автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.04, диссертация на тему:Исследование и разработка технологии продуктов на основе молочной сыворотки с использованием плодов мелкоплодных яблок

На правах рукописи

Менх Георгий Викторович

ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ПРОДУКТОВ НА ОСНОВЕ МОЛОЧНОЙ СЫВОРОТКИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПЛОДОВ МЕЛКОПЛОДНЫХ ЯБЛОК

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

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 2 Ш.р Ш 005015520

Кемерово 2012

005015520

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Кемеровский технологический институт пищевой промышленности»

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Остроумов Лев Александрович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Смирнова Ирина Анатольевна

доктор технических наук, доцент Решетник Екатерина Ивановна

Ведущая организация: ФГБОУ ВПО «Кемеровский государственный сельскохозяйственный институт»

Защита диссертации состоится «/#» марта 2012 г в /г часов на заседании диссертационного совета Д 212.089.01 при Кемеровском технологическом институте пищевой промышленности» по адресу: 650056, г. Кемерово, бульвар Строителей, 47, т/факс 8-(3842)39-68-88.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Кемеровского технологического института пищевой промышленности. С авторефератом можно ознакомиться на официальном сайте ВАК Минобрнауки РФ (http://vak.ed.ftov.ru'). сайте Кем ТИПП (http://www.kemtipp.ru).

Автореферат разослан февраля 2012 г

Ученый секретарь диссертационного совета

Н.Н. Потипаева

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Проблема сохранения здоровья населения России в настоящее время тесно связана с необходимостью производства на научной основе полноценных пищевых продуктов общего и специального назначения. Правительством РФ на период до 2020 года принята Концепция развития молочного хозяйства, где особое внимание уделяется разработке и внедрению технологий продуктов питания, отличающихся высоким качеством, безопасностью на основе комплексного использования молочного сырья.

Проблемам производства многокомпонентных продуктов на основе вторичных сырьевых ресурсов молочного производства и ресурсосберегающих технологий посвящены работы отечественных ученых З.Х. Диланяна, П.Ф. Крашенинина, H.H. Липатова, А.Г. Храмцова, В.Д. Харитонова, JI.A. Остроумова, М.В. Залашко, И.А. Евдокимова, В.Е. Жидкова и других.

В нашей стране накоплен положительный опыт промышленной переработки молочной сыворотки. Сыворотку и ее ингредиенты используют при выработке различных продуктов питания. Однако, молочная промышленность имеет существенные резервы сыворотки, что указывает на актуальность поиска новых способов ее переработки. Следует отметить, что по своему составу сыворотка может служить хорошей основой для получения продуктов питания, в том числе продуктов многофункционального назначения с регулируемым составом белков, витаминов, полиненасыщенных жирных кислот, минеральных веществ, пищевых волокон и других ценных компонентов пищи.

Перспективным в создании новых продуктов является направление по комбинированию молочного и растительного сырья. Это обеспечивает возможность взаимного обогащения получаемых продуктов незаменимыми веществами, а также позволяет регулировать их состав в соответствии с основными положениями теории сбалансированного питания.

С целью создания комбинированных продуктов и повышения их пищевой ценности целесообразно использовать разнообразное сырье растительного происхождения, в частности плоды мелкоплодных яблок (ранета). Это сырье отличается хорошими технологическими свойствами, содержит разнообразные биологически активные вещества (витамины, балластные углеводы, минеральные элементы). Кроме того, оно дешево, общедоступно, повсеместно произрастает на территории Западной Сибири и является значительным сырьевым резервом для отечественной пищевой промышленности.

Учитывая актуальность проблемы комплексного использования сырьевых ресурсов молочной промышленности, в настоящей работе реализована возможность использования молочной сыворотки и растительного сырья для создания технологии новых видов сывороточно-растительных продуктов.

Цель и задачи исследований. Целью настоящей работы является исследование и разработка технологии сывороточно-растительных продуктов с использованием ранета.

Для достижения поставленной цели сформулированы основные задачи

исследований:

• изучить состав и свойства плодов мелкоплодных яблок (ранета);

• исследовать влияние обработки на состав и свойства пюре из ранета;

• изучить влияние технологических факторов на процесс формирования структуры сывороточно-растительных продуктов;

• разработать рецептуру и технологическую схему производства продукта на основе молочной сыворотки и плодов мелкоплодных яблок (ранета);

• изучить химический состав и свойства разработанного продукта на основе молочной сыворотки и растительного сырья;

• рассчитать ожидаемый экономический эффект, провести промышленную апробацию технологии.

Научная новизна работы заключается в следующем:

- изучен углеводный состав мелкоплодных яблок;

- проработаны способы подготовки сырья, показано, что средний диаметр части пюре (0,3-0,5 мм) получен при температуре 25-35°С и продолжительности обработки 3-5 мин при величине зазора 0,15-0,2 мм и числе оборотов 2000-2500 об/мин;

- изучено влияние различных доз растительного сырья на качество сыво-роточно-растительного продукта, получены значения параметров технологического процесса, оказывающих влияние на формирование структуры сывороточ-но-растительного продукта;

- определен химический состав и физико-химические свойства сыворо-точно-растительного продукта, установлена продолжительность хранения продукта.

Практическая значимость работы. Разработана техническая документация на продукт на основе молочной сыворотки и растительного сырья (ТУ 9224-008-02068315-11).

Апробация работы. Основные результаты работы были предметом докладов и обсуждений на всероссийской научно-практической конференции «Актуальные проблемы техники и технологии переработки молока» (г. Барнаул, 2011 г.), на региональной конференции студентов и аспирантов «Пищевые продукты и здоровье человека» (г. Кемерово, 2011 г.), на региональной конференции «Продукты питания и рациональное использование сырьевых ресурсов» (г. Кемерово, 2011 г.).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 9 работ, в том числе 2 в журналах, рекомендованных ВАК РФ «Техника и технология пищевых производств» и «Молочная промышленность».

