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
- Вода как фактор качества восстановленных продуктов переработки молока
- Технология восстановления сухого молока как фактор качества восстановленной продукции переработки молока
- Исследование качества сухого обезжиренного молока
- Исследование качества и потребительских свойств молочного напитка
Введение к работе
Актуальность темы диссертации. Основной целью государственной политики Российской Федерации в области здорового питания являются сохранение и укрепление здоровья населения, профилактика заболеваний, обусловленных неполноценным и несбалансированным питанием. Концептуальным направлением в укреплении и сохранении здоровья обучающихся образовательных учреждений является снижение риска возникновения заболеваний путм определения отклонений в их организованном питании с последующей коррекцией выявленных нарушений.
В Тюменской области отмечается заметное ухудшение состояния здоровья детей и подростков, обусловленное неадекватным питанием, в том числе значительным употреблением продуктов глубокой технологической переработки с длительными сроками хранения, продукции предприятий быстрого питания с низкой пищевой и физиологической ценностью. Усиливают негативные факторы высокие умственные и психофизические нагрузки, которые испытывает современный школьник, неблагоприятные экологические условия, возрастание степени загрязнения продуктов питания ксенобиотиками различного происхождения. Как следствие наблюдается увеличение числа школьников, у которых диагностируются отдельные алиментарнозависимые заболевания.
Кроме того у некоторых детей и подростков отмечается нарушение внимания, неспособность сконцентрироваться, гиперактивность, проявляющаяся в непоседливости и суетливости. Вс это сказывается на успеваемости и интеллектуальном развитии школьников. Предполагают, что указанные нарушения могут быть последствием гиповитаминозов, поэтому ежедневное использование продуктов питания, содержащих витамины и минеральные вещества в физиологически обоснованных количествах, может оказывать корригирующее воздействие, устраняя отмеченные нарушения.
Решение указанных проблем может быть найдено в развитии производства продуктов функционального, лечебно-профилактического назначения, предназначенных для питания школьников в образовательных учреждениях (ОУ), содержащих дефицитные нутриенты, соответствующие потребностям детского и подросткового организма.
Учитывая высокую потребность растущего организма в жидкости и большой объем напитков, потребляемый детьми школьного возраста, создание быстрорастворимых порошкообразных концентратов напитков (БПКН) для школьников на основе местного дикорастущего лекарственно-технического сырья, обогащнных дефицитными для Западно - Сибирского региона макро- и микронутриентами является актуальным.
Степень разработанности темы исследования. Организация питания школьников - не только вопрос здоровья и экономического благополучия страны это ещ и межотраслевая проблема, обусловившая необходимость разработки и создания единого механизма с учтом технологических, медицинских, социальных, правовых и финансовых аспектов его координации. Исследова-
ния, проведнные российскими учными Зайко Г.М., Конь И.Я., Маюрниковой Л.А., Позняковским В.М., Покровским В.И. Тутельяном В.М. и др., показали, что рационы школьного питания во многих регионах России не соответствуют потребностям растущего организма. Поливитаминный дефицит, сочетаясь с недостаточным поступлением в организм детей кальция, магния, железа, селена и йода, негативно влияет на состояние здоровья детей и подростков.
Многолетними наблюдениями учных Спиричева В.Б., Мартинчик А.Н., Тамовой М.Ю., Шатнюк Л. Н. доказано, что подростковый возраст характеризуется и наибольшей абсолютной потребностью в энергетических и пластических материалах. В результате исследований Бутиной Е.А., Ивановой Т.Н., Калманович С.А., Ладодо К.С., Липатовым Н.Н., установлено, что отрицательным моментом в питании детей является высокий уровень потребления животных жиров при недостаточном количестве в рационе пищевых волокон. В настоящее время в разных странах выявлен ряд проблем со здоровьем детей, непосредственно связанных с питанием, а, следовательно, накоплен определн-ный опыт их решения представленный ZimmermannM., Yoshida, Y., Wang, X., MertzW., BratterV. и др.
