Содержание к диссертации
Введение
1 Обзор литературы 14
1.1 Биопотенциал творожной сыворотки 14
1.2 Современные тенденции в переработке молочной сыворотки 18
1.3 Анализ методов выделения белков из молочной сыворотки 26
1.4 Основные направления использования хитозана в пищевой промышленности 32
1.5 Характеристика пектина и его применения в пищевой промышленности 37
2 Организация эксперимента и методы исследования . 43
2.1 Схема исследования 43
2.2 Объекты исследования 46
2.3 Методы исследования 50
2.4 Планирование экспериментов при оптимизации фракционирования молочной сыворотки и рецептур функциональных продуктов 59
2.5 Производственные испытания 66
2.4 Анализ эффективности разработки 66
2.5 Обработка результатов исследования 67
3 Результаты исследований и их обсуждение 68
3.1 Обоснование целесообразности фракционирования творожной сыворотки комплексом полисахаридов 68
3.2 Исследование влияния технологических факторов на процесс фракционирования сыворотки полисахаридами 78
3.2.1 Исследование влияния температуры, титруемой кислотности 78
3.2.2 Исследование влияния продолжительности процесса фракционирования 85
3.3 Оптимизация процесса фракционирования творожной сыворотки полисахаридами
3.4 Обоснование технологии фракционирования творожной сыворотки комплексом пектина и хитозана
3.5 Изучение качественных характеристик продуктов фракционирования и направления их использования
3.6 Разработка технологии функциональных напитков на основе осветлённой лактозо-минеральной фракции творожной сыворотки
3.6.1 Разработка рецептур функциональных напитков
3.6.2 Обоснование технологической схемы производства функциональных напитков «МолоХит»
3.6.3 Определение сроков годности функциональных напитков «МолоХит»
3.7 Разработка технологии пищевой добавки «Пектохитомол» и обогащенных ею функциональных творожных продуктов
3.8 Технология комплексной переработки молока с применением биополимеров
3.9 Экономическая эффективность разработанной технологи
Выводы
Список использованных источников
- Современные тенденции в переработке молочной сыворотки
- Основные направления использования хитозана в пищевой промышленности
- Планирование экспериментов при оптимизации фракционирования молочной сыворотки и рецептур функциональных продуктов
- Изучение качественных характеристик продуктов фракционирования и направления их использования
Введение к работе
Актуальность работы
Творожная сыворотка, в больших количествах накапливающаяся на молокоперерабатывающих предприятиях России, является источником ценных химических веществ – сывороточных белков, лактозы, водорастворимых витаминов, минеральных веществ и др. К сожалению, как побочный продукт творожного производства, она из-за своей высокой кислотности и нестойкости в хранении практически не используется в пищевых целях. Некоторое её количество высушивается, направляется на корм животных, но большая часть сливается в сточные воды. Зарубежный опыт свидетельствует о целесообразности применения физических методов обработки сыворотки - ультрафильтрации, обратного осмоса, электродиализа и др. Однако данные методы рентабельны лишь при ее централизованном сборе или крупномасштабном производстве, при этом требуется дорогостоящее оборудование.
В условиях Калининградской области, где развита система небольших молокозаводов, данный опыт не представляется перспективным. Сегодня актуальна задача разработки доступного способа переработки небольших объемов творожной сыворотки с целью использования ее биопотенциала в технологии ценных функциональных продуктов. При создании таких продуктов перспективным является применение биологически активных полимеров-полисахаридов – хитозана и пектина, достоинствами которых являются их высокие физиологическая активность и технологические показатели. Вопросами применения хитозана и пектина в пище-вых системах занимались А.И. Албулов, Т.М. Бойцова, В.М. Быкова, В.П. Варла-мов, Л.В. Донченко, М.С. Дудкин, Л.Г. Ипатова, Г.Н. Ким, В.Ю. Новиков, С.Н. Максимова, Г.В. Маслова, О.Я. Мезенова, Е.Э. Куприна, С.В. Немцев, Т.М. Сафронова, Н.К. Черно, E. Agullo, L. Albertengo, A. Muzzarelli и другие.
