Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Обеспечение качества восстановленных продуктов переработки молока 11
1.1 Состояние сырьевой базы молочной отрасли, пути решения проблем 11
1.2 Вода как фактор качества восстановленных продуктов переработки молока 17
1.2.1 Качество воды, требования для предприятий пищевых производств 17
1.2.2 Водоподготовка в технологических процессах пищевых производств, возможности модификации 23
1.3 Сущность ультразвуковой кавитации как физического фактора воздействия на вещество 29
1.4 Технология восстановления сухого молока как фактор качества восстановленной продукции переработки молока . 36
Глава 2. Организация эксперимента, объекты и методы исследований 42
2.1 Организация эксперимента 42
2.2 Объекты исследования 44
2.3 Методы исследования 46
Глава 3. Исследование влияния ультразвуковой кавитации на процессы восстановления сухого молока и интенсивность их протекания 53
3.1 Изменение физико-химических свойств воды под действием ультразвука 53
3.2 Исследование качества сухого обезжиренного молока 61
3.3 Исследование влияния ультразвуковой кавитации на качество восстановленного молока-сырья 67
Глава 4. Влияние ультразвуковой кавитации на качество восстановленных продуктов переработки молока 87
4.1 Анализ потребительских предпочтений молочной продукции 87
4.2 Исследование качества и потребительских свойств молочного напитка ... 93
4.3 Исследование качества и потребительских свойств кисломолочного продукта (кефира) 108
Глава 5. Изменение качества восстановленных продуктов переработки молока при хранении 122
Глава 6. Технологические схемы производства восстановленных продуктов переработки молока на основе ультразвукового воздействия 134
Основные выводы 138
Библиографический список 141
- Качество воды, требования для предприятий пищевых производств
- Сущность ультразвуковой кавитации как физического фактора воздействия на вещество
- Исследование качества сухого обезжиренного молока
- Исследование качества и потребительских свойств молочного напитка
Введение к работе
Актуальность работы. Молочная промышленность является одной из наиболее социально значимых отраслей народного хозяйства, динамика развития которой зависит от степени минимизации проблем. Среди законодательных и нормативных актов, создающих благоприятные условия для модернизации и формирования нового технологического уклада пищевых производств, значимое место занимает «Стратегия развития пищевой и перерабатывающей промышленности Российской Федерации на период до 2020 года», утвержденная распоряжением Правительства РФ № 559-р от 17 апреля 2012г.
В связи с необходимостью ежедневного присутствия молочной продукции
в рационе питания человека вопросы создания требуемых резервов молочного
сырья и разработка ресурсосберегающих технологий его восстановления
приобретают безусловную значимость. Вопросы улучшения качественных
характеристик восстановленных продуктов переработки молока,
технологическое и аппаратное сопровождение глубоко рассматриваются в
работах Липатова Н.Н., Галстяна А.Г., Петрова А.Н., Грановского В.Я.,
Шестакова С.Д., Швырева В.Ф. и др.
Разработка принципиально новых технологий, нацеленных на глубокую
ресурсосберегающую переработку сырья, включает различные направления,
среди которых выделены современные электрофизические способы,
позволяющие создать экологически безопасные производства. Применимость
ультразвука в технологиях пищевых производств активно изучается
Акуличевым В.А., Галстяном А.Г., Дежкуновым Н.В., Игнатенко П.В., Заяс,
Ю.Ф., Шестаковым С.Д., Красулей О.Н., Зениным С.В., Кардашевым Г.А.,
Классен В.И., M.Ashokkumar, Leighton T.G., Suslick K.S., F.Grieser и др. Вместе
с тем, использование ультразвукового воздействия как фактора
интенсификации процессов восстановления сухого молока, в настоящее время изучено недостаточно.
Таким образом, обеспечение качества восстановленных продуктов переработки молока, а также интенсификация процессов их производства является особо значимым вопросом, актуальность которого и определила выбор темы, цели и задач диссертационного исследования.
Цель диссертационного исследования заключается в совершенствовании
технологии восстановленных продуктов переработки молока путем
интенсификации процесса восстановления на основе ультразвуковой кавитации для повышения качества восстановленных продуктов переработки молока и обеспечения их сохраняемости.
