автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.04, диссертация на тему:Исследование и разработка способов подготовки молока к сычужному свёртыванию

На правах рукописи

БАЙБИКОВА АНАСТАСИЯ АЛЕКСАНДРОВНА

ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА СПОСОБОВ ПОДГОТОВКИ МОЛОКА К СЫЧУЖНОМУ СВЁРТЫВАНИЮ

Специальность 05.18.04 - технология мясных, молочных, рыбных продуктов и холодильных производств

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 7 МАР 2011

Кемерово 2011

4841025

Работа выполнена в ГНУ Сибирский научно-исследовательский институт сыроделия Россельхозакадемии

Научный руководитель: - доктор технических наук,

профессор Майоров Александр Альбертович

Официальные оппоненты: - доктор технических наук,

профессор Осинцев Алексей Михайлович

- кандидат технических наук Сагателян Минас Вазгенович

Ведущая организация: ООО «Экспериментальный сыродельный завод»,

г. Барнаул

Защита диссертации состоится 28 марта 2011 г. в 11-00 часов на заседании диссертационного совета Д.212.089.01 при ГОУ ВПО Кемеровский технологический институт пищевой промышленности по адресу: 650056, Кемерово, бульвар Строителей, 47, тел/факс (8-384-2) 73-40-07

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО Кемеровский технологический институт пищевой промышленности и на официальном

сайте www.kemtipp.ru.

Автореферат разослан 25 февраля 2011 г

Ученый секретарь y-/" fi

диссертационного совета ¿ßctЛУ-— H.H. Потипаева

Актуальность работы. Актуальной проблемой современного сыроделия является сложность переработки на сыр сычужно-вялого молока. Согласно статистическим данным доля сычужно-вялого молока в разных странах составляет в процентах от общего его производства: в Швейцарии - 13%, в Швеции - 30%, в Финляндии - 43,6%, в Армении - 34%.

Сычужная вялость молока обуславливается комплексом многих причин: породой и индивидуальными особенностями животного; стадией лактационного периода; природно-климатическими условиями; качеством и количеством корма и воды; условиями содержания коров и состоянием их здоровья; режимами хранения и транспортирования молока и т.д.

Способность молока к сычужному свёртыванию является одной из основных характеристик, определяющих его пригодность для выработки сыра. Скорость сычужного свёртывания, плотность сгустка и его способность к обезвоживанию в первую очередь зависят от сыропригодных свойств молока, которые характеризуются комплексом показателей его химического состава, биологических, физико-химических и технологических свойств.

Основные отличия технологического процесса производства сыра из сычужно-вялого молока:

- более высокий расход сычужного фермента;

- длительный процесс формирования сгустка;

- заниженные реологические показатели сгустка;

- ослабленный синерезис сгустка;

- длительная обработка сырного зерна;

- замедленное нарастание активной кислотности по ходу технологического процесса выработки;

- снижение качества и выхода сыра.

Простая коррекция состава молока, используемая в сыроделии с помощью внесения в него хлористого кальция не во всех случаях способна придать сычужно-вялому молоку необходимые для сыроделия свойства «активного» молока.

Вопросы повышения качества молока и его сыропригодности наиболее полно изложены в трудах отечественных ученых: Я. С Зайковского, Г. С. Инихо-ва, А. П. Белоусова, П. Ф. Дьяченко, A.M. Маслова, И.И Климовского, A.B. Гуд-кова, Т.А. Остроумовой, Л.А. Остроумова, Т.Г. Прошкиной, H.H. Липатова, Р.И. Раманаускаса, A.A. Майорова, М.С. Уманского, Н.Б. Гавриловой, A.M. Осинцева, И.А.Смирновой и др.

В работах Белоусова А.П. показано, что плохая свёртываемость молока сычужным ферментом обусловлена нарушениями в системе «казеин-соли молока». Распределение кальция в молоке между мицеллярной и водной фазами, а также солевой баланс Са/Р в значительной степени оказывают влияние на формирование структуры сычужного сгустка.

Для коррекции сыропригодности молока особую значимость приобретают технологические особенности подготовки молока к сычужному свёртыванию, основными из которых являются:

- режимы и продолжительность охлаждения молока при его хранении и транспортировании;

- режимы и способ созревания молока;

- температура и продолжительность тепловой обработки молока;

- санитарно-гигиенические условия, препятствующие росту бактериальной обсеменённости молока;

- солевой баланс и степень зрелости молока;

- кислотно-щелочной баланс смеси перед выработкой сыра.

Качество будущего сыра зависит от проведения процесса сычужного свёртывания - формирования структуры сгустка. Поэтому подготовка молока к сычужному свёртыванию с учётом коррекции его солевого баланса может послужить фактором, способствующим исправлению такого порока, как «сычужная вялость молока». Выявление причин и поиск путей устранения сычужной вялости молока в отечественном сыроделии остаётся на настоящий момент актуальной проблемой.

Цель работы и задачи исследований. Целью данной работы является исследование и разработка способов подготовки молока к сычужному свёртыванию, способствующих повышению выхода сыра.