Представляет интерес способ комплексной переработки творожной сыворотки, предусматривающий предварительное внесение в нее хитозана и пектина. Высокоэтерифицированный пектин, добавленный в сыворотку, сгущает ее, что позволяет улучшить консистенцию в технологии сывороточных напитков [Храмцов, 2004]. Внесение хитозана, в зависимости от вида, может способствовать образованию геля, либо, в виду высокой сорбционной способности, осаждению взвешенных частиц, осветлению сыворотки [Алиева, 2003]. Однако совместное использование данных биополимеров, известных своей электросовместимостью, в практике переработки творожной сыворотки на функциональные продукты еще не применялось.
Вклад в создание научных основ и практической технологии переработки молочной сыворотки внесли многие отечественные и зарубежные ученые: Л.Р. Алиева, С.В. Василисин, Н.И. Дунченко, И.А. Евдокимов, Л.А. Забодалова, Э.Ф. Кравченко, Н.Н. Липатов, Т.А. Орлова, П.Г. Нестеренко, Н.А. Тихомирова, А.Г. Храмцов, U. Kulozik, A. Syrbe, A. Tolkach, J. Toro-Sierra и другие.
Однако остаются не исследованными фундаментально-прикладные аспекты совместного поведения полисахаридов различной заряженности в системе творожной сыворотки, знание которых позволит научно обосновать технологии новых функциональных продуктов на основе ее фракций.
С учётом сказанного представляется перспективным проектирование функциональных напитков, пищевой добавки и обогащенных творожных продуктов на основе осветленной и осадочной фракций сыворотки с применением биополимеров и ягод облепихи и черноплодной рябины, обладающих ценным химическим составом и широко произрастающих в Калининградской области.
Целью диссертационной работы являлась разработка технологии комплексной переработки творожной сыворотки путем ее фракционирования пектином и хитозаном с последующим использованием полученных фракций в производстве функциональных продуктов.
В соответствии с поставленной целью решались следующие задачи:
- обосновать вид и способ введения хитозана, используемого в комплексе с пектином, для эффективного разделения творожной сыворотки;
- изучить влияние основных факторов на процессы, происходящие при разделении творожной сыворотки на осветленную лактозо-минеральную и осадочную белково-углеводную фракции;
- провести моделирование и оптимизацию процесса фракционирования творожной сыворотки полисахаридами;
- оценить качественные характеристики продуктов фракционирования творожной сыворотки;
- разработать технологию сокосодержащих функциональных напитков на основе осветленной лактозо-минеральной фракции сыворотки;
- получить на основе осадочной белково-углеводной фракции сыворотки пищевую добавку и обосновать ее обогащающий эффект в технологии функциональных творожных продуктов;
- предложить схему комплексной переработки молока, усовершенствованную в части переработки творожной сыворотки;
- провести производственную проверку экспериментальной разработки;
- подготовить нормативную документацию на новые технологические процессы и готовые продукты;
- провести оценку эффективности разработанной технологии.
Научная новизна работы. Научно обоснованы фундаментально-прикладные основы технологии фракционирования творожной сыворотки комплексом высокоэтерифицированного пектина и высокомолекулярного хитозана, позволяющие изготавливать с применением полученных фракций новые функциональные гастрономически привлекательные продукты. Исследовано влияние различных видов хитозана на эффективность осаждения сухих веществ творожной сыворотки. Изучены основные зависимости процесса разделения творожной сыворотки на осветленную лактозо-минеральную и осадочную белково-углеводную фракции при варьировании температуры, кислотности сыворотки, продолжительности экспозиции биополимеров. Получены математические модели процесса фракционирования, адекватно связывающие качество целевых продуктов с дозировками биополимеров. Исследовано качество лактозо-минеральной и белково-углеводной фракций сыворотки, показатели которого свидетельствуют об их высоком биопотенциале. Обоснованы рецептуры, пищевая ценность, повышенная хранимоспособность функциональных сокосодержащих напитков на основе осветленной фракции сыворотки, пищевой добавки на основе белково-углеводной фракции и обогащенных ею функциональных творожных продуктов, комплексно использующих ценные компоненты ягод облепихи и черноплодной рябины. Новизна технологического решения подтверждена патентом РФ 2432768 «Способ приготовления функционального напитка на основе молочной сыворотки».
