Содержание к диссертации
Введение
1. Аналитический обзор 9
1.1 Научные и практические аспекты создания белоксодержащих пищевых продуктов 9
1.2 Состав и свойства растительных белков 12
1.3 Способы подготовки растительных белков для переработки их в составе комбинированных продуктов 18
1.4 Молочные продукты с растительными белками 22
1.5 Использование растительных белковых компонентов в производстве плавленых сыров 28
1.6 Обоснование выбора направления исследований, цели и основные задачи 31
2. Организация работы, объекты и методы исследований 33
2.1 Характеристика белоксодержащих растительных компонентов 36
2.2 Характеристика протеолитических ферментов 36
3. Результаты исследований 39
3.1 Установление возможности использования белоксодержащих растительных компонентов в составе плавленых сырных продуктов 39
3.2 Влияние ферментативного гидролиза белкового компонента отдельных видов БРК на изменение их функциональных свойств и органолептических показателей 43
3.2.1 Влияние ферментативного гидролиза белков тофу па изменение его фунщиональных и органолептических свойств. 43
3.2.1.1. Исследование процесса гидролиза тофу панкреатином 46
3.2.1.2 Исследование процесса гидролиза тофу пепсином 52
3.2.1.3 Исследование процесса гидролиза тофу комплексными протеазами широкой специфичности 57
3.2.2 Влияние ферментативного гидролиза белков обезжиренной соевой муки «Соянта 200» на изменение функциональных и органолептических свойств: 63
3.3. Разработка технологического регламента производства гидролизата обезжиренной соевой муки 69
3.3.1. Оптимизация содержания белковых веществ в ферментируемой: белковой суспензии 69
3.3.2. Оптимизация механического измельчения в процессе гидролиза,... 70
3,3.3; Ферментативный гидролиз 71
3.3.4. Дезодорирование. 73
3:3.5. Высушивание 73
3.4 Испытание гидролизатов БРК в составе плавленых сырных продуктов.,77
3.5,Результаты исследований аминокислотного состава плавленых сыров с БРК 92
3.6 Результаты исследований плавленых сыров с гидролизатами БРК в процессе хранения 95
3.7 Экономическая эффективность технологии плавленого сырного продукта «Полевой» 98
Выводы 99
Список использованных источников
- Состав и свойства растительных белков
- Молочные продукты с растительными белками
- Влияние ферментативного гидролиза белкового компонента отдельных видов БРК на изменение их функциональных свойств и органолептических показателей
- Влияние ферментативного гидролиза белков обезжиренной соевой муки «Соянта 200» на изменение функциональных и органолептических свойств:
Введение к работе
Продолжающееся снижение производства молока в РФ и сезонные колебания в обеспечении белковыми сырьевыми ресурсами ставят задачу поиска и привлечения в молочную отрасль новых нетрадиционных источников белка: Проблему дефицита молочных белков можно решить путем их частичной замены на растительные белоксодержащие компоненты, которые являются наиболее распространенным и экономически выгодным видом белкового сырья.
Растительные белки, отличаются от животных по составу и характеризуются более высокой водосвязывающей способностью. В процессе получения полуфабрикатов, содержащих растительные белки, происходит денатурация, снижающая такие ценные функциональные свойства, как растворимость и;способность эмульгировать жир. По этим характеристикам растительные белки уступают молочным белка.
Главные причины ограничения замены молочного белка в составе плавленых сырных продуктов на растительные белки - отсутствие атакуем ости молекул растительного белка солями-плавителями и негативное влияние высокой температуры. Неблагоприятным моментом при этом является значительное, чаще всего преобладающее количество углеводов в составе растительных компонентов, играющих определенную роль в формировании органолептиче-ских показателей готового продукта. В связи с этим попытки создать технологию плавленого сыра с заменой молочного белка растительным закончились лишь частичным решением задачи, определяющим возможность внесения растительных продуктов в количествах от 1,5 % до 5,0 % от общей массы сырьевых компонентов в смеси. Примером применения растительного сырья является технология сыра сладкого плавленого Осенний, в составе которого использован продукт из пшеничной муки, подготовленный методом ферментативного гидролиза. Однако пшеничная мука содержит всего лишь 11 % белков, а использование в качестве гидролитического фермента амилорезина, расщепляющего крахмал, определило свойства гидролизата и направление его использования для замены сахарозы в составе плавленых сыров.
