Содержание к диссертации
Введение
1 Аналитический обзор 9
1.1 Пищевая и физиологическая ценность твердых сычужных сыров 9
1.2 Применение биологически активных добавок в производстве твердых сычужных сыров функционального назначения 17
2 Методическая часть 35
2.1 Методы исследования химического состава и свойств фосфолипидных продуктов 35
2.2 Методы исследования химического состава и свойств белковой биологически активной добавки «Чечевичка» 39
2.3 Методы исследования молока и твердых сычужных сыров 45
3 Экспериментальная часть 59
3.1 Обоснование выбора эффективной фосфолипидной добавки растительного происхождения 59
3.1.1 Исследование показателей качества и пищевой ценности фосфолипидных продуктов 59
3.1.2 Исследование микробиологических показателей и показателей безопасности фосфолипидных продуктов 63
3.1.3 Исследование технологических свойств фосфолипидных продуктов 65
3.2 Обоснование выбора эффективной белковой добавок растительного происхождения 68
3.2.1 Исследование показателей качества и пищевой ценности белковых добавок 68
3.2.2 Исследование микробиологических показателей и показателей безопасности белковых добавок 72
3.3 Исследование влияния фосфолипидной и белковой добавок на влагоудерживающую способность сырного теста 74
3.4 Исследование влияния композиционной добавки на реологические характеристики твердого сычужного сыра в процессе созревания 81
4 Оценка потребительских свойств твердого сычужного сыра, обогащенного композиционной добавкой 89
4.1 Исследование потребительских свойств твердого сычужного сыра, обогащенного композиционной добавкой 89
4.2 Исследование микробиологических показателей и показателей безопасности твердого сычужного сыра «Вита» 91
4.3 Исследование влияния композиционной добавки на сохраняемость твердого сычужного сыра 92
5 Исследование пищевой и физиологической ценности твердого сычужного сыра, обогащенного композиционной добавкой 97
6 Оценка экономической эффективности от внедрения разработанных технологических решений 100
Выводы 103
Список использованных источников 105
Приложения
- Применение биологически активных добавок в производстве твердых сычужных сыров функционального назначения
- Методы исследования химического состава и свойств белковой биологически активной добавки «Чечевичка»
- Обоснование выбора эффективной белковой добавок растительного происхождения
- Исследование микробиологических показателей и показателей безопасности твердого сычужного сыра «Вита»
Введение к работе
В Концепции государственной политики в области здорового питания большое внимание уделяется созданию качественно новых пищевых продуктов с заданным составом и функциональными свойствами, совершенствованию технологии обогащения молочных продуктов макро- и микронутриентами из сырья немолочного происхождения при полном соблюдении безопасности системы питания [1].
Значительная роль в реализации продовольственной безопасности принадлежит отечественной молочной промышленности. Одними из важных проблем в этой отрасли является: нехватка и качество молочного сырья. Ученые-специалисты и производители все большее внимание уделяют использованию немолочного сырья растительного происхождения [1,2].
В рамках концепции развития сыроделия предусмотрено проведение исследований по изысканию резервов увеличения объемов производства сычужных сыров за счет изменения структуры и рационального использования молока, включая вторичное молочное сырье, создания эффективных биотехнологий сычужных сыров с использованием сырья немолочного происхождения.
Актуальной проблемой является производство твердых сычужных сыров, обогащенных биологически активными добавками.
Однако, разработка технологий производства твердых сычужных сыров невозможна без учета современных научных исследований технологических и физиологических свойств применяемых биологически активных добавок, формирования структуры сыров в присутствии таких добавок, а также изменения физиологически функциональных ингредиентов в продукте при его хранении.
Учитывая это, разработка и исследование потребительских свойств твердых сычужных сыров, обогащенных биологически активными добавками, содержащими комплекс физиологически функциональных
5 ингредиентов и обладающими антиоксидантной способностью, является
актуальной.
