Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Литературный обзор 9
1.1. Характеристика казеина и способы получения казеинсодержащих продуктов 9
1.2. Свойства и значение протеолитических ферментов 25
1.3. Аспекты индустрии спортивного питания 35
Заключение по обзору литературы 42
Глава 2. Методология проведения исследований 44
2.1. Организация проведения исследований 44
2.2. Объект исследований 46
2.3. Методы исследований 47
Глава 3. Результаты исследований и их обсуждения 55
3.1. Сравнительная оценка химического состава и биологической ценности концентратов молочных белков 55
3.2. Изучение закономерности ступенчатого гидролиза казеина 63
3.2.1. Определение рациональных параметров кислотного гидролиза казеина 63
3.2.2. Определение рациональных параметров ферментативного гидролиза казеина 71
3.3. Исследование пенообразующих характеристик гидролиза казеина 83
3.3.1. Влияние температуры взбивания на пенообразующие характеристики гидролиза казеина 86
3.3.2. Влияние стабилизаторов на пенообразующие характеристики гидролиза казеина 93
3.3.3. Влияние ягодных наполнителей на пенообразующие характеристики гидролиза казеина 103
Глава 4. Практическая реализация результатов исследований 112
4.1. Разработка рецептур и технологий молочного десерта с ягодным наполнителем на основе гидролизата казеина 112
4.2. Установление продолжительности хранения продукта 116
4.3. Расчет стоимости сырья и основных материалов для производства молочного десерта на основе гидролизата казеина 118
Выводы 121
Список использованной литературы
- Свойства и значение протеолитических ферментов
- Объект исследований
- Определение рациональных параметров кислотного гидролиза казеина
- Установление продолжительности хранения продукта
Свойства и значение протеолитических ферментов
В зависимости от используемого коагулянта и располагаемого оборудования аппаратурное оформление технологического процесса может значительно различаться [12, 107].
Технологический процесс выглядит следующим образом. В смеситель подаются сквашенная сыворотка с кислотностью 200...250Т и обезжиренное молоко. Кислотность смеси поддерживают на уровне рН 4,5...4,6. Затем в паровом инжекторе смесь нагревают до температуры коагуляции и подают в выдерживатель. Выдерживатель представляет собой свернутую в цилиндрическую спираль трубу. Сечение и длина трубы подобраны таким образом, что для формирования зёрен казеина обеспечивается нахождение в ней образовавшегося сгустка с сывороткой в течение 1,5...2,0 мин. Далее суспензия казеиновых зёрен направляется в барабанный отделитель сыворотки, где происходит ее отделение. Сыворотка поступает через приемный резервуар в ёмкость для хранения [137].
Казеиновое зерно поступает на двукратную промывку, причем чистая вода используется лишь при второй промывке. В первой промывочной емкости зерно казеина промывается водой, использованной для вторичной промывки. Время промывки определяется конструктивно объемом промывных емкостей. Расход массы промывной воды по отношению к массе перерабатываемого обезжиренного молока составляет (80 ± 10)%. Из первой емкости по трубе самотеком через лотковый отделитель промывной воды казеиновый сгусток направляется во вторую промывочную ёмкость. Промывную воду перед спуском в канализацию пропускают через устройство для улавливания белковой пыли. Собранную белковую пыль после самопрессования используют вместе с казеином-сырцом. Во второй промывной емкости казеин промывается чистой водой при температуре 45±5С и рН 3,9±0,5, после чего продукт направляется в отделитель сгустка барабанного типа. Подготовку промывной воды, используемой для промывки казеинового зерна, производят на специальной установке, включенной в комплект линии. Отработанная промывная вода насосом направляется в первую промывочную емкость. Казеиновое зерно после отделения воды направляется на ленточный пресс, где происходит дальнейшее обезвоживание зерен до массовой доли влаги в казеине-сырце (62 ± 3) %.