Для достижения цели были поставлены следующие задачи:
-
Установить факторы, обусловливающие эффективность ведения отдельных этапов в технологии производства восстановленных продуктов переработки молока и их влияние на качество готовой продукции.
-
Обосновать возможность применения ультразвукового воздействия для интенсификации технологических процессов восстановления сухого молока и выработки восстановленных продуктов переработки молока.
-
Исследовать влияние ультразвуковой кавитации на качество и технологические свойства восстановленного молока-сырья.
-
Установить оптимальные режимы ультразвукового воздействия для обеспечения качества восстановленных продуктов переработки молока, исследовать органолептические, физико-химические и микробиологические показатели.
-
Изучить влияние ультразвуковой кавитации на изменение качества восстановленных продуктов переработки молока в процессе хранения.
-
Установить наиболее эффективные режимы ультразвукового воздействия для интенсификации процессов восстановления и провести промышленную апробацию.
Научная новизна результатов диссертационного исследования
заключается в следующем:
– обоснована теоретическая возможность и практическая
целесообразность применения ультразвуковой кавитации в производстве восстановленных продуктов переработки молока;
– установлено влияние ультразвуковой кавитации на увеличение гидратации белков молока и изменение дисперсной системы, как фактора интенсификации процесса восстановления;
– обоснован рациональный режим ультразвукового воздействия для
обеспечения качества восстановленного молока-сырья и продуктов,
полученных на его основе;
– показано, что ультразвуковая кавитация оказывает положительное
влияние на органолептические (консистенция, вкус, запах) и физико-
химические показатели качества восстановленных продуктов переработки молока и их сохраняемость;
– разработаны схемы производства восстановленных продуктов
переработки молока (молочного напитка и кисломолочного продукта) на основе встраивания ультразвукового воздействия на этапах восстановления сухого молочного сырья.
Предмет исследования. Предметом исследования является качество и технологии производства восстановленных продуктов переработки молока на основе использовании ультразвукового воздействия.
Теоретическая и практическая значимость результатов работы. На основании проведенных исследований предложена усовершенствованная технология производства восстановленных продуктов переработки молока путем осуществления на этапе восстановления ультразвукового воздействия, способствующего эффективному переходу биологически важных компонентов из сырья в дисперсную систему продукта, увеличению выхода готовой продукции с единицы перерабатываемого сырья и обеспечению качества.
Научно-техническое решение оформлено заявками на получение патентов Российской Федерации: «Способ производства молочного продукта» (№2013124181 с приоритетом от 27.05.2013), «Способ получения кефира» (№2013123708 с приоритетом от 23.05.2013) и «Способ подготовки воды для пищевых производств» (№2013123709 с приоритетом от 23.05.2013).
Разработанные технологии восстановления сухого молока и технологии производства восстановленных продуктов переработки молока апробированы на предприятиях ООО «УралМолоко» и ООО «Златмолокомбинат».
Материалы исследования используются в учебном процессе для студентов-бакалавров, обучающихся по направлению «Товароведение», а также магистрантов – «Управление качеством» ФГБОУ ВПО «ЮУрГУ» (НИУ).
Работа является составной частью научных исследований в рамках
реализации программы развития Южно-Уральского государственного
университета на 2010-2019 гг. по приоритетному направлению развития «Суперкомпьютерные и грид-технологии в решении проблем энерго- и ресурсосбережения» по теме «Моделирование экспертного ситуационного управления ресурсоэффективностью производства продукции» кафедры «Товароведение и экспертиза потребительских товаров».
Методология и методы исследования. При организации и проведении диссертационных исследований использовались общепринятые, стандартные и оригинальные методы в определении органолептических, физико-химических, реологических, микробиологических показателей, а также математические методы статистической обработки результатов исследования.
Положения, выносимые на защиту:
-
Исследование качества сырья для производства восстановленных продуктов переработки молока.
-
Рациональные режимы ультразвукового воздействия на этапах водоподготовки и восстановления сухого молока.
-
Результаты оценки технологических свойств молока-сырья восстановленного с применением ультразвуковой обработки.