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 настоящей работы является разработка и исследование потребительских свойств твердых сычужных сыров функционального назначения, обогащенных фосфолипидной и белковой добавками растительного происхождения.
В соответствии с поставленной целью необходимо было решить
следующие основные задачи:
- анализ и систематизация научно-технической литературы и патентной
информации по теме исследования;
-обоснование выбора фосфолипидного продукта растительного происхождения для регулирования технологических свойств сырного теста и обогащения твердого сычужного сыра физиологически функциональными ингредиентами;
- сравнительная оценка показателей качества, химического состава и
технологических свойств фосфолипидных продуктов растительного
происхождения;
- обоснование выбора белковой БАД растительного происхождения
для регулирования технологических свойств сырного теста и обогащения
твердого сычужного сыра физиологически функциональными
ингредиентами;
- исследование влияния добавок и способа их внесения на
технологические свойства сырного теста и органолептические показатели
качества твердого сычужного сыра;
- исследование влияния композиционной добавки на реологические
свойства твердого сычужного сыра в процессе созревания и выбор
оптимальной дозировки;
исследование влияния композиционной добавки на органолептические и физико-химические показатели качества твердого сычужного сыра;
исследование влияния композиционной добавки на
органолептические и физико-химические показатели качества твердого сычужного сыра в процессе хранения;
- исследование пищевой ценности твердого сычужного сыра,
обогащенного композиционной добавкой;
разработка комплекта технической документации на производство твердого сычужного сыра «Вита», включающего технологическую инструкцию и технические условия;
оценка экономической эффективности от внедрения разработанных технологических решений.
Научная новизна. Научно и экспериментально обоснована целесообразность и эффективность применения фосфолипидного продукта «Холин», состоящего из спирторастворимых групп фосфолипидов, полученного путем фракционирования подсолнечных активированных фосфолипидов с применением этилового спирта, и белковой БАД «Чечевичка», полученной из солода чечевицы с применением метода механохимической активации, в качестве добавок для регулирования технологических свойств сырного теста, повышения потребительских свойств и обогащения твердого сычужного сыра физиологически функциональными ингредиентами.
Впервые выявлено, что фосфолипидный продукт «Холин» и белковая БАД «Чечевичка» увеличивают влагоудерживающую способность сырного теста после прессования.
Выявлено положительное влияние композиционной добавки, состоящей из фосфолипидного продукта «Холин» и белковой БАД «Чечевичка», на реологические показатели твердого сычужного сыра, характеризующие его органолептические показатели, а именно консистенцию.
Показано, что обогащение твердого сычужного сыра композиционной добавкой позволяет увеличить сроки его годности, а также получить продукт функционального назначения.
Новизна работы защищена 4 патентами РФ на изобретения.
Практическая значимость. Выявлены оптимальные дозировки композиционной добавки, состоящей из фосфолипидного продукта «Холин» и белковой Б АД «Чечевичка», уточнены технологические режимы производства твердого сычужного сыра, обогащенного композиционной добавкой.
Разработаны рекомендации по обогащению твердых сычужных сыров композиционной биологически активной добавкой, состоящей из фосфолипидного продукта «Холин» и белковой биологически активной добавки «Чечевичка».
Разработан комплект технической документации, включающий технические условия и технологическую инструкцию на производство твердого сычужного сыра «Вита».
На защиту выносятся следующие основные положения
диссертационной работы:
- результаты сравнительной оценки показателей качества и
технологических свойств фосфолипидных продуктов отечественного и
импортного производства;
результаты оценки показателей качества белковой биологически активной добавки растительного происхождения для улучшения технологических свойств и обогащения твердого сычужного сыра физиологически функциональными ингредиентами;
результаты исследования влияния добавок и способа их внесения на технологические свойства и органолептические показатели качества твердого сычужного сыра;
- результаты исследования влияния композиционной добавки на
реологические свойства твердого сычужного сыра в процессе созревания и выбор оптимальных дозировок;
результаты исследования влияния композиционной добавки на потребительские свойства твердого сычужного сыра;
результаты исследования влияния композиционной добавки на органолептические и физико-химические показатели твердого сычужного сыра в процессе хранения;
результаты исследования пищевой ценности твердого сычужного сыра, обогащенного композиционной добавкой;
разработанный комплект технической документации на производство твердого сычужного сыра «Вита», включающего технологическую инструкцию и технические условия;
- результаты оценки экономической эффективности от внедрения
разработанных технологических решений.
