Содержание к диссертации
Введение
1 Аналитический обзор 9
1.1 Пищевая и физиологическая ценность сливочных масел 9
1.2 Применение добавок в производстве сливочных масел 15
2 Методическая часть 33
2.1 Методы исследования томатно-масляного экстракта 33
2.2 Методы исследования фосфолипидных продуктов 36
2.3 Методы исследования сливок и сливочных масел 41
3 Экспериментальная часть 52
3.1 Обоснование выбора эффективной фосфолипидной добавки растительного происхождения 52
3.1.1 Исследование показателей качества и пищевой ценности фосфолипидных продуктов 52
3.1.2 Исследование микробиологических показателей и показателей безопасности фосфолипидных продуктов 56
3.1.3 Исследование поверхностно-активных свойств фосфолипидных продуктов 58
3.1.4 Исследование антиоксидантных свойств фосфолипидных продуктов 61
3.2 Обоснование выбора витаминной добавки растительного происхождения 64
3.2.1 Исследование показателей качества и пищевой ценности томатно-масляного экстракта 64
3.2.2 Исследование микробиологических показателей и показателей безопасности томатно-масляного экстракта 67
3.2.3 Исследование медико-биологических свойств томатно- масляного экстракта 68
3.2.4 Исследование технологических свойств томатно-масляного экстракта 71
3.3 Исследование влияния композиционной добавки на технологические свойства сливочных масел 73
4 Оценка потребительских свойств сливочных масел, обогащенных композиционной добавкой 80
4.1 Исследование потребительских свойств свежевыработанных сливочных масел, обогащенных композиционной добавкой 80
4.2 Исследование микробиологических показателей и показателей безопасности сливочных масел 82
4.3 Исследование влияния композиционной добавки на изменение потребительских свойств сливочных масел в процессе хранения 84
5 Исследование пищевой и физиологической ценности сливочных масел, обогащенных композиционной добавки 92
6 Оценка экономической эффективности от внедрения разработанных технологических решений 95
Выводы 99
Список использованных источников 101
Приложения 111
- Применение добавок в производстве сливочных масел
- Методы исследования фосфолипидных продуктов
- Исследование влияния композиционной добавки на технологические свойства сливочных масел
- Исследование микробиологических показателей и показателей безопасности сливочных масел
Введение к работе
Одним из приоритетных направлений государственной политики в области здорового питания населения России является создание пищевых продуктов функционального назначения, способных нормализовать пищевой статус организма человека в физиологически функциональных ингредиентах. Перспективным направлением в решении проблемы является создание сливочных масел пониженной жирности, обогащенных комплексом биологически активных добавок, при этом предпочтение должно быть отдано добавкам растительного происхождения, которые позволяют регулировать не только технологические свойства пищевых систем, но и физиологическую активность готовых продуктов.
Очевидным является тот факт, что разработка технологий сливочных масел невозможна без учета современных научных исследований функциональных свойств используемых свойств используемых пищевых биологически активных добавок, исследования формирования особенностей структуры сливочных масел в присутствии добавок, изменения составных ингредиентов масла в процессе хранения и проектирования продукта с заданными составом и свойствами.
ВНИИМС разработана концепция научных исследований с целью создания теоретической и практической базы для развития отечественного маслоделия [1].
В перспективной Программе научных исследований НИУ Отделения хранения и переработки сельскохозяйственной продукции РАСХН приоритетными направлениями являются создание ресурсосберегающих технологий безопасных продуктов нового поколения с высокой пищевой и физиологической ценностью для различных социальных групп населения России.
5 В связи с этим разработка и оценка качества сливочных масел
пониженной жирности, обогащенных добавками растительного
происхождения, обладающими рядом технологических свойств и
физиологической активностью, является актуальной, представляет
теоретический интерес для товароведения пищевых продуктов и прикладное
значение для молочной промышленности.
Диссертационная работа выполнялась в соответствии с НТП Минобразования РФ «Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники», № Госрегистрации 01200109253, а также в соответствии с Губернаторской программой «Здоровье - функция питания».
