автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.04, диссертация на тему:Исследование и разработка технологии обезжиренных кисломолочных напитков с применением этапа микропартикуляции белка

На правах рукописи

ШТРИГУЛЬ ВИТА КОНСТАНТИНОВНА

ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ОБЕЗЖИРЕННЫХ КИСЛОМОЛОЧНЫХ НАПИТКОВ С ПРИМЕНЕНИЕМ ЭТАПА М ИКР О П АРТИКУЛЯЦИИ

БЕЛКА

Специальность 05.18.04 - технология мясных, молочных и рыбных

продуктов и холодильных производств

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

1А МАР 2013

Кемерово - 2013

005050649

005050649

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образовательного образования «Кемеровский технологический институт пищевой промышленности» (ФГБОУ ВПО «КемТИПП»)

Научный руководитель: Смирнова Ирина Анатольевна

доктор технических наук, профессор

Официальные оппоненты: Майоров Александр Альбертович,

доктор технических наук, профессор Государственное научное учреждение Сибирский научно-исследовательский институт сыроделия Россельхозакадемии, директор

Маюрникова Лариса Александровна,

доктор технических наук, профессор, Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Кемеровский технологический институт пищевой промышленности», заведующая кафедрой «Технология и организация общественного питания»

Ведущая организация: Федеральное государственное бюджетное

образовательное учреждение высшего профессионального образования «Кемеровский государственный сельскохозяйственный институт»

Защита диссертации состоится «21» марта 2013 года в 10-00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.0i9.01 при ФГБОУ ВПО «Кемеровский технологический институт пищевой промышленности по адресу: 650056, г. Кемерово, бульвар Строителей, 47, 4 лек. ауд., тел./факс 8(384-2)39-68-88.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Кемеровский технологический институт пищевой промышленности». С авторефератом можно ознакомиться на официальном сайте ВАК Минобрнауки РФ (http://vak.ed.gov.ru/ru/dissertation) и ФГБОУ ВПО «Кемеровский технологический институт пищевой промышленности» (www.kemtipp.ru).

Автореферат разослан « 20 » февраля 2013 г

Учёный секретарь диссертационного совета

Кригер Ольга Владимировна

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования. Современная структура питания населения России во многом определилась уровнем развития компьютеризации, автоматизации и механизации сфер человеческой деятельности. Затрачивая все меньше энергии на совершение трудоемких процедур, человек практически не сократил объем своего рациона. Результатом этого стало широкое распространение заболеваний, вызванных избыточной массой тела и ожирением.

Снижение калорийности молочных продуктов хотя бы на 25-50% (за счет исключения из их состава молочного жира) дает значительный вклад в профилактику ожирения и других алиментарных заболеваний. При этом предполагается сохранность всех остальных компонентов (белок, витамины, минеральные вещества и микроэлементы), а значит пищевой ценности низкокалорийных молочных продуктов.

Однако производство низкокалорийных молочных продуктов связано с возникновением ряда пороков: слабовыраженный вкус и аромат, излишне твёрдая, упругая или грубая консистенция. Поэтому остро стоит проблема улучшения потребительских свойств диетических продуктов, что необходимо для сохранения конкурентоспособности данного вида продовольственных товаров перед традиционными высококалорийными продуктами.

Чтобы разрушить сложившийся стереотип «полезное-невкусное», необходимо создать технологию, при которой уменьшение содержания жира в продукте не ухудшит его органолептические свойства в сравнении с традиционными (полножирными) аналогами. Комплексным решением вопросов снижения содержания жира в молочных продуктах и улучшения органолептических свойств является использование белковых имитаторов жира.

Степень разработанности темы. Значительный вклад отечественных ученых в разработку молочных продуктов диетического и функционального питания был сделан Н. Липатовым, З.Х. Диланяном, Р.И. Раманаускасом, Л.А. Остроумовым, М.С. Уманским, A.A. Майоровым, Н.И. Дунченко, А.Г. Храмцовым, Д.А. Жареновым, И.А. Смирновой, Л.М. Захаровой, Н.Б. Гавриловой и другими.

Несмотря на то, что отечественными учеными постоянно ведутся исследования по созданию и совершенствованию технологий низкокалорийных молочных продуктов, имитаторы жира в России практически не изучены.

Цель и задачи исследований. Целью настоящей работы является исследование и разработка технологии производства обезжиренных кисломолочных напитков с применением этапа микропартикуляции белка для улучшения их органолептических и реологических свойств. Для реализации поставленной цели сформулированы следующие задачи:

- исследовать различные механизмы коагуляции белков молока с целью выявления наиболее приемлемого способа формирования микропартикулята белка;

- сравнить, выбрать и обосновать наиболее рациональный способ коагуляции с точки зрения процесса микропартикуляции молочного белка;

- разработать схему процесса микропартикуляции молочного белка;

- определить оптимальные параметры процесса микропартикуляции молочного

белка*

исследовать свойства обезжиренных кисломолочных напитков с микропарти-

купированным белком;

- разработать технологию обезжиренных кисломолочных напитков с применением этапа микропартикуляции белка и провести его апробацию в производственных

условиях.

и.«.-. новичка работы. Впервые была разработана технология производства обезжиренных кисломолочных напитков с применением этапа микропартикуляции казеина с целью улучшения органолептических свойств готовых продуктов.

Новизна технологии состоит в запускании коагуляции нативных белков молока и последующей остановки процесса при достижении частицами требуемой формы и

размеров.