За рубежом разработаны технологии ферментативного гидролиза растительных белков с целью улучшения их консистенции и получения заданных функциональных свойств. Гидролизаты растительных белков широко используются в качестве функциональных белковых компонентов в составе разнообразных пищевых продуктов, в том числе плавленых сыров. Ферментативные способы обработки растительных белков обеспечивают возможность их использования в составе ряда комбинированных, в том числе и на молочной основе, продуктов при сохранении их традиционной структуры и вкусовых свойств.
Таким образом, целью настоящих исследований является разработка технологии плавленого сырного продукта, в основу которой положена частичная заменой молочного белоксодержащего сырья на растительное, функциональные свойства которого улучшены способом ферментирования.
Работа выполнялась в период 2001-2005 гг в ГУ ВНИИМСе. Тема и программа диссертационной работы утверждена Ученым советом ВНИИМС от 20.04:02.
На защиту выносятся следующие положения диссертации:
- оптимизация параметров процесса ферментативного гидролиза растительных белков с целью улучшения их функциональных и технологических свойств;
- разработка математических моделей ферментативного гидролиза бе-локсодержащего растительного сырья;
- исследование влияния вида и дозировки гидролизатов белоксод ержащего растительного сырья на структуру и свойства плавленых сырных продуктов;
- изучение динамики показателей качества плавленых сырных продуктов в процессе хранения;
- разработка технологии плавленых сырных продуктов. Научная новизна работы заключается в:
- выявлении основных закономерностей влияния различных факторов ферментативного гидролиза белоксодержащих растительных компонентов на формирование их функциональных свойств;
- разработке математических моделей ферментативного гидролиза белоксодержащих растительных компонентов, используемых в качестве сырья для плавленых сырных продуктов;
- установлении зависимости показателей структуры,и свойств плавленых сырных продуктов от вида и дозы внесенного гидролизата БРК.
Практическая значимость состоит в разработке: способа подготовки БРК методом ферментирования, составлении технологического регламента по производству гидролизата, разработке технологии и технической документации на плавленый сырный продукт "Полевой" — ТУ 9225-075-04610209-2004 и технологической инструкции по производству.
Подана заявка на изобретение на "Способ производства плавленого сырного продукта".
Результаты исследований представлены на НПК "Эффективные технологии в молочном животноводстве и переработке молока", г. Вологда, 2002 г,; НТК "Новые технологии переработки молока, производства сыра и масла", г. Москва, 2004 г.; НТК "Современные аспекты российского маслоделия", Вологда, 2004 г.; "Производство пищевых продуктов в соответствии с требованиями здорового питания и другие вопросы", г. Волгоград, 2004 г.; НТК "Совершенствование,технологий производства и переработки продукции животноводства", т. Волгоград, 2005 г.
По теме диссертации опубликовано 6 работ. Диссертация оформлена в виде монографии на русском языке в одном томе на 126 стр. машинописного текста, включает 27 таблиц, 16 рисунков, библиографию 150 наименований и приложений.
Состав и свойства растительных белков
Зерновые культуры представлены большим ассортиментом злаковых и многими разновидностями бобовых. Зерно всех злаковых культур имеет примерно одинаковое строение. Снаружи его покрывает плодовая оболочка, защищающая от внешних воздействий. Она состоит из четырех слоев полупрозрачных клеток. Плодовые оболочки содержат много клетчатки, лигнина, пентозанов, минеральных солей, которые составляют 5-6 % от массы зерна. Организмом плодовые оболочки не усваиваются.
Семенная оболочка состоит из трех слоев клеток. Оболочки составляют 6-8 % массы зерна. Они более богаты минеральными, азотистыми веществами, сахарами, в них меньше клетчатки, пентозанов. Пигментный слой семенной оболочки придает зерну соответствующую окраску [22, 23].
