Содержание к диссертации
Введение
1 Анализ состояния проблемы 10
1.1 Физико-химические характеристики лактозы 10
1.2 Основы кристаллизации
1.2.1 Общие представления о кристаллизации 13
1.2.2 Зародышеобразование 13
1.2.3 Рост кристаллов
1.3 Традиционные способы кристаллизации лактозы в технологиях сгущенных молочных продуктов 19
1.4 Гетерогенное зарождение кристаллов 25
1.5 Критический анализ технологии производства молока сгущенного с сахаром 26
2 Методология исследований 28
2.1 Структура, организация и схема исследований 28
2.2 Объекты исследований 30
2.3 Методы исследований, приборное обеспечение
2.3.1 Стандартизованные экспериментальные методы 32
2.3.2 Общепринятые и оригинальные экспериментальные методы 33
2.3.3 Методы моделирования и статистической обработки экспериментальных данных 39
2.4 Лабораторный стенд для стандартизации имитационных заро
дышевых материалов 42
3 Теоритическое и экспериментальное подтверждение целесообраз ности применения ИЗМ 44
3.1 Выбор имитационных зародышевых центров 44
3.2 Результаты микроскопических исследований 56
3.3 Исследование эффективности гетерогенной кристаллизации лактозы в насыщенных растворах 59
4 Исследование гетерогенной кристаллизации лактозы в полико м понентных моделях 64
4.1 Математический аппарат и ПО оценки коэффициента однородности 64
4.2 Разработка инвариантной технологической схемы производства и моделей-аналогов продукта 67
5 Разработанные технологии сгущенных продуктов с сахаром на молочнойоснове 87
5.1 Технология продуктов молокосодержащих сгущенных с сахаром 87
5.2 Технология продуктов молочных сгущенных с сахаром вареных 94
5.3 Технология продуктов молочных и молочных составных сгущенных с сахаром 97
Основные результаты работы и выводы 102
Список использованной литературы
- Общие представления о кристаллизации
- Методы исследований, приборное обеспечение
- Результаты микроскопических исследований
- Разработка инвариантной технологической схемы производства и моделей-аналогов продукта
Введение к работе
Актуальность. Обеспечение населения страны качественными продуктами питания в востребованном ассортименте и количестве является важной народнохозяйственной задачей. Априори в реализации соответствующих социально-экономических программ важное место занимает продукция молочной промышленности. С учетом географических особенностей и климатических условий России, стратегических соображений, сложившейся фрагментации потребительского рынка и экономических факторов особое значение приобретают исследования, направленные на совершенствование традиционных технологий молочных консервов, как высокопитательных продуктов с выраженным приоритетом повышенной хранимоустойчивости. Сгущенные молочные консервы с сахаром имеют стратегическое назначение - закладываются в Федеральное агентство по государственным резервам Минэкономразвития России. По данным Федеральной службы государственной статистики ежегодный объем производства сгущенных молочных консервов в России составляет более 300 тыс. тонн.
При производстве сгущенных консервов с сахаром на молочной основе одним из главных технологических процессов является кристаллизация лактозы, заключающаяся в создании условий для массового формирования и последующего регулируемого роста кристаллов. В традиционной технологии производства сгущенных молочных консервов с сахаром предусматривается проведение процесса кристаллизации с внесением затравки в виде мелкокристаллической лактозы или проведение ее частичного ферментативного гидролиза. Актуальная проблема первого варианта - при незначительном несоблюдение технологических режимов нарушается целостность системы, что приводит к неконтролируемому росту кристаллов лактозы. Применение второго варианта - ферментации, нецелесообразно из-за появления риска потемнения продукта в результате реакции Майяра и удорожания готового продукта.
В печатных публикациях и Интернет источниках, в том числе по кристаллизации солей, различных сплавов, биологических жидкостей, указывается, что центры кристаллизации могут быть гомогенными, зарождающиеся в результате локальных флуктуаций состава или структуры, так и гетерогенными - на примесных центрах инородной фазы. Имеющиеся данные по наличию гетерогенной кристаллизации сахаров позволили предположить гипотезу о возможности её направленного проведения в технологии сгущенных молочных продуктов с сахаром. При этом, развивая идею, было решено исследовать возможность применения нерастворимых в воде веществ, что при положительных результатах, то есть при подтверждении кристаллизационного эффекта, вероятно, в дальнейшем позволит сделать универсальным момент внесения зародышевых центров и существенно видоизменить традиционные технологии и оборудование.