Способ отличен от существующих технологических аналогов тем, что в качестве основного компонента используется доступный казеин.

Трппр-гическая и значимость работы. На основании получен-

ных результатов исследования разработана технология и техническая документация для производства обезжиренных напитков кисломолочных с применением этапа микропартикуляции молочного белка.

- Новизна технического решения, составляющего основу новой технологии, отражена в заявке на изобретение № 20U145409 (приоритет от 11.11.2012).

Результаты исследований используются в учебном процессе при подготовке бакалавров по направлению 260200 «Продукты питания животного происхождения».

Мрхп.плогия и м»™п» исследований. При проведении исследовании применялся комплекс общепринятых, стандартных и модифицированных методов исследований физико-химических, микробиологических, реологических свойств сырья и готовой продукции. Математическая обработка и графическая визуализация результатов экспериментов были проведены с помощью программы «электронные таблицы» MS Excel.

Основные положения, выносимые на защиту:

- результаты экспериментального изучения разных способов коагуляции белков молока с целью обоснования наиболее подходящего для формирования белковых

микропартикулятов;

- схема и описание предложенного процесса микропартикуляции молочного

белка на основе сычужной коагуляции;

- результаты определения оптимальных параметров процесса микропартикуля-

ции молочного белка;

- технологическая схема производства обезжиренных кисломолочных напитков

с применением этапа микропартикуляции казеина.

rw^pHn-x. пезультатов подтверждается достаточной повторностью и воспроизводимостью экспериментальных данных, полученных с использованием современных физико-химических, микробиологических, реологических методов иссле-

дований, и их математической обработкой, апробацией нового технологического решения в производственных условиях.

Апробация результатов. Основные положения диссертации докладывались на научных конференциях: «Инструментальные методы для исследования живых систем в пищевых производствах» (Кемерово, 2009), «Современное состояние и перспективы развития пищевой промышленности и общественного питания» (Челябинск, 2010), «Качество продукции, технологий и образования» (Магнитогорск, 2010), «Пищевые продукты и здоровье человека» (Кемерово, 2010), «Актуальные проблемы современной науки, техники и образования» (Магнитогорск, 2010).

Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 11 печатных работ, в том числе в 3 журналах, рекомендованных ВАК.

Структура и объём работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырёх глав, заключения, списка использованных источников литературы и приложений. Работа изложена на 158 страницах компьютерной версии, содержит 19 таблиц, 22 рисунка, 118 литературных источников, приложения.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

Введение. Обоснована актуальность выбранного направления научных исследований.

Глава 1. Обзор литературы. Представлен обзор основных методов улучшения потребительских свойств нежирных молочных продуктов, который свидетельствует о том, что в настоящее время проблема создания низкокалорийных молочных продуктов, является актуальной. Обоснованы преимущества белковых имитаторов жира для улучшения органолептических показателей нежирных молочных продуктов. Представлена характеристика казеина, как предлагаемой основы для формирования белковых микропартикулятов. Обобщены сведения по способам коагуляции белков молока.

Глава 2. Организация работ, объекты и методы исследований. Приведена характеристика объектов исследований, описана методология проведения исследований и постановки эксперимента.

Экспериментальные исследования и обработка полученных данных проводилась на кафедре ССиТПП «Магнитогорского Государственного Технического Университета им. Г.И. Носова» и на кафедре молока и молочных продуктов «Кемеровского Технологического Института Пищевой Промышленности».

Экспериментальные исследования проводились в соответствии со схемой проведения исследований, приведённой на рисунке 1.

На первом этапе изучены основные способы коагуляции белков молока (сычужная, кислотная, термокислотная, хлоркальциевая).

На втором этапе проведён анализ полученных данных по всем видам коагуляции молока. Согласно проведённому анализу, установлено, что для формирования микропартикулятов молочного белка наиболее рациональным способом коагуляции является сычужная.

На третьем этапе разработана схема процесса микропартикуляции на основе сычужной коагуляции молочного белка с учётом основных параметров.

На четвёртом этапе проведена оптимизация технологических параметров процесса микропартикуляции молочного белка. Определены доза коагулянта, температура, экспозиция и активная кислотность молока.

Этапы исследований

Изучаемые факторы

Исследование различных способов коагуляции белков молока

Способы и параметры коагуляции: кислотная: закваска (тип, доза), тем-

пература, экспозиция; термокислотная: кислота (тип, доза), температура, экспозиция; сычужная: рН, температура, фермент (тип, доза), СаС12, экспозиция; хпоркальциевая: доза СаС12, экспозиция, температура.

Контрольные параметры

Вязкость смеси, полученной после коагуляции молока

Органолептические свойства смеси, полученной после коагуляции молока

Сравнение способов коагуляции молока, выбор и обоснование наиболее рационального для технологии микропартикуляции белка____

Разработка схемы процесса микропартикуляции белков молока на основе сычужной

коагуляции _____

Определение оптимальных параметров процесса микропартикуляции белков молока

- доза фермента;

- температура;

-рН;

- экспозиция;

- СаСЬ

- вязкость;

- органолептические свойства

т Исследование свойств обезжиренных кисломолочных напитков с микропартикулиро-ванным белком - вязкость; - органолептические свойства; - ощущение сливочности

Практическая реализа-

ция: разработка технологии напитков кисломолочных с микропар-тикулированным белком

Термостатный способ

Резервуарный способ

п-

Рисунок 1 - Общая схема эксперимента

Далее исследованы свойства обезжиренных кисломолочных напитков, с применением этапа микропартикуляции белков. пйечжипенных На заключительном этапе разработана технология производства обезжиренных

кисломолочных нанитков с применением этапа микропартикуляции молочного белка резервуарным и термостатным способами. В готовых продуктах стандартными мето-

дами анализировали физико-химические и органолептические свойства и определяли показатели безопасности для установления гарантированных сроков годности.

