Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1 Состояние вопроса, цель и задачи исследований
1.1 Экологические и экономические предпосылки применения мембранной технологии переработки творожной сыворотки
1.2 Основные методы переработки творожной сыворотки 16
1.3 Способы повышения эффективности процесса ультрафильтрации белковых растворов 22
1.4 Натуральные подсластители растительного происхождения 29
1.5 Цель и задачи исследований 32
ГЛАВА 2 Организация работы и методики экспериментальных исследований 34
2.1 Общая схема проведения экспериментальной работы и основное лабораторное оборудование 34
2.2 Обоснование выбора типа мембран для ультрафильтрации обогащенной добавлением экстракта стевии творожной сыворотки (ОТС) 38
2.3 Обоснование конфигурации аппарата и выбора основных параметров процесса ультрафильтрации ОТС 43
2.4 Математическая обработка результатов исследований 47
ГЛАВА 3 Разработка общей технологической схемы переработки ОТС 50
3.1 Блок-схема выработки пермеата и ретентата из ОТС 50
3.2 Экспериментальное определение основных рабочих параметров процесса ультрафильтрации ОТС 52
3.3 Оптимизация основных параметров процесса ультрафильтрации ОТС з
ГЛАВА 4 Технология и организационные аспекты переработки ОТС 72
4.1 Физико-химические свойства пермеата ОТС 72
4.2 Физико-химические свойства ретентата ОТС 4.3 Основные направления использования пермеата и ретентата, полученных ультрафильтрацией ОТС 88
4.4 Разработка рецептуры и технологии молочных напитков на основе ретентата ОТС 92
4.5 Разработка рецептуры и технологии молочных напитков на основе пермеата ОТС 95 4.6. Порядок мойки и регенерации ультрафильтрационных мембран 96
ГЛАВА 5 Технология комплексной переработки ОТС
5.1 Технологические аспекты получения глюкозо-галактозного сиропа и молочных напитков из пермеата и ретентата ОТС
5.2 Экономическая эффективность комплексной переработки ОТС 107
5.3 Экологическая и социальная составляющие технологии переработки ОТС
Выводы 119
Список сокращений и условных обозначений 121
Список литературы
- Основные методы переработки творожной сыворотки
- Обоснование выбора типа мембран для ультрафильтрации обогащенной добавлением экстракта стевии творожной сыворотки (ОТС)
- Экспериментальное определение основных рабочих параметров процесса ультрафильтрации ОТС
- Разработка рецептуры и технологии молочных напитков на основе ретентата ОТС
Введение к работе
Актуальность работы. На современном этапе развития человеческое сообщество всё ближе подходит к глобальному кризису, основу которого составляют взаимосвязанные проблемы: обеспечение населения полноценными продуктами питания и чистой водой, с одной стороны, снижение негативного влияния постоянно развивающейся производственной сферы - с другой. Одним из путей их решения является организация рационального использования вторичного молочного сырья.
В нашей стране подавляющая часть пищевого производства ориентирована на выпуск высококалорийных рафинированных продуктов питания. При этом использование белков в нативном состоянии, углеводов, витаминов и минерального комплекса, которые могут быть получены в результате переработки творожной сыворотки при её баромембранном разделении, всё еще не получило должного распространения. Массовое применение сахарозы в кондитерской и хлебопекарной промышленности в конечном итоге не лучшим образом сказывается на здоровье как нашего населения, так в целом и почти всего европейского, а в ряде азиатских стран давно и с успехом используются натуральные низкокалорийные подсластители.
Проблеме использования молочной сыворотки в производстве функциональных продуктов питания посвятили работы такие известные ученые, как Н.Н. Липатов, М.С. Коваленко, А.Г. Храмцов, И.А. Евдокимов, Н.Н. Липатов (мл), С.В. Василисин, В.Д. Харитонов, М.В. Залашко, В.Е. Жидков, К.К. Полянский, П.Г. Нестеренко, Г.Б. Гаврилов, П.Ф. Крашенинин, Э.Ф. Кравченко Е.И. Мельникова, T. Paterson, K.H. Ridel, T. Senkevich, W. Zadow, B. Horton и др. Вопросы использования природных полисахаридов рассмотрены в исследованиях Бархатовой Т. В., Богус А.М., Голубева В. Н., Дорофеевой Л.А., Пасько Н.М., Шаззо Р.И., Buzzini G., Kasaric N. и др.