Целью настоящей работы является разработка промышленных технологий сгущенных консервов с сахаром на молочной основе с интегрированным процессом гетерогенной кристаллизации лактозы.
Для достижения поставленной цели были сформулированы и последовательно реализованы следующие задачи:
обосновать выбор нерастворимых в воде имитационных затравочных материалов кристаллической природы, с учетом их безопасности и технологичности;
создать модельные системы концентрированных лактозосодержащих продуктов, исследовать особенности формирования и роста гетерогенных кристаллов;
- разработать инвариантную модель технологической схемы сгущенных
продуктов с сахаром на молочной основе, установить рациональные дозировки
имитационных затравочных материалов и определить эффективность гетероген
ной кристаллизации лактозы в поликомпонентных системах;
разработать технологии сгущенных молочных продуктов с сахаром с интегрированным процессом гетерогенной кристаллизации, определить закономерности формирования/кинетики показателей качества, в первую очередь однородности консистенции;
разработать техническую документацию и провести промышленную апробацию технологии.
Научная новизна:
- теоретически и экспериментально доказана возможность направленного
проведения гетерогенной кристаллизации лактозы в моно- и поликомпонентных
(на молочной основе) концентрированных системах;
- установлены закономерности формирования и роста кристаллов лактозы с
гетерогенными зародышевыми центрами, в том числе в хранении, в зависимости
от вида, дозировки, момента внесения имитационных материалов в технологии;
- выявлены новые физико-химические и технологические закономерности
создания сгущенных консервов на молочной основе, предложены принципы
формирования их качества, во взаимосвязи позволяющие проектировать новые и
совершенствовать традиционные технологии концентрированных лактозосодер-
жащих продуктов.
Практическая значимость и реализация результатов:
- обоснованы виды, дозировки и рациональные моменты внесения имитаци
онных затравочных материалов;
- создан промышленный процесс гетерогенной кристаллизации лактозы
применительно к технологиям сгущенных молочных продуктов с сахаром;
усовершенствована методология оценки коэффициента однородности распределения кристаллов и создано программное обеспечение;
разработаны технологические принципы и приемы повышения качества и рационализированы производственные схемы молочных консервов в диапазоне промежуточной влажности с перспективой их применения в области продуктов с низкой влажностью;
разработаны и апробированы в производственных условиях 3 технологии сгущенных продуктов с сахаром на молочной основе, оформлена техническая документация на продукты сгущенные с сахаром вареные, продукты молокосодер-жащие сгущенные с сахаром и продукты молочные и молочные составные сгущенные с сахаром с интегрированным процессом гетерогенной кристаллизации лактозы.
Степень достоверности и апробация работы. Основные результаты работы доложены и получили одобрение на симпозиумах, конференциях, семинарах различного уровня: Международная научно-техническая конференция «Современные достижения биотехнологии» (Ставрополь, 2011); Международная конференция «Актуальные проблемы техники и технологии переработки молока» (Барнаул, 2012); Международная конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Пищевые продукты и здоровье человека» (Кемерово, 2012); Международная научно-техническая конференция «Производство продуктов для здоровья человека – как составная часть науки о жизни» (Воронеж, 2012); VI Международная научно-практическая конференция «Технология и продукты здорового питания» (Саратов, 2012); постерная сессия, проходившая в рамках XIV Всероссийского конгресса диетологов и нутриологов с международным участием «Алиментарно-зависимая патология: предиктивный подход» (Москва, 2012); постерная сессия, проходившая в рамках Международного Молочного Саммита ММФ (Йокогама, Япония, 2013); 7-ая ежегодная Конференция молодых ученых и специалистов институтов Отделения «Хранения и переработки сельскохозяйственной продукции» Россельхозакадемии (Москва, 2013) и др., а также на Ученых Советах ГНУ ВНИМИ Россельхозакадемии в рамках отчетов по бюджетным и хоздоговорным темам ежегодно с 2012 г.