-
Результаты товароведной оценки качества и хранимоспособности восстановленных продуктов переработки молока, полученных по предлагаемым технологиям, в сравнении с традиционными продуктами.
Степень достоверности и апробация результатов. Степень достоверности экспериментальных данных оценивали методами математической статистики с привлечением современных программных средств MICROSOFT Offiсе, MatCad. Экспериментальные исследования проводились в трех-пяти кратных повторностях для каждого из вариантов опыта и контроля с доверительной вероятностью 0,95.
Основные результаты работы докладывались и обсуждались на симпозиумах, конгрессах, конференциях различного уровня, в том числе: Международной научно-практической конференции «Торгово-экономические проблемы регионального бизнес-пространства» (Челябинск, 2008, 2009, 2010, 2011, 2012), конференции с элементами научной школы «Инструментальные методы для исследования живых систем в пищевых производствах» в рамках Федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» (Кемерово, 2009, 2011), Международной научно-практической конференции «Безопасность и качество продуктов питания и товаров народного потребления» (Алматы, Республика Казахстан, 2009), Международной научно-практической конференции «Современные проблемы
техники и технологии пищевых производств СПТ и ТПП-2009 (Барнаул, 2009),
V Международной научно-практической конференции «Потребительский
рынок: качество и безопасность товаров и услуг» (Орел, 2009),
Международной научно-практической конференции «Современные
направления теоретических и прикладных исследований» (Одесса, 2011),
Международной научно-практической конференции студентов и аспирантов
«Экономика и бизнес: взгляд молодых» (Челябинск, 2010, 2011),
Международной научно-практической конференции (УРГАУ, 2011),
Международной научно-практической конференции (Челябинск, 2012, 2013).
Публикации: По материалам диссертации опубликованы 18 печатных работ, в том числе 4 статей в журналах, рекомендованных ВАК РФ, а также ряд статей в материалах конференций, симпозиумов, форумов, научных трудах институтов.
Личный вклад автора состоит в анализе российского и зарубежного опыта,
определении проблем и обосновании их решения, проведении и анализе
результатов экспериментальных исследований; автором установлены
оптимальные режимы ультразвуковой кавитации для интенсификации
технологических процессов; применены современные методы исследования для
определения эффективности ультразвукового воздействия; предложены
оптимальные технологические схемы для обеспечения заданного качества конечного продукта – восстановленных продуктов переработки молока.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, общих выводов, списка литературы и приложений. Основное содержание работы изложено на 157 страницах машинописного текста, включает 54 рисунка и 15 таблиц. Список литературы включает 190 источников российских и зарубежных авторов.
Качество воды, требования для предприятий пищевых производств
Как известно, качество воды, являющейся важным фактором жизнеобеспечения и играющей значительную роль в технологии пищевых производств, строго регламентируется по санитарно-эпидемиологическим требованиям – безопасности, безвредности по химическому составу, органолептическим свойствам. Под качеством воды понимают характеристики состава и свойств воды, определяющих пригодность ее для конкретных видов водопользования (ГОСТ 17.1.1.01.77). Анализ данных отчетов о состоянии водопользования в Российской Федерации показал, что в 2012 г. доброкачественной питьевой водой было обеспечено 60,6 % населения Российской Федерации или 86719879 человек, что выше уровня 2010 г. на 1,9 %. В 2011 году по сравнению с 2010 г. состояние водных объектов, используемых в качестве питьевого водоснабжения, улучшилось на 1,2 % по санитарно-химическим показателям, по микробиологическим показателям отмечается ухудшение на 0,1 % [18, 47]. Доля водопроводов, не отвечающих санитарно-эпидемиологическим требованиям, в 2012 г. уменьшилась и составила 18,4 % (2010 г. – 19,4 %).
