автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.04, диссертация на тему:Исследование и разработка технологии взбитых молочных десертов на основе гидролизата казеина

На правах рукописи

Масленникова Светлана Михайловна

ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ВЗБИТЫХ МОЛОЧНЫХ ДЕСЕРТОВ НА ОСНОВЕ ГИДРОЛИЗАТА КАЗЕИНА

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

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

3 МАР 2015

Кемерово 2015

005559873

005559873

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Кемеровский технологический институт пищевой промышленности» (ФГБОУ ВПО «Кем ТИПП»),

Научный руководитель:

Доктор технических наук, Курбанова Марина Геннадьевна

доцент

Официальные оппоненты:

Ульрих Елена Викторовна

доктор технических наук, профессор Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Кузбасский государственный технический университет имени Т.Ф. Горбачева», главный научный сотрудник отела научно - технической информации Коновалов Сергей Александрович кандидат технических наук, доцент Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Омский государственный аграрный университет имени П.А. Столыпина», заведующий кафедрой «Продукты питания и пищевая биотехнология»

Ведущая организация:

Государственное бюджетное учреждение Ярославской области «Ярославской государственный институт качества сырья и пищевых продуктов»

Защита диссертации состоится «25» марта 2015 г. в 12 часов на заседании диссертационного совета Д 212.089.01 в ФГБОУ ВПО «Кемеровский технологический институт пищевой промышленности» по адресу: 650056, г. Кемерово, бульвар Строителей, 47, ауд. 4-я лекц. ауд. тел./факс: (8-384-2)39-05-37, (8-384-2)39-68-88.

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

Автореферат разослан февраля 2015 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Л.г-^/-^ Кригер Ольга Владимировна

/ ^

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В настоящее время во всех развитых странах мира имеются крупные специализированные фирмы занимающиеся выпуском продуктов функционального назначения. Многие научные коллективы продолжают углубленные исследования по созданию новых продуктов для питания детей, подростков, пожилых людей, спортсменов и других групп населения.

Новые формы белковой пищи, это продукты питания, получаемые на основе различных фракций белка продовольственного сырья с применением научно-обоснованных способов переработки и имеющие определенный химический состав, структуру и свойства. Высокая пищевая и биологическая ценность гидролизатов казеина, их функциональные свойства и возможность использования в составе различных пищевых продуктов, обусловливают актуальность создания новых технологий их получения.

Свойство отдельных поверхностно активных веществ (ПАВ) давать стабильные пены высокой степени взбитости широко применяют в пищевой промышленности для создания продуктов питания со взбитой структурой, которые пользуются повышенным спросом благодаря оригинальному составу и, как правило, высокой пищевой ценности. В пищевой промышленности широко применяются природные амфолиты (белки, пептиды, нуклеиновые кислоты, модифицированные амфолиты, например, гидролизаты белковых веществ и другие). Основные преимущества амфолитных ПАВ: удовлетворительные санитарно-гигиенические свойства (низкая токсичность, высокая биоразлагае-мость, возможность комбинации с другими ПАВ). Управление процессом ценообразования в многокомпонентных взбитых молочных продуктах с использованием гидролизата казеина лежит в основе получения готовых продуктов с заданными функциональными свойствами и структурно-механическими показателями, от него зависят не только внешний вид, консистенция, но выход и качество продукта. Принимая данный факт во внимание, считаем целесообразным рассмотреть факторы, влияющие на пенообразующие характеристики взбитых молочных продуктов на основе гидролизата казеина.

Использование гидролизатов казеина весьма актуально на фоне разработки новых видов продуктов специального назначения, поскольку они отличаются высоким содержанием таких незаменимых аминокислот, как лизин и метио-нин, особо учитываемых наряду с триптофаном при определении пищевой ценности продуктов.

Степень проработки темы исследований. Научные основы и методологические подходы к решению проблемы проектирования состава сбалансированных пищевых продуктов исследованы и теоретически обобщены в работах Липатова H.H. и Рогова И.А. Вклад в исследование белковой системы молока внесли Горбатова К.К., Гаврилов Г.Б., Диланян З.Х., Дьяченко П.Ф., Евдокимов И.А., Крашенинин П.Ф., Круглик В.И., Крусь Г.Н., Майоров A.A., Остроумов J1.A., Просеков А.Ю., Уманский М.С., Храмцов А.Г., Шалыгина A.M. и другие отечественные и зарубежные ученые.