Результаты работы неоднократно номинировались. Получены: Серебряная медаль в номинации «Инновационные разработки в области сельскохозяйственной науки: «За разработку технологий и промышленного оборудования для модернизации новых предприятий по производству молочных консервов», (Москва, 2012); Диплом II степени конкурса «Эстафета поколений 2012», проведенной в ГНУ ВНИМИ Россельхозакадемии, в номинации «Лучшая аналитическая работа» за работу «Анализ научно-технического материала по гомогенной и гетерогенной кристаллизации лактозы из насыщенных растворов»; Диплом за I место на VII научно-практической конференции молодых ученых и специалистов отделения хранение и переработки сельскохозяйственной продукции Россельхозакадемии «Научный вклад молодых ученых в развитие пищевой и перерабатывающей промышленности АПК» за работу «Теоретические исследования температурной депрессии при впрыскивании лактозосодержащего продукта в вакуум-камеру».
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 14 печатных работ, в том числе: 3 статьи в журналах, рекомендованных ВАК, и 11 в научных трудах институтов, материалах научных чтений, семинаров, конференций и симпозиумов; получены 2 патента на изобретение.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, аналитического обзора, методической части, результатов собственных исследований и их анализа (3 главы), а также выводов, списка использованных источников литературы и приложений. Основной текст работы изложен на 112 страницах машинописного текста, содержит 27 таблиц, 30 рисунков, 136 источников научно-технической информации, в том числе 18 Internet источников.
Общие представления о кристаллизации
Кристаллизация лактозы подчиняется классической теории кристаллообразования, основанной на положение термодинамики об абсолютной устойчивости изолированной системы, если её энтропия остаётся неизменной. Разработкой и развитием данной теории занимались Д. Гиббс, М. Фольмер, И.Н. Странскийи Р. Каишев,Я.И. Френкель и др. [12,30,83]. Кристаллизация из растворов связана с изменением свободной энергии AF или термодинамического потенциала АФ. При АФ 1 кристаллизация идет спонтанно, при АФ 1 - раствор насыщен и в нем имеет место растворение, а при АФ=1 кристаллический осадок находится в динамическом равновесии с насыщенным раствором [12,112,117].
Установлено, что работа, затраченная на образование новых зародышей при гомогенном способе больше, чем при гетерогенном [83]. Не все гетерогенные примеси, например несмачиваемые поверхности, могут играть роль центров кристаллизации [30]. Гетерогенноезародышеобразование более подробно рассмотрено в разделе 1.4.
В современных теориях кристаллообразования можно выделить еще один подход, основанный на представлениях химической кинетики. Данная теория предусматривает наличие в насыщенных и пересыщенных растворах дозаро-дышевых ассоциатов, которые представляют собой комплексы из различного числа частиц некристаллической структуры. Дозародыши начинают укрупняться при переходе раствора в пересыщенное состояние, тем самым образуя частицы новой фазы [84].
Молекулярные комплексы критического размера, зарождающиеся в массе исходной фазы и способные расти до кристаллов видимого размера, называются зародышами, которые являются центрами кристаллизации [31]. Основным условием для протекания процесса зародышеобразования является пересыщение раствора. Существует несколько теорий о природе зародыша. Одни исследователи полагают, что зародыш представляет собой очень маленький кристалл [66,89,93]. Другая группа ученых считает, что зародыш может представлять собой устойчивый комплекс молекул и ионов без кристаллической структуры, либо аморфную частицу. В процессе роста зародыша частица приобретает кристаллическую структуру [2,6,20,31,40,75,100].
Образование зародышей, не смотря на их природу, подчиняется ряду общих закономерностей. Одной из них является скорость образования зародышей - зависимость числа образующихся центров кристаллизации в единице объема за единицу времени от степени пересыщения раствора [31]. Чем выше пересыщение, тем быстрее образуются зародыши с меньшими размерами [31,75,96]. Помимо пересыщения на скорость образования зародышей могут оказывать влияние перемешивание, ультразвук и магнитное поле. Перемешивание вызывает дополнительные флуктации в объеме раствора, за счет вызываемого им сжатия и разрежения, повышает эффективность массообмена, способствует ориентации молекул при образовании кристаллизационной сетки, что сокращает индукционный период.
Ультразвук, электрическое и магнитное поля ускоряют образование зародышей и их рост. Магнитное поле также уменьшает дефективность растущих кристаллов [89,110,115].
Зародышем становится частица минимально необходимого размера, способная к существованию. Частицы меньшего размера растворяются или распадаются на составные элементы [31].
А.Г. Шестов и К.К. Полянский занимались изучением вопроса критического размера зародыша кристалла лактозы. По их расчетам, основанным на теории активных центров, он составляет 2-5 нм [97].