Подача продукта на сушилку осуществляется норией из бункера-накопителя, оборудованного ворошителем. Перед сушкой казеин-сырец измельчают на грануляторе, входящем в комплект сушилки. Сушку казеина производят на сушилке непрерывного действия типа ВС-150-КПИ. Процесс осуществляют согласно техническому описанию и инструкции по эксплуатации указанного оборудования. Крупные казеиновые зерна пневмотранспортом подаются в бункер для фасовки. Мелкая фракция сухого казеина вместе с отходящим воздухом попадает в прямоточный пылеуловитель и собирается в отдельный мешок.
Для получения казеина кислотного молотого помол зёрен проводится на соответствующем оборудовании дробильного типа [41, 77].
Несколько по-иному выглядит процесс производства казеина с использованием в качестве коагулянта неорганических минеральных кислот (соляной, серной или фосфорной) либо чистых органических кислот (молочной, уксусной, лимонной) и при наличии декантеров и рекуперативных теплообменников (рис. 3).
Обезжиренное молоко поступает из емкости для его хранения в пластинчатый подогреватель и нагревается до температуры 25-30С. Процесс осаждения казеина начинается со смешивания обезжиренного молока с коагулянтом в коагуляционной емкости и достижения в ней активной кислотности рН 4,4-4,6. Величина рН регулируется автоматически путем добавления дозирующим насосом раствора соляной кислоты к воде. На приготовление раствора используется 10-12 г 10-процентной кислоты из расчета на 1 л обезжиренного молока. Далее полученная смесь подается в трубчатый подогреватель-коагулятор, где происходит формирование зерен при температуре 45-48С и выдержке 1-1,5 мин. Затем казеиновые зерна направляются в I декантер, где происходит отделение сыворотки [66]. Сброс вторичной сыворотки
После декантера казеиновые зерна поступают на трехкратную промывку с повторным использованием промывной воды. Сначала вода подается в третью емкость, оттуда - во вторую, затем - в первую. Воду для промывки подкисляют 1,0-1,5 г 10-процентной соляной кислоты на 1 л воды. В первой промывочной емкости зерна казеина промываются около 15 мин при температуре 70-73С и рН 3,9-4,4. Из первой промывочной емкости казеин направляется во вторую емкость через лотковый ситовый отделитель промывной воды. Поступающая во вторую емкость вода (рН 3,9-4,4) с помощью инжектора подогревается до температуры 85-90С, и казеиновые зерна пастеризуются при температуре 82-85С и выдержке 15 с. Если температура пастеризации не достигается, зерна возвращаются во вторую промывочную емкость для повторной пастеризации. Дополнительная пастеризация казеина в зерне применяется лишь в случае особой на то необходимости, иначе в этой емкости осуществляется простая промывка при умеренной температуре [78, 115]. Из второй промывочной емкости казеин направляется в третью емкость через лотковый ситовый отделитель промывной воды, где он охлаждается водой с кислотностью рН 4,7-5,2 до температуры 32-35С. Из третьей емкости казеин поступает на II декантер, где происходит окончательное отделение влаги, после чего ее массовая доля в казеине-сырце составляет 48 ± 3% [62].
Вода из первой емкости после промывки направляется на очистку от частиц казеина в III декантер. Собранный казеин ссыпается во вторую емкость. Для более полного извлечения белковой пыли широко используются специальные сепараторы-очистители, которые обеспечивают дополнительную очистку от белка сыворотки и промывной воды.
Казеиновые зерна после II декантера направляются в зерноформовочный аппарат. После аппарата зерна размером 2-5 мм подаются на сушку. Сушка производится при температуре кипящего слоя 45-55С. Температура подаваемого воздуха - 110-130С. Высушенные мелкие казеиновые зерна попадают в циклон и пневмотранспортом подаются в бункер для хранения перед последующей фасовкой. Крупные казеиновые зерна попадают в мельницу-дробилку, где происходит их помол до 2-3 мм, затем они пневмотранспортом подаются в бункер для фасовки.