Однако имеющихся в настоящее время в открытом доступе данных по результатам теоретических и экспериментальных работ, а также практических рекомендаций по переработке творожной сыворотки на основе обогащения её
состава компонентами растительного сырья (Stevia rebaudiana Bertoni) с последующей ультрафильтрацией пока недостаточно для разработки комплексной технологии пищевых продуктов и молочных напитков, что и обуславливает актуальность и целесообразность проведения собственных исследований.
Цель и задачи исследований. Целью исследования является разработка технологии комплексной переработки творожной сыворотки путём обогащения экстрактом стевии с последующей ультрафильтрацией в аппаратах кассетного типа.
Область исследований. Изучение физико-химических свойств, органо-лептических показателей и разработка комплексной технологии продуктов ультрафильтрационного разделения творожной сыворотки на полимерных мембранах в аппаратах кассетного типа.
Объект исследования. Образцы молочной сыворотки, полученной согласно ГОСТ Р 53438-2009 при выработке зерненного творога на ОАО МК «Ставропольский».
Рабочая гипотеза состоит в предположении о том, что эффективность переработки творожной сыворотки повышается путём предварительного добавления экстракта растительного сырья (Steviа rebaudiana Bertoni) и последующего её баромембранного разделения в ультрафильтрационном аппарате кассетного типа, что позволит адаптировать известные методы производства молочных напитков и глюкозо-галактозного сиропа.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие основные задачи:
-
Обосновать целесообразность обогащения творожной сыворотки компонентами сырья растительного происхождения (Stevia rebaudiana Bertoni) и изучить её физико-химические характеристики, а также ретентата и пермеата, получаемых при ультрафильтрации.
-
Установить зависимости, описывающие влияние основных факторов на проницаемость и селективность полимерных мембран при ультрафильтрации обо-
гащенной творожной сыворотки на аппаратах кассетного типа и определить рациональные значения основных параметров процесса.
-
Изучить влияние фактора концентрирования на содержание сухих веществ, органолептические характеристики пермеата обогащенной творожной сыворотки компонентов, получаемого при её ультрафильтрации.
-
Разработать рекомендации по дальнейшему совершенствованию общей технологической схемы переработки творожной сыворотки на основе применения процесса её ультрафильтрационного разделения и обосновать основные пути использования полученных в результате ультрафильтрации обогащенной творожной сыворотки пермеата и ретентата в пищевом производстве.
5. Определить экономическую эффективность, экологическую и социальную
значимость результатов проведенных исследований.
Научная новизна работы состоит в следующем:
обоснована целесообразность обогащения творожной сыворотки компонентами сырья растительного происхождения Stevia rebaudiana Bertoni для повышения эффективности процесса её баромембранного разделения;
изучены состав, физико-химические свойства и органолептические показатели обогащенной творожной сыворотки, как объекта ультрафильтрации, её пермеата и ретентата;
- определены математические зависимости, описывающие влияние ос
новных факторов на проницаемость и селективность полимерных мембран при
ультрафильтрации обогащенной творожной сыворотки на аппаратах кассетно
го типа;
установлены оптимальные значения рабочего давления, скорости циркуляции, граничные показатели - массовой доли сухих веществ, температуры обогащенной творожной сыворотки и длительности процесса её ультрафильтрации;
обоснованы параметры концентрирования и электродиализной обработки пермеата обогащенной творожной сыворотки при использовании – галактозидазы в технологии выработки глюкозо-галактозного сиропа.
Практическая значимость работы:
разработана технологическая схема и апробирована технология переработки творожной сыворотки на основе обогащения её состава добавлением экстракта растительного сырья - Stevia rebaudiana и последующего ультрафильтрационного разделения на аппарате плоскорамного типа;
на напитки с различными рецептурами, включающими в себя ретентат и пермеат ОТС, разработан проект ТИ и утверждена техническая документация: СТО 21990691-001-2015 «Молочные напитки обогащенные на основе молочной сыворотки и смеси природных полисахаридов», а также получены патенты № 2489891 «Способ получения молочного фруктово-овощного напитка» с приоритетом от 20.08.2013 г. и № 2573932 «Способ получения сывороточного фруктово-овощного напитка» с приоритетом от 27.01.2016 г.
