Содержание к диссертации
Введение
1. Научные и практические аспекты создания технологий плавленых сырных продуктов (обзор литературы) 8
1.1 Основные принципы создания технологии плавленых сырных продуктов 8
1.2 Состав и свойства растительных белков 9
1.3 Использование растительных белковых компонентов в производстве плавленого сырного продукта 15
1.4. Характеристика жиров растительного происхождения 19
1.5 Плавленые сырные продукты с комбинированным составом жирового компонента 25
1.6 Состав, свойства и использование гидроколлоидов в производстве молочных продуктов 30
1.7 Выбор направления исследований, цель и основные задачи 36
2. Организация работы, объекты и методы исследований 39
2.1 Организация работы 39
2.2 Методы исследований 49
3. Результаты исследований 54
3.1 Установление вида, оптимальной дозировки и способа внесения изолятов растительных белков в состав плавленых сырных продуктов 54
3.2 Исследование по установлению дозировки растительных жиров для замены части молочного жира в составе плавленых сырных продуктов 66
3.3 Установление целесообразности использования стабилизаторов в составе плавленых сырных продуктов 70
3.4 Исследование показателей и питательной ценности плавленых сырных продуктов 73
3.41 Сравнительные исследования структуры плавленых сырных продуктов и структуры плавленых сыров 75
3.4.2 Исследование состава белковой и жировой фракций ПСП...85
3.5 Изучение показателей качества плавленых сырных продуктов в про
цессе хранения 95
3.6 Практическая реализация результатов исследований 107
Выводы 113
Список использованной литературы
- Использование растительных белковых компонентов в производстве плавленого сырного продукта
- Состав, свойства и использование гидроколлоидов в производстве молочных продуктов
- Исследование по установлению дозировки растительных жиров для замены части молочного жира в составе плавленых сырных продуктов
- Сравнительные исследования структуры плавленых сырных продуктов и структуры плавленых сыров
Введение к работе
Государственная политика в области здорового питания населения России предусматривает улучшение качества и повышение ассортимента пищевых продуктов, обогащенных белками, витаминами, минеральными веществами, ответственными за обеспечение функциональной деятельности человеческого организма [1]. Современная теория позитивного питания основана на конструировании состава пищевых продуктов, где особая роль отводится белкам и жирам, как главным компонентам, определяющим питательную и биологическую ценность пищевой системы [2,3].
Большие возможности для конструирования состава заложены в технологии новой разновидности белково-жировых концентратов, какой является плавленый сырный продукт.
Плавленый сырный продукт - это пищевой продукт, изготовляемый по технологии плавленого сыра с использованием немолочных жира и/или белка. Такой статус определен этой группе ГОСТом Р 52 176 «Продукты маслоделия и сыроделия. Термины и определения», введенным в действие Постановлением Госстандарта России от 29 декабря 2003 г.
Этой группе продуктов, в основу технологии которых заложен принцип ресурсосбережения, принадлежит важнейшая роль в увеличении объемов производства продуктов отрасли плавленых сыров. В последние годы темпы роста объемов производства плавленых сыров значительно опережают аналогичные показатели выпуска других продуктов сыроделия. Из анализа известных показателей объемов производства плавленых сыров по годам следует, что наибольший рост объема производства наблюдался в период с 2000 по 2004 г на 38,7 % [4]. В последние 2 года темпы несколько снизились, но, тем не менее, в целом по отрасли молочной промышленности остаются достаточно высокими и составляют около 6 %. Объем производства плавленых сыров в 2005 году достиг 153 тысяч тонн, т.е. приблизился к лучшим показателям «доперестроечного» периода.
Интерес к продукции отрасли объясняется, прежде всего, возможностью получить быстрый результат ввиду краткого производственного цикла, а также широкой вариабельностью сырьевых компонентов, сравнительно несложным техническим оснащением производственного процесса и, наконец, особенностями состава и свойств продукта, обуславливающими разнообразие ассортимента, насчитывающего более 150 наименований. Среди них уже значительная по численности группа - плавленые сырные продукты.
