Содержание к диссертации
Введение
1. Литературный обзор 4
1.1. Современное состояние и перспективы развития майонезнои продукции 4
1.2. Научные аспекты получения и стабилизации эмульсий 7
1.3. Структурообразователи и стабилизаторы майонезних эмульсий 14
1.4 Проблемы устойчивости майонезов к микробиальной порче 21
Цели и задачи исследования. 24
2. Экспериментальная часть 26
2.1. Объекты и методы исследования 26
2.2. Результаты исследования и их обсуждение 32
2.2.1. Маркетинговое исследование 32
2.2.2. Сопоставление физико-химических свойств крахмалов 34
2.2.3. Исследование физико-химических свойств стабилизаторов и стабилизационных систем 44
2.2.4. Исследование свойств сырья 54
2.2.5. Исследование микробиологических параметров майонеза 64
2.2.6. Разработка рецептур и технологии производства низкожирных эмульсионных продуктов 76
Выводы 79
Список использованных источников 81
- Научные аспекты получения и стабилизации эмульсий
- Структурообразователи и стабилизаторы майонезних эмульсий
- Результаты исследования и их обсуждение
- Исследование свойств сырья
Введение к работе
Одной из важных задач современного масложирового производства является создание высококачественных и безопасных пищевых эмульсионных продуктов, в том числе низкокалорийных майонезов. В РФ майонез является одним из популярных соусов и относится к продуктам ежедневного потребления. Высокая калорийность, наличие холестерина, применение уксусной кислоты в качестве регулятора кислотности и консерванта вызывает необходимость расширения ассортимента майонеза за счет низкожирных сортов, отличающихся отсутствием перечисленных недостатков.
Необходимо отметить актуальность низкожирных эмульсионных продуктов в питании людей с нарушениями липидного обмена, сердечнососудистыми заболеваниями, а также для людей соблюдающих пост.
Одним из важных показателей, характеризующих потребительские свойства майонезов, является консистенция, фиксируемая реологическими кривыми. Консистенция низкожирных майонезов регулируется вводом специальных пищевых добавок, в виде индивидуальных веществ и интегрированных систем.
Большее распространение получили стабилизационные системы, вследствие удобства их применения в производственном процессе. Экономически более выгодным является применение индивидуальных веществ и составление композиций из них непосредственно на предприятии.
Создание стабильных пищевых эмульсий с требуемым составом и консистенцией позволит разработать технологию приготовления новых продуктов питания, в том числе и диетического назначения.
Настоящая работа посвящена проблемам получения качественных эмульсионных продуктов с пониженной жирностью, которые приобрели в последнее время широкое распространение.
Научные аспекты получения и стабилизации эмульсий
Эмульсии представляют собой особый вид дисперсных систем, дисперсная фаза и дисперсионная среда которых являются взаимно нерастворимыми или плохо растворимыми жидкостями. Это обстоятельство и обусловливает специфическое свойство эмульсий образовывать системы со сферическими частицами дисперсной фазы в широком диапазоне концентрации (от 0,001 до 90%) и их способность к обращению фаз. Получение, устойчивость и разрушение эмульсий определяются особенностями границы раздела Ж-Ж. (9,10,33-35)
Для существования устойчивой эмульсии необходимо, чтобы жидкости, образующие эмульсию, были практически взаимно нерастворимы или обладали достаточно малой растворимостью.(88)
Устойчивость эмульсий, как и других дисперсных систем - в том числе и с жидкой дисперсионной средой, определяет время их жизни и является важнейшим фактором, обусловливающим применений эмульсий.
При анализе устойчивости дисперсных систем обычно исходят из предположения лимитирования процесса стабилизации или адсорбции молекул (частиц) стабилизаторов, или отталкивания адсорбционных слоев.
Большинство эмульсий относится к лиофобным системам. Они термодинамически неустойчивы, не могут образовываться самопроизвольно и нуждаются в стабилизации. Разрушение и потеря агрегативной устойчивости эмульсий происходят в несколько стадий. Первая из них обусловлена контактом между собой по крайней мере двух капель. Вероятность подобного контакта для разбавленных эмульсий незначительна; по этой причине лиофобные разбавленные эмульсии обладают относительно большой агрегативной устойчивостью.(12,13,61)
Научными исследованиями установлено, что агрегативная устойчивость эмульсий обуславливается одновременным действием нескольких факторов. При этом, основную роль играют два фактора: электростатический барьер, создаваемый силами отталкивания частиц (теория ДЛФО) и адсорбционно-сольватный барьер, окружающий частицу и механически препятствующий ее сближению с другими частицами (теория Ребиндера).(73,78,79)
Обязательным компонентом эмульсий, помимо двух несмешивающихся жидкостей, является стабилизатор - поверхностно-активное вещество (ПАВ) как синтетического, так и природного происхождения, обуславливающее равномерное и устойчивое распределение фаз в системе.
