Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 Современное состояние технологий производства консервированных молочных продуктов с сахаром 10
1.1 Основные тенденции развития технологий производства консервированных молочных продуктов с сахаром 10
1.2 Теоретические предпосылки создания функциональных продуктов и источники для их обогащения
1.2.1 Теории питания 13
1.2.2 Источники для обогащения молочных продуктов
1.3 Факторы, влияющие на формирование показателей качества консервированных молочных продуктов с сахаром 25
1.4 Способы и режимы охлаждения консервированных молочных продуктов с сахаром 27
1.5 Исследование структуры консервированных молочных продуктов с сахаром 30
1.6 Теоретические аспекты оценки биологической, пищевой и энергетической ценности продукта.
1.6.1 Биологическая ценность 36
1.6.2 Пищевая ценность 40
1.6.3 Энергетическая ценность 41
1.7 Маркетинговые исследования рынка консервированных молочных
продуктов с сахаром 42
1.8 Задачи исследования 46
Глава 2 Экспериментальная часть 48
2.1 Организация эксперимента и характеристика объектов исследований 48
2.2 Методика моделирования процесса выработки консервированных молочных продуктов с сахаром в лабораторных
условиях 50
2.3 Методы измерения физико-химических и микробиологических показателей качества 51
2.4 Методы определения витаминного, минерального, аминокислотного и углеводного состава 54
2.5 Метод исследования реологических свойств 59
2.6 Метод электронного микроскопирования 61
2.7 Методы определения органолептических показателей 62
2.8 Методика измерения активности воды 62
2.9 Математические методы обработки экспериментальных данных 63
Глава 3 Научное обоснование разработки технологии консервированных молочных продуктов с солодом и солодовым экстрактом 64
3.1 Исследование консервирующей способности углеводов солода и солодового экстракта 64
3.2 Электронно-микроскопический и реологический анализ структуры солодового экстракта 67
3.3 Электронно-микроскопический анализ структуры консервированного молочного продукта 75
3.4 Реологические свойства консервированного молочного продукта 83
3.5 Разработка температурного режима охлаждения проектируемого продукта 93
Глава 4 Разработка технологии консервированного молочного продукта на основе солода и солодового экстракта 100
4.1 Обоснование технологических параметров внесения солодового экстракта 100
4.2 Разработка рецептуры и технологии консервированного молочного продукта 107
4.2.1 Продукт на основе солода 107
4.2.2 Продукт на основе солодового экстракта 109
4.3 Анализ показателей качества разработанного продукта 114
4.3.1 Продукт на основе солода 115
4.3.2 Продукт на основе солодового экстракта 117
4.4 Анализ состава разработанного продукта и оценка его пищевой и биологической ценности 126
Глава 5 Производственная проверка разработанной технологии и оценка экономической эффективности 141
5.1 Выработка продукта сгущением 141
5.2 Выработка продукта рекомбинированием 142
5.3 Расчет экономической эффективности 144
Основные выводы и результаты работы 150
Список литературы .
- Факторы, влияющие на формирование показателей качества консервированных молочных продуктов с сахаром
- Методы определения витаминного, минерального, аминокислотного и углеводного состава
- Электронно-микроскопический и реологический анализ структуры солодового экстракта
- Выработка продукта рекомбинированием
Введение к работе
Актуальность темы исследования. Производство молочных консервов решает первоочередную задачу по обеспечению молочными продуктами населения северных регионов Российской Федерации. Кроме того, следует отметить, что у жителей этих регионов довольно часто наблюдаются признаки гипо- и авитаминозов, а также недостатка различных минеральных веществ, что ведет к появлению и развитию различных заболеваний. Многочисленные исследования сотрудников Института питания РАМН показывают выраженный дефицит витаминов и минеральных веществ у большинства категорий россиян. Например, у 70–90 % населения наблюдается дефицит витамина С, у 50–55 % -витаминов А, Е и -каротина, у трети населения витаминов группы В.
Наиболее распространенным из молочных консервов в нашей стране является сгущенное молоко с сахаром, которое является продуктом государственного резерва. Однако наряду с высокой энергетической ценностью этот продукт обладает повышенным содержанием сахарозы, которая провоцирует такие заболевания как сахарный диабет, приводит к появлению избыточного веса и ожирению. Множество научных исследований доказывает целесообразность ее замены сахарозаменителями.