Для реализации поставленной цели решались следующие задачи:

- провести анализ причин, способствующих получению сычужно-вялого молока;

- изучить влияние температуры на концентрацию ионного кальция в молоке, сычужном сгустке и сыворотке;

- исследовать взаимосвязь активной кислотности и концентрации ионного кальция в молоке и в сгустке;

- исследовать влияние солей-стабилизаторов на свойства и выход сычужных сгустков;

- разработать способ коррекции солевого состава молока при его подготовке к сычужному свёртыванию.

- провести системный анализ технологических схем подготовки молока к сычужному свёртыванию;

- провести систематизацию схем подготовки молока к сычужному свёртыванию и разработать рекомендации по способам коррекции солевого состава молока перед сычужным свёртыванием.

Научная новизна работы. Исследована динамика ионного кальция в сборном, индивидуальном и пастеризованном сборном молоке в зависимости от температуры. Зафиксирована высокая отрицательная корреляционная связь между концентрацией ионного кальция и температурой в диапазоне от 5 до 43 °С: И = - (0,97-0,99). Установлено, что температурная зависимость при нагреве и охлаждении молока имеет различный характер. При нагреве скорость связывания Са2^ выше, чем его скорость перехода в растворимое состояние при охлаждении. Очевидно, это связано с релаксационными процессами перестройки структурных элементов «казеин-кальций». При одной и той же температуре концентрация ионного кальция имеет разные значения в зависимости от предистории обработки молока.

Зависимость «температура - концентрация ионного кальция» выражена степенной функцией. Интенсивный рост ионного кальция в молоке при темпера-

туре ниже 16°С связан с понижением растворимости фосфатов и цитратов кальция и, как следствие, высвобождением мицеллярного кальция. В диапазоне технологических температур (от 30 до 45° С) концентрация ионного кальция в разных партиях молока выравнивается, поскольку ионный кальций представлен солевой формой в водной фазе молока.

Установлено, что изменение соотношения кальций/фосфор в водной фазе молока перед сычужным свёртыванием в большей степени влияет на продолжительность индукционного периода, чем на стадию структурообразования. При внесении солей кальция и фосфатов в молоко общая продолжительность свёртывания уменьшается за счёт сокращения индукционной стадии при сохранении продолжительности стадии структурообразования.

При одновременном увеличении концентрации ионов кальция и фосфора (за счёт добавлении однозамещённого фосфата кальция взамен хлористого кальция в молоко перед свёртыванием) образуется более плотный сгусток, ускоряется процесс обработки сырного зерна, повышается выход сыра за счёт повышения массовой доли сухих веществ в сгустке.

Практическая ценность работы. Проведена систематизация технологических схем и рациональных режимов подготовки молока к сычужному свёртыванию. Разработаны рекомендации по коррекции солевого состава молока на стадии его подготовки к сычужному свёртыванию. Предлагаемый способ коррекции состава молока путём внесения солей-стабилизаторов в сычужно-вялое молоко позволяет повысить выход сыра на 3-5% за счёт снижения перехода сухих веществ в сыворотку.

Апробация работы. Основные результаты работы доложены на трёх научно-практических конференциях (Кемерово, Барнаул) и на Международной научно-практической конференции «Пища, экология и качество» (Кемерово, 2009).

Публикации. Материалы диссертации опубликованы в 11 печатных работах, в том числе две статьи в журнале «Сыроделие и маслоделие».

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения; четырех глав: обзора литературы, методологии проведения исследований, результатов исследований и их анализа, практической реализации результатов исследований; выводов, списка литературы и приложений.

Основная часть работы изложена на 149 страницах, включает 20 таблиц и 47 рисунков. Список литературы составляет 178 источников.

МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ РАБОТЫ

Экспериментальные и теоретические исследования выполнены в Сибирском НИИ сыроделия Россельхозакадемии и в ГОУ ВПО Кемеровский технологический институт пищевой промышленности. Промышленная апробация способа коррекции молока перед свёртыванием проведена на ООО «Экспериментальный сыродельный завод».

В соответствии с поставленными задачами исследования проводили по общей схеме, представленной на рис. 1. Весь цикл исследований состоял из нескольких взаимосвязанных этапов.

Этапы исследований Изучаемые факторы

Контролируемые параметры

Рис. 1 Общая схема проведения исследований

Объектами исследований являлись: сборное цельное молоко, индивидуальное молоко из частного сектора и восстановленное обезжиренное молоко. В качестве солей-стабилизаторов были выбраны соли, способные изменить соотношение Са/Р в молоке перед свёртыванием: хлорид кальция (СаСЬ); однозамещённый фосфат натрия (NaH2P04) и однозамещённый фосфат кальция [Са(Н2Р04)2].

В рамках теоретических исследований проведён анализ причин возникновения порока «сычужная вялость молока» и существующих способов его устранения. Выявлено, что все процессы, связанные с трансформацией белков в процессе формирования сычужного сгустка и его разделения на твёрдую и жидкую фракции (сгусток и сыворотку), в той или иной мере завязаны на взаимодействии компонентов молока с солями или ионами кальция, т.е. сычужная вялость молока при его переработке на сыр напрямую связана с локализацией кальция в молоке и динамикой его ионной формы.