В 2011 г. в шести федеральных округах отмечено превышение общероссийского значения проб, не соответствующих гигиеническим нормативам по санитарно-химическим показателям: это Северо-Западный, Уральский, Приволжский, Центральный, Сибирский и Дальневосточный. Согласно данным, низкое качество воды характерно для Северо-Западного, Уральского и Центрального регионов. В 2011 г. доля проб воды неудовлетворительного качества превысила общероссийский показатель в 33 субъектах РФ, наихудшими показателями характеризуются Ханты-мансийский АО (100 %), Ямало-Ненецкий АО (88,2 %), Мурманская (82,1 %) и Новгородская (58,7 %) области и другие, по Челябинской области процент проб воды не соответствующего качества составил 22,7 %, что превышает среднероссийское значение на 0,6 % [47]. По количеству проб воды, не соответствующей гигиеническим нормативам по микробиологическим показателям также ситуация не стабильна, превышение по показателю относительно общероссийского значения отмечается в четырех федеральных округах: Северо-Кавказском, Центральном, Сибирском и СевероЗападном. В 2012 году доля проб питьевой воды, не соответствующих гигиеническим нормативам по санитарно-химическим показателям, в среднем по Российской Федерации составляет 16,7 %, по микробиологическим – 4,5 % и по паразитологическим – 0,1 % (приложение Д, рисунки П.1 и П.2). К территориям с самыми низкими показателями состояния питьевой воды в распределительной сети по санитарно-химическим показателям относятся Чукотский АО, Новгородская, Томская, Ростовская области, Республика Карелия; по микробиологическим показателям – Ингушетия, Дагестан, Калмыкия, Чеченская и Карачаево-Черкесская республики. По сумме рангов с учетом долей проб, превышающих ПДК по санитарно химическим, микробиологическим и паразитарным показателям в распределительной сети централизованного водоснабжения, первые позиции (наибольшее количество проб несоответствующего качества) занимают Архангельская область, республики Карелия, Ингушетия и Калмыкия, Смоленская область. Челябинская область в этом перечне занимает 32 место (из 83 субъектов РФ) [48]. Уральский округ имеет наименьшее количество проб, не соответствующих гигиеническим нормативам по микробиологическим показателям, так же отмечается тенденция к снижению доли к 2011 году. Основными причинами неудовлетворительного качества воды являются: факторы природного характера (повышенное содержание в воде соединений железа и марганца); антропогенное загрязнение поверхностных и подземных вод; отсутствие или ненадлежащее состояние зон санитарной охраны водоисточников; использование старых технологических решений водоподготовки в условиях ухудшения качества воды; низкое санитарно-техническое состояние существующих водопроводных сетей и сооружений; осуществление производственного контроля в сокращенном объеме; нестабильная подача воды [18, 47, 48]. За последние три года ситуация с состоянием как подземных, так и поверхностных источников централизованного питьевого водоснабжения и качеством воды в местах водозабора во многих регионах Российской Федерации существенно не изменилась и остается неудовлетворительной. Во многих субъектах РФ основными санитарно-химическими показателями, по которым отмечается несоответствие воды гигиеническим нормативам, являются железо, марганец и соли жесткости, однако станции обезжелезивания и установки по умягчению воды имеются только на крупных водозаборных сооружениях.
По качеству вода источников Челябинской области относится к классам – «сильно загрязненная» и «грязная». В 2011 году на контроле Управления Роспотребнадзора по Челябинской области находилось 26 поверхностных источников централизованного водоснабжения, обеспечивающих около 57 % населения области [93]. Для предприятий пищевой промышленности качество воды, используемой в технологических процессах, регламентируется разными нормативными документами. Так, требования к воде, используемой в производстве пива и безалкогольной продукции, регламентируется технологической инструкцией ТИ 10-5031536-73-10, в производстве водочных изделий ТИ 10-04-03-09-88, в производстве питьевой воды, расфасованной в емкости действуют санитарные нормы и правила (СанПиН) 2.4.1116-02. Но наряду с этим часто отсутствуют требования к качеству воды, применяемой в производстве других различных продуктов пищевой промышленности, или эти требования сводятся к применению общих нормативов к питьевой воде, регламентируемых СанПиН 2.1.4.1074-01. Для воды, используемой в молочном производстве, требования устанавливаются по СанПиН 2.1.4.1074-01. «Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества», но с ограничением по содержанию взвесей, железа, марганца, солей жесткости и часто по биозагрязнениям [105]. Нормативны по обобщенным показателям и содержанию вредных химических веществ, наиболее часто встречающихся в природных водах на территории Российской Федерации, а также веществ антропогенного происхождения, получивших глобальное распространение, приведены в таблице 1.2. Величина, указанная в скобках, может быть установлена по постановлению Главного государственного санитарного врача по соответствующей территории для конкретной системы.
