Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Литературный обзор 7
1.1 Особенности производства продуктов с взбитой структурой 8
1.1.1 Теоретические аспекты и научные принципы пенообразования 9
1.1.2 Виды пенообразователей, применяемых в пищевой промышленности и общественном питании 14
1.2 Стабилизаторы консистенции пищевых продуктов 17
1.3 Химический состав и свойства сухого обезжиренного молока и сухой молочной сыворотки 22
1.4 Химический состав и технологические свойства овощей, плодов и ягод 28
1.5 Использование молочного и растительного сырья при производстве комбинированных продуктов 43
1.6 Заключение по обзору литературы.
Цель и задачи исследований 50
ГЛАВА 2. Объекты и методы исследований : 52
2.1 Объекты исследований 54
2.2 Методы исследований 55
2.3 Математическая обработка результатов экспериментов 57
ГЛАВА 3. Экспериментальная часть
3.1 Маркетинговые исследования 58
3.2 Изучение пенообразующих свойств восстановленного обезжиренного молока и восстановленной молочной сыворотки 66
3.2.1 Влияние белков на пенообразующие свойства восстановленных молочных основ при различных температурах взбивания 67
3.2.2 Изучение процесса пенообразования бинарной системы при различных соотношениях сухого обезжиренного молока и сухой молочной сыворотки 71
3.2.3 Влияние рН среды на пенообразующие свойства восстановленного обезжиренного молока 73
3.2.4 Влияние сахара на пенообразующие свойства восстановленного обезжиренного молока 74
3.2.5 Влияние температуры пастеризации на пенообразующие свойства восстановленного обезжиренного молока 75
3.2.6 Влияние интенсивности и продолжительности взбивания на процесс пенообразования 76
3.3 Математическое планирование эксперимента 78
3.4 Разработка технологии плодовых, ягодных, овощных наполнителей для взбитых десертов 83
3.4.1 Изучение показателей безопасности подварок 88
3.5 Разработка технологии взбитых десертов на молочно-растительной основе 90
3.5.1 Исследование влияния подварок на молочную основу 90
3.5.2 Определение оптимального количества стабилизаторов 94
3.6 Математическое обоснование органолептических показателей взбитых десертов 98
3.7 Технологический процесс производства взбитых десертов 102
3.8 Комплексная оценка качества взбитых десертов 103
3.8.1 Реологические характеристики взбитых десертов 103
3.8.2 Изучение показателей безопасности взбитых десертов 105
3.8.3 Изучение пищевой ценности взбитых молочных десертов 107 <
3.8.4 Изучение биологической ценности и перевариваемости взбитых молочных десертов 108
ГЛАВА 4. Практическая реализация результатов работы
4.1 Рецептуры и технологические схемы производства взбитых молочных десертов 111
4.2 Расчет себестоимости взбитых десертов на молочно-растительной основе 118
Выводы 128
Список использованных источников
- Теоретические аспекты и научные принципы пенообразования
- Использование молочного и растительного сырья при производстве комбинированных продуктов
- Изучение пенообразующих свойств восстановленного обезжиренного молока и восстановленной молочной сыворотки
- Расчет себестоимости взбитых десертов на молочно-растительной основе
Теоретические аспекты и научные принципы пенообразования
Теоретические аспекты пенообразования молока и молочных продуктов нашли свое отражение в трудах П.А. Ребиндера, Н.Н. Липатова (старшего), А.Г. Храмцова, Г.В. Твердохлеб, и других отечественных ученых.
Пена представляет собой дисперсную систему, состоящую из пузырьков газа, разделенных прослойками жидкости, которая образуется при смешивании жидкости с газом во время ее переработки, транспортировки или при внедрении в нее газа. По Ребиндеру, они относятся к структурированным системам. Пены являются термодинамически неустойчивыми системами, так как имеют сильно развитую поверхность раздела фаз. В связи с этим, процессы в пенах имеют тенденцию к коалесценции, связанную с сокращением поверхности, а, следовательно, и с уменьшением поверхностной энергии. Устойчивое состояние системы соответствует полной коалесценции, то есть расслоению системы с превращением в две объемные фазы "жидкость - газ" с минимальной поверхностью раздела [95, 96, 100].