Зародышем может стать частица как кристаллической структуры, так и не имеющая таковой, т.е. любая твердая частица, которая способна адсорбировать на своей поверхности ионы или молекулы кристаллизующегося вещества. В роли зародыша также может выступать посторонняя поверхность, способная к абсорбции. Данный способ зародышеобразования называют кристаллизация на подложке.
Теория образования зародышей Д. Гиббса базируется на положение термодинамики, согласно которому изолированная система абсолютно устойчива, если ее энтропия остается неизменной или уменьшается при постоянстве энергии системы [12]. Примером такой системы является пересыщенный раствор, в котором энтропия возрастает в процессе кристаллизации на некоторую конечную величину. Образовавшийся зародыш приобретает форму, отвечающую минимуму его свободной поверхностной энергии.
Теорию Д. Гиббса далее развивал М. Фольмер. Он исходил из основных положений учения о термодинамических флуктуациях по концентрации, температуре, давлению и др. параметрам. В данных точках зарождаются кристаллы [12,83]. Френкель предложил гетерофазную флуктуационную теорию. Суть которой заключается в тепловом движение молекул, приводящем к образованию флуктуационной плотности в массе исходной фазы и уплотнению молекулярных комплексов, которые являются зародышами. Однако обе данные теории приходят к экспоненциальной зависимости скорости образования зародышей от температуры и физических параметров раствора [129].
Термодинамические теории не применимы в случаях, когда кристалл растет не послойно. И.Н. Странскими Р. Каишевым процесс зарождения кристалла объясняется молекулярно-кинетической теорией, согласно которой образование зародыша критического размера происходит путем постепенного присоединения строительных частиц к растущему кристаллу. Недостатком данной теории считается то, что она не учитывает такие факторы, как строение кристаллических решеток, силы взаимодействия между частицами, т.е. реальность процесса [69].
Заслуживает внимания механизм образования вторичных зародышей, т.к. он позволяет решать практические вопросы, связанные с получением кристаллической фазы с заданными характеристиками [29,34,38,43,70,95]. Вторичным зародышеобразованием называется, зародышеобразование в присутствие кристаллов растворенного вещества.
По мнению Л.Н. Матусевич [43], причиной вторичного зародышеобразования может стать наличие возле поверхности кристалла полуупорядоченного слоя, который при движении раствора «смывается», способствуя образованию новых зародышевых центров.
Интересен механизм образования вторичных зародышей, суть которого заключается в прилегание слоя жидкости, отличающегося от остального раствора по причине изменения растворителя, к затравочному кристаллу, что приводит к снижению растворимости, увеличению локального пересыщения и стимулированию зародышеобразования. Экспериментального подтверждения данного высказывания пока нет [84].
Полагают [29,34] также, что поскольку вторичное зародышеобразование стимулирует появление не только зародышей, но и «дозародышей», то оно нарушает существующее стационарное распределение дозародышевых ассоци-атов и, таким образом, смещает равновесие в сторону образования критических зародышей, а, следовательно, инициирует первичное зародышеобразование.
К.К. Полянский и А.Г. Шестов в своих работах использовали кинетический подход в рассмотрение процесса зародышеобразования в пересыщенных растворах лактозы. Итогом работ стали уравнения для описания гетерогенного зародышеобразования при ламинарных условиях [52,97].
Методы исследований, приборное обеспечение
Определение показателя «активность воды» (Aw) проводили на приборе «Hygrolab-З» компании ROTRONIC (www.rotronic.сот) с цифровой вентилируемой станцией «AwVC-DIO» и обработкой результатов программным обеспечением «HW3» (МВИ № 241.224/2008 от 05.03.2008 г.). Прибор имеет два режима измерений: стандартный (длительный) режим «E-MODE» и уско ренный - «AwQuick». В программном обеспечении заложены алгоритмы расчета ряда психрометрических характеристик.
Стандартный способ измерения активности воды состоит в том, что исследуемая проба продукта помещается в специальный пластиковый контейнер с герметически закрываемой крышкой. Контейнер с исследуемым материалом и цифровую станцию переносят в термокомпенсационную камеру с заданным уровнем температуры. После уравнивания температур снимают крышку с контейнера, размещают его в вентилируемую станцию и начинают измерение показателя. Образец обменивается влагой с воздухом и измерительным датчиком до достижения состояния равновесия влажности.