Оболочки плодовые и семенные ухудшают товарный вид муки и крупы, пищевую ценность, консистенцию, поэтому при получении муки:и крупы их отделяют.
Эндосперм, или мучнистое ядро, составляет 80-82 % массы зерна и является самой ценной его частью. Он состоит в основном, из крахмала и белков, содержит небольшое количество сахара, жира, витаминов и очень мало минеральных веществ.
Мучнистое ядро имеет внешний слой, примыкающий к семенной оболочке. Он составляет 4-13,5 % от массы зерна, содержит большое количество белков, жиров, Сахаров, минеральных веществ, витаминов, но эти ценные: вещества почти не усваиваются, так как клетки, в которых они,находятся, покрыты толстыми оболочками из клетчатки.
Семена бобовых растений состоят из зародыша и двух семядолей, практически не имеют мучнистого ядра.
Состав отдельных частей и зерна в целом зависит от ботанических признаков (вида, разновидности, селекционного сорта), условий произрастания, степени созревания и др. Средний химический состав зерна разных видов может различаться по содержанию белка, углеводов, жиров, минеральных веществ, витаминов.
Вода в сухом зерне составляет 12-14 % и находится в связанном состоянии. Связанная влага образует химические связи с тканями зерна и не удаляется при сушке. Она не инициирует биохимические процессы и зерно остается стойким при хранении. Свободной является влага, легко удаляемая из зерна. Она ведет к повышению активности биохимических процессов. По явление свободной воды при содержании связанной более 17 % ухудшает сохраняемость зерна. Углеводов в злаковом зерне содержится до 70 %, в зерне бобовых - до 55 % (в сое - до 26 %). В состав углеводов входит крахмал (до 40-55 % массы зерна), сахар, клетчатка, гемицеллюлоза - пентозаны и гексозаны. Гранулы крахмала зерна при нагревании в воде набухают и образуют крахмальный клейстер. Амилаза составляет 25 % крахмала (иеразветвленные остатки глюкозы), амилопектин - 75 %. В состав слизей (гумми) входят растворимые в воде полисахариды, такие как пентозы - арабиноза и ксилоза, а также глюкоза, некоторое количество фруктозы и галактозы.
Белки составляют от 10 до 14 % в зерне злаков и 20-25 % в зерне бобовых, в основном, это проламины и глютемины.
По аминокислотному скору некоторых аминокислот белки зерновых и бобовых культур уступают белку молока (табл. 1.1). Так, в белке пшеницы мало лизина (скор 41 %) и треонина (скор 72 %). В белке гороха недостает примерно трети метионина и цистина. По аминокислотному составу белки ржи богаче, чем белки пшеницы незаменимыми аминокислотами, особенно лизином, и имеют большую питательную ценность [23, 24]:
Жиры в зерне злаковых и бобовых составляют от 2 до 6,2 %, в сое — 17 %. В состав жиров входят большей частью ненасыщенные жирные кислоты, в том числе, биологически ценные полиненасыщенные, а также фосфо-липиды (лецитины, кефалины), необходимые человеку для обновления клеток и внутриклеточных структур.
Водорастворимые витамины группы В концентрируются в оболочке зерна, поэтому в муке высших сортов этих витаминов мало. В белом хлебе содержится 0,11 мг/% витамина Вь 0,06 мг/% витамина В2, 0,92 мг/% витамина PP. Много витаминов группы В в бобовых. В небольших количествах содержатся жирорастворимые витамины.
Молочные продукты с растительными белками
Использование растительных белков, по преимуществу подготовленных тем или иным способом, стало основой создания комбинированных пищевых продуктов. Среди них определенная ниша принадлежит молочным продуктам: напиткам на основе молока и: сыворотки, сухим концентратам, пастам, детским смесям, спрэдам, плавленым сырам. Анализ технической литературы по данному вопросу показывает преимущественное применение в технологии приготовления компонентов различных соевых продуктов - сухого и сгущенного молока, пищевого соевого обогатителя, удачно сочетающихся с основой из коровьего молока.
Предложена технология изготовления напитка, основанная на растворении концентрата соевого белка, имеющего нейтральный вкус, в подсырной сыворотке с последующим прибавлением желатина [48].
