Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Анализ состояния вопроса и задачи исследования
1.1 Особенности технологии мягких сыров
1.1.1 Творожные сыры-перспективы развития направления
1.2 Вторичное молочное сырье и его применение в сыроделии
1.2.1 Обезжиренное молоко
1.2.2 Состав, свойства и ценность молочной сыворотки
1.3. Применение баромембранных методов обработки молочного сырья для производства творожных сыров
1.3.1 Ультрафильтрация молочного сырья
1.3.2 Микрофильтрация как баромембранный процесс разделения молочного сырья
1.4. Роль заквасок в производстве мягких сыров
1.5 Заключение по литературному обзору, формирование цели и задач исследований
ГЛАВА 2. Методология и организация выполнения работы
2.1 Организация работы
2.2 Методы исследований и приборное обеспечение
2.3 Математическое планирование экспериментов и обработка результатов
ГЛАВА 3. Исследование особенностей концентрирования вторичного молочного сырья баромембранными методами
3.1 Теоретические предпосылки создания творожных сыров из концентратов вторичного молочного сырья
3.2 Исследование баромембранных процессов обработки вторичного молочного сырья 61 63 3.2.1 Изучение микрофильтрационного концентрирования творожной сыворотки
3.2.2 Изучение ультрафильтрационного концентрирования обезжирен ного молока
3.3 Исследование возможности совместного использования УФ- и МФ-концентратов для выработки творожных сыров
3.3.1 Влияние соотношения УФ- и МФ-концентратов на процесс кислотно-сычужного свертывания.
ГЛАВА 4. Оптимизация параметров производства творожных сыров из уф-концентрата обезжиренного молока и мф-концентрата творожной сыворотки 83
4.1 Оптимизация состава смеси для выработки творожного сыра
4.2 Изучение влияния количества закваски на процесс кислотно-сычужного свертывания
4.3 Исследование влияния основных биотехнологических факторов на процесс формирования сычужного сгустка
4.4 Изучение хранимоспособности творожного сыра
4.5 Изучение состава, пищевой и биологической ценности творожного сыра.
ГЛАВА 5. Технология производства творожных сыров и технико-экономическая, экологическая и социальная оценка технологии 104
5.1 Технологический процесс производства творожного сыра из УФ-концентрата обезжиренного молока и МФ-концентрата творожной сыворотки
5.2 Адаптация системы НАССР для контроля технологического процесса производства творожного сыра
5.3 Расчет себестоимости творожного сыра 115
5.4 Маркетинговые исследования рынка творожных сыров 116
5.5 Социальная и экологическая оценка технологии творожного сыра с использованием молочно-белковых концентратов, полученных баромембранной обработкой молочного сырья. 118
Выводы 121
Список литературы 122
- Применение баромембранных методов обработки молочного сырья для производства творожных сыров
- Математическое планирование экспериментов и обработка результатов
- Изучение микрофильтрационного концентрирования творожной сыворотки
- Исследование влияния основных биотехнологических факторов на процесс формирования сычужного сгустка
Применение баромембранных методов обработки молочного сырья для производства творожных сыров
Сыры - это пищевые продукты, получаемые путем концентрирования и биотрансформации основных компонентов молока под воздействием энзимов, микроорганизмов и физико-химических факторов. Производство сыров включает коагуляцию молока, отделение сырной массы от сыворотки, формование, прессование под действием внешних нагрузок или собственного веса, посолку [39, 46, 125].
Особую группу среди сыров составляют мягкие сыры (массовая доля влаги в обезжиренном веществе не менее 67 %) [156]. Ассортимент мягких сыров насчитывает около 100 наименований [24].
Единый ,по сути, технологический процесс для всех видов мягких сыров имеет ряд особенностей, которые определяют разнообразие существующего ассортимента: в зависимости от способа свёртывания молока при получении сгустка мягкие сыры подразделяют на сычужные, сычужно-кислотные и кисломолочные; микрофлора, применяемая при выработке, определяет вид и характерные особенности сыров, обуславливает направление микробиологических, биохимических процессов, протекающих в молоке и сырной массе, а так же влияет на формирование вкуса и запаха сыра (от нежного кисломолочного, близкого по вкусу к свежему творогу, до острого сырного, со специфическим запахом), что, в свою очередь, обеспечивается соответствующими приёмами обработки молока и сырной массы и условиями созревания сыра [9, 79, 42].