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, литературного обзора, методической части, результатов исследований, их анализа, выводов, списка использованной литературы и приложений. Содержание изложено на 115 страницах, включает 31 таблицу и 23 рисунка. Список литературы включает 185 наименований.

МЕТОДИКА ВЫПОЛНЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ

Теоретические и экспериментальные исследования проведены в соответствии с поставленными задачами в Научно-образовательном центре Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Кемеровский технологический институт пищевой промышленности». Общая схема организации исследований приведена на рис. 1. Весь цикл исследований состоял из нескольких логически взаимосвязанных этапов.

В первой главе «Аналитический обзор» представлены перспективы использования вторичного молочного сырья, рассмотрены основные преимущества использования сырья растительного происхождения в технологии молочных продуктов питания. Теоретический этап работы связан с обобщением и анализом результатов отечественных специалистов по теме исследований.

Анализ литературных данных выявил проблемы, существующие в данной области, позволил сформулировать цель и задачи собственного исследования.

Во второй главе «Организация проведения работы и методы исследования» представлены данные об организации работы, объектах и методах физико-химических и микробиологических исследований, органолептической оценке и обработке полученных результатов.

Первый этап работы посвящен изучению химического состава плодов мелкоплодных яблок (ранета), выращенных в Кемеровской области в 2009-2011 гг. по следующим показателям: углеводы, органические кислоты, витамины, минеральные элементы, фракционный состав гемицеллюлоз, содержание клеточных стенок в растительном сырье, состав и физико-химические свойства пектиновых веществ, а так же микробиологические показатели.

Второй этап работы связан с изучением влияния обработки на состав и свойства пюре из плодов ранета. В качестве параметров, характеризующих образование структуры, выбрали: температуру, продолжительность процесса обработки сырья, величину зазора между ротором и статором установки. Число оборотов ротора.

Третий этап посвящен определению рациональной массовой доли пюре и сахарозы в продукте. Для этого проводилась оценка изменений органолептиче-ских характеристик образцов.

На четвертом этапе изучали влияние технологических факторов на процесс формирования структуры продукта. Анализировали влияние температуры, активной и титруемой кислотности, предельного напряжения сдвига.

Следующий этап работы связан с разработкой технологического регламента и рецептуры сывороточно-растительного продукта. Варьируя соотношение ингредиентов рецептуры, получали сывороточно-растительный продукт с требуемыми органолептическими, физико-химическими и микробиологическими показателями.

Заключительный этап работ состоял в практической реализации результатов исследований, а именно разработке технической документации и промышленной апробации результатов на производстве.

Рис. 1. Общая схема проведения исследований

При проведении исследований использовали общепринятые, стандартные и оригинальные методы исследований, в том числе физико-химические, микробиологические и другие.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Изучение состава н свойств плодов мелкоплодных яблок (ранета)

В качестве растительного сырья были использованы плоды мелкоплодных яблок (ранета) сорта «Антоновка обыкновенная», «Анис пурпуровый», «Фрома золотой», выращенные в Кемеровской области в период 2009-2011 гг. В табл. 1 приведены сведения по химическому составу плодов ранета, выращенных в Западно-Сибирском регионе.

Таблица 1

Содержание основных пищевых веществ в плодах ранета

Наименование Массовая доля, %

«Антоновка обыкновенная» «Анис пурпуровый» «Фрома золотой»

Вода 86,81±13,02 89,33±13,39 82,64± 12,40

Углеводы 12,20±2,44 8,60±1,72 10,20±2,04

Органические кислоты 1,90±0,38 0,67±0,13 1,60±0,32

Зола 0,65±0,13 0,76±0,15 0,59±0,12

Установлено, что углеводы занимают основную долю в сухих веществах растительного сырья. В табл. 2 приведено содержание углеводов в плодах ранета различных сортов. Из анализа представленных данных видно, что преобладающими среди моно- и дисахаров являются фруктоза и сахароза. Из полисахаридов большую часть составляют пектиновые вещества, которые обеспечивают целостность тканей, а также определяют технологическую пригодность растительного сырья и особенности его промышленной переработки.

Таблица 2

Содержание углеводов в растительном сырье

Наименование Массовая доля, %

«Антоновка обыкновенная» «Анис пурпуровый» «Фрома золотой»

Моно- и дисахара:

Глюкоза 2,00±0,12 1,10±0,09 1,80±0,13

Фруктоза 3,80±0,28 2,50±0,21 3,20±0,19

Сахароза 2,00±0,15 1,80±0,11 2,60±0,16

Полисахариды:

Гемицеллюлоза 0,30±0,02 0,30±0,03 0,20±0,01

Клетчатка 0,40±0,02 0,40±0,02 0,30±0,01

Крахмал 0,20±0,01 0,40±0,02 0,30±0,01

Пектиновые вещества 2,50±0,17 2,00±0,12 1,20±0,07

Технологические свойства растительной ткани определяются составом и строением образующих их пищевых веществ. Считаем целесообразным более подробно изучить физико-химические свойства гемицеллюлозного комплекса и пектиновых веществ растительного сырья. В табл. 3 представлены физико-химические свойства гемицеллюлозного комплекса плодов ранета.

Таблица 3

Состав гемицеллюлозного комплекса

Сорт ранета Массовая доля гемицеллюлоз, % Доля клеточных стенок, %

А, гидролизуе-мые в 65% растворе КОН В, гидролизуе-мые в 25% растворе КОН

«Антоновка обыкновенная» 0,21 ±0,04 0,09±0,04 4,13±0,83

«Анис пурпуровый» 0,19±0,03 0,11±0,01 3,88±0,78

«Фрома золотой» 0,13±0,04 0,07±0,02 3,18±0,64

Установлено, что содержание клеточных стенок у различных сортов колеблется на уровне 3,18-4,13%, что определяет соотношение гемицеллюлоз А и В в паренхимной ткани.