Во-первых, это получившие новый статус плавленые сыры комбинированного состава, выведенные в отдельную техническую документацию «Плавленые сырные продукты». Только в одном из них проведено комбинирование бел-ково-углеводной фракции. Это плавленый сырный продукт Осенний - аналог плавленого сыра Шоколадный, В составе других плавленых сырных продуктов использованы немолочные жиры, взамен молочного жира или его части [5].
Во-вторых, новые виды сырных продуктов в составе которых скомбинирована белковая или жировая фракция сочетанием молочных и немолочных компонентов в различных соотношениях [6,7].
Направление по созданию плавленых сырных продуктов (ПСП) имеет реальные перспективы развития, определяемые возможностями объединения в одном продукте комбинированной белковой и жировой фракций различного состава, применение разнообразных минорных компонентов, оказывающих влияние на формирование свойств и качества готовых продуктов.
Таким образом, целью настоящих исследований является разработка технологии плавленого сырного продукта, в основу которой положена частичная замена молочного белок- и жиросодержащего сырья на растительное с одновременным использованием добавок функционального назначения.
Работа выполнялась в период 2004-2006 гг. в ГНУ ВНИИМС и ЗАО «ПТИ «Глобал». Тема и программа диссертационной работы утверждена Ученым советом ВНИИМС.
На защиту выносятся следующие положения диссертации:
- установление закономерностей влияния вида и дозировки белок и жиро-
содержащего растительного сырья на структуру и свойства плавленых сырных продуктов;
выявление наиболее эффективных стабилизаторов по их влиянию на показатели консистенции плавленых сырных продуктов;
исследование состава и показателей питательной ценности плавленых сырных продуктов;
изучение динамики показателей качества плавленых сырных продуктов в процессе хранения;
- разработка технологии плавленых сырных продуктов.
Научная новизна работы заключается в:
установлении зависимостей показателей структуры и свойств плавленых сырных продуктов от вида и дозы растительных белок- и жиросодержащих компонентов; разновидности и дозировки стабилизирующих систем;
выявлении закономерностей формирования характеристик состава и показателей биологической и питательной ценности плавленых сырных продуктов;
получении комплекса данных, характеризующих динамику изменения критериев качества плавленых сырных продуктов в процессе хранения.
Практическая значимость определяется разработкой технологии и технической документации на плавленый сырный продукт «Мономах» - ТУ 9225-163-04610209-2006 и технологической инструкции по производству.
Результаты исследований изложены в материалах научно-практических конференций и семинаров:
«Пищевые ингредиенты для производства плавленых сырных продуктов» 3-5 октября 2005 г, Москва; «Проблемы создания продуктов здорового питания» 8-Ю сентября 2006 г, Углич; «Новое в технике и технологии производства молочных продуктов» 26-30 сентября 2006 г., Адлер; «Корпоративное управление и применение современных технологий в молочной промышленности» 24 сентября - 1 октября 2006 г., остров Крит.
Использование растительных белковых компонентов в производстве плавленого сырного продукта
Среди продукции сыродельной отрасли выделена новая группа сырных плавленых продуктов с комбинированным составом, в которых молочное сырье частично заменено на сырьевые компоненты немолочного происхождения. Главная цель создания таких продуктов - максимальное сокращение расхода молочных продуктов и полуфабрикатов, используемых для промпереработки.
В связи с небольшим сроком действия термина «Плавленый сырный продукт» сведений о разработке технологий, проверенных и апробированных в научных лабораториях и в производстве, недостаточно для достоверного обоснования применения ингредиентов растительного происхождения. Для этого обращаемся к разработкам, направленным к обеспечению процессов производства плавленого сыра комбинированного состава, которые в настоящее время получили наименование «плавленые сырные продукты».
В разные периоды ВНИИМСом проводились исследования, направленные на частичную замену молочного сырья в составе плавленых сыров растительными компонентами, в результате которых разработаны технологии новых видов плавленых сыров, находящих применение на практике. Примером такой разновидности плавленых сыров является сыр плавленый Бородинский, особенностью технологии которого является использование в его составе картофельного шоре, как в сухом виде, так и в свежеприготовленном виде, позволяющего экономить до 3,5 % молочного сырья [36]. Однако, незначительное содержание белка в картофеле (до 2 %) и наличие большого количества крахмала исключает возможность полноценной белковой замены.