Апробация работы. Основные положения работы доложены на: VII международной научно-практической конференции XIX Международной агропромышленной выставки «Агроуниверсал – 2013»; Всероссийской научно-практической конференции «Инновационные идеи молодежи Ставропольского края - развитию экономики России» 2014; III-ей ежегодной научно-практической конференции Северо-Кавказского федерального университета: «Актуальные проблемы строительства, транспорта, машиностроения и техно-сферной безопасности» 2015; научно-практической конференции, посвященной 85-летию Донского государственного технического университета, 2015: «Инновационные направления развития в образовании, экономике, технике и технологиях»; международной научно-практической конференции: «Достижения и проблемы современных тенденций переработки сельскохозяйственного сырья: технологии, оборудование, экономика», Кубанский государственный технологический университет, г. Краснодар 2016.
Публикации. Основное содержание диссертации отражено в 22 публикациях, из них 9 в журналах, рекомендованных ВАК РФ, а также в 2 патентах РФ.
Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, списка литературы, содержащего 205 наименований, в том числе
24 иностранных, и 9 приложений. Работа содержит 120 страниц основного текста, 30 рисунков и 31 таблицу.
Основные методы переработки творожной сыворотки
При переработке различных видов молочной сыворотки, как в производстве молочного сахара, напитков, так и других продуктов обычно применяются различные методы ее очистки от белковых компонентов [58, 59, 86, 98, , 111, 120, 125, 189]. Термодинамическая стабильность системы, дисперсную фазу которой представляют сывороточные белки, в основном определяется наличием на их поверхности гидратной оболочки, их зарядом, а также структурой глобул. Эффективность процесса осветления сыворотки определяется выведением белков из этого равновесного состояния, для чего применяют самые различные физико-химические способы: изменение кислотно-щелочной реакции среды путем введения в неё различных химических реагентов, нагревание, механическое воздействие и т.п. [164]. Широкое практическое применение и распространение в молочной промышленности получили следующие способы выделения белков из сыворотки: тепловой, кислотный и кислотно-щелочной.
При тепловой денатурации степень выделения белков достигает всего 35%. Что обуславливается основными факторами устойчивости системы – поверхностный заряд белковой частицы и присутствием в сыворотке электролитов [125, 164]. Различные ионы химических реагентов-коагулянтов, частично сорбируясь на поверхности белковой частицы, приводят к изменению её заряда, что при повышении температуры приводит к ещё большей потере устойчивости белков в растворе. В таком случае степень их выделения достигает уже более 50%. Таким образом, последовательное внесение в молочную сыворотку различных кислот и щелочей вызывает разрушение межмолекулярных связей и одновременное смещение диссоциации молекул в сторону изоэлектрической точки, что обуславливается нейтрализацией поверхностных зарядов большей части белковых частиц. Сочетание кислотно-щелочной и термической коагуляции дает возможность изменять значения рН среды в диапазонах, соответствующих изоэлектрическим точкам практически всех сывороточных белков, что существенно повышает степень их выделения. Однако эти способы осветления сыворотки следует отнести к энергоемким. К тому же получаемые таким образом сывороточные белковые концентраты допускают денатурацию белков [1,2,9-14]. А при термокислотном способе осаждения белки теряют в сравнении с нативными ценные свойства – хорошую растворимость и способность к гелеобразованию. И находят своё дальнейшее применение, чаще всего, в производстве некоторых сортов сыра и мясных полуфабрикатов в качестве наполнителей. Питательная ценность таких продуктов если и снижается, то незначительно, а вот их биологическая, все – таки вызывает сомнения [123,186,198].
Кроме того, внесение химических реагентов не всегда положительно влияет на качество конечных продуктов разделения и соответственно ставит под сомнение целесообразность их использования в пищевом производстве.