Технология производства ферментированного казеина аналогична технологии производства кислотного казеина, однако в ней присутствуют некоторые отличия, обусловленные особенностями температурных режимов и величинами кислотности, характерными для производства этого продукта [135].
Казеинат натрия и казецит пищевой обычный, копреципитаты пищевые растворимые, концентрат молочно-белковый сухой - класс растворимых, содержащих казеин и сывороточные белки сухих молочно-белковых концентратов [20, 46].
Объект исследований
При выполнении диссертационной работы использовали стандартные, общепринятые и оригинальные методы исследований, к которым можно отнести физико-химические (кислотный и ферментативный гидролиз, хроматографию, электрофорез, спектроскопию), биохимические, микробиологические, органолептические и другие.
Отбор проб и подготовку их к анализу проводили по ГОСТ 26809 «Молоко и молочные продукты. Правила приемки, методы отбора и подготовка проб к анализу», ГОСТ Р 53430 «Молоко и продукты переработки молока. Методы микробиологического анализа», ГОСТ 26929 «Сырье и продукты пищевые. Подготовка проб. Минерализация для определения содержания токсичных элементов».
Кислотный гидролиз проводили трижды перегнанной 6Н серной кислотой в герметичных условиях в режиме вакуума, при остаточном давлении 6 Па и температуре 110±5 С в течение (2-6)±0,05 ч. После гидролиза ампулу охлаждали, вскрывали, содержимое переносили в небольшую коническую или круглодонную колбу. Серную кислоту упаривали досуха на ротационном испарителе при температуре 40-65 С. Для удаления серной кислоты добавляли в колбу 1,5 мл воды и снова упаривали. Последнюю операцию проводили дважды [35].
Ферментативный гидролиз проводили статическим методом в термостате с перемешиванием при температуре 50±2 С и рН-7,5, оптимальных для используемого ферментного препарата (комплекса ферментов), а также согласно рекомендациям фирмы-изготовителя. Гидролиз вели при продолжительности (2-6)±0,05 ч, соотношении концентрации фермента к концентрации субстрата-белка 1:25, 1:50, 1:100. рН-статирование осуществляли добавлением Ш раствора гидроокиси натрия. По окончании процесса ферментный препарат в составе гидролизата инактивировали нагреванием до температуры 95±5 С в течение 5-10 мин [30].
Удаление аммиака проводили с помощью ротационного испарителя ИР-1ЛТ, предназначенного для проведения работ, связанных с быстрым удалением растворителей из растворов или суспензий органических и неорганических соединений путем пленочного испарения при нормальном или пониженном давлении и контролируемой температуре [34,102].
Активную кислотность определяли по активности ионов водорода с помощью потенциометрического анализатора. Для этого в химический стакан наливали анализируемый образец и опускали электрод. При этом электроды анализатора не касались стенок и дна стакана. Через 10 сек. снимали показания по шкале прибора.
Для количественного и качественного определения аминокислотного состава использовали систему на базе высокоэффективного жидкостного хроматографа (аминокислотный анализатор) Aracus РМА GmbH. Метод основан на постколоночной дериватизации и заключается в разделении аминокислот на ионообменной колонке при ступенчатом градиенте рН и последующей реакции с нингидрином в реакторе. Обнаружение окрашенных производных аминокислот проводится при помощи спектрофотометрического детектора на длинах волн 570 и 440 нм. Содержание белка определяли на анализаторе общего азота (белка) «RAPID N ELEMENTAR», работающего по методу Дюма сжигания пробы с регистрацией общего азота на детекторе теплопроводности. Для определения белка на анализаторе пробу капсулировали, при этом точность анализа составила 0,5%. Содержание общего белка рассчитывали умножением общего азота на пересчетный коэффициент для белков молока, составляющий 6,38 [131].