Целью диссертационной работы является теоретическое и экспериментальное обоснование создания БПКН на основе местного дикорастущего растительного сырья и функциональных ингредиентов, обусловливающих их профилактические свойства.
В соответствии с поставленной целью решали следующие задачи:
изучить фактическое питание школьников Тюменской области;
провести анализ состояния здоровья школьников Тюменской области;
исследовать предпочтения школьников при выборе продуктов питания;
- изучить показатели безопасности, общий химический состав и состав
биологически активных веществ (БАВ) растительного сырья;
- разработать технологию производства БПКН из растительного сырья;
исследовать показатели качества, безопасности и пищевой ценности БПКН;
обосновать выбор источника фосфолипидов и дефицитных минеральных элементов в качестве физиологически функциональных ингредиентов;
разработать технологию получения и дать оценку физиологическим свойствам фосфолипидно-кальциевого комплекса;
разработать рецептуры и оценить потребительские свойства БПКН;
исследовать влияние условий и сроков хранения на изменение потребительских свойств БПКН;
установить оценку физиологически функциональных свойств напитков, провести медико-биологические и клинические исследования;
- разработать комплекты технической документации на БПКН, обосно
вать экономическую эффективность предложенных решений.
Научная концепция. Формирование функциональных свойств напитков для школьников старшего возраста (14-18 лет) путем комплексного использо-
вания местного дикорастущего растительного сырья и фосфолипидных БАД с учетом состояния питания и здоровья подростков, проживающих в условиях Тюменской области.
Научная новизна.
Впервые комплексно изучено фактическое питание школьников Тюменской области в образовательных учреждениях (ОУ) как важный фактор, определяющий состояние их здоровья.
Установлена степень соответствия пищевой ценности школьных рационов организованного питания в сельских и городских образовательных учреждениях Тюменской области практически по всем основным нутриентам. Результаты исследований подтвердили зависимость между дефицитом нутриентов в рационах и ростом алиментарнозависимых заболеваний.
Представлена модель системы организации питания школьников с учтом региональных особенностей, сущность которой заключается в концентрации и управлении трудовыми, материально - техническими, сырьевыми и другими ресурсами в системе образования.
На основе маркетинговых исследований в системе мониторинга изучены потребительские предпочтения школьников при выборе продуктов питания: стабильное и достаточно высокое (24-26%) потребление напитков во всех возрастных группах детей; установлена тенденция снижения потребления кондитерских изделий, незначительное повышение в потреблении мяса и рыбы и значительное потребление кулинарной продукции предприятий быстрого питания.
Разработаны технологические режимы и параметры периодического процесса экстракции дикорастущего растительного сырья методом электродиализа (гидромодуль для ягод 1:2, растительного сырья 1:1;сила электрического тока при воздействии на поверхность раствора, А (0,85-1,05); время экстракции 35 -50 мин с проведением предварительного ферментативного гидролиза).
Показано преимущество комплексного использования процесса водно-ферментной экстракции и воздействия электрического потенциала на поверхность растительного сырья, позволяющее повысить интенсивность диффузии БАВ сырья в экстракте от 1,2 до 1,7.
Разработана установка для проведения периодического процесса электродиализа - (экстрактор) ЭМ-60, определены оптимальные режимы экстракции.
Предложена технология получения фосфолипидного комплекса, обогащнного кальцием в виде БАД «Витол-ФЭИ-Са», предназначенного для использования в качестве функционального ингредиента. Обосновано количественное и качественное соотношение фосфолипидного комплекса БАД «Витол-ФЭИ» и Са, в составе хлорида кальция (СаСЬ), позволяющее повысить усвояемость дефицитного макроэлемента Са, доказанную медико - биологическими исследованиями (уровень биодоступности Са повышен на 19,5%) при включении в рацион фосфолипидного комплекса «Витол-ФЭИ-Са» по сравнению с контролем.
Обосновано использование для обогащения БПКН из физиологически ценного растительного сырья, БАД «Витол-ФЭИ-Са», как источника физиологически активных ингредиентов - фосфатидилсерина и биодоступного кальция.