Эмульгаторы порой определяют не только устойчивость, но и тип эмульсии. В зависимости от взаимодействия с жидкой фазой эмульгаторы могут быть гидрофильными и гидрофобными. С помощью ПАВ можно получать эмульсии с заданным определенным составом и необходимыми физико-химическими свойствами. (91)
Все ПАВ классифицируются по следующим признакам:- заряд поверхностно-активной части (анионные, катионные, неионогенные, амфотерные, цвиттер-ионные);- гидрофильно-липофильный баланс (эмульгаторы вода/масло, смачивающие агенты, эмульгаторы масло/вода);- растворимость (водорастворимые, маслорастворимые);- функциональные группы (кислоты, спирты, эфиры).
Основные виды пищевых эмульгаторов - неионогенные ПАВ. К исключениям относятся цвиттер-ионный лецитин и анионоактивные лактилаты.
По химической природе это производные одноатомных и многоатомных спиртов, моно- и дисахаридов, структурными компонентами которых являются остатки кислот различного строения.
К основным технологическим функциям эмульгаторов в пищевых системах относятся: диспергирование, в частности эмульгирование и пенообразование; комплексообразование с крахмалом; взаимодействие с белками; изменение вязкости; модификация кристаллов; смачивание и смазывание.
Часто ПАВ, применяемые в пищевой промышленности, являются не индивидуальными веществами, а многокомпонентными смесями и выпускаются под фирменными наименованиями. Химическое наименование при этом соответствует основной части продукта.В таблице 1 представлен ассортимент широко применяемых в настоящее время пищевых поверхностно-активных веществ:
Структурообразователи и стабилизаторы майонезних эмульсий
Практическое решение вопроса производства эмульсионных продуктов с пониженным содержанием жира связано с необходимостью повышения эффективности используемых ПАВ, интенсивности механического воздействия, т.е. совершенствования аппаратурного оформления процесса и введением стабилизаторов. (28)
К стабилизаторам относятся компоненты, введение которых в эмульсию способствует повышению её устойчивости. Это происходит за счёт увеличения вязкости внешней среды, благодаря защитному действию стабилизаторов. Многие из них, кроме того, способны вступать во взаимодействие с эмульгированными частицами, скапливаясь на них комплексообразно. Таким образом, стабилизаторы препятствуют агрегации и коалесценции капель, повышая устойчивость системы.Среди природных полимерных веществ, с точки зрения пищевого производства интересны крахмалы.
Крахмал, состоящий из микроскопических зерен различной величины и формы, в холодной воде хорошо диспергируется, но практически не растворяется и сильно набухает лишь при нагревании, образуя клейстер. По этой причине природные крахмалы пригодны для стабилизации эмульсионных продуктов только после тепловой обработки. Образующиеся при этом клейстеры имеют ряд недостатков: они чувствительны к воздействию отрицательных температур и кислот, часто проявляют склонность к ретроградации и синерезису, недостаточно стабильны при хранении. (111)
Функциональные свойства крахмала могут быть изменены в нужном направлении посредством химических процессов, причем крахмал благодаря своим физическим и химическим свойствам проявляетнеограниченные возможности модификации. Это позволяет получать производные с разнообразными свойствами, иногда отличающимися от тех, которыми обладает натуральный крахмал.
В отличие от нативных растительных крахмалов, считающихся пищевыми продуктами, модифицированные крахмалы (Е 1400-Е 1451) относятся к пищевым добавкам. В эту группу пищевых добавок объединены продукты фракционирования, деструкции и различных модификаций нативных растительных крахмалов, представляющих собой преимущественно смесь двух фракций гомоглюканов (полимеров сахарозы) линейного и разветвленного строения.