Целью работы является формирование и оценка качества сливочных масел, обогащенных фосфолипидной и витаминной добавками.
В соответствии с поставленной целью необходимо было решить следующие задачи:
изучение, анализ и систематизация научно-технической литературы и патентной информации по теме исследования;
обоснование выбора добавок для регулирования технологических и потребительских свойств сливочного масла;
сравнительная оценка химического состава и технологических свойств фосфолипидных добавок (поверхностно-активные и антиоксидантные свойства);
исследование химического состава, технологических свойств и физиологической активности витаминной добавки (антиоксидантные и медико-биологические свойства);
исследование влияния дозировок композиционной добавки и способа ее внесения на технологические свойства сливочных масел;
исследование влияния композиционной добавки на потребительские свойства сливочных масел;
исследование пищевой ценности сливочных масел, обогащенных композиционной добавкой;
разработка комплекта технической документации на производство сливочных масел серии «Вита»;
оценка экономической эффективности разработанных технологических решений.
Научная новизна. Научно обоснована и экспериментально доказана целесообразность и эффективность применения фосфолипидного продукта «ФЭИС», полученного путем фракционирования подсолнечных активированных фосфолипидов этиловым спиртом, и томатно-масляного экстракта, полученного из выжимок томатов современных сортов с применением метода механохимической активации, в качестве добавок, позволяющих регулировать технологические и потребительские свойства, а также пищевую ценность и физиологическую активность сливочных масел.
Выявлено, что фосфолипидный продукт «ФЭИС» обладает более высокими поверхностно-активными и антиокисдантными свойствами по сравнению с импортным аналогом «Натин 5F», полученным фракционированием соевых фосфолипидных концентратов.
Впервые выявлены медико-биологические свойства томатно-масляного экстракта, а именно, гиполипидемические, гипохолестеринемические и антиоксидантные свойства.
Показано, что томатно-масляный экстракт проявляет более высокие антиокисдантные свойства по сравнению с тыквено-масляным экстрактом.
Теоретически и экспериментально обоснованы рекомендуемые дозировки композиционной добавки, состоящей из фосфолипидного продукта «ФЭИС» и томатно-масляного экстракта.
Выявлено положительное влияние композиционной добавки, состоящей из фосфолипидного продукта «ФЭИС» и томатно-масляного экстракта, на потребительские свойства сливочных масел пониженной жирности, а также на сроки его годности.
7 Практическая значимость. Разработаны рецептуры и откорректированы
технологические режимы производства сливочных масел пониженной
жирности, обогащенных композиционной добавкой, состоящей из
фосфолипидного продукта «ФЭИС» и томатно-масляного экстракта.
Разработан комплект технической документации на сливочное масло
серии «Вита», включающий технические условия и технологическую
инструкцию на производство.
На защиту выносятся следующие основные положения
диссертационной работы:
- результаты сравнительной оценки органолептических и физико-
химических показателей качества отечественных и импортных
фосфолипидных продуктов;
результаты сравнительной оценки поверхностно-активных свойств и антиоксидантной способности фосфолипидных добавок в системе «молочный жир - вода»;
результаты исследования по влиянию фосфолипидного продукта «ФЭИС» и способа его подготовки на тип и стойкость водно-жировой эмульсии;
- результаты исследования химического состава, технологических
свойств и физиологической активности витаминной добавки
(антиоксидантные и медико-биологические свойства);
- результаты исследования органолептических и физико-химических показателей качества томатно-масляного экстракта (ТМЭ);
эффективные дозировки фосфолипидной добавки «ФЭИС» и ТМЭ и способ их внесения в сливочное масло;
результаты оценки потребительских свойств и пищевой ценности разработанных сливочных масел;
- результаты исследования изменений потребительских свойств
сливочных масел в процессе хранения;
- комплект технической документации, включающий технологическую
инструкцию и технические условия;
- результаты оценки экономической эффективности от внедрения
разработанных технологических решений.