Общее содержание пектиновых веществ (табл. 4) колеблется от 1,20 до 2,50%, из которых на долю водорастворимого пектина приходится от 0,41 до 0,66%, а доля протопектина составляет от 0,72 до 1,84%.

Таблица 4

Физико-химические свойства пектиновых веществ растительного сырья

Наименование Массовая доля, %

«Антоновка обыкновенная» «Анис пурпуровый» «Фрома золотой»

Водорастворимые вещества, % 0,66±0,13 0,41 ±0,08 0,48±0,09

Протопектиновые вещества, % 1,84±0,37 1,59±0,32 0,72±0,14

В результате анализа данных можно сделать вывод о том, что плоды ранета являются перспективным сырьем для использования в технологии сыворо-точно-растительных продуктов за счет большого содержания пектиновых веществ. Строение и состав пектиновых веществ (в частности, степень этерифи-кации, наличие карбоксильных групп, а также массовая доля свободных саха-ридов) будут определять особенности протекания технологического процесса при получении продуктов с использованием растительного сырья. Считается, что именно эти свойства определяют функциональные характеристики растительного сырья.

Из органических кислот в растительном сырье обнаружены лимонная, яблочная, щавелевая, винная и бензойная кислоты.

Проведенные исследования показывают на широкие возможности использования растительного сырья. Сорт «Антоновка обыкновенная» отличается повышенным, по отношению к другим сортам, содержанием сухих веществ, клеточных стенок, а также наибольшим количеством пектиновых веществ.

Изучение влияния обработки на состав и свойства пюре из плодов

ранета

Для получения пюре плоды ранета предварительно подготавливали в следующей последовательности операций: предварительная мойка, инспекция, окончательная мойка, измельчение. Для получения пюре из плодов мелкоплодных яблок (ранета) использовали установку ГИД-100/1 - гидродинамический измельчитель-диспергатор, который предназначен для измельчения и диспергирования жидких и пастообразных пищевых продуктов.

С целью установления оптимальных параметров работы установки, параметров технологического процесса обработки растительного сырья, проведена серия опытов по определению зависимости среднего диаметра частиц пюре от температуры, продолжительности процесса обработки сырья, числа оборотов ротора, величины зазора между ротором и статором установки и влияние данных технологических параметров на эффективность обработки сырья. Результаты исследований представлены на рис. 2-3.

а)

б)

15 20 25 30 35 40 Температура,°С

& 3 °>б

а 2

8. 0,4

2

0,2

а, п О в"

Оч\

Продолжительность обработки, мин

Рис. 2. Зависимость среднего диаметра частиц пюре: а - от температуры процесса; б - от продолжительности обработки (1-«Антоновка обыкновенная», 2-«Анис пурпуровый», 3-«Фрома золотой»)

Показано, что оптимальный средний диаметр части пюре (0,3-0,5 мм) получен при температуре 25-35°С и продолжительности обработки 3-5 мин. При более низкой температуре и меньшей продолжительности обработки плодов ранета средний диаметр частиц пюре превышал оптимальный (0,6-0,65 мм), а при более высокой температуре и большей продолжительности процесса был меньше оптимального (0,1-0,02 мм).

На рис. 3 показано, что при величине зазора между ротором и статором установки 0,15-0,2 мм и числе оборотов ротора 2000-2500 об/мин, средний диаметр частиц пюре оптимальный (0,3 -0,5 мм). При меньшей величине зазора и большем числе оборотов средний диаметр частиц пюре превышает оптималь-

ный (0,15-0,3 мм), а при большей величине зазора и меньшем числе оборотов меньше оптимального (0,1-0,02 мм).

а)

0.05 0.1

Величина зазора, мм

1500 2000 2500 3000 3500 Число оборотов ротора, об/мин

Рис.3. Зависимость среднего диаметра частиц пюре: а - от величины зазора между ротором и статором установки; б - числа оборотов ротора (1-«Антоновка обыкновенная», 2-«Анис пурпуровый», 3-«Фрома золотой»)

Считали целесообразным провести серию опытов, направленных на изучение химического состава пюре из плодов ранета. Результаты эксперимента

приведены в табл. 5.

Таблица 5

_Содержание основных пищевых веществ в пюре из плодов ранета_

Наименование Массовая доля, %

«Антоновка обыкновенная» «Анис пурпуровый» «Фрома золотой»

Вода 72,34±10,85 68,71+10,30 68,86±10,38

Углеводы 11,09+2,21 7,82±1,56 9,27±1,85

Органические кислоты 1,95±0,37 0,67+0,13 1,55±0,29

Зола 0,59+0,11 0,70±0,13 0,54±0,10

Полученные результаты показали, что химический состав после обработки и измельчения в установке ГИД-100/1 изменился на 8-10%. Массовая доля воды уменьшилась в 1,2-1,4 раза.

На основании полученных данных следует отметить, что удовлетворительные результаты были достигнуты при использовании пюре из ранета сорта «Антоновка обыкновенная» со средним диаметром частиц пюре 0,3-0,5 мм.

Определение рациональной массовой доли пюре и сахарозы в продукте

С целью определения рациональной дозы пюре проведена серия опытов по оценке изменений органолептических характеристик. Результаты проведенных исследований представлены на рис. 4.

10 15 20 25 Массовая доля пюре, %

30

35

Рис. 4. Оценка органолептических характеристик продукта при добавлении различной дозы пюре: 1-«Антоновка обыкновенная», 2-«Анис пурпуровый», 3-«Фрома золотой»

Выявлено, что оптимальная доза пюре (при которой сывороточно-растительный продукт напоминает структуру желе и имеет максимальную балльную оценку): «Антоновка обыкновенная» - 20,0±0,01%, «Анис пурпуровый» -15,0±0,01%, «Фрома золотой» - 25±0,01%.

Особенность пектиновых веществ растительного сырья состоит в том, что они обычно способны образовывать устойчивые, необратимо разрушающиеся в результате сдвигающей деформации гели, только в водных растворах Сахаров. В этой связи, изучено влияние сахарозы на процесс формирования структуры сывороточно-растительных продуктов (табл. 6).