В настоящее время исследование, разработка и увеличение разнообразия
консервированных молочных продуктов (КМП) связано с развитием политики
государства, направленной на создание функциональных продуктов питания.
Многообразие решений по приданию молочным консервам направленных свойств
обосновано постоянным ростом ассортимента новых функциональных
ингредиентов. Одним из распространенных способов корректировки состава молочных продуктов стало комбинирование молочного сырья с компонентами растительного происхождения, например, зерновых культур и продуктов их переработки.
Диссертационная работа была выполнена на кафедре «Технологического оборудования» ФГБОУ ВО «Вологодская ГМХА» в соответствии с госбюджетной НИР «Научное обоснование и практическая реализация технологий производства консервированных молочных продуктов с сахаром».
Степень разработанности темы исследования. Теоретические и практические исследования и разработка научно-обоснованных технологий в области производства продуктов консервирования молока и молочного сырья были заложены в трудах А.Г. Галстяна, А.И. Гнездиловой, JI.B. Голубевой, А.Н. Петрова, К.К. Полянского, И.А. Радаевой, Н.А. Тихомировой, В.Д. Харитонова, А.Г. Храмцова, JI.B. Чекулаевой.
Целью диссертационной работы является разработка консервированного молочного продукта с сахаром и солодом или солодовым экстрактом повышенной пищевой и биологической ценности. В связи с поставленной целью были сформулированы и реализованы следующие задачи:
- на основе априорной информации обосновать выбор солода и солодового экстракта как натуральных источников для обогащения продукта минеральными
веществами и витаминами с учетом критериев безопасности, эффективности, простоты использования, доступности и вкусовых качеств;
оценить консервирующую способность углеводов солода и солодового экстракта;
исследовать механизм образования микро- и наноструктуры, а также реологические свойства различных солодовых экстрактов и разработанных на их основе продуктов;
разработать рецептуру и обосновать технологические режимы производства проектируемого продукта;
исследовать показатели качества (физико-химические, микробиологические и органолептические) образцов свежевыработанного продукта и в процессе хранения;
- исследовать химический (аминокислотный, углеводный, минеральный и
витаминный) состав продукта;
- разработать нормативную и техническую документацию и провести опытно-
промышленную апробацию технологии разработанных продуктов.
Научная новизна состоит в том, что:
установлена закономерность влияния углеводов солода и солодовых экстрактов на активность воды разрабатываемых продуктов;
получены новые результаты о микро- и наноструктуре солодовых экстрактов и продукта на основе солода или солодового экстракта и выявлен механизм взаимодействия между компонентами солода (солодового экстракта) и молочным белком;
исследованы реологические характеристики солодового экстракта и продуктов на его основе и выявлены закономерности влияния массовой доли вносимого ингредиента на реологию в процессе хранения.
Теоретическая и практическая значимость работы состоит в том, что:
разработана научно обоснованная технология производства КМП с сахаром на основе солода или солодового экстракта;
рассчитана пищевая и биологическая ценность проектируемых продуктов;
- разработаны нормативно-технические документы (технические условия и
технологическая инструкция) на продукты;
- целесообразность предложенной технологии на разработанный продукт
подтверждена результатами опытно-промышленной выработки на предприятии
ОАО «УОМЗ «ВГМХА имени Н.В. Верещагина» и технико-экономическими
расчетами.
Результаты работы внедрены в учебный процесс ФГБОУ ВО «Вологодская ГМХА» при подготовке студентов по направлениям бакалавриата 19.03.03 «Продукты питания животного происхождения», 15.03.02 «Технологические машины и оборудование» и по специальности 19.02.07 «Технология молока и молочных продуктов».
Методология и методы исследований. Методологической основой диссертационного исследования послужили классические законы научного познания с использованием стандартных, общепринятых методов лабораторного
анализа с применением сертифицированного оборудования. Результаты исследований оценивались с помощью программных пакетов Microsoft Office 2013 и Statistica 6.0.
Положения, выносимые на защиту:
закономерности влияния углеводов солода и солодового экстракта на активность воды с целью оценки их консервирующей способности;
новые данные о механизме формирования микро- и наноструктуры в солодовом экстракте и разработанных продуктах на основе солода и солодовых экстрактов;
- технология консервированных молочных продуктов с сахаром и солодом или
солодовым экстрактом повышенной биологической и пищевой ценности.
