Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 Научные и практические основы технологии низкотемпературно го хранения пищевых продуктов 12
1.1 Анализ методов холодильной обработки как средства сохранения качества пищевых продуктов 12
1.2 Физико-химические основы замораживания пищевых продуктов 25
1.2.1 Состояние и свойства воды в пищевых системах при замораживании 25
1.2.2 Механизм и кинетика перехода воды в лед 31
1.2.3 Роль незамерзающей воды 35
1.3 Факторы, регулирующие действие замораживания 39
1.3.1 Скорость замораживания и кристаллообразование 39
1.3.2 Скорость замораживания и денатурация белков 44
1.3.3 Температура и продолжительность хранения 50
1.4 Формы и виды связи влаги всырах 54
1.5 Современные тенденции использования низкотемпературной технологии для хранения сыров 59
1.5.1 Особенности хранения сыров при субкриоскопических температурах 59
1.5.2 Особенности применения низкотемпературной технологии в производстве и хранении сыров 65
Глава 2 Обоснование основных направлений исследований, их цель и задачи 77
Глава 3 Методология проведения исследований 85
3.1 Организация и схема проведения исследований 85
3.2 Технические средства и методика замораживания сыров 90
3.3 Объекты и методы исследований 94
Глава 4 Исследование состава и свойств сыров как объекта низкотемпе ратурного хранения 97
4.1 Изучение состава и свойств сыров как факторов, регулирующих действиє замораживания 99
4.2 Влияние химического состава сыров на фазовые превращения влаги... 111
4.3 Прогнозирование качества сыров по доле вымороженной воды 123
4.4 Кинетика вымерзания воды в твердых сырах 127
4.5 Исследование влияния фазового перехода воды на изменение гидратации белкового комплекса сыров 133
4.6 Заключение 152
Глава 5 Исследование особенностей замораживания твердых сыров 157
5.1 Исследование технологических и теплофизических условий замораживания мелко фасованных сыров 157
5.2 Исследование технологических и теплофизических условий замораживания крупных блочных сыров 169
5.3 Аналитические исследования замораживания сыров 181
5.3.1 Обоснование выбора математической модели для определения продолжительности замораживания сыров 181
5.3.2 Выбор математической модели для определения продолжительности замораживания мелкокусковых сыров 183
5.3.3 Определение интегральных характеристик математической модели... 192
5.3.4 Выбор математической модели для определения продолжитель
ности замораживания крупных сыров 195
5.4 Обобщенная численная характеристика качества замороженных сыров
в хранении и обоснование выбора рациональных режимов 199
5.5 Заключение 204
Глава 6 Микробиологические аспекты замораживания и низкотемпера турного хранения сыров 208
6.1 Изучение условий жизнеспособности микроорганизмов в экспериментальных сырах 208
6.2 Влияние температурных параметров замораживания на микрофлору 217
6.3 Влияние режимов хранения на состояние микрофлоры 227
6.4 Гигиеническое обоснование сроков годности замороженных сыров 231
6.5 Заключение 238
Глава 7 Исследование и обоснование основных технологических режимов низкотемпературного хранения твердых сыров 241
7.1 Изменения белков при низкотемпературном хранении сыров 242
7.2 Изменения липидов при низкотемпературном хранении сыров 251
7.3 Количественные изменения влаги 256
7.4 Микроструктура замороженных сыров 265
7.5 Оптимизация температурных условий и сроков хранения 273
7.6 Заключение 283
Глава 8 Технологические принципы управления размораживанием сыров 286
8.1 Исследование тепло- и массообмена при размораживании сыров 286
8.2 Изменение свойств сыров при размораживании 289
8.3 Заключение 299
Глава 9 Исследование пищевой ценности сыров после длительного хранения 301
Глава 10 Практическая реализация результатов исследований 307
10.1 Разработка технологии замораживания и низкотемпературного хранения сыров 308
10.2 Характеристика сыров после хранения в замороженном виде 312
10.3 Номограммы для определения условий низкотемпературного хранения 314
10.4 Производственная проверка технологического регламента 317
10.5 Технико-экономическая эффективность низкотемпературного хранения сыров 320
Выводы 324
Список использованной литературы
- Анализ методов холодильной обработки как средства сохранения качества пищевых продуктов
- Организация и схема проведения исследований
- Исследование технологических и теплофизических условий замораживания мелко фасованных сыров
- Изучение условий жизнеспособности микроорганизмов в экспериментальных сырах
Введение к работе
Государственная политика в области развития технологий предполагает инновационный путь развития агропромышленного комплекса. В инновационном цикле (наука - технология - производство - рынок) наука является первым звеном. Реализация федеральной целевой программы развития науки и техники на 2002 - 2006 гг. предусматривает первостепенное решение тех задач, которые ориентированы на повышение качества жизни людей и на решение проблем перерабатывающих отраслей АПК. Научные исследования в рамках этой программы позволят реализовать важнейшую государственную задачу по обеспечению населения высококачественной, биологически полноценной продукцией.