Альтернативой термохимическому способу очистки творожной сыворотки от белковых веществ может быть применение адсорбционного процесса. В общем случае как сорбенты используют, как правило, инертные материалы природного происхождения: активированный угль, бентонит, кремнезём и т.п. Большинство таких веществ отличаются высокой сорбционной емкостью (около 1000 м3/кг), большим диаметром пор (до 150 нм), удельной пористостью до 25000 м2/кг и низкой степенью усадки материала [138]. Сущность этого способа осветления заключается в проведении процесса адсорбции основных компонентов дисперсной фазы сыворотки на поверхности сорбентов с последующей десорбцией. Что касается его эффективности применения для очистки творожной сыворотки, то интерес представляют, прежде всего, сорбенты на основе кремнезема [138] и полученные в виде мельчайших шариков с фиксацией на их поверхности большого количества ионообменных групп. Их применение дает возможность извлекать из сыворотки практически все сывороточные белки. Это обусловлено тем, что их молекулы легко проникают внутрь пор частиц сорбента, в то время как микроорганизмы, молочный жир и казеин, из-за своих размеров, не могут проникнуть в поровое пространство и остаются в элюате сыворотки [46]. Применение сорбентов на основе кремнезема даёт возможность практически селективно выделять в нативном виде белки молочной сыворотки по основным фракциям с чистотой до 90% [138]. Технологический процесс состоит из следующих основных этапов: - смешивание в реакторе сыворотки с сорбентом; - выделение элюата; - промывка сорбента (с белком) водой; - изменение рН среды и отделение белкового раствора от сорбента; - концентрирование раствора белков; - высушивание концентрата и его фасовка в тару.
Получаемый готовый продукт содержит до 97% белка и в основном состоит из - и -лактоглобулина, есть незначительные включения лактозы (до 2%), молочного жира и минеральных веществ (около 0,2%) [70]. Однако концентрирование получаемого этим способом белкового раствора может быть и с применением процесса вакуум-выпаривания, поэтому вопрос об экономической эффективности такой очистки творожной сыворотки следует считать открытым.
В этой связи интерес представляют собой низкотемпературный способ очистки творожной сыворотки от белков с использованием некоторых природных полимеров [111-113]. Физическая сущность процесса базируется на термодинамической несовместимости белков с полисахаридами, а также явлении осмоса между растворами с разным химическим потенциалом растворителя. При введении в творожную сыворотку, например, природного полисахарида, образуется жидкая двухфазная система, её равновесие обусловливается переносом растворителя, при этом раствор белка концентрируется, а другая фаза системы (раствор полисахарида) разбавляется [111-113]. Основное преимущество такого «безмембранного осмоса» заключаются в его простоте применения [139,140]. Однако следует иметь в виду, что получаемый по этой технологии белковый концентрат, как правило, содержит остаточные количества природных полимеров, что не всегда положительно сказывается на его органолептических показателях. Например, в Северо-Кавказском федеральном университете был разработан способ выделения белков из молочной сыворотки с использованием в качестве комплексообразователя водного раствора хитозана [14].
Обоснование выбора типа мембран для ультрафильтрации обогащенной добавлением экстракта стевии творожной сыворотки (ОТС)
В процессе баромембранного разделения жидких полидисперсных систем через мембрану проходят в основном только частицы дисперсионной среды. И при этом концентрация частиц дисперсной фазы в примембранной зоне повышается. Уровень КП в таком случае будет характеризоваться отношением концентраций частиц дисперсной фазы С1 непосредственно у поверхности мембраны и в разделяемой системе С0. Но в общем случае С0 увеличивается с течением времени, и удерживать концентрационную поляризацию на постоянном уровне можно только путём уменьшения величины С1.
Установлено [Ошибка! Источник ссылки не найден.,81,Ошибка! Источник ссылки не найден.,Ошибка! Источник ссылки не найден.], что при ультрафильтрационном разделении жидких высокомолекулярных систем, в частности молочной сыворотки, на проницаемость и селективность мембран наибольшее влияние оказывают следующие факторы: - величина рабочего давления в мембранном аппарате; - скорость циркуляции разделяемой системы; - температура и длительность процесса; - массовая доля частиц дисперсной фазы в ретентате.
Уровень КП можно снизить, либо уменьшив величину рабочего давления, или уменьшив толщину примембранного высококонцентрированного слоя частиц дисперсной фазы за счет высокой скорости циркуляции разделяемой системы в канале баромембранного аппарата [30,56]. Но, чем меньше рабочее давление, тем ниже производительность оборудования и больше его требуемая величина поверхности мембран. Что не всегда приемлемо по экономическим соображениям. Если же для ультрафильтрации молочной сыворотки использовать низкоселективные по белку мембраны, то за счет снижения в примембранной зоне уровня КП можно повысить проницаемость мембран, компенсируя их низкую селективность увеличением числа каскадов разделения. Для этого необходимо использовать наиболее простое и дешевое оборудование – плоскорамного типа, конструктивные особенности которого позволяют достигать и высоких скоростей циркуляции сыворотки в канале баромембранного аппарата [114]. С другой стороны для интенсификации процесса перемешивания разделяемой системы в примембранной зоне и снижения тем самым уровня КП, в мембранный канал аппаратов плоскорамного типа можно устанавливать специальные вставки турбулизаторы потока. Это значительно увеличивает коэффициент массоотдачи и соответственно повышает проницаемость мембран. Достаточно большая величина удельной площади мембранной поверхности является особенностью ультрафильтрационных аппаратов плоскорамного типа. Вместе с тем высота мембранного канала допускает высокую скорость циркуляции разделяемой системы при широком диапазоне варьирования величины рабочего давления[30,72] .