Особенности химического строения и свойств этих фракций, а также их соотношение в нативном крахмале, зависящее от вида растительного источника (картофель, рис, кукуруза и т.п.), определяют основное технологическое свойство нативного крахмала - способность растворяться в воде с образованием клейстеров. Однако свойства таких клейстеров часто не соответствуют необходимым требованиям; например, нативные кукурузные крахмалы образуют слабые, резиноподобные клейстеры и нежелательные гели в процессе термической обработки. Типичным для клейстеров, образованных нативными крахмалами, является процесс синерезиса - сокращение объема с выделением жидкой фазы в результате самопроизвольного уплотнения структурной сетки.
В настоящее время существует несколько типов модифицированных крахмалов: (20) предварительно клейстеризованные крахмалы, отличающиесяспособностью к быстрой регидратации в воде, что дает возможностьиспользовать их в качестве загустителей крахмалы, модифицированные кислотой, обладают способностьюобразовывать горячие концентрированные клейстеры, которые приостывании на холоде дают гель? этерифицированные крахмалы отличаются пониженной температурой клейтеризации и высокой скоростью набухания зерен, что уменьшает тенденцию к гелеобразованию и ретроградации? поперечно-сшитые крахмалы обладают высокой стабильностью при повышенных температурах, стабильностью при замораживании-оттаивании? окисленные крахмалы не проявляют склонности к ретроградации, не образуют непрозрачных гелей
Основные виды модифицированных крахмалов представлены в таблице 2За рубежом при создании низкокалорийных продуктов питания взамен жиров широко используются низкоосахаренные гидролизаты крахмала - мальтодекстрины, получаемые путем ферментативного расщепления кукурузного или другого вида крахмала. (101)
Для эмульсий "масло в воде" структурирующие и стабилизирующие свойства в высокой степени проявляют гидроколлоиды, действие которых объясняется образованием трёхмерной сетчатой структуры, что сопровождается увеличением вязкости непрерывной водной фазы. (14,40,43,.53)
Наряду с этим некоторые гидроколлоиды имеют гидрофобные зоны и обладают слабым поверхностно-активным действием. Гидроколлоиды могут вступать во взаимодействие с эмульгаторами, ассоциироваться с ними и благодаря этому образовывать особенно стабильные плёнки на границе раздела фаз.
По химической структуре гидроколлоиды в основном являются полисахаридами, которые в зависимости от моносахаридного состава делят на гомополисахариды или гомогликаны, построенные из остатков одного моносахарида, и гетерополисахариды или гетерогликаны, состоящие из остатков различных моносахаридов.Известны данные, что некоторые из таких полисахаридов помимо основного их назначения - стабилизировать эмульсию - способствуют выведению из организма человека радионуклеидов и солей тяжелых металлов (альгинат натрия, пектины), а также обладают лечебно-профилактическим действием. (94)
Например, принадлежность гуаровой камеди и камеди рожкового дерева к пищевым волокнам ставит их в ряд биополимеров -физиологически важных компонентов пищевого рациона - и открывает еще один аспект их использования, кроме технологического - лечебно-профилактический.
Результаты исследования и их обсуждение
В настоящее время на рынке предлагается большой выбор различных майонезов. Все они отличаются друг от друга не только органолептическими признаками (вкус, цвет, запах, консистенция), но и жирностью, сроком хранения, упаковкой. Для разработки новой рецептуры очень важно знать вкусы и потребности потребителя.
В связи с этим целью маркетингового исследования являлось выявить майонезы, которым отдает предпочтение потребитель. Для этого в Московском Государственном университете пищевых производств на кафедре «Технологии жиров и БОС» была проведена серия закрытых дегустаций майонезной продукции (45).
На дегустации были представлены майонезы разных фирм, классифицированные по жирности. Для соблюдения чистоты эксперимента вся продукция была разделена на следующие группы: низкокалорийные (жирность менее 40%), среднекалорийные (жирность 40... 55%), высококалорийные (жирность более 55%), с вкусовыми добавками.
Дегустационная комиссия была составлена из 13 человек возрастной категории 20-25 лет, предварительно проверенных на отсутствие вкусового дальтонизма. Образцы оценивались по четырем показателям по пятибальной шкале: вкус, запах, цвет и консистенция. Результаты дегустаций представлены в таблице 5.
Как вино из табл. 6 потребители отдают предпочтение высококалорийным сортам майонеза. Более подробный анализ дегустационных листов показал, что низкие оценки майонезов пониженной жирности главным образом связаны с пороками их консистенции.