Применение биологически активных добавок в производстве твердых сычужных сыров функционального назначения
В последние годы приоритетным направлением в пищевой промышленности является развитие ресурсосберегающих технологий. Они позволяют экономить традиционные виды сырья, увеличивать выход готового продукта, расширять ассортимент, регулировать пищевую и биологическую ценность, калорийность продуктов. Увеличение производства сыров, расширение их ассортимента, улучшение качества и функциональных свойств — эти проблемы остро стоят в молочной отрасли и нуждаются в решении. Существенно увеличить объемы выработки сыров в ближайшем будущем не представляется возможным из-за резкого снижения сырьевых ресурсов. Сокращение объемов закупаемого молока сопровождается значительным ухудшением его качества. Количество несыропригодного молока в некоторых регионах составляет более 85 %. Требования к качеству молока для сыроделия фактически не реализуются. Техническое оснащение сыродельных предприятий уступает мировому уровню из-за физического и морального износа оборудования, что обусловливает большие потери сырья и высокие затраты при его переработке [9].
Перспективным решением указанных проблем является разработка технологии производства сырных продуктов нового поколения на основе использования новых видов сырья немолочного происхождения и новых способов его обработки [10]. В соответствии с концепцией здорового питания основными принципами создания сыров и сырных продуктов со смешанным сырьевым составом являются: снижение калорийности, повышение содержания азотистых и биологически активных веществ, сбалансированность по жирнокислотному, аминокислотному, минеральному, углеводному составам с хорошим органолептическими показателями. Успешно развивается производство продуктов питания с комбинированным жировым составом.
Это относится и к молочным продуктам, включая сырные продукты. В их состав входят немолочные ингредиенты, преимущественно растительные жиры и полноценные белки. Эти продукты обладают повышенной биологической ценностью и диетическими свойствами за счет лучшей сбалансированности жирнокислотного состава путем увеличения содержания ненасыщенных и жирных полиненасыщенных кислот. Использование растительных жиров позволяет снизить в них калорийность и содержание холестерина [8,9]. Производство сырных продуктов с жирами растительного происхождения достаточно распространено за рубежом. Такие продукты находят своего потребителя, пользуются устойчивым спросом и высоко оцениваются даже в странах с развитым сыроделием. Первоначально основными категориями физиологически функциональных ингредиентов, предложенными японскими исследователями для производства функциональных пищевых продуктов, были молочно-кислые бактерии и бифидобактерии. В настоящее время этот перечень значительно расширился и включает: пищевые волокна, полиненасыщенные жирные кислоты, минеральные вещества, витамины, фосфолипиды, холины, органические кислоты. Физиологически функциональные ингредиенты широко используются для обогащения традиционных продуктов в целях придания им функциональных свойств (например, кальций, витамин D и К - для поддержания хорошего состояния костной ткани, Вб, В12, А, С, Е, фолиевая кислота, каротиноиды, линолевая, линоленовая кислоты, омега-3 жирные кислоты, фитостеролы, хитозан, пектины — для снижения риска сердечнососудистых заболеваний; витамины А, С, Е, цинк, железо, магний, аминокислоты - для поддержания хорошей физической и спортивной формы; различные пребиотики и пробиотики — для общей резистентности организма и сохранения нормальных функций пищеварительного тракта) [11]. Повышения функциональности продуктов можно добиться путем направленной коррекции их жирнокислотного, аминокислотного и минерального составов. Новое поколение пищевых продуктов с функциональными и улучшенными потребительскими свойствами, соответствующее современным представлениям науки о питании и запросам потребителей, создается именно за счет целенаправленного использования пищевых ингредиентов, к которым относятся пищевые добавки, ароматизаторы и технологические вспомогательные средства. Важными характеристиками продукта в глазах потребителя становятся источник его получения и тип обработки, что отражает тенденцию к потреблению натуральных продуктов питания [12,13]. Специалисты в области здорового питания единодушны в том, что жиры в нашем суточном рационе должны обеспечивать около 30% его калорийности при условии, что соотношение жирных кислот будет следующим: насыщенных-30%, мононенасыщенных-60% и полиненасыщенных- 10% [13]. Однако, ни в одном из природных жиров это соотношение не соблюдается.
