Введение к работе
Актуальность работы. В соответствии с изменениями структуры питания населения страны и дефицитом белка все большее внимание уделяется вопросу увеличения использования белковых ресурсов на пищевые цепи. Среди белковых молочных продуктов главное место занимают сыры, которые по своим свойствам имеют первостепенное значение, они хорошо усваиваются организмом человека и имеют высокую биологическую ценность. Однако выпуск сыров в нашей стране в настоящее время недостаточен. Поэтому увеличение объемов производства сыров, расширение их ассортимиента является одной из основных задач молочной промышленности.
Научные основы современных технологий натуральных сыров разработаны в исследованиях А. К Королева, 3. X. Диланяна, И. И. Кпимовского, Д. А. Гра-никова, С. А. Королева, А. И. Чеботарева, Н. Н. Липатова, А. В. Гудкова, А. М. Шапыгиной, Г. Г. Шипера, П. Ф. Дьяченко, П. Ф. Крашенинина, Ю. Я. Свири-денко, Л. А. Остроумова, Р. М. Раманаускаса, А. В. Оноприйко, М.С. Уман-ского, А. А. Майорова, М. П. Щетинина и других
Основу ассортимента вырабатываемых сыров длительный период составляли твердые сычужные сыры. Однако производство натуральных сычужных сыров в нашей стране носит ярко выраженный региональный и сезонный характер. Так в весенний период года в молоке, вследствие сезонных изменений, увеличивается содержание сывороточных белков, и такое молоко плохо свертывается сычужным ферментом. Выработка мягких сыров в этот период года без применения сычужной коагуляции позволяет значительно сгладить сезонность сыродельного производства, решить проблему обеспечения потребителей этим продуктом и организовать его производство в течение всего года.
В связи с этим заслуживает внимания изучение вопросов производства сыров путем термокислотного свертывания молока. Сыры вырабатываемые этим способом, менее требовательны к качеству сырья, поэтому производство подобных сыров можно организовать на действующих молочных предприятиях без дополнительных капитальных вложений из молока любого качества. Они имеют небольшой цикл производства, невысокую себестоимость. Вместе с тем термокислотные сыры обладают повышенной пищевой и биологической ценностью за счет максимального использования в сгустке сывороточных белков, что улучшает эффективность использования составных компонентов молока.
Несмотря на вышеперечисленные преимущества, производство термокислотных сыров в нашей стране пока не получило широкого распространения. Факторами, сдерживающими их производство, являются: небольшие сроки хранения; невыраженность органолептических показателей, вследствие отсутствия процесса созревания; крошливая консистенция; неравномерность посолки.
Таким образом, на основании анализа биотехнологических, физико-химических и экономических скхібенносіей-развилт^^о^делия на данном эта-
виблиотека ;
СЛ1етербу»г »лл\ ОЭ МО МОЄ? А "Ї
пе весьма перспективным является производство мягких сыров, полученных термокислотным свертыванием белков молока.
Все это указывает на актуальность предлагаемой к обсуждению проблемы и ее важное значение для народного хозяйства. Реализация этих вопросов позволит развить предлагаемое направление в отечественном сыроделии, расширить ассортимент и улучшить структуру питания населения.
Цепь и задачи исследований. Целью настоящей работы явились исследования биотехнологических и физико-химических особенностей производства мягких сыров с термокислотным свертыванием молока, установление основных закономерностей их формирования, а также разработка концепции, позволяющей создавать новые виды сыров этой группы.
Для реализации поставленной цели при выполнении работы решались следующие основные задачи:
исследовать влияние режимов тепловой обработки на формирование термокислотных сыров;
изучить возможности использования в их производстве различных коагулянтов;
установить основные закономерности процесса термокислотного свертывания молока;
обосновать наиболее рациональные режимы выработки мягких сыров с термокислотной коагуляцией белков молока; разработать способы ферментации и обогащения микрофлорой сыров с термокислотным свертыванием молока; определить и обосновать основные режимы их ферментации; установить роль молочнокислой микрофлоры на формирование орга-нолептических и физико-химических показателей термокислотных ферментированных сыров;
изучить особенности микробиологических и биохимических процессов при ферментации термокислотных сыров; исследовать ферментированные сыры в процессе их созревания; обосновать особенности молочнокислого процесса в созревающих термокислотных сырах, установить сроки их хранения; исследовать возможности использования в производстве термокислотных сыров нетрадиционного сырья и белково-углеводного молочного сырья и создать на этой основе ресурсосберегающие технологии и технологии продуктов функционального назначения; создать новые виды мягких сыров с термокислотным свертыванием молока и организовать их производство на молочных предприятиях.
Научная новизна работы. Установлены особенности термокислотного свертывания молока при использовании в качестве коагулянтов различных кис-
лых агентов: молочной, соляной и уксусной кислот, кислой сыворотки. Изучены синеретические и реологические характеристики получаемых при этом сгустков. На основании анализа режимов термокислотной коагуляции установлены основные закономерности процесса термокислотного свертывания молока.