Отдельные мягкие сыры, созревающие при участии развивающихся на их поверхности культурных плесеней и микрофлоры сырной слизи, или развития плесени Penicillium roqueforti в тесте сыра (сыр Рокфор), отнесены к классу «элитных» [27, 41, 117]. Мягкие сыры вырабатывают без созревания (1-2 сут.), с короткими сроками созревания (5-15 сут.) и длительно созревающими (20 - 45 сут.). Как правило, мягкие сыры имеют нежную, мягкую консистенцию, которая в значительной степени обусловлена повышенным содержанеим влаги, поскольку при их выработке не проводят второго нагревания и прессования. Кроме того, сыры данной группы содержат большое количество лактозы, что способствует интенсивному развитию молочнокислой микрофлоры на начальной стадии созревания и накоплению большого количества молочной кислоты [9, 124]. Активная кислотность некоторых сыров понижается до 4. При такой низкой кислотности процесс созревания мягкого сыра приостанавливается и возобновляется только в случае нейтрализации молочной кислоты, т.е. снижения кислотности до уровня, при котором возможно дальнейшее развитие бактериальных и ферментативных процессов [133, 156]. Поскольку понижение содержания молочной кислоты идёт с поверхности, то и созревание мягких сыров начинатся в поверхностных слоях и постепенно распространяется внутрь сыра [79].
Отличительные особенности технологии мягких сыров: применение высоких температур пастеризации (от (76 - 80) С с выдержкой 20 секунд; до (90 - 95) С без выдержки). внесение в молоко повышенных доз бактериальных заквасок (1,5 - 2,5) %, состоящих в основном из аромато образующих и кислотообразующих штаммов молочнокислых стрептококков, а для отдельных видов сыров - и молочнокислых палочек; повышенная степень зрелости молока перед свертыванием; получение из сгустка более крупного зерна; отсутствие второго нагревания; выработка отдельных видов сыров свежими, без созревания при участии только молочнокислых бактерий, а других - созревающими с участием молочнокислых бактерий или молочнокислых бактерий и плесеней, или молочнокислых бактерий и микрофлоры сырной слизи [109,127]. 1.1.1 Творожные сыры - перспективы развития направления
В последнее время в рамках расширения ассортимента выпускаемой продукции российскими предприятиями уделяется повышенное внимание производству так называемых «творожных сыров». Сам термин «творожный сыр» не был принят, несмотря на существенные отличия творога от «творожного сыра» по консистенции, структуре и вкусу.
Творог - белковый кисломолочный продукт, изготавливаемый путем сквашивания пастеризованного нормализованного или обезжиренного молока с последующим удалением из сгустка части сыворотки и отпрессовыванием белковой массы. В зависимости от массовой доли жира творог подразделяют на три вида: жирный, полужирный, нежирный [134]. По методу образования сгустка различают два способа производства творога: кислотный и сычужно-кислотный. В основе первого - кислотная коагуляция белков молока сквашиванием молочнокислыми бактериями с последующим нагреванием сгустка для удаления излишней сыворотки. Во втором случае сгусток формируется комбинированным воздействием сычужного фермента и молочной кислоты [138].
Творожные сыры - это несозревающие сыры, полученные путем сквашивания молока специальными штаммами микроорганизмов с добавлением небольшого количества сычужного фермента или без него (сервиты), с различным содержанием жира.
Технология производства данного вида сыров широко распространена на западе. Различия между кисломолочными сырами, сыром «Коттедж», творогом и «творожными сырами» («Жерве», «Фришкезе», «Рекуит», «Петит», «Фреш-чиз», «Крим-чиз», «Сюиз») зависят от производителя и зачастую весьма незначительны [120].
Математическое планирование экспериментов и обработка результатов
Ультрафильтрацию применяют для стандартизации молока по белку при производстве сыра, творога и сухих продуктов, для производства свежих (творожных) сыров, концентрирования белка и декальцинирования пермеата, а также для снижения концентрации лактозы в молоке. При ультрафильтрации растворов предъявляются более высокие требования к отводу вещества, концентрирующегося у поверхности мембраны, которое способно образовывать малорастворимые осадки или гелеобразные слои [91].
Нанофильтрация - отделение молекул размером (0,0005 - 0,001) мкм. Этот процесс используется при получении частично деминерализованной концентрированной сыворотки. Осуществляется при среднем или высоком давлении. Концентрат включает в себя часть минеральных веществ, белковые и углеводные компоненты. Пермеат представляет собой водный раствор солей низкой концентрации [15, 16, 52].