Таблица 6

Влияние сахарозы на предельное напряжение сдвига в молочной сыворотке с _различной массовой долей пюре_

Массовая доля сахарозы, % Предельное напряжение сдвига, Па, при массовой доле пюре, %

5,0 10,0 15,0 20,0 25,0 30,0 35,0

«Антоновка обыкновенная»

0,0 86 115 160 226 304 390 493

3,0 129 195 247 311 379 456 519

6,0 158 218 269 336 391 482 526

9,0 259 289 334 405 441 562 599

12,0 310 382 425 450 520 278 635

«Анис пурпуровый»

0,0 69 104 153 206 260 380 10

3,0 92 145 194 215 265 310 396

6,0 145 201 255 274 320 347 420

9,0 230 256 318 388 425 540 586

12,0 280 306 351 429 470 585 617

«Фрома золотой»

0,0 53 85 96 120 156 221 340

3,0 78 112 139 180 205 260 380

6,0 196 234 290 368 416 512 552

9,0 201 218 269 336 320 347 420

12,0 300 315 387 510 502 608 632

Анализ представленных данных показывает, что с увеличением массовой доли сахарозы предельное напряжение сдвига в сывороточно-растительном продукте возрастает. Анализ динамики предельного напряжения сдвига показывает, что с увеличением массовой доли пюре от 20,0 до 25% и доли сахарозы до 9% темп роста прочности снижается. При увеличении массовой доли сахарозы более 9% отмечается переход в более плотную структуру.

На основании проведенных исследований можно сделать вывод, что оптимальной дозой пюре является 20% при массовой доле сахарозы 9%.

Дальнейшим исследованиям подвергали продукты с использованием в качестве растительного компонента пюре из ранета сорта «Антоновка обыкновенная».

Для закрепления структуры сывороточно-растительного продукта провели серию опытов, используя различные структурообразователи: в качестве стабилизатора структуры использовали - желатин и модифицированный крахмал (Оксиамил ОПВ-2, ООО «Климовский крахмал»), которые являются наиболее распространенными. В табл. 7 показано изменение устойчивости структуры в зависимости от изменения концентраций пюре и стабилизатора структуры.

Данные, представленные в табл. 7, свидетельствуют о том, что наибольшее напряжение сдвига достигается в результате использования модифицированного крахмала в качестве стабилизатора структуры при массовой доле пюре 20,0% и стабилизатора 0,5±0,02%.

На основании анализа выявлено, что структура продукта с использованием стабилизатора структуры формировалась в виде трехмерного несистемного матрикса, образуемого полимерными цепями коллоидов. Использование модифицированного крахмала с массовой долей 0,5±0,02% приводит к образованию стабильной структуры.

Таблица 7

Влияние стабилизатора структуры на свойства молочной сыворотки

Стабилизатор структуры Массовая доля стабилизатора структуры, % Предельное напряжение сдвига, Па, при массовой доле пюре, %

5,0 10,0 15,0 20,0 25,0 30,0 35,0

Без стабилизатора структуры 0 275,0 ±16,5 347,0 ±17,4 380,0 ±11,4 475,0 ±19,0 490,0 ±29,4 520,5 ±26,1 569,5± 28,5

Желатин 0,50 ±0,02 324,5 ±16,2 409,4 ±20,5 447,8 ±26,9 473,0 ±14,2 558,8 ±27,9 593,0 ±17,8 705,0± 21,2

0,75 ±0,03 350,0 ±17,5 441,8 ±22,1 478,5 ±19,1 482,8 ±28,9 601,0 ±24,0 601,7 ±36,1 711,5± 28,5

1,00 ±0,05 362,0 ±18,1 456,1 ±22,8 482,0 ±24,1 498,4 ±24,9 607,5 ±30,4 617,1 ±30,9 716,0 ±35,8

1,50 ±0,09 375,0 ±18,7 472,4 ±23,6 485,0 ±29,1 515,5± 25,7 610,0 ±36,6 638,1 ±31,9 724,0± 43,4

модифициро- 0,50 ±0,02 412,5 ±20,6 478,0 ±14,3 520,5 ±26,1 569,5 ±28,5 605,0 ±18,2 711,2 ±42,7 710,0± 21,3

ванный крахмал (Оксиамил ОПВ-2) 0,75 ±0,03 444,9 ±22,3 485,5 ±19,4 560,4 ±33,6 613,2 ±30,7 614,5 ±24,6 722,5 ±28,9 765,9 ±38,3

1,00 ±0,05 480,0 ±23,9 494,0 ±24,7 605,4 ±30,3 625,0 ±31,3 662,7 ±39,8 730,0 ±36,5 826,2 ±41,3

1,50 ±0,09 412,0± 24,7 505,5 ±30,3 652,9 ±39,2 636,0 ±38,2 715,2 ±35,8 755,5 ±45,3 892,3± 53,5

Изучение влияния технологических факторов на процесс формирования структуры сывороточно-растительного продукта

Учитывая, что физико-химические свойства сыворотки и растительного сырья зависят от присутствия веществ, обладающих кислыми свойствами (рис. 5) проведена оценка влияния активной кислотности на предельное напряжение сдвига в продукте. Установлено, что активная кислотность в диапазоне рН 5,135,21 характеризуется повышением значений предельного напряжения сдвига. Максимальной прочностью характеризуются сывороточно-растительный продукт, полученный при рН 5,13±0,01 и массовой доле пюре 20%.

5,52 5,35 5,21 5,13 5,02 4,96 4,8 4,69 Активная кислотность, рН

Рис. 5. Влияние активной кислотности на предельное напряжение сдвига: с массовой долей пюре: 1 -10,0%; 2 - 15,0%; 3 - 20,0%; 4 - 25,0%;

Определив ранее, что на свойства продукта особое влияние оказывает температура, рассмотрена взаимосвязь между температурой и предельным напряжением сдвига. Результаты показали, что с повышением температуры снижается предельное напряжение сдвига, после которого отмечается ослабление структуры, при этом органолептические показатели продукта ухудшались. Установлена температура, после достижения которой отмечается оптимальная структура продукта и высокие органолептические показатели - 35±2°С.