Чистые жидкости не способны образовывать пены с высокой стабильностью. Однокомпонентная система с достаточно большой поверхностью быстро разрушается независимо от значения поверхностного натяжения. Разрушение пены объясняется наличием избытка поверхностной энергии межпленочной жидкости (синерезиса), диффузии газов между пузырьками, разрыва индивидуальных пленок пены [96,101, 102, 119, 125].
В течение некоторого времени после образования, пена находится в гидростатическом равновесии. Эта стадия характеризуется перераспределением жидкости между отдельными элементами пены, после чего гидростатическая устойчивость нарушается, наступает истечение жидкости, что приводит к уменьшению поперечного сечения каналов, следствием чего является возникновение градиента капиллярного давления. При этом происходит слияние мелких пузырьков в более крупные, образуется нестабильная система, происходит разрушение системы, характеризующееся уменьшением поверхности раздела фаз [119,125].
Различают два вида устойчивости пены: - кинетическая устойчивость (седиментационная) — способность системы сохранять неизменным во времени распределение частиц дисперсной фазы в объеме системы, т.е. способность системы противостоять силе тяжести; - агрегативная устойчивость - способность сохранять неизменным во времени размеры частиц дисперсной фазы и их индивидуальность. Приближенным показателем дисперсности может служить средний диаметр газовых пузырьков в пене. Как правило, чем выше дисперсность пены, тем меньше размер пузырьков, тем выше ее устойчивость [96, 102, 125].
Исследования академика П.А. Ребиндера показали, что устойчивость пен определяется механическими свойствами адсорбционных слоев. Эти слои замедляют стекание жидкости в пленке, уменьшают скорость их утончения и предохраняют пузырьки пены от коалесценции. Кроме того, эти слои, придавая пленке пен высокую структурную вязкость и механическую прочность, создают упругий каркас, сообщая пене определенные физико-механические свойства твердого тела [81,95,125]. Стабилизирующее действие адсорбционных слоев связано также с подвижностью молекул адсорбционного слоя и силой сцепления между молекулами. С увеличением насыщения адсорбционного слоя поверхностно-активным веществом (ПАВ), сила сцепления между молекулами растет, а подвижность жидкости падает [102, 125].
Термодинамический фактор устойчивости пен основан на представлении существования расклинивающего давления, возникающего в пленке пены при сближении двух пузырьков пены между собой. Причиной этого являются силы отталкивания, возникающего между двойными электрическими слоями, образованными ионами пенообразователя при их сближении [96, 118, 125].
Устойчивость пены зависит также от дисперсности. Обычно, свежеприготовленная пена состоит из сферических пузырьков, разделенных толстыми стенками жидкости. С течением времени пена постепенно изменяет свою структуру — превращается в систему из многогранных пузырьков, разделенных плоскими пленками. Одновременно происходит изменение удельной поверхности пены за счет диффузии газа из маленьких пузырьков в большие вследствие разности капиллярных давлений. По причине исчезновения маленьких пузырьков, общее их количество в данном объеме пены уменьшается, устойчивость пены падает [96, 100, 125].
Образование и изменение структуры пены обусловлено физико-химическими, биохимическими, коллоидно-капиллярными процессами и всегда приводит к изменению первоначальных свойств системы [81].
Выделяют основные свойства, которые всесторонне характеризуют пенную систему [89, 95, 97, 105]: - пенообразующая способность раствора - количество пены, выраженное объемом или высотой столба, которое образуется из постоянного объема раствора при соблюдении определенных условий в течение заданного времени; - кратность пены - отношение объема пены к объему раствора, пошедшего на его образование; - стабильность пены - способность пены сохранять общий объем, дисперсный состав и препятствовать истечению жидкости; - дисперсность пены, которая может быть задана средним размером пузырька, распределением пузырьков по размерам или поверхностью раздела "жидкость-газ" в единице объема.
По характеру структуры, взбитые массы относятся к неньютоновским жидкостям, то есть к системам, вязкость которых при заданных параметрах зависит от напряжения сдвига или градиента скорости и описываются нелинейными кривыми течения (уравнение Гершеля-Балкли), которое имеет вид [70]:
Использование молочного и растительного сырья при производстве комбинированных продуктов
Традиционным пенообразователем является яичный белок, который бывает свежим, мороженным и высушенным, а также законсервированным с сахаром.
