Содержание к диссертации
Введение
1 Обзор литературы 6
1.1 Состав и свойства молока 6
1.1.1 Состояние белковой фазы в молоке 6
1.2 Сывороточные белки молока 10
1.2.1 Состав, пищевая и биологическая ценность молочной сыворотки 10
1.2.2 Основные фракции сывороточных белков 14
1.2.3 Способы выделения сывороточных белков из молочной сыворотки 17
1.3 Творог и творожные изделия 23
1.3.1 Пищевая и биологическая ценность творога и творожных изделий 24
1.3.2 Технологические основы производства творога 26
1.4 Состав, пищевая и биологическая ценность морской капусты . 33
1.4.1 Возможности использования морской капусты в производстве продуктов питания 38
2 Организация проведения эксперимента и методы исследований . 42
2.1 Организация работ и схема проведения эксперимента 42
2.2 Объекты методов исследований 44
2.3 Методы исследований 44
3 Результаты исследований и их анализ 46
3.1 Изучение состава и физико-химических показателей творожной сыворотки 46
3.2 Выбор режимов выделения сывороточных белков из творожной сыворотки 46
3.2.1 Получение концентрата сывороточных белков тепловой денатурацией 46
3.2.2 Получение концентрата сывороточных белков щелочным способом (в сочетании с тепловой обработкой) 49
3.3 Исследование пищевой и биологической ценности концентрата сывороточных белков 52
3.4 Исследование влияния дозы внесения концентрата сывороточных белков на качественные показатели молочно-белковой пасты 54
3.5 Характеристика состава морской капусты 55
3.6 Исследование режимов подготовки морской капусты 57
3.7 Исследование влияния дозы внесения морской капусты на качественные показатели молочно-белковой пасты 62
4 Изучение основных закономерностей формирования молочно-белковых паст с концентратом сывороточных белков и морской капусты 64
4.1.1 Влияние изучаемых параметров на органолептическую оценку молочно-белковой пасты 64
4.1.2 Влияние изучаемых параметров на массовую долю белка в молочно-белковой пасте 68
4.1.3 Влияние изучаемых параметров на массовую долю влаги в молочно-белковой пасте 72
4.1.4 Влияние изучаемых параметров на титруемую кислотность молочно-белковой пасты 76
5 Практическая реализация результатов исследований 81
5.1 Изучение состава и физико-химических показателей нового вида молочно-белковой пасты 81
5.2 Разработка технологии нового вида молочно-белковой пасты 86
5.3 Исследование динамики органолептических и физико-химических показателей молочно-белковой пасты «Морская» в процессе хранения 90
5.4 Исследование динамики микробиологических показателей молочно-белковой пасты «Морская» в процессе хранения 95
5.5 Расчет экономической эффективности производства молочно-белковой пасты «Морская» 99
Выводы и рекомендации 104
Список литературы 106
Приложения 118
- Сывороточные белки молока
- Выбор режимов выделения сывороточных белков из творожной сыворотки
- Исследование пищевой и биологической ценности концентрата сывороточных белков
- Влияние изучаемых параметров на массовую долю влаги в молочно-белковой пасте
Введение к работе
В настоящее время для молочной промышленности одной из актуальных задач является создание современных рациональных технологий, обеспечивающих комплексную, безотходную переработку молока, и производства на их основе комбинированных продуктов питания.
С учетом того, что питание является одним из важнейших факторов, определяющих здоровье населения, группой ведущих специалистов и ученых страны (В. А. Княжев, В. И. Сизенко, И. А. Рогов, О. В. Большаков, В. А. Тутельян) разработана концепция государственной политики в области здорового питания населения России на период до 2005 г. Главная цель программы заключается в сохранении, укреплении здоровья населения и профилактике заболеваний. Среди основных направлений государственной политики в области здорового питания особое внимание уделено биотехнологическим процессам переработки сельскохозяйственного сырья и созданию технологий производства качественно новых пищевых продуктов с направленным изменением химического состава, соответствующим потребностям организма человека. В целях улучшения структуры питания предлагается увеличить долю продуктов массового потребления с высокой пищевой и биологической ценностью, в том числе на 20 - 30 % продуктов, обогащенных белком, витаминами и минеральными веществами.
