Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Литературный обзор 12
1.1 Технологические факторы, влияющие на структуру и консистенцию плавленых сыров 12
1.1.1 Состав смеси для плавления . 13
1.1.2 Параметры процесса плавления 23
1.1.3 Параметры процесса охлаждения расплава 29
1.1.4 Условия хранение 33
1.2 Микробиологические аспекты производства и хранения плавленых сыров 34
1.3 Определение цели и задач исследований 40
ГЛАВА 2. Организация работы, объекты и методы исследований 45
2.1 Реологический метод измерения сдвиговых характеристик на реогониометре Вайссенберга 48
2.2 Методы ЯМР-релаксометрии 50
ГЛАВА 3. Изучение структурообразования и качественных характеристик при получении и хранении плавленых сыров 52
3.1 Исследование особенностей структурообразования в сладких плавленых сырах 52
3.1.1 Исследование влияния последовательности внесения компонентов на процесс плавления, реологические характеристики и консистенцию плавленого сыра 54
3.1.2 Исследование распределения сухого вещества, белка, сахарозы, макроэлементов между золь- и гель-фракциями плавленого сыра 60
3.1.3 Исследование влияния последовательности внесения компонентов в смесь при плавлении на состояние воды в структуре плавленого сыра 71
3.2 Исследование физико-химических и органолептических показателей при хранении плавленых сыров 81
3.2.1 Массовая доля влаги и рН 83
3.2.2 Реологические показатели 84
3.2.3 Органолептические показатели 90
3.3 Исследование динамики изменения микрофлоры
(КМАФАнМ) в плавленых сырах в процессе изготовления и хранения 93
ГЛАВА 4. Разработка технологии и рецептур сладкого плавленого сыра 99
4.1 Определение экономической целесообразности замены сухого обезжиренного молока в рецептурах сладких плавленых сыров на сухую деминерализованную сыворотку 101
4.2 Исследование влияния сухой деминерализованной сыворотки на органолептические и реологические показатели плавленых сыров 107
4.3 Разработка технологии нового плавленого сыра с использованием сухой деминерализованной сыворотки 111
Основные результаты и выводы 115
Список литературы
- Параметры процесса плавления
- Реологический метод измерения сдвиговых характеристик на реогониометре Вайссенберга
- Исследование влияния последовательности внесения компонентов на процесс плавления, реологические характеристики и консистенцию плавленого сыра
- Исследование влияния сухой деминерализованной сыворотки на органолептические и реологические показатели плавленых сыров
Параметры процесса плавления
Начальным этапом процесса производства плавленых сыров является подбор сырьевых компонентов в соответствии с рецептурой продукта и их подготовка для последующего плавления [136]. На этой стадии консистенция будущего продукта б удет зависеть от вида, качества и количественного соотношения компонентов, входящих в состав смеси.
Основу смеси для плавления составляют сычужные сыры – это могут быть полутвердые сыры с высокой и низкой температурой второго нагревания, сыры с повышенным уровнем молочнокислого процесса, сыры, созревающие при участии микрофлоры сырной слизи, специальные сыры для плавления (жирные и нежирные), мягкие сыры и т. д. Кроме них обязательным компонентом являются, так называемые, жировые молочные продукты (сливочное масло, сливки, сметана и др.), а также белковые молочные пр одукты (творог, обезжиренное сухое молоко и др.). При производстве плавленых сыров и спользуется также вторичное молочное сырье (пахта, сыворотка) и продукты его переработки (различные белковые концентраты) [2,132].
Изменяя количественное содержание компонентов смеси, получают плавленые сыры с заданной консистенцией. При этом учитывают соотношение белкового сырья, жирового сырья и воды.
Белок. Важную роль в образовании структуры плавленого сыра и формировании его консистенции играет белок, привносимый сычужными сырами. Консистенция плавленого сыра зависит от вида используемого сычужного сыра, а также от его степени зрелости.
Увеличение степени зрелости приводит к снижению времени, необходимого для плавления сыра. При этом увеличивается текучесть расплава, снижаются его вязкость и упругость [4, 5].