Глава 3. Результаты исследований и их обсуяодение.

Исследование различных способов коагуляции молока.

Предлагается использование процесса коагуляции молока для формирования белковых микропартикулятов, которые могут выступать в роли имитаторов жира в продукте. Для формирования частиц требуемых размеров и форм предполагается запуск и последующая остановка коагуляции в тот момент, когда белковые частицы увеличились до необходимых размеров (1 мкм), но ещё не сформировали сгусток. При этом необходимо, чтобы система получилась устойчивой. Рассмотрены основные способы коагуляции молока, применяемые в молочной промышленности: кислотная, термокислотная, хлоркальциевая, сычужная.

Исследование термокислотной коагуляции белков молока. Как способ контроля над процессом термокислотной коагуляции молока предлагается воздействие на температурный фактор, а так же изменение доз внесения кислоты.

Для экспериментов выбран 10%-ный раствор уксусной кислоты, интервал варьирования дозы установлен от 0,2 до 1,0% с шагом 0,2%. Коагуляцию проводили при температурах: 25; 45; 65; 85°С. Образцы выдерживали 5 минут без перемешивания, затем подвергали мгновенному охлаждению в солее-ледяной смеси. В контрольный образец вносилось такое же количество коагулянта при той же температуре и выдержке, но без последующего охлаждения. Результат эксперимента оценивался по кинематической вязкости смеси, потому что это наиболее показательный и легко определяемый параметр системы. Вязкость контрольного и исследуемого образцов измерялась одновременно - через 10 минут после внесения коагулянта (5 минут выдержки и 5 минут охлаждения молока). Результат представлен в таблице 1.

Таблица 1 - Изменение вязкости молока в зависимости от дозы кислоты, температуры

Доза кислоты, % Вязкость смеси, мм:/с при температуре

25±2°С 45±2°С 65±2"С 85±2°С

без охлаждения (контроль) с охлаждением без охлаждения (контроль) с охлаждением без охлаждения (контроль) с охлаждением без охлаждения (контроль) с охлаждением

0,2 3,01 3,31 3,51 3,61 4,10 4,40 явная коагуляция

0,4 3,03 3,56 3,59 3,86 4,14 4,42 явная коагуляция

0,6 3,29 3,59 3,65 3,93 4,40 4,69 явная коагуляция

0,8 3,31 3,84 3,86 4,10 4,67 4,69 явная коагуляция

1,0 3,59 3,86 3,94 4,14 4,69 4,97 явная коагуляция

Как видно из представленной таблицы, доза 10%-ной уксусной кислоты при неизменной температуре оказывает незначительное влияние на свёртывание молока. При температуре 25°С добавление кислоты от 0,2% до 1,0% увеличивало вязкость смеси линейно на 6-8%. Аналогичные показатели наблюдались при температуре 45°С и 65°С. При 85°С образовался видимый сгусток.

В отличие от сычужного свёртывания, процесс структурообразования в кислотном сгустке протекает интенсивнее, а система быстрее подходит к равновесному состоянию. Поскольку при кислотном свёртывании мицеллы казеина электрически нейтральны, здесь превалируют силы межмолекулярного взаимодействия, радиус действия которых гораздо меньше радиуса электростатических сил отталкивания. Поэтому кислотный сгусток принимает окончательную структуру, едва достигнув изо-

электрической точки (рН 4,6-4,7).

Более значимой для проведения термокислотной коагуляции молока оказалась температура. Изменяя температуру от 25°С до 45°С при одних и тех же дозах кислоты вязкость смеси менялась на 10-15%. Изменяя температуру от 25°С до 65 С при тех же дозах кислоты вязкость менялась на 34-36%. Под действием высокой температуры происходит разрыв внутримолекулярных связей и одновременно денатурация белков, эффективность которой усиливается с повышением температуры. Это связано с реакцией белков, особенно сывороточных, на воздействие температуры.

Теоретически, коагуляцию можно остановить, уменьшив температуру, так как она несёт большой вклад в коатуляционные процессы молока. Однако практически видно что после охлаждения смеси, вязкость нарастала. Это может быть связано с физико-химическими процессами в молоке, происходящими во время охлаждения молока. Любая коллоидная система, в том числе и молоко, характеризуется инертностью - во время охлаждения молочной смеси ещё может происходить образование конгломератов белка. Следовательно, при кислотной коагуляции сложно получить

стабильную систему.

Исследование кислотной коагуляции белков молока. Основными факторами

кислотной коагуляции является закваска (тип микроорганизмов, доза), температура и время выдержки молока с коагулирующими агентами.

Исследованы основные представители разных групп молочнокислых микроорганизмов, которые различны по степени кислотообразования и отношению к температуре В ходе эксперимента выяснилось, что значительное увеличение вязкости происходит после 8 часов работы L. lactic, после 3 часов работы Str. thermopiles и через 7

часа для L. acidophilus.