Практическая значимость работы. Разработан эффективный способ комплексной переработки творожной сыворотки, основанный на её фракционировании пектином и хитозаном и последующем использовании полученных фракций в технологии новых функциональных продуктов. Установлены сроки годности и рекомендации по применению разработанных изделий.
Действенность экспериментальной технологии доказана её положительной апробацией в производственных условиях ОАО «Кировский сырзавод» (Калининградская обл., п. Тургенево). На новые функциональные продукты разработана нормативная документация (проекты): ТУ 9229-001-48752993-2012 и ТИ по производству напитков «МолоХит» на основе осветлённой фракции сыворотки с добавлением черноплодно-рябинового и облепихового соков; ТУ 9229-003-48752993-2012 и ТИ на изготовление пищевой добавки «Пектохитомол» на основе осадочной фракции; ТУ 9229-003-48752993-2012 и ТИ на изготовление функциональных творожных продуктов, обогащенных добавкой «Пектохитомол» и ягодным жомом.
Показана экономическая эффективность внедрения комплексной переработки творожной сыворотки с применением пектина и хитозана.
Результаты исследований используются в учебном процессе подготовки специалистов пищевого профиля в Калининградском морском рыбопромышленном колледже (ФГБОУ ВПО «БГАРФ») и ФГБОУ ВПО «Калининградский государственный технический университет».
Основные положения, выносимые на защиту:
- способ фракционирования творожной сыворотки комплексом биополимеров пектина и хитозана;
- рецептурные композиции в технологии функциональных напитков «МолоХит» на основе осветленной лактозо-минеральной фракции сыворотки с добавлением натуральных соков;
- рецептурные композиции функциональных творожных продуктов, обогащенных пищевой добавкой «Пектохитомол» и ягодным жомом;
- комплексная схема безотходной переработки творожной сыворотки.
Личное участие автора в 2006-2012 гг. состоит в разработке схемы исследования, выполнении экспериментов, участии в лабораторных опытах, анализе полученных данных, изложении результатов исследования.
Апробация работы. Основные результаты и материалы представлялись на МНПК «Перспективные нано- и биотехнологии в производстве продуктов функционального назначения» (Краснодар, 2007), НПК «Пищевая и морская биотехнология: проблемы и перспективы» (Светлогорск, 2008), V, VII, VIII и IX, X МНК «Инновации в науке и образовании» (Калининград, 2007, 2009, 2010, 2011, 2012), «Наука и образование – 2009» (Мурманск, 2009), «Олимпиада 2014» (Краснодар, 2009), XI МК «Пищевые технологии и биотехнологии» (Казань, 2010), IV НПК «Пищевая и морская биотехнология – для здорового питания и решения медико-социальных проблем» (Светлогорск, 2011), XI МНК «Современные перспективы в исследовании хитина и хитозана» (Мурманск, 2012). Материалы и доклады представлялись в соавторстве и лично.
Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 26 печатных работах, в т.ч. 3 статьях в изданиях, рекомендованных ВАК Министерства образования и науки РФ. Получен патент РФ № 2432768.
Структура и объём работы. Диссертация включает введение, обзор литературы, методическую часть, результаты и их обсуждения, выводы, литературу (232 источников, в т.ч. 48 иностранных). Работа изложена на 218 страницах, содержит 37 таблиц, 32 рисунка и 9 приложений.
Современные тенденции в переработке молочной сыворотки
В настоящее время постоянно расширяется ассортимент продукции на основе молочной сыворотки. Творожная молочная сыворотка представляет собой ценную композицию биологически активных веществ, перешедших в нее из молока при производстве творога [179]. В молочной сыворотке идентифицировано более 250 соединений, в целом степень перехода сухих веществ цельного молока в сыворотку составляет около 50 %, при этом почти полностью переходит молочный сахар (96 %) и минеральные вещества (96 %), средняя степень перехода белков - 24,3 %, жира - 5,5 % [175]. Лактоза, составляющая основную массу сухих веществ молочной сыворотки, в наименьшей степени используется в организме для жирообразования [192]. Данный факт обусловливает актуальность применения сыворотки и продуктов на ее основе в питании людей с избыточной массой тела, геронтологическом питании, а также в рационах людей с малой физической активностью [195].