Пенообразующая способность яичных белков определяется их поверхностной активностью и образованием структурированных поверхностных слоев на границе раздела с воздухом. Хорошо взбитые белки увеличиваются в объеме в 5-8 раз и сохраняют форму. Недостаточно взбитые белки имеют невысокую прочность межфазных адсорбционных слоев и при соединении с другими продуктами быстро уменьшаются в объеме [19, 27].
В процессе длительного взбивания белков дисперсность пены и поверхность ее раздела резко возрастают, а толщина пленок дисперсионной среды уменьшается. При этом белки денатурируют и афегируют, в результате чего пена теряет эластичность и становится хрупкой [19].
Яичный белок широко применяют как пенообразователь в кондитерском производстве при производстве пастилы, отделочных полуфабрикатов для тортов, пирожных, взбивных конфетных масс и т.п.[19, 95].
При производстве некоторых сладких блюд и кондитерских изделий в качестве пенообразователя используют сливки или сметану с содержанием жира 35% и 36% соответственно. Во время взбивания в системе накапливаются пузырьки воздуха, на поверхности которых образуется межфазный адсорбционный слой из белков и фосфолипидов. Жировая фаза концентрируется между воздушной фазой, образуя гроздья, количество которых растет по мере увеличения продолжительности взбивания. При длительном взбивании частицы жировой фазы разрушаются и образуют масляную фазу [19].
Прочность пены зависит от размеров частиц жировой фазы: чем они крупнее (до известных пределов), тем прочнее пена. Гомогенизированные сливки с мелкими частицами жировой фазы не взбиваются, так как белок, участвующий в формировании структуры пены, адсорбируется на увеличившейся поверхности жировой фазы [19, 81].
Однако указанные пенообразователи являются дорогостоящими, а в связи с увеличением объема производства взбитых продуктов, потребовалось изыскание новых видов пенообразователей [96].
В США разработан способ получения стойкой пенообразующей смеси сывороточных белков. Готовят смесь содержащую 1-15% водные растворы изо-лятов или концентратов сывороточных белков, 0.5-5% водорастворимых солей кальция, 0.5-35% метанола, пропанола или изотанола. В смеси устанавливают отношение жира к водному раствору сывороточных белков в пределах 1:1 до 13:1, рН 7 и аэрируют до получения пенообразного продукта [81, 97, 98].
В Польше запатентован способ получения пенообразующего препарата на основе молочной сыворотки, которую стерилизуют, охлаждают и фильтруют, затем добавляют 15-25% крахмала, нагревают до 80-85С в течение 5-10 минут и сушат в распылительной сушилке до влажности 5%. При необходимости пенообразователь восстанавливают и взбивают при охлаждении. За счет внесенного крахмала пена является достаточно устойчивой [118].
Перспективным пенообразователем является казеин, обработанный экструзией. Для его получения сухое обезжиренное молоко восстанавливают, подкисляют и обрабатывают экструзией. Благодаря экструзии можно модифицировать функциональные свойства традиционных пенообразователей. При экстру-зионной обработке казеина происходит модификация структуры макромолекул и изменение его физико-химических, технологических и биологических свойств. При этом казеин переходит в параказеин (продукт можно получить с нормальным и низким содержанием кальция). Одновременно происходит увеличение его растворимости, водо- и жиропоглащающей способности, пенообра-зующей и эмульгирующей способности. Благодаря указанным функциональным свойствам, на основе экструдированных казеинов можно получать стойкие пенообразные системы, которые будут основой для получения комбинированных взбитых продуктов [26, 95, 125].
Помимо сырья молочного происхождения, считают, что можно получить стойкие пищевые пены на основе рыбных гидролизатов. В нашей стране запатентованы способы получения продуктов подобного типа. Предложен способ гидролиза рыбных белков, включающий измельчение сырья и электрохимическую его обработку. В результате получен гидролизат, характеризующийся содержанием 78,3% общего азота и способностью образовывать пены [95].
Определенными пенообразовывающими свойствами обладают сывороточные белки крови. Товарный кровяной альбумин представляет собой сыворотку крови, высушенную в распылительных сушилках. В небольших количествах применяют пастеризованную невысушенную сыворотку. Так, при производстве пастилы одну часть яичного белка заменяют на кровяной альбумин. Кровяной альбумин используют также при производстве халвы и бисквитных полуфабрикатов [62, 95].