Исследовано влияние технологических параметров выработки термокислотных сыров (массовой доли жира в перерабатываемом сырье, температуры его тепловой обработки и дозы коагулянта) на формирование их органолептиче-ских и физико-химических свойств. Получены уравнения регрессии, описывающие зависимости качества продукта, его выхода и физико-химических характеристик от технологических факторов.
Разработаны теоретические основы обогащения термокислотных сыров молочнокислой микрофлорой. Предложена технология получения среды для ферментации сыров на основе подсырной сыворотки и установлены режимы ферментации. Изучены диффузионно-осмотические процессы, происходящие при ферментации. Разработана математическая модель этого процесса, учитывающая диффузионное проникновение бактерий в сырную массу, рост их популяции в зависимости от концентрации лактозы в сыре и самоограничение этого роста за счет явления «каннибализма» в перенаселенной системе.
Изучены особенности микробиологических и биохимических процессов в ферментированных сырах, а также изменение их органолептических характеристик при ферментации и созревании сыров.
Теоретически обоснованы принципы создания ресурсосберегающих технологий термокислотных сыров. Доказана возможность применения при выработке термокислотных сыров пахты, обезжиренного молока и подсырных сливок и определены технологические особенности их производства.
Разработаны технологические основы производства комбинированных термокислотных сыров. Установлены особенности производства термокислотных сыров с продуктами переработки сои и с пшеничными зародышевыми хлопьями.
Исследована пищевая, биологическая и энергетическая ценность новых видов сыров.
Основные положения работы защищены пятью патентами Российской Федерации.
Практическая ценность и реализация работы в промышленности. Раз-работаны технические условия и технологические инструкции на производство новых видов сыров с термокислотной коагуляцией с использованием белково-углеводного молочного сырья, сырья растительного происхождения с ферментацией и без ферментации сырной массы. С учетом технологических особенностей и различий в составе разработана классификация термокислотных сыров, позволившая определить направления расширения их ассортимента и создать 13 новых продуктов. Это сыры «Оригинальный», «Фермерский», «Дачный»,
«Майский», «Альпийский», «ЗатулинскиЙ», «Идеал», «Новинка», «Андреевский», «Ладушка», «Русский», «Студенческий», «Славянский».
Предложена схема организации комплексного использования сырья при разработке ресурсосберегающих технологий термокислотных сыров.
Полученные результаты исследований использовались при разработке и реализации федеральной программы «Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники».
Проведенные исследования позволили разработать промышленные технологии новых видов сыров и внедрить их на молочных предприятиях Кемеровской, Новосибирской, Томской областей и Алтайского края.
Результаты исследований используются в учебном процессе при чтении лекций и проведении лабораторно-практических работ по курсам «Биотехнология мягких сыров», «Техника и технология маслодельного и сыродельного производств. Специализация», а также в курсовом и дипломном проектировании.
Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на научных конференциях: «Вклад науки и техники в развитие маслоделия и сыроделия» (Углич, 1994), «Современные достижения биотехнологии» (Ставрополь, 1996), «Ресурсосберегающие технологии пищевых производств» (Санкт-Петербург, 1998), «Пищевая промышленность 2000» (Казань, 1998), «Интеграция науки, производства и образования» (Юрга, 1999), «Прогрессивные технологии и оборудование пищевых производств» (Санкт-Петербург, 1999), «Перспективные направления научных исследований молодых ученых Северо-Запада России» (Вологда-Молочное, 1999), «Вклад молодых ученых и специалистов пищевой промышленности в решение проблемы здорового питания в XXI веке» (Москва, 1999), «Продовольственный рынок и проблемы здорового питания» (Орел, 1999), «Техника и технология обработки и переработки пищевых продуктов XXI века» (Улан-Удэ, 2000), «XXXVIII юбилейная отчетная научная конференция» (Воронеж, 2000), «Молочная промышленность Сибири» (Барнаул, 2000), «Современные технологии пищевых продуктов нового поколения на предприятиях АПК» (Углич, 2000), «Экологические, технологические и экономические аспекты производства продуктов питания» (Казахстан, Семипалатинск, 2000), «Продовольственный рынок и проблемы здорового питания» (Орел, 2000), «Проблемы процессов и оборудования пищевой технологии» (Санкт-Петербург, 2000), «Пища, экология, качество» (Новосибирск, 2001), «Новые технологии в научных исследованиях и образовании» (Юрга, 2001), «Пищевые технологии» (Казань, 2001), «Научные и практические аспекты совершенствования традиционных и разработки новых технологий молочных продуктов» (Вологда-Молочное, 2001), «Биологически активные добавки и здоровое питание» (Улан-Удэ, 2001), «Пища. Экология. Человек» (Москва, 2001), «Низкотемпературные и пищевые технологии в XXI веке» (Санкт-Петербург, 2001) «Проблемы и перспективы развития агропромышленного комплекса регионов России» (Уфа, 2002),
«Пища. Экология. Качество» (Новосибирск, 2002), «Молочная промышленность Сибири» (Барнаул, 2002), а также на научно-практических конференциях КемТИПП (1994- 2003).