Разработка рецептуры и технологической схемы производства сывороточно-растительного продукта

На основании результатов исследований разработана технологическая схема получения сывороточно-растительного продукта (рис. 6.)

Технологический процесс производства сывороточно-растительного продукта осуществляется в следующей последовательности: приемка и оценка качества сырьевых компонентов; подготовка компонентов; составление смеси; подогрев смеси; пастеризация; регулирование рН; расфасовка, маркировка и упаковка; охлаждение и хранение.

В табл.8 приведены органолептические и физико-химические показатели сывороточно-растительного продукта.

Таблица 8

Органолептические показатели

Наименование показателя Характеристика

Вкус и запах Чистый, кисловато-сладкий вкус и аромат, характерный для внесенных растительных компонентов, без посторонних привкусов и запахов

Внешний вид и консистенция Однородная жидкость, консистенция желеобразная, не текучая с частицами наполнителя

Цвет Равномерный, характерный для внесенного растительного компонента

Физико-химические показатели Значение показателя

Массовая доля белка, % 2,6+0,16

Массовая доля сухих веществ, % не менее 20,0+1,25

Массовая доля сахарозы, % не менее 10,0+0,63

Активная кислотность, рН 5,17±0,31

Титруемая кислотность, не более, °Т 65

Усредненные данные в показателях химического состава продукта приведены в табл. 9.

Таблица 9

Вещество Содержание

Белки, % 2,5-2,7

Жиры, % 0,19-0,22

Углеводы, %, 24,59-26,12

Зола, % 0,66-0,73

-N3, мг/100 г 3,4-3,7

- К, мг/100 г 160,1-176,9

- Са, мг/100 г 55,1-61,0

- Mg, мг/100 г 8,1-8,9

- Р, мг/100 г 58,0-63,0

-Ие, мг/100 г 314,5-347,5

Витамины:

-А, мг/100 г 0,02-0,03

- С, мг/100 г 3,12-3,46

- В6, мг/100 г 0,08-0,1

- Вп, мг/100 г 0,16-0,18

Энергетическая ценность, ккал 42,0-46,3

На основании проведенных исследований по органолептическим, физико-химическим и микробиологическим показателям установлены сроки годности

гелеобразного сывороточного продукта: при температуре 4±2°С, гарантированный срок годности и реализации не более 14 суток с момента окончания технологического процесса.

Рис. 6. Технологическая схема производства сывороточно-растительного продукта

Апробация технологии продукта и ее промышленное внедрение осуществлялось в ООО «МКС».

ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ

1. Изучен химический состав плодов ранета сортов «Антоновка обыкновенная», «Анис пурпуровый», «Фрома золотой», выращенных в Кемеровской области в период 2009-2011 гг. Установлено содержание основных пищевых веществ в исследуемых образцах. Впервые показано, что содержание клеточных стенок у различных сортов колебалось на уровне 3,18-4,13%. На основании результатов физико-химического анализа и микробиологических показателей обоснована целесообразность применения плодов ранета в производстве структурированных сывороточно-растительных продуктов.

2. Изучено влияние обработки на состав и свойства пюре из плодов ранета. Доказано, что оптимальный средний диаметр частиц пюре (0,3-0,5 мм) получен при температуре 25-35°С и продолжительности обработки 3-5 мин в установке ГИД-1. Установлено, что при величине зазора между рабочими органами установки 0,15-0,2 мм и числе оборотов ротора 2000-2500 об/мин, средний диаметр частиц пюре является рациональным (0,3-0,5 мм).

3. Определена рациональная массовая доля пюре и сахарозы в продукте. Анализ динамики предельного напряжения сдвига показывает, что с увеличением концентрации пюре от 15,0 до 20,0% и доли сахарозы до 9% темп роста прочности снижается. Оптимальной дозой пюре является 20% при массовой доле сахарозы 9%. Использование модифицированного крахмала в качестве стабилизатора структуры с массовой долей 0,5±0,02% приводит к образованию стабильной структуры.

4. Изучено влияние технологических факторов на процесс формирования структуры продукта. Максимальной прочностью обладают системы, полученные при рН 5,13±0,01 и массовой доле пюре 20,0%. Установлена температура, после достижения которой отмечается оптимальная структура продукта и высокие органолептические показатели - 65±2°С.

5. Разработаны рецептуры и технология новых видов продуктов на основе молочной сыворотки и растительного сырья. Основными этапами технологического процесса являются: приемка и оценка качества сырьевых компонентов; подготовка компонентов; составление смеси; подогрев смеси; пастеризация; регулирование рН; расфасовка, маркировка и упаковка; охлаждение и хранение.

6. Исследованы состав и свойства продуктов на основе молочной сыворотки и растительного сырья. Добавление растительного сырья в виде пюре в готовые продукты обеспечивает повышение их витаминной и минеральной ценности.

7. Разработана техническая документация на продукт на основе молочной сыворотки и растительного сырья (ТУ 9222-126-02068315-11). Проведена промышленная апробация в ООО «МКС». Продолжительность хранения продукта составляет не более 14 суток.

По материалам диссертации опубликованы следующие работы:

1. Менх, Г.В. Изучение условий гелеобразования молочной сыворотки / Г.В. Менх, И.С. Разумникова // Техника и технология пищевых производств.-

2010.- №4,- С. 33-36.

2. Просеков, А.Ю. Гелеобразные продукты с использованием молочной сыворотки и растительного сырья / А.Ю. Просеков, И.С. Разумникова, Г.В. Менх // Молочная промышленность.- 2011.- №7.- С. 81-82.