Использование соевого молока позволяет заменить традиционные молочные продукты [49]. Соевые белки могут составлять основу кисломолочных напитков, придавая им диетические свойства [51-53].
Мировой рынок предлагает большое количество комбинированных продуктов, в которых молочный белок заменен растительными белками соевых бобов, кокосового ореха, семян хлопчатника. Таким образом, выпускают заменители молока, сливок, десертных продуктов [5].
Есть сведения о производстве в России фруктовых йогуртов с добавлением соевого молока, отличительной особенностью технологии которых является подготовка коровьего молока и его смешение с соевым, с последую щим удалением 15-30 % влаги выпариванием молочной смеси под вакуумом, пастеризацией и гомогенизацией [54].
Технология молочно-соевого напитка типа йогурта напитков «Мороз-ко», «Солнышко», «Нарине», кофейного напитка «Любительский» предусматривает использование закваски культур термофильного молочнокислого стрептококка и болгарской палочки [55-56]. Разновидностью напитков на комбинированной основе являются смеси соков, коровьего и соевого молока [57].
Доказано, что прекрасным сырьем для получения напитков для диетического и лечебно-профилактического питания являются соевые белково-жировые обогатители - Совиласт, Диалакт, ЗСМ [58]. Предлагаются оригинальные технологии переработки молока с использованием, растительного сырья, в частности, изолятов соевого белка [59], обеспечивающих экономичность производства продуктов, потребительские качества, лечебно-профилактические свойства. Такие технологии имеют практическое воплощение на ряде промышленных предприятий России [60].
Установлено, что полисахариды сои оказывают стабилизирующее действие на молочный белок в составе напитка [61].
В обзорной статье [62] приводятся данные о способах использования белковых соевых гидролизатов для приготовления лечебных напитков, производимых предприятиями Дании.
Во ВНИМИ [63-64] разработана технология соевого кефира, соевого йогурта, простокваши на основе «Нутри-Бев». Эти продукты рекомендованы для лечебного и профилактического питания. Проводятся исследования по созданию совместных производств переработки молочного и растительного сырья [65].
Отмечены преимущества технологии получения кисломолочного напитка с добавлением белкового концентрата [66].
Интересна технология производства молока «Доброе утро», диетические свойства которого связаны с тем, что оно не содержит холестерина. Мо лочный жир заменен полностью на растительное масло, а молочный белок на 80 % заменен растительным [67].
Запатентованы композиция для получения молочного напитка и способ его производства. В состав напитка входит белок соевый изолированный, жировой компонент, сахар-песок, стабилизатор, молочная сыворотка, лимоннокислый калий, витамины А и С, вода. Технологический процесс производства включает операции перемешивания, гомогенизации, пастеризации, охлаждения и фасовки [68].
Основой запатентованного способа получения кисломолочного напитка «Ацидолакт-Л» является І смешивание белков цельного молока или концентрата сывороточных белков с белком сои. Разновидностью данной технологии является использование по одному из вариантов наполнителей, в качестве которых рекомендуются пасты и пюре из ягод, груш, тыквы, моркови и дыни [69].
Комплексом ценных свойств обладают кисломолочные напитки изготовленные с использованием солодовых экстрактов ячменя, кукурузы, пшеницы и листового протеина крапивы и люцерны [70,71 ].
По патенту [72]: предлагается технология кисломолочного напитка, в котором в качестве молочной основы используют смесь натурального коровьего и соевого молока в соотношении 1:1 или 2:1, а в качестве наполнителя - концентрат топинамбура из расчета 1,7-2,5 % к общей массе смеси.
В качестве ингредиента, влияющего на структуру кисломолочных напитков с бифидобактериями использована овсяная мука [56].
Интересным направлением использования растительных белков в технологии изготовления молочных продуктов является разработка способов внесения в состав кисломолочных напитков пшеничных зародышевых хлопьев, содержащих значительное количество белков (до 38 %), сравнимых по составу с белком молока [73 -76].