Применение добавок в производстве сливочных масел
В последние годы значительно ухудшились состояние сырьевой базы, качество молока и сливок, возрос физический и моральный износ применяемого в маслоделии оборудования, снизился общий уровень квалификации кадров, увеличился удельный объем использования "новых" нормативных документов, выполненных на низком профессиональном и научном уровне. Все это обусловливает возможность снижения качества вырабатываемого продукта [10].
Аналитики констатируют, что на сегодняшний день отечественные производители сливочного масла, несмотря на свое нежелание и невыгодность производства, вынуждены его изготовлять. Характерно, что в России практически не осталось маслодельных заводов, где бы изготовление сливочного масла являлось основным видом деятельности. На большинстве этих предприятий масло превратилось в продукт, сопутствующий производству молочных продуктов. Отечественный производитель старается выпускать масла, содержащие, помимо молочных, иные жиры, так как выпуск полноценного сливочного масла для подавляющего числа предприятий нерентабельно [11].
Согласно мнению специалистов «Учебно-опытного молочного завода им. Верещагина», объемы производства в России колеблются от 3 до 5%. Эти объемы не удовлетворяют существующий спрос, что приводит к росту импорта сливочного масла и все большей популяризации спрэдов. По мнению специалистов компании «ФудсЕвроОйл», темпы роста импорта сливочного масла опережают темпы роста отечественного производства продукта, которое с каждым годом сокращается за счет падения производства молока. В свою очередь, и темпы роста импорта сливочного масла замедляются из-за растущих цен на мировом рынке. Перечисленные факторы обуславливают увеличение емкости рынка спрэдов.
Производители уверяют, что дефицита сырья для производства спредов не наблюдается, отмечают лишь его высокую стоимость. Разрыв в стоимости сливочного масла и спредов увеличивается. А это в свою очередь влияет на объемы продаж спредов в положительную сторону [12].
К тому же есть потребители, которые сознательно выбирают функциональные продукты, - их с каждым годом становится все больше. В первую очередь покупатели обращают внимание на полезные свойства продукта, его влияние на здоровье, поэтому большую роль будут играть функциональные продукты, имеющие высокое качество и дополнительную ценность (приносящие пользу). В этом случае потребители на стоимость внимания не обращают, а производители стараются предложить продукты с полезными добавками, например, с фитостеролами, полиненасыщенными жирными кислотами Omega 3 и Omega 6, потребление которых оказывает активное профилактическое действие на состояние сердечно-сосудистой и иммунной системы, и др. Такие продукты имеют высокую рентабельность относительно обычных и позиционируются в премиальном сегменте, который будет развиваться [13,14].
В этой связи расширение ассортимента продуктов питания может происходить по двум направлениям. Первое направление связано с применением натуральных и искусственных пищевых добавок, в том числе биологически активных (БАД). Второе направление определяется использованием комплексного сочетания разных видов основного и вспомогательного сырья, причем к последнему могут относиться и пищевые добавки [16]. По словам аналитиков, спредовые позиции — наиболее инновационная часть масложирового сегмента рынка. Есть основания полагать, что сочетание свойств полезности спредов с их нетрадиционной, ограниченной калорийностью приведет к появлению новых масляных продуктов с заданными свойствами как для детей, так и для взрослых. Международные компании активно развивают направление полезных для здоровья продуктов. Так, компания "Юнилевер", отвечая тенденциям рынка, положила здоровое питание в основу стратегии марки Rama. В области маслоделия исследования ВНИИМС в последние годы направлены на создание ассортимента следующих продуктов с улучшенными диетическими свойствами: Разновидностей сливочного масла пониженной жирности и соответственно пониженной калорийности с потребительскими характеристиками, аналогичными традиционным видам сливочного масла; разновидностей сливочного масла, масляных и сливочных паст с вкусовыми добавками, которые при пониженной калорийности имеют повышенное содержание белковых компонентов, микро- и макроэлементов, витаминов; спредов различного состава, отличающихся повышенным содержанием полиненасыщенных жирных кислот, являющихся незаменимыми компонентами питания. Все эти продукты хорошо укладываются в рамки национальных и международных стандартов и способствуют обеспечению населения страны жировыми продуктами, соответствующими требованиям здорового питания [17].