Предлагается останавливать коагуляцию за 1 час до того, как произошло значительное увеличение вязкости. В лабораторных и промышленных условиях удобнее всего использовать температуру в качестве фактора, останавливающего коагуляцию. В стерилизованное и охлаждённое молоко вносили по 1% производственных заквасок L lactis Str thermopiles, L. acidophilus. Далее образцы помещались в термостат при оптимальной температуре для каждого вида микроорганизма на определённое время. После выдержки в термостате образцы охлаждали. Затем следовал контроль вязкости всех образцов. Для каждого образца готовился свой контрольный образец. В него вносили 1% закваски при оптимальной температуре и помещали в термостат на то же время, как и испытуемые образцы, но не подвергали охлаждению. Результат показан

в таблице 2.

Таблица 2 - Изменение вязкости молока в зависимости от закваски и температуры

Заквасочная культура Вязкость смеси, мм2/с

с охлаждением без охлаждения (контроль)

Бич ШегторЫ1из 6,30 5,93

Ь. ІасгіБ 6,43 6,15

1„. асіїіоріїіїш 7,15 6,97

Как видно из представленной таблицы вязкость молочной смеси, подвергнутой охлаждению, оказалась выше, чем у образцов без охлаждения. Причины этому те же, что и при термокислотной коагуляции.

Кислотная коагуляция - многофакторный, сложно контролируемый процесс. Кроме описываемых ранее, на него может влиять множество факторов, которые сложно учесть в производственных условиях. Поэтому, производство белковых имитаторов жира на основе кислотной коагуляции молока сложно осуществить.

Исследование хлоркальциевой коагуляции белков молока. Изменяя количество СаС12 и температуру, можно контролировать процесс хлоркальциевой коагуляции белков молока. Как более целесообразный способ прерывания процесса коагуляции предлагается мгновенное охлаждение смеси.

В ходе экспериментов варьировали количество СаС12 от 50 до 250 г сухой соли на 100 кг молока. Температуру коагуляции: 25; 45; 65; 85 С. Для каждого образца готовилась отдельная контрольная проба. В неё вносилась та же доза СаС12, при той же температуре, но без последующего охлаждения. Вязкость определялась через 10 минут после начала эксперимента, которые включают 5 минут выдержки и 5 минут охлаждения (таблица 3).

Таблица 3 - Влияние дозы СаС12 и температуры на вязкость молочной смеси

Доза Вязкость смеси, мм2/с

СаС12, 25±2°С 45±2°С 65±2°С 85±2°С

% без охлаж- с охлаж- без охлаж- с охлаж- без охлаж- с охлаж- без охла- с охлаж-

дения дением дения дением дения дением ждения дением

(контроль) (контроль) (контроль) (контроль)

0,25 3,03 3,05 3,30 3,35 3,52 4,21 явная коагуляция

0,50 3,07 3,11 3,37 3,42 4,01 4,71 явная коагуляция

0,75 3,12 3,15 3,44 3,50 4,74 4,98 явная коагуляция

1,00 3,21 3,26 3,48 3,55 5,10 5,50 явная коагуляция

1,25 3,30 3,32 3,58 3,61 5,91 6,82 явная коагуляция

Из представленных данных видно, что под действием СаС12 при комнатной температуре увеличение вязкости незначительно, независимо от дозы внесённого реагента. Под действием температуры скорость реакции резко увеличивается даже при небольших количествах СаС12. Значительным недостатком хлоркальциевой коагуляции является посторонний горький, химический привкус в молоке при внесении хлористого кальция.

Исследование сычужной коагуляции белков молока. Основные факторы сычужной коагуляции молока сводятся к условиям работы вносимого молокосвёрты-

вающего фермента, так как именно он является основным коагулирующим агентом. Работу его можно корректировать, изменяя ионную силу среды, температуру, продолжительность выдержки и концентрацию фермента.

Молокосвертываюшая активность сычужного порошка максимальна при 45 С Оптимальный РН для гидролиза Х-казеина химозином находится в интервале от 5,60 до 6.40. Снижение количества ионов кальция при пастеризации за счет переходав. нерастворимую форму необходимо компенсировать путём внесения СаС12 из расчета 400 т на 1000 кг. Необходимое количество фермента в значиельной степени зависит от физико-химических свойств молока. Обычно на 100 кг молока вносят 2,5 г фермента с активностью 100 тыс. условных единиц. Чтобы проверить влияние дозы сычужного фермента и время выдержки с ним, проделаны следующие опыты. Дозы сычужного фермента для опытов были уменьшены, чтобы не допустить коагуляцию молока. В подготовленное молоко вносили раствор фермента в количестве от 0,02/о до 0,1% с шагом 0,04%. Периодически определялась вязкость смеси (рисунок ц.

5 ю 15 20 25 30 3

Продолжительность выдержки, мин

Доза внесения сычужного фермента , % -0,02 -0.06 -1

Рисунок 2 - Влияние дозы сычужного фермента и выдержки с ним на вязкость молока

Следует отметить, что чем ниже доза внесения сычужного фермента, тем

больше времени требуется для образования сгустка.

Для изучения влияния рН среды на процесс сычужной коагуляции белков мо лока был проделан опыт, в ходе которого была изменена доза внесения.сычужного фермента от 0 02% до 0,1% и активная кислотность среды от 6,60 до 5,80 путем Пия 100/о-ного раствора уксусной кислоты. По полученным данным был*■ построены кривые, отражающие влияние дозы сычужного фермента „а вязкость молока при раз личной активной кислотности среды (рисунок 3).