Влияние ферментативного гидролиза белкового компонента отдельных видов БРК на изменение их функциональных свойств и органолептических показателей
С целью установления оптимальных режимов гидролиза тофу, обеспечивающих улучшение функциональных свойств, поэтапно исследовали влияние основных факторов гидролиза, сначала - концентрации белков тофу (пропорциональной содержанию сухих веществ), затем - дозы фермента на ключевые показатели гидролиза - степень гидролиза, растворимость, консистенцию и характеристику вкуса.
Для гидролиза испытывали несколько протеол итических ферментов: панкреатин, пепсин, протамекс и флаворзим.
Во всех экспериментах тофу смешивали с водой и реагентом, корректирующим рН, в таком количестве, чтобы получить суспензию с заданным содержанием сухих веществ и рН. Для подкисления использовали раствор соляной кислоты. При подщелачивании вносили 20 % раствор фонакона или 10% раствор гидроокиси натрия. Суспензию нагревали до температуры ферментации, вносили фермент в виде водного раствора и термостатировали в воздушном термостате. Корректировку рН в процессе гидролиза не проводили, так как буферная емкость реакционной смеси препятствовала изменению рН. Смесь периодически вручную перемешивали (5 мин через каждые 20 мин). Процесс контролировали путем определения степени гидролиза и показателей функциональных свойств в отобранных пробах.
Влияние концентрации белков (сухих веществ) исследовали с применением протеаз комплексного действия животного происхождения - панкреатина и микробного происхождения - протамекса.
Максимальное содержание сухих веществ, при котором водные суспензии тофу сохраняли способность к перемешиванию, составляло 20 %, в том числе 6 % белков. Продукт протирали на терке, смешивали с водой для получения суспензий с массовой долей 10, 15 и 20 %. Пастеризовали при температуре 78-80 С, охлаждали до температуры ферментации (панкреатином - 48 С, про-тамексом - 53 С) и вносили ферментный препарат в количестве 1 % от массы белка. Смесь термостатировали при 48 С при гидролизе панкреатином, и при 53 С при гидролизе протамексом в течение 3 ч. Процесс вели при периодическом перемешивании 3 мин через каждые 15 мин.
В таблицах 3.2 и 3,3 представлены значения степени гидролиза белков тофу и показатели функциональных свойств гидролизатов при разном содержании сухих веществ (соответственно белков) в реакционной смеси при действии панкреатина и протамекса. При повышении содержания сухого остатка в реакционной смеси, содержащей панкреатин, проявляется слабо выраженная тенденция к снижению степени гидролиза. Такой эффект, по-видимому, можно объяснить ингибированием высокими концентрациями белкового субстрата (т.н. субстратное ингибирование). Гидролиз белкового компонента тофу приводит к улучшению растворимости белков, оцениваемой по приросту индекса растворимости. Не установлено значимого снижения растворимости гидроли зуемых суспензий тофу при снижении степени гидролиза, которое наблюдается с увеличением концентрации сухих веществ. Аналогичная картина в изменении степени гидролиза наблюдалась при гидролизе тофу протамексом. Однако при повышении содержания сухих веществ в реакционной смеси под действием этого фермента незначительно повышалась растворимость. Следует отметить более глубокий гидролиз белков тофу под действием протамекса по сравнению с панкреатином (13,3 % и 8,9 %). Таким образом, при повышении концентрации сухих веществ не происходило существенного снижения степени гидролиза и изменения растворимости, поэтому в дальнейших исследованиях гидролиз тофу проводили при максимально допустимой концентрации сухих веществ 20 % (белков 6,0 %).
Влияние ферментативного гидролиза белков обезжиренной соевой муки «Соянта 200» на изменение функциональных и органолептических свойств:
Обезжиренная соевая мука «Соянта 200» (ОСМ) относится к белковым концентратам, поскольку содержание белков в ней выше 50%. Исходное растительное сырье, используемое для получения ОСМ, не подвергается какой-либо дополнительной технологической обработке, направленной на увеличение содержания белка в конечном продукте, и включает измельчение зерна и удаление жира. Водные суспензии ОСМ с содержанием сухих веществ выше 25 % до гидролиза характеризовались несвязной структурой, наличием плотных включений и частиц.