3. Менх, Г.В. Исследование влияния технологических факторов и процессов на закономерности гелеобразования молочной сыворотки / Г.В. Менх, И.С. Разумникова // Депонированная статья,- 07.02.2011 №51-В2011.

4. Разумникова, И.С. Новые технологические решения при производстве гелеобразных молочных продуктов / И.С. Разумникова, Г.В. Менх II Новые технология и инновационные разработки: материалы Ш-ей Межвузовской научно-практической ежегодной конференции.- Тамбов, 2010.- С. 90-91.

5. Просеков, А.Ю. Разработка технологии молочных продуктов на основе молочной сыворотки и растительного сырья / А.Ю. Просеков, И.С. Разумникова, Г.В. Менх // Молодежная наука - пищевой промышленности: Материалы II Международной научной конференции: СевКавГТУ.- 2011.- С. 149-151.

6. Разумникова, И.С. Технология производства гелеобразных молочно-растительных продуктов / И.С. Разумникова, Г.В. Менх // Качество продукции, технологий и изобретений: тезисы межрегиональной научно-практической конференции,- Магнитогорск, 2011,- С. 51-54.

7. Менх, Г.В. Технология гелеобразных сывороточных продуктов с бел-ково-углеводной добавкой / Г.В. Менх, И.С. Разумникова // Пищевые продукты и здоровье человека: материалы IV Всероссийской конференции с международным участием студентов, аспирантов и молодых ученых.- Кемерово, 2011.-С. 126-127.

8. Менх, Г.В. Направления исследований применения белково-углеводной добавки в технологии сывороточных продуктов // Пищевые продукты и здоровье человека: материалы IV Всероссийской конференции с международным участием студентов, аспирантов и молодых ученых.- Кемерово,

2011.-С. 128.

9. Менх, Г.В. Изучение состава и свойств белково-углеводного растительного сырья / Г.В. Менх, И.С. Разумникова, С.А. Сухих // Технологии и оборудование химической, биотехнологической и пищевой промышленности: материалы 4 Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых с международным участием,- Бийск, 2011.- 292-295.

Подписано в печать 25.01.2012 г. Формат 60x90 "16. Объем 1,0 п.л. Тираж 80 экз. Заказ №.23 Кемеровский технологический институт пищевой промышленности, 650056, г.Кемерово, б-р Строителей, 47. Отпечатано в Редакционно-издательском центре КемТИППа, 6500010, г.Кемерово, 10, ул. Красноармейская, 52

61 12-5/1901

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования «Кемеровский технологический институт пищевой промышленности»

(ФГБОУ ВПО КемТИПП)

МЕНХ ГЕОРГИЙ ВИКТОРОВИ

Исследование и разработка технологии продуктов на основе молочной сыворотки с использованием плодов

мелкоплодных яблок

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

ДИССЕРТАЦИЯ

на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор Л.А. Остроумов

Кемерово 2012

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ....................................................................................................................................................4

1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ..........................................................................................................7

1.1. Перспективы использования молочной сыворотки в технологии продуктов питания........................................................................................7

1.2. Анализ растительного сырья и сырьевой базы мелкоплод- 21 ных яблок

1.3. Химический состав и пищевая ценность плодов ранета..........30

1.4. Технологические особенности производства молочных продуктов с использованием компонентов переработки растительного сырья................................................................................................................37

1.4. Заключение по обзору литературы и задачи исследований.... 46

2. МЕТОДИКА ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ............................................................49

2.1. Организация экспериментальных работ......................................................49

2.2. Объекты исследований................................................................................................51

2.3. Основные методы исследований........................................................................52

3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ АНАЛИЗ................................59

3.1. Изучение состава и свойств плодов мелкоплодных яблок (ранета) ..........................................................................................................59

3.2. Изучение влияния обработки на состав и свойства пюре из плодов ранета....................................................................................................................77

3.3. Определение рациональной массовой доли пюре и сахарозы

в продукте..............................................................................................................................84

3.4. Изучение влияния технологических факторов на процесс 93 формирования структуры продукта................................

3.4.1 Влияние кислотности..................................................................................................93

3.4.2 Влияние температуры................................................................................................95

4. ПРАКТИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ 99 ИССЛЕДОВАНИЙ..........................................................

4.1 Разработка рецептуры и технологической схемы производства сывороточно-растительного продукта..................... 99

4.2. Изучение состава и свойств сывороточно-растительного продукта.............................................................. 102

4.3. Разработка технической документации и расчет экономического эффекта........................................................... 109

ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ................................................... 113

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ..................... 115

ПРИЛОЖЕНИЯ.................................................................... 133

ВВЕДЕНИЕ

Важнейшим направлением развития современного пищевого производства является создание безотходных технологий, позволяющих производить конкурентоспособную продукцию, в том числе функционального назначения.

Современная экологическая обстановка становится все более значимым фактором при оценке состояния питания населения. В последние несколько лет наблюдается тенденция резкого увеличения дефицита минеральных веществ, витаминов, полноценных белков и других биологически активных веществ у населения. Это связано с ухудшением рациона питания и вызвано экономическими преобразованиями, проходящими в России: уменьшением объемов производства продуктов питания, одновременным ростом их цен и снижением платежеспособности населения. В результате этого на 614% увеличилось потребление хлебобулочных изделий и картофеля, и на 2026% сократилось потребление овощей, плодов, молока, рыбы и мяса. Поставщиками многих витаминов, минеральных элементов, физиологически активных веществ в организм человека являются плоды и овощи. Недостаток витаминов приводит к нарушению обмена веществ, что находит выражение в увеличении общей утомляемости организма и уменьшении сопротивляемости различным заболеваниям.

На организм человека действуют также дополнительные факторы как химические и иные загрязнители, в том числе радиация. Чтобы уменьшить их неблагоприятное воздействие, рацион человека должен содержать биологически активные соединения, укрепляющие внутренние силы организма. В связи с этим к пищевым продуктам предъявляются особые требования по содержанию таких веществ, кроме того, рекомендуется вводить в рацион продукты богатые биологически активными веществами.