7

-0,02 -0.06 --ОД

Рисунок 3 - Влияние сычужного фермента и рН на вязкость молока

Как видно из представленного графика с уменьшением рН растёт вязкость смеси. Это вполне объяснимо - в области рН 5,80 система приближается к изоэлектриче-ской точке, преобладает кислотная коагуляция. Были выявлены существенные недостатки такого свёртывания. Эта область достаточно рискованна для предлагаемой технологии. Поэтому предложено проводить операции по формированию частиц требуемых размеров и форм при рН 6,20.

Общим свойством молокосвертывающих ферментов является снижение обшей протеолитической активности при рН среды выше оптимального уровня. Предлагается использовать это свойство для остановки коагуляции. Для проверки эффективности изменения активной кислотности среды для остановки коагуляции проделан опыт, в ходе которого была изменена рН молока от 6,40; 6,60; 6,80 до 7,00 единиц активности рН путём внесения ЫаОН пищевой. Определялась вязкость смеси с внесением и без внесения щёлочи (контроль), результат представлен в таблице 4.

Таблица 4 - Влияние рН на вязкость молока при сычужной коагуляции

рН Вязкость смеси, мм2/с

без внесения №ОН (контроль) с добавлением ЫаОН

6,40 явная коагуляция 6,76

6,60 8,45 6,54

6,80 6,95 6,69

Как видно из представленной таблицы, внесение щёлочи №ОН останавливает сычужную коагуляцию, что подтверждает литературные данные.

Чтобы проверить влияние СаС12 на сычужную свёртываемость молока, провели следующую серию опытов. Запускали сычужную коагуляцию при рН 6,20 с разным количеством сычужного фермента (0,02; 0,06; 0,1), с внесением (400 г соли на 1000 кг молока) и без внесения СаС12, после выдержки 5 минут и нейтрализации определялась вязкость. Результат представлен в таблице 5.

ю

0,5 9 8.5 8 7.5 7 6.5 6 5,5 5

5.6

5,8

6,2 6,4

рН

Доза внесении сычужного фермента (в виде раствора с активностью 100-150 Е),% :

Таблица 5 - Влияние СаС12 и дозы сычужного фермента на вязкость смеси при

сычужной коагуляции молока

Доза внесения сычужного фермента (в виде раствора с активностью 100-150 Е), /о Вязкость, мм2/с

рН=6,20

СаСЬ без СаСЬ (контроль)

0,02 6,95 6,97

0,06 7,52 7,48

0,1 8,92 8,87

Из таблицы видно, что изменение вязкости молока с внесением СаС12 и без него незначительно (в пределах погрешности), что подтверждает литературные данные о влиянии хлористого кальция на сычужную коагуляцию молока. На молокоперера-батываюших заводы приходит сборное молоко (в том числе и сычужновялое), сложно прокошролировать его способность к сычужному свёртыванию. Поэтому предлагается вносить минимально рекомендуемую дозу хлористого кальция в молоко на этапе микропартикуляции казеина во избежание убытков предприятий.

Проанализировав вышеизложенное, можно заключить, что сычужная коагуляция - сложный многофакгорный процесс. Однако его можно контролировать в производственных условиях, изменяя температуру и рН молока.

Сравнение способов коагуляции молока, выбор и обоснование наиболее рационального с точки зрения микропартикуляции Согласно проведённому исследованию было установлено, что наиболее рациональным способом коагуляции для формирования частиц требуемых размеров и форм является сычужная коагуляция. Она не требует специального оборудования, её процесс легко контролировать. Путём технологических манипуляций посредством сычужной коагуляции можно получить стабильную систему. Реагенты, используемые для сычужной коагуляции молока, не вносят в продукт посторонних запахов и вкусов,

абсолютно безопасны для здоровья.

Исследование седиментационной устойчивости молочных сгустков. Для

получения качественного продукта с микропартикулированным белком необходимо:

. белковые частицы формировали стабильную микросуспензию и были устойчивы к седиментации;

. не агрегировали между собой в течение времени хранения продукта; . не теряли уникальные свойства при различных видах технологической обработки (перекачивание, транспортировка, пастеризация, сквашивание).

Исследование показало, что наиболее устойчивый к седиментации сгусток получается при хлоркальциевой коагуляции. Сгустки после кислотного и термокислотного свёртывания обладали неудовлетворительной седиментационной устойчивостью Однако сгусток после хлоркальциевой коагуляции обладал посторонним химическим привкусом. Сгусток после сычужной коагуляции обладал удовлетворительной седиментационной устойчивостью и положительными органолептическими показателями Полученные данные доказывают, что с помощью сычужной коагуляции можно

осуществить процесс микропартикуляции в производственных условиях для получения продукта высокого качества без негативных органолептических свойств.

Исследование возможности дробления сычужных сгустков для формирования белковых имитаторов жира показывает низкую эффективность использования технологии дробления полученных сгустков при производстве белкового имитатора жира на основе казеина ввиду высокой гидрофобности казеиновых частиц. Более приемлемой может стать технология, предполагающая получение частиц требуемых размеров и форм в процессе коагуляции.

Разработка этапа микропартикуляции Для формирования частиц требуемых размеров и форм предлагается остановка коагуляции в тот момент, когда белковые частицы уже увеличились в размере, но ещё не сформировали сгусток. На рисунке 4 представлена схема процесса сычужной коагуляции и её прерывания.