В качестве рабочей гипотезы было выдвинуто предположение, что механизм взаимодействия казеинов и кальция на стадии подготовки молока к сычужному свёртыванию и при формировании сгустков тесно связан с такими регулирующими факторами как температура, продолжительность её воздействия и активная кислотность среды. В процессе преобразования белков при выработке сыров особый интерес представляет количество ионного (активного) кальция, так как характер изменений в перестройке белкового каркаса определяется ионной формой присутствующих в истинном растворе солей.

При проведении лабораторных исследований основное внимание уделялось влиянию динамики концентрации ионного кальция и активной кислотности в молоке, сычужном сгустке и сыворотке на продолжительность свёртывания, массу и выход полученных сгустков, их влагоудерживающую способность и степень распределения сухих веществ между сгустком и сывороткой. Для проведения исследований было выбрано сборное натуральное молоко с заведомо длительной продолжительностью свёртывания и восстановленное обезжиренное молоко, отличающееся высокой влагоудерживающей способностью получаемых из него сгустков.

Полученные в лабораторных условиях результаты впоследствии были апробированы в полупромышленных (на экспериментальном участке СибНИИС) и в производственных условиях при выработке сыра «Витязь».

На заключительном этапе исследований проведена систематизация рациональных схем и режимов подготовки молока к выработке сыра и разработаны рекомендации по коррекции солевого состава молока перед сычужным свёртыванием применительно к существующим производственным схемам. Проведён расчет экономической эффективности.

Экспериментальные исследования проводились в трёхкратной повторности по общепринятым стандартным методам исследований физико-химических показателей сырья и готовой продукции. Динамику ионного кальция определяли по методике, разработанной в СибНИИС.

Математическую обработку результатов экспериментов осуществляли методами статистического и регрессионного анализа.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИИ И ИХ АНАЛИЗ

Исследование влияния температуры на динамику ионного кальция в молоке и сыворотке

На стадиях подготовки молока к сычужному свёртыванию большую роль играет состояние водной (солевой) фазы молока, которая претерпевает значительные изменения при перепадах температур технологической обработки молока, а именно при низкотемпературном хранении и тепловой обработке.

Содержание солей кальция в молоке и кислотно-щелочной баланс (активная кислотность) имеют громадное значение в практике сыроделия, так как от этих двух факторов (при одинаковой температуре и активности сычужного фермента) зависят как скорость свёртывания молока, так и плотность полученного сгустка, а также выход сыра.

При воздействии внешних факторов (температура, продолжительность её воздействия, изменение концентрации ионов Н' и т.д.) происходит обмен ионами кальция между водной и мицеллярной фазами, что оказывает значительное влияние на ход технологических процессов и выходные параметры продукта.

Влияние изменения температуры (нагрева и охлаждения) молока на содержание ионного кальция изучалось на партиях сборного молока, поступающего на ООО «Экспериментальный сыродельный завод» от разных поставщиков, индивидуального молока из частного сектора и пастеризованного сборного молока. На рис. 3.1 представлен график динамики активного кальция при нагревании проб от четырёх партий сборного охлажденного молока со средней скоростью нагрева 0,4°С/мин.

1100 юоо

900 800 700 600 500 400 300 200 100 0

10

16 19 22 25 28 31 Температура, о С

-♦— молоко 1 молоко 2 молоко 3 молоко 4 -Степенной (молоко 1)

1

! 473

; У = 192566х'2' 1

^ = 0,9979 1

: !

1

------

-1-- -

34

37

40

43

Рис. 2 Сравнение влияния нагрева четырёх партий сборного молока на динамику ионного кальция

Установлено, что при повышении температуры в диапазоне от 10 до 43°С доля ионного Са падает в строго определенной обратно пропорциональной зависимости от температуры (степенная функция). Коэффициент корреляции между температурой и количеством ионного кальция в молоке составил (- 0,97-0,99).

Снижение доли ионного Са обусловлено тем, что при повышении температуры снижается растворимость его солей (фосфатов и цитратов).

Известно, что длительное охлаждение молока при температурах ниже 5°С сказывается на содержащемся в нём казеине и солевом балансе, что приводит к изменениям на мицеллярном уровне и снижает способность молока к сычужному свертыванию, а полученный сгусток обладает меньшей прочностью и связностью.

Понижение температуры молока вызывает распад ассоциатов казеина и способствует переходу растворимых казеинов в водную фазу. Этот процесс обратим лишь частично. При нагреве охлажденного молока происходит обратный процесс ассоциации казеиновых фракций, но с меньшей скоростью. Охлаждение молока приводит к заметному повышению содержания растворимого кальция и растворимого неорганического фосфора в ущерб их мицеллярным формам. Активность ионов Са+2 повышается, и часть коллоидного фосфата кальция переходит в состояние раствора.

На рисунке 3 представлены графические результаты эксперимента, в котором образец сборного молока исследовался при поступлении на ЭСЗ, а затем образец этого молока подвергался хранению при температуре (4,5±0,5)°С в течение

Рис. 3 Динамика ионного кальция после традиционного (молоко 1) охлаждения и длительного хранения охлаждённого молока (молоко 2)

Исследуемые образцы молока сначала подвергались нагреванию с 9 до 41°С, а затем вновь охлаждались до 9°С. Стартовые концентрации ионов Са2+ пе-

ред нагревом «молока 2» (990 и 1710 мг/л, соответственно) свидетельствуют о том, что ионный Са в этом случае представлен и кальцием водной фазы молока и мицеллярным. Такое молоко перед сычужным свертыванием требует коррекции, чтобы избежать лишних потерь при разрезке сгустка. Тот факт, что показатели сычужной свёртываемости молока зависят от распределения кальция между водной и мицеллярной фазами был установлен А.П. Белоусовым (1974 г.).