Степень достоверности результатов диссертационной работы
подтверждается 3 – 5 кратной повторностью экспериментальных исследований, которые были проведены с использованием общепринятых стандартных методик и сертифицированного современного оборудования. Математическая обработка всех результатов эксперимента была проведена при доверительной вероятности 0,95.
Апробация результатов диссертационного исследования заключается в систематических выступлениях на конференциях и конкурсах, публикациях в различных научных журналах и сборниках, а также в проведении опытно-промышленной выработки разработанных продуктов на предприятии ОАО «Учебно-опытный молочный завод «ВГМХА имени Н.В. Верещагина».
Основные положения диссертационной работы были обсуждены на
конференциях различного уровня «Ежегодной научно-практической студенческой
конференции «Первая ступень в науке» (Вологда-Молочное, 2012 и 2013),
«Ежегодной смотр-сессии аспирантов и молодых ученых» (Вологда-Молочное,
2012, 2013, 2014 и 2015), «Научно-практической конференции «Вологодские
молочные продукты – основа здорового питания» (Вологда-Молочное, 2013, 2014
и 2015), «Международной научно-практической конференции «Студенты в
научном обеспечении развития АПК» (Санкт-Петербург, 2013), «III
Международной научно-практической конференции «Леденцовские чтения.
Бизнес. Наука. Образование» (Вологда, 2013), «Международной научно-
практической конференции «Перспективные инновации в науке, образовании,
производстве и транспорте» (Одесса, 2013), «VI Международной научно-
практической конференции «Научно-техническое творчество молодежи – путь к
обществу основанному на знаниях» (Москва, 2014 ), «II Международной научно-
практической конференции «Актуальные вопросы технических наук в
современных условиях» (Санкт-Петербург, 2015), «V Международной научно-
практической конференции «Современные достижения биотехнологии.
Актуальные проблемы молочного дела» (Ставрополь, 2015), «VI Международной
научно-практической конференции «Современные достижения биотехнологии.
Новации пищевой и перерабатывающей промышленности» (Ставрополь, 2016),
региональном этапе Всероссийского студенческого форума (2013), конкурсах
министерства сельского хозяйства «Всероссийский конкурс на лучшую научную
работу среди студентов, аспирантов и молодых ученых высших учебных
заведений МСХ РФ» (2014 и 2015) и областном конкурсе научно-технических проектов Вологодской области «Потенциал будущего» (2015).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 25 работ, из них: 7 статей в журналах, рецензируемых ВАК РФ, и 2 патента на изобретение.
Результаты проведенной работы отмечены многочисленными дипломами и
сертификатами. Актуальность данной темы подтверждается получением
поддержки в виде гранта по программе «Участник молодежного научно-
инновационного конкурса» («УМНИК»), а научно-техническая новизна
подтверждена патентами РФ № 2525666 «Способ производства
молокосодержащего концентрированного продукта с сахаром», № 2547179 «Способ получения пищевой сладкой смеси».
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, выводов, списка литературных источников и приложений. Объем основного текста работы составляет 171 страницу, включает 54 рисунка, 47 таблиц и 13 приложений. Список литературных источников содержит 173 наименования.
Факторы, влияющие на формирование показателей качества консервированных молочных продуктов с сахаром
В современном обществе необоснованный подход к решению проблемы сбалансированного питания человека провоцирует развитие ряда тяжелых заболеваний. Так, например, по данным Всемирной организации здравоохранения вклад несбалансированного питания в общую смертность среди населения Российской Федерации от сердечно-сосудистых заболеваний достигает 12,9 % в год [19].
Путь к идее сбалансированного питания развивался с античных времен. Результатами этого пути стали известные в истории науки несколько теорий питания. Из них выделяют две основные (античная и классическая), которые явились базовыми для развития последующих двух теорий (адекватного и оптимального питания), соответствующих современным представлениям о биологии, химии, физике, медицине и питании.