Для количественного определения массовой доли аминного азота использовали метод Лоури. В данном методе сочетаются две реакции. Первая - биуретовая реакция. Во второй реакции (реакция Фолина) задействован реактив Фолина - Чокальтеу. В ней образуются окрашенные в синий цвет комплексы фосфорно-вольфрамовой и фосфорно-молибденовой кислоты под действием тирозина и триптофана, входящих в состав белков [108].
Степень гидролиза определяли как отношение аминного азота к общему азоту [106].
Молекулярно-массовое распределение белков и пептидов в получаемых гидролизатах оценивали электрофоретическим способом в полиакриламидном геле (ПААГ) методом Лэмли. Для этого подготавливали пластинки для полимеризации ПААГ, а резервуары камеры для электрофореза заполняли электродным буферным раствором (0,066 М Трис, 0,19 М глицин, 0,1% ДСН). В каждую лунку образовавшегося геля вносили анализируемый, предварительно подготовленный образец [32, 41].
Пробподготовка заключалась в следующем. В пробирки типа эпиндорф вносили 20 мкл. белка; 10 мкл. буфера для образцов; 10 мкл. дистиллированной воды. После чего образец перемешивали на вортоксе и кипятили 5 мин. После чего включали прибор и наблюдали за разделением белков. Электрофорез проводили при силе тока 50±0,1 мА и 75±0,2 мА.
После проведения электрофоретического исследования гель промывали и окрашивали тремя реагентами: фиксирующим раствором (10 мин при 80±2С), раствором для «отмывки» (10 мин при 80±2С) и окрашивающим раствором (10 мин при 80±2С). На последней стадии проводили обесвечивание геля в дистиллированной воде при температуре 25±2С.
Просмотр и фотографирование гелей проводили на УФ-трансиллюминаторе ТСР-20М («Vilber Lourmat», США) при длине волны излучения - 312 нм. Сохранение и обработку данных осуществляли с помощью гель - документирующей системы Vitran-Photo.
Массовую долю аммиака определяли методом капиллярного электрофореза с помощью системы «КАПЕЛЬ 105» по методике, разработанной в научно-образовательном центре при ФГБОУ ВПО «КемТИПП».
Определение жирорастворимых витаминов проводили методом обращенно-фазной высокоэффективной жидкостной хромотографией на хроматографе «Милихром» со спектрофотометрическим детектором и спектральным диапазоном 190-360 нм. Сущность метода заключается в экстрации витаминов из анализируемой пробы экстрагентом.
Массовую долю макро- и микроэлементов определяли методом атомно-абсорбционной спектрофотометрии. Принцип метода основан на способности диссоциированных атомов элементов поглощать свет в узкой области спектра. Исследования проводили на приборе «Hitachi» (Япония) по приложенной инструкции.
Органолептические свойства исследуемых образцов определяли в следующей последовательности: - внешний вид: характеризовали общее зрительное впечатление о продукте (характер поверхности, однородность, форма, наличие посторонних примесей); - цвет: устанавливали цвет для разработанного продукта, а также отклонения от цвета; - запах: определяли аромат, «букет», а также устанавливали наличие посторонних запахов;
Определение рациональных параметров кислотного гидролиза казеина
Для изучения влияния стабилизаторов на пенообразование гидролизата казеина, а также для исследования стабилизации межфазных структур, полученных в результате взбивания, проводили серию опытов, используя различные виды коллоидов.
В качестве стабилизаторов использовали натуральные вещества животного (желатин) и растительного (пектин и агар) происхождения, а также комплексный стабилизатор Гелеон 141 С-Д, в состав которого входят вышеперечисленные натуральные гидроколлоиды.