При охлаждении свежевыдоенного молока выявлено, что процесс восстановления баланса минеральной фазы происходил практически полностью (рис. 4). Образец молока от индивидуального животного после доения подвергался (во время транспортирования) естественному охлаждению с 37 до 21,5°С. Затем образец нагревался до 43° С, охлаждался до 9,5° С и вновь нагревался до температуры свертывания (32,5°С). Слияние кривых нагрева и охлаждения, представленные на рис. 4, иллюстрирует, что в течение 3-4 ч после доения солевой и мицеллярный балансы ионного кальция обладают способностью к восстановлению.

900

800 700

I Ч

| о 500 х

| 400 | 300 200 j 100 ! 0

9 12 15 18 21 24 27 30 33 36 39 42 Температура, оС

Рис. 4 Влияние охлаждения и нагрева свежевыдоенного молока на динамику концентрации ионного кальция

Приведённые результаты показывают, что кратковременное охлаждение молока не оказывает влияния на солевой баланс и при щадящем режиме нагрева происходит восстановление концентрации ионного кальция во всех исследуемых температурных точках.

Закономерности динамики активного кальция в молоке распространяются и на поведение его в сгустке и в сырном зерне, т.е. в процессах, где кальций связан с казеинами. Динамика ионов кальция при нагревании и охлаждении подсырной сыворотки представлена на рис. 5.

i ; I I I I I ! ; I нагрев молока после охлаждения до 9,5оС без I выдержки р -*- нагрев молока до 43оС после естественного | охлаждения с 37 до 21,5оС г-*- охлаждение молока до 32,5оС после нагрева до | 43оС

i

V" | ¡

К i i i

I Гч i

Í —i———

Температура, оС

Рис. 5 Динамика ионного Са при нагреве и охлаждении подсырной сыворотки

Ввиду отсутствия мицеллярного казеина и очень малого количества растворимых фракций казеина в подсырной сыворотке динамика ионов кальция при изменении температуры зависит только от растворимости солей в водной фазе.

Исследование взаимосвязи динамики активной кислотности и концентрации ионного кальция в молоке

Количество ионного кальция в молоке может увеличиваться под влиянием падения температуры и снижения активной кислотности молока за счёт развития молочнокислого процесса или внесения кислотных агентов.

Для установления взаимосвязи между концентрацией Са2* в молоке и активной кислотностью при перепаде температур был проведён эксперимент по следующей схеме (табл. 1). Исследуемый температурный диапазон составлял от 30 до 9°С с дискретностью температурных точек замера 7° С и выдержкой при переходе температур 1 ч. Температурный диапазон был выбран с учётом технологических температур. Объектом являлось свежевыдоенное молоко в бактерицидной фазе. Варианты (образцы молока) отличались друг от друга последовательностью прохождения через заданные температурные интервалы.

Таблица 1 Схема построения эксперимента

Точки замера Вариант №1 Вариант №2 Вариант №3 Вариант №4

1 30°С 23°С 16°С 9°С

2 23°С 16°С 9°С 30°С

3 16°С 9°С 30°С 23 °С

4 9°С 30°С 23°С 16°С

Графическая интерпретация зависимости концентрации ионного кальция и рН в молоке от температуры при чередовании нагрева и охлаждения представлена на рис. 6 и 7.

Рис. 6 Динамика Са2+ по вариантам в зависимости от температуры

Рис. 7 Динамика рН по вариантам в зависимости от температуры

Из сопоставления данных, представленных на рисунках 6 и 7 следует, что в точке t=30 °С наблюдалась максимальная стабильность по Сса (Л=8 мг/л), что объясняется снижением растворимости фосфатов и цитратов кальция при повышении температуры. Точка t=16°C отличалась максимальной нестабильностью по показателю рН (Д = 0,15). Эта точка интересна тем, что, согласно литературным данным, в сырах при температуре ниже 16°С прекращается синерезис. Видимо, это

связано с перераспределением связей в системе «казеин-соли молока», и, соответственно, изменением кислотно-щелочного баланса в водной фазе.

При исследовании чередования режимов «нагрев-охлаждение» в молоке установлено, что динамика ионного кальция имеет чёткую привязку к температуре и в меньшей степени зависит от чередования кратковременного нагрева и охлаждения молока, чем величина активной кислотности. Это можно объяснить буферными свойствами солей кальция и переходом: СаНР04 + КГСа2+ + Н2Р04'

Исследование динамики активной кислотности и ионного кальция при добавлении солей в молоко перед свёртыванием

Максимальные потери сухих веществ при выработке сыра приходятся на стадию разрезки сычужного сгустка после его формирования. На данной стадии технологического процесса в сыворотку переходит около 50% сухих веществ молока. С целью изучения условий перехода сухих веществ в сыворотку при разрезке сычужных сгустков была проведена серия экспериментов по изменению солевого состава натурального цельного и восстановленного обезжиренного молока перед проведением сычужного свёртывания. Исследовалась динамика активной кислотности и концентрации ионного кальция на стадии подготовки молока к свёртыванию и в процессе сычужного свёртывания. Для выявления более полного эффекта влияния солей в экспериментах не использовалась закваска молочнокислых бактерий.