Публикации. Основные результаты диссертации изложены в монографиях «Исследование закономерностей формирования сыров с термокислотной коагуляцией» - 7,3 п.л. (2001) и «Биотехнологические аспекты производства термокислотных сыров» - 13 п.л. (2002), 130 статьях и тезисах, опубликованных в журналах «Сыроделие и маслоделие», «Хранение и переработка сельхозсырья», «Переработка молока», «Вестник МАХ», научных трудах институтов и других изданиях.
Основные положения, выносимые на защиту:
теоретическое обоснование процесса термокислотного свертывания молока и особенностей формирования сыров с термокислотной коагуляцией;
концепция обогащения термокислотных сыров продуктами жизнедеятельности молочнокислых бактерий путем их ферментации в специально созданной среде;
совокупность положений, направленных на управление микробиологическими и физико-химическими процессами при выработке сыров с термокислотной коагуляцией белков молока;
концепция создания новых ресурсосберегающих технологий с использованием молочного белково-углеводного сырья и сырья растительного происхождения.
Структура работы. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, результатов исследований, изложенных в семи главах, выводов, списка литературы и приложений.
Основной текст работы изложен на 322 страницах, включает 107 таблиц и 73 рисунка.
Теоретические и экспериментальные исследования выполнены в Кемеровском технологическом институте пищевой промышленности.
Общая схема исследований приведена на рис. 3.1.
Первый цикл исследований заключается в изучении закономерностей термокислотного свертывания молока. Он включает изучение влияния режимов тепловой обработки, различных коагулянтов, их доз и концентраций на формирование термокислотных сыров.
Второй цикл посвящен исследованию способов ферментации и обогащения микрофлорой термокислотных сыров. С этой целью изучали способность
Теоретическое обоснование и исследование закономерностей фор-мирования сыров стермокиспотной коагуляцией белков молока
Созревание сыров
[
Аминокислотный, липидный,
витаминный и минеральный
составы сыров
Практическая реализация результатов исследований
Рисунок 1. Общая схема проведения исследований
Streptococcus thermophilus, Lactobacillus lactic, Lactobacillus helveticus, Lactobacillus bulgaricus сбраживать молочный сахар подсырной сыворотки. На основании чего разрабатывали технологию получения среды для ферментации термокислотных сыров, изучали ее состав, свойства, микробиологические показатели. Изучены основные режимы ферментации (температура ферментации, кислотность среды, продолжительность процесса и соотношение масс сыра и среды) и их влияние на состав и свойства сыров.
Для регулирования микробиологических и биохимических процессов при выработке ферментированных термокислотных сыров в третьем цикле исследований изучали диффузионные процессы, происходящие при ферментации сыров. Движущей силой этих процессов являются различия в концентрациях хлорида натрия, молочной кислоты и некоторых других водорастворимых соединений. В связи с этим контролировали изменение влажности, содержания поваренной соли, активной кислотности сырной массы ферментированного сыра в наружном и внутреннем его слоях.
Кроме того, следили за динамикой развития молочнокислой микрофлоры. Для оценки интенсивности микробиологических процессов и биохимических превращений составных частей сыра проводили исследования по определению в ферментированном сыре азотистых фракций, свободных фракций липидов.
Протекание в ферментированных сырах протеолитических и липолитиче-ских процессов говорит об их созревании. Поэтому в этом же цикле исследований разрабатывали варианты и режимы созревания, рассматривали особенности молочнокислого процесса в созревающих сырах.
С целью создания ресурсосберегающих технологий термокислотных сыров в четвертом цикле исследований проводились эксперименты по использованию для производства термокислотных сыров пахты, обезжиренного молока и под-сырных сливок.
Следующий цикл исследований связан с разработкой основ производства комбинированных термокислотных сыров. Для этих целей предложено использовать продукты переработки сои и пшеничные зародышевые хлопья. Изучали дозы немолочных компонентов, уточняли особенности выработки термокислотных сыров с растительными добавками. Исследовали процессы термокислотной коагуляции, особенности синеретических свойств полученных молочно-растительных сырных масс, влияние растительных добавок на физико-химические и органолептические характеристики продуктов.
Для оценки пищевой и биологической ценности новых видов сыров определяли их аминокислотный и жирнокислотный составы.
На заключительном этапе исследований разработана схема классификации сыров с термокислотным свертыванием молока, на основании которой разработаны новые технологии. При отработке конкретных технологий в производственных условиях уточнялись режимы термокислотного свертывания нормали-
зеванных молочных и молочно-растительных смесей, условия самопрессования и посолки сыров, а также сроки и режимы их хранения.
Объектами исследований на разных этапах работы служили молоко цельное и обезжиренное, пахта, подсырные сливки, термокислотные сгустки, сыворотка и сыры на разных стадиях получения и хранения, а также растительные компоненты для комбинированных сыров.
При выполнении работы использовали общепринятые и оригинальные методы исследований, в том числе физико-химические, биохимические, микробиологические и другие.