Сущность ультразвуковой кавитации как физического фактора воздействия на вещество
Ультразвуковое воздействие характеризуется наличием упругих колебаний и волн частотой выше 15 – 20 кГц, которые и определяют его специфические особенности в различных средах. Особенности протекания кавитационных процессов в различных средах и их результаты активно изучаются О.Н. Красулей, С.Д. Шестаковым, Ю.Ф. Заяс, Н.В. Дежкуновым, П.В. Игнатенко, А.Г. Галстяном, M. Ashokkumar, D. Knorr, K.S. Suslick и другими авторами [22, 23, 55, 128, 130, 131,134, 154, 155, 182].
Важнейшим нелинейным эффектом в ультразвуковом поле является кавитация – возникновение в жидкости массы пульсирующих пузырьков, заполненных паром, газом или их смесью. Движение пузырьков в различных направлениях, их схлопывание, слияние друг с другом и т.д. порождают в жидкости импульсы сжатия (микроударные волны) и микропотоки, что способствует локальному нагреванию среды, возникновению ионизации. В результате указанных эффектов происходит разрушение находящихся в жидкости твердых тел (кавитационная эрозия), жидкость перемешивается, инициируются или ускоряются различные физические и химические процессы. Степень и глубина кавитационных процессов определяются условиями ультразвукового воздействия. Многими авторами установлено [55, 62, 63, 75, 97, 159, 160], что для кавитации характерно понятие порога, под которым понимается интенсивность ультразвука, ниже которой не наблюдаются кавитационные явления. Для воды и водных растворов пороги кавитации возрастают с увеличением частоты ультразвука и уменьшением времени воздействия. Накопление газа в пузырьке, ведущее к увеличению его среднего размера, называется направленной диффузией. Исследованиями [86, 87, 92] установлено, что диффузионный механизм обеспечивает сравнительно медленный рост зародышей, что обеспечивает значительное количество пульсаций пузырьков при высокой частоте ультразвука, причем амплитуда пульсации пузырька для данной определенной частоты ультразвука будет максимальной. Данное явление называют стабильной кавитацией. Кавитационные пузырьки, захлопываясь, порождают в жидкости мощные импульсы давления и ударные волны [97, 121, 159, 162, 187, 188]. Авторами D. Knorr, V.S. Mohotkar, S. Muthukumaran и другими выявлено, что повышение интенсивности ультразвука приводит к нестабильной кавитации: пузырьки очень быстро достигают своих резонансных размеров, затем резко расширяются и захлопываются, в результате чего газ внутри пузырька сжимается и нагревается до очень высоких температур. Высокие температуры вызывают диссоциацию молекул воды на водородные и гидроксильные свободные радикалы, которые рекомбинируют с образованием электронно-возбужденных состояний молекул H2O: переход молекул H2O из электронно-возбужденного состояния вызывает сонолюминесценцию [97, 100, 154, 165, 167, 168]. Свободные радикалы Н и ОН могут вступать в реакции как с растворенными веществами, так и с растворителем, вызывая протекание новых химических реакций. В результате кавитационных процессов внутри жидкости возникают определенные эффекты: – сильные акустические сигналы на частоте, равной половине частоты ультразвука, вызвавшего кавитацию; – ускорение протекающих химических реакций либо инициирование новых; – интенсивные микропотоки и ударные волны, которые ведут к механическим перемешиваниям внутренних слоев жидкости; – разрыв химических связей макромолекул; – ультразвуковое свечение и различные биологические эффекты. Повышая интенсивность ультразвука до значений возникновения механических воздействий, сопоставимых с прочностью клеточных оболочек, начинается процесс разрушения клеток. Зачастую возникновение сильных механических явлений основывается на возникновении в жидкости, при превышении порога кавитации, газовых пузырьков стабильного и нестабильного характера. Пороговая интенсивность ультразвука, вызывающего гибель клеток, определяется как частотой ультразвука, так и типом клеток [55]. В работе Lorimer и Mason [163] установлено, что частота обратно пропорциональна размеру пузырька, таким образом, низкие частоты ультразвука генерируют большее количество кавитационных пузырьков, что повышает давление в зоне кавитации. Ультразвуковые волны при распространении в жидкости образуют участки с высоким и низким давлением, которые, в свою очередь, обусловливают формирование в среде зон высоких сжатий и зон разрежений.