Для улучшения структуры питания и бесперебойного снабжения населения качественными продуктами питания в течение всего года, холодильная технология, занявшая ведущее место в пищевой индустрии, сможет обеспечить сохранение качества скоропортящихся пищевых продуктов, особенно молочных. Концепции по решению увеличения сроков хранения отражены в основных направлениях государственной политики в области здорового питания, разработанных группой ведущих специалистов и ученых страны (В.А. Княжев, И.А. Рогов, О.В. Большаков, В.А. Тутельян).
Существующие технологии холодильной обработки и хранения сельскохозяйственной продукции по сравнению с другими методами консервирования имеют ряд преимуществ. Они значительно сохраняют высокое качество пищевых продуктов, вызывая минимальные изменения питательной ценности, орга-нолептических характеристик, а также существенно снижают потери массы во время хранения, продляя сроки хранения до года и более.
В связи с тем, что на перспективу до 2020 года прогнозируется рост численности населения Земли на 73 млн. человек в год и, следовательно, будет расти потребление продовольствия, разработка технологических процессов со-
хранения продовольственного сырья и пищевых продуктов будет оставаться перспективным направлением. В настоящее время из производимых в мире 4,4 млрд. т продовольствия в год 1,5 млрд. т требуют охлаждения и около 40 млн. т перевозятся на дальние расстояния. Перечисленные тенденции приведут к росту масштабов применения низкотемпературной техники и технологии.
В сфере переработки сельскохозяйственного сырья и производства пищевых продуктов в последнее время отмечается небольшой рост производства, в том числе положительные тенденции в нарастании темпов производства характерны и для сыроделия. Объемы производства сыров по Российской Федерации впервые за семь лет непрерывного сокращения возросли на 5 - 8 % и выработка их на 2005 год составила по стране 335,4 тыс. т.
Решая задачу по увеличению выпуска сыров, необходимо организовать сохранение их качества в процессе длительного хранения. Важность задачи, стоящей перед производителями работать равномерно в течение всего года и поставлять на рынок молока круглогодично конкурентноспособную, стойкую в хранении продукцию.
Кроме того, на необходимость длительного хранения указывает ярко выраженный характер сезонности в производстве сыра. В условиях расширения производства и становления рынка молока и молочных продуктов, холодильное консервирование позволит сохранить качество продуктов на межсезонный период, создавая достаточные резервы для производства и торговли. Особенно это относится к сырам с короткими сроками созревания или без созревания.
В секторе сыроделия значение имеет концепция насыщения потребительского рынка высококачественными сырами для постоянного удовлетворения спроса населения на них.
При создании запасов и для организации обеспечения населения сырами учитываются потребности рынка в структуре типичных покупок. Сыры обладают статусом одного из самых биологически полноценных молочных продуктов. В его состав входят самые необходимые для жизнедеятельности человека
питательные вещества в наиболее усвояемой форме. Твердые сыры самые популярные у потребителей и в сегменте потребления их доля составляет 41%. Мягкие сыры (10%), брынза (12%) и сыры с плесенью (9%) значительно уступают первому виду по доле предпочтения среди основных типов сыров.
В настоящее время холодильные технологии занимают определяющее положение в развитии международной системы производства и распределении пищевой продукции. Важно отметить развивающуюся мировую торговлю молочными продуктами. Сыры являются одним из важных объектов экспорта и импорта на рынке продовольственных товаров, объемы которых увеличиваются. Предполагается к 2006 г. увеличение спроса на сыры в мире на 1,8 %.