С целью придания плавленым сырам богатой гаммы вкусовых оттенков предложен способ внесения в их состав плодово-ягодных порошков, которые содержат, с точки зрения физиологии питания, все необходимые компоненты. И хотя сухие добавки содержат полноценные белки со сбалансированным аминокислотным составом, однако, ввиду их незначительного содержания не могут служить эффективной заменой молочного белка. Сыры с такими наполнителями богаты пектинами, пищевыми волокнами. Разновидность этих плавленых сыров: Тыковка, Яблоко, Морковка, Баклажан, Помидор, Кабачок, Свеколка [37]. Тем же коллективом авторов [13] изучены вопросы использования в составе плавленых сыров растительной добавки на основе нута семейства бобовых [38].
Во ВНИИМС и Кемеровском технологическом институте технологической промышленности проведены исследования по установлению возможности внесения растительных компонентов в рецептуры различных видов плавленых сыров. Итогом этих работ было создание технологии плавленых сыров с морской капустой и папоротником. С точки зрения обогащения плавленого сыра растительным белком больший интерес представлял как наполнитель папоротник, белки которого по биологической ценности близки к белкам молока [39,40, 41].
Разработана технология низкожирных плавленых сыров с использованием растительных наполнителей «Облепиховый» - с мякотью облепихи и «Экзотика» - с соленой черемшой [42]. Установлено, что за счет внесения добавок повышается количество незаменимых и заменимых аминокислот: так, содержание треонина, лейцина и метионина в сыре «Облепиховый» в 1,8 раза выше, чем в сыре без наполнителя.
Наиболее экономически эффективной и научно-обоснованной с точки зрения соблюдения принципов полноценного питания является технология сыра «Осенний» [43, 44, 45]. Внесение в состав сыра белково-углеводного гидро-лизата из пшеничной муки обеспечило экономию 50 кг сахара и 25 кг молочного сырья на тонне плавленого сыра. Использование в качестве фермента амило-ризина определило направление гидролиза и качество получаемого гидролиза-та, применение которого было целесообразно только в составе сладких плавленых сырах. Замена сырьевых компонентов в сладком плавленом сыре белково-углеводным гидролизатом более существенно повлияла на углеводную фракцию, характеризуемую в комбинированном плавленом сыре наличием олиго - и моносахаров.
Направление по использованию растительных белоксодержащих компонентов взамен молочного сырья в составе плавленых сыров постоянно развивается школой сибирских ученых: Кемеровского технологического института пищевой промышленности, Научно-исследовательского института сыроделия (г. Барнаул), Омского государственного аграрного университета.
Состав, свойства и использование гидроколлоидов в производстве молочных продуктов
Чтобы определить направление развития рынка плавленых сырных продуктов в будущем, необходимо отслеживать тенденции предпочтения потребителей. Возрастает спрос на качественно стабильные продукты с оригинальными характеристиками, упакованные в привлекательную упаковку. В этой связи стабилизационные системы являются неотъемлемой частью производства современных молочных продуктов.
Применение стабилизаторов в производстве молочных продуктов позволяет: расширить ассортимент молочных напитков, кисломолочных продуктов, продуктов на основе сметаны, творожных десертов, творожных и плавленых сыров, продуктов на основе сметаны; улучшить структурно-механические свойства кисломолочных продуктов, произведенных из молока с пониженным содержанием молочного белка; получить уникальную структуру продукта; минимизировать затраты за счет снижения содержания сухого молока; сохранить органолептические свойства продукта при уменьшении жирности продукта; стабилизировать качество готовой продукции независимо от сезона; использовать рекомбинированное молоко или растительные жиры; увеличить срок хранения [129].
Выбор того или иного стабилизатора в производстве молочных продуктов зависит от условий, в которых он применяется, от типа технологического оборудования, содержания жира, белка, сухих веществ и особенностей технологии.
Чтобы найти правильное решение, необходимо знать какими свойствами обладают стабилизаторы, и как, каждый из них работает в том или ином продукте. Например, такие продукты как галактоманнаны, ксантан, каррагинаны и высокометоксилированный пектин не рекомендуются для использования в качестве стабилизаторов структуры при производстве ферментированных продуктов. В основном для вышеперечисленных целей используются низкометок-силированные пектины, модифицированные крахмалы, желатины, агар-агар, молочные белки [129]..