В связи с тем, что выбор новой рецептуры основан не только на вкусе продукта, но и на его консистенции, что является не маловажным фактором, для лучших образцов были построены реологические кривые, характеризующие вязкость майонезов. Это позволит ориентироваться на желаемую вязкость в разрабатываемом продукте. Результаты эффективной вязкости представлены нарисі.
Анализируя полученные данные можно сказать, что вязкость продуктов находиться в пределах от 6 до 20 Пахс. Согласно справочным данным она должна находиться в пределах 5-20 Пахс. (80)
Результаты закрытой дегустации показали, что потребитель обращает внимание не только на вкусовые качества продукта, но и на его вязкость, которая сильно влияет на суммарную оценку продукта.Установлено, что потребитель отдает предпочтение майонезам с вязкостью более 10 Пахс.
Современные стабилизационные системы - это сложная композиция различных веществ полисахаридной природы, и главной задачей при выработке определённого вида майонеза является правильно подобрать стабилизационную систему. Среди основных составляющих таких систем можно выделить крахмалы, которые являются традиционными стабилизаторами структуры для нашей страны.
В последние годы получили распространение измененные крахмалы, которые часто называют модифицированными крахмалами. Смысл химического, физического или энзимного изменения крахмала заключается в подавлении некоторых свойств крахмала или придании ему новых свойств.
Задачей исследования являлось проведение сравнительной оценки свойств отечественных окисленных, ацетилированных и экструзионных крахмалов и импортных образцов, широко применяемых в настоящее время в пищевой промышленности.
Для исследования были выбраны некоторые из наиболее известныхмарок крахмалов (табл. 5), разработанные ВНИИ крахмалопродуктовпутем применения различных способов модификации. Состав ифизико-химические показатели исходных крахмалов представлены в таблице 7.
С целью сопоставления вязкостных характеристикмодифицированных крахмалов по методике 2.2. была приготовлена серия растворов крахмалов с концентрацией 0,2-1,0 %, в которых определена относительная вязкость при комнатной температуре с помощью вискозиметра ВЖП-2. Полученные результаты представлены на рис. 2 (для отечественных образцов) и рис.3 (для импортных образцов).
Сопоставление вязкостных характеристик позволяет сделать заключение о том, что ацетилирование, окисление и экструзионная обработка приводят к существенной деструкции молекул их полисахаридов. В результате снижается вязкость клейстеров и повышается их текучесть, что приводит к повышенному введению этих образцов в композиции пищевых добавок и рецептуры майонезов. Образцы импортных крахмалов использовались в качестве контрольных.
Сопоставление характера изотерм удельной вязкости клейстеров модифицированных крахмалов отечественного и импортного производств показывает, что у отечественных образцов повышение концентрации крахмала в клейстере приводит к постепенному увеличению вязкости. В то время как у импортных образцов в области малых концентраций (0,2-0,6%) значимых изменений не наблюдается, а повышение концентрации крахмала в клейстере до 0,6-0,8% приводит к резкому увеличению удельной вязкости. Такое поведение крахмалов в клейстерах позволяет сделать вывод о том, что отечественные модифицированные крахмалы должны использоваться в майонезах как структурообразователи -регуляторы вязкости, загустители. Изученные импортные крахмалы в зависимости от концентрации могут использоваться как стабилизаторы и как структурообразователи.
Одновременно был исследован характер крахмальных зерен в готовом продукте. Для этого указанные выше майонезы были рассмотрены под микроскопом в присутствии йода (раствор Люголя).
На основании сопоставления результатов, представленных в табл. 8, установлено, что в лучших образцах майонезов крахмальные зерна крупные (более 35 мкм), равномерные по размеру и распределению внутри майонезной эмульсии.
Исследование свойств сырья
Большое влияние на предотвращение развития посторонней микрофлоры оказывают правильный подбор рецептурных компонентов и их подготовка к производственному процессу (пастеризация).