Преобладание в составе смеси для плавления незрелого сычужного сыра приводит к жесткой, плотной, «резинистой» консистенции. Наилучшая консистенция плавленого сыра достигается при использовании сырья со средней степенью зрелости. Если такого сырья нет, то в состав рецептуры предлагается вводить перезрелые и незрелые сыры в определенных компонентных соотношениях. Оптимальным считается соотношение 75 % незрелых сыров и 25 % перезрелых [6-9].
Активная кислотность (рН). Не менее важным фактором, воздействующим на консистенцию плавленого сыра, является активная кислотность сычужного сыра – рН.
Данные, полученные разными авторами [6, 10, 11, 12, 13], показывают, что оптимум рН для большинства сычужных сыров, предназначенных для плавления, находится в диапазоне (5,2 – 5,8). При таком значении рН формируется консистенция, характерная как для ломтевых, так и для пастообразных плавленых сыров.
Более низкий уровень р Н = (4,6 – 5,2) (незрелые сыры) приводит к коагуляции белка, что отрицательно сказывается на формировании структуры продукта. Это является причиной образования зернистой, крошливой, несвязной консистенции и порока «песчанистость». Консистенция ломтевых сыров может быть излишне плотная. В консистенции конечного продукта появляются отдельные крупинки белка, а жировая эмульсия, как правило, дестабилизируется и свободный жир выделяется из структуры продукта.
При повышении уровня рН исходного сыра до 5,8 и выше консистенция плавленого сыра становится менее плотной, а иногда вообще не структурируется (остается жидкой), рыхлой вследствие разрыва ассоциированных связей между частицами белка. При выборе соли-плавителя с высоким рН этот процесс еще более усугубляется и в результате плавленый сыр приобретает мажущуюся консистенцию. Высокое значение рН может быть и причиной того, что сыр прилипает к фольге.
Исследованиями, проведенными Захаровой Н .П. и др. [10, 14, 15], установлено, что при значении рН = 5,8 субмикроструктура плавленых сыров представлена наиболее тонким белковым каркасом. Органолептическая оценка консистенции таких сыров соответствует пастообразным сырам. При снижении рН сыра до 5,0 возрастала его прочность и твердость, а консистенция становилась грубой. В результате был рекомендован оптимальный диапазон рН = 5,4 – 5,8 для плавленых сыров и установлены основные принципы подбора солей-плавителей, обеспечивающих достижение требуемой консистенции [14, 15].
Активная кислотность (рН) сыра отражает состояние белка и, в частности, его электрозаряженность, от которой зависят его гидрофильные свойства. Японскими исследователями [16] установлено, что содержание влаги в плавленом сыре зависит от рН исходного сыра – сырья. Так, из пяти видов исследованных сыров с рН в интервале от 5,1 до 5,7 наибольшим содержанием влаги отличался плавленый сыр, приготовленный из сыра с Рн = 5,5.
Жир. Если белок придает прочность структуре плавленого сыра, то жир, напротив, пластифицирует консистенцию.
Традиционными источниками жира в п лавленых сырах являются сливочное масло, сметана, сливки и другие жиросодержащие молочные продукты. Следует отметить, что консистенция жировых продуктов, поступающих на переработку в плавленый сыр, существенного значения не имеет [17]. Это объясняется тем, что в процессе плавления молочный жир переходит в жидкое состояние и эмульгируется растворимыми белковыми веществами расплавленного сыра. Но состав жира, о пределяющий его структурно-механические свойства, важен и это необходимо учитывать при конструировании состава продукта. Так Захаровой Н.П., Лепилкиной О.В. и др. [18] было установлено, что эффект пластификации больше проявляется в случае использования растительных масел, что является следствием преобладания в их составе непредельных жирных кислот.
Реологический метод измерения сдвиговых характеристик на реогониометре Вайссенберга
После того как операция плавления завершена, расплавленная сырная масса поступает в приемный бункер фасовочного автомата для фасовки на мелкие порции и последующего охлаждения. Процесс фасовки должен быть завершен до того, как расплав загустеет и потеряет текучесть , поэтому расфасовку плавленого сыра осуществляют при температурах, близких к температуре плавления ((60 – 80) С) [48, 49]. При этой температуре расплавленная сырная масса о бладает небольшой вязкостью и низкими адгезионными свойствами, что очень важно для обеспечения ее течения по рабочим каналам расфасовочных автоматов [49-52].