Методы исследования фосфолипидных продуктов
При проведении аналитических исследований использовали методы, рекомендуемые ВНИИЖем, а также приведенные в работах [44,45,51].
Основной показатель фосфолипидного продукта - массовую долю фосфолипидов определяли в соответствии с рекомендациями ВНИИЖа[51].
Массовую долю металлов (калия, натрия, кальция, магния, железа) в фосфолипидных продуктах устанавливали методом атомно-абсорбционной спектроскопии [46,47]. Образец предварительно выдерживали в сушильном шкафу при температуре 110С в течение трех часов с целью удаления влаги. Отбирали навеску фосфолипидных продуктов (2 г) с точностью до 0,0002 г и постепенно озоляли по стандартной методике. После охлаждения готовили исходные растворы в разбавленной 50%-ной азотной кислоте в мерных колбах объемом 25 см . Полученные пробы подвергали атомизации на атомно-абсорбционном спектрофотометре «OSS-1» (ГДР).
Исследование группового состава фосфолипидного продукта «ФЭИС» проводили методами тонкослойной (ТСХ) и высокоэффективной жидкостной (ВЭЖХ) хроматографии, как наиболее эффективными, быстрыми и точными [63,64].
При изучении группового состава фосфолипидных продуктов методом ТСХ использовали систему растворителей: хлороформ - метанол - вода (65:25:4) и пластины для тонкослойной хроматографии «Сорбфил».
Образцы в виде растворов фосфолипидного продукта в хлороформе с массовой долей 1% наносили микрошприцем в количестве 3 мкл на стартовые точки, находящиеся на расстоянии 10 мм друг от друга, и на 10 мм выше линии погружения. Развитие хроматограмм продолжали до подъема фронта растворителя до линии, отстоящей от края пластины на 10 мм. Хроматограммы проявляли спиртовым раствором
фосфорномолибденовой кислоты (ФМК) с массовой долей 5%. Идентификацию полученных пятен проводили по метчикам и специфическим тестам на индивидуальные группы фосфолипидов. Пластины после развития хроматограмм вынимали из камеры, удаляли растворитель в вытяжном шкафу и помещали в йодную камеру для проявления. Отмечали полученные пятна, после чего пластины обрабатывали специфическими реагентами.
В качестве теста на холинсодержащие фосфолипидные продукты использовали реактив Драгендорфа. Тестом на фосфатидилсерины служил раствор нингидрина в бутаноле с добавлением уксусной кислоты; на фосфатидилинозитолы - аммиачный раствор азотнокислого серебра. Фосфатидные кислоты идентифицировали при помощи смеси 0,1 н водного раствора AglSTCb и 7 н водного раствора аммиака в соотношении 1:1 (по объему) [56, 63].
Метод ВЭЖХ использовали в качестве контроля. В качестве стандартных растворов (метчиков) использовали растворы индивидуальных групп фосфолипидов. Последние выделяли препаративной хроматографией, используя систему растворителей хлороформ - метанол -вода (65:25:4). После элюирования каждого пятна смесью хлороформ — метанол (2:1), растворитель отгоняли под вакуумом при температуре 30-40С. Определяли массу полученных навесок и готовили стандартные растворы в хлороформе с массовой долей 1%.
Хлороформ, используемый для приготовления анализируемых растворов, предварительно высушивали и перегоняли. Чистоту хлороформа проверяли с помощью ВЭЖХ. Регистрацию хроматограмм производили УФ датчиком при длине волны 204 нм.
Для проведения качественного анализа определяли время удерживания, соответствующее каждой из определяемых индивидуальных групп фосфолипидов.