Подтверждены клиническими исследованиями функциональные свойства напитков: антиоксидантные, иммуномодулирующие, гипохолестеринемиче-ские. Отмечалось повышение концентрации внимания (24-30,5%), увеличение емкости памяти (23-29%) и снижение утомляемости (20-25%), развитие острореспираторных заболеваний в опытной группе по сравнению с контрольной.
Теоретическая и практическая значимость работы. Значительная часть исследований выполнена в соответствии с планом НИР ТюмГНГУ, а также в рамках:
целевой программы «Здоровое питание» на тему «Совершенствование организации питания обучающихся в общеобразовательных учреждениях города Тюмени» на период 2007-2009 годы (распоряжение администрации г. Тюмени от 26.01.2007 года №69-рк);
программы «Совершенствование организации школьного питания в образовательных учреждениях Тюменской области» на период 2009 - 2011 годы (НИР по контракту с департаментом образования и науки администрации Тюменской области 370 - ДОН (40-08ДО/12));
- «О целевой программе Ханты-Мансийского автономного округа - Югры
«Чистая вода» на 2011 - 2013 годы» (Постановление Правительства Ханты-
Мансийского автономного округа - Югры от 19 ноября 2010 года №297-п).
Теоретическая значимость исследований заключается в предложенном методологическом подходе к формированию функциональных свойств напитков, как потребительской стоимости, включающей социальный эффект и экономическую эффективность. Рекомендовано проводить оценку эффективности рецептуры (функциональные свойства) и технологии (экономическая эффективность) с помощью методов функционально-физического и функционально-стоимостного анализов.
Результаты исследований легли в основу разработки технологии производства БПКН на основе местного дикорастущего лекарственного растительного сырья и фосфолипидного комплекса, предназначенных для профилактического использования в питании школьников. Разработана установка для проведения периодического процесса электродиализа - (экстрактор) ЭМ-60, определены рациональные режимы экстракции.
Получено Заключение о результатах медико-биологических исследований (№79 от 15.05.2011г). Напитки внедрены на предприятиях: ОАО Комбинат школьного питания «Центральный» (г. Тюмень, акты о внедрении №2 от 01.09.2011г, №12 от 16.10.2011г); МОУ СОШ №157 (г. Екатеринбург, акт о внедрении №10 от 18.11.2011 г); областная клиническая больница (ОКБ) №2 (г. Тюмень, акт о внедрении № 24 от 15.04.2012г). Подготовлены и внедрены методические рекомендации по использованию быстрорастворимых концентратов напитков в профилактическом питании в ОКБ №2 г. Тюмени (МР №5 от 10.12.2011г). На производство БПКН разработана нормативная и техническая
документация: ТУ 9185-001-02069349-2011 «Концентрат порошкообразный, быстрорастворимый из ягод брусники»; ТУ 9185-002-02069349-2011 «Концентрат порошкообразный, быстрорастворимый из ягод калины; ТУ 9185-003-02069349-2011 « Концентрат порошкообразный, быстрорастворимый из листьев кипрея узколистного; ТУ 9185-004-02069349-2011 «Концентрат порошкообразный, быстрорастворимый «Сибирское здоровье»; ТУ 9185-005-02069349-2011 «Концентрат порошкообразный, быстрорастворимый «Тюменский»; ТУ 9146-006-02069349-2011 «Фосфолипидно - минеральная добавка к пище «Витол-ФЭИ-Ca».
Новизна предлагаемых решений подтверждена 21 патентом на изобретения функциональных продуктов. Результаты диссертационного исследования используются для выполнения НИР при выполнении выпускных квалификационных работ, подготовке аспирантов и студентов в учебном процессе по направлениям «Технология продуктов общественного питания», «Товароведение» ФГБОУ ВПО ТюмГНГУ.