Цель и задачи исследования. Целью диссертационной работы является исследование пеиообразующих свойств гидролизата казеина и разработка технологии взбитых молочных десертов.

Для достижения поставленной цели определены и сформулированы основные задачи исследований:

- исследовать закономерности ступенчатого гидролиза казеина;

- определить рациональные параметры кислотного и ферментативного гидролиза казеина;

- изучить влияние биотехнологических факторов на состав и свойства полученного гидролизата;

- исследовать пенообразующие свойства гидролизата казеина;

- разработать рецептуры и технологии молочных взбитых десертов на основе гидролизата казеина;

- оценить экономическую эффективность нового вида продукции.

Научная новизна работы. В ходе проведенных научных исследований

изучена биотехнологическая и физико-химическая сущность комплексного кислотно-ферментативного гидролиза казеина. Подобраны рациональные условия комплексного гидролиза казеина, позволяющие получить максимальное расщепление молекул белка и высокую степень гидролиза, с наименьшими потерями аминокислот. Получены зависимости, описывающие динамику накопления свободных аминокислот, молекулярно-массовое распределение белков и пептидов. Исследованы пенообразующие характеристики гидролизата казеина, выявлено, что гидролизат казеина имеет не только высокую пенообразующую способность как амфолитные ПАВ, но и проявляют стабилизационные свойства. Разработаны технологические параметры производства молочных десертов на основе гидролизата казеина, исследован состав, свойства и показатели безопасности новых видов продукции. По содержанию токсичных элементов (тяжелых металлов) хлорорганических соединений и микотоксинов, молочные десерты на основе гидролизата казеина отвечают медико-биологическим требованиям и санитарным нормам качества продовольственного сырья.

Теоретическая и практическая значимость работы. Исследованы закономерности комплексного гидролиза казеина серной кислотой и протеолити-ческими ферментами. Практическая ценность работы состоит в разработке технологии взбитых молочных десертов на основе гидролизата казеина. По результатам работы получено положительное решение на выдачу патента (№ 2014110831 от 20.03.2014 г. «Способ получения функциональной добавки на основе гидрализата казеина»). В установленном порядке подготовлен комплект технических условий и технологических инструкций на новый вид продукта, разработана техническая документация, результаты работы апробированы.

Методология и методы исследования. Экспериментальные исследования проводили с учетом современной методологии исследования сложных явлений с помощью общепринятых, стандартных и оригинальных методов биохимического, физико-химического, структурно-механического анализа с использованием последних достижений науки и техники.

Для количественного и качественного определения аминокислотного состава использовали систему на базе высокоэффективного жидкостного хроматографа (аминокислотный анализатор) АгасияРМАСтЬН. Содержание белка определяли на анализаторе общего азота (белка) «ЯАРГОЫЕЬЕМЕМТАЯ», работающего по методу Дюма - сжигания пробы с регистрацией общего азота на детекторе теплопроводности. Для количественного определения массовой доли амминого азота использовали метод Лоури. Молекулярно-массовое распределение белков и пептидов в получаемых гидролизатах оценивали электрофоретиче-ским способом в полиакриламидном геле (ПААГ) методом Лэмли. Массовую долю аммиака определяли методом капиллярного электрофореза с помощью системы «КАПЕЛЬ 105». Очистку гидролизата с целью удаления кислоты и аммиака проводили с помощью ротационного испарителя ИР-1ЛТ. Плотность газожидкостных дисперсных систем определяли путем прямого измерения объема пены и объема жидкости в ней (или ее массы). Микробиологические показатели определяли в соответствии с СанПиН 2.3.4.551, СанПиН 2.3.2.1078, ГОСТ 9225, ГОСТ 10444.12, ГОСТ 10444.11, ГОСТ Р 50480.

Основные положения, выносимые на защиту; физико-химические и биотехнологические закономерности ступенчатого гидролиза казеина; состав качественных и количественных характеристик полученного гидролизата казеина; физико-химические закономерности пенообразующих свойств гидролизата казеина; создания рецептур и технологии взбитых молочных десертов на основе гидролизата казеина.

