалась титруемая кислотность ( на 2-4Т), происходило некоторое накопление спирта, летучих кислот. А главным результатом являлось накопление биомассы дрожжей в процессе выдержки ( рис.7), оказывающее влияние на последующий процесс созревания, накопление в готовом кумысе продуктов спиртового брожения.
Было установлено, что с увеличением времени выдержки происходило значимое нарастание количества дрожжевых клеток и соответственно изменялись показатели качества готового продукта (табл.20).
После выдержки в течение 2 1 часов продукт разливали в молочные бутылки и укупоривали алюминиевыми колпачками.
Небезинтересным на наш взгляд казалось сравнительное изучение накопления углекислоты в кумысе при различных способах его укупорки. Во всех существующих технологиях приготовления кумыса, последний разливают в узкогорлые бутылки и укупоривают кронен-коркой.
В результате проведенных исследований было установлено, что содержание С05 в бутылках под кронен-коркой почти вдвое превышало его количество в молочных бутылках, то есть содержание углекислого газа составляло в среднем 0,4$.
Таким образом, герметическая укупорка способствовала большему накоплению COg в напитке, однако, она существенно влияла на его внешний вид: обычно в узкогорлых бутылках наблюдался порок консистенции - отстой сыворотки. То есть в данном случае не происходило перемещение пузырьков газа, что способствовало некоторому перемешиванию содержимого бутылки. В молочных бутылках под алюминиевыми колпачками избыточное количество углекислого газа постоянно улетучивалось; при этом сохранялось определенное равновесие между вновь образующимся и выделяющимся газом ( равное примерно 0,2$). Это передвижение газа внутри бутылки являлось одним из условий, способствующих получению продукта однородной, стабильной консистенции.
Математическая модель процесса приготовления кумыса из компонентов коровьего молока
Для количественного выяснения зависимостей показателей качества кумыса от технологических акторов был проведен эксперимент по плану дробного (Д&Э) и полного факторного эксперимента (ПфЭ); в этом случае опыты ставились отдельно для каждой ф/нкции отклика в зависимости от факторов, оказывающих влияние на данный показатель качества (табл.30,31,32). После реализации матриц были найдены коэффициенты в уравнение регрессии:
Из полученных в результате факторного эксперимента уравнений видно, что основными факторами, влияющими на величину кислотности готового кумыса, являлись кислотность в конце сквашивания, затем температура хранения, время выдержки после сквашивания, температура сквашивания и начальная кислотность. Здесь находит подтверждение тот факт, что кислотность в конце процесса сквашивания, будучи сама результирующей нескольких составляющих, оказывала наибольшее влияние на кислотность готового продукта, по сравнению с остальными перечисленными фак-торами. При увеличении этих факторов увеличивалась кислотность напитка.
То же самое можно сказать и о влиянии технологических факторов на содержание спирта в продукте.
Количество С( 2 в кумысе зависило, главным образом, от температурных условий хранения напитка, то есть условий, наиболее благоприятных для развития микрофлоры кумыса. Чем выше температура хранения, тем активнее протекал процесс брожения и происходило большее накопление углекислого газа. Перемешивание сгустка в процессе сквашивания уменьшало содержание углекислоты.
В то же время фактор перемешивания (аэрации) являлся необходимым условием для получения напитка с однородной, стабильной консистенцией. Кроме того, на отстой сыворотки в кумысе оказывало влияние проведение процесса гомогенизации и температурный режим при хранении. В результате гомогенизации повышалась дисперсность жира и белковых фракций смеси, что способствовало получению однородной консистенции готового продукта. Повышение температуры созревания (хранения) стимулировало развитие молочнокислого и спиртового брожения, накопление продук тов брожения. Так, углекислота, в виде пузырьков газа, поднимаясь сквозь толщу кумыса, производила непрерывное механическое перемешивание жидкости, выравнивая концентрацию составных частей бродящего молока. Кроме того, движущиеся газы разбивали образующиеся сгустки белка на мелкие хлопья, следствие чего кумыс имел жидкую консистенцию, без отстоя сыворотки, С понижением температуры хранения процесс брожения затормаживался, выделение С02 замедлялось, вследствие чего прекращалось и самопроизвольное перемешивание продукта в бутылках, появлялся отстой сыворотки.
После проверки адекватности уравнений (табл.33) было установлено, что полученная математическая модель адекватно описывала технологический процесс производства кумыса из компонентов коровьего молока.
Как видно из табл. для всех случаев выполняется уело На основании математической модели можно представить зависимость каждой (функции от отдельных факторов графически.
Указанная модель была проверена на данных, полученных при изготовлении кумыса в производственных условиях, и достаточно хорошо описывала их (табл.34).
Зависимости показателей качества кумыса от технологических факторов, выведенные в результате проведенных исследований, еще раз подтвердили правильность выбранных режимов технологического процесса производства кумыса из компонентов коровьего молока для получения продукта, соответствующего требованиям технических условий.
Уравнения регрессии позволяют целенаправленно регулировать процесс приготовления кумыса с целью получения желаемых продуктов брожения. математическая модель процесса получения кумыса позволит совершенствовать технологию производства продукта путем автоматизации с помощью АСУ.
Таким образом, в результате проведенных исследований были установлены виды зависимостей критериев качества кумыса от ос -новных технологических факторов, получены уравнения регрессии, адекватно описывающие процесс приготовления кумыса, позволяющие без дополнительной постановки эксперимента определить величины функций отклика внутри исследованной области.
