Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Обзор литературы 7
1.1. Физико-химические основы денатурации и коагуляции белков молока 7
1.2. Состав, свойства и технологические аспекты производства творога 17
1.2.1. Биотехнология творога 18
1.2.2. Ассортимент и совершенствование технологии творожных изделий 24
1.3. Перспективы использования пахты и обезжиренного молока в качестве основного сырья для выделения белков молока 27
1.4. Использование молока и молочных продуктов в качестве основы для получения пенообразных масс 35
1.5. Заключение по обзору литературы, цель и задачи исследования 38
ГЛАВА 2 Организация проведения эксперимента и методы исследований 41
2.1. Организация работ и схема проведения эксперимента 41
2.2. Объекты исследований 43
2.3. Методы исследований 44
ГЛАВА 3 Результаты исследований и их анализ 47
3.1. Разработка технологии мол очно-белковых основ, обладающих пенообразующими свойствами 47
3.1.1. Технология молочно-бел ковой основы из обезжиренного молока
3.1.2. Технология молочно-белковой основы из пахты 65
3.2. Влияние температуры на пенообразующие характеристики МБО 79
3.3. Влияние стабилизаторов на пенообразующие характеристики МБО 82
3.4. Влияние подсластителей на пенообразующие характеристики МБО : 94
ГЛАВА 4 Практическая реализация результатов работы 98
4.1. Разработка рецептур и технологических схем белковых десертов из обезжиренного молока и пахты 98
4.1.1. Технология взбитого белкового десерта «Аминка» на молочно-белковой основе из обезжиренного молока 98
4.1.2. Технология взбитого белкового десерта «Лизонька» на молочно-белковой основе из пахты 101
4.2. Изучение состава и свойств взбитых белковых десертов из обезжиренного молока и пахты 105
4.3. Установление сроков хранения взбитых белковых десертов из обезжиренного молока и пахты 108
4.4. Расчет ожидаемой экономической эффективности 111
Выводы 115
Список литературы
- Физико-химические основы денатурации и коагуляции белков молока
- Ассортимент и совершенствование технологии творожных изделий
- Разработка технологии мол очно-белковых основ, обладающих пенообразующими свойствами
- Разработка рецептур и технологических схем белковых десертов из обезжиренного молока и пахты
Введение к работе
Питание является одним из важнейших факторов, определяющих здоровье нации. Пищевые продукты должны удовлетворять потребности человека в основных веществах и энергии, а также обладать функциональными свойствами. Необходимость решения этих задач отмечена в Концепции государственной политики в области здорового питания населения Российской Федерации (постановление правительства РФ от 10 августа 1998 г, №917),
Известно, что потребительские свойства большинства продуктов включают три составляющие: пищевую ценность, вкусовые качества, физиологическое воздействие. Традиционные продукты, в отлитие от функциональных, характеризуются только первыми двумя особенностями. По сравнению с обычными повседневными продуктами, функциональные должны быть полезными для здоровья, безопасными с позиции сбалансированного питания и пищевой ценности. Важно отметить, что эти требования относятся к продукту в целом, а не только к отдельным его ингредиентам.
Технический прогресс в пищевой промышленности во многом определяется демографическими, социальными изменениями и изменениями в условиях жизни и труда. Он связан с достижениями фундаментальных наук, медицины, новыми технологическими возможностями, которые появились у производителей продуктов питания в результате развития науки, техники и технологии; ухудшением экологической обстановки; жесткой конкуренцией на рынке продуктов питания. Всё это требует не только коренного совершенствования технологии получения традиционных продуктов, но и создания нового поколения пищевых продуктов, отвечающих современным требованиям потребителей и возможностям производителей. Это продукты со сбалансированным составом, низкой калорийностью, с пониженным содержанием сахара и жира и повышенным содержанием полезных для здоровья ингредиентов функционального и лечебного назначения, с увеличенным сроком хранения, безопасные для человека.