Методология и методы исследования. Автором на основе обобщения имеющейся базы знаний по теме исследования выдвинута гипотеза о возможном повышении лечебно – профилактических свойств напитков для школьников при комплексном использовании БАВ дикорастущего растительного сырья и растительных фосфолипидных комплексов, полученных при щадящих режимах процессов экстрагирования и сушки. Целесообразность разработки БПКН обусловлена результатами изучения фактического питания, и состояния здоровья школьников, проживающих в сельской местности и городах Тюменской области. В работе, предложено осуществлять оценку эффективности производства лечебно – профилактических напитков в совокупности экономической эффективности и социального эффекта. Для реализации поставленных задач применялись общепринятые и специальные методы сбора, обработки и анализа информации.
Положения, выносимые на защиту:
-
Результаты изучения фактического питания школьников, проживающих в селах и городах Тюменской области, свидетельствующие о влиянии рационов питания на состояние их здоровья (наличие алиментарно-зависимых заболеваний);
-
Результаты сравнительной оценки предпочтений школьников при выборе продуктов питания, свидетельствующие о стабильно высоком употреблении напитков, при наблюдаемой тенденции потребления важных для формирования и роста подросткового организма мясных и рыбных продуктов на фоне снижения потребления молочных и кондитерских продуктов;
-
Результаты исследования безопасности и химического состава дикорастущего ягодного и лекарственно-технического сырья, показывающие целесообразность его использования. Обоснование выбора сырьевой базы сбора сырья, произрастающего в разных районах Тюменской области, наосновании результатов сравнительной оценки пищевой ценности;
-
Выявленные преимущества процесса периодического экстрагирования (методом электродиализа) в сравнении с классическим способом экстрагирова-
ния, предлагаемые технологические режимы и способ организации процесса, позволяющие увеличить количественный и качественный выход БАВ в экстракт;
-
Разработанные технологические режимы и способ организации процесса сублимации как этапа технологии получения быстрорастворимых порошкообразных концентратов;
-
Состав и технология фосфолипидно-кальциевой добавки «ВИТОЛ-ФЭИ-Ca», способствующий повышению усвояемости дефицитного минерального элемента Ca в организме детей и подростков;
-
Ингредиентный состав, режимы и параметры технологии получения БПКН функционального назначения;
-
Результаты медико-биологических и клинических исследований разработанных напитков на основе концентратов.
Степень достоверности результатов исследования обеспечивалась базированием на общепринятых положениях фундаментальных и прикладных наук, положения которых нашли применение в работе; согласованием новых положений с уже известными теоретическими положениями маркетинга, товароведения, прикладной математики; метрологическим обеспечением экспериментальных исследований; публикациями основных результатов работы в рецензируемых изданиях.
Апробация работы результатов исследования. Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на: региональной научно-практической конференции Всероссийской научно-практической конференции «Современные проблемы потребительского рынка», г. Екатеринбург, 2003г; Всероссийской научно-практической конференции «Состояние и перспективы развития регионального потребительского рынка», г. Тюмень, (2005, 2007, 2009, 2011гг); Всероссийской научно–практической конференции с международным участием «Инновационные технологии в создании продуктов питания нового поколения», г. Краснодар, 2005 г;Международном молоджном симпозиуме «Устойчивость и безопасность в экономике, праве, политике стран Азиатско–Тихоокеанского региона», г. Хабаровск, 2005 г; V Международной научно-практической конференции «Приоритеты и научное обеспечение реализации государственной политики здорового питания в России», г. Орл, 2006г; Межрегиональной научно-практической конференции «Здоровое питание – основа жизнедеятельности человека», г. Красноярск, 2008 г; Всероссийской конференции по проблемам здоровья, медицинского обслуживания, пропаганды здорового образа жизни и профилактики асоциальных проявлений в студенческой среде, г. Москва, 2009 г; Международной научно-практической конференции «Развитие кооперации в период модернизации России», г. Москва, 2010 г; I Международном конгрессе «Экологическая, продовольственная и медицинская безопасность человечества», г. Москва, 2011 г; IV Международной научно-практической конференции «Высокие технологии, фундаментальные и прикладные исследования в физиологии, медицине, фармакологии», г. Санкт-Петербург, 2012 г, «Предпосылки для реформирования сложившейся системы
организации питания обучающихся образовательных учреждений», (Материалы II Торгового форума Сибири, г. Омск, 2013).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 84 научных работы, в том числе 2 учебных пособия с грифом УМО, 3 монографии, 17 научных статей в журналах, рекомендованных ВАК, 2 научных статьи в журналах других центральных изданий, получен 21 патент РФ на изобретения, 38 материалов конференций Международного и Всероссийского уровня.