Большим резервом в выпуске продукции с пенной структурой является сырье растительного происхождения.
Сравнительный анализ жироэмульгирующей, жиросвязывающей и пено-образующей способностей белковой муки из побочных продуктов растительного и животного происхождения показал целесообразность ее применения в производстве пищевых продуктов и полуфабрикатов эмульсионного, взбивного и других типов [5,95]. Соевые белки также являются перспективными пенообразователями. Абрамовой Ж.И., Батраевым М.Д. исследовано влияние концентрации раствора (8-15%), рН среды и температуры на пенообразующие свойства пищевого модифицированного соевого белка, используемого при изготовлении кондитерских изделий. Определено оптимальное время взбивания при различных скоростных режимах. Установлено, что оптимальная пенообразующая способность и стабильность пен находятся при концентрациях раствора 10-13% и рН 6,8-7,0. Пена стабильна при температурах до 40С, при действии более высоких температур стабильность снижается [5, 26, 95].
Модифицированные путем тепловой обработки и гидролиза соевые белки улучшали свои пенообразующие свойства, что позволяет их использовать в качестве заменителя яичного белка при приготовлении вспененных продуктов.
В производстве взбивных продуктов в качестве пенообразователя возможно использование экстракта солодкового корня, однако, его использование ограничено специфическим вкусом и появлением бурого цвета после тепловой обработки [77, 95].
Запатентован способ получения пенообразователя с использованием сока винограда сорта Рубиновый Магарач. На основании результатов экспериментов было установлено, что пенообразующие свойства винограда указанного сорта проявляются при массовой концентрации Сахаров, превышающей 14% [95].
Существуют и другие пенообразователи. Например, гидролизованные или фосфолированные белки дрожжей способны образовывать высокократные и устойчивые пены. Пенообразующей способностью обладают пектины, экстракты трав, ягод, а также гликозиды, их эфиры и другие соединения [84].
Изучение пенообразующих свойств восстановленного обезжиренного молока и восстановленной молочной сыворотки
Таким образом, анализ проведенных исследований показал, что в настоящее время на рынке города Кемерово ассортимент взбитых десертов на молочной основе недостаточен и представлен несколькими наименованиями, например, десерт "Фантазия" и взбитый творог "Уникальный", которые включают в свой состав искусственные ароматизаторы и красители, в то время как, больше половины потребителей (83%) предпочитают продукцию на основе натурального сырья. В продукции, выпускаемой предприятиями общественного питания, десерты на молочной основе пользуются неизменно повышенным спросом. Это объясняется не только хорошими вкусовыми качествами, но и высокой пищевой и биологической ценностью. Однако в качестве молочной основы используют высококалорийное и дорогостоящее сырье (сливки, сметана).
В связи с вышеизложенным, разработка технологии производства десертов на основе натурального, общедоступного и недорого сырья является актуальным и своевременным.
В данной работе предлагается использовать вторичные продукты переработки молока и сырье растительного происхождения, а именно: сухое обезжиренное молоко и сухую молочную сыворотку, которые являются концентратом биологически - активных веществ, часть из которых обладает поверхностно - активными свойствами. В этой связи целесообразным является их использование для производства продуктов с дисперсной структурой. Кроме того, сухое обезжиренное молоко и сухая молочная сыворотка обладают продолжительным сроком хранения и являются транспортабельным сырьем. Плодово-ягодное и овощное сырье, обладает необходимыми признаками для массового использования - является распространенным, общедоступным и дешевым сырьем.
Таким образом, создание новых видов качественных продуктов, доступных для основных слоев населения, позволит расширить ассортимент предприятиям молочной промышленности и общественного питания. 3.2 Изучение пенообразующей способности восстановленного обезжиренного молока и восстановленной молочной сыворотки
Для производства молочного десерта в качестве молочной основы нами были выбраны сухое обезжиренное молоко (СОМ) и сухая молочная сыворотка (CMC) (подсырная). Характеристика молочного сырья, использованного для проведения экспериментов, приведена в таблице 3.2.