■Мк

Ш

У V*

Рисунок 4 - Схема процесса микропартикуляции молочного белка

Средний размер нативных мицелл казеина 40-300 нм. При создании оптимальных условий под действием сычужного фермента (температуры, солей Са, рН) происходит отщепление гликомакропептида с поверхности мицелл и формирование гидрофобных участков. В результате чего мицеллы начинают слипаться. Для прерывания процесса использовали нейтрализацию среды до рН 7,00 путём внесения щелочных растворов. В результате происходит замедление действия молокосвёртывающего фермента. После жёсткой термической обработки (96°С) окончательно инактивирует-ся фермент и на поверхности сформированных микропартикулятов осаждаются денатурированные сывороточные белки, придающие микрочастице устойчивость к седиментации и слипанию за счёт повышения отрицательного заряда на поверхности частиц. Таким образом, получаются частицы размером 1 мкм. способные имитировать жир в продукте. Стоит отметить, что в представленной технологии подразумевается пастеризация в конце этапа микропартикуляции.

Определение оптимальных параметров процесса микропартикуляции белка

Технология микропартикуляции молочного белка основывается на процессе сычужного свёртывания молока. Поэтому основные её параметры сводятся к факторам сычужной коагуляции белков молока. Технологией предусматривается использование оптимальной температуры для работы сычужного фермента 40 - 45°С. Для стандартизации солевого состава молока рекомендуется внесение СаС12 в количестве 400 г соли на 1000 кг молока. В представленной технологии показатель рН является основным фактором контроля. Перед запуском коагуляции следует его понижение от 6,60 до

6,20, а затем увеличение до 7,00.

Для выявления рациональной дозы внесения фермента были выработаны образцы по вышеописанной схеме с различной дозой внесения сычужного фермента 0,5; 0,25; 0,1%. Результат анализировался по вязкости, и представлен на рисунке 5.

■0,25

■ одо

-0,05

Рисунок 5 - Влияние дозы фермента и выдержки на вязкость молочной смеси

Вязкость продукта в средней области позволяет эффективно имитировать сли-вочность при дегустации продукта. Из рисунка видно, что большая часть кривой, которая соответствует дозе внесения 0,05%, находится в средней зоне. Однако, на практике она нестабильна, возможно образование отдельных конгломератов до нарастания вязкости. С точки зрения технологии и ресурсосбережения рациональной дозой внесения сычужного фермента оказалось 0,1% в виде 2,5%-ного раствора (с учётом активности порошка 100 тыс. условных единиц).

Для выявления наиболее рационального времени выдержки смеси после запуска коагуляции до её остановки была выработана опытная партия образцов. Сычужная коагуляция запускалась по описанной ранее схеме и останавливалась через 3, 5 и 8 минут, затем определялась вязкость молочной смеси и органолептические показатели. Для сравнения представлена вязкость молока с массовой долей жира 3,2% и молока обезжиренного (таблица 6).

Таблица 6 - Влияние времени выдержки от запуска сычужной коагуляции до её остановки на вязкость продукта

Время выдержки, мин Вязкость, мм2/с

3 10,5

5 28,7

8 32,2

молоко с м.д.ж. 3,2 % 11,3

молоко обезжиренное 8,45

В соответствии с полученными данными можно заключить, что вязкость зависит от времени действия фермента - с увеличением времени выдержки вязкость приготовленных молочных продуктов возрастает. По показателю вязкости образец с выдержкой 5 минут наиболее близок к его аналогу с массовой долей молочного жира 3,2%. Следовательно, 5 минут - наиболее рациональное время выдержки молочной смеси после запуска сычужной коагуляции до его остановки.

Исследование новых обезжиренных кисломолочных напитков с микропартикулированным белком Контрольная выработка новых обезжиренных кисломолочных напитков проводилась в производственных условиях. Результаты органолептической оценки представлены на рисунке 6 в виде сравнительных профилограмм по 2 видам показателей.

Посторо мний зонах

Кислом олочны й запах

Посторо ниий окус

Пстериз ' ации вкус

іКофир с МПБ і Кефир 0%

Посторонн 1 ЩЯь Поетороин

ий запах 1 зиВЬ ий вкус

•ш

Кисломол ІІР очный запах

Пстеризац ии окус

а Кефир с МПБ в Кефир 3,2%

Кремовый цвет

Вязкая консистенц'

Однородно сть сгустка

Отделение сыворотки

ІЗ Кефир с МПБ и Кефир 0%

Кремовый цвет

Вязкая консистен* ция

Однородн ость сгустка

Отделение сыворотки

8 Кефир с МПБ Я Кефир 3,2%

Рисунок 6 - Сравнительные профили кефира обезжиренного, кефира с м.д.: 3,2%, кефира с микропартикулированным белком

В сравнении с обезжиренным кефиром напиток кисломолочный с микропарти-кулированным белком обладал более высоким показателем сливочности. Устранимым недостатком кефира, полученного с применением этапа микропартиляции, является отсутствие кремового оттенка. Его можно скорректировать путём внесения Р-каротина. Результаты исследования свойств кисломолочных напитков с микропарти-кулированным белком подтвердили возможность применения этапа микропартикуля-ции для улучшения органолептических свойств продуктов.

Глава 4. Практическая реализация результатов исследования Разработка технологии микропартикулирования казеина. Технологическая схема этапа микропартикуляции казеина представлена на рисунке 7. Этап микропар-тикуляции казеина заключается в следующей последовательности технологических операций.

- создание оптимальных условий для запуска процесса сычужной коагуляции казеина;

- внесение необходимых реагентов;

- выдержка смеси;

- внесение реагентов для остановки сычужной коагуляции;

- пастеризация, охлаждение.