Структура и объем диссертационной работы. Диссертация состоит из введения, обзора научно-технической литературы и патентной информации, методической части, экспериментальной части, выводов, списка литературных источников и приложений. Диссертационная работа изложена на 300 страницах, содержит 72 таблиц и 64 рисунка. Список литературы включает 394 наименования, из них 69 зарубежных авторов.
Вода как фактор качества восстановленных продуктов переработки молока
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.
Технология восстановления сухого молока как фактор качества восстановленной продукции переработки молока
В технологии производства восстановленных продуктов переработки молока наиболее значимым фактором, обуславливающим степень перехода компонентов и определяющим полноценность вырабатываемого продукта, является процесс восстановления.
По мнению авторов Л.В. Голубевой, Н.Н. Липатова, А.Н. Петрова, А.Г. Галстяна, В.Д. Богданова, Г.Н. Крусь и других на процесс восстановления сухого молока оказывает технология его получения, так как согласно современным требованиям все сухие молочные продукты (сухое обезжиренное молоко, сухое цельное молоко, сухие жирные и высокожирные сливки, сухая пахта и др.), используемые в молочной и других производствах в качестве дополнительного сырья, должны быть, прежде всего, высшего уровня качества и получены методом распылительной сушки. Именно способ получения, по мнению А.С. Гинзбурга, Г.Б. Дворецкого, Л.В. Голубевой и других авторов влияет впоследствии на способность доведения органолептических характеристик восстановленного молока до свойств натурального [24, 26, 50].
Необходимо отметить тот факт, что изначальные пороки молока-сырья при сушке усугубляются посредством концентрации сухого вещества при удалении воды, что влияет на восстановительные процессы сухого молока, показатели качества готовой продукции и затрудняет устранение пороков молочной продукции в дальнейшем. Данные Г.Г. Догаревой, М.В. Ефимовой, С.А. Бредихина, А.С. Гинзбурга, T. Rehman, C.J. Garforth подтверждают необходимость строгого контроля за качеством молока, идущего на сушку. Однако немалая доля в переработке импортного сухого молока затрудняет контроль за его производством и предполагает необходимость регулирования свойств сырья уже при поступлении на конкретное производство [11, 12, 13, 24, 174].
С учетом объемов переработки сухого молока актуальным является вопрос повышения эффективности процесса восстановления, который представляет собой гетерогенную химическую реакцию, протекающую между твердым веществом и жидкостью и сопровождающуюся переходом вещества в раствор.
Относительно чистых химических веществ физика процесса переноса исследована довольно глубоко, однако в многокомпонентных системах, к которым и относится изучаемый нами продукт, процесс может протекать совершенно по-разному.
Сущность процесса растворения заключается во взаимодействии сухих молочных продуктов с водой и включает несколько этапов: растворение лактозы и минеральных веществ, распределение белка и жира в растворе, гидратация дисперсной фазы, выделение из продукта избыточного воздуха. Интенсивность процесса и его эффективность, конечно же, определяется свойствами обоих компонентов. Воду в указанной системе подразделяют на растворяющую (в которой идет процесс растворения отдельных компонентов) и не растворяющую (вода, которая за счет молекулярно-поверхностных сил собирается на поверхности тех или иных компонентов (жира, белка и др.).
Требования к воде по степени ее чистоты с учетом влияния на восстановление сухих продуктов были рассмотрены в пункте 1.2. Качество сухого молока характеризуется определенными органолептическими свойствами; физико-механическими (плотность частиц, гранулометрический состав, масса, сыпучесть, текучесть), характеризующими поверхностные явления (удельную поверхность, адгезию, когезию); теплофизическими; определяющими растворимость и др.