На этом этапе исследовали влияние концентрации белков (пропорциональной содержанию сухих веществ) ОСМ и дозы фермента.протамекса на процесс гидролиза и функциональные свойства гид рол изата с целью установления оптимальных режимов, обеспечивающих существенное улучшение функциональных свойств.
Для приготовления водных суспензий ОСМ использовали 0,5 %-ный раствор поваренной соли. Массовую долю сухих веществ изменяли в интервале от 15% (в том числе 9 % белков) до 30 % (в том числе 18 % белков). При содержании сухих веществ выше 30 % гидролиз белкового субстрата не улучшал консистенцию водных суспензий ОСМ, которые оставались высоковязкими и трудноперемешивающимися. Активная кислотность (рН) водных суспензий ОСМ, составляющая 5,9-6,3, смещена в кислую область от оптимального диапазона рН для выбранного фермента (6,7-6,9). Поэтому для подщелачивания использовали 20 % -ный раствор фонакона или 10 %-ный раствор гидроокиси натрия. Пастеризацию водных суспензий ОСМ перед гидролизом не проводили, поскольку пастеризация снижала гидролизуемость белкового субстрата. Фермент - протамекс вносили в количестве 1 % от массы белков в смеси. Корректировку рН в процессе гидролиза не проводили, поскольку буферность сырья стабилизировала величину рН. Температура гидролиза 55С. Смесь периодически перемешивали (5 мин через каждые 20 мин). Процесс контролировали по изменению степени гидролиза, растворимости и эмульгирующих свойств в отобранных пробах.
В таблице 3.8 представлены результаты экспериментов по влиянию содержания сухих веществ на изменение степени гидролиза и функциональных свойств1 в процессе гидролиза. При увеличении концентрации субстрата от 15 % до 30 % степень гидролиза изменялась в сторону незначительного снижения (с 4,1 % до 3,9 % за 1 ч и с 6,6 % до 6,2% за 3 ч). Анализ взаимосвязи степени гидролиза и функциональных свойств ферментируемых смесей показал следующее. При увеличении концентрации белка в субстрате с 9 % до 18 % значение прироста индекса растворимости незначительно снижается и составляет соответственно: 48,5 % и 42,3 % за 1 час, 59,5 % и 55,0 % за 3 часа. Влияние гидролиза на эмульгирующие свойства выражено в слабой степени. Установлено незначительное увеличение эмульгирующей способности в результате расщепления белков с 0,08 см"7мг до 0,17-0,20 см3/мг. Эмульгирующая способность одинакова у всех гидролизатов. Консистенция гидроли-затов изменялась от однородной, текучей при м.д. сухих веществ 15 % до однородной, вязкотекучей, без крупинок и плотных включений. В результате гидролиза снижался гороховый запах и привкус, характерный для исходной
СОеВОЙ Муки;
Данные таблицы показывают, что концентрация белкового субстрата оказывает незначительное влияние на изменение степени гидролиза, растворимость и эмульгирующие свойства,гидролизованиого продукта. Поэтому для дальнейших исследований остановили выбор на концентрации белков 18 % (м.д. сухих веществ 30 %), как наиболее экономичной с учетом того факта, что в произвол стве плавленых сыров гидролизах предназначается для непосредственного внесения в смесь для плавления и добавление излишней влаги нежелательно.
Влияние дозы внесения фермента оценивали по изменению глубины гидролиза и функциональных свойств гидролизуемой суспензии ОСМ.
Водную суспензию ОСМ готовили на 0,5 %-ном растворе поваренной соли. Содержание сухих веществ в суспензии 30%. Активную кислотность (рН) суспензии субстрата устанавливали на уровне 6,7-6,9 с. помощью 20 %-ной NaOH. Фермент протамекс (Protamex) с активностью 1,5 . ед./г вносили в количестве от 0,25 % до 1,5 % от массы белков в смеси. Корректировку рН в процессе гидролиза не проводили. Смесь периодически перемешивали (5 мин через каждые 20 мин). Процесс гидролиза контролировали путем определения степени гидролиза и значений функциональных свойств через 1 и 3 часа.