Остывание расплавленной сырной массы начинается сразу после завершения процесса плавления уже в пл авильном агрегате, затем – на участке транспортировки от плавильного агрегата до фасовочного автомата и во время фасовки.
После фасовки процесс остывания интенсифицируется с помощью охладителей (тунельного или ленточного типа) или путем помещения расфасованного сыра в специальные остывочные помещения.
Температура охлажденного сыра, при которой он может быть упакован в ящики, должна быть не выше 15 С. Сыр, предназначенный для длительной транспортировки и хранения, должен быть охлажден перед уп аковкой в ящики до температуры не выше 8 С [3].
В процессе охлаждения расплавленная сырная масса преобразуется из свободнодисперсной системы в связнодисперсную вследствие образования структурно закрепленной белковой фазы. Готовый продукт приобретает формоустойчивость, его консистенция становится более вязкой и упругой [53]. По мере снижения температуры пластичность расплава уменьшается, упругость и вязкость увеличиваются, сырная масса теряет способность к течению. Для большинства подобных пищевых продуктов Матц [54] объясняет этот факт сокращением, сжатием белковой сетки, фиксацией воды и жира, а также возможными сшивками м ежду разрозненными агрегатами белка за счет гидратных оболочек . При о хлаждении гидратные оболочки , удерживаемые Ван-дер-Ваальсовыми силами, вероятно, образуют более прочные связи (например, водородные) между мицеллами и субмицеллами, способствуя формированию прочного белкового каркаса.
Кроме формирования белкового каркаса, понижение температуры сыра вызывает также кристаллизацию триглицеридов молочного жира, которая зависит от скорости охлаждения и конечной температуры продукта [55]. Скорость охлаждения влияет на рост и количество кристаллов жировой фазы. Аналогично процессу маслообразования, с увеличением скорости охлаждения увеличение числа кристаллов жира особенно заметно в высокожирных плавленых сырах. Heinz N.K. [56] исследовал влияние нескольких режимов охлаждения после плавления на некоторые показатели качества плавленых сыров различной жирности. Автор установил, что образцы, охлажденные до 20 С (водой) и до 0 С (ледяной водой), обладали более высокой прочностью при разрезании, чем образцы охлажденные до минус 20 С сухим льдом. Этот факт был отмечен ранее отечественными исследователями [57], а также Meyer [38], которые предложили использовать м едленное охлаждение при изготовлении ломтевых плавленых сыров и быстрое – при изготовлении пастообразных. Вместе с тем, как показывает практика, большая скорость охлаждения и низкая конечная температура могут вызвать конденсацию влаги в сырах с высоким вла госодержанием, что в итоге сказывается на консистенции и дальнейшей хранимоспособности продукта.
Изменение водной фазы белкового продукта при охлаждении, в основном, характеризуется иммобилизацией свободной воды и ее своеобразным распределением в объеме [58]. При понижении температуры в сырной массе может наблюдаться миграция свободной водной фазы к периферийным слоям. Интенсивность этого явления зависит от скорости охлаждения и коне чной температуры плавленого сыра. Чем ниже температура охлаждения, тем выше концентрация влаги в поверхностных слоях. Наряду с миграцией влаги происходит ее испарение на границе раздела поверхностей воздух - плавленый сыр. Испарение влаги из продукта сопровождается потерей его массы, что приводит к возникновению анизотропии в периферийных слоях и может стать причиной возникновения пороков консистенции.
Исследование влияния последовательности внесения компонентов на процесс плавления, реологические характеристики и консистенцию плавленого сыра
Очевидно, что при хранении ломтевого плавленого сыра «Городской» происходит п остоянное возникновение новых связей между молекулами белка, ведущее к постепенному упрочнению стру ктуры, что нашло отражение в увеличении значений комплексного модуля сдвига на протяжении всего периода хранения.
Жир, которого в структуре плавленого сыра «Городской» в 2 раза меньше, чем белка, по-видимому, полностью заэмульгирован бе лком и поэтому не мо жет проявить себя как пластификатор. Н апротив, н аходясь в заэмульгированном состоянии, жир, благодаря взаимодействию белковой оболочки с белками основы, может создавать дополнительные структурные связи, что ведет к упрочнению и уплотнению структуры.