Биологическая полноценность питания может быть повышена за счет систематического повседневного потребления продуктов переработки молочного белково-углеводного сырья, в частности молочной сыворотки.
Белки молочной сыворотки содержат в оптимальном соотношении серосодержащие и другие жизненно необходимые аминокислоты. Особенно ценно содержание в них цистина, метионина, а также лизина, гистидина, триптофана, что обеспечивает лучшие регенеративные возможности для восстановления белков печени, плазмы крови и гемоглобина в организме человека.
Исследования структуры питания свидетельствуют о целесообразности и необходимости искусственного обогащения молока и молочных продуктов недостающими факторами: витаминами, микроэлементами, пищевыми волокнами и др.
В последнее время, в связи с ухудшением экологической ситуации и распространением алиментарно-зависимых заболеваний, для коррекции микронутриентного дефицита все шире применяются биологически активные добавки (БАД). Особый интерес в плане разработки продукта коррекции представляет использование морской капусты, как микроэлементной добавки, снижающей риск эндокринных заболеваний.
По содержанию йода морская капуста опережает все известные наземные лекарственные растения, содержит легкоусвояемого йода до 0,3 % от сухого веса, высокомолекулярные полисахариды (ламинарии, маннит), L-фруктозу, альгиновую кислоту, каротиноиды, микроэлементы (марганец, медь, серебро, кобальт, бор), дийодтирозин, аскорбиновую кислоту, витамины Вь В2, В12, Д.
Учитывая, пищевые и биологические особенности сывороточных белков и морской капусты, представляет научный и практический интерес изучение основных закономерностей формирования комбинированного молочно-белкового продукта, профилактического назначения на основе творога с добавлением вышеуказанных добавок.
Сывороточные белки молока
В процессе производства сыров, творога, казеина в молочную сыворотку переходит около 50% сухих веществ молока [97, 100, 101].
Состав и свойства молочной сыворотки обусловлены видом основного продукта и особенностями технологии его получения (таблица 1.1).
Основным компонентом в составе сухих веществ молочной сыворотки является лактоза, которая составляет более 70%.
Кроме основных компонентов молока, в молочную сыворотку переходят практически все 250 соединений, которые установлены и идентифицированны в молоке в настоящее время. Так в молочной сыворотке в среднем на 100 мл содержится 0,135 мг азота, около 65% которого входит в состав белковых азотистых соединений и около 35% - в состав небелковых. Содержание белковых азотистых соединений составляет 0,5-0,8%) и зависит от способа осаждения белков молока при получении основного продукта [61, 101].
Содержание сывороточных белков в молоке, а, следовательно, и в сыворотке стабильно и в среднем составляет 0,74% [101]. Рассматривая аминокислотный состав казеина и сывороточных белков (как известно от содержания аминокислот зависит пищевая и биологическая ценность белков) следует отметить, что он несколько различен (таблица 1.2). Так, в альбумине содержание триптофана в 4 раза больше, чем в казеине. Содержание незаменимой серосодержащей аминокислоты - цистина в глобулине почти в 7 раз, а в альбулине в 19 раз больше, чем в казеине [25, 101].
Общее содержание аминокислот в подсырной и творожной сыворотке примерно одинаково. Однако в творожной сыворотке содержится в 3,5 раза больше свободных аминокислот и в 7 раз больше незаменимых свободных аминокислот (в основном за счет валина, фенилаланина, цистина и изолейцина), чем в подсырной. Данное различие можно объяснить более интенсивным гидролизом белков молока, происходящим при производстве творога. Содержание свободных аминокислот в подсырной сыворотке в 4 раза больше, чем в исходном молоке, а в творожной в 10 раз [101].
Состав углеводов молочной сыворотки аналогичен углеводному составу молока - моносахара, олигосахара и аминосахара. Основной углевод - лактоза (90%). Из моноз в сыворотке обнаружена глюкоза и галактоза. В творожной сыворотке содержится 0,7-1,6%) глюкозы, что обусловлено гидролизом лактозы при производстве творога.