В ускоренном режиме работы «AwQuick» прибор используется алгоритм проекции конечного значения Aw пробы продукта. Измерение завершается автоматически и обычно не занимает более 5-7 минут. Разница полученных величин в обоих режимах измерения (Standard и AwQuick) обычно составляет не более 0,005 Aw. По истечении времени инициализации (Dwelltime) программное обеспечение «HW3» использует имеющиеся данные динамики относительной влажности, чтобы на их основе проецировать конечное значение равновесия. Измерение завершается автоматически, если проецированное конечное значение остается постоянно стабильным. В этот момент времени раздается акустический сигнал и индикация «замораживается». При установленном DwellTime в 4 минуты, процесс измерения обычно занимает не более 5 минут. Продолжительность времени инициализации может быть изменена. Установленное ее значение представляет собой компромисс между скоростью и максимальной точностью измерения.
Так как при измерении активности воды важную роль играет температура, то контролируют и температуру воздуха в чаше над пробой в течение всего времени измерения, указывая тренд и значение на момент окончания замера. Этот тренд используется для верификации стабильности температуры во время процесса измерения. При нормальной температуре помещения давление насыщенного пара увеличивается примерно на 6,2% при повышении температуры на 1С. Надо отметить, что Aw большинства гигроскопичных материалов не столь сильно зависит от температуры. Установлено, что значения активности воды изменяются только на 0,0005...0,005 aw при изменении температуры на 1С. Это явление объясняется тем, что парциальное давление на поверхности исследуемого гигроскопичного материала колеблется при изменении температуры. У большинства гигроскопичных материалов магнитуда изменения парциального давления пара почти идентична изменению магнитуды давления насыщенного пара над чистой водой. Однако при измерении Aw необходимо стремиться к максимально возможному постоянству температуры. Вид, интерфейс и технические параметры прибора представлены в таблице 2.3.
Атмосферное давление: 0,000...9999 №а Определение эффективности диспергирования жира. Для комплексной оценки однородности и процесса отстоя жира в исследуемых композициях, применяли метод определения «коэффициента устойчивости» жировой фазы (метод Петрова АН. - Ас. СССР №1206688) [50].
Метод основан на разделении продукта, находящегося в таре, на условно равные по высоте слои и последующем определении послойного изменения массовой доли жира как функции времени. Количественно усредненный коэффициент устойчивости определяется по формуле: где Ку - усредненный коэффициент устойчивости жировой фазы; К0 - коэффициент отнесения, %; gt - массовое содержание жира в і-ом слое, %; g - средневзвешенное массовое содержание жира в продукте, %; п - количество слоев разделения.
Коэффициент отнесения - величина условная, имеющая размерность массового содержания жира. Автором метода предлагается трактовать коэффициент отнесения как условную среднюю квадратическую ошибку в предположении, что гипотетически при т - со вся жировая фаза продукта переходит в его верхний слой и определять по формуле:
Органолептическую оценку молока и молочных продуктов проводили в соответствии с рекомендуемыми шкалами дегустационной оценки Методических рекомендаций по отбору, тестированию и подготовке дегустаторов моло ч-ной продукции, разработанных в ГНУ ВНИМИ Россельхозакадемии совместно с Российским Союзом Предприятий Молочной Отрасли (РСПМО) [99].
Определение массовой доли влаги в молочных консервах определяли с применением влагомера МА-50 фирмы "Sartorius" (www.sartorius.сот). Метод измерения- инфракрасный термогравиметрический по значениям убыли массы навески вещества при высушивании ИК излучением (МВИ № 241.186/2006 от 25.10.2006г.).
«Функция желательности» Харрингтона [61,63,64] задействована в качестве математического аппарата для оценки перспективности применения ИЗМ.
Согласно методу каждый из анализируемых показателей, характеризующий продукт должен быть оценен в единицах частной функции желательности (dt). Все dt следует объединить в значение обобщенной функции желательности по формуле 2.9. Значение обобщенной функции желательности и является обобщенной численной характеристикой состава и качества продукта.