Первая теория питания появилась во времена античности (IV в. до н.э. – II в. н.э.). Родоначальниками ее являются Аристотель и Гален. Для нее характерен антропоцентрический подход. В соответствии с античной теорией, питание организма происходило за счет крови, непрерывно образующейся из пищевых веществ. Сам процесс образования крови считался довольно сложным, природа его была не известна, но было сделано предположение о схожести кроветворения с процессом брожения. Образовавшаяся из пищевых веществ кровь проходила очищение в печени и только потом использовалась для питания организма (ткани и органы). Таким образом, пищеварение в давние времена представлялось, как процесс превращения пищи в строительные вещества и энергию. Античная теория питания существовала вплоть до XVIII века [20].
Постепенно с изучением циркуляции крови (У. Гарвей 1628 г.) и процесса пищеварения (Р. Реомюр 1753 г., Л. Спалланцани 1783 г.) в организме стало ясно, что ранние представления неверны. Именно в течение XVIII – начале XX вв. развилась и популяризировалась вторая основная – классическая теория питания. Иначе эту теорию еще называют теорией сбалансированного питания (А.А. Покровский 1964 г.). Она сыграла важную роль не только в развитии некоторых наук, но также привела к прогрессу существовавших технологий. Теория сбалансированного питания окончательно сформировалась в конце XIX – начале XX века и включала несколько постулатов. С этой теорией были связаны представления об идеальной пище и идеальном питании [20 – 22].
Теория сбалансированного питания опирается на законы сохранения материи и энергии, но применительно к биологическим системам. Так в организм должны поступать только те пищевые вещества, которые были затрачены на построение тела (в случае молодого организма), обмен веществ и энергию. Это так называемый балансный подход. Таким образом, питание в свете этой теории необходимо для поддержания молекулярного состава организма в некотором физиологическом интервале [20, 23].
Классическая теория определяет пищу как совокупность нескольких компонентов: пищевых веществ, балластных веществ и вредных соединений. К пищевым веществам, или нутриентам, относят белки, жиры, углеводы, витамины, минеральные вещества и другие, которые хорошо всасываются из пищевых продуктов. При этом считалось, что нутриенты являются наиболее ценной составляющей пищи, необходимой для метаболических процессов организма. Концентрирование этих компонентов и удаление «вредных» дало начало развитию технологий обогащенных продуктов питания, которые приобрели большое распространение в пищевой промышленности. В продуктах увеличивали долю полезных веществ и улучшали их соотношение, частично или полностью удаляли балластные и токсические вещества. Следует отметить, что в то время улучшение соотношения полезных веществ было не в балансе их между собой в продукте, а в соотношении поступающих нутриентов и затраченных на потребности организма [20, 21, 23].
В рамках теории сбалансированного питания получили развитие идеи о создании идеальной пищи, которая должна была состоять лишь из смеси необходимых элементов. Так возникли идеи элементного и парентерального питания. В те времена широкое распространение получили рафинированные (лишенные балласта) пищевые продукты [20, 23, 24].
Расцвет и проверка теории сбалансированного питания пришлись на середину XX века. В результате было установлено, что важным дефектом этой теории, является сложность определения сбалансированности питания, поскольку уровень и интенсивность обмена веществ сугубо индивидуальны и могут меняться в довольно широких пределах. Следующей ошибкой классической теории был отказ от использования балластных веществ пищи и недооценка их физиологической роли. Это привело к развитию ряда «болезней цивилизации» (заболевания сердечно-сосудистой системы, желудочно-кишечного тракта, нарушения обмена, возникновение ожирения и другим). Но основной недостаток заключается в направленности теории сбалансированного питания на решение задач питания человека в условиях невозможности четкого установления своих потребностей в пище [20, 21].