Из аминосахаридов в сыворотке обнаружена нейраминовая кислота и ее производные, в том числе сиаловая кислота, а также кетопентоза. В сыворотке содержатся серологически активные олигосахариды, близкие к групповым веществам (L) крови. Из других углеводов в молочной сыворотке в незначительных количествах обнаружены арабиноза, лактулоза и амилоид [61].
В молочной сыворотке содержится 0,05-0,45%) жира, что обусловлено его содержанием в исходном сырье и технологией выработки основного продукта. В обезжиренной сыворотке содержание жира составляет 0,05-0,1%). Жир в сыворотке диспергирован лучше, чем в молоке, что положительно влияет на биохимические процессы, происходящие в организме человека и животных [102].
Минеральный состав молочной сыворотки разнообразен. В сыворотку переходят практически все соли и микроэлементы молока, а также соли вводимые при выработке основного продукта, и соединения с поверхности оборудования. Абсолютное содержание основных зольных элементов в сыворотке следующее (в %): калий 0,09 - 0,19, магний 0,009 - 0,02, кальций 0,04 - 0,11, натрий 0,003 - 0,05, фосфор 0,04 - 0,1, хлор 0,08 - 0,11 [99].
Кроме минеральных веществ в сыворотку почти полностью переходят водорастворимые витамины, причем в подсырной сыворотке их значительно больше, чем в творожной.
Количество пиридоксина, холина и иногда рибофлавина в сыворотке превышает в молоке, что обусловлено жизнедеятельностью молочнокислых бактерий [103].
Из органических кислот в сыворотке обнаружены молочная, лимонная, нуклеиновая и летучие жирные кислоты - уксусная, муравьиная, пропионовая, масляная.
Из ферментов в сыворотке обнаружены ферменты типа гидролаз, фосфорилаз, ферменты расщепления, окислительно-восстановительные, переноса и изомеризации [30].
Выбор режимов выделения сывороточных белков из творожной сыворотки
Для получения концентрата сывороточных белков творожную сыворотку нагревали до температуры (93±2)С и выдерживали при этой температуре 2 часа. Осажденную белковую массу декантировали и подвергали самопрессованию до массовой доли сухих веществ 20%, затем охлаждали до температуры (6±2)С и хранили не более 10 суток. При более длительном хранении концентрата сывороточных белков (более 10 суток) в нем начинают интенсивно развиваться микроскопические грибы и дрожжи, обладающие протеолитической активностью, в результате чего происходит разложение белков, вследствие этого вкус и запах концентрата сывороточных белков становится гнилостным, консистенция осклизлой.
С целью дальнейшего использования полученного концентрата, в качестве белковой добавки при производстве молочно-белковой пасты, проводились исследования его органолептических и физико-химических показателей. Результаты исследований представлены в таблице 3.3. Схема получения концентрата представлена на рис.3.2.
Для получения концентрата сывороточных белков творожную сыворотку нагревали до температуры (93±2)С, затем раскисляли ее 10%-ным водным раствором гидроксида натрия (или гидрокарбоната натрия) до кислотности 10-15Т (или рН 6,0-6,5) и выдерживали при этой температуре (10-15) минут. Осажденные хлопья белка декантировали и подвергали самопрессованию до массовой доли сухих веществ 20%, затем белковую массу охлаждали до температуры (6±2)С и хранили не более 10 суток.
В полученном концентрате сывороточных белков определяли органолептические и физико-химические показатели. Результаты представлены в таблице 3.4.
Из результатов представленных в таблице 3.6 можно заключить, что щелочной способ коагуляции (в сочетании с тепловой обработкой) способствует более полной коагуляции сывороточных белков. Степень выделения сывороточных белков при тепловой денатурации составила (16+1,5)%, а при щелочном способе - (43+1,5)%.
Таким образом, для максимального выделения белков из творожной сыворотки необходимо применять тепловую денатурацию белков в сочетании с щелочной коагуляцией. Этот способ выбран в качестве базового в последующем в работе. Пищевая и биологическая ценность сывороточных белков обуславливает целесообразность их использования в виде пищевых продуктов для непосредственного употребления или в качестве полуфабрикатов для обогащения продуктов питания. Усвояемость денатурированных белков, по данным ряда исследователей, практически такая же, как и нативных.