Таким образом; сделать продукт функциональным можно лишь путем комбинирования жиров различного происхождения; Например, введением в его состав растительных масел с повышенным содержанием ненасыщенных жирных кислот [13]. Для повышения качества низкожирных сыров используют несколько путей: модифицируют технологию, применяют нетрадиционные виды и штаммы бактерий, ускоряющие протеолиз, добавляют в молоко имитаторы или заменители молочного жира [14]. Известный американский производитель молочных ингредиентов Land O Lakes решил обновить фирменную линию сырных порошков Cheddease, исключив из состава продукта частично гидрогенезированные масла. Эффективной заменой данных ингредиентов стало каноловое масло с характерным высоким содержанием олеина - вещество, на редкость совместимое с органолептическими свойствами большинства молочных продуктов.
Методы исследования химического состава и свойств белковой биологически активной добавки «Чечевичка»
Органолептические и физико-химические показатели изучали с использованием общепринятых методов анализа.
Массовую долю влаги определяли путём высушивания до постоянного веса при температуре 105 С [76].
Массовую долю белка определяли по количеству азота на приборе «Кьель-Фос-Автоматик», который в автоматическом режиме осуществляет базовую методику Кьельдаля [77].
Сущность метода сводится к нагреванию навески продукта в специальной тугоплавкой колбе с концентрированной серной кислотой при слабом кипячении, при этом углерод и водород органических соединений полностью окисляются до СОг и Н20 кислородом, получающимся в результате разложения серного ангидрида; азот же, освобождаемый в виде аммиака, дает с серной кислотой сульфат аммония.
Для выделения аммиака сульфат аммония разлагают концентрированным гидроксидом натрия.
По ГОСТ 25011 производится сжигание навески исследуемого образца в кислоте, охлаждение пробы, разбавление дистиллированной водой, нейтрализацию кислоты и отгонку аммиака с последующим титрованием кислотой его водного раствора. По автоматически фиксированному количеству кислоты, пошедшей на титрование, микропроцессор прибора осуществляет пересчет массовой доли белка, результаты которого высвечиваются на дисплее. Каждый раз перед началом работы па приборе осуществлялась его калибровка, предусматривающая сжигание 10 мл 3%-ного раствора сульфата аммония в 25 мл концентрированной серной кислоты в присутствии трех таблеток ртутного катализатора. Последующее проведение анализов предусматривало тщательную гомогенизацию образцов, взвешивание их на беззольной бумаге (масса навески 50 мг) с точностью до 2-10 г, заворачивание навески в эту бумагу и опускание образца в одну из шести колб, размещенных в «стартовой» зоне прибора, после чего результат выдавался на цифровом дисплее.
Аминокислотный состав белков изучали методом обращенно-фазовой высокоэффективной жидкостной хроматографии на автоматическом аминокислотном анализаторе «Миллихром А-02» отечественного производства.