Микропартикуляцня молочного белка

Подогрев молока т = - 40°Г 1 молока ^

Резервуар с рубашкой и мешалкой

Внесение реагентов: Тмолока-35-40°С, рН молока ~~ 6,20 рНчолока = 6,20. СаСЬ - 400 г сухой соли на 100 кг молока в виде 40%-ного раствора; Сычужный фермент - 0,1% в виде 2,5% - ного раствора

молочная кислота хлористый кальций сычужный фермент

Резервуар с рубашкой и мешалкой

Выдержка х = 5-7 мин

резервуар с рубашкой и мешачкой

Нейтрализация молочной смеси рН„„лока = 7,00

резервуар с рубашкой и мешачкой

■ Г

Пастеризация Тп = 92±2°С; т„ыД = 10-20с

Теплообменный аппарат, резервуар с рубашкой и мешалкой

Рисунок 7 - Этап микропартикуляции казеина

В результате проведенных исследований разработана технология производства новых диетических кисломолочных напитков с применением этапа микропартикул-ции молочного белка, которая представлена на рисунке 8.

Технологический процесс Параметры и показатели

Приёмка

Молоко коровье - сырьё В соответствии с ГОСТ Р 52054

Молоко обезжиренное - сырьё В соответствии с ГОСТ Р 53503

Кальций хлористый ГОСТ 450-77, ТУ 6-09-4711-81, ГОСТ 4161-77 и ТУ 6-09-5077-83

Фермент сычужный ТУ 9219-002-05331581, ОСТ 49 144-79

Кислота молочная пищевая (Е270) ГОСТ 490-2006

Гидроксид натрия (Е524) ГОСТ 2236-79

ТУ 9229-369-00419785, ОСТ 10-02-02-4,

Закваска инструкция по приготовлению и применению заквасок и бакконцентратов

Подготовка сырья

Подготовка компонентов:

Кальций хлористый Фермент сычужный Кислота молочная Гидроксид натрия_

Закрытые емкости (стеклянные, керамические, из нержавеющей стали)

40%-ный раствор СаС1г готовится за сутки до использования; Т„Д11=85±50С, 2,5% раствор сычужного фермента готовят за 20-25 мин до использования, Т„ДЫ=34±2°С

Кислота молочная 10%-ный раствор Гидроксид натрия 10%-ный раствор

Сепарирование

„ = от 8 до 45°С

Сепаратор - сливкоотделитель

Микропартикуляция молочного белка

Подогрев молока, внесение реагентов: Тмолока 35-45 С, Молочная кислота вносится до рН = 6,20. СаС12- из расчёта 400 г сухой соли на 1000 кг молока в виде 40% -ного раствора; Сычужный фермент —0,1% в виде 2,5%-ного раствора

Хлористый кальций, сычужный фермент, молочная кислота.

Теплообменный аппарат, резервуар с рубашкой и мешачкой, рНметр

Выдержка т = 5-7 мин

резервуар с рубашкой и мешалкой

Нейтрализация молочной смеси Внесение гидроксида натрия Гидроксид натрия вносится в виде 10%-ного раствора до достижения рН = 7,00.

резервуар с рубашкой и мешалкой

Пастеризация Т„ = 92±2°С;т.ид= 10-20с

Теплообменный аппарат, резервуар

Охлаждение Г = 18 - 44°С (в зависимости от вида продукта)

Теплообменный аппарат, резервуар

©

о

©

Заквашивание, перемешивание Мз.гриб« - от 1 до 3 %; М,.про„„ = от 3 до 5 %; Ттрсмеш. = от 10 до 15 мин.

Резервуар с мешалкой и рубашкой

* X

Термостатный способ производства Резервуариый способ производства

Розлив

Автомат для розлива

Сквашивание

Термостатная камера

Мн<

Сквашивание, перемешивание, частичное охлаждение

Резервуар с рубашкоі ^ и мешалкой

Т= 18-44°С; „. = 2,5-12 ч; К<80°Т

Т= 18 -44°С;

,= 2,5-12 ч; К = 75-100°Т; Тохл^ст„= (23±2)°С; 14±2)°С

Созревание (для напитка кефирного)

Резервуар с рубашкой и мешалкой

т =

1 созр

(14±2)°С; Тсоїр = от 9 до13 ч;

Охлаждение

Охладитель для кисломолочных напитков

Т = (4±2)°С;

Розлив, упаковка, маркировка Мпстто, г

Автомат для фасовки

Доохлаждение, созревание (для напитка кефирного) Гсозр = от 9 до 13 ч; Т - (4±2)°С

Холодильная камера

Рисунок 8 - Технологическая схема производства напитков кисломолочных с применением этапа микропартикуляции белка

Производство кисломолочных напитков на основе предлагаемой технологии может быть внедрено на пищевых предприятиях любого типа без существенных капитальных вложений, т.е. доступно для малого и среднего бизнеса. На основании проведенных расчетов можно сделать вывод об экономической целесообразности применения предложенной технологии.

Заключение:

1. Исследована и разработана технология обезжиренных напитков кисломолочных с применением этапа микропартикуляции молочного белка для улучшения орга-нолептических и реологических свойств.

2. Исследованы основные механизмы коагуляции белков молока с целью выявления наиболее приемлемого способа формирования микропартикулята белка. Согласно проведённому анализу и исследованию было установлено, что наиболее рациональным способом коагуляции молока для формирования частиц требуемых размеров и форм является сычужная. Сычужная коагуляция даёт возможность получения стабильной системы в молоке, не требует специального оборудования, процесс легко контролировать.