Открытие общих закономерностей ассимиляции пищи, одинаково справедливых для всех организмов, способствовало появлению новой теории питания. Таким образом, проверенные экспериментально положения теории сбалансированного питания, новые открытия биологии и медицины привели к переосмыслению существующей теории и формированию новой, получившей название теории адекватного питания. Ее основные выводы были представлены А.М. Уголевым (80-е гг. ХХ в.). Основные положения новой теории принципиально отличаются от классической теории, за небольшим исключением: - питание поддерживает молекулярный состав и обеспечивает энергетические и пластические потребности организма (постулат общий с теорией сбалансированного питания); - нормальное питание обусловлено не одним потоком нутриентов из желудочно-кишечного тракта во внутреннюю среду организма, а несколькими потоками нутритивных и регуляторных веществ, которые имеют жизненно важное значение; - не только пищевые, но и балластные вещества являются необходимыми организму компонентами пищи; ассимилирующий организм в метаболическом и трофическом отношении является надорганизменной системой; - существует эндоэкология организма-хозяина, которая образуется за счет микрофлоры кишечника и кишечной (энтеральной) среды. Организм-хозяин и микрофлора кишечника находятся в сложных симбиотических взаимоотношениях;
Методы определения витаминного, минерального, аминокислотного и углеводного состава
Определение аминокислотного состава было проведено с помощью специализированной системы Aracus по методике [128]. Этот метод аминокислотного анализа основан на послеколоночной дериватизации с нингидрином, который при взаимодействии с аминокислотами образует окрашенные соединения, определяемые диодным фотометром на длинах волн 440 и 570 нм. Идентификация пиков производных аминокислот на полученных хроматограммах проводилась по времени удерживания и спектральным отношениям при сравнении их с теми же показателями для контрольной аттестованной смеси на градуировочной хроматограмме. Массовая доля аминокислот исследуемой пробы рассчитывалась в программе прибора. Для определения содержания аминокислот в продукте результат полученный программой умножали на коэффициент разбавления, который зависел от объема анализируемой пробы.
Определение содержания триптофана проводилось согласно методике МИ 103.5-105-2011 [129] с использованием спектрофотометра Cary 50 Scan (Varian). Сущность метода заключается во взаимодействии раствора исследуемой пробы с водным раствором диазофенил-сульфоновой кислоты (диазореактив) с образованием окрашенного производного соединения. Последующая флуоресцентная детекция позволила измерить величину абсорбции производного и установить содержание триптофана по градуировочному графику.
Авторами работы [130] разработана методика определения вязкости молочных консервов методом ротационной реометрии. Ими доказано, что контроль вязкости следует выполнять в некотором диапазоне, например, от 48,6 до 145,8 с -1, с предварительным разрушением в измерительной ячейке прибора структуры опытного образца продукта в течение 10 минут при максимальной скорости сдвига = 145,8 с _1 и постоянной температуре (20 ± 1) С.
Для исследований реологических свойств был использован ротационный вискозиметр «Rheotest - 2.1» принцип действия которого основан на измерении напряжения сдвига () между слоями продукта в цилиндрической измерительной ячейке S/S2, скорость сдвига () которой изменяется в диапазоне 0,05 - 473 с "\
Стакан измерительного устройства наполнялся исследуемым продуктом в объеме 30 см3. Далее на внутренний (измерительный) цилиндр коаксиально размещался стакан с исследуемым продуктом и закреплялся рычагом на роторе вискозиметра. С целью проведения измерений при постоянной температуре (20 ± 1) С предварительно проводится термостатирование в течение 3 минут с помощью водяной термостатирующей ячейки, которая также фиксировалась рычагом на стакане измерительного устройства. После чего, включив измерительный механизм, были проведены измерения с постепенным увеличением скорости сдвига путем увеличения скорости вращения измерительного цилиндра, изменяя ступени редуктора от 1 до 12.
Измерительный цилиндр, вращаясь, сдвигает и увлекает за собой слои исследуемого продукта, находящегося в кольцевом зазоре стакана и цилиндра. При этом возникающий крутящий момент на внутреннем цилиндре при помощи вала передается цилиндрической пружине измерительного устройства и выражается в отклонении звена пружины, которое фиксируется измерительным блоком устройства. Для каждого значения скорости сдвига (от 1 до 12) снимаются показания () с индикаторного прибора (логометра).
По результатам измерений рассчитывались реологические показатели, на основании которых далее были построены кривые течения. Напряжение сдвига (, Па) определялось по формуле (2.6) [131]: г = Z а, (2.6) где Z - постоянная измерительного устройства, Па/дел. шкалы; а - показания прибора, дел. шкалы. Расчет эффективной вязкости (эф, мПас) осуществлялся по формуле (2.7) [131]: - (2.7) Далее были построены графики зависимости цэф = f (т). И по изменению показателей был сделан вывод о принадлежности исследуемого продукта к ньютоновской или структурированной - неньютоновской жидкости.