Свойства сухого молока, определяющие протекание поверхностных и капиллярных явлений, и как следствие растворимость продукта, в частности смачиваемость, пенетрабельность, диспергируемость, погружаемость (оседаемость) порошка, и зависимости их от внешних факторов изучены в работах В.В. Кузнецова, Г.Г. Шилера, Н.Н. Липатова, О.В. Богатовой, В.И. Месяцева В.Ф. Швырева и других [11, 79, 85, 88, 106, 126].
Основными процессами, определяющими качество восстановления, являются растворение лактозы и минеральных веществ, сопровождаемое переходом жира и белка в эмульсионно-коллоидное состояние. В результате образуется дисперсионная среда, при этом дисперсность белков и жира должна соответствовать дисперсности их в натуральном молоке. В течение всего процесса восстановления из частиц продукта выделяется избыточный воздух, и скорость выделения газов влияет на интенсивность протекания других стадий восстановления [21 – 23, 116, 119, 183].
На первом этапе при контакте с водой с поверхности частицы сухого молока выщелачивается лактоза, минеральные вещества и сывороточные белки, затем вода проникает в трещины и капилляры частицы, вытесняет воздух и выщелачивает лактозу и минеральные вещества из внутренней части сухих веществ. Все это ведет к распаду частицы и нерастворимые компоненты – жир и белок – диспергируются в растворе. Однако частицы в сухом молоке могут находиться не только по отдельности, но и в виде агломератов, которые длительное время не растворяются. Установлено, что при контакте агломератов с водой на их поверхности образуется жидкостный слой, имеющий высокую концентрацию и вязкость. Этот слой образует оболочку, препятствующую проникновению воды внутрь агломерата [79, 83, 85, 125].
По данным Н.Г. Догаревой, А.Г. Галстяна, В.Я. Грановского, В.И. Месяцева, сухое молоко, полученное низкотемпературным способом, при восстановлении растворяется лучше, чем молоко, выработанное при высоких температурах. Кроме того, свежее сухое молоко высокого качества подвергается гидратации за более короткий срок. Недостаточная продолжительность гидратации может способствовать получению молочного продукта с мучнистой консистенцией [11, 23, 49].
Исследование качества сухого обезжиренного молока
Точность составляет ±0,5 С. DTG-анализ позволяет с высокой достоверностью утверждать о влиянии ультразвуковой кавитации на повышение влагоудерживающей способности компонентов восстановленного молока-сырья. Сопоставление интервалов основного пика разрушения позволяет свидетельствовать о повышении влагосвязывающей способности белков при совместной ультразвуковой обработке СОМ и воды (образец 3.2 ), смещение пика на 172,1 С, в тоже время он резко сконцентрирован (до 224,6 С). В образце 3.3 (обработка воды до внесения в нее СОМ) пик занимает более расширенный температурный интервал (160… 227,4 С), что свидетельствует о более равномерном удержании воды компонентами структуры. В этом же образце отмечены два температурных пика в области температур более 280 С. В образце, подвергнутом двухэтапной УЗ-обработке, также повышается водосвязывающая способность разных фракций белка и лактозы, кроме того, отмечены отличия кривых DTG и воды в интервале температур 300…360 С, характеризующем превращения жировой фракции. Частота и глубина эндотермических пик при указанных температурах определяет повышенную степень влагоудержания жировых веществ в молоке-сырье, полученном по этой технологии.
Анализ полученных данных свидетельствует о положительном влиянии ультразвука на влагоудерживающие свойства компонентов молока, что отражает распределение областей температурных превращений (минимума и максимума), а также возникновение мелких эндотермических пик на графиках в сравнении с равномерным разрушением веществ в контрольном образце.
Таким образом, глубокий термогравиметрический анализ подтвердил влияние ультразвуковой кавитации на способность компонентов сухого молока поглощать воду и удерживать ее в готовом продукте. Этот факт несомненно определяет повышение качества и потребительских свойств восстановленных продуктов переработки молока, что определяет положительные эффекты от модификации технологии восстановления сухого молока.