По-иному идет процесс структурообразования при хранении в пастообразном плавленом сыре «Неженка». Поскольку в составе с ухого вещества данного сыра количество жира в 2 раза превышает количество белка, можно предположить, что какая -то часть жировой фазы после плавления смеси компонентов останется незаэмульгированной белком. Такой свободный жир будет находиться в структуре сыра в виде мелких капель, проявляя себя как пластификатор.
Судя по результатам реологических исследований, представленных на рисунке 3.4, пластифицирующее действие свободного жира происходит не сразу, а через 5 суток от начала хранения. В первые же 5 суток уплотнение происходит, как и в ло мтевом плавленом сыре, за счет образования новых связей между молекулами белка. Большое количество жира в структуре и, в частности, наличие свободного жира, не заключенного в белковую оболочку, по-видимому, в какой-то момент начинает препятствовать взаимодействию белков между собой, образование новых связей между молекулами белка прекращается. Кроме того, при сжатии белковой основы в начале хранения возникает вероятность коалесценции капель свободного жира: они сливаются между собой, увеличиваясь в размерах [19], что способствует размягчению структуры, которое мы наблюдаем после пяти суток хранения (рисунок 3.4).
При анализе характера изменения в процессе хранения комплексного модуля сдвига сладкого плавленого сыра «Золушка» после 5 суток хранения не было отмечено явной тенденции к увеличению или уменьшению величины комплексного модуля сдвига. Присутствие в составе этого плавленого сыра сахарозы, которая структурирует воду, уменьшая ее подвижность, по -видимому, является причиной уменьшения подвижности отдельных структурных элементов, а следовательно и структуры в целом, что и нашло отражение в стабилизации величины комплексного модуля сдвига
Таким образом, реологическими исследованиями установлено, что формирование структуры и консистенции плавленых сыров не заканчивается после остывания расплава, а продолжается в стационарных условиях хранения. Структурообразование плавленых сыров, относящихся к различным видовым группам, имеет особенности, обусловленные различным соотношением белка и жира, а также присутствием сахарозы в структуре продукта.
Органолептическая оценка вкуса и консистенции плавленых сыров в процессе хр анения представлена в таблицах 3.19 (ломтевой плавленый сыр «Городской»), 3.20 (пастообразный плавленый сыр «Неженка») и 3.21 (сладкий плавленый сыр «Золушка»).
Из представленных данных следует, что вкус плавленого сыра «Городской» перед началом хранения характеризовался как выраженный сырный с легкой кислинкой. На протяжении исследованного срока хранения выраженность сырного вкуса сохранилась, а кисловатый привкус стал чуть более выраженным. К концу хранения во вкусе появился легкий оттенок остроты, который характерен для данного вида сыра и допускается даже в самом начале хранения [3]. В целом по вкусу за 30 дней хранения сыр «Городской» оценивался высшей оценкой в 15 баллов.
Изменение органолептических показателей плавленого сыра «Городской» в процессе хранения
Органолептические исследования не выявили также изменения консистенции плавленого сыра «Неженка». Это не соответствует результатам, полученным при проведении реологических исследований, и объясняется, по-видимому, тем, что с помощью органолептического метода не удается определить нюансы изменения консистенции плавленых сыров, в структуре которых содержится много жира. На протяжения всего исследованного срока хранения консистенция плавленого сыра «Неженка» оставалась нежной, пластичной, мажущейся. Некоторое увеличение комплексного модуля сдвига на 1 кПа в первые 5 суток с последующим медленным спадом органолептически отмечено не было. Это говорит о более низкой чувствительности органолептического метода контроля консистенции по сравнению с инструментальными реологическими методами.