Электронно-микроскопические исследования структуры образцов солодовых экстрактов и разработанных консервированных молочных продуктов были осуществлены с помощью трансмиссионного электронного микроскопа (ТЭМ) марки ЕМ-410 компании «Филипс» (Нидерланды). В таком микроскопе объект изучают в виде тонкой пленки (не более 0,01 мкм), просвечивая его пучком ускоренных электронов с энергией 50 - 200 кэВ. Исследования были проведены на базе ФГБНУ «ВНИИМС» г. Углич.
Для проведения электронного микроскопирования предварительно проводится фиксация и подготовка препаратов для прямой микроскопии путем негативного контрастирования солями тяжелых металлов. Для этой цели используются молибденовокислый аммоний, уранилацетат, фосфорно-вольфрамовая кислота. При смешении водных растворов этих веществ с объектом исследования после фиксации изучаемые компоненты микроструктуры (например, белковые комплексы) оказываются погруженными в тонкий слой аморфного вещества высокой плотности. В электронном микроскопе изучаемые компоненты выглядят как светлые объекты на темном фоне. Преимуществом данного метода является проникновение солей тяжелых металлов в глубь исследуемого объекта и возможность более детального исследования внутренней структуры.
Метод подготовки заключается в следующем: образец сгущенного молока с добавкой солода или солодового экстракта растворяется в дистиллированной воде в соотношении 1:100; полученный коллоидный раствор наносится на специальную металлическую поддерживающую сетку, покрытую электрон прозрачной пленкой; препарат фиксируется с помощью глутаральдегида; проводится негативное контрастирование солями тяжелых металлов; препарат промывается дистиллированной водой. После всех манипуляций проводится высушивание сетки с препаратом и, поместив ее в электронный микроскоп, исследуется при увеличении 11000, 51000 и 110000 раз.
Помимо общеизвестного метода определения органолептических показателей по ГОСТ 29245 – 91 [132] был также использован метод экспертных оценок [133, 134], основанный на учете мнений экспертов-специалистов. Этот метод особенно широко применим при разработке новых видов продукции. Он применяется для определения различия в органолептических свойствах нескольких исследуемых образцов, оценка проводится индивидуально каждым экспертом и включает попарное сравнение образцов продукта, выбор в каждой паре предпочитаемого образца и заполнение анкеты. Предпочтение выражается указанием номера лучшего из двух образцов.
Электронно-микроскопический и реологический анализ структуры солодового экстракта
Из литературы известно, что ферменты солода, а, следовательно, и солодовых экстрактов обладают протеолитической активностью, поэтому в процессе ферментации молочные белки могут переходить через определенные промежуточные стадии – альбумозы, пептоны и амиды. Изменения состояния белков, вызванные действием ферментов солода, влияют на вкус и аромат готовых пищевых продуктов и повышают их биодоступность для организма человека.
Результаты электронно-микроскопических исследований, приведенные в работе [146], показали, что в сгущенном молочном продукте с заменой сахара на крахмальную патоку после длительного хранения между мицеллами казеина образуются псевдополимерные филаментозные мостики из глюкозы, определяющие микроструктуру продукта, его органолептические и реологические показатели. Аналогичные исследования приведены в работе [147], посвященной анализу процессов образования псевдополимерных микроструктур при взаимодействиях белков и полисахаридов. В связи с вышеизложенным целесообразно исследование микроструктуры консервированных молочных продуктов с сахаром с добавкой солода или солодового экстракта, и анализ структурных взаимодействий между молочными компонентами и компонентами солода (экстракта). Также важно изучить влияние длительного хранения на микроструктурные характеристики консервированных молочных продуктов с сахаром с добавкой солода или солодового экстракта.
Объектами данного исследования были образцы консервированного молочного продукта с сахаром, в которых проведена частичная замена компонентов на солод или солодовый экстракт. Все образцы выработаны методом рекомбинирования.
Были проведены исследования десяти образцов: пять свежевыработанных образцов и пять, находившихся на хранении в течение 6 месяцев. Состав образцов и обозначение их нумерации приведены в таблице 3.4. Таблица 3.4 – Состав и нумерация образцов КМП
В экспериментальных исследованиях был проведн сравнительный электронно-микроскопический анализ морфометрических признаков частиц и структурных элементов, образующихся в консервированном молочном продукте с сахаром при добавлении солода или солодового экстракта, и изменения в структуре продукта после его хранения.