Заключение по 3 главе:
1. Ультразвуковое воздействие оказывает влияние на свойства воды, что выражается снижением ее жесткости, содержания кальция и магния. Установлено изменение значений рН и температуры воды. Все в совокупности следует рассматривать как положительные факторы влияния на технологические свойства воды-растворителя, используемой для восстановления сухого молока при производстве восстановленных продуктов пеработки молока .
2. На основе регрессионного анализа полученных данных установлены зависимости показателей эффективности кавитационного воздействия, позволяющие регулировать процесс воздействия.
3. Термогравиметрический анализ образцов восстановленного по различным технологиям молока-сырья доказал влияние ультразвуковой кавитации на повышение влагоудерживающей способности компонентов молока, что отражается изменением частот и глубин эндотермических пик в определенных для соответствующих компонентов интервалах температур.
4. Отмечено непосредственное влияние ультразвуковой кавитации на растворимость сухого обезжиренного молока, что характеризуется снижением индекса растворимости и повышением относительной скорости его растворения.
5. Изменение дисперсной системы посредством перераспределения пофракционного состава характеризует влияние процесса кавитации на дисперсность частиц восстановленного молока-сырья.
Ассортимент молочных продуктов, реализуемых на потребительском рынке в настоящее время, достаточно велик. Для установления объектов молочной продукции, наиболее приоритетных с точки зрения предпочтений потребителей, были проведены социологические исследования.
Ассортимент молочной продукции, представленной на потребительском рынке, в настоящее время достаточно разнообразен по видам, разновидностям, изготовителям, вкусовым особенностям и другим признакам, что определяет широкий выбор для потребителя и формирует определенные потребительские предпочтения в данной группе товаров. Анализ потребительских предпочтений показал, что большинство людей покупают молочную продукцию 2…3 раза в неделю, и наиболее часто это – молоко, кефир, масло сливочное, творожная продукция (рисунки 4.1 и 4.2). Согласно данным рисунка 4.2, доли предпочтений по разным видам молочной продукции составили от 26,9 до 64,3 %, группа «прочих» объединила реже встречаемые ответы (варенец, простокваша, кумыс, молоко топленое и др.) и составила 11,9 %. Абсолютными лидерами по предпочтениям являются молоко питьевое и кефир – 64,3 и 61 % соответственно, что может быть связано с традициями потребления и уверенностью потребителей в диетических и лечебных свойствах этих видов продукции.
Исследование качества и потребительских свойств молочного напитка
Как указывалось выше, молочные продукты по химическому составу, представляют собой многокомпонентные системы, содержащие азотистые вещества, липиды, углеводы, витамины, минеральные вещества и другие соединения. Такие особенности химического состава во многом предопределяют возможность протекания сложных преобразований, которые на отдельных этапах хранения могут привести к снижению их пищевой ценности и, как следствие, изменению вкусовых достоинств самих продуктов. Основными факторами, обусловливающими характер и глубину изменений, являются исходное состояние пищевой системы и условия ее хранения. В условиях многофакторности внутренних и внешних воздействий можно выделить критические точки, с помощью которых можно установить основные причины изменений и оценить степень их влияния. Таким образом, учитывая, что питьевое молоко и кисломолочные продукты относятся к группе скоропортящихся товаров, можно предположить значимость исследований в этом направлении для оптимизации сроков хранения в различных условиях.
Согласно МУК 4.2.1847-04 [90] оценка качества при хранении должна проводиться в сроки по продолжительности превышающие сроки годности, указанные в нормативно-технической документации, на время, определяемое так называемым коэффициентом резерва. Для скоропортящихся продуктов при сроках годности до семи суток коэффициент резерва составляет 1,5, что устанавливает время контрольного хранения для молочной продукции – 10,5 суток. Также согласно принципу аггравации температур хранения, позволяющего учесть возможные перерывы или нарушения в холодовой цепи на пути доставки продукции к потребителю, контрольные испытания для молочной продукции проводятся при двух режимах хранения: I режим – 4±2 С, II режим – 9±1 С.