Каждую партию цельного молока (ЦМ) и восстановленного обезжиренного молока (ВОМ) - с одинаковыми массовыми долями сухих веществ и различным соотношением жира и белка - разделяли на четыре варианта, объем которых составлял по 400 мл. В образцы опытных вариантов вносили соли-стабилизаторы в эквивалентном количестве (из расчёта 1,45 мг-экв соли на 1 л молока).

Варианты образцов молока: № 1 - без внесения солей (контроль); № 2-е добавлением хлористого кальция [СаС12]; № 3 - с добавлением мононатрийфосфата - ЫаН2Р04 [МНФ]; № 4 - с добавлением дигидрофосфата кальция - Са(Н2Р04)2 [ДГФСа].

Соли-стабилизаторы подбирались с учётом разделения влияния катионов Са (СаС12) и фосфатных анионов (ЫаН2Р04), а также их совместного действия [(Са(Н2Р04)2 ] на процесс сычужного свёртывания и характеристики полученных сгустков.

Динамика активной кислотности в опытных образцах молока обоих видов имела общую тенденцию к снижению рН при добавлении солей (на рис. 8 представлена динамика рН для цельного молока). По сравнению с контрольными образцами более низкими показателями рН характеризовались (по степени усиления) образцы с добавлением хлористого кальция; монофосфата натрия (МНФ) и дигидрофосфата кальция (ДГФСа).

Рис. 8 Динамика активной кислотности в образцах цельного молока

Динамика ионного кальция в обезжиренном восстановленном молоке (рис. 9) имела более выраженные отличия от цельного молока, чем динамика активной кислотности. Внесение фосфорнокислого натрия практически не изменило динамики Са2+ по сравнению с контрольным образцом. Отличия в динамике взаимодействия «казеин-ионный кальций» при формировании сычужного сгустка выявлены при внесении Са-содержащих солей: хлорида и фосфата. Видимо, причиной этому послужил обеднённый солевой состав водной фазы восстановленного молока и различие в соотношении жир/белок.

Рис. 9 Динамика ионного кальция в образцах ВОМ

Приведённые данные свидетельствуют о значительном влиянии изменения кальций-фосфорного баланса на процесс сычужного свёртывания.

По ходу получения сгустков коэффициенты корреляции между величинами рН и концентрацией Са2+ для контрольных образцов цельного и обезжиренного восстановленного молока составили, соответственно, 0,82 и 0,89. При внесении в молоко хлористого кальция выявлено отсутствие корреляционной связи между показателями рН и концентрацией Са2+ в образцах как цельного (11=0,13), так и восстановленного обезжиренного молока (Я= -0,11).

Слабая зависимость между величинами рН и концентрацией Са2+ выявлена при добавлении фосфатных солей в образцы цельного и обезжиренного восстановленного молока. Коэффициенты корреляции составили, соответственно: для монофосфата натрия - 0,54 и 0,35; для дигидрофосфата кальция -(-0,27) и (0,19).

Выявлены отличия в зависимости между рН и концентрацией ионов Са2+ в сгустках из восстановленного обезжиренного молока (Я = - 0.98) и в сгустках из цельного молока (К = 0,16).

При сравнении добавления Са-содержащих солей в молоко перед сычужным свёртыванием установлено, что для цельного молока характерен более высокий переход ионного Са в сыворотку при добавлении хлорида, а для восстановленного обезжиренного молока - при добавлении фосфата кальция. Этот факт свидетельствует о том, что жирное и обезжиренное молоко неоднозначно реагируют на принудительное изменение соотношения Са/Р и что для исправления порока «сычужная вялость молока требуются разные подходы.

Влияние коррекции солевого состава молока на продолжительность свёртывания

Продолжительность сычужного свёртывания является достаточно важным технологическим параметром. По этому параметру наглядно прослеживается сычужная вялость молока. Выявлено разное влияние добавления эквивалентных количеств солей в цельное и обезжиренное восстановленное молоко (табл. 2).

Таблица 2 Продолжительность стадий сычужного свёртывания образцов

натурального цельного молока и восстановленного обезжиренного молока

Продолжительность процесса, мин Контроль СаС12 ЫаН2Р04 Са(Н2Р04)2

ЦМ ВОМ ЦМ ВОМ ЦМ ВОМ ЦМ ВОМ

Индукционный период 17±2 26±1 10±1 14±0 14±2 16±1 7±2 11±1

Стадия структурооб-разования 30±1 33±1 30±2 34±1 30±1 37±1 30±2 33±1

Общая продолжительность свёртывания 47±2 59±1 40±1 48±1 44±2 53±1 37±2 44±1

При определении продолжительности свёртывания сгустков из цельного молока выявлены следующие особенности:

- наибольшей продолжительностью свёртывания характеризовались контрольные сгустки, наименьшей - сгустки с добавлением в молоко ДГФСа;

- продолжительность стадии структурообразования была одинаковой во всех образцах цельного молока независимо от вида вносимой соли;

- короткой продолжительностью ферментативной стадии отличались образцы с добавлением Са-солей (7 мин - с ДГФСа и 10 мин с СаС12);

- добавление ДГФСа в молоко перед свёртыванием сократило общую продолжительность процесса с 47 до 37 мин, т.е. на 21%; СаС12 - на 15%.