Для постоянного расширения и обновления ассортимента молочных продуктов необходимо использовать обезжиренное молоко и пахту, которые по биологической ценности не уступают цельному молоку. Это особенно важно в летний период, когда спрос на цельномолочную продукцию и масло коровье снижается. Данный факт приводит к определенным диспропорциям, особенно росту объемов обезжиренного молока и пахты, которые не всегда можно эффективно перерабатывать по традиционным технологиям. Основные принципы ресурсосберегающих технологий в молочной промышленности рассмотрены в работах З.Х. Диланяна, П.Ф. Дьяченко, П.Ф. Крашснини-на, Н.Н. Липатова, В.Д. Харитонова, А.Г. Храмцова, Л.А. Остроумова, Ю.Я. Свириденко, И.А. Евдокимова, П.Г. Нестеренко, Н.И. Дунченко и других ученых,
В последнее время с учётом требований науки о питании получило интенсивное развитие производство низкокалорийных продуктов для людей, страдающих рядом заболеваний. Этот факт обусловил расширение выпуска заменителей сахарозы как природного происхождения (в нативном или модифицированном виде), так и синтетического. Они могут обладать той же сладостью или превосходить по сладости сахарозу в сотки раз. Высокий коэффициент сладости позволяет, применяя их, производить низкокалорийные, недорогие диетические продукты, полностью или частично лишенные легкоусвояемых углеводов.
Объём использования подсластителей в молочных продуктах в настоящее время крайне низок, однако имеет большие перспективы. При этом возможным направлением их использования является применение в десертных продуктах, в том числе со взбитой структурой. Всё это указывает на необходимость проведения дальнейших исследований в данном направлении.
В настоящей работе изложены результаты исследований по изучению закономерностей формирования молочных белковых основ (МБО) из обезжиренного молока и пахты, полученных с использованием мезофильных аро-матобразующих и термофильных культур. Изучены особенности процесса пенообразования МБО в зависимости от температуры взбивания, дозы и вида применяемых стабилизационных систем. Рассмотрена возможность использования сахарозаменителей в рецептурах взбитых белковых продуктов.
К практической реализации результатов работы следует отнести разработку технологии, рецептур и нормативной документации на белковые десерты со взбитой структурой, сведения, характеризующие их состав и свойства, а также изменение микробиологических показателей в процессе хранения. Показана эффективность выработки новых продуктов.
По материалам диссертации опубликовано 10 печатных работ.
Физико-химические основы денатурации и коагуляции белков молока
Казеиновый комплекс известен как основная фракция белков молока. Казеин - белковый компонент молока, осаждающийся при рН 4,6. При нагревании до 90С сывороточные белки коагулируют и при подкислении до рН 4,6 вместе с казеином выпадают в осадок [28].
Для практики молочной промышленности особый интерес представляет, прежде всего, способность казеина к коагуляции. Характерны для казеинового комплекса и одновременно крайне важны в процессе переработки молока, следующие процессы: коагуляция казеина при добавлении кислот; свертывание его под действием молокосвертывающих ферментов, главным образом сычужного; коагуляция казеина под действием гидроколлоидов. Эти свойства позволяют выделять казеин из молока. В их основе лежит разрушение его коллоидного состояния [10, 26, 72].
В зависимости от способа осаждения различают кислотный и сычужный казеин. Первый содержит очень мало кальция, так ;сач ионы водорода выщелачивают его из казеинового комплекса. Сычужный казеин, наоборот, представляет собой смесь казеинатов кальция. В противоположность кислот ному казеину он не растворяется в слабых щелочах. Известным казеином по Хаммарстену является кислотный казеин, полученный повторным осаждением уксусной кислотой и очищенный путем растворения в растворе едкого на-тра[38, 59, 112].
Различают два вида казеина, получаемого осаждением кислотами: ки сломолочный творог и казеин-сырец. При получении кисломолочного творога кислота образуется в молоке биохимическим путем -— культурами микроорганизмов, причем отделению казеина предшествует стадия гелеобразова-ния.