Сущность метода заключается в расщеплении пептидных связей белка соляной кислотой при нагревании, получении фенилтиокарбомилпроизводных (ФТК) аминокислот и количественном определении их при помощи обращенно-фазовой высокоэффективной жидкостной хроматографии на сорбенте типа С-18 с использованием градиентного элюирования 0,1 М раствором ацетата аммония и ацетонитрила с 0,1 М раствором ацетата аммония в соотношении 50:50. При определении степени модификации каждой аминокислоты установлено, что реакция протекает количественно и площадь пика ФТК-производного пропорциональна содержанию соответствующей исходной аминокислоты в гидролизате образца.
Проба через автоматическую систему ввода анализатора подавалась сначала в ионообменную колонку, через которую также автоматически последовательно пропускались элюирующие буферные растворы. На выходе из колонки элюат смешивали с нингидрином, который при прохождении смеси через термостатируемый при 100 С капилляр окрашивал зоны, содержащие аминокислоты. Оптическая плотность окрашенных зон непрерывно измерялась по мере прохождения через кювету спектрофотометра при X = 254 нм (для пролина X = 440 нм) и фиксировалось самописцем на бумажной ленте.
Расчет массовых долей аминокислот в белке исследуемых образцов определяли после идентификации площадей пиков, вычерченных при прохождении через ионообменную колонку анализатора от стандартного раствора эталонных аминокислот по программе «Мультихром» для «Windows» по формуле: где Aj - массовая доля і-й аминокислоты, г/100 г белка; С - концентрация аминокислоты стандартного раствора, г/100 г белка; m - масса навески, г; V - объем гидролизата, мл; Sj - площадь пика і -й аминокислоты на аминограмме; Sj3 - площадь пика і-й эталонной аминокислоты.
В процессе кислотного гидролиза триптофан разрушается (на 80-90%), поэтому его определение проводили отдельно.. Для этого, навеску образца, содержащую около 25 мг белка, помещали в ампулу для гидролиза, добавляли 9 см3 2М раствора NaOH. Ампулу запаивали, помещали в термостат и выдерживали 16 часов при температуре ПО ± 2 С. Гидролизат после охлаждения нейтрализации смесью лимонной и концентрированной соляной кислот фильтровали через бумажный фильтр. Фильтрат использовали для определения триптофана на аминокислотном анализаторе. Соответствующие численные значения умножали на поправочный коэффициент, равный частному от деления априорно известной информации о массовой доле триптофана в контрольном белке на его массовую долю в этом белке, определенную в данной серии опытов.
Обоснование выбора эффективной белковой добавок растительного происхождения
В качестве контроля использовали твердый сычужный сыр «Богатырь Кубани» с низкой температурой второго нагревания с содержанием жира 45% (без введения добавок). Фосфолипидный продукт «Холин» вводили в виде эмульсии в обезжиренном молоке, а БАД «Чечевичка» - в виде суспензии в обезжиренном молоке на стадии получения нормализованной молочной смеси перед ее свертыванием. Предварительными опытами показано, что наиболее эффективно указанные добавки вводить при соотношении добавка:обезжиренное молоко, равном 1:5. Данные по влиянию фосфолипидного продукта «Холин» на влагоудерживающую способность сырного теста после прессования приведены на рисунке 3.3. Из приведенных диаграмм видно, что с увеличением дозировки фосфолипидного продукта «Холин» до 0,4% к массе молока влагоудерживающая способность сырного теста после прессования увеличивается до 135% по сравнению с контролем (без добавки), при этом дальнейшее увеличение дозировки фосфолипидного продукта не приводит к нарастанию влагоудерживающей способности сырного теста. На рисунке 3.4 приведены данные по влиянию белковой БАД «Чечевичка» на влагоудерживающую способность сырного теста после прессования.