Производство молочной сыворотки в мире продолжает постоянно расти и составляет около 170 млн. т в год [62]. Отмечается увеличение производства и потребления продуктов из сыворотки в Европе, США, Китае, Бразилии, России [177]. Ресурсы молочной сыворотки в нашей стране превышают 3,5 млн. т в год, что означает недоиспользование более 10,5 тыс. т молочного жира, 163 тыс. т лактозы, 36,4 тыс. т белковых и 21,8 тыс. т минеральных веществ, не считая аминокислот, витаминов, ферментов и других ценных компонентов [62]. Не менее впечатляем и экологический аспект функционирования молочной отрасли нашей страны: 1 т молочной сыворотки, сливаемой в канализацию, загрязняет водоемы так же, как 100 м хозяйственно-бытовых стоков [179].
Современные мировые тенденции в переработке молочной сыворотки характеризуются организацией централизованной крупномасштабной переработки молочной сыворотки, где рационально применение ультрафильтра к ции, нанофильтрации, обратного осмоса, электродиализа в производстве концентрата сывороточных белков (КСБ), лактозы и других её компонентов.
Вклад в создание научных основ и практической технологии переработки сыворотки внесли многие отечественные и зарубежные ученые: Л.Р. Алиева, СВ. Василисин, Н.И. Дунченко, И.А. Евдокимов, Л.А. Забодалова, Э.Ф. Кравченко, Н.Н. Липатов, Т.А. Орлова, П.Г. Нестеренко, Н.А. Тихомирова, А.Г. Храмцов, U. Kulozik, A. Syrbe, A. Tolkach, J. Toro-Sierra и другие [3, 103, 179, 226, 228]. Наиболее распространенные способы переработки сыворотки основаны на изготовлении напитков, сушке, ультрафильтрации. Однако данными исследованиями не решена задача комплексного использования наиболее проблемной творожной сыворотки на функциональные продукты доступными методами. Следует учитывать и ряд объективных причин, затрудняющих внедрение новых разработок в производство: незначительные инвестиции в молочную промышленность, отсутствие средств на внедрение современных технологий и покупку оборудования, отсутствие массового производства продуктов на основе молочной сыворотки.
В условиях Калининградской области, где развита система небольших молокозаводов и в дефиците оборудование, актуальна задача разработки доступного способа переработки небольших объемов творожной сыворотки, с целью использования ее биопотенциала в технологии ценных функциональных продуктов. При создании таких продуктов перспективным является применение биологически активных полимеров-полисахаридов - хитозана и пектина, известных своей полифункциональностью, в том числе сорбцион-ной ёмкостью и биологической активностью. Вопросами применения хитозана и пектина в пищевых системах занимались А.И. Албулов, Т.М. Бойцова, В.М. Быкова, В.П. Варламов, Л.В. Донченко, М.С. Дудкин, Л.Г. Ипатова, Г.Н. Ким, В.Ю. Новиков, С.Н. Максимова, Г.В. Маслова, О.Я. Мезенова, Е.Э. Куприна, СВ. Немцев, Т.М. Сафронова, Н.К. Черно, Е. Agullo, L. Albertengo, A. Muzzarelli и другие. Высокоэтерифицированный пектин, добавленный в сыворотку, сгущает ее, что позволяет улучшить консистенцию в технологии сывороточных напитков. Введение в молочные продукты пектина повышает их пищевую ценность, что обусловлено способностью данного полисахарида связывать токсины и тяжелые металлы, регулировать обменные процессы в организме, улучшать функционирование органов пищеварения. Внесение хи-тозана, в зависимости от вида, может способствовать образованию геля, либо, в виду высокой сорбционной способности, осаждению взвешенных частиц, осветлению сыворотки. Хитозан обладает высокой биологической активностью, проявляя в качестве компонента пищи свойства иммуномодуля-тора, энтеросорбента, антисклеротического и антиартрозного фактора, регулятора кислотности желудочного сока.