Несмотря на рост производства сыров потребность на 38 % удовлетворяется за счет импорта. Импорт РФ в 2005 г. составил 105,9 тыс. т сыров, а экспорт 1,4 тыс. т.
Укрепление импортного спроса на сыры и замедление темпов роста производства в Германии и Франции способствовали сбалансированности европейского рынка этого продукта. Российский рынок сбыта предполагает поставки сыров в регионы Севера, Дальнего Востока, отгрузку на экспорт. Все это указывает на востребованность продукции, необходимость длительных перевозок по различным регионам страны и сохранение качества до реализации.
В настоящее время для увеличения сроков годности распространение получила технология хранения при субкриоскопических температурах. Температурный диапазон от +2 С до минус 3 С позволяет достичь стабильного качества твердых сыров на непродолжительный срок до 4 - 6 месяцев.
На современном этапе развития во всем мире замораживание считают наиболее эффективным и перспективным способом продления сроков хранения до года и более. Низкие температуры существенно тормозят скорость микробиологических и биохимических процессов, способных привести к изменению качества продукта. В то же время замораживание имеет целый ряд преимуществ по сохранению первоначального качества и получения экологически
безопасного продукта. Он экономичен в отношении удельного расхода энергии и вспомогательных материалов.
В связи с этим заслуживает внимания и требует детального изучения технология низкотемпературного хранения сыров. Реализация этой проблемы позволит развить новое направление в холодильной технологии пищевых продуктов и улучшить насыщения потребительского рынка высококачественными сырами для постоянного удовлетворения спроса на них, в том числе и для развивающейся мировой торговли.
Теоретические и практические основы технологии производства и хранения сыров были заложены в классических работах З.Х. Диланяна, П.Ф. Кра-шенинина, Н.А. Головкина, Г.Б. Чижова, А.В. Гудкова, Р.И. Раманаускаса, Э.И. Каухчешвили. В этом направлении они были продолжены и развиты Г.Г. Ши-лером, A.M. Масловым, С.А. Большаковым, В.Е. Куцаковой, Н.П. Захаровой, Л.А. Остроумовым, Н.Н. Фильчаковой и др.
Использование замораживания нашло распространение в решении вопросов по увеличению длительности хранения твердых сычужных сыров. Отечественные и зарубежные исследователи давали ценные рекомендации по проведению цикла замораживание - оттаивание. Мнения многих ученых по этому вопросу часто расходились, суждения отдельных сводилось к невозможности использования низких температур для сыров, однако приоритетной осталась тенденция о возможности длительного хранения их в замороженном виде и удовлетворительном восстановлении структуры после размораживания.
Ассортимент таких сыров в мире широк. Они относятся как к классическим видам, так и к новым. Зарубежные исследователи многих стран создали технологию замораживания традиционных для этих стран мягких и свежих сыров, продлив сроки их хранения от 15 -30 суток до 4 месяцев.
В зарубежной практике сыроделия, нашла применение технология замораживания недозрелых сыров с проведением созревания после размораживания, что позволило им сгладить резкие сезонные колебания поставок молока и
тем самым рациональнее использовать технологическое оборудование на протяжении всего года.
В промышленности некоторых стран (Греция, Югославия, Италия, Франция) разработаны принципы резервирования глубокозамороженного сырного сгустка, из которого после размораживания вырабатывают твердый, полутвердый и рассольные сыры.
Опыт, приобретенный во многих странах мира по использованию низких температур для резервирования сыров и сырного сгустка, позволяет применять их преимущества для технологии хранения твердых сыров в замороженном виде. В настоящее время проводятся отдельные исследования по сохранению их качества и в нашей стране. Попытки отечественных ученых в 40 - 50-х годах не послужили основанием к дальнейшим разработкам технологических аспектов сохранения сыров и не нашел достаточного применения.
В связи с этим в мировой практике остается приоритетным направление по консервированию сыров холодом. Многообразие используемых технологий за рубежом и начальные исследования в нашей стране в области холодильной технологии сыров указывают на возможность продолжения исследований применительно к отечественным видам сыров с целью управления технологическим процессом их хранения.
Отсутствие аналитического теоретического обоснования замораживания сыров, многообразие их видов и сложность отвечающих им закономерностей предопределяют экспериментальный путь установления связи между качеством продукта при длительном хранении и факторами, от которых они зависят.