На рисунках 3.17 – 3.26 представлены электронно-микроскопические фотографии препаратов продукта. Фотографии были получены при инструментальном увеличении в 14000 раз (рисунки 3.17, 3.19, 3.21, 3.23, 3.25). Данное увеличение выбрано так, чтобы можно было оценить структурные особенности образца в целом. Фотографии этих же препаратов консервированного молочного продукта с сахаром, полученные при инструментальном увеличении микроскопа в 52000 раз (рисунки 3.18, 3.20, 3.22, 3.24, 3.26) позволяют оценить взаимодействие казеина и солода (солодового экстракта).
Анализ полученных при небольшом увеличении фотографий микроструктуры свежевыработанного контрольного образца консервированного молочного продукта с сахаром и хранившегося шесть месяцев (рисунок 3.17), позволяет отметить, что в обоих образцах общая микроструктура характеризуется рыхлыми, несвязанными друг с другом агрегатами мицелл казеина.
При большем увеличении (рисунок 3.18) видны и изменения микроструктуре, произошедшие в процессе хранения консервированного молочного продукта, проявляющиеся в образовании дополнительных псевдополимерных филаментов между мицеллами казеина. Такие изменения в микроструктуре консервированного молочного продукта влияют на его органолептические и реологические характеристики в процессе хранения. При этом мицеллы казеина, в основной массе, сохраняют свою форму.
Сравнительный анализ изображений микроструктуры свежевыработанного и хранившегося рабочих образцов (рисунок 3.19 и 3.20) консервированного молочного продукта с частичной заменой сухого обезжиренного молока на светлый солод между собой и изображением микроструктур контрольных образцов, позволяет сделать следующие выводы: - общая микроструктура этих образцов представлена в виде совокупности связных агрегатов наночастиц, окруженных тонкодисперсной, гомогенной средой; - частичная замена сухого обезжиренного молока на светлый солод существенно изменяет микро- и наноструктуру консервированного молочного продукта, характерную для контрольных образцов; - наблюдается частичное разрушение мицелл казеина уже в свежевыработанном образце, которое при хранении приводит к формированию новых частиц меньших размеров и их агрегатов произвольной формы.
Выработка продукта рекомбинированием
Молоко после приемки подвергают очистке, охлаждают до температуры (4 ± 2) С и направляют в емкости для резервирования и нормализации. Нормализацию проводят таким образом, чтобы жирсмеси/СОМОсмеси = жирпродукта/СОМОпродукта = 0,425, где СОМО – сухой обезжиренный молочный остаток. Пастеризацию смеси проводят при температуре (95 ± 2) С без выдержки. Пастеризованное молоко подают в промежуточную емкость, откуда направляют в вакуум-выпарной аппарат для сгущения.
Для приготовления сахарного сиропа с массовой долей сухих веществ 60 – 65 % используют питьевую воду, подогретую до температуры (70 – 80) С, и очищенный с помощью сит сахар. Сахарный сироп нагревают до температуры кипения и охлаждают до температуры (80 ± 2) С. Важно не допускать длительной выдержки сиропа при температуре кипения во избежание образования редуцирующих веществ. Далее сироп смешивают с пастеризованным при температуре (80 ± 2) С в течение 10 минут солодовым экстрактом. Готовую смесь сахарного сиропа и экстракта очищают и вводят в вакуум-выпарной аппарат в конце процесса сгущения.
Возможен и другой вариант. Готовый сахарный сироп подают на сгущение одновременно с пастеризованным молоком, а подготовленный солодовый экстракт вносят при охлаждении продукта в соответствии с температурой, представленной в таблице 4.6. Сгущение завершают, когда массовая доля сухих веществ в сгущенной смеси составляет 69 – 71 %. Затем продукт подают на охлаждение до температуры (20 ± 2) С в вакуум-охладитель, где за счет самоиспарения удаляется часть влаги. Охлаждение продукта необходимо вести таким образом, чтобы получить кристаллы лактозы размером не более 10 мкм. С этой целью при температуре массовой кристаллизации лактозы (34 ± 3) С в продукт вводят не менее 0,02 % от массы сгущенного продукта затравки мелкокристаллической лактозы. Охлажденный продукт должен быть немедленно отправлен на фасовку. Хранение готового продукта на предприятии-изготовителе должно быть не более одного месяца при температуре (0 – 10) С и относительной влажности воздуха не более 85 %.