В Концепции государственной политики в области здорового питания населения России на период до 2005 года и Федеральном законе «О качестве и безопасности пищевых продуктов» №29-ФЗ / 2.01.2000 разработан ком-

плекс мероприятий, направленных на удовлетворение потребностей населения в здоровом питании с учетом национальных традиций и привычек, экономического положения, а также требований медицинской науки.

В нашей стране накоплен положительный опыт промышленной переработки молочной сыворотки. Сыворотку и ее ингредиенты используют при выработке различных продуктов питания. Однако молочная промышленность имеет существенные резервы сыворотки, что указывает на актуальность поиска новых способов ее переработки. Следует отметить, что по своему составу сыворотка может служить хорошей основой для получения продуктов питания, в том числе продуктов многофункционального назначения с регулируемым составом белков, витаминов, полиненасыщенных жирных кислот, минеральных веществ, пищевых волокон и других ценных компонентов пищи.

Проблемам производства многокомпонентных продуктов на основе вторичных сырьевых ресурсов молочного производства и ресурсосберегающих технологий посвящены работы отечественных ученых З.Х. Диланяна, П.Ф. Крашенинина, H.H. Липатова, А.Г. Храмцова, В.Д. Харитонова, Л.А. Остроумова, М.В. Залашко, H.A. Евдокимова, В.Е. Жидкова и других.

Важным условием улучшения питания населения является повышение эффективности и всестороннее развитие отраслей народного хозяйства, занятых переработкой сельскохозяйственной продукции. Особое значение имеет местное растительное сырье, недостаточно используемое в пищевой промышленности, к которому относятся и мелкоплодные яблоки: ранетки и по-лукультурки. Большое значение имеет решение этой проблемы на Урале, где потребность в плодах и ягодах особенно высока, а фактическое их потребление в 7-10 раз ниже нормы, рекомендованной Институтом питания РАН. Снабжение уральского региона плодово-ягодной продукцией осуществляется преимущественно за счет привозного сырья. Однако большинство районов располагают потенциальными возможностями в использовании местных плодов и овощей.

С целью создания комбинированных продуктов и повышения их пищевой ценности целесообразно использовать разнообразное сырье растительного происхождения, в частности плоды мелкоплодных яблок (ранета). Это сырье отличается хорошими технологическими свойствами, содержит разнообразные биологически активные вещества (витамины, балластные углеводы, минеральные элементы). Кроме того, оно дешево, общедоступно, повсеместно произрастает на территории Западной Сибири и является значительным сырьевым резервом для отечественной пищевой промышленности.

Учитывая актуальность проблемы комплексного использования сырьевых ресурсов молочной промышленности, в настоящей работе реализована возможность использования молочной сыворотки и растительного сырья для создания технологии новых видов сывороточно-растительных продуктов.

В диссертации теоретически обоснован и на практике реализован выбор растительного сырья, выращенного в Западно-сибирском регионе, рассмотрены особенности создания сывороточно-растительных продуктов, разработан технологический регламент и рецептуры получения сывороточно-растительного продукта, проведены сравнительные микробиологические исследования, подтверждающие ее безопасность. Результаты работы апробированы в производственных условиях.

Результаты исследований докладывались на научно-практических конференциях, семинарах и форумах различного уровня. По материалам диссертации опубликовано девять печатных работ, в том числе в журналах, рекомендованных ВАК «Молочная промышленность и КемТИПП «Техника и технология пищевых производств».

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

В обзоре литературы проанализирована возможность использования молочной сыворотки в качестве основы для получения сывороточно-растительных продуктов, изучен химический состав плодов мелкоплодных яблок, проанализированы технологические особенности производства продуктов с использованием растительного сырья.

На основании приведенных литературных данных сформулирована цель и задачи собственных исследований.

1.1. Перспективы использования молочной сыворотки в

технологии продуктов питания

Значительная часть (до 70%) производимого молока используется при производстве белково-жировых продуктов (сыр, творог, казеин). При этом получается значительная часть продуктов переработки молока, в том числе молочная сыворотка, пахта, которые также необходимо перерабатывать [1, 40, 49, 66, 74].

Проблема рационального использования молочной сыворотки не решена полностью во всем мире, она существует во всех странах с развитой молочной промышленностью независимо от форм собственности и системы экономических отношений. Это обусловлено значительными объемами молочной сыворотки, получаемой на предприятиях молочной промышленности [132, 151]. В США, Германии, Франции, Нидерландах перерабатывается от 50 до 95% ресурсов молочной сыворотки [26]. Особенность использования молочной сыворотки в России - это низкий уровень ее промышленной переработки. В настоящее время выпуск молочной сыворотки в России превышает 3,5 млн. тонн в год, однако на пищевые цели используется лишь около 25% [16, 45].

Значительная часть неиспользуемой молочной сыворотки сбрасывается в сточные воды, что наносит непоправимый ущерб экологии. Одна тонна молочной сыворотки, сливаемой в канализацию, загрязняет водоемы так же, как 100 м3 хозяйственно-бытовых стоков [43].

Нормальное функционирование молочной отрасли России, ее экономическое состояние требует повышения эффективности производства, в первую очередь за счет ресурсосбережения, так как затраты на сырье достигают 80% себестоимости молочных продуктов [69].

Классифицируют сыворотку по виду вырабатываемого продукта на подсырную, получаемую при выработке сыров, творожную, получаемую при выработке творога, и казеиновую, получаемую при выработке казеина. Сводные данные по составу сыворотки, обобщенные в монографии академика РАСХН А.Г. Храмцова, приведены в таблице 1.1.1 [124]. Из таблицы видно, что в сыворотке содержится около 50% сухих веществ молока.