Приготовленные стандартные растворы фосфатидилинозитола (ФИ), фосфатидилсерина (ФС), фосфатидилэтаноламина (ФЭА) и фосфатидилхолина (ФХ) вводили в хроматограф при режиме, соответствующем рабочему: скорость расхода элюента 200 мкл/мин, состав элюента: ацетонитрил - метанол - 85%-ная ортофосфорная кислота (780:10:9). Рассчитанное по хроматограммам время удерживания составило для ФИ - 3,6 мин; ФС - 4,5 мин; ФЭА -8,0 мин; ФХ - 11,5 мин, что согласуется с литературными данными [64,65].
Для количественного расчета хроматограмм определяли поправочные коэффициенты К, которые рассчитывали, как отношение навески стандартного раствора к площади соответствующего хроматографического пика. Найденные таким образом поправочные коэффициенты составили для ФИ - 0,09; ФС - 0,012; ФЭА - 0,003; ФХ - 0,026.
В качестве неподвижной фазы использовали Силасорб - 600 с размером частиц 3-5 тыс. теоретических тарелок. Образцы вводили в виде растворов в хлороформе с массовой долей 10 мг/см3 в колонку размером 2x60 мм с эффективностью 3-5 тыс. теоретических тарелок. Перед вводом пробы колонку промывали элюентом несколькими объемами шприца при скорости расхода 200 мкл/мин до установления стабильной нулевой линии. Ввод пробы осуществляли в количестве 5 мкл с помощью иглы - дозатора.
Исследование влияния композиционной добавки на технологические свойства сливочных масел
Ранее в наших работах на основании материалов маркетинговых исследований была показана необходимость разработки сливочных масел пониженной жирности, обогащенных физиологически функциональными ингредиентами. Учитывая это, на следующем этапе исследовали влияние фосфолипидного продукта «ФЭИС» и витаминной добавки - томатно-масляного экстракта на технологические и потребительские свойства, а также на пищевую ценность сливочных масел пониженной жирности. Для исследования влияния выбранных добавок на технологические свойства сливочных масел пониженной жирности фосфолипидный продукт «ФЭИС» и томатно-масляный экстракт вводили в виде эмульсии в обезжиренном молоке при соотношении композиционная добавка — обезжиренное молоко, равном 1:3. На рисунке 3.4 приведены данные по влиянию композиционной добавки на стойкость сливочных масел к окислению. Показано, что обогащение сливочных масел композиционной добавкой позволяет увеличить их стойкость к окислению, при этом достаточно высокий эффект достигается уже при дозировке «ФЭИС» 1,0% и томатно-масляного экстракта 2,0% к массе масла. Следует отметить, что для сливочного масла с содержанием жира 52,0% для достижения максимального эффекта необходимо более высокая дозировка композиционной добавки. Учитывая цель нашего исследования, а именно, получение сливочных масел повышенной пищевой ценности, были выбраны дозировки композиционной добавки: для сливочных масел с содержанием жира 61,5% -6% к массе масла, а для сливочных масел с содержанием жира 52,0% - 7,5% к массе масла, при соотношении фосфолипидного продукта «ФЭИС» и томатно-масляного экстракта, равном 1:2. На следующем этапе изучали влияние композиционной добавки на структурно-механические свойства сливочного масла, которые обусловливают его важный органолептический показатель, а именно, консистенцию. На рисунке 3.5 приведены зависимости эффективной вязкости сливочных масел 61,5%-ной жирности от градиента скорости при температуре 25С, а на рисунке 3.6 - зависимость эффективной вязкости сливочных масел 52%-ной жирности.
Показано, что введение композиционной добавки обеспечивает создание более прочной структуры сливочного масла, так как ее полное разрушение наблюдается при более высоком значении градиента скорости. На основании полученных данных в опытных условиях были уточнены технологические режимы производства сливочного масла, обогащенного композиционной добавкой, на примере способа сбивания сливок. В таблице 3.14 приведены технологические режимы производства сливочного масла, обогащенного композиционной добавкой, состоящей из фосфолипидного продукта «ФЭИС» и томатно-масляного экстракта. Опытные испытания показали, что применение композиционной добавки позволяет интенсифицировать отдельные технологические стадии производства сливочных масел, что, в свою очередь, позволяет сократить продолжительность технологического процесса в целом на 2,5 часа. На рисунке 3.6 приведена структурная схема производства сливочного масла, обогащенного композиционной добавкой. Из приведенных данных видно, что по всем показателям безопасности разработанные сливочные масла соответствуют требованиям, установленным «Техническим регламентом на молоко и молочную продукцию».