По данным В.П. Шидловской [129] органолептические свойства молочных продуктов и их изменение зависят от качества исходного сырья, пищевых добавок, вида и качества заквасок, упаковочных материалов и условий хранения. Вследствие общей активности нативных ферментов и ферментов заквасочной микрофлоры, при неправильном хранении кисломолочных напитков происходит ухудшение их органолептических показателей. При нарушении оптимальных условий жизнедеятельности заквасочной микрофлоры могут замедляться биохимические превращения некоторых составных частей продукта либо накапливаться большое количество продуктов их распада. При этом органолептические показатели продукта могут значительно изменяться.
Согласно данным органолептической оценки наиболее высоким уровнем качества на начало хранения характеризовались образцы молочного напитка 3.2 и 3.4 и кисломолочного продукта 3.2 . За 10 суток хранения во всех образцах протекали биохимические процессы различной степени интенсивности, способствовавшие на конец хранения снижению качества молочных продуктов. Наиболее резкие изменения при первом режиме хранения произошли в молочном напитке, полученном по традиционной технологии (контроль) и по технологии, в которую введена двухэтапная ультразвуковая обработка (3.4 ), снижение уровня качества в них составило 1,3 балла. При втором режиме хранения скорость биохимических процессов была выше и способствовала снижению качества всех образцов в пределах 1,3…1,8 балла, его резкие изменения установлены в контрольном образце молочного напитка и образце 3.4 , и в кисломолочных продуктах 3.2 и 3.4 . Результаты оценки органолептических показателей исследуемых образцов на конец хранения приведены в таблице 5.2.
Результаты органолептической оценки восстановленных продуктов переработки молока на конец хранения
Показатель Оцениваемый образец качества Молочный Молочный Молочный Молочный Кисломолочный Кисломолочный Кисломолочный Кисломолочный напиток напиток напиток напиток продукт (контроль) продукт продукт продукт (контроль) (объект 3.2 ) (объект 3.3 ) (объект 3.4 ) (объект 3.2 ) (объект 3.3 ) (объект 3.4 ) Внешний вид Непрозрачная Непрозрачная Непрозрачная Непрозрачная Жидковатая Однородная Жидковатая Однородная и жидкость, не жидкость, не жидкость, жидкость, масса, с масса средне- консистенция, масса средней консистенция тягучей тягучей легкая отмечается некоторой вязкая, со несколько вязкости, со консистенции, консистенции, неоднородность, неоднородность неоднородностью, следами неоднородная, следами с комочками отмечается присутствуют с частицами наблюдается газообразования, со следами газообразования, осадка некоторая частицы осадка осадка отделение небольшое активного небольшое неоднородность сыворотки отделение сыворотки газообразования,отделениесыворотки отделение сыворотки
Цвет Белый, однородный по всей массе Белый, однородный, без посторонних оттенков
Запах Молочный, Молочный, без Молочный, с Молочный, с Кисломолочный, Выраженный Кисломолочный, Выраженный без посторонних не выраженным выраженным резко кисломолочный, интенсивный, кисломолочный, посторонних типичных кисловатым кисловатым выраженный, без посторонних кисловатый, с оттенками нетипичных запахов, запахом, запахом, типичный оттенков типичный горечи запахов, ощущаются примешиваются присутствуют ощущаются кисловатые нетипичные посторонние кисловатые оттенки ароматы оттенки запаха оттенки небольшой интенсивности Вкус Кисловатый, Молочный, Молочный, с Молочный, с Кисломолочный, Кисломолочный, Кисломолочный, Резкий, острый не резкий кисловатый выраженными выраженными интенсивный, однородный, интенсивный, кисломолочный кисловатыми нотками выраженный выраженный, выраженный оттенками, кислоты, кислый, без интенсивный, кислый, послевкусие интенсивный, посторонних типичный, без ощущается кислоты с водянистый, оттенков во вкусе, посторонних некоторая неприятными послевкусие ощущается оттенков неоднородность оттенками, горечи некоторая водянистый неоднородность