При данном способе производства используется традиционное аппаратурное оформление, включающее в себя вакуум-выпарной аппарат циркуляционного или пленочного типа и вакуум-охладитель. В сравнении с общепринятой схемой исключается операция гомогенизации, поскольку вязкостью разработанного продукта можно управлять, изменяя температуру внесения солодового экстракта. Об этом свидетельствуют результаты исследований, представленных в главе 4.1. Также результаты проведенных исследований (глава 3.3 – 3.4) позволяют сделать вывод о достаточной стабилизирующей способности солодового экстракта, которая будет препятствовать процессу разделения фаз (расслоению) продукта
Исследование состава солода и его экстрактов (глава 1.2) показывает, что они содержат большое количество нутриентов. Поэтому по рецептуре (таблица 4.7) и технологии (рисунок 4.5), представленным в главе 4.2, были выработаны способом рекомбинирования образцы консервированного молочного продукта на основе солода.
Изменения компонентного состава продуктов влекут за собой изменение показателей качества. Как уже указывалось выше, качество молочных консервов должно соответствовать требованиям технической документации в течение всего срока хранения. Неизменность исходного качества устанавливается и подтверждается результатами его оценки по физико-химическим, органолептическим и микробиологическим показателям качества, предусмотренным специальными нормативными документами – государственными стандартами [76, 153 – 156]. Изменения показателей качества продуктов консервирования молока независимо от причины их возникновения проявляются в процессе хранения продукта [160]. Поэтому на протяжении всего срока годности выработанных продуктов проводились исследования физико-химических показателей качества по методикам, представленным в главе 2.3.
Результаты проведенных исследований продукта с солодом, выработанного по рецептуре (таблица 4.7) в соответствии с технологией (рисунок 4.5), представлены в таблице 4.9.
В процессе хранения вязкость всех образцов в зависимости от доли замены сухого обезжиренного молока на солод увеличилась с 3 – 5 Пас (в свежевыработанных образцах) до 10 – 15 Пас (через 14 месяцев хранения), что не превышает предельное значение, характерное для традиционного сгущенного молока с сахаром [76]. Проведенные ранее исследования показали, что в образцах с заменой сухого обезжиренного молока солодом наблюдалось значительное повышение вязкости и отклонение от свойств «ньютоновского» продукта. На основе анализа кривых напряжения сдвига от скорости сдвига было установлено, что разработанный продукт следует отнести к псевдопластичным телам (глава 3.4).
Тенденция роста кристаллов лактозы в образцах с солодом была аналогичной контрольному образцу. Средний линейный размер кристаллов лактозы во всех образцах не превышал 15 мкм.
Значение активности воды в процессе хранения изменяется в пределах погрешности измерений и соответствует требуемому значению для продуктов с промежуточной влажностью (0,81 – 0,85) – сгущенных молочных консервов с сахаром [72]. Этот параметр, как известно [6, 72, 75], является комплексным показателем хранимоустойчивости молочных консервов. Поскольку величина этого параметра в процессе хранения изменялась в пределах погрешности измерений, то это свидетельствует о достаточно высокой хранимоустойчивости разработанного продукта.
Была проведена оценка органолептических показателей качества, которая показала, что разрабатываемый продукт соответствует требованиям нормативных документов и запросам потенциальных потребителей (глава 1.6). Вкус продукта сладкий с легким ароматом солода, схожим с кофе и цикорием. Внешний вид и консистенция продукта однородная, вязкая по всей массе без наличия ощущаемых органолептически кристаллов молочного сахара. Цвет светло коричневый, обусловленный цветом внесенного компонента (солода), напоминающий цвет кофе с молоком.
Методом рекомбинирования по разработанной технологии (рисунок 4.6) в соответствии с приведенными рецептурам (таблица 4.8) были выработаны и заложены на хранение образцы консервированного молочного продукта с сахаром и солодовым экстрактом. Результаты проведенных исследований свежевыработанных образцов продукта и в процессе хранения представлены в таблицах 4.10 – 4.11.