Возможности кавитационного воздействия широко используются в различных процессах пищевых технологий, в частности: эмульгирование (за счет высокой скорости сдвига микропотоков); фильтрация (нарушение пограничного слоя); изменение вязкости; экструзия (механические вибрации, снижение трения); ферментная и микробная инактивация (высокая скорость сдвига, прямое кавитационное повреждение мембраны микробной клетки); ферментация (ускорение ферментных процессов); ускорение процессов теплопередачи и др. [69, 70, 74, 114, 153].
В качестве примеров эффективного использования ультразвуковой кавитации в пищевых производствах, отметим, технологию переработки сельскохозяйственного сырья, разработанную Российской академией естественных наук ООО «Астор-С». Введение в технологию ультразвуковой обработки способствует сокращению использования химических пищевых добавок, что делает продукцию безопасной для потребителя, кроме того увеличивается выход мясной продукции. По исследованиям Шестакова С.Д. [128], вода, применяемая в пищевых производствах, подвергнутая воздействию ультразвуковой кавитации, ускоряет внутренние физические, химические и биохимические процессы, возникающие при переработке сельскохозяйственной продукции, что, в итоге, ускоряет получение готового продукта. Внешнее проявление кавитации заключается в приобретении водой свойств кипятка без повышения температуры. Вода становится мощным растворителем и способна активнее взаимодействовать с белками и другими компонентами сырья, обеспечивая усилении их гидратации, но, оставаясь холодной, вода не вызывает разрушения и изменения натуральных свойств продукта, что очень важно для пищевой промышленности. Работы многих авторов свидетельствуют, что воздействие кавитации на водные растворы в основном сводится к процессу расщепления молекул воды и веществ, находящихся в растворе в кавитационных пузырьках. При этом ультразвук изменяет физико-химические свойства водных растворов, независимо от природы веществ: увеличение рН, электропроводности, повышение количества свободных ионов и активных радикалов, структуризация и активация молекул [100, 130, 163, 177, 180, 181, 184, 186, 189].
Технология кавитационной обработки воды и рассолов, внедренная на Вологодском мясокомбинате, позволила отказаться от введения в продукт добавок для стабилизации цвета и повышения влагоудерживающей способности продукта. Таким образом, в мясном продукте доля использования нитрита натрия снижена на 30 %, поваренной соли – на 15 – 20 %, применение фосфатов исключено полностью. Ученые ВНИИ мясной промышленности им. В.М. Горбатова, Московского госуниверситета прикладной биотехнологии, института технологии продуктов питания университета Хойенхайма в Германии высоко оценили инновационную технологию выработки мясных продуктов.
Исследование качества сухого обезжиренного молока
Безусловно, качество восстановленных продуктов переработки молока определяет ряд факторов, среди которых немаловажным является качество сухого молока, и способность его восстанавливаться в воде с формированием однородной структуры, приближенной по характеристикам к структуре и свойствам натурального молока. В рамках наших исследований сухой молочной основой в производстве восстановленных продуктов переработки молока выбрано сухое обезжиренное молоко (СОМ), произведенное методом распылительной сушки крупнейшим молокоперерабатывающим предприятием Челябинской области – ОАО «Чебаркульский молочный завод». В задачи исследования входило: оценка органолептических и физико-химических показателей качества, последние были дополнены термическим анализом.
Органолептическая оценка качества показала, что по внешнему виду сухое молоко представляло собой порошок с относительно равномерным гранулометрическим составом, с небольшим количеством агломератов частиц в структуре. Частицы округлой формы, цвет белый, запах и вкус приятные, без посторонних привкусов и запахов. Усредненные результаты оценки образцов по физико-химическим показателям приведены в таблице 3.1.