Учитывая актуальность и перспективность использования холода в пищевой технологии, в Кемеровском технологическом институте пищевой промышленности выполнена комплексная научно - исследовательская работа, посвященная разработке научных и практических основ продления сроков хранения твердых сыров с использованием низких температур. Результаты этих исследований обобщены и представлены в настоящей диссертационной работе.
Приведенные в диссертации данные рассматривают весь холодильный цикл низкотемпературного хранения, начиная с изучения влияния низких температур на кинетику вымерзания воды, на гидратацию белков и качественные характеристики твердых сыров. При рассмотрении сыра, как объекта низкотемпературного хранения, выделили характерные показатели химического состава, которые в большей степени влияют на степень кристаллизации воды и прогнозируют качество во время хранения.
Разработана научно обоснованная концепция влияния низких температур на характер вымерзания воды из сыров с учетом состояния влаги по видам и формам связи и распределения ее в продукте. Приводятся исследования по установлению глубины вымерзания воды, степени сохранения гидратации белкового комплекса, обоснованию обратимых изменений после замораживания.
В работе впервые предложены способы и режимы замораживания твердых сыров стандартных размеров и мелко фасованных порций. Исследованы технологические и теплофизические особенности замораживания и факторы, влияющие на качество замороженных сыров. Это позволило получить удовлетворительные результаты по сохранению исходного качества во время хранения и после размораживания.
В работе исследованы температурные диапазоны охлаждающей среды, проведен анализ динамики изменения среднеобъемных температур, выполнен подбор скоростей и определена продолжительность замораживания, что позволило разработать теоретическую концепцию холодильной обработки твердых сыров. Теоретическая математическая модель адекватна реальным условиям продолжительности замораживания.
Проведено комплексное обоснование оптимальных режимов замораживания твердых сыров, которое легло в основу разработки технологического регламента на проведение холодильной обработки.
В работе исследованы закономерности отмирания полезной и технически вредной микрофлоры сыров под влиянием низких температур замораживания
и хранения. Впервые сформулированы теоретические положения о микробиологическом состоянии замороженных сыров, на основании которых предложены гигиенически обоснованные продленные сроки годности.
Подробно изучено влияние технологических факторов хранения на степень изменения качества замороженных сыров, в том числе на свойства белка и жира. Впервые установлена область оптимальных условий их хранения с обоснованием периода сохранения гарантированного качества. Разработаны технологические принципы управления размораживанием блоков и мелко расфасованных сыров.
Для осуществления технологического регламента замораживания сыров в соответствии с требованиями производства при заданных условиях разработаны номограммы, которые используются для получения данных по процессу и прогнозу качества сыров в разные периоды хранения.
Практической ценностью работы явилась разработанная технология низкотемпературного хранения твердых сыров, по которой предприятиям отрасли даются практические рекомендации. Проведена производственная проверка технологии опытных партий замороженных сыров на предприятиях Кемеровской, Новосибирской областей и Алтайского края.
Результаты работы опубликованы в монографии «Физико-химические особенности технологии низкотемпературного хранения сыров» (12,5 п.л.), в более 50 научных статьях и тезисах. Получено 4 патента на изобретение. Основной текст работы изложен на 326 стр., имеет 63 рисунков, 57 таблиц, 30 приложений, библиографический список из 438 наименований.
Анализ методов холодильной обработки как средства сохранения качества пищевых продуктов
Наиболее высокими вкусовыми и питательными свойствами обладают свежие продукты как растительного, так и животного происхождения. Однако их повседневное потребление не всегда возможно из-за быстропроявляю-щихся при доставке и хранении микробиологических изменений.
Большинство пищевых продуктов относятся к разряду скоропортящихся и решение вопроса по сохранению их качественных свойств для потребителя представляется важной задачей пищевой технологии. В связи с широкой интеграцией продуктов питания между странами, на рынке России все большее предпочтение отдается продуктам с длительными сроками годности. Современные технологические приемы по созданию новых пищевых технологий XXI века позволяют продлить сроки хранения на длительное время и решить актуальные вопросы отрасли по выпуску конкурентоспособной продукции, имеющей высокое качество и наименьшие потери на пути к потребителю. В тоже время, создание единой замкнутой цепи агропромышленного комплекса, регулирующей производство, хранение, сбыт качественных и биологически безопасных пищевых продуктов, повысит заинтересованность отечественных предприятий в увеличении объемов производства и повышении качества продукции. В связи с этим, в последние годы ведутся поиски новых способов получения стойких пищевых продуктов, которые можно разделить по группам: мясные и молочные продукты, рыба и рыбные продукты, плоды и овощи, готовые блюда.