Казеин-сырец получают добавлением молочной кислоты или минеральных кислот. Для осаждения казеина можно использовать разные кислоты. Выбор их зависит от назначения казеина, так как под действием различных кислот получается различная структура осажденного кислотного казеина. Молочнокислотный казеин — рыхлый и зернистый, сернокислотный казеин — зернистый и слегка сальный; солянокислотный - вязкий и резинооб-разный. При осаждении образуются кальциевые соли применяемых кислот. Труднорастворимый в воде сульфат кальция нельзя полностью удалить при промывке казеина.
Казеиновый комплекс довольно термоустойчив. Этим он отличается от всех других молочных белков. Свежевыдоенное молоко с рН 6,6 свертывается при температуре 150С за несколько секунд, при 130С - более чем за 20 минут и при 100С в течение нескольких часов. Тепловая коагуляция казеина при температуре 100С анормальна, и представляет собой абсолютно нежелательное явление [11, 14,61],
Под выражением «денатурация белков» понимают изменение нативной г пространственной структуры белковой макромолекулы, приводящее к утрате природных свойств белка, т.е. любую непротеолитическую модификацию вторичной, третичной, четвертичной структур белковой молекулы [12]. В процессе денатурации при развертывании белковой молекулы происходит разрыв дисульфидных мостиков, гидрофобных, водородных и ионных свя зей. При этом нарушается третичная структура белка и в значительной мере -вторичная [69].
Глубина нарушения нативной структуры белка зависит от природы денатурирующего агента, типа белка и других факторов. В результате денатурации изменяются многие физико-химические свойства белка: растворимость, константа седиментации, вязкость, оптические, электрохимические свойства и другие. Денатурацию белка вызывают некоторые химические соединения и физические факторы. К физическим факторам относится и нагревание [9, 51, 104, 141].
В процессе тепловой денатурации компактно свернутая молекула белка превращается в беспорядочный клубок. При этом, как правило, глобулярные белки могут находиться только в двух состояниях - нативном и полностью денатурированном (развернутом). Некоторые глобулярные белки (например, а—лактоальбумин) при тепловой денатурации переходят в компактное промежуточное состояние, сочетающее в себе характеристики нативного и полностью денатурированного (развернутого) состояния. Промежуточное состояние белка характеризуется близкими к нативным размерами молекулы и содержанием вторичной структуры. Следовательно, денатурация многих глобулярных белков представляет собой сложный ступенчатый процесс, включающий образование одного или нескольких промежуточных состояний. Переход из промежуточного состояния в развернутое, т.е. истинное разворачивание белковой молекулы, может происходить лишь при больших концентрациях сильных денатурантов [9].
Хорошо известно, что денатурация в значительной степени зависит от рН среды, также усиливается или ослабляется действием некоторых веществ. Усиливают денатурацию белков хлорид натрия, некоторые другие соли, анионы и катионы; ингибируют процесс некоторые сахара, аминокислоты, соли жирных кислот, неорганические соли и ионы металлов (Са , Мп и др.). Агрегация денатурированных белковых частиц может происходить «конец в конец» или «бок о бок».
Ассортимент и совершенствование технологии творожных изделий
Разработано и организовано производство творога и творожных изделий нетрадиционных видов: творог из пахты и сыворотки, например альбуминный творог «Надуги», зернистый творог со сливками, творог диетический, сухой творог, творог из сухих молока и сливок [115].