В качестве стабилизаторов для ряда молочных продуктов часто используются не отдельные компоненты, а смеси гидроколлоидов. Это позволяет
скорректировать недостатки отдельных продуктов и, с другой стороны, подчеркнуть их преимущества. Для того, чтобы создать смесь гидроколлоидов с заданными свойствами, необходимо четко знать какими свойствами обладает каждый из монопродуктов [130, 131, 132].
Желатин - один из самых известных и распространенных стабилизаторов в молочной промышленности. Преимущественно образует плотный молочный гель и однородную структуру, хорошо растворим при температуре 50-60 С, нечувствителен к кальцию, молочным белкам, совместим с другими полисахаридами, отсутствие синерезиса по время хранения, придает продукту однородную структуру, формирует гладкую, блестящую поверхность. К недостатка желатина можно отнести образование гелей при высоких дозировках, изменение структуры при изменении температуры, животное происхождение [133].
Крахмал модифицированный используется в качестве загустителя и вла-гоудерживающего агента. К преимуществам можно причислить: способность к высокой вязкости без образования геля; возможность применения во время ферментации; совместимость с другими полисахаридами и невысокая цена. При использовании крахмала в производстве стоит уделять внимание его недостаткам - падение вязкости во время механического воздействия, чувствительности к повышенным температурам, отсутствие блеска, недостаточной однородности сгустка, придание продукту типичного крахмального вкуса [134, 135].
К преимуществам использования агара в производстве можно отнести его низкую дозировку, сильный плотный гель, совместимость с другими гидроколлоидами и устойчивость к высоким температурам хранения. Недостаток представляется высокой температурой растворения [136].
Пектины относятся к семейству полисахаридов, которые содержатся во многих растениях. Как все природные материалы, индивидуальные молекулы пектина не идентичны, но очень близки по составу [137].
Основная составляющая пектинов - галактуроновая кислота, которая относится к семейству Сахаров, и частично галактоза, несущая кислотные группы.
Несколько сотен таких молекул соединены вместе, образуя длинную цепь молекулы полигалактуроновой кислоты. Часть индивидуальных молекул галакту-роновой кислоты метоксилируются, и очень важно знать, что количество ме-токсилированных групп напрямую влияет на свойства пектина. Это количество настолько важно, что ему дано название «степень метоксилирования» (Degree of Methoxylation). Это соотношение метоксилироваиных групп к 100 кислотным группам.
Исходя из этого показателя, пектины делятся на две группы - высокоэте-рифицированные (степень этерификации более 50%) и низкоэтерифицирован-ные (степень этерификации менее 50%) [138].
Низкоэтерифицированный пектин в свою очередь бывает обычным и амидированным.
Основным коммерческим источником сырья является цитрусовая кожура и яблочные выжимки - отходы сокового производства. Количество и качество пектинов, полученных из этого сырья, зависит от следующих факторов - тип и сорт фруктов (лайм лимон апельсин яблоко), условия созревания, степень спелости при сборе, условия сушки кожуры, условия экстракции пектина.
Принимая во внимание вышеперечисленные характеристики, можно определить спектр молочных продуктов, в которых применяется тот ли иной пектин.
Исследование по установлению дозировки растительных жиров для замены части молочного жира в составе плавленых сырных продуктов
На втором этапе эксперимента подбирались дозировки жировых компонентов, используемых взамен части молочного жира в составе плавленых сырных продуктов. Выбор в качестве объектов исследований жировых продуктов производства Нижегородского масложирового комбината обусловлен их высоким качеством, которое обеспечивает способ производства переэтерификацией, снижающей или исключающей количество трансизомеров и холестерина, создающей условия получения заданных свойств продукта.