В отечественной и зарубежной практике накоплен опыт и имеются средства для продления сроков хранения продуктов, обеспечивающих мини малыше изменения их качественных показателей. Важно сохранить совокупность потребительских свойств, которые придают ему пищевую и биологическую ценность, высокие органолептические свойства и удовлетворительный внешний вид.
В этом направлении проводились исследования многими учеными, результатом которых явилось увеличение сроков хранения продуктов различными способами. С этой целью в продукты вносили консерванты и антиокислители, проводили сушку продукта, стерилизацию, применяли различные виды упаковок и защитных покрытий, совершенствовали способы обработки воздуха в холодильных камерах, проводили хранение в области температур, близких к точке замерзания и ниже [85,89,187]. Все методы сохранения пищевых продуктов давали различную степень торможения процессов порчи и вызывали различный характер изменений при хранении.
Для сохранения долгосрочных запасов пищевых продуктов и преобразования в системе поставок метод холодильной обработки позволяет кардинально решить проблему сохранения скоропортящихся пищевых продуктов, наиболее полно инактивируя ферменты и микроорганизмы, содержащиеся в продуктах.
По мнению специалистов, немало важно и то, что использование холода считается экономически выгодным способом продления сроков хранения. По затратам энергии холодильная обработка предпочтительнее по сравнению с затратами на тепловую обработку.
Безусловно, что стабильность продукта в процессе хранения зависит от многих факторов, но решающее значение в сохранении его первоначальных свойств имеют микробиологические и биохимические факторы [36,207]. Жизнедеятельность микроорганизмов является главной причиной изменения пищевых продуктов в процессе хранения [246]. Изменяя условия среды, и оказывая то или иное воздействие на продукт, возможно регулировать состав и активность микрофлоры, ограничить или устранить разрушительное дей ствие микроорганизмов и ферментов на составные части продуктов.
Катализатором всех микробиологических и биохимических процессов в пищевых продуктах является значительное количество воды, создающая благоприятные условия для развития микроорганизмов. Поэтому, излишнее содержание влаги может привести к быстрой порче продуктов.
В основе всех способов продления сроков хранения лежат приемы, направленные на: - удаление микроорганизмов, ферментов; - уничтожение микроорганизмов; - подавление микроорганизмов путем создания неблагоприятных условий для их жизнедеятельности; - инактивацию ферментов [45]. Именно поэтому, а также из - за присутствия доступной воды для развития микроорганизмов, продукты подвергаются дополнительной обработке для успешного сохранения качества на длительное время.
Особое место в технологии хранения занимает выбор метода холодильной обработки, который определяется особенностями объекта консервирования и областью решаемых задач. Посредством низких температур регулируются изменения пищевых продуктов, влияющих на их качество. Функциональную связь скорости реакций, вызывающих эти изменения w с температурой / в специальной литературе описывают в соответствии с законом Аррениуса: где к - температурный коэффициент [120].
Организация и схема проведения исследований
Теоретические и экспериментальные исследования выполнены в Кемеровском технологическом институте пищевой промышленности, на молочных предприятиях Кемеровской, Новосибирской областей и Алтайского края в течение 1988-2006 годов.
В соответствие с поставленными задачами, исследования проводили по общей схеме, представленной на рис. 3.1. Весь цикл исследований состоял из нескольких взаимосвязанных этапов.
Первый этап исследований заключался в сравнительном анализе состава и свойств сыров как объекта низкотемпературной обработки, в принятии характерных показателей химического состава, которые в большей степени влияют на степень кристаллизации воды и связаны с возможностью прогнозирования их качества.
Он включал изучение состава водной фазы, а также определение аналитической зависимости изменения температуры замерзания и количества вымороженной воды от концентрации водорастворимых веществ. Исследовали закономерность и глубину вымерзания воды в зависимости от температуры замороженного продукта.