Желатин - это биополимер, полученный из коллагена, содержащегося в костях, хрящах и сухожилиях убойных животных. Готовый сухой желатин -без вкуса, запаха, прозрачный, почти бесцветный или слегка желтый. В холодной воде и разбавленных кислотах сильно набухает, но не растворяется. Набухший желатин при нагревании растворяется, образуя клейкий раствор, который застывает в студень. Решающим фактором для применения желатина в пищевой промышленности являются его технологические свойства, и чуть меньшее значение имеет его пищевая ценность. При производстве изделий широко используются два основных свойства желатина: во-первых, это студнеобразующая способность жидких растворов желатина в результате их охлаждения, и во-вторых, пенообразующая способность желатина и дальнейшая стабилизация пены.
Пектины представляют собой группу высокомолекулярных полисахаридов, входящих в состав клеточных стенок и межклеточных образований совместно с целлюлозой, гемицеллюлозой и лигнином, используются в пищевой промышленности и общественном питании как студнеобразователи (при производстве кондитерских изделий, фруктовых напитков, соков, молочных продуктов и т.д.). В последнее время пектины широко применяются в производстве детского, диетического и лечебно-профилактического питания, поскольку некоторые их формы обладают способностью связывать и выводить из организма отдельные токсичные вещества. Пектины получают из свекловичного жома, яблочных выжимок, кожуры цитрусовых, корзинок подсолнечника, клубней топинамбура, некоторых отходов сельскохозяйственного производства.
Агар и агароиды получают из наиболее дорогих морских водорослей (анфельция, гелидиум, грацилярия, эухеум), обладают сильными желирующими свойствами. Агар и агароиды нерастворимы в холодной воде, о но полностью растворяются только при температурах от 95 до 100 С. Горячий раствор является прозрачным и ограниченно вязким, а при охлаждении до температуры 35-40 С становится чистым и крепким гелем, который является термообратимым и при нагревании до 85-95С опять становится жидким раствором. Агароиды образуют студни с более слабой водоудерживающей способностью, чем агар, поэтому он имеет пониженную стойкость к высыханию и засахариванию. Температура застудневания у студней, приготовленных на агароиде, значительно выше, чем у студней, приготовленных с применением агара.
Студни, приготовленные на основе агар-агара, в отличие от всех других студнеобразователей, характеризуются стекловидным изломом. Он успешно применяется при производстве кондитерских изделий (мармелад, зефир, жевательные конфеты, пастила, начинки, суфле), диетических продуктов (джем, конфитюр), фармацевтических продуктов. Применение агара в пищевой промышленности не лимитировано, а его количество, добавляемое в пищевые продукты, обусловлено рецептурами и стандартами на эти продукты. Эта добавка содержит ноль калорий, поэтому продукты, приготовленные с применением агароидов, рекомендуются людям, придерживающимся диеты, так как он абсолютно не усваивается, разбухает в кишечнике и создает ощущение сытости, а обманутый желудок работает быстрее. К тому же выводит из организма токсины и шлаки, удаляет вредные вещества из печени, улучшая ее работу [100, 118].
Состав стабилизатора Гелеон 141 С-Д богат натуральными гидроколлоидами, такими как пектин, агар и желатин, которые в комплексе позволяют стабилизировать консистенцию продукта, формируют нежную желеобразную структуру десертов и пудингов, не разжижающуюся при комнатной температуре. Комплексный стабилизатор уменьшает тенденцию к синерезису, что позволяет сохранить структуру продукта неизменной после расфасовки и в процессе транспортирования, а также всего срока хранения. Натуральный экстракт сливок, входящий в состав стабилизатора, маскирует возможные нежелательные привкусы и придает десертам и пудингам сливочную ноту во вкусе.
Известно, что коллоидные растворы данных веществ способны образовывать пены, что свидетельствует об их влиянии на поверхностное натяжение, вязкость, плотность и другие характеристики, которые оказывают влияние на формирование дисперсий. Полагали, что максимальная пенообразующая способность коллоидов достигается в определенном интервале концентраций структурообразователей. Поэтому основной целью опытов, проводимых на данном этапе, явилось определение рациональных концентраций стабилизаторов, позволяющих получить пены из смеси гидролизатов казеина в условиях использования интенсивных гидромеханических воздействий.