3. Разработана схема процесса микропартикуляции молочного белка. Для формирования частиц требуемых размеров и форм предлагается запуск и остановка сычужной коагуляции в тот момент, когда белковые частицы увеличились в размере, но не ещё не сформировали сгусток. При создании оптимальных условий сычужной коагуляции (температуры, солей Са, рН, сычужного фермента) происходит отщепление гликомакропептида с поверхности мицелл и формирование гидрофобных участков. В результате чего мицеллы начинают слипаться. После нейтрализации и жёсткой термической обработки окончательно инактивируется фермент и на поверхности сформированных микропартикулятов осаждаются денатурированные сывороточные белки, придающие микрочастице устойчивость к седиментации и слипанию. Таким образом, получаются частицы размером 1 мкм, способные имитировать молочный жир.

4. Определены оптимальные значения технологических параметров процесса микропартикуляции молочного белка: температура молока 40-45°С; рН молока 6,20; сычужный фермент - 0,1%. После выдержки следует нейтрализация молочной смеси с последующей пастеризацией при 96±2°С в течении 15-20 секунд.

5. Исследованы свойства обезжиренных кисломолочных напитков, выработанных с использованием этапа микропартикуляции белков. Установлено, что кефир с микропартикулированным белком в сравнении с обезжиренным кефиром обладает более высоким показателем сливочности.

6. Разработана технология новых кисломолочных напитков с микропартикулированным белком. Разработана соответствующая техническая документация по производству обезжиренных кисломолочных напитков. Определены показатели безопасности и гарантированные сроки годности напитков.

По материалам диссертации опубликованы следующие работы

1. Штригуль В.К. Применение турбидиметрического метода в исследовании частиц молочных белков Штригуль В.К., Манылов C.B. III Сборник материалов III Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Современное Состояние и перспективы развития пищевой промышленности и общественного питания» (том I). - Челябинск, 2009. - С. 146-149.

2. Штригуль В.К. Манылов C.B. Технология производства кисломолочных напитков с микропартикуляцией белков молока / Штригуль В.К. Манылов C.B. // Материалы V Всероссийской научно-практической конференции «Качество продукции, технологий и образования». - Магнитогорск, 2010 - С. 180-182.

3. Штригуль В.К. Разработка метода улучшения органолептических свойств обезжиренных молочных продуктов/ Штригуль В.К., Манылов C.B. // Инструмен-

тальные методы для исследования живых систем в пищевых производствах: Материалы всероссийской конференции с элементами научной школы для молодёжи,- Кемерово, 2009.-С. 179-182.

4. Штригуль В.К. Исследование и разработка технологии микрогранулирования казеина / Штригуль В.К., Манылов C.B. // Материалы 68-й межрегиональной научно-технической конференции: Актуальные проблемы современной науки, техники и образования. - Магнитогорск, 2010. - С. 90 - 93.

5. Смирнова И.А. Применение ультразвука для формирования микропартикуля-тов молочного белка / Смирнова И.А., Штригуль В.К. // Актуальные проблемы техники и технологии переработки молока: Сборник научных трудов с международным участием. Выпуск 9. - Барнаул, 2012. - С. 56-61.

6. Смирнова И.А. Исследование свойств молочного белка с целью формирования белковых имитаторов жира /Смирнова И.А., Штригуль В.К., Смирнов Д.А.// Актуальные проблемы техники и технологии переработки молока: Сборник научных трудов с международным участием. Выпуск 9. - Барнаул, 2012. - С. 215-222.

7. Смирнова И.А. Экономическая эффективность применения этапа микропар-тикуляции казеина на молокоперерабатывающих предприятиях / Смирнова И.А., Штригуль В.К., Смирнов Д.А // Актуальные проблемы техники и технологии переработки молока: Сборник научных трудов с международным участием. Выпуск 9. - Барнаул, 2012. - С. 243-245. 3 /1

8. Смирнова И.А. Исследование способов коагуляции молока с целью формирования микропартикулятов белков молока /Смирнова И.А., Гралевская И. В., Штригуль В.К., Смирнов Д.А. // Техника и технология пищевых производств. - Кемерово: КемТИПП. - №3, 2012. - С. 112-121

9. Смирнова И.А. Реологические исследования диетических продуктов, выработанных с применением этапа микропартикуляции казеина / Смирнова И.А. Штригуль В.К., Смирнов Д.А. // Качество продукции, технологий и образования: Материалы VII Всероссийской научно-практической конференции с международным участием. - Магнитогорск, 2012 - С. 413-417.

10. Смирнова И.А. Исследование сычужной коагуляции с целью формирования микропартикулятов белков молока. / Смирнова И.А. Штригуль В.К., Смирнов Д.А. // Молочная промышленность. - 2013. - №2. - С. 77.

11. Смирнова И.А. Разработка встраиваемого модуля на молокоперерабатывающих предприятиях для производства низкокалорийного имитатора жира на основе молочного белка / Смирнова И.А. Штригуль В.К., Смирнов Д.А. // Сыроделие и маслоделию. - 2013.- №1. - С. 42.

Подписано в печать 06.02.2013. Формат 60x86/16. Тираж 70 экз. Объем 1,25 п.л. Заказ № 38 ■ Кемеровский технологический институт пищевой промышленности.

650056, г. Кемерово, б-р Строителей, 47.

Отпечатано в лаборатории множительной техники КемтТИППа.

650002, г. Кемерово, ул. Институтская, 7