Показано, что влагоудерживающая способность сырного теста, как с введением фосфолипидного продукта «Холин», так и с введением БАД «Чечевичка» выше по сравнению с контрольным образцом, что обусловливает эффективность применения этих добавок для регулирования технологических свойств и показателей качества твердых сычужных сыров. Следует отметить, что с увеличением дозировок фосфолипидного продукта «Холин» до 0,4 % и БАД «Чечевичка» до 0,2 % влагоудерживающая способность сырного теста после прессования увеличивается, дальнейшее увеличение дозировок не приводит к росту влагоудерживающей способности. Кроме этого, влагоудерживающая способность сырного теста с введением БАД «Чечевичка» выше, чем влагоудерживающая способность сырного теста с введением фосфолипидного продукта «Холин», что объясняется большей влагоудерживающей способностью БАД «Чечевичка» (135%) по сравнению с фосфолипидным продуктом «Холин» (115%). Полученные данные были подтверждены исследованиями ядерно-магнитных релаксационных характеристик протонов воды в образцах твердого сычужного сыра, позволяющих определить содержание прочносвязанной, связанной, слабосвязанной и свободной форм влаги в твердом сычужном сыре. В таблице 3.13 и на рисунках 3.5 и 3.6 приведены данные, характеризующие влияние фосфолипидного продукта и БАД «Чечевичка» на формы связи влаги в твердом сычужном сыре.
Исследование микробиологических показателей и показателей безопасности твердого сычужного сыра «Вита»
Учитывая, что одним из наиболее важных потребительских свойств пищевых продуктов является свойство сохраняемости, на следующем этапе исследовали влияние композиционной добавки на сохраняемость твердого сычужного сыра. Для этого сыр массой 2 кг, упакованный в термоусадочную пленку из полимерного материала, хранили при двух режимах: при температуре О С и относительной влажности воздуха 85% и при температуре 6 С и относительной влажности воздуха 80%. В таблицах 4.3 и 4.4 приведены данные по изменению органолептических показателей качества твердых сычужных сыров в процессе хранения. Для установления гарантированных сроков годности твердых сычужных сыров определяли изменение перекисных чисел липидов, выделенных из хранившегося твердого сычужного сыра «Вита», при различных режимах хранения. На рисунке 4.1 приведены данные по изменению перекисного числа липидов твердых сычужных сыров, хранившихся при температуре 0 С, а на рисунке 4.2 — при температуре 6 С.
Проведенные исследования показывают возможность увеличения сроков годности твердого сычужного сыра «Вита», обогащенного композиционной добавкой, на 15 суток по сравнению с твердым сычужным сыром «Богатырь Кубани». Эффективность применения композиционной добавки, содержащей фосфолипидный продукт «Холин» и БАД «Чечевичка», при производстве твердого сычужного сыра подтверждена исследованиями его пищевой и физиологической ценности. Из приведенных данных видно, что в составе твердого сычужного сыра «Вита» содержатся в большем количестве физиологически функциональные ингредиенты такие, как фосфолипиды, полиненасыщенные жирные кислоты, пищевые волокна, витамины В4 и Е, а также макро- и микроэлементы.
Следует отметить, что потребление 50 г твердого сычужного сыра «Вита» позволит удовлетворить суточную потребность в следующих физиологически функциональных ингредиентах: в фосфолипидах - на 48,3%; полиненасыщенных жирных кислотах - на 19,6%, кальции - 43,0%, фосфоре - на 40,8%, витамине Е - на 10,5%, витамине В4 - на 55%, железе -на 14,3%, цинке - на 45,7%. Таким образом, разработанный твердый сычужный сыр «Вита» можно позиционировать, как функциональный пищевой продукт. Опытная апробация разработанных технологических решений в условиях учебно-научно-производственного комплекса факультета инженерии, экспертизы и компьютерного моделирования высоких технологий Кубанского государственного технологического университета подтвердила эффективность обогащения твердого сычужного сыра композиционной добавкой, содержащей фосфолипидный продукт «Холин» и белковую Б АД «Чечевичка». На основании проведенных исследований был разработан и утвержден комплект технической документации, включающий технические условия и технологическую инструкцию на производство твердого сычужного сыра «Вита» (Приложения 1 и 2). Ожидаемый экономический эффект от производства и реализации разработанного твердого сычужного сыра «Вита» составит более 1,7 млн. рублей в год (Приложение 3).