Органолеп-тические показатели Продолжительность хранения, сутки 5 10 15 20 25 30
Вкус Чистый, молочный, сладкий с выраженным привкусомцикория (15 баллов) Чистый, молочный, сладкий с выраженным привкусомцикория (15 баллов) Чистый, молочный, сладкий с выраженным привкусомцикория (15 баллов) Чистый, молочный, сладкий с выраженным привкусомцикория (15 баллов) Чистый, молочный, сладкий с выраженным привкусомцикория (15 баллов) Чистый, молочный, сладкий с выраженным привкусомцикория (15 баллов) Молочный, сладкий с выраженным привкусом цикория,легкаякислинка(14,9 баллов)
Консистенция Пластичная,однороднаяпо всеймассе(9 баллов) Пластичная, однороднаяпо всеймассе, чутьболееплотная(9 баллов) Пластичная, однороднаяпо всеймассе, чутьболееплотная(9 баллов) Пластичная, однороднаяпо всеймассе, чутьболееплотная(9 баллов) Пластичная, однороднаяпо всеймассе, чутьболееплотная(9 баллов) Пластичная, однороднаяпо всеймассе, чутьболееплотная(9 баллов) Пластичная, однороднаяпо всеймассе, чутьболееплотная(9 баллов)
Сладкий плавленый сыр «Золушка» на всем протяжении процесса хранения обладал чистым, молочным, сладким вкусов с выраженным привкусом цикория. И только к 30 суткам в некоторых образцах была отмечена легкая кислинка, из-за которой оценка за вкус была снижена на 0,1 балла. Это согласуется с результатами измерения рН, приведенными в таблице 3.15, которые выявили тенденцию к снижению величины рН этого плавленого сыра при хранении.
Изменения консистенции плавленого сыра «Золушка» были отмечены уже к 5 суткам хр анения: она стала чуть более плотной и в течение последующего хранения практически не изменилась. Эти результаты согласуются с результатами реологических исследований, которые показали резкое увеличение комплексного модуля сдвига в первые (5 – 8) суток, после чего уплотнения консистенции практически не происходило.
Таким образом, результаты органолептических исследований плавленых сыров показали, что при их хранении в большей степени изменяется их консистенция, нежели вкус. Это говорит о продолжающемся процессе структурообразования и согласуется с результатами реологических исследований.
Исследование динамики изменения микрофлоры (КМАФАнМ) в плавленых сырах в процессе изготовления и хранения
Как было отмечено в литературном обзоре, на содержание и развитие микроорганизмов в плавленых сырах оказывают влияние много факторов, в том числе компонентный состав продукта. В доступных нам литературных источниках [133] не было обнаружено сведений, описывающих это влияние в динамике во время изготовления и хранения плавленых сыров.
В связи с этим целью исследований было установление закономерностей влияния состава на общее количество микроорганизмов (КМАФАнМ) в плавленых сырах в процессе изготовления и хранения при различных температурах.
На стадии производства плавленых сыров точками контроля КМАФАнМ были расплавленная масса сразу после завершения процесса плавления, плавленый сыр в потребительской таре сразу после фасования и плавленый сыр в потребительской таре после охлаждения. Фасование плавленых сыров проводили в стаканчики из полистирола, на поверхность сыра укладывали кружочки из алюминиевой фольги, после чего стаканчики закрывали крышками из полистирола.
Исследование влияния сухой деминерализованной сыворотки на органолептические и реологические показатели плавленых сыров
Ограничивающим фактором использования СДС с УД = 25 % может стать ее солоноватый вкус из-за относительно высокого содержания остаточных минеральных веществ (до 6,5 % в сухом веществе). Кроме того следует ожидать, что замена сухого обезжиренного молока сухой деминерализованной сывороткой, отличающейся по белковому составу, может повлиять на структуру и консистенцию готового продукта.
В связи с этим в задачи следующего этапа работы входили сравнительные исследования органолептических (вкус, консистенция) и реологических показателей плавленых сыров, содержащих в составе сыворотку с различным уровнем деминерализации (25 %, 50, %, 70 %).
В таблице 4.4 представлены результаты органолептической оценки плавленых сыров, содержащих в рецептурах сухое обезжиренное молоко (контрольные) и сухую деминерализованную сыворотку (опытные).
Анализ полученных результатов показывает, что вкус плавленых сыров с сухой деминерализованной сывороткой практически не изменяется, если в рецептурах используется СДС с уровнем деминерализации 70 % и 50 %, при всех дозировках, входящих в исследованный диапазон (от 1 до 6 %).
При использовании сухой сыворотки с уровнем деминерализации 25 % в малых дозах (1,3 % в плавленом сыре «Омичка») изменения вкуса также не происходит. Легкий сывороточный привкус появлялся в плавленом сыре «Омичка» при увеличении количества СДС с УД 25 % до 5 %.
Примечательно, что в случае использования вкусовых добавок (мятная эссенция в плавленом сыре «Мятный» и цикорий в плавленом сыре «Золушка») ожидаемый сывороточный привкус при использовании СДС с УД 25 % не ощущался. Очевидно, привкусы вкусовых добавок его вуалировали.