Однако совместное использование данных биополимеров, известных своей электролитной совместимостью, в практике переработки сыворотки на функциональные продукты еще не применялось. Знание фундаментально-прикладных аспектов совместного поведения полисахаридов различной за-ряженности в системе творожной сыворотки позволит научно обосновать технологии новых функциональных продуктов на основе ее фракций.
Перспективным представляется проектирование сывороточных продуктов с учетом биопотенциала ягод облепихи и черноплодной рябины, обладающих ценным химическим составом и широко произрастающих в Калининградской области. Данные ягоды отличаются высоким содержанием витаминов и минеральных веществ. Облепиха является ценным источником кароти-ноидов, находящимся в комплексе с витамином Е; кверцетина, проявляющего Р-витаминную активность; витамина С; органических кислот. Черноплодная рябина содержит значительное количество биофлавоноидов (антоциано-вых пигментов), токоферолов, йода.
В настоящее время в России наблюдается резкое увеличение числа болезней, связанных с неправильным питанием, что вызвано ухудшением экологической ситуации, связанным с техническим прогрессом, а также недостатком или избытком отдельных компонентов пищи. Для профилактики заболеваний населению необходимо употреблять функциональные продукты, содержащие различные добавки профилактического назначения (пищевые волокна, витаминные и минеральные препараты).
С учётом сказанного эффективной представляется комплексная переработка творожной сыворотки путём её предварительного фракционирования комплексом пектина и хитозана и создания новых функциональных продуктов на основе полученных фракций без привлечения специализированного дорогостоящего оборудования.
В качестве рабочей гипотезы выдвинуто предположение, что при внесении комплекса полисахаридов пектина и хитозана в молочную сыворотку при определённых условиях происходит эффективное разделение системы на две фракции, обладающие ценными биологическими свойствами, на основе которых возможно изготовление функциональных продуктов и обогащающих добавок.
Основные направления использования хитозана в пищевой промышленности
Известные пути выделения сывороточных белков основаны на их физико-химических свойствах [179]. В настоящее время распространены два способа выделения белков из молочной сыворотки: 1- тепловой способ с изменением реакции среды, основанный на тепловой коагуляции белков при значениях рН, близких к изоэлектрической точке; 2 - мембранный метод. Вместе с тем ведутся поиски других, более простых и технологичных способов.
Тепловой способ выделения белков сыворотки отличается простотой исполнения. Среда доводится до изоэлектрической точки белков введением в сыворотку кислот и щелочей, при этом разрушаются солевые связи в белках, снижается их устойчивость к тепловой денатурации. При нагревании происходит коагуляция белковых молекул [207, 228].
Степень извлечения белков тепловым способом является невысокой (до 50 % от исходного их количества [191]), зависит от температуры и продолжительности нагревания. С учетом целесообразности извлечения и использования белков коагуляцию сывороточных белков необходимо закрепить во избежание обратного процесса, а также с целью максимально возможного снижения распада образующихся агрегатов [191, 225].
С этой же целью коагулированные сывороточные белки концентрируют методом отстоя или центробежным способом на специальных сепараторах. Усвояемость денатурированных белков, по данным ряда исследователей, практически такая же, как нативных. Однако явление денатурации надо учитывать при дальнейшем использовании полученных белков [227].
Мембранные методы выделения белков из сыворотки (ультрафильтрация) позволяют глубоко перерабатывать данное сырье, значительно повысить выход заданных фракций продукции, в зависимости от свойств вещества и параметров мембран [206]. Вопрос переработки сыворотки с применением мембранной технологии становится особенно актуальным сегодня при создании современных высокотехнологичных мембран [156].
Наиболее перспективными методами выделения белков из молочной сыворотки с целью её комплексного использования представляются способы, основанные на применении пищевых биополимеров за счет их совместной тиксотропной коагуляции [93]. В этом отношении представляет интерес опыт применения казеина, пектина, хитозана и других биополимеров.