Установление продолжительности хранения продукта
Современный ритм жизни вызывает сильное напряжение психологических и физических возможностей человека, что часто приводит к перенапряжению и нарушению нормального функционирования организма. В результате у человека, снижается иммунитет, развиваются аутоиммунные заболевания, и если не соблюдается восстановительный режим, организм быстро входит в стрессовое состояние. Значительная часть населения, проживающая в сельской местности и небольших городах со слабо развитой городской инфраструктурой и частным жилым сектором, и в повседневной жизни также подвергается высоким физическим нагрузкам [111].
В таких условиях организму для обеспечения восстановления организма требуется помощь в дифференцированном управлении физиологическими процессами.
В результате проведенных исследований установлено влияние различных параметров на ступенчатый гидролиз казеина и формирование газодисперсной системы на основе гидролизата казеина. Полученные данные позволяют создать новые виды продуктов, как общего, так и специального назначения, отвечающие потребностям организма при физических и умственных нагрузках.
Технологический регламент производства состоит из двух этапов. Первый этап - производство гидролизата состоит из основных операций: подготовка основного и вспомогательного сырья к гидролизу; кислотный гидролиз, нейтрализация и очистка гидролизата, ферментативный гидролиз УВТ-обработка, фасование и упаковывание полуфабриката. Второй этап включает следующие операций: приемка, оценка качества компонентов; подготовка компонентов для создания основы взбитых молочных десертов; смешивание компонентов согласно рецептурам, внесение основы в колбу кислородного коктейлера в соотношении ЪА; перемешивание; подключение коктейлера к источнику кислорода (концентратор кислорода, баллон с понижающим редуктором); остановка процесса пенообразования (производится прекращением подачи кислорода в коктейлер).
Насыщение кислородом взбитых молочных десертов зависит от нескольких факторов, производительности установки, времени барботажа, качества смеси и пенообразователя, а также от количества подаваемой смеси и др. факторов.
По органолептическим показателям разработанный десерт на основе гидролизата казеина соответствует результатам сенсорного анализа, представленного в таблице 4.2
Анализ полученных результатов показал, что по содержанию санитарно-показательных и патогенных микроорганизмов исследуемые образцы отличаются высокой надежностью, поскольку искомые микроорганизмы (бактерии группы кишечной палочки, золотистый стафилококк, сальмонеллы) в нормируемых массах продукта не обнаружены.
Иная картина установлена при определении плесеней и дрожжей, которые были обнаружены в продукте, причем на восьмые сутки содержание последних составило 23 и 28 КОЕ/г соответственно. Из этого можно заключить, что гарантийный срок хранения с учетом 1,5 срочного (регламентированного Роспотребнадзором) составляет 5 суток.
По результатам исследований выявлено, что миграции токсичных элементов в продукт не отмечается, контролируемые потенциально опасные химические вещества содержатся в продукте в концентрациях, более чем на порядок не превышающих установленных нормативов. Помимо перечисленных веществ содержание радионуклидов цезия-137 (норматив не более 50 Бк/кг) и стронция-90 (норматив не более 25 Бк/кг) в продукте не установлена.
Расчет стоимости сырья и основных материалов для производства молочного десерта на основе гидролизата казеина Расчет экономической эффективности производства молочных десертов проводилось по нормативным расценкам нам 01.09. 2014г. Использование ягодных наполнителей в рецептурах молочной продукции позволяет не только расширить ассортимент, регулировать органолептические и структурные характеристики, но и значительно повысить биологическую и пищевую ценность новых продуктов. Смородина, произрастающая в западносибирском регионе, широко распространена в питании населения благодаря доступности и богатому химическому составу. Популярность этих ягод объясняется их особыми вкусовыми качествами, широким спектром лечебных свойств.