Отличительные особенности продолжительности получения сгустков из восстановленного обезжиренного молока состояли в следующем:

- общая продолжительность свёртывания была выше, чем в сгустках из цельного молока, и колебалась от 59 до 44 мин;

- влияние вида добавляемых солей на общую продолжительность свёртывания имело подобную тенденцию: по интенсивности процесса свёртывания соли-стабилизаторы разместились в следующем порядке: ДГФСа —> СаСЬ —* МНФ;

- продолжительность стадии структурообразования так же, как и в цельном молоке, была практически одинакова в контроле и в образцах с добавлением Са-солей, но более длительный процесс формирования гелевой структуры зафиксирован с образцах с добавлением мононатрийфосфата;

- добавление ДГФСа в ВОМ перед свёртыванием сократило общую продолжительность процесса с 59 до 44 мин, т.е. на 25%; хлорида кальция - на 18,6%.

Установлена высокая корреляционная связь между концентрацией активного кальция в цельном молоке перед свёртыванием и общей продолжительностью свёртывания (R = (- 0,992). В восстановленном обезжиренном молоке коэффициент корреляции имеет более низкое значение: R = (-0,882), что объясняется влиянием высокотемпературной обработки на белковую фракцию при сушке молока.

Влияние солей-стабилизаторов на выходные параметры процесса свёртывания

Результирующим итогом эксперимента являлись показатели выхода полученных сгустков по массе, по влагоудерживающей способности, по содержанию сухих веществ в сгустке и сыворотке, по степени перехода сухих веществ в сгусток. Для сравнительной оценки синеретической способности сгустков при проведении эксперимента использовали фиксированное время постановки и обсушки сырного зерна. Наибольшим содержанием сухих веществ отличался сгусток из цельного молока с добавлением дигидрофосфата кальция (36,6%), в восстановленном обезжиренном молоке - сгусток с добавлением хлорида кальция -(28,8%).

На рис. 10 и 11 представлены выходные параметры эксперимента по коррекции солями-стабилизаторами сгустков из цельного и обезжиренного восстановленного молока. В сгустках из цельного молока отмечен более высокий выход по массе в контрольном образце и с добавлением монофосфата натрия. При равной продолжительности обработки не удалось добиться достаточной степени обсушки сырного зерна, что и обусловило большую массу сгустков по сравнению с теми, в которые были добавлены Са-содержащие соли. По количеству сухих веществ, перешедших в сыворотку, явное преимущество имели образцы с добавлением кальциевых солей.

С52 Масса сгустков, г

МДВ в сгустках,%

-о— Сухие вещества в сыворотке, %

Контроль СаС12 МНФ ДГФСа

Рис. 10 Выходные показатели сгустков из цельного молока

§ Е^йЗ Масса сгустков, г

(Л 4 к

7 | МДВ в сгустках, %

- Сухие вещества в сыворотке, %

Контроль СаС! 2 МНФ ДГФСа

Рис. 11 Выходные показатели сгустков из восстановленного обезжиренного молока

Сгустки из восстановленного обезжиренного молока характеризовались более высоким переходом сухих веществ в сыворотку по сравнению с цельным молоком. Видимо, высокий процент белка в образцах (4,5%) не только повысил вла-

гоудерживающую способность сгустков, но и снизил прочность белкового каркаса за счёт недостатка солей в «искусственной» водной фазе молока, полученной из водопроводной воды. Этот факт наглядно демонстрирует снижение массы всех сгустков с добавлением солей, что говорит об улучшении их синеретических способностей при обогащении водной фазы восстановленного обезжиренного молока солями-стабилизаторами.

Добавление фосфатных солей в восстановленное молоко не только увеличило массовую долю влаги в полученных сгустках по сравнению с СаС12, но и привело к большим потерям сухих веществ с сывороткой. Лучшими показателями обладали сгустки с добавлением хлористого кальция.

СаС12

Контроль

Ш&Ш

1 !.........

35

40 45 50

Степень перехода,%

55

Рис. 12 Степень перехода сухих веществ в сгусток

Внесение Са-содержащих солей в молоко перед свёртыванием оказывает положительное влияние на степень перехода сухих веществ в сгусток. Однако следует отметить более выраженный эффект при одновременном внесении катиона Са2+ и фосфатного аниона Н2РО4". Степень перехода сухих веществ в сгусток по сравнению с внесением хлористого кальция повышается для цельного и обезжиренного восстановленного молока на 1,80 и 1,86%, соответственно. Относительно контрольных образцов эта разность составляет: для цельного молока - 2,2 % и для обезжиренного восстановленного - 12,0 %,

Выявлено, что эффективным способом солевой коррекции состава молока является внесение в смесь перед свёртыванием кислой растворимой соли фосфата кальция - дигидрофосфата. Добавка данной соли повышает синеретическую способность сгустков и обеспечивает повышение степени перехода сухих веществ в сгусток по сравнению с хлоридом кальция: на 1,80% в цельном молоке и на 1,86% - в восстановленном обезжиренном молоке.