Апробация работы. Основные положения диссертации доложены и получили одобрение на семинарах различного уровня, научно-практических конференциях, в том числе: на XII Международной научно-практической конференции «Тенденции сельскохозяйственного производства в современной России» (г. Кемерово, 2013г.), Международной научно-практической конференции «Векторы развития современной науки» (г. Уфа, 2014г.), Международной научно-практической конференции «Наука и образование в современной конкурентной среде» (г. Уфа, 2014г.), Всероссийской научно-практической конференции «Инновации в пищевой промышленности: образование, наука, производство» (г. Благовещенск, 2014г).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 10 печатных работ, в том числе две статьи в журналах, рекомендованных ВАК для публикации основных материалов диссертаций («Вестник Алтайского государственного аграрного университета», «Техника и технология пищевых производств»), в описании заявки на выдачу патента РФ.

Структура н объем работы. Диссертационная работа состоит из следующих основных разделов: введение, аналитический обзор, организация, объекты и методы исследований, результаты исследований и их обсуждение, результаты и выводы, список использованных источников и приложения. Основное содержание работы изложено на 145 страницах машинописного текста, содержит 32 таблицы и 25 рисунков. Список литературы включает 196 наименования.

ОРГАНИЗАЦИЯ И ПРОВЕДЕНИЕ РАБОТЫ

Теоретические и экспериментальные исследования проведены в соответствии с поставленными задачами (рисунок 1) в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Кемеровский технологический институт пищевой промышленности». Весь цикл исследований состоял из нескольких логически взаимосвязанных этапов.

Исследование и разработка технологии взбитых молочных десертов на ос>

нове гилпол!|зата казеина

Анализ отечественной и зарубежной литературы, формулировка цели и задач

исследований

I

Сравнительная оценка химического состава и биологической ценности концентратов молока

I ~

Изучение закономерностей ступенчатого гидролиза казеина

I

Исследование пенообразующих характеристик гидролизата казеина

Разработка технологии молочных взбитых десертов на основе гидролизата казеина

-физико-химический состав казеина -массовая доля влаги -массовая доля белка -массовая доля жира -аминокислотный состав фракций I

-параметры ступенчатого гидролиза -аминокислотный состав -свойства гидролизатов -малекулярно-массовое распределение белков и пептидов

I -

-температура взбивания -доза стабилизаторов -относительное распределение пузырьков газа -устойчивость пены

-доза ягодных наполнителей I

-технологические параметры -органолептические характеристики -состав и физико-химические показатели

-показатели безопасности

-сроки хранения_

Практическая реализация результатов исследований

Рисунок 1 - Общая схема проведения исследований

Первый этап диссертационной работы посвящен анализу результатов отечественных и зарубежных исследований по направлению диссертационной работы.

На втором этапе проводили сравнительную характеристику состава и свойств молочно-белковых концентратов.

На третьем этапе исследовали закономерности ступенчатого гидролиза казеина кислотным и ферментативным способами. Исследовали химический гидролиз казеина в присутствии серной кислоты до получения средних и коротких пептидов. Варьируя параметры биотехнологического процесса, выбирали параметры проведения процесса гидролиза казеина, обеспечивающие максимальное сохранение аминокислот. После нейтрализации кислот щелочью и регулирования рН-среды. На 2-ой ступени проводили ферментативный гидролиз казеина энзиматическими системами. Исследовали состав и свойства систем, полученных в результате гидролиза - степень гидролиза и аминокислотный состав.

На четвертом этапе проводили исследования влияния коллоидов на пено-образующие свойства молочно-протеиновых основ, под которыми понимали гидролизаты казеина с различной массовой долей сухих веществ в присутствии стабилизаторов консистенции и растительных наполнителей. Результаты, полученные в ходе выполнения предыдущих этапов работы, использовали для разработки рецептур и обоснования технологического регламента выработки взбитых молочных десертов. Варьируя соотношение ингредиентов рецептуры, получали взбитые продукты с требуемыми составом и органолептическими показателями.

На следующем этапе изучали химический состав, анализировали пищевую и биологическую ценность разработанных молочных продуктов на