Так, в ФГБОУ ВПО «Северо-Кавказский государственный технический университет» разработана технология получения пищевого липидно-белкового концентрата, основанная на совместной коагуляции сывороточных белков несепарированной молочной сыворотки и казеина обезжиренного молока [59]. Рациональной температурой для коагуляции сывороточных белков в смеси «подсырная сыворотка-обезжиренное молоко» является 92,5 С, при этом продолжительность процесса составляет 20-30 мин. Максимальная степень выделения белков достигается при рН смеси 5,05. Содержание сухих веществ в осветлённой казеином сыворотке уменьшается на 1,0 - 1,1 % за счет удаления азотистых веществ (в том числе сывороточных белков - преимущественно р-лактоглобулина и альбумина сыворотки крови), молочного жира, части минеральных веществ. В осветленной сыворотке остаются про-теозо-пептонная фракция, часть а-лактальбумина, иммуноглобулины. Срок хранения липидно-белкового концентрата составляет 6 суток при температуре не выше 10 С.
Перспективно фракционирование молочного сырья натуральным биополимером полисахаридной природы - пектином [103].
Научно-практический интерес для переработки сыворотки представляет технология, позволяющая получать из обезжиренного молока (кислотностью 16-18 Т) концентраты, содержащие соответственно до 15 и 85 % натурального казеина и сывороточно-полисахаридной фракции (СПФ), и не требующая дополнительного аппаратурного оформления [103]. Фракционирование молочного сырья осуществляется пектином (степень этерификации 70-75 %, молекулярная масса 20-30 кДа, студнеобразующая способность 150-300 ТБ) в виде 5-7 % - ного водного раствора. Получаемые фракции обладают высо кими биологическими и функциональными свойствами. СПФ, имеющая небольшую кислотность (13-15 Т) и жидко-текучую структуру, обладает структурообразующими свойствами (пенообразующей, желирующей и стабилизирующей способностями). В белково-пектиновый каркас СПФ (21 -26 % массы сухих веществ), в наибольшем количестве входят лактоза (60-64 % массы сухих веществ) и минеральные вещества (8-10 %). СПФ обладает специфической активностью, повышающей устойчивость организма к вредным воздействиям окружающей среды. Включение в питание человека 4-6 г данной добавки в натуральном виде позволяет смягчить отрицательное влияние временных физических и эмоциональных перегрузок на человека. Биологическая активность СПФ проявляется в укреплении и восстановлении клеточных мембран. СПФ можно сгущать при температуре 45-60 С и далее сушить.
В последние годы была показана эффективность выделения белков из различных белковых систем путем применения биополимера хитозана, являющегося по своей природе полиаминосахаридом [7, 75, 119, 164, 184].
В Центре «Биоинженерия» РАН (г. Москва) исследовалась эффективность связывания хитозана с различными сывороточными белками [7, 184]. Было установлено, что основным белком, связывающимся с полисахаридом, является Р-лактоглобулин, причем его максимальное связывание наблюдается при содержании хитозана в реакционной среде от 0,2 до 1 мг/мл. Аналогичная картина имеет место и для а-лактальбумина, однако последний связывается с хитозаном значительно хуже, чем Р-лактоглобулин. Количество сывороточного альбумина остаётся практически неизменным. Было показано, что наилучшее связывание протеинов молочной сыворотки с пищевым низкомолекулярным хитозаном происходит, когда соотношение общий белок : полисахарид составляет
Планирование экспериментов при оптимизации фракционирования молочной сыворотки и рецептур функциональных продуктов
Результаты органолептической оценки белково-углеводной фракции позволяют рекомендовать её использовать на дальнейшие пищевые цели, прежде всего, в качестве пищевой добавки, которую можно использовать для обогащения молочных продуктов, в составе которых отсутствуют пищевые волокна и которым он соответствует по специфическим сенсорным признакам. Рационально также применить полученную осадочную фракцию в качестве основы для проектирования новой биологически активной композиции, поскольку в ее состав входят не только ценные биополимеры, обладающие биологически активными свойствами, но и сывороточные белки иммуноглобулины, ответственные за иммунитет организма. Целесообразным представляется комбинирование осадочной фракции с фитокомпозициями, основанное на подборе растительной добавки в зависимости от направления функциональности БАД.