Повышение температуры процесса ультрафильтрации молочной сыворотки, а, следовательно, уменьшение её вязкости, позволяет увеличить коэффициент диффузии частиц дисперсной фазы и снизить толщину граничного слоя высокой концентрации. Но увеличение энергозатрат на реализацию процесса баромембранного разделения дешевой, в сравнении с молоком, сыворотки повысит себестоимость целевых продуктов - пермеата и ретентата. А в условиях постоянного роста стоимости энергоносителей переработка сыворотки, скорее всего, может оказаться нерентабельным. А с другой стороны в условиях повышенной температуры при 6-7 часовой продолжительности процесса ультрафильтрации внутри мембранного аппарата создаются благоприятные условия для развития патогенной микрофлоры. А это всегда приводит к биологическому загрязнению рабочей поверхности, подложки мембран и внутрипорового пространства [79-81,Ошибка! Источник ссылки не найден.]. По рекомендациям [77] температура молочной сыворотки при её ультрафильтрации не должна превышать t=12-14 0C. Уменьшение массовой доли частиц дисперсной фазы в разделяемой системе является одним из путей решения задачи снижения уровня КП. Но с точки зрения разработки эффективной технологии дальнейшего использования полученного при ультрафильтрации молочной сыворотки ретентата, в нём должно содержаться максимально возможное количество белка. Таким образом, снижение уровня КП, обеспечивающее высокую производительность баромембранного оборудования, используемого для переработки молочной сыворотки может быть достигнуто путём использования аппаратов плоскорамного типа, позволяющих провести процесс при высоких значениях скорости циркуляции разделяемой системы и рабочего давления в мембранном канале и повышенном содержании частиц дисперсной фазы в ретентате.
Экспериментальное определение основных рабочих параметров процесса ультрафильтрации ОТС
Анализ полученных графических зависимостей вида G=f() показал, что проницаемость мембран значительно снижается в начальный период процесса и стабилизируется на уровне 2122 кг/м2час через 22,5 часа. При этом скорость w=dG/d снижения проницаемости мембран при ультрафильтрации ОТС составляет около 66,5 (кг/м2час) за час, а в случае разделения творожной сыворотки w=7,58 (кг/м2час)/час. Кроме того, установлено, что мембрана УАМ 500, имеющая, в сравнении с УАМ-150 более высокую проницаемость, обеспечивает селективность по белковым веществам только на уровне 9394%.
Следует отметить, что целевым продуктом при комплексной переработке творожной сыворотки кроме ретентата [170]следует считать и пермеат [174], выход которого значительно выше. А если из него при дальнейшей переработке требуется получить молочный сахар, то при таком значении селективности мембран содержание белка в пермеате будет выше допустимых значений [94]. Исходя из этого при практическом применении ультрафильтрации ОТС следует использовать мембраны типа УАМ-150, селективность которой достигает 9697% через 33,5 часа после начала работы баромембранной установки. Это обусловило целесообразность продолжения дальнейших экспериментальных исследований основных закономерностей процесса ультрафильтрации ОТС с использованием только этого типа мембран. Известно [160], что при баромембранном разделении кроме рабочих параметров процесса на проницаемость и селективность мембран значительно влияет и агрегатное состояние частиц дисперсной фазы жидких полидисперсных систем. Следовательно, при прочих равных условиях эффективность ультрафильтрации ОТС и творожной сыворотки будет зависеть в конечном итоге от массовой доли сухих веществ в ретентате, поскольку по этому параметру косвенным образом достаточно точно можно оценивать уровень концентрации белковых частиц, задерживаемых мембраной. Если процесс баромембранного разделения ведется по периодической схеме, то с течением времени происходит постоянное увеличение массовой доли сухих веществ в разделяемой системе, что способствует повышению уровня концентрационной поляризации в примембранной зоне ультрафильтрационных аппаратов [15,16]. В ряде работ [73,122] приводятся данные о том, что при наличии в ретентате некоторой доли мелкодисперсных и более плотных (в сравнении с частицами казеиновой пыли) включений дисперсной фазы может наблюдаться уменьшение селективности и повышение проницаемости мембран. Это объясняется проявлением эффекта перераспределения частиц дисперсной фазы к центральной оси мембранного канала аппарата. Но для этого требуется создание в нём высокоскоростного потока [73,122], что наиболее целесообразно в установках трубчатого типа. Следовательно, есть основания полагать, что проницаемость и селективность мембраны, определяющие эффективность процесса ультрафильтрации, как творожной сыворотки, так и ОТС, будут зависеть от некоторого предельного значения концентрации сухих веществ в разделяемой системе. Результаты экспериментальных исследований в виде графических зависимостей вида G=f(Сс.в.) и =f (Сс.в) представлены на рисунках 3.12 и 3.13.