Для увеличения выхода и улучшения качества творога из сухого обезжиренного или цельного молока, а так же при выработке творога из сычуж-новялого молока или из молока с низким содержанием белка, рекомендуют использовать белковую добавку «Стемикс Коагулим» [20, 86, 108]. Использование этого ингредиента, выделенного из белков молока ультрафильтрацией, при производстве творога позволяет увеличить выход продукта на 25-30% за счет улучшения плотности молочного сгустка, механического удерживания казеиновой пыли, части сывороточных белков и жира самим сгустком. При этом существенно снижается риск появления в твороге пороков «мучнистость» или «крупитчатость», а так же перекисання творога. Добавление «Стемикс—Коагулим» позволяет снизить потери и избежать появление мажущейся консистенции при выработке творога из восстановленных молочных продуктов, нивелировать недостатки сычужновялого и низкобелко 25 вого молока, т.е. получить плотный, ровный сгусток с хорошей синеретиче-ской способностью. Получаемый по модифицированной технологии творог может быть использован при производстве сырков, плавленых сыров, паст без дополнительной подпрессовки. Это обеспечивается тем, что добавление молочного белка, выделенного ультрафильтрацией, активизирует процесс синерезиса. Связанная белком и равномерно распределенная по объему продукта влага позволяет замораживать и дефростировать творог без снижения качества.
В последнее время наметилась тенденция к использованию растительных жиров в составе творога и творожных изделий. Такой технологический прием позволяет расширить ассортимент, высвободить молочное сырье, снизить себестоимость вырабатываемой продукции. ГОСТ Р 51917-2002 «Продукты молочные и молокосодержащие. Термины и определения» позволяет вырабатывать творожно-растительные, растительно-творожные и молокосодержащие глазированные продукты с различной массовой долей жира: нежирные 2,0-3,8%, нормальной жирности 4,0-18,0%, жирные 19,0% и более. Для выработки этих продуктов используют заменители молочного жира марки «Союз».
В 1996 г. в лаборатории спецтематики ВНИМИ была выдвинута гипотеза о возможности выработки молочно-белковых продуктов по принципиально новой технологии: врабатыванием вторичного молочного сырья в творог в различных соотношениях в зависимости от конечной желаемой консистенции готового продукта [37, 124]. Экспериментально установлена возможность получения целой гаммы продуктов, начиная от творожных паст различной вязкости и заканчивая продуктами с консистенцией напитков и минимальным содержанием творога. Таким образом, появилась перспектива разработки нового поколения молочно-белковых продуктов на творожной основе с неограниченными возможностями манипуляции различными животными добавками.
В качестве наполнителей в рецептурах новых творожных продуктов используют плодово-ягодные, фруктовые и овощные наполнители отечественного производства, а также биологически активные добавки (БАД). Наполнители можно использовать в различных агрегатных состояниях: в сухом, сублимированном виде, в виде пюре, джема, сиропа (для плодово-ягодных и фруктовых добавок), а также в сухом виде, в виде пюре, сиропов концентратов зеленых частей растений (для овощных наполнителей) [18, 20, 55, 65, 97 98, 103, 130].
Под руководством доктора биологических наук Г.А. Донской при участии сотрудников ВНИМИ из лабораторий спецтематики, а также оборудования и процессов производства творога и сметаны разработан фитопродукт лечебно-профилактической направленности — фитопаста творожная «850» (ТУ 9222-056-00419785-97), обогащенная сыворотычными белками, кроветворными растительными добавками, природным подсластителем, микроэлементами (железом, медью, магнием, никелем, кобальтом и др.)- Продукт является многофункциональным, так как способен снижать уровень холестерина в крови и не содержит сахарозы.
На основе модификаций фитопасты творожной «850» создан новый продукт — фитопаста творожная «Русь» (ТУ 9222-129-00419785-98), состав которой улучшен минерально-витаминной добавкой органического происхождения. Продукт показан при железодефицитных и гипокальциевых состояниях (рахит, остепороз) [21, 37].
В Орловском государственном техническом университете разработан проект нормативной документации на творог профилактического назначения, обогащенный кальций содержащей добавкой из яичной скорлупы. Технологическая схема производства творога предусматривает введение кальцийсо-держащей добавки в готовый творожный сгусток на стадии вальцовки. Рекомендуется раздельный способ его выработки с нормализацией по жиру высокожирными сливками, которые содержат витамин D, необходимый для более полного усвоения кальция [55, 56, 57].
Разработка технологии мол очно-белковых основ, обладающих пенообразующими свойствами
Исследованы состав и физико-химические свойства обезжиренного молока и пахты (табл. 3.1), являющихся побочным сырьем в производстве сливок и сладкосливочного масла на Кемеровском молочном комбинате с целью получения из них МБО, способных к формированию пенообразных масс.