Обратный осмос - это мембранный процесс разделения истинных растворов при наложении разности давлений без изменения фазового состояния разделяемых компонентов. Обратноосмотические мембраны имеют диаметр пор (1-3) нм. Рабочее давление процесса (2,0 - 8,0) МПа. Обратноосмотические установки используют для предварительного концентрирования молока, сыворотки и пермеата при производстве сгущенных и сухих молочных продуктов. Это позволяет существенно сократить объем выпариваемой влаги, и, соответственно, время концентрирования, снижая тем самым энергопотребление [48, 49, 106].
Из сыродельной практики известно, что содержания белка в молоке в значительной степени влияет на интенсивность протекания технологического процесса и качество сыра. Использование сгущенного и сухого молока для нормализации белка в смеси не дало ожидаемых результатов вследствие перехода значительной части лактозы и солей в сгусток, что негативно отразилось на органолептике готового продукта.
В настоящее время при производстве сыров все чаще стали применять концентрирование молока методом ультрафильтрации. Мембранная обработка позволяет фракционировать и концентрировать составные части молочного сырья, максимально сохраняя их пищевую, биологическую ценность и технологические свойства [10, 60, 193]. Она оказывает минимальное денатурирующее воздействие на белки, витамины и другие биологически важные компоненты перерабатываемого сырья. Данный вид фильтрации используется при выработке практически любых видов сыров -творожных, мягких, полутвёрдых и твёрдых. Ультрафильтрация (УФ) открывает широкие возможности для совершенствования традиционных и разработки принципиально новых технологических процессов [78, 171]. В производстве твёрдых сычужных сыров применение УФ с использованием фактора концентрации (ФК) (1,5 - 2,0) позволяет эффективно нормализовать молоко по белку. Это приводит к изменению структурно-механических и синергетических свойств полученных из концентратов сгустков, что, в свою очередь, играет огромную роль в сыроделии, так как определяет выход сыров, консистенцию и качество готового продукта [2, 14, 16, 17, 47]. В случае с мягкими сырами, помимо вышесказанного, повышается малоотходность технологического процесса, поскольку увеличивается степень использования сывороточных белков. Это приводит к изменению белкового состава сыра, вследствие чего повышается его биологическая
Другим распространенным способом применения УФ в сыроделии является получение концентрата сывороточных белков (КСБ УФ) из различных видов сыворотки (подсырной, творожной, казеиновой) [53, 62, 126]. Внесение КСБ УФ в молоко позволяет обеспечить однородное и постоянное качество сыра в течение всего года, уменьшить потери сырья, сократить расход молокосвёртывающего фермента, повысить степень использования производственных мощностей [107]. Разработка технологии непрерывного производства мягкого сыра «УльтРа» с использованием белковых концентратов, полученных баромембранными методами, описана Рудаковым А.С. [115, 130]. В ходе исследований была установлена оптимальная доза внесения концентрата сывороточных белков (6 - 10) г/л молока. При этом выход сыра увеличивался на (3 - 5) %. В белковую смесь вносили 2 % закваски термофильного молочнокислого стрептококка и молочнокислой палочки L. casei при температуре 30 С.
Как показали исследования, повышенное содержание белка в смеси интенсифицировало процесс накопления молочной кислоты, повышало буферность молочной системы, а это, в свою очередь, оказывало влияние на жизнедеятельность микроорганизмов. При накоплении в среде определённого количества кислоты развитие молочнокислых бактерий постепенно затормаживалось. Упаковывался готовый продукт в полимерные стаканчики или лотки. Срок хранения продукта составлял 30 суток при температуре (4 ± 2) С.
Изучение микрофильтрационного концентрирования творожной сыворотки
Анализ физико-химических показателей продуктов микрофильтрации говорит о том, что при проведении данного процесса в концентрат интегрируются основные компоненты сыворотки. Так содержание общего белка в исходной сыворотке составляет 0,647%. Концентрат полученный микрофильтрацией содержит белок в количестве 1,056%. Содержание общего белка в пермеате - 0,382%. Наряду с белковой фракцией ценность представляет жир, содержащийся в исходной творожной сыворотке в количестве 0,1 %, а в концентрате 7,7 %.
Можно сделать вывод, что процесс микрофильтрации позволяет полностью сконцентрировать не только казеиновую фракцию и частично денатурированные в процессе пастеризации сывороточные белки, размер молекул которых превышает диаметр пор мембраны, а так же липиды.
Увеличение кислотности концентрата по сравнению с пермеатом обусловлено переходом в концентрат некоторого количества молекул молочной кислоты и титруемых ионогенных групп белков. В процессе микрофильтрации происходит перераспределение солей между пермеатом и концентратом, поэтому по солесодержанию разница незначительна. При производстве творожных сыров наряду с показателем сухих веществ важную роль играет динамическая вязкость.