Установлено, что при ультрафильтрации творожной сыворотки показатель скорости уменьшения проницаемости мембран dG/dСс.взначительно снижается при достижении значения массовой доли сухих веществ Сс.в.=8,59,0%. А при значениях при Сс.в. 9,2% этот параметр практически становится равным нулю. В случае использования ОТС, как объекта ультрафильтрации я показатель dG/dСс.в начинает приближаться к нулевому значению при Сс.в 10%. Таким же образом снижается и скорость роста селективности мембраны d/dСс.в, как при разделении творожной сыворотки, так и ОТС принимая наименьшего значения в интервале Сс.в.= 8,510%. Возрастание массовой доли сухих веществ в ретентате более Сс.в.= 1010,2% при ультрафильтрации ОТС приводит к увеличению параметра мембраны выше =98 % и снижению G до 46 кг/м2час.
Поскольку при ультрафильтрации молочной сыворотки показатель селективности мембран выше 9696,5% считается экономически нецелесообразным [142,167], то Сс.в=10,0% можно считать предельным значением этого показателя при использовании ОТС как объекта баромембранного разделения на аппаратах плоскорамного (кассетного) типа, укомплектованного мембранами УПМ 150.
Следует отметить, что экспериментальные данные параметров процесса (р, V, ) и одна из характеристик ретентата (Сс.в.) получены при варьировании только одного фактора при фиксированных остальных. Соответственно их оптимизацию необходимо провести с учетом межфакторного взаимодействия. Но значение Сс.в 10,0% в ретентате ОТС должно быть конкретизировано с учетом технологических требований производства конечного продукта его переработки и в общем случае это не связано напрямую с определением рациональных значений р, V и . С этой точки зрения представляется целесообразным на этом этапе исследований оптимизировать основные параметры процесса ультрафильтрации ОТС при следующих основных граничных условиях: максимальное значение величины проницаемости мембраны G, уровень селективности мембраны 95,596,0 %.
В результате анализа данных, полученных экспериментальным путем при исследовании зависимостей проницаемости G и селективности мембраны УАМ 150, установлены следующие интервалы оптимальных значений основных параметров процесса ультрафильтрации ОТС: - рабочее давление в канале баромембранного аппарата – р=0,350,4 МПа; - скорость циркуляции разделяемой системы – V=0,250,35 м/с. Для решения поставленной задачи было выполнено планирование и проведение полного факторного эксперимента. Целевыми функциями являлись G=f1(p,V) и =f2(p,V), варьируемыми параметрами – величины рабочего давления p и скорость циркуляции V разделяемой ОТС (таблица 3.1).
Разработка рецептуры и технологии молочных напитков на основе ретентата ОТС
При использовании ретентата ОТС как полуфабриката в производстве молочных напитков существенное значение имеют не только его физико-химические свойства и структура, но также и этап его внесения в исходную смесь. Ретентат ОТС можно вносить после пастеризации или до неё перед заквашиванием готовой смеси, при этом предварительно смешивая его с небольшим количеством обезжиренного молока до образования однородной массы. На процесс производства и физико-химические свойства молочного напитка, существенное влияние оказывают титруемая и активная кислотность ретентата ОТС (К=50±2Т, рН=5,3±0,1). Так при внесении в молоко с кислотностью 1819 Т, 78% (по массе) ретентата ОТС кислотность смеси увеличивается до 2324Т, что может осложнять термообработку получаемого продукта. Необходимость снижения показателей кислотности смеси связана, прежде всего, с внесением в получаемый полуфабрикат различных солей-раскислителей, что не всегда оказывает благоприятное влияние на органолептические показатели готовой продукции. Поэтому корректировку этого показателя целесообразно проводить в сыром молоке до момента внесения в него ретентата ОТС.