Таким образом, подтверждена целесообразность фракционирования молочной сыворотки биополимерами пектином и хитозаном, однако процесс получения итоговых композиций требует специального изучения.
Исследование влияния технологических факторов на процесс фракционирования сыворотки полисахаридами Исследование влияния температуры, титруемой кислотности Фракционирование молочной сыворотки - сложный и многофакторный процесс, на эффективность проведения которого оказывают влияние кислотность и дисперсность раствора, температура, продолжительность выдержки с биополимерами, порядок их введения, природа, наличие пищевых добавок и другие факторы [164]. Из литературных данных известно, что при внесении сорбента в кисломолочную среду наибольшее влияние на количество сорбируемых им веществ оказывают температура и продолжительность экспозиции системы [3]. Для определения влияния температуры на процесс фракционирования творожной сыворотки смесью пектина и хитозана были проведены специальные исследования, в процессе которых температура системы варьировалась от 5 до 100 С. Количество вносимых в молочную сыворотку высокомолекулярного хитозана и пектина составляло соответственно 0,06 и 0,35 % к массе смеси «творожная сыворотка-раствор аскорбиновой кислоты». Кислотность сыворотки имела значение 70 Т, содержание сухих веществ равнялось 7,25 %. Первоначально вносили в творожную сыворотку пектин, в сухом виде, без предварительной подготовки, при перемешивании в течение 5 мин. с помощью верхнеприводной лабораторной мешалки EUROSTAR (Германия). После равномерного распределения пектина в творожной сыворотке и некоторого её загущения в данную систему при постоянном перемешивании вводили коллоидный 1 %-ный раствор хитозана в 2 %-ном растворе аскорбиновой кислоты в количестве 10 % от массы смеси «творожная сыворотка-пектин-раствор хитозана». Продолжительность экспозиции данной системы составляла 30 мин., после чего ее фильтровали через ткань лавсановую фильтровальную с величиной ячейки около 70 мкм [106].
Механизм осаждения дисперсной фракции сыворотки видится следующим образом. При добавлении и перемешивании пектина в творожной сыворотке имеет место некоторые ионное, а также физическое взаимодействие его молекул с положительно заряженными сывороточными белками ф-лактоглобулином, а-лактальбумином, иммуноглобулином, альбумином сыворотки крови), что приводит к «запаковыванию» белков внутри пектиновых цепей-макромолекул, что обусловливает эффект загущения системы. При последующем внесении коллоидного раствора хитозана данный биополимер первоначально образует ПЭК с пектином, функциональные группы которого находятся в свободном состоянии. Далее положительно заряженный биополимер хитозан взаимодействует с протеозо-пептонной фракцией сывороточных белков, имеющей отрицательный заряд за счет своих свободных функциональных групп аминокислот. Образующийся комплекс «хитозан-пектин сывороточный белок» отличается повышенной молекулярной массой, обусловленной значительной молекулярной массой составляющих, что приводит к образованию крупных агрегированных конгломератов, самостоятельно оседающих под действием силы тяжести. Разделение системы на визуально различимые фракции происходит быстро, уже во время экспозиции, начиная с 1-й минуты.
Изучение качественных характеристик продуктов фракционирования и направления их использования
Состав готовых изделий показывает, что они являются источником не только традиционных для творожных изделий нутриентов (кальций -67,2 мг%, калий - 65,5 мг%, фосфор - 105,8 мг%, казеин - 12,3 %), но и ценных сывороточных белков ((3-лактоглобулин, а-лактальбумин, иммуноглобулин), пищевых волокон белково-углеводной фракции (хитозан - 0,28 %, пектин -1,21 %), макро- и микро-элементов, флавоноидов (112,5 мг% для продукта с жомом черноплодной рябины), витамина Сир -каротина (5,6 и 0,8 мг% соответственно для продукта с жомом облепихи [183]) и многих других минорных компонентов (эфирные масла, спирты, алкалоиды, гликозиды, органические кислоты), необходимых организму для здорового питания.
С учетом биохимического потенциала творожных продуктов с добавкой «Пектохитомол» и ягодного жома можно рекомендовать для спортивного, детского, геродиетического питания, а также при заболеваниях желудочно-кишечного тракта [123, 124].