Принцип работы мельницы заключается в создании воздушного вихревого потока, обеспечивающего контакт частиц с абразивной поверхностью из карбида вольфрама, их помол и просеивание до размеров 5-10 мкм при однократном прохождении через сетчатый фильтр (установлено экспериментально). Для более дисперсного дробления предложена система циркуляции воздушно-пылевой смеси (рис. 2.2 Б). Суть работы стенда следующая. Исходную фракцию СаСОз или Si02 загружают через дозатор 1 в перемалывающие устрой ство 2 (мельница Cyclone Sample Mill), на выходе из которого измельченный ИЗМ разделяется на 2 потока. Поток I с размерами частиц до 10 мкм рецирку-лирует, возвращаясь в исходный дозатор 1 на дополнительное измельчение. Поток II (пылевая фракции с размерами частиц не более 3 мкм, за счет дополнительно размещенной секции сетчатых фильтров) направляется в емкость 3 (сотношение Н/0=15) заполненную кольцами Рашига (для повышения эффективности процесса задержания частичек, т.к. поток водно-воздушно-пылевой смеси будет измельчаться, таким образом увеличивая поверхность контакта, и, как следствие, поглощение пыли жидкой фазой будет более эффективно), в которую противотоком потоку II с помощью перистальтического насоса 5 подавали водно-пылевую смесь. После прохождения жидкой фазы воздушный поток (с частичками пыли) через верхний отвод емкости 3 направляли в линию рецикла. Жидкую фазу, содержащую измельченный ИЗМ, через нижний отвод емкости 3 направляли на узел накопления 4. Из узла накопления 4, водно-пылевую смесь с помощью насоса 5 подают обратно в емкость 3. Полученный после фильтрации измельченный ИЗМ, после тщательной осушки и определения размеров (не более 3 мкм), был опробован в качестве затравочного материала.
Следует отметить, что часть вопросов организации экспериментов, их аппаратурного обеспечения и практического исполнения сознательно освещена в соответствующих разделах.
Результаты микроскопических исследований
Однако, несмотря на то, что полученные данные подтверждают эффективность гетерогенной кристаллизации с применением ИЗМ, окончательно сроки годности устанавливает производитель с учетом индивидуальной специфики производства и вида продукта.
Исследования микроструктуры продуктов показали, что форма образующихся гетерогенных кристаллов схожа с классической видом квазигомогенной лактозы в продукции, производимой по традиционным технологиям. На рис. 4.10, в качестве примера, представлены микрофотографии кристаллов лактозы, полученных по варианту В операторной модели.
С учетом ранее полученных данных (рис. 3.5) следует предположить о влиянии на рост кристаллов фактора связанности влаги, влияющего на интенсивность процессов переноса вещества.
В целом по эффективности применения получена следующая градационная шкала: Si02 CaC03 Ti02. Анализ результатов, позволяет объяснять динамику кристаллизующего эффекта в зависимости от момента внесения затравочного материала и его количества - блокированием активных центров кристаллов, с продлением времени контакта с сырьевыми компонентами и сопутствующем увеличении их размеров. Возможно также наличие потерь критиче ского количества затравочного материала в ходе технологии при низких дозировках. Не отрицается реакционная способность для операторных моделей С и D в связи с высокотемпературной обработкой.
Микрофотографии гетерогенных кристаллов лактозы, полученных по варианту В операторной модели Отдельным этапом исследовали возможность неконтролируемого охлаждения-кристаллизации продукта применительно к варианту D операторной модели. Продукт после тепловой обработки охлаждали при комнатной температуре. Установлены значения dcp/U на 6 месяц хранения для продуктов с СаС03, Si02, ТЮ2 соответственно: 9,214/0,483; 8,517/0,541 и 12,128/0,412. Полученные результаты позволяют говорить о перспективности дальнейших исследований в данном направлении.
Дополнительно получены данные по однородности консистенции молочных консервов, связанных с нарушением равномерности распределения жировой составляющей по объему продукта. Порок выражается в виде отстоя жира на поверхности продукта и связан с гомогенностью его распределения и вязкостью системы. Его наличие не только ухудшает потребительские свойства продукта, но и увеличивает риск преждевременной потери качества окислительной природы [50,55].
Петровым А.Н в качестве критерия оценки предлагается использовать «усредненный коэффициент устойчивости жировой фазы», физический смысл которого заключается в оценке однородности распределения жира по объему продукта [50]. Применяемый подход основан на условном разделении продукта, находящегося в потребительской таре (жестебанка №7), на равные по высоте слои с последующем определением послойного изменения массовой доли жира как функции во времени. Следовательно, при количественном определении усредненного коэффициента устойчивости (Ку) должны учитываться численные значения массовых долей жира во всех рассматриваемых слоях. В идеале Ку=0. Опытно установлены предельные значения Ку для основных видов молочных консервов: для сгущенных молочных консервов с сахаром Купр не превышает 0,18 -0,22 в зависимости от вида продукта. На формирование значения Ку в продукте, помимо состава, влияние оказывает технологический фактор гомогенизация, в зависимости от параметров которого, в той или иной степени изменяется вязкость системы. Данные динамики Ку продуктов по операторным моделям А, В, С и D показывают высокую стабильность анализируемой системы на 15 месяц хранения. Так доверительный интервал Ку для исследуемых вариантов при холодильном хранении с о ставил с о ответственно: варианты операторной модели А и В - 0,14-Ю, 16; варианты операторной модели С и D - 0,08-Ю, 11. Несколько заниженные значения нижнего предела для операторных моделей С и D обусловлены высокой вязкостью системы. В целом полученные данные позволяют судить о потенциально высокой хранимоустойчивости продукции.