Реологические свойства МФ - концентрата по окончании процесса фильтрации изучали с использованием вискозиметра «Брукфильда». Температура пробы составляла 30 С, объем пробы - 400 мл. Эксперимент проводился в трехкратной повторности. Данные эксперимента представлены на рисунке 3.3.
Результаты исследований повышения массовой доли сухих веществ в творожной сыворотке при микрофильтрационном концентрировании свидетельствуют о том, что происходит изменение реологических свойств сырья в сторону увеличения вязкости.
Показатель вязкости для МФ-концентрата с содержанием сухих веществ 14,5 % соответствует 96 мПас. При данном значении вязкости кон 70 центрат творожной сыворотки имеет достаточно густую консистенцию за счет концентрирования коагулированных белковых частиц молочной сыворотки и увеличения содержания молочного жира, что придает ему выгодные технологические свойства, как сырью для производства творожного сыра по выбранной нами технологии.
При производстве сыров, важной характеристикой сырья является его белковый состав. Поэтому было принято решение провести сравнительную оценку содержания основных фракций белков в исходной сыворотке, пер-меате и микрофильтрационном концентрате. За основу была взята общепринятая классификация размеров белков молока, представленная в таблице 3.3.
Эксперимент по изучению фракционного состава белков проводили методом эксклюзионной хроматографии (гель-проникающей хроматографии) со спектро фотометрической детекцией на хроматографической системе BioLogic DuoFlow Maximizer 20 (Bio-Rad, США). Результаты эксперимента представлены в таблице 3.4.
Сопоставляя данные (таблица 3.4), полученные в ходе хроматографии с данными таблицы 3.3 [145] можно сделать вывод о переходе высокомолекулярной белковой фракции творожной сыворотки в концентрат. Поскольку фракционный состав белков очень разнообразен и одна и та же фракция может иметь различную молекулярную массу, то точно определить фракционный состав концентрата и пермеата достаточно сложно. Однако, можно сделать вывод о том, что в концентрат переходят казеин и сывороточные белки, имеющие высокую молекулярную массу (а-лактальбумин и Р-лактоглобулин).
На хроматограммах исследуемых образцов имеются 2 основные группы пиков: 1 - «высокомолекулярная» фракция (время удерживания около 4 мин) и 2 - «низкомолекулярная» фракция (время удерживания около 6,5 мин) белков. Обе фракции присутствуют во всех образцах, однако их соотношение заметно отличается.
На хроматограмме образца (рисунок 3.4) исходной творожной сыворотки пик высокомолекулярной фракции в 2,37 раза менее интенсивный по сравнению с низкомолекулярной фракцией белков. Это говорит о присутствии в образце высокого количества сывороточных белков, а доля казеина значительно меньше.
Для образца концентрата (рисунок 3.5) это соотношение составляет 1,93. Это говорит об увеличении доли высокомолекулярной фракции и согласуется с предположением о том, что микрофильтрация сыворотки с использованием мембран с диаметром пор 0,2 мкм позволяет отделить часть, главным образом, высокомолекулярных белков.
Наибольшая разница в содержании белковой фракции отмечена в образце пермеата (рисунок 3.6), где высота пика низкомолекулярной фракции в 3,83 раза больше, чем высота пика высокомолекулярной фракции, что свойственно пермеату, полученному методом микрофильтрации. Следует отметить, что при этом для образца пермеата творожной сыворотки также характерно снижение общего содержания белка.
Микробиологические показатели сырья и продуктов его баромембран-ной обработки играют немаловажную роль в производстве сыров. Для изучения образцов творожной сыворотки, концентрата и пермеата на микробиологическую обсеменённость были проведены соответствующие исследования, их результаты представлены в таблице 3.5. Таблица 3.5 - Микробиологические показатели творожной сыворотки, МФ-пермеата и МФ-концентрата
Как видно по результатам исследований в процессе микрофильтрации основное количество микроорганизмов переходит из сыворотки в концентрат, тогда как пермеат имеет минимальную микробную обсеменённость. Как следствие, концентрат необходимо подвергать дополнительной тепловой обработке при дальнейшем использовании его в технологическом процессе.