В литературе имеется достаточное количество сведений о пенообразующей способности сухого обезжиренного молока, а также существуют доказательные рекомендации по его использованию в качестве пенообразователя, в то время как пенообразующая способность сухой молочной сыворотки изучена недостаточно. В связи с этим представляет интерес изучение процесса пенообразования восстановленной молочной сыворотки, восстановленного обезжиренного молока и комбинации этих продуктов, а также влияние различных технологических факторов, таких как концентрация пенообразователя, температура взбиваемой смеси, рН среды, количество вносимого сахара, температура пастеризации молочной основы, частота вращения рабочего органа, продолжительность взбивания. 3.2.1 Влияние белков на пенообразующие свойства восстановленных молочных основ при различных температурах взбивания
Из литературных источников известно, что на процесс пенообразования влияет соотношение компонентов взбиваемой системы. С целью определения оптимального количества пенообразователя, сухое обезжиренное молоко и сухую молочную сыворотку восстанавливали водой в различных соотношениях (то есть основы-получали с различным содержанием сухих веществ, а, следовательно, белка, который оказывает значительное влияние на пенообразующие свойства). Полученные молочные основы пастеризовали в течение 30 минут при температуре t=65C и охлаждали до температуры t=20C, затем взбивали до максимально-возможного столба пены, который определяется методом кратности пен (отношение конечной высоты столба пены к начальной, выраженное в %). Устойчивость взбитой массы определяли по отношению высоты столба пены после 3-х часов выдержки к первоначальной и выражали в процентах. Результаты эксперимента представлены в таблицах 3.3,3.4.
Из анализа полученных данных видно, что восстановленная молочная сыворотка обладает определенной пенообразующей способностью, но показатели пенообразующей способности и устойчивости пены восстановленной молочной сыворотки несколько ниже показателей восстановленного обезжиренного молока.
На основании анализа экспериментальных данных установили, что максимальные значения показателей пенообразующей способности восстановленных молочных основ отмечены при массовой доле белков: 13,6% в системе «СОМ — вода» и 5,9% в системе «CMC — вода», что, очевидно, обусловлено оптимальной степенью гидратации белков. Однако в обоих случаях пена была нестабильной. Это можно объяснить перераспределением жидкости между отдельными элементами пены, а, следовательно, нарушением гидростатической устойчивости, а так как пены имеют сильно развитую поверхность раздела фаз, процессы в пенах имеют тенденцию к коалесценции, связанную с уменьшением поверхностной энергии, что приводит к разрушению пены.
Анализ данных таблиц показал, что повышение температура отрицательно влияет на пенообразующую способность восстановленного обезжиренного молока. Необходимо отметить, что на процесс пенообразования восстановленной молочной сыворотки повышение температуры не оказывает значительного воздеиствия. Возможно это связано с химическим составом и свойствами продуктов переработки молока. В таблицах не приведены показатели устойчивости пены молочных основ, так как пены были нестабильными, то есть процесс разрушения протекал с высокой скоростью. Можно предположить, что это происходит вследствие оттока жидкости с пленок и разности давления газа в пузырьках, в результате чего происходит быстрый перенос газа от более мелких пузырьков к более крупным, что приводит к процессу коалесценции пены.
Считали целесообразным установить влияние пониженной температуры на пенообразующую способность и устойчивость пены восстановленного обезжиренного молока и восстановленной молочной сыворотки. Из литературных источников известно, что охлаждение благоприятно влияет на процесс пенообразова-ния.
Расчет себестоимости взбитых десертов на молочно-растительной основе
Из анализа полученных данных видно, что введение подварок в молочную основу увеличивает значения показателей структурно-механических характеристик. Так при введении морковно-облепиховой подварки коэффициент консистенции увеличивается в 2,9 раза, а напряжение сдвига в 3,9 раза, при внесении яблочной подварки структурно-механические характеристики увеличиваются в 3 раза и 4,9 раза, клюквенно-свекольной подварки в 3 раза и 4,2 раза, кабачковой подварки в2,8 раза и 4,1 раза соответственно. Наиболее высокие значения показателей коэффициента консистенции и напряжение сдвига молочно-растительной основы отмечены при введении яблочной подварки. Это объясняется, вероятно, большим содержанием в яблоках пектиновых веществ и высокой степенью их метоксилиро-вания.