Пищевая добавка «Пектохитомол» и обогащенные ею творожные изделия по микробиологическим показателям соответствовали гигиеническим требованиям безопасности пищевых продуктов, регламентированным в Сан-ПиН 2.3.2.1078-01 и Федеральном законе №88-ФЗ «Технический регламент на молоко и молочную продукцию».
Полученные данные использованы при разработке технологической схемы и нормативных документов на изготовление творожных продуктов, обогащенных добавкой «Пектохитомол» (Приложение Ж).
Технологическая схема изготовления функциональных творожных продуктов, обогащенных добавкой «Пектохитомол», базируется на стандартной технологии творожных продуктов [165]. Совершенствованием является операция внесения пищевой добавки «Пектохитомол» в количестве 42,5 % к массе творожного продукта, которую тщательно перемешивают до получения тонко дисперсной однородной массы.
При определении сроков годности пищевой добавки «Пектохитомол» и обогащенных ею творожных изделий, в том числе с ягодным жомом иссле довали следующие показатели качества экспериментальных и контрольных образцов, хранившихся при температуре 4 С: КМАФАнМ, БГКП, дрожжи и плесени, титруемая кислотность, органолептические показатели.
Органолептические и физико-химические показатели добавки и обогащенных ею творожных продуктов определяли с момента приготовления систематически на протяжении 20 суток. Микробиологические показатели определялись на 20-е сутки хранения. Контролем служили стандартные све-жеизготовленные образы творога жирностью 1,8 % и 9,0 %. Схема производства контрольных образцов повторяла разработанную за исключением операции внесения пищевой добавки и жома ягод.
Анализ полученных данных показал, что срок годности обогащенных творожных продуктов составляет 10 суток (коэффициент запаса - 2) при температуре хранения плюс 4 С, что существенно превышает данный период для контрольного образца творога, срок годности которого составляет 72 ч.
Повышение хранимоспособности обогащенных творожных продуктов объясняется наличием в них натуральных компонентов с барьерными свойствами. К ним относятся биополимеры хитозан и пектин [5, 77, 134], массовая доля которых (0,28 % и 1,21 % соответственно) достаточна для проявления консервирующего и антиокислительного эффектов, а также фитокомпо-ненты жома (флавоноиды, каротиноиды, токоферолы, аскорбиновая кислота).
Кроме того, жом приносит с собой ещё один биополимер - целлюлозу (0,32 % для творожных продуктов с добавкой жома облепихи) [184]. С учетом того, что биополимеры в новой творожной системе проявляют свойства стабилизаторов консистенции, вода переходит в более связанную форму, понижается её активность, что также способствует повышению стойкости в хранении.
Полученные результаты позволили предложить не только комплексную схему переработки творожной сыворотки (главы 3.5-3.6), но и схему безотходной переработки молока, в которой рационально применение биополимеров в части обработки сыворотки с целью получения функциональных продуктов. Данная схема приведена на рисунке 3.21.
Центральным местом разработанной схемы является предложенная технология комплексной переработки творожной сыворотки с применением биополимеров, которая объединяет традиционную технологию производства творога, соков и жома из ягод и новый способ фракционирования творожной сыворотки, позволяющий использовать ее компоненты для производства ценных функциональных продуктов питания.
Преимуществом данной технологии является возможность её внедрения на молокоперерабатывающих предприятиях малой мощности, безотходность производства. Значительное количество имеющихся в Калининградской области ресурсов вторичного молочного и растительного сырья потенциально позволяет организовать массовое производство функциональных продуктов и сделать его доступным.
Производственная апробация разработанной технологии состоялась на ОАО «Кировский сырзавод» (Калининградская обл.). Было переработано 50 л творожной сыворотки. В результате получены продукты, которые заслужили одобрение профессиональных работников предприятия и рекомендованы ими к внедрению (Приложение Б).
Особенностью получаемых при реализации схемы продуктов является их повышенная пищевая ценность за счет наличия в их составе пищевых волокон пектина и хитозана, ценных компонентов ягодного сырья.