Консистенция всех опытных плавленых сыров ощутимо не изменялась только в случае использования минимальной дозы замены сухого обезжиренного молока на сухую деминерализованную сыворотку (1,3 % в плавленом сыре «Омичка»). При повышении уровня замены (от 4 до 6 %) во всех опытных плавленых сырах консистенция становилась или более нежной (в сырах с пастообразной консистенцией), или в ней появлялась легкая несвязность (в сырах, относящихся по консистенции к ломтевым). Очевидно, что более нежная консистенция в пастообразных плавленых сырах предпочтительнее, нежели легкая несвязность в ломтевых, которая может привести к пороку «кашеобразная консистенция».
Проведенные реологические исследования подтвердили результаты органолептической оценки консистенции5. Из представленных в таблице 4.5 данных следует , что минимальная замена СОМ на СДС в рецептуре плавленого сыра «Омичка» (1,3 %) практически не п овлияла на сдвиговые реологические показатели. Увеличение массовой доли заменяемого СОМ до (4 – 6) % влечет за собой уменьшение величин комплексного модуля сдвига (в (1,1 – 1,4) раза), модуля упругости (в (1,3 – 1,6) раза) и динамической вязкости (в (1,1 – 1,3) раза). От уровня деминерализации используемой сухой сыворотки реологические показатели и консистенция плавленых сыров не зависят.
Измерения реологических характеристик плавленых сыров проведены на реогониометре Вайссенберга модели R-19. Условия измерения: температура объектов - (20 ± 1) С, параметры рабочих органов - «конус-плоскость» диаметром 25 мм, режим - вынужденные гармонические колебания с частотой 3,2 Гц.
С учетом проведенных реологических и органолептических исследований можно сделать следующие выводы: - полная замена сухого обезжиренного молока рецептурах плавленых сыров сухой деминерализованной сывороткой (независимо от уровня деминерализации) наиболее целесообразна при производстве пастообразных сладких плавленых сыров, поскольку ее присутствие составе сырьевой композиции способствует получению более мягкой, более пластичной, более нежной консистенции; применение сухой сыворотки с уровнем деминерализации 25 % рекомендуется в сочетании с вкусовыми наполнителями (фруктовые эссенции, эссенции ароматических трав , экстракты кофе, цикория и др .) с целью вуалирования возможного появления постороннего сывороточного привкуса.
Разработка технологии нового плавленого сыра с использованием сухой деминерализованной сыворотки
По результатам проведенных исследований были сформулированы следующие исходные требования на новый вид сладкого плавленого сыра.
Сыр должен иметь консистенцию, характерную для пастообразных плавленых сыров. Это требование обусловлено тем, что использование сухой деминерализованной сыворотки в рецептурах ломтевых плавленых сыров приводит к появлению несвязной консистенции.
В составе рецептуры должно полностью отсутствовать сухое обезжиренное молоко, взамен которого используется сухая деминерализованная сыворотка. Данное требование продиктовано экономическими соображениями.
В результате маркетинговых исследований определен наполнитель – семена подсолнечника. Выбор данного наполнителя обусловлен, во-первых, отсутствием в ассортименте плавленых сыров с таким наполнителем, фактически вырабатываемых в Р оссийской Федерации, и, во-вторых, широким распространением этой сельскохозяйственной культуры в южных районах России и, в частности, в Кабардино-Балкарии.
Пастообразность консистенции обеспечивали относительно высоким содержанием жира в сухом веществе, равным 50 %. Кроме жира на консистенцию плавленого сыра существенное влияние оказывает массовая доля влаги. Для определения оптимального содержания влаги в рецептуре продукта провели следующий эксперимент.
Были составлены рецептуры плавленых сыров, включающие сыр несоленый, сыр нежирный, масло коровье, сливки из коровьего молока, сыворотку сухую деминерализованную (УД 70 %), са хар-песок, отличающиеся по массовой доле влаги: 35 %, 40 %, 45 %, 50 %. В качестве соли-плавителя использовали фосфатную добавку «Фонакон» в виде водного раствора концентрацией 20 %. Плавление смеси компонентов осуществляли при температуре (85 – 90) С.