Определение оптимального количества стабилизаторов Считали целесообразным, для поддержания структуры использовать стабилизаторы, так как пены полученных молочно-растительных основ были нестабильны. Нами были выбраны желатин и крахмал, которые получили широкое распространение на предприятиях пищевой промышленности и общественного питания. И желатин, и крахмал просты в применении, доступны, обладают хорошей желирующей способностью и являются недорогостоящими. Устойчивые структурированные системы желатин образует при концентрации 1,5-3%. Важными свойствами крахмала являются температура клейстеризации, составляющая 55-80С и степень набухания, равная 1005%.
Как было отмечено ранее, пенообразующая способность восстановленной молочной сыворотки несколько ниже, чем пенообразующая способность восстановленного обезжиренного молока. В результате изучения возможного использования комбинации сухого обезжиренного молока и сухой молочной сыворотки в качестве пенообразователя было установлено, что молочная сыворотка снижает показатели пенообразующей способности и устойчивости молочной основы. Таким образом, представляло интерес изучить способ внесения восстановленной молочной сыворотки в десерт.
Перед внесением желатина в продукт его замачивают в воде. При взбивании растворов желатина образуется пена. Считали возможным использовать в качестве среды для набухания желатина восстановленную молочную сыворотку. Для этого, желатин и сухую молочную сыворотку соединяли с водой в соотношении 1:9,4, выдерживали для набухания в течение 1-1,5ч., растворяли при температуре t=75C, вливали тонкой струйкой суспензию крахмала, заваривали и охлаждали. В полученном комплексе определяли пенообразующие свойства. Результаты представлены в таблице 3,14.
Из анализа вышеприведенных исследований видно, что показатели пено-образующей способности комплекса, включающего в себя сухую молочную сыворотку выше в 1,7 раза показателей пенообразующей способности комплекса без введения сухой молочной сыворотки. Можно предположить, что стабилизаторы, используемые для приготовления взбитого десерта, образуют белково-полисахаридный комплекс, который усиливает пенообразующие свойства сухой молочной сыворотки, обеспечивая пышную консистенцию, характерную для взбитых десертов.
Представляло интерес изучить структурно-механические характеристики десертов с целью определения внесения оптимального количества стабилизаторов. Для этого в молочно-растительную основу вносили желатин в количестве 0,5 — 2,5% и крахмал в количестве 0,5 - 1,5%. Результаты представлены в таблице 3.15.
Уменьшение количества вводимых стабилизаторов приводит к снижению значений структурно-механических характеристик и в результате к разжижению структуры. В случае увеличения количества вводимых стабилизаторов показатели значений структурно-механических характеристик повышаются и продукт в результате имеет резинистую структуру.
Вышеприведенными исследованиями установлено, что при введении яблочной подварки в молочную основу значения показателей реологических характеристик несколько выше, чем значения показателей структурно-механических характеристик при введении других подварок.
Органолептическим методом нами установлено, что внесение яблочной подварки в количестве 27% является оптимальным.
Таким образом, можно предположить, что для стабилизации структуры десерта "Яблочко" потребуется меньшее количество желатина и крахмала. В связи с этим определяли реологические характеристики десерта с различным количеством стабилизаторов. Результаты проведенного эксперимента представлены в таблице 3.16.
Уравнение регрессии для определения зависимости органолептической оценки от соотношения пенообразователя и воды, от влияния количества вносимых наполнителей и стабилизаторов имеет следующий вид: Y2 = -l 15,000 + 58,333 Х4+ 63,167 Х5 + 7,475 Х6-26,000 Х4 Х5-3,125 Х4 Х6-2,917 Х5 Х6+ 1,250 Х4 Х5 Х6 (R = 0,99880; Var = 99,761 %) С целью выбора и обоснования рациональных режимов процесса ценообразования по уравнениям регрессии были построены поверхности отклика в виде графиков (рис.3.17-3.19), на которых изображены сечения поверхности отклика на уровнях, соответствующих определенным значениям, результирующего критерия. В результате анализа графических зависимостей представленных на рисунках установили, что для получения наибольших значений органолептических показателей необходимо: соотношение сухого обезжиренного молока и воды 1:1,8, 2,5% стабилизаторов и 25% подварки.