Параллельно определена динамика показателя «активность воды» - как критерия хранимоустойчивости продукции [10,11,18,109,118]. Результаты исследований показали (на примере Si02 - рис. 4.11 ), что значение показателя для продуктов по операторным моделям А и В, С и D составляли соответственно: 0,834±0,14 и 0,824±0,09 на весь период хранения. При этом установлена тенденция к понижения показателя в ходе хранения, что, вероятно, объясняется денатурационными изменениями белка и высвобождением дополнительных гидрофильных группировок. Наиболее выражено процесс протекает после 9 месяца хранения. Указанные зависимости в рамках одного продукта в хранении аппроксимируются линейными уравнениями.
Выявлено, что изменение динамической вязкости продуктов в диапазоне 2... 14 Пас не оказывает значимого воздействия на Aw. Выявленная динамика Aw в процессе хранения связанав большей степени с процессом перераспределения влаги, что подразумевает и значимость фактора рН системы.
Для определения возможного влияния ИЗМ на микробиологическую об-семененность продуктов проведены соответствующие исследования. В соответствии с Федеральным законом РФ от 12.06.2008 г №88-ФЗ в сгущенных консервах с сахаром допускается КМАФАнМ не более 2-Ю4 КОЕ/г. Так как при производстве продуктов были использованы идентичное сырье и однотипные технологии, динамика роста/понижения микроорганизмов в процессе хранения была схожа для всех образцов и представлена в виде соответствующих закономерностей для КМАФАнМ, микроорганизмов с липолитической и про теолитической активностью. Варианты С и D не рассматриваются в связи с наличием в технологии дополнительной тепловой обработки. Результаты динамики микробиологических показателей в хранении в течение 6 месяцев для продукции по вариантам А и В операторных моделей представлены на рис. 4.12.
Разработка инвариантной технологической схемы производства и моделей-аналогов продукта
В соответствии с разработанной технической документацией (ТУ 9227-536-00419785-13 «Продукты молочные сгущенные с сахаром вареные») продукты предназначены для непосредственного употребления в пишу и для переработки на промышленных предприятиях.
Продукты молочные сгущенные в сахаром варенные вырабатывают из цельного и/или обезжиренного молока, сухого цельного и/или обезжиренного молока, сливочного масла, молочного жира без добавления или с добавлением пищевых продуктов и/или пищевых добавок при обязательной пастеризации нормализованной смеси и консервирования сахаром.
По органолептическим показателям продукты должны соответствовать требованиям, приведенным в таблице 5.4. По физико-химическим показателям продукты должны соответствовать требованиям, приведенным в таблицах 5.5. По микробиологическим характеристикам и показателям безопасности - по аналогии с ТУ 9226-537-00419785-13 «Продукты молокосодержащие сгущенные с сахаром» (ч. 5.1 главы 5). Цвет От светло-коричневого до коричневого Таблица 5.5 - Физико-химические показатели продукта Наименованиепоказателя Значение показателя для продуктов молочных сгущенных с сахаром «Варёнка» обезжиренных с массовой долей жира, %
Затравку (центры кристаллизации) вносят в виде суспензии имитационных зародышевых центров (Si02 или СаС03)с размером кристаллов не более 4 мкм в количестве 0,02% от массы продуктов на этапе охлаждения или 0,04% - на этапе нормализации смеси. Процедура подготовки ИЗМ - по аналогии с ТУ 9226-537-00419785-13 «Продукты молокосодержащие сгущенные с сахаром» (ч. 5.1 главы 5). Скорость охлаждения продукта - (1,5±0,2)С в минуту.