Исследование влияния основных биотехнологических факторов на процесс формирования сычужного сгустка
Общепризнано, что в настоящее время наилучшей гарантией выпуска безопасной пищевой продукции являются разработка, внедрение и поддержание в рабочем состоянии системы управления безопасностью на основе принципов HACCP (Hazard analysis and critical control points). Система нацелена на предупреждение возникновения условий, способствующих появлению потенциально опасных факторов при производстве, хранении и реализации пищевой продукции [1, 80, 88].
В итоге при использовании системы НАССР повышается доверие конечных потребителей, а значит, приобретается значительное конкурентное преимущество, экономическая эффективность возрастает вследствие снижения издержек связанных с выпуском недоброкачественной продукции, и как следствие уменьшается себестоимость [1, 108].
Система HACCP разрабатывалась с учетом основных принципов: - идентификация потенциального риска или рисков (опасных факто ров), которые сопряжены с производством продуктов питания, начиная с по лучения сырья (разведения или выращивания) до конечного потребления, включая все стадии жизненного цикла продукции (обработку, переработку, хранение и реализацию) с целью выявления условий возникновения потен циального риска (рисков) и установления необходимых мер для их контроля; - выявление критических контрольных точек в производстве для устранения (минимизации) риска или возможности его появления, при этом рассматриваемые операции производства пищевых продуктов могут охваты вать поставку сырья, подбор ингредиентов, переработку, хранение, транспор тирование, складирование и реализацию; - в документах системы НАССР или технологических инструкциях следует установить и соблюдать предельные значения параметров для подтверждения того, что критическая контрольная точка находится под контролем; - разработка системы мониторинга, позволяющая обеспечить контроль критических контрольных точек на основе планируемых мер или наблюдений; - разработка корректирующих действий и применение их в случае отрицательных результатов мониторинга; - разработка процедур проверки, которые должны регулярно проводиться для обеспечения эффективности функционирования системы НАССР; - документирование всех процедур системы, форм и способов регистрации данных, относящихся к системе НАССР [1, 10, 11, 12].
Одним из ключевых и наиболее важных элементов системы НАССР является анализ опасных факторов. Он включает сбор и обработку информации по опасным факторам и условиям, приводящим к их возникновению; принятие решения о том, какие из этих факторов влияют на безопасность пищи. Под опасным фактором понимают биологическое, химическое или физическое свойство объекта, которое с большой долей вероятности может стать источником болезни или травмы при отсутствии должного контроля [18, 19, 20].
Критические контрольные точки представляют собой идентифицированные места проявления опасных факторов [10, 11, 12].
Биологические опасные факторы в пище являются результатом выработки токсичных веществ растениями или животными, а чаще всего патогенными микроорганизмами. Наличие в продуктах питания перечисленных микробов может вызывать два типа наиболее распространенных болезней: пищевые отравления и пищевые инфекции.
Химические опасные факторы - это вещества, применяемые в животноводстве и растениеводстве, промышленные химикаты, природные токси 112 канты, соединения, загрязняющие окружающую среду, и некоторые вещества, используемые в пищевой промышленности.
Физические опасные факторы относятся к третьей категории опасности. Разнообразные посторонние включения могут попасть в пищу на любой стадии производства [18, 19, 20].
Эффективность контроля качества зависит от достоверности оценки показателя и сравнения его с контрольной величиной, поэтому изучение и контроль в критических контрольных точках проводятся на основании определенных заданных критических пределов [10, 56, 129].
Система НАССР для производства творожных сыров предусматривает разработку на предприятии системы обеспечения безопасности и управления качеством с учетом специфики, характерной для предприятий молочной промышленности. Ниже будут рассмотрены возможные опасные факторы, возникающие при производстве разработанного продукта, предупреждающие действия и определены критические точки, требующие жесткого контроля.
В соответствии с системой НАССР установлены критические точки технологического процесса производства творожных сыров, контрольные меры и предупреждающие действия для обеспечения биологической безопасности для здоровья человека.
Критические контрольные точки определялись методом «дерева принятия решений». При рассмотрении, поэтапно всего технологического процесса, была составлена типовая система НАССР (рисунок 6.3).
На рисунке 6.3 изображена блок-схема НАССР производства, где: а) химические факторы риска - это химические загрязнения (тяжелые металлы), токсичные вещества (пестициды, кислоты, минеральные масла, моющие средства), остатки ветеринарных лекарств; б) биологические факторы - патогенные бактерии и их токсины, вирусы, микроскопические грибы и микоток-сины; с) физические факторы - частицы стекла, металла, пластмассы, насекомые, личные вещи обслуживающего персонала [18, 19, 20].
Похожие диссертации на Разработка технологии мягких сыров с применением молочно-белковых концентратов