Содержание лактозы, % 50±0,1 Доля жира соотвествует норме, установленной для обезжиренного продукта, большая доля белка в сухом обезжиренном остатке характеризует качество СОМ как высокое. Однако значение индекса растворимости превышает норму стандарта, что может определяться нарушениями при производстве либо хранении сухого молока и в дальнейшем может способствовать возникновению технологических проблем, связанных с излишними потерями сырья при восстановлении.
В дополнение к указанным показателям качества для более углубленной оценки компонентов исходного для восстановления сырья был проведен термогравиметрический анализ сухого обезжиренного молока, казеина и лактозы (рисунки 3.6, 3.7, 3.8). Экспериментальное получение кинетических кривых отдельных фракций сухого молока позволит, на наш взгляд, более детально охарактеризовать внутренние термодинамические и физико-химические процессы, протекающие в отдельных фракциях молока на этапах проведения восстановления. Термограммы синхронного термического анализа сухого молока и его компонентов с масс-спектрометрическим анализом выделяющихся газов (H2O и CO2) описывают термодинамические процессы сложных по химическому составу фракций молока [138, 143, 148]. Исследования процесса уноса влаги и изменения массы, отраженные соответствующими линиями ТG, говорят о явном различии изгиба кривых. Кинетические кривые отдачи влаги компонентами объектов эксперимента, позволяют установить не только теплофизические характеристики исследуемых материалов, но и описать физико-химические процессы в системе сухого молока, а также отдельно взятых компонентов – казеина и лактозы.
Менее глубокий эндотермический пик в анализе казеина при 75 – 150 С характеризует более высокую его влагоудерживающую способность. Лактоза характеризуется двумя выраженными эндотермическими пиками при температурах 155 и 210 С, что связано с ее распадом на отдельные фракции. Причем распад лактозы протекает более активно, что может быть связано с наличием в составе сухого молока различных форм лактозы. В сухом молоке процесс потери массы на первом этапе протекает активнее, чем в казеине, однако без резких скачков, что может свидетельствовать о равномерности структуры.
Термограммы анализа сухого молока свидетельствуют о наличии основного пика выделения связанной воды в диапазоне температур 166,7…225,8 С, именно этот интервал в анализе образцов восстановленного молока будет определяющим при анализе влагоудерживающих свойств компонентов и их зависимости от условий выработки молока. Смещение пика в область более высоких температур будет свидетельствовать об усилении влагоудерживающей способности. Таким образом, особенности внутренней структуры и процессов в сухом молоке, в том числе его основных фракций определяют формирование свойств восстановленных молочных продуктов и могут быть использованы в последующих исследованиях для изучения механизмов процессов восстановления и установления определяющих их факторов.
Исследование качества и потребительских свойств молочного напитка
Основным требованием к восстановленной продукции переработки молока (ВППМ) является соответствие требованиям нормативных документов при условии обеспечения показателей пищевой ценности, приближенным к параметрам цельного продукта. По данным Н.Н. Липатова, К.И. Тарасова существенного различия в количественном содержании белка, жира и лактозы в молочных продуктах, полученных из восстановленного и цельного молока, не наблюдается. Различия в содержании белка и лактозы могут объясняться лишь неполным восстановлением СОМ, а также потерями при пастеризации и сгущении в производстве сухого молока [85]. По минеральному составу продукты из сухого молока могут даже превосходить продукты из цельного молока вследствие возможности перехода их из воды, используемой для восстановления.
Содержание белка в сухом обезжиренном молоке может достигать 37 %, на 80 % белковые вещества представлены казеином. Размер частиц белка в сухом молоке колеблется от 30 до 300 нм, в натуральном молоке – от 20 до 200 нм [27, 56, 71]. Мицеллы казеина в сухом молоке диспергируются в аморфной лактозе. При наличии в составе кристаллической лактозы казеин располагается между кристаллами, образуя скопления, что может способствовать формированию комковатой структуры казеина. Денатурированный казеин не способен вторично образовывать стабильную суспензию и выпадает в осадок, что предполагает необходимость строго контроля технологического процесса выработки сухого молока. Также требовательным является процесс восстановления в связи с необходимостью выработки продукции определенного уровня качества.