Рекомендуемые сроки годности продуктов при температуре не выше 20С и относительной влажности воздуха не более 85% приведены в таблице 5.6. Допускается хранение продуктов на предприятии-изготовителе при температуре не выше 20С не более 1 месяца.
Наименование продуктов Сроки годности для продуктов, упакованных в потребительскую тару транспортную тару банки ме-тахтические банки стеклянные, стаканчики и коробочки из полипропилена, пакеты на основе алюминиевой фольги, ПЭТ бутылки, контейнеры полимерные Продукты молочные сгущенные с сахаром «Варёнка» обезжиренные, с массовой долей жира 2,5 %, 4,0 %, 5,0 %, 7,0 %, 8,5 %, 9,0 %, 10,0 %, 11,0%, 12,0%, 14,0% 6 6 6
В соответствии с разработанной технической документацией (ТУ 9227-535-00419785-13 «Продукты молочные и молочные составные сгущенные с сахаром») продукты предназначены для непосредственного употребления в пишу и для переработки на промышленных предприятиях.
Продукты молочные и молочные составные сгущенные с сахаром (далее по тексту - продукты), вырабатываемые из цельного и/или обезжиренного молока, сухого цельного и/или обезжиренного молока, сливочного масла, молочного жира без добавления или с добавлением пищевых продуктов и/или пищевых добавок при обязательной пастеризации нормализованной смеси и консервирования сахаром.
По органолептическим показателям продукты должны соответствовать требованиям, приведенным в таблице 5.7. Таблица 5.7 - Органолептические показатели продукта Наименование показателя Содержание показателя Вкус и запах Чистый, сладкий с явно или слабо выраженной пастеризацией, с вкусом и запахом используемых пищевых продуктов и/или пищевых добавок, без посторонних привкусов и запахов. Допускается привкус сухого молока и наличие легкого кормового привкуса
Консистенция Однородная по всей массе, с наличием внесенных пищевых продуктов. Допускается мучнистость, небольшой осадок лактозы на дне тары и незначительная пенистость от взбитого воздуха
Цвет Белый или белый с кремовым оттенком, или обусловленный цветом внесенных пищевых продуктов и/или пищевых добавок, равномерный по всей массе
По физико-химическим показателям продукты должны соответствовать требованиям, приведенным в таблицах 5.8. По микробиологическим характеристикам и показателям безопасности - по аналогии с ТУ 9226-537-00419785-13 «Продукты молокосодержащие сгущенные с сахаром» (ч. 5.1 главы 5).
Принципиальные аппаратурно-технологические схемы производства продукта в целом аналогичны рис. 5.1 и 5.2 с принципиальной разницей в применяемом вакуум-кристаллизаторе. Данная технология предполагает применение традиционных вакуум-кристаллизаторов периодического действия.
Процесс охлаждения-кристаллизации необходимо проводить при постоянном перемешивании в течение от 40 до 60 мин при разрежении не менее 700 мм.рт.ст. (931-102Па) в начале процессаи от 730 до 750 мм.рт.ст. (971-Ю2 Па - 997-10 Па) в конце его. Перемешивание не прекращают до конца процесса.
Охлаждение смеси необходимо провести таким образом, чтобы получить кристаллы лактозы в продуктах размером не более 10 мкм. Для этой цели вносят затравку (центры кристаллизации) в виде суспензии имитационных зародышевых центров (Si02 или СаСОз) с размером кристаллов не более 4 мкм в количестве 0,02% от массы продуктов на этапе охлаждения или 0,04% - на этапе нормализации смеси. Процедура подготовки ИЗМ - по аналогии с ТУ 9226-537-00419785-13 «Продукты молокосодержащие сгущенные с сахаром» (ч. 5.1 главы 5). Скорость охлаждения продукта - (1,5±0,2)С в минуту.
После окончания процесса кристаллизации смесь охлаждают до конечной температуры (20+2)С. Затем производят химический анализ охлажденных продуктов и устанавливают их соответствие требованиям технических условий. Охлажденные продукты направляют на маркирование и упаковывание.
Сроки годности продуктов при температуре не выше 10С и относительной влажности воздуха не более 85% приведены в таблице 5.9. Допускается хранение продуктов на предприятии-изготовителе при температуре не выше 20С не более 1 месяца. Допускается хранение и транспортирование продуктов, упакованных в банки металлические, при температуре не выше 20С не более 3 месяцев.
Похожие диссертации на Разработка технологии гетерогенной кристаллизации лактозы в производстве сгущенных молочных продуктов