Проанализировав полученные результаты можно отметить, что исследуемое белково-углеводное сырье соответствует требованиям действующей нормативной документации. При этом массовая доля белковых веществ является достаточной для использования указанных образцов молочных объектов для получения мол очно-белковых основ.
В наших экспериментах обезжиренное молоко и пахту пастеризовали при (93-95)С без выдержки. При таких температурах снижается интенсивность отделения сыворотки от сгустка (это явление можно объяснить повышением содержания в сгустке денатурированных сывороточных белков, которые увеличивают жесткость пространственной структуры и влагоудержи-вающую способность казеина). Далее сырьё охлаждали до температуры заквашивания и вносили различные дозы заквасочных культур, учитывая при этом активность вносимой закваски (доза 3, 5 и 7%), для нарастания необходимых значений титруемой кислотности (70-110)Т, затем сквашенную смесь подогревали и отделяли часть сыворотки от сгустка.
Из представленных графических зависимостей следует, что при использовании мезофильных ароматобразующих культур нарастание кислотности при оптимальных для сквашивания условиях происходило медленнее, чем при использовании термофильных культур, в тех же количествах, что не противоречит литературным данным [18].
При коагуляции большой интерес представляет величина частиц важнейшего компонента коллоидной системы - казеина, которая обеспечивает образование сгустков. В процессе нарастания кислотности в заквашенной смеси определяли изменение диаметра частиц казеина методом светорассеяния. Результаты изменения диаметра мицелл казеина от вида закваски в процессе нарастания кислотности смеси обезжиренного молока цессе нарастания кислотности смеси обезжиренного молока показаны на рис. 3.2.
Анализ полученных результатов показал, что способность мицелл казеина к агрегации наблюдалась в образцах с титруемой кислотностью смеси до 90Т, при дальнейшем нарастании титруемой кислотности смеси диаметр мицелл казеина изменялся незначительно.
Это связано с тем, что в процессе кислотной коагуляции изменяется дисперсность казеинового комплекса. Величина кислотности, характеризующая разделение этих стадий, отличается от изоэлектрической точки и характеризует начало появления крупных частиц казеинового комплекса, из которых при последующем нарастании кислотности образуется пространственная гелевая структура молочного сгустка.
При использовании в качестве закваски мезофильных ароматобразую-щих культур калье имело меньшую дисперсность, чем при использовании термофильных культур.
Дальнейшие исследования были направлены на установление рациональных параметров выхода МБО по сухим веществам при получении белковых сгустков из обезжиренного Анализ данных табл. 3.2 показал, что при заквашивании обезжиренного молока мезофильными ароматобразующими культурами максимальный выход МБО по сухим веществам наблюдался при дозе вносимой закваски 5% и титруемой кислотности сквашенной смеси 90Т. В этих случаях сгустки проявляли слабые синеретические свойства, наблюдался минимальный отход сыворотки (что соответствовало решению нашей технической задачи). Нарастание кислотности (путем ферментации рабочей закваской 3-7%) до 100Т позволило получить сгустки требуемой консистенцией, однако выход МБО по сухим веществам в среднем понижался в 1,2 раза, по сравнению с выходом МБО, полученной при сквашивании обезжиренного молока до кислотности смеси 90Т. Образцы сквашенной смеси до 70Т и 80Т позволяли получать сгустки, интенсивно отделяющие сыворотку, с образованием крупных хлопьев белка, которые в процессе тепловой обработки слипались между собой. В результате нагревания калье с титруемой кислотностью от 100Т до ПОТ, образовывались мелкие белковые хлопья с наличием жидкостных прослоек между частицами белка (образование коагуляционно конденсационных структур).
Разработка рецептур и технологических схем белковых десертов из обезжиренного молока и пахты
Разработаны рецептуры на новый вид белковых десертов со взбитой структурой. Рецептуры на белковый десерт из обезжиренного молока «Аминка» нежирный, 4,0; 6,0; и 8,0 %-ной жирности показаны в табл. 4.1.