Исследуемые варианты частичной замены молочного жира обеспечили следующие соотношения молочного и растительного жиров:
1. При использовании аналога молочного жира и пальмового масла:
Органолептическая оценка плавленых сырных продуктов с внесением жировых компонентов приведена на диаграммах (рис. 3.4, 3.5). Полученные зависимости показывают, что при всех испытанных соотношениях молочный висимости показывают, что при всех испытанных соотношениях молочный жир: растительный жир при внесении последних с аналогом молочного жира «Марго» и пальмовым маслом в состав ломтевого плавленого сырного продукта 30 %-ной жирности практически не изменялась органолептическая оценка вкуса и консистенции. Использование в составе ПСП той же группы растительных жиров, внесенных в виде маргаринов «Универсальный» и «Эконом» в максимальной дозировке (соотношение МЖ:РЖ - 20:80), привело к появлению в продукте постороннего привкуса и порока консистенции, идентифицируемого как тугоплавкая. Снижение органолептической оценки вкуса составило 1,5 балла и консистенции 1,5 балла.
В составе ПСП пастообразной группы испытаны более низкие дозировки растительных жиров, обеспечивающие соответственно другие интервалы соотношений МЖ:РЖ, независимо от разновидности жирового продукта, с которым внесен растительный жир. По результатам органолептической оценки вкуса и консистенции ПСП не установлено каких-либо изменений в этих критериях качества, по сравнению с контрольным вариантом, при внесении растительных жиров в соотношениях МЖ:РЖ - 70:30; 50:50.
Увеличение доли растительного жира до 70 % способствовало появлению постороннего привкуса и формированию нетипичной тугоплавкой консистенции, обусловивших снижение балловой оценки на 1,0 и 1,5 соответственно.
Таким образом, по результатам органолептической оценки, выбраны в качестве наиболее приемлемых соотношения МЖ:РЖ: в ломтевых ПСП 30 %-ной жирности: - при использовании аналога молочного жира «Марго» и пальмового мас ла-20:80; - при использовании маргаринов «Универсальный» и «Эконом» - 40:60; в пастообразных ПСП 50 %-ной жирности: - при использовании аналога молочного жира «Марго», пальмового мас ла, маргаринов «Универсальный» и «Эконом» - 50:50.
Необходимо заметить, что внесение растительного жира в соотношении МЖ:РЖ 20:80 позволяет полностью заменить сливочное масло в рецептурах ПСП.
Изучение показателей динамической вязкости ПСП в зависимости от дозировок растительного жира показывает стойкую тенденцию к снижению значений этой характеристики с увеличением дозы внесенных немолочных компонентов (табл. 3.5).
Аппаратурный метод оказался более чувствительным, чем сенсорный, и позволил зафиксировать некоторое снижение динамической вязкости всех опытных образцов, по сравнению с контрольными, даже в тех случаях, когда органолептически консистенция была оценена как идентичная продукту-аналогу. При максимальной дозировке аналога молочного жира в ломтевых ПСП - 80 % показатель динамической вязкости (2) снижался на 8,5 %, при таком же содержании маргарина - на 18,5 %. Изменение показателя пастообразных ПСП с максимальными дозировками АМЖ и маргарина установлено на 7,5 % и 15,0 % соответственно.
Установленные зависимости консистенции ПСП от дозировки растительных жиров, внесенных в их состав в виде различных жировых продуктов, являются, по-видимому, следствием качественных изменений в структуре последних. Несмотря на то, что за формирование структуры плавленых сырных продуктов ответственной является белковая фракция, состояние и состав жировой фракции играет определенную роль, оказывая влияние на степень однородности и пластичности структуры. Известно, что структура молочного жира, по сравнению со структурой отвержденного растительного жира имеет сглаженный плавный характер, в то время как структура отвержденного растительного жира характеризуется резкими границами кристаллов и общими элементами слоистости. Структура молочного жира представлена мелкими, однородными по размеру шариками, конструктивные элементы отвержденного растительного - более крупные и менее однородные по размеру шарики [156]. Это различие свойств и объясняет некоторую неоднородность, меньшую «сплошность» структуры при большей доле использования растительных жиров в составе ПСП, следствием чего является снижение реологических показателей ПСП, значение которых, в основном, коррелирует с органолептической оценкой консистенции, более тонко отражая ее изменение.