Исследование микробиологических показателей и показателей безопасности сливочных масел
Одним из наиболее важных потребительских свойств пищевых продуктов является свойство сохраняемости. Учитывая это, на следующем этапе исследовали влияние композиционной добавки на сохраняемость сливочных масел. Для исследования влияния композиционной добавки на изменение показателей качества в процессе хранения сливочное масло массой 250 г, упакованное брикетами в алюминиевую кашированную фольгу, хранили при температуре 5С и относительной влажности воздуха 80%.
В таблицах 4.5 и 4.6 приведены данные по изменению органолептических показателей качества сливочных масел в процессе хранения. Из приведенных в таблицах 4.5 и 4.6 видно, что срок годности сливочных масел, обогащенных композиционной добавкой, может быть увеличен на 10 суток по сравнению с контрольным образцом.
Таким образом, при температуре хранения 5С сливочного масла, обогащенного добавкой, в течение 30 суток, его органолептические показатели остаются достаточно высокими в отличие от сливочных масел без введения композиционной добавки. Для подтверждения полученных данных определяли изменение перекисных чисел липидов, выделенных из хранившихся сливочных масел, а также микробиологические показатели сливочных масел в процессе хранения. На рисунке 4.1 приведены данные по изменению перекисных чисел липидов, выделенных из хранившихся сливочных масел, а на рисунке 4.2-изменение кислотности сливочных масел в процессе хранения. Из приведенных данных видно, что по показателям окислительной порчи разработанные сливочные масла в процессе хранения в течение 30 суток соответствуют установленным требованиям.
На рисунках 4.3 и 4.4 приведены данные по изменению микробиологических показателей безопасности сливочных масел в процессе хранения. Полученные данные позволяют сделать вывод о том, что сливочные масла, обогащенные композиционной добавкой, обладают более высокой сохраняемостью, а это, в свою очередь, позволяет увеличить сроки их годности до 30 суток, т.е. на 10 суток больше по сравнению с контрольным образцом. Учитывая, что снижение содержания Р-каротина в процессе хранения сливочного масла может служить объективным показателем, характеризующим изменение потребительских свойств сливочного масла, исследовали динамику изменения содержания Р-каротина в сливочных маслах в процессе хранения. На рисунке 4.5 приведены данные по изменению содержания Р-каротина в сливочных маслах в процессе хранения. Установлено, что в процессе хранения потери р-каротина, содержащегося в сливочном масле «Вита», не превышают 7%, а в сливочном масле «Вита-лайт» - 12%, что можно объяснить высоким содержанием в обогащенных сливочных маслах антиоксидантов - фосфолипидов, токоферолов и ликопина. Из приведенных данных видно, что сливочные масла серии «Вита» по сравнению с контрольным образцом содержат в большем количестве такие физиологически функциональные ингредиенты, как фосфолипиды, полиненасыщенные жирные кислоты, жирорастворимый витамин Е, а также ликопин, провитамины А и D. В таблице 5.2 приведены данные по удовлетворению суточной потребности в физиологически функциональных ингредиентов при потреблении 25 г сливочного масла.
Опытная апробация разработанных технологических решений в условиях учебно-научно-производственного комплекса факультета инженерии, экспертизы и компьютерного моделирования высоких технологий, а также в условиях научно-производственной фирмы «Новтэкс» показала эффективность обогащения сливочных масел композиционной добавкой, содержащей фосфолипидный продукт «ФЭИС» и томатно-масляный экстракт. На основании проведенных исследований разработан комплект технической документации, включающий технические условия и технологическую инструкцию на производство сливочных масел пониженной жирности серии «Вита» (Приложение 1 и 2).