Внесение солей-корректоров повышает степень сыропригодности восстановленного обезжиренного молока ввиду дефицита солевого состава водной фазы. Внесение дигидрофосфата кальция в восстановленное обезжиренное молоко способно на 12% повысить степень перехода сухих веществ в сгусток.

Отработка способа коррекции состава молока перед сычужным свертыванием в полупромышленных условиях

В полупромышленных условиях (на экспериментальном сыродельном участке СибНИИС) был проведён повторный, уточняющий эксперимент по способу солевой коррекции на сборном цельном молоке. Выработку сгустков проводили в экспериментальном сыродельном котле ёмкостью 35 л. Объёмы образцов молока составляли по 20 л. В опытные варианты вносили соли-стабилизаторы в таком же количестве, как и в лабораторных выработках (из расчёта 1,45 мг-экв на 1 л молока). При проведении экспериментов по изучению влияния солей-стабилизаторов на переход сухих веществ в сыворотку были получены следующие результаты.

Таблица 3 Выходные параметры эксперимента (дозы в пересчёте на сухую соль)

Показатель Контроль СаС12 ИаН2Р04 Са(Н2Р04)2

Доза соли в пересчёте на сухую соль (г/100 кг смеси) - 40 90 48

Масса сгустков, кг 3,77 3,72 3,84 3,69

Сухие вещества в сгустке, кг 1,30 1,37 1,28 1,43

Массовая доля влаги в сгустках, % 65,60 63,20 66,60 61,10

Масса сыворотки, кг 16,80 16,87 16,75 16,90

Сухие вещества в сыворотке, % 6,84 6,4 6,96 6,22

Сухие вещества в сыворотке, кг 1,15 1,08 1,17 1,05

Степень перехода сухих веществ в сыворотку, % 47,1 44,2 47,7 43,1

При добавлении фосфорнокислого кальция продолжительность свертывания молока короче, сырное зерно образуется более плотное и упругое, продолжительность обработки сырного зерна сокращается, последнее получается более сухим, чем при внесении хлористого кальция. При внесении в молоко Са(Н2Р04)2 взамен СаСЬ получены следующие результаты:

- сокращается продолжительность свертывания молока на 8,6 %;

- формируется более плотный и эластичный сгусток;

- ускоряется процесс обработки зерна на 8,3%;

- снижается содержание сухих веществ в сыворотке на 2,8%.

Особенно эффективно вносить Са(Н2Р04)2 в молоко с низким содержанием кальция, которое медленно свертывается сычужным ферментом, и при этом образуется слабый бесструктурный сгусток.

Практическая апробация результатов исследований

Производственная проверка способа коррекции солевого состава молока перед сычужным свёртыванием проведена на ООО «Экспериментальный сыро-

дельный завод» при выработке сыра «Витязь» 50%-й жирности. Сравнительный анализ параллельных выработок сыра из одной партии молока проводили в двух сыродельных ваннах ёмкостью 200 л. Выявлены следующие отличия между стандартной дозой внесения хлористого кальция и эквивалентной по содержанию кальция дозой фосфорнокислого кальция (табл. 4).

Таблица 4 Показатели опытной выработки сыра

Показатели Внесение СаСЬ Внесение Са(Н2Р04)2

рН смеси перед свёртыванием 6,42 6,31

рН сгустка перед разрезкой 6,30 6,20

Концентрация Са2+ перед свёртыванием, мг/л 87 45

Концентрация Са2+ в сыворотке после разрезки сгустка, мг/л 105 60

Продолжительность свёртывания, мин 38 30

Консистенция сгустка плотная плотная, упругая

Продолжительность обработки зерна, мин 60 50

Сухие вещества в сыворотке, % 6,7 6,3

Оценка вкуса зрелого сыра, балл 38 39

Оценка консистенции, балл 23 24

Данный способ коррекции состава молока перед свёртыванием является простым в применении, не требует вовлечения в производство дополнительного оборудования и не изменяет технологической цепочки, поэтому может быть применен для производства большинства видов сыров. При использовании данного способа коррекции не требуется проводить длительные высоко- или низкотемпературные обработки. После пастеризации молоко охлаждают до температуры свёртывания и одновременно с закваской молочнокислых бактерий вносят в молоко водный раствор фосфата кальция (из расчёта 25-45 г сухой соли на 100 кг молока) и выдерживают 30-40 мин до внесения молокосвёртывающего препарата. Рекомендуется также в случае поступления на предприятие сычужно-вялого молока вносить дигидрофосфат кальция в количестве 0,03-0,05% (в пересчёте на безводную соль) в молоко перед его созреванием (при 8-12°С в течение 12-16 ч) совместно с добавлением закваски мезофильных молочнокислых бактерий.

ВЫВОДЫ

1 Проведён анализ причин возникновения порока «сычужная вялость молока» и существующих способов его устранения. Выявлено, что одной из основных причин плохой свёртываемости молока сычужным ферментом являются изменения солевого баланса Са/Р, что приводит к нарушениям в системе «казеин - соли молока» и снижению способности формирования структуры сгустков.