Технологическая схема белкового десерта со взбитой структурой из обезжиренного молока «Аминка» представлена на рис. 4.1. Технологический процесс белкового десерта со взбитой структурой «Аминка» из обезжиренного молока осуществляется в последовательности, приведенной на рис. 4.1.
Технологический процесс белкового десерта осуществляется в соответствии с нормами и правилами для молочной промышленности и включает следующие стадии: сбор обезжиренного молока и оценка качества; пастеризация; охлаждение до температуры заквашивания; заквашивание и сквашивание; подогрев сгустка и перемешивание; частичное отделение сыворотки; получение молочно-бел ко вой основы (МБО); охлаждение МБО до температуры взбивания; нормализация по жиру (при необходимости); взбивание МБО; внесение стабилизатора и подсластителя; фасовка, упаковка, маркировка; хранение продукта.
Обезжиренное молоко собирают в резервуар, затем отправляют на автоматизированную пастеризационно-охладительную установку для пастеризации при температуре (93-95)С, без выдержки и охлаждения до температуры (40±2)С.
Пастеризованное и охлажденное до температуры заквашивания обезжиренное молоко направляют в емкость, куда вносят закваску EZAL U-D MYE 96, доза 5% (или 2 Е) согласно инструкции по применению лиофилизо-ванных культур прямого внесения, и тщательно перемешивают в течение 10-15 минут. Смесь оставляют в покое для сквашивания смеси до титруемой кислотности 90Т. После нарастания кислотности, смесь подогревают до температуры (60-65)С, с выдержкой 1-2 мин, перемешивают 5-7 минут и отделяют часть сыворотки (35-40%) через фильтровальную ткань (лавсан). Белковый сгусток охлаждают до температуры взбивания (1-2)С, а сыворотку отправляют на производство желе.
Охлажденную до температуры взбивания (1-2)С, МоО смешивают с компонентами согласно рецептуры (при необходимости проводят нормализацию по массовой доли жира) и направляют в аппараты для взбивания (при скорости 1500 об/мин) и одновременного насыщения воздухом. Смесь взбивают при температуре (1-2)С, в течение 3—5 минут. На первой стадии взбивания вносят подготовленные стабилизирующие системы, в конце взбивания в сформированную пену добавляют подсластители.
Далее готовый продукт фасуют в упаковку с приготовленным в соответствие с ТУ 10-02-02-789-116-93 желе из сыворотки и расфасованным на дно упаковочной тары, упаковывают и маркируют при температуре (3-5)С.
Упакованный продукт направляется в холодильную камеру на охлаждение и желирование в течение (1-2) ч, после чего технологический процесс считается законченным и продукт готов к реализации. Десерт из обезжиренного молока «Аминка» хранят при температуре (4—6)С не более 5 суток.
Рецептуры на белковый взбитый десерт из пахты «Лизонька» нежирный, 5,0; 9,0; и 11,0%-ной жирности представлены в табл. 4.2. Технологический процесс белкового десерта со взбитой структурой «Лизонька» из пахты осуществляется в следующей последовательности, приведенной на схеме 4.2.
Технологический процесс белкового десерта осуществляется в соответствие с нормами и правилами для молочной промышленности и включает следующие стадии: сбор пахты и оценка качества; пастеризация; охлаждение до температуры заквашивания; заквашивание и сквашивание; подогрев сгустка и перемешивание; частичное отделение сыворотки; получение молочно-белковой основы (МБО); охлаждение МБО до температуры взбивания; нормализация по жиру (при необходимости); взбивание МБО; внесение стабилизатора и подсластителя; фасовка, упаковка, маркировка; хранение продукта.
Пахту собирают в резервуар, затем отправляют на автоматизированную пастеризационно-охладительную установку для пастеризации при температуре (93-95)С без выдержки, и охлаждения до температуры (40±2)С.