Титруемая кислотность молока определяется его составом, условиями и длительностью транспортировки к месту переработки. Для свежего кондиционного сырья она обычно равна 1618Т. При этом однозамещенные фосфорнокислые соли обусловливают 1011Т, белки молока 45Т, а газовые компоненты, кислоты и пр. около 13Т. Следует отметить, что процессе хранения и транспортировки в молоке происходят различные биохимические изменения, что может приводить, как к нарушениям структуры белков, так и оболочек жировых шариков, что и вызывает в конечном итоге повышение его кислотности. Выделение из молока большинства летучих компонентов целесообразно проводить путём его термообработки в испарительно-конденсационном режиме, снижая кислотность на 13Т. В результате этого замедляется и скорость нарастания показателя кислотности в процессе хранения обработанного сырья. Это обуславливается, во-первых, удалением летучих компонентов молока, прежде всего, кислорода, а во-вторых, из-за частичного подавления роста микрофлоры [170]. Для повышения стойкости молока при тепловой обработке и снижения показателя его титруемой кислотности можно применять и соли-корректоры, например, двууглекислый натрий. При этом добавление таких солей приводит к [169]: - сдвигу активной кислотности до рН 6,56,6; - снижению скорости изменения рН при нагревании молока и повышению его буферной емкости; - замещению ионов кальция ионами натрия или калия, что способствует снижению скорости последующих гидрофобных взаимодействий.
Таким образом, корректируя кислотность молока, можно регулировать и технологический процесс производства готовых продуктов, например, влиять на органолептические показатели получаемых молочных напитков, а также улучшить условия эксплуатации используемых теплообменных аппаратов. Молочный напиток с добавлением ОТС рекомендуется вырабатывать не жирным (до 2,0%-ной жирности). Это не только обеспечивает высокие органолептические характеристики этого продукта, но и позволяет удовлетворять вкус большинства потребителей, ведущих здоровый образ жизни и поэтому предъявляющих достаточно высокие требования к составу продуктов питания, обращая особое внимание на наличие в них полезных компонентов при низком содержании жиров. Примерная рецептура таких напитков приведена в таблице 4.17.
Анализ результатов изучения органолептических и физико-химических показателей пермеата ОТС позволяет полагать, что это сырьё может быть использовано для производства различных видов напитков, в состав которых целесообразно включать фруктовые и овощные соки, экстракты лекарственных, пряных, ароматических и других растений, в том числе и дикорастущих. В этой связи интерес представляет использование сока или экстракта стевии как натурального подсластителя пермеата для выработки напитков, употребление которых не противопоказано особой группе людей, страдающих сахарным диабетом [145]. Кроме того, добавление в напитки натурального сока (или экстракта стевии), которая является источником микроэлементов и витаминов, может не только придавать им высокие вкусовые качества, но и повышать их биологическую ценность.
Для приготовления напитков, предназначенных для массового потребителя, были использованы концентраты натуральных соков – яблочный, апельсиновый и виноградный с массовой долей сухих веществ до 7072% и пермеат ОТС. Для сравнения органолептических показателей в контрольных образцах в качестве базовой дисперсионной среды использовалась бутилированная питьевая вода по ГОСТР 8.563-2009. При разработке рецептуры и проведении органолептических исследований для исключения субъективизма в оценке образцов напитка на основе пермеата ОТС была использована традиционная методика [177,178]. Результаты определения органолептических показателей представлены в таблице 4.19. Сравнительно высокие комплексные оценки напитков удалось получить при использовании в качестве ингредиентов фруктовых концентратов соков -апельсинового и яблочного. Удовлетворительная оценка дана напитку с добавлением осветленного виноградного сока. Следует отметить, что при использовании сырья с различными физико-химическими показателями всегда необходимо производить перерасчет рецептуры.