Питательная и биологическая ценность сывороточных белков высока. По данным отдельных исследователей [100, 101, 103], она выше, чем белков куриного яйца. Если принять биологическую ценность белка яйца за 100 (тест белка), то для казеина этот показатель составит 73, для концентрата сывороточных белков -ПО. Так, биологическая ценность смеси казеина с сывороточными белками возрастает с 73 до 92. Особое значение имеет повышенное содержание в сывороточных белках лизина и триптофана.
Исходя из этого, был изучен аминокислотный состав концентрата сывороточных белков, который представлен в таблице 3.7.
Исследование пищевой и биологической ценности концентрата сывороточных белков
Дальнейшее отваривание морской капусты при температуре (65-70)С в течение (10-15) минут также приводило к снижению в ней массовой доли минеральных веществ. Установлено, что при (10-15) минутном отваривании морской капусты, предварительно выдержанной в воде в течение 3 часов при температуре (15-20) С, массовая доля минеральных веществ в ней понизилась еще на 0,75 %.
Аналогичные изменения отмечались в содержании сухих веществ морской капусты при выдержке ее при температуре (65-70)С. Причем процессы массообмена происходили интенсивнее, чем при первом способе обработки. Наибольшее снижение массовой доли сухих веществ также отмечалось на начальных этапах выдержки (до 3 часов). После 3 часов выдержки изменения содержания минеральных веществ незначительны.
Так за первый час выдержки морской капусты при температуре (65-70)С массовая доля минеральных веществ, поваренной соли и йода снизилась на 0,8; 0,3 и 0,11%, за последующие 2 часа на 2,8; 0,4 и 0,18 %, а через 5 часов на 0,8; 0,2 и 0,05 % соответственно.
Изучены изменения органолептических показателей морской капусты обработанной различными способами.
Установлено, что при (10-15) минутном отваривании морской капусты, предварительно выдержанной в воде при температуре (15-20)С в течение 1 часа имела грубую консистенцию, а выдержанная течение 5 часов - излишне мягкую, что затрудняло ее дальнейшую переработку.
Морская капуста выдержанная при (65-70) С в течение 1 часа также имела грубую консистенцию, а выдержанная в течение 5 часов - излишне мягкую, кашеобразную консистенцию. Кроме того, в морской капусте обработанной этим способом массовая доля минеральных веществ, поваренной соли и йода имеет минимальные значения. Так, после 3 часовой выдержки морской капусты в воде при температуре (65-70)С содержание минеральных веществ, поваренной соли, йода составляет соответственно 1,7; 0,9 и 0,2 %.
Анализируя, результаты исследований по способам первичной обработки морской капусты, выбран наиболее оптимальный режим подготовки морской капусты - выдержка в воде при температуре (15-20)С в течение 3 часов, с дальнейшим отвариванием при температуре (65-70) С в течение (10-15) минут. Обработанная таким образом морская капуста имеет нежную консистенцию, легко подвергается дальнейшей технологической обработке, а также обеспечивается сохраняемость части витаминов и микроэлементов (в первую очередь йода).
Для коррекции витаминного и минерального состава молочно-белковой пасты, в качестве наполнителя предложено использование морской капусты.
Объектом исследования на данном этапе явились образцы молочно-белковой пасты, содержащей 20 % КСБ от общей массы, с различными дозами внесения морской капусты 2,5; 5,0; 7,5 и 10 % от общей массы продукта.
Исследованы изменения органолептических и физико-химических показателей (титруемой кислотности, массовой доли белка, влаги) в зависимости от дозы внесения морской капусты. Органолептические показатели молочно-белковой пасты приведены в таблице 3.12.
Из таблицы 3.12 видно, что внесение в молочно-белковую пасту различных доз морской капусты приводит к изменению вкуса, цвета и консистенции готового продукта. При малой дозе внесения морской капусты образцы пасты имели недостаточно выраженный вкус и запах морской капусты. Увеличение доз внесения морской капусты до 7,5 % от общей массы, способствовало улучшению качества молочно-белковой пасты. Дальнейшее увеличение дозы до 10% приводило к ухудшению вкуса, цвета и консистенции продукта.
Установлено, что при увеличении дозы внесения морской капусты каждые 2,5 % внесенного наполнителя снижают титруемую кислотность в среднем на 2Т. С увеличением дозы внесения морской капусты в готовом продукте уменьшается массовая доля влаги в среднем на 0,1 % (с 80,5 до 80,2) %. Это объясняется внесением наполнителей с более выраженными гидрофильными свойствами, которые связывают свободную влагу в готовом продукте. По результатам проведенных исследований установлена оптимальная доза внесения морской капусты в молочно-белковую пасту - 7,5 % от общей массы продукта.
Влияние изучаемых параметров на массовую долю влаги в молочно-белковой пасте
Зависимость массовой доли влаги (Уз) от доз внесения концентрата сывороточных белков (X]), морской капусты (Х2) и массовой доли жира выражается уравнением регрессии: У3= 80,1464 + 0,0006 Xi2 + 0,0178 Х22 - 0,0365 Х32 - 0,0083 Х! Х2 -0,0647 Х2 Х3 - 0,0166 Х! Х3 + 0,0021 Х! Х2 Хз
Анализ уравнения и графиков, приведенных на рис. 4.7, 4.8, 4.9 показывает, что наибольшее влияние на массовую долю влаги оказывала массовая доля жира и доза внесения концентрата сывороточных белков.
С увеличением массовой доли жира с 0 до 9 % в молочно-белковой пасте происходило снижение массовой доли влаги при максимальных значениях варьируемых факторов в среднем на 4,667 % (с 79,138 до 72,138 %).
Изменение доз внесения концентрата сывороточных белков с 10 до 40 % от общей массы продукта, приводило к снижению массовой доли влаги в среднем на 6,449 % (с 80,228 до 72,441 %).
Доза внесения морской капусты не оказывала существенного влияния на изменение массовой доли влаги в изучаемом диапазоне варьируемых факторов.
Из графиков функций отклика (4.7, 4.8, 4.9) видно, что для получения молочно-белковой пасты с массовой долей влаги, удовлетворяющей нормативным требованиям следует вносить концентрат сывороточных белков в количестве не более 20 %, массовая доля жира должна находится в пределах 0.. .4 % и доза морской капусты с 2,5 до 10 % от общей массы продукта.
Зависимость титруемой кислотности молочно-белковой пасты (У4) от доз внесения концентрата сывороточных белков (Xi), морской капусты (Х2) и массовой доли жира (Х3) выражается следующим уравнением регрессии: У4= 186,3082 - 0,0097 Х!2 + 0,2426 Х2 + 0,0962 Х3 - 0,0417 Xi X2 -0,1462 Х2 Х3 - 0,0438 Х, Х3 + 0,0058 Х, Х2 Хз
Анализ уравнения и графиков приведенных на рис. 4.10, 4.11, 4.12 показывает, что на титруемую кислотность, в основном, влияла доза внесения концентрата сывороточных белков и массовая доля жира. Наиболее существенное влияние оказывала доза внесения концентрата сывороточных белков.
С увеличением дозы внесения концентрата сывороточных белков с 10 до 40 % от общей массы продукта, титруемая кислотность смеси «обезжиренная молочно-белковая основа - концентрат сывороточных белков» снижалась в среднем на 12,715Т (с 187,457 до 150,742Т). При максимальных значениях изучаемых параметров (массовой доли жира и дозы морской капусты) в рамках варьируемых факторов величина титруемой кислотности изменялась в пределах с 174,743 до 150,742Т.
С изменением массовой доли жира в молочно-белковой пасте с 0 до 9 % титруемая кислотность снижалась в среднем на 27,9Т (с 187,743 до 155,600Т).
При максимальных значениях изучаемых параметров (дозы морской капусты и концентрата сывороточных белков), в рамках варьируемых факторов