Устанавливали границы обратимости свойств белков, количественно оценивая действие замораживания на качество сыров.
Определяли эвтектическое состояние замороженных сыров, энергию связи воды с сухими веществами сыра, замораживая до ультранизких температур. Проводили серию опытов по изучению кинетики фазовых превращений воды. Устанавливали свойства незамерзаехмой воды в сырах высокой и промежуточной влажности, на основании которых проводили научное обоснование конечной температуры их замораживания с позиции сохранения качества и факторов устойчивости при хранении.
Изучали стойкость параказеинового комплекса сыров к замораживанию по способности связывать влагу. Устанавливали взаимосвязь между температурой замораживания и количеством влаги мономолекулярной адсорбции, отражающей гидратацию белкового комплекса.
Второй этап посвящен исследованию закономерностей процесса замораживания твердых сычужных сыров на экспериментальных стендах скороморозильных аппаратов. С этой целью проводили серию опытов по определению продолжительности замораживания мелко фасованных сыров и сыров стандартных размеров, а также установлению диапазона скоростей их замораживания. Разработку технологического регламента проводили с применением математических методов планирования эксперимента. Для решения практических вопросов технологического регламента замораживания сыров разрабатывали номограммы в соответствии с требованиями производства.
Исследовали динамику изменения температур во время замораживания с целью определения среднеобьемных температур по толщине образца мелко фасованного сыра и продолжительность процесса при разных условиях внешнего воздействия.
Исследовали динамику теплообменных процессов в блочных сырах. Устанавливали закономерности распределения температуры в различных сечениях блока сыра, определяли конечную температуру в центре блока и продолжительность замораживания объекта до этой температуры.
В этой серии экспериментов исследовали влияние условий теплообмена на скорость замораживания. Для этих целей устанавливали соответствие температуры охлаждающей среды скоростям замораживания. При выборе оптимальных значений исходили из высоких требований к качеству продукта, обеспечиваемых интенсификацией процесса и не связанных с повышением энергетических затрат.
Кроме того, проводили аналитические исследования по определению продолжительности замораживания мелко фасованных и крупноблочных сыров. Проводили выбор и корректировку математических моделей расчета продолжительности замораживания сыров.
На третьем этапе работы изучали жизнеспособность и выживаемость микрофлоры сыров под действием замораживания и низкотемпературного хранения. Для установления оптимальных режимов и сроков хранения изучали чувствительность микроорганизмов к низким температурам. Кроме того, исследовали активность особо устойчивых к низким температурам псих-ротрофных микроорганизмов, способных развиваться при низких положительных температурах холодильного хранения. Рассматривали гигиеническую безопасность размороженных сыров.
Исследовали закономерности отмирания полезной и технически вредной микрофлоры сыров под влиянием низких температур замораживания и хранения с целью гигиенического обоснования сроков годности.
Для обоснования длительности хранения целой группы твердых сыров учитывали режимы интенсивного отмирания общего количества бактерий с сохранением полезной молочнокислой микрофлоры. Планировали трехфакторный эксперимент при установлении роли режимов холодильной обработки. Получено уравнение регрессии, адекватно описывающее влияние режимов холодильной цепи на микробиологическое состояние твердых сыров.
Исследование технологических и теплофизических условий замораживания мелко фасованных сыров
Основными технологическими и теплофизическими факторами замораживания являются следующие: доля вымороженной воды, скорость и продолжительность процесса, динамика изменения среднеобъемиой температуры. С целью установления рациональных режимов холодильной обработки твердые сычужные сыры подвергали замораживанию в широком температурам диапазоне воздушной среды. Перемещение ледового фронта характеризовали скоростью замораживания. Во всех замороженных сырах устанавливали среднеобъемную температуру, которая технологически важна для соз дания условий и получения стойкого продукта в течение длительного периода хранения.
В этой связи, на первом этапе исследований проводили серию опытов по определению продолжительности замораживания мелко фасованных сыров и установлению диапазона скоростей их замораживания. Разработку технологического регламента проводили с применением математических методов планирования эксперимента.