2 Исследована динамика ионного кальция в разных партиях сборного молока, в свежевыдоенном молоке, в пастеризованном молоке, подсырной сыворотке и

сычужных сгустках в зависимости от температуры. Установлена высокая отрицательная корреляционная связь концентрации ионов кальция с температурой. Коэффициент корреляции составил: R= - (0,97-0,99).

3 Проведено сравнительное изучение действия солей-стабилизаторов -кальциевой соли (хлорид кальция), фосфатной соли (однозамещённый фосфат натрия) и соли с совместным содержанием кальция и фосфора (однозамещённый фосфат кальция) - при внесении их эквивалентных количеств в натуральное цельное и обезжиренное восстановленное молоко перед свёртыванием.

4 Установлена высокая отрицательная корреляционная связь между концентрацией активного кальция в молоке перед свёртыванием и общей продолжительностью свёртывания. Для образцов цельного молока коэффициент корреляции составил R=(-0,992); для образцов восстановленного обезжиренного молока с идентичной долей сухих коэффициент корреляции R = (-0,882).

5 Выявлены сходства и отличия в действии солей-стабилизаторов на выходные параметры сгустков из цельного и обезжиренного восстановленного молока. На степень перехода сухих веществ в сыворотку в образцах цельного молока большее влияние оказывали Са-содержащие соли; в образцах восстановленного обезжиренного молока - фосфаты. Установлена эффективное действие кальциевых солей на обезвоживание сгустков из обезжиренного восстановленного молока. Внесение хлорида кальция повысило по сравнению с контролем степень перехода сухих веществ в сгусток на 10 %; с дигидрофосфатом кальция - на 12 %.

6 Проведена сравнительная оценка эффективности внесения хлорида и фосфата кальция в молоко перед свёртыванием. При использовании однозамещённо-го фосфата кальция выход сыра повышается на 3-5% за счёт более полного использования сухих веществ молока.

7 Ориентировочный расчёт по использованию однозамещённого фосфата кальция взамен хлористого кальция показал, что на предприятии с годовым объемом производства сыра 500 т экономический эффект от увеличения выхода сыра составит около 1400 тыс. руб. в год.

8 Проведёна систематизация технологических схем и рациональных режимов подготовки молока к сычужному свёртыванию. Разработаны рекомендации по коррекции солевого состава молока на стадии его подготовки к сычужному свёртыванию.

Список публикаций Байбикова A.A. Начальная стадия подготовки молока для выработки сыра /A.A. Байбикова // Сборник научных работ.- Кемерово: КемТИПП, 2008. -С. 34

Майоров A.A. Технологические особенности производства мягких сыров /АА. Майоров, A.A. Байбикова // Сборник научных работ, Кемерово: КемТИПП, 2008,- С. 36.

Байбикова АА. Роль качества молока в формировании сыра / A.A., Байбикова // Сборник научных работ. - Кемерово: КемТИПП, 2008.- С. 32.

4. Майоров A.A., Байбикова A.A. Снижение потерь при производстве натуральных сыров // Актуальные проблемы техники и технологии переработки молока. Сборник научных трудов с международным участием. - Вып. 6 - Барнаул, 2009. - С. 913.

5. Шония Г.В Анализ распределения сырья для выработки молочных продуктов / Г.В. Шония, A.A. Байбикова // Сборник научных работ.- Кемерово: КемТИПП, 2009,- № 18.-С. 151.

6. Байбикова A.A. Влияние температуры свертывания молока на показатели кислотно-сычужного сыра / A.A. Байбикова, Г.В. Шония // Сборник научных работ. - Кемерово: КемТИПП, 2009. - № 18. - С. 14.

7. Шония Г.В. Разработка технологии мягкого сыра «Барнаульский» / Г.В. Шония, A.A. Байбикова // Сборник научных работ. - Кемерово: КемТИПП, 2009. -№ 18.-С. 150.

8. Байбикова A.A. К вопросу об оценке эффективности переработки молочного сырья / A.A. Байбикова, A.A. Майоров // Сборник научных работ. -Кемерово: КемТИПП, 2009. -№ 18.-С. 15-16.

9. Байбикова A.A. Эффективное использование технологических возможностей предприятий по переработке молока /A.A. Байбикова, A.A. Майоров // Пища, экология и качество: Материалы Международной НПК. - Кемерово, 2009.- С. 52.

10 Байбикова A.A. О проблемах сезонности и сыропригодности молока / A.A. Майоров, И.М. Мироненко, A.A. Байбикова // Сыроделие и маслоделие, 2010. -№ 1.-С. 10-12.

11 Майоров A.A., Мироненко И.М., Байбикова A.A. Проблемы повышения выхода сыра // Сыроделие и маслоделие, 2011. - № 2. - С. 14-16.

Подписано к печати 21.02.2011 Формат 60x90 1/16. Объем 1,1 п.л. Тираж 80 экз. Заказ № 15 Кемеровский технологический институт пищевой промышленности , 650056, г.Кемерово, 56, б-р Строителей, 47 Отпечатано на ризографе. Лаборатория множительной техники КемТИППа, 6500010, г. Кемерово, 10, ул. Красноармейская, 52