По представленной ранее схеме видно, что пастеризации подвергают сахарно-молочный раствор, яичную суспензию, ввод стабилизатора осуществляют без предварительной подготовки.Поскольку температурные режимы пастеризации яичных продуктов ограничены температурой 65±2 С, необходимо контролировать состав их микрофлоры на стадии входного контроля. Одновременно на указанной стадии отбраковываются партии ингредиентов, содержащие спорообразующие бактерии
По рекомендациям производителей стабилизационных систем, ввод структурообразователя осуществляется на стадии приготовления грубой эмульсии без предварительной пастеризации. Результаты микробиологического исследования, представленные в табл. 10 показали, что структурообразователи также являются источниками обсеменения майонезов посторонней микрофлорой и должны проходить процесс пастеризации перед вводом в водно-молочную фазу. На основании полученных данных по жиро-, и влагоудерживанию стабилизаторов структуры рекомендованы режимы пастеризации: гуаровой камеди - 80±2 С в течение 20 мин, ксантановой камеди - 60±2 С в течение 20 мин.
Режимы стерилизации и пастеризации представляют собой комбинацию температуры нагревания и продолжительности выдержки при этой температуре.Тепловая обработка молока не только уничтожает в нем микроорганизмы, но и вызывает определенные видоизменения, составляющих его компонентов.При тепловой обработке молока возможны два варианта: нагревание молока до температур1) 60-65С и 2) 85-90С с выдержкой не менее 10-15 минут (стадия пастеризации), при этом в молоке уничтожается посторонняя микрофлора.Однако в молоке после такой обработки остаются споровые и термоустойчивые бактерии.Эффективность процесса пастеризации зависит от температуры и времени выдержки.
Тепловую обработку молока можно проводить при разнообразных комбинациях температуры и продолжительности выдержки. До настоящего времени в промышленности наиболее часто применяли нагревание молока до температур выше 100С (стадия стерилизации): температура нагревания может быть 115С,120С; продолжительность выдержки 30,20 минут, при этом в молоке погибают как вегетативные, так и споровые формы микроорганизмов.
Недостатком стерилизованного при таких режимах молока является снижение пищевой ценности по сравнению с пастеризованным молоком. Для уничтожения максимального количества спор, необходима продолжительность выдержки, при которой вся масса будет нагрета до температуры стерилизации. Необходимо отметить, что в результате неравномерного нагревания жидкости пристенные области находятся под действием температуры стерилизации более длительное время, чем центральные. Такие условия считаются неблагоприятными для сохранения в целостности многочисленных компонентов молока.
Большое влияние на физико-химические изменения оказывает продолжительность действия температуры. При термической обработке молока в таре изменения состава молока выражены особенно резко. В результате термической обработки цвет молока делается белее, это объясняется денатурацией сывороточных белков. Изменение вкуса после термической обработки объясняется выделением летучих сернистых соединений или свободных SH-rpynn.При нагревании молока количество казеина увеличивается, а сывороточного белка по сравнению с белком сырого молока уменьшается.
Денатурация сывороточных белков, во-первых, снижает их биологическую ценность, во-вторых, денатурировавший сывороточный белок выпадает в осадок на поверхности аппарата, сокращая продолжительность его непрерывной работы. При повышенной кислотности процесс денатураціш интенсифицируется.
В таблице 11 представлены результаты исследования влияния режимов пастеризации молока на содержание микрофлоры.
Данные, представленные в таблице 11 показывают, что с увеличением температуры пастеризации увеличением временем выдержки, качество восстановленного молока улучшается, т.к. количество клеток микроорганизмов в пересчете на 1 г сухого молока снижается.
Из литературных источников известно, что число микроорганизмов в сахаре-песке сравнительно невелико и при стандартной влажности (0,15%) составляет 50-200 в 1г. В основном это устойчивые формы, попавшие в продукт в процессе сахароварения или хранения, при нарушении санитарных требований и правил. В сахаре часто обнаруживают осмофильные дрожжи и споры бактерий, часто термофилов. Кроме того, могут находиться и не образующие спор бактерии из рода Лейконосток (семейство Стрептококковые), споры и конидии грибов. Загрязнение сахара экскрементами грызунов (при хранении) может стать причиной заражения его некоторыми микробами, например палочкой протея. Перечисленная микрофлора может представлять опасность, особенно при нарушении технологического режима.
По технологии сахар вводят в нормализованное молоко и подвергают совместной пастеризации. Известно, что белковые молекулы молока имеют спиралевидную структуру, и при попадании внутрь частиц сахара может нарушаться эффективность пастеризации. Поэтому представляло интерес сопоставить результаты совместной пастеризации сахара и молока при различных режимах, и исследовать количественный и качественный состав микроорганизмов.Результаты эксперимента представлены в таблице 12