Так как ультразвуковая обработка влияет на свойства воды-растворителя, полноту восстановления СОМ, можно предположить влияние ее и на показатели пищевой ценности молочного напитка. Согласно требованиям ГОСТ Р 52090 – 2003 «Молоко питьевое и напиток молочный. Технические условия», а также Технического регламента Таможенного союза массовая доля белка для обезжиренного молока должна составлять не менее 2,8 %. Результаты оценки содержания белка в образцах молочного напитка, восстановленного по традиционной технологии и предлагаемым – с использованием ультразвуковой обработки на различных этапах технологии восстановления, представлены на рисунке 4.4.
Содержание белка в молочном напитке, восстановленном по традиционной схеме (контроль), составило 2,69 %, что не соответствует требованиям ГОСТ Р 52090-2003 и одной из причин этого может быть низкая степень восстановления. Обработка ультразвуком смеси СОМ и воды подтверждает ранее сделанные выводы о положительных тенденциях в разрушении агломератов частиц сухого молока и диссоциатов воды, что делает их доступнее для взаимодействия, и как следствие интенсифицирует процесс восстановления, а также подтверждает данные о возрастающей влагоудерживающей способности белковой фракции. полочный напиток мол очный напиток молочный натппок мол очный напиток (контроль) (на основе молока- (на основе молока- (на основе мол ока сырья3.2 ) СырьяЗ.Э ) сырья3.4ф) коды восстановленного молока-сырья, на основе которого произведено питьевое молоко .
С данными по изменению содержания массовой доли белка в образцах согласовываются результаты определения массовой доли лактозы (рисунок 4.6). Известно, что при восстановлении вода выщелачивает с поверхности частиц сухого молока основные компоненты в следующей последовательности: лактоза минеральные вещества сывороточные белки. Затем проникает внутрь агломератов и выщелачивает указанные компоненты с внутренней части сухих веществ [85]. Ультразвуковое воздействие совместно на сухое молоко и воду помимо разрыва водородных связей в воде еще и разрушает агломераты частиц, что ускоряет процесс взаимодействия воды с единичными частицами и облегчает процесс выделения лактозы. Поэтому обработка на этапе механической смеси СОМ и воды дает лучший эффект по восстановлению лактозы (3,75±0,02%).
Этот показатель также коррелирует с показателем индекса растворимости (-0,8). В среднем повышение массовой доли лактозы при ультразвуковой обработке составляет 0,9…6,5 % в зависимости от условий ультразвуковой обработки.
Массовые доли белка и лактозы в молочном напитке определяют показатель СОМО (рисунок 4.7). Сопоставление результатов определения массовой доли лактозы и СОМО в образцах молочного напитка, полученных по разработанным технологиям, с контрольным образцом позволило выявить положительные тенденции по интенсификации процессов восстановления (рисунок 4.8). Результаты определения плотности образцов молочного напитка, кг/м3 Результаты определения плотности коррелируют с результатами оценки массовых долей белка и лактозы, а также СОМО, и подтверждают общую тенденцию по интенсификации процессов восстановления сухого молока при обработке ультразвуком механической смеси сухого молока и воды (образцы 3.2 и 3.4 ), обработка только воды дает менее выраженное изменение показателей качества в сторону увеличения значений, в частности по плотности оно составляет 1030,36 кг/м3 (+0,05 % по отношению к контролю), тогда как в образцах 3.2 и 3.4 – около 0,3 % по отношению к контролю.
Известно, что температура замерзания зависит от концентрации истинно растворимых компонентов молока. Лактоза и ионы макроэлементов обеспечивают около 80 % снижения температуры замерзания, оставшаяся часть приходится на небелковые соединения [113, 115], следовательно, сдвиг значений температуры замерзания свидетельствует о полноте протекания процессов восстановления. Так, по данным А. Тёпела, диапазоном замерзания нормального молока является температура от -0,520 до -0,550 С, для наших образцов после проведения ультразвуковой обработки температура замерзания составляла от -0,501 до -0,529, для молочного напитка двухэтапной обработки снижение показателя составило на 7,5 % по отношению к контролю (рисунок 4.10).