Сравнительные исследования структуры плавленых сырных продуктов и структуры плавленых сыров
Исследовалась структура образцов контрольных плавленых сыров, изготовленных по стандартной рецептуре и экспериментальных плавленых сырных продуктов: 1. Плавленый ломтевой сыр, жирность 30 % (контроль) 2. Плавленый пастообразный сыр, жирность 50 % (контроль) 3. Ломтевой плавленый сырный продукт, замена - 2% изолят соевого белка, 80% аналог молочного жира «Марго» (опыт 1). 4. Ломтевой плавленый сырный продукт, замена - 2% ИСБ, 60% маргарин «Эконом» (опыт 2). 5. Пастообразный плавленый сырный продукт, замена - 2% изолят пшеничного белка, 50% аналог молочного жира «Марго», (опыт 3).
Цель проводимых исследований - выявление различий между общей структурой стандартных плавленых сыров и экспериментальных плавленых сырных продуктов
Подготовка препаратов представленных образцов для исследований структуры проводилась методом сверхбыстрого замораживания-скалывания -травления. Инструментальное увеличение электронного микроскопа в процессе этого исследования составляло 7000х.
На рис. 3.8 представлена электронно-микроскопическая фотография структуры плавленого ломтевого сыра, жирностью 30 % (контроль). Полученная фотография структуры ломтевого плавленого сыра достаточно характерна для сыров подобного вида, здесь явно выражена жировая фаза, представленная молочными жировыми шариками, а также хорошо выражена белково-водная фаза сыра. Распределение жировой фазы по размерам практически соответствует их распределениям в натуральном молоке что связано, по-видимому, с тем, что при плавлении исходных натуральных компонентов молочный жир сохраняет сферическую форму за счет значительных сил поверхностного натяжения и слабого взаимодействия с белками, в основном сохраняется и структура самого жирового шарика, т.е. сохраняется ее слоистость "чешуйчатость". Средний диаметр жировых шариков в ломтевом плавленом сыре жирностью 30%, по результатам исследований оценивается на уровне 3 мкм.
В белково-водной фазе этого сыра наблюдается характерный белковый каркас, представляющий собой трехмерную сетчатую структуру образованную, за счет солей - плавителей, из денатурированных белковых глобул основного компонента - натурального сыра. фотографий этого продукта показывает, что здесь имеются заметные отличия в характере жировой фазы, так жировые глобулы здесь заметно крупнее, чем в контрольном образце, их размеры колеблются от 0,5 до 25 мкм (указаны стрелками), а средний размер оценивается на уровне 7 мкм. В силу того, что молочного жира в этом образце мало, а жировые шарики из него достаточно малы, то на фотографиях наблюдаются практически только глобулы аналога молочного жира. Кроме того, само строение этих жировых глобул отличается ребристостью, что в принципе не соответствует строению жировых шариков из молочного жира.
Характер структуры белковой фазы в этом образце заметно отличается от структуры контрольного образца тем, что в ней элементы трехмерной сетчатой структуры выражены значительно слабее. Связано это, вероятно, с введением в состав продукта соевого белка. Уточнение характера этой структуры будет проведено далее, при больших инструментальных увеличениях.
Фотография структуры плавленого сырного продукта с заменой молочного белка на ИСБ (2%), и заменой 60% молочного жира на маргарин «Эконом» (опыт 2) представлена на рис. 3.10. Структура этого продукта отлична от структур, приведенных на рис. 1 и 2 и в целом занимает промежуточное место. Здесь наблюдаются как типичные шарики молочного жира, так и глобулы его аналога. Средний размер элементов жировой фазы в этом образце составляет около 5 мкм. Белковая фаза в этом образце плавленого сырного продукта не имеет явно выраженного белкового каркаса, что является последствием внесения в состав образца ИСБ.
На рис. 3.11 представлена электронно-микроскопическая фотография структуры плавленого пастообразного сыра, жирностью 50 % (контроль). Фотография структуры пастообразного плавленого сыра полностью соответствует структуре сыров подобного вида, здесь явно выражена жировая фаза, представленная молочными жировыми шариками, а также хорошо выражена белково-водная фаза сыра. Распределение жировой фазы по размерам практически соответствует их распределениям в натуральном молоке и ломтевых сырах. Это, как уже указывалось, определяется это тем, что в процессе плавлении исходных натуральных компонентов молочный жир сохраняет сферическую форму за счет значительных сил поверхностного натяжения и слабого взаимодействия с белками, в основном сохраняется и структура самого жирового шарика, т.е. сохраняется ее слоистость "чешуйчатость".