Критерием эффективности в данном случае выступает продолжительность замораживания. Окончание процесса устанавливали по достижению заданной среднеобъемной температуры - Y, час. Роль факторов, оказывающих непосредственное воздействие на функцию отклика, выполняли: - температура воздуха - X і (при средней скорости потока 5 м/с, из условий рационального, энергетически эффективного значения); - массовая доля влаги - X 2; - массовая доля жира в сырах - X з сычужные сыры - массовую долю влаги и массовую долю жира. Диапазон варьирования температуры охлаждающего воздуха устанавливался по результатам термоэкономического анализа [26]. Для проведения экспериментов головки стандартных размеров зрелых твердых сычужных сыров (Советский, Голландский, Российский) порционировали по 80-100 г, толщиной 28 мм и упаковывали в полимерную пленку и пакеты нового поколения Криовак BB3U. Проводили замораживание при различных режимах воздушной среды указанного диапазона.
Температура и скорость движения воздуха в морозильном аппарате обусловили время замораживания расфасованных сыров. Изменение температуры по всей толщине образца контролировали с помощью термопар. Схема их размещения приведена на рис. 5.1: 1 и 5 термопара - на поверхности сыра, 2 и 4 - в средних слоях, 3 термопара - в центре образца. слоях, как в поверхностных, так и в центральных. Температура практически выравнивается и становится одинаковой по толщине образца продукта к концу замораживания.
Это положение справедливо для всех используемых в эксперименте твердых сыров.
Проведенный анализ термограмм процесса замораживания порционного Голландского сыра (рис.5.1) показывает, что первоначальный этап охлаждения до начала кристаллизации проходит очень быстро и длительность его зависит от условий теплообмена (температуры воздуха). Снижение температуры по слоям продукта проходит с различной интенсивностью. На периферийных участках охлаждение протекает гораздо быстрее и за более короткое время.
Кроме того, область максимальной кристаллизации (от - 1 до - 7 С) пройдена порционным сыром довольно быстро (за 2-3 мин.) и на термограмме замораживания она еле уловима. Вследствие того, что скорость прохождения зоны кристаллизации влияет на формирование кристаллической структуры льда, то в условиях эксперимента водная фаза брикетов сыра переходит в мелкокристаллическую структуру. Таким образом, уменьшив размер объекта замораживания, создаются высокие скорости теплообмена, способствующие образованию мелких кристаллов льда.
В этих условиях эксперимента температурный фронт распространялся с большой скоростью и температурные изобаты практически являлись экспонентами. Динимика снижения температуры в ходе замораживания во времени в виде температурного поля Голландского сыра показано на рис. 5.2. Данные использовали для определения среднеобъемных температур.
Так, наибольший разброс температур по слоям сыра наблюдался в первые 20 минут замораживания и температурный градиент выравнивался при установлении в центре продукта температуры замерзания. Почти линейный характер по всей толщине продукта принимает изменение температуры на заключительном этапе замораживания (через 50 минут) (рис.5.2).
Динамика изменения температуры в сырах такова, что через 5-7 мин. после начала замораживания лед образуется в периферийных слоях экспериментальных сыров. Несколько позже, через 20 -22 мин., уже в центральных слоях наблюдается кристаллообразование, без температурного скачка, что вполне удовлетворительно для формирования мелкокристаллической структуры. Дальнейшее плавное снижение температуры во всех слоях сыра характеризует равномерное продвижение фронта кристаллизации воды. Влага замерзает достаточно быстро с естественным расположением, без перераспределения. В центре порционного Голландского сыра температура - 20 С достигнута через 42 мин.
Следовательно, условия теплообмена замораживания мелко фасованных сыров таковы, что сформированная мелкокристаллическая структура льда будет сохранять микроструктуру во время хранения.
Действие других режимов замораживания на продолжительность мелко фасованных экспериментальных сыров остальных видовых групп (Советский, Алтайский, Российский, Витязь) было аналогичным. Особенностью их замораживания является то, что малые размеры поперечного размера продукта обусловливают интенсивное снижение температуры, как в поверхностных, так и в центральных слоях. Относительная равномерность снижения температур отличает данный процесс.
Изучение условий жизнеспособности микроорганизмов в экспериментальных сырах
Биотехнология холодильного хранения связана с сохранением качест 209 ва сыров путем управления микробиологическими процессами посредством температурного фактора. При воздействии «неблагоприятных» низких температур деятельность микрофлоры можно приостановить с последующим восстановлением ее активности в нужный момент. Во время хранения желательно не допустить перезревания сыров и развития в них различных пороков вкуса и запаха. Считаем, что использование для длительного хранения такого приема, как холодильная обработка твердых сыров наиболее перспективна.