Таблица 1.1.1

Состав сыворотки

Сыворотка Массовая доля, %

сухих лактозы белковых минеральных

веществ веществ солей

коле- сред- колеба- сред- колеба- сред- колеба- сред-

бания нее ния нее ния нее ния нее

Подсырная 4,5-7,2 6,5 3,9-4,9 4,5 0,5-1,1 0,7 0,3-0,8 0,5

Творожная 4,2-7,4 6,0 3,2-5,1 4,2 0,5-1,4 0,8 0,5-0,8 0,6

Казеиновая 4,5-7,5 6,8 3,5-5,2 4,5 0,5-1,5 1,0 0,3-0,9 0,7

Анализ данных по составу сыворотки показывает, что она является ценным молочным сырьем. При переработке в нее переходят в большей или меньшей степени все компоненты молока: сухие вещества - более 50%, молочный сахар - 90%, белковые вещества - до 23%, минеральные соли - 80%. Содержание в молочной сыворотки белковых азотистых соединений, углеводов, липидов, минеральных солей, витаминов, органических кислот, фермен-

тов, иммунных тел, микроэлементов свидетельствуют о ее высокой пищевой и биологической ценности [64,75,125 ].

Учитывая, что молочная сыворотка является ценным сырьем, ВНИИМС разработал отраслевой стандарт, регламентирующий ее органо-лептические, физико-химические, микробиологические и санитарно-гигиенические показатели (таблица 1.1.2) [133].

Таблица 1.1.2 Физико-химические показатели молочной сыворотки

Показатель Нормы для сыворотки

подсырной творожной казеиновой

несоленой соленой

Плотность, кг/м3, не менее 1020 1035 1019 1019

Кислотность, °Т, не менее 20 20 70 70

Массовая доля сухих веществ, %, не менее, в том числе: 6,0 7,0 5,5 5,5

лактозы, % 4,0 4,0 3,5 3,5

жира, %, не более 0,1 0,1 од 0,1

хлористого натрия, %, не более - 2,0 - -

Одними из наиболее ценных компонентов сыворотки являются белки, содержание которых достигает в сыворотке 1%. Сывороточные белки (альбумины, глобулины) обладают ценнейшими биологическими свойствами, содержат оптимальный набор жизненно необходимых аминокислот и с точки зрения физиологии питания приближаются к аминокислотной шкале «идеального» белка, т. е. белка, в котором соотношение аминокислот соответствует потребностям организма [20, 37].

Состав сывороточных белков отличается от состава белков молока. В молоке белок представлен главным образом казеином, в сыворотке - наиболее ценными белками - а-лактальбумином и (3-лактоглобулином, общее со-

держание незаменимых аминокислот, в которых значительно выше, чем в казеине. Интегральный коэффициент биологической ценности сывороточных белков, рассчитанный по методике ФАО/ВОЗ, оценивается в 1,3 раза выше по сравнению с казеином, что указывает на необходимость обязательного включения их в рацион [85].

Состав углеводов в молочной сыворотке аналогичен составу углеводов молока. Отличается сыворотка большим содержанием лактозы, которая делает ее хорошей средой для различных типов брожений, различающихся составом конечных продуктов. При молочнокислом брожении образуются, в основном, молочная кислота, а также этанол, ацетат и углекислый газ. При спиртовом брожении - в основном, этанол и углекислота, а также в небольших количествах другие спирты (изобутиловый, пропиловый), уксусная, припионовая и янтарная кислоты, ацетоин и диацетил. Основными продуктами пропионовокислого брожения являются пропионовая и уксусная кислоты [6, 57,61,90, 154].

Массовая доля жира в молочной сыворотке составляет 0,45-0,50%, что обусловлено его содержанием в исходном сырье и технологией выработки основного продукта, а в сепарированной - 0,05-0,1%. Молочный жир сыворотки более тонко диспергирован, чем в молоке, что положительно влияет на его усвояемость [11, 24, 39].

Минеральный состав сыворотки весьма разнообразен. На него оказывает влияние как сезонность, так и технология изготовления белково-жировых продуктов.

В молочную сыворотку переходят почти все соли, вводимые при выработке основного продукта, и соединения с поверхности оборудования. В целом молочная сыворотка является продуктом с естественным набором жизненно важных минеральных соединений [44].

Кроме минеральных веществ в сыворотку почти полностью переходят водорастворимые и жирорастворимые витамины. По данным академика А.Г. Храмцова в подсырной сыворотке содержится, мг/100г: тиамина (В1)- 0,035;

рибофлавина (В2) - 0,14; пиридоксина (В6) - 0,07; каротина - 0,23; аскорбиновой кислоты (С) - 1,17; никотиновой кислоты (РР) - 0,05; ретинола (А) -0,003; токоферола (Е) - 0,03. Из ферментов в сыворотке обнаружены гидролазы, фосфорилазы, ферменты расщепления, окислительния и восстанови-тельния [46, 48].

Приведенные данные по составу сыворотки показывают, что она является ценным пищевым сырьем, переработка которого не только возможна, но и экономически целесообразна и экологически необходима.

Основной путь решения проблемы комплексной переработки молочного сырья - это создание безотходных технологий белковых продуктов (сыра, творога, казеина). В настоящее время существуют два подхода по переработке сыворотки: полное использование сухих веществ; раздельное использование составных компонентов [58, 127, 159].

Первый подход реализуется по двум направлениям. Первое использование натуральной сыворотки как ингредиента хлебобулочных изделий, напитков, желе, десертов, мороженого, а также для приготовления питательных сред, кормов и удобрений, моющих средств, косметики и оздоровительных ванн [4, 32, 18].

На предприятиях хлебопекарной промышленности с целью интенсификации технологического процесса, экономии муки и повышения пищевой ценности хлебобулочных изделий используется натуральная молочная сыворотка. Она применяется при замесе закваски или теста [164]. Одним из рациональных способов применения сыворотки является использование ее вместо воды при приготовлении заварки в процессе выработки хлеба на жидкой закваске. При изготовлении хлеба на густой закваске сыворотку вносят при замесе теста. Внесение сыворотки позволяет обогатить хлеб и хлебобулочные изделия незаменимыми аминокислотами, особенно триптофаном и ли