Отношение к внешним факторам, особенно к температуре у различных видов микроорганизмов неодинакова и определяется их физиологическими свойствами. Следует различать способность микроорганизмов переносить ту или иную температуру и тем самым влиять на качественные показатели продукта во время холодильного хранения. Видимо, различная чувствительность микроорганизмов к низким температурам, позволит правильно подойти к установлению оптимальных режимов и сроков хранения.
В табл. 6.1 приведены показатели физиолого-биологических свойств микрофлоры, обусловливающей гигиеническое состояние сыров в процессе хранения.
Как видно из таблицы, качественный состав микроорганизмов, характеризующий соблюдение гигиенических и технологических условий производства сыров, имел некоторые отличия по температурным границам роста. Чувствительность к температурам сильно варьирует в зависимости от их вида. Так, для размножения мезофильных и психротрофных бактерий оптимальным является температурный диапазон от 35 до 10 С. В тоже время, указанные группы бактерий существенно отличаются по нижней температурной границе роста. до +10 С жизнедеятельность замедляется, но не прекращается.
Наиболее низкими минимальными температурами развития обладают дрожжи и плесневые грибы (-2 ...-10 С), причем при довольно низкой активности воды. Если при низких температурах дрожжи и плесени устойчивы и способны расти, то при этих же температурах мезофильные бактерии уже отмирают либо жизнедеятельность их значительно замедляется. Лучшими внешними условиями для них являются положительные температуры (от 10 до 40 С).
Довольно высокая биохимическая активность у психротрофных видов микроорганизмов при температуре хранения до - 5 С. Под действием липаз плесневых грибов и дрожжей появлялись в сыре оттенки горького, прогорклого и салистого вкуса. Таким образом, понижение температуры хранения до отрицательных значений не исключает изменения качества продукта в результате жизнедеятельности психротрофных микроорганизмов.
В тоже время остальные группы микроорганизмов при отрицательных температурах не проявляли подобной активности.
Известно, что микроорганизмы выносливы и хорошо приспосабливаются к низким температурам. Мезофильные лактобациллы незаквасочного происхождения сохраняли свою активность в условиях низких положительных температур (до +5 С), проявляя свойства психротрофных микроорганизмов. В тоже время, заквасочная микрофлора молочнокислых бактерий при этих температурах погибала.
Таким образом, в процессе хранения при положительных температурах в течение 2,5 месяцев, отмечалось интенсивное снижение количества полезной молочнокислой микрофлоры с 6,56 ± 0,4 Cg КОЕ/г до 4,3±0,4 Cg КОЕ/г. При контрольной температуре -3 С снижение проходило более активно, и количество ее составило около четырех логарифмов в 1 г продукта. В связи с этим, в зрелых сырах на этапе холодильного хранения доминирует молочнокислая микрофлора незаквасочного происхождения (лактобациллы, энтерококки) с психрофильньши свойствами. Это может отрицательно сказаться на диетических свойствах продукта.
Не только температурные, но и технологические созданы условия для жизнедеятельности посторонней мезофильной микрофлоры крупных и мелких сыров: L casei, L. brevis, S. bovis. Они сохраняются, не размножаясь, в температурном диапазоне от 0 до 10 С. Если их количество превысит нормируемый критический уровень, то при длительной выдержке в сырах могут появиться пороки вкуса, запаха и консистенции. Изменения вероятнее в крупных сырах, чем в мелких, вследствие лучшей обеспеченности лактоба-цилл жизненной энергией.
На рис. 6.1 показано развитие отдельных видов микрофлоры бактериальной порчи сыров в условиях холодильного хранения при низких положительных температурах (3-5 С) после размораживания.
Как видно на рис. 6.1 отдельные культуры вредной микрофлоры сохраняли физиологе - биохимические свойства и активность роста после раз мораживания и хранения при низких положительных температурах. Результаты исследований показали, что как у незамороженных (контроль), так и у подвергавшихся замораживанию микроорганизмов, сохранилась практически одинаковая динамика роста в этих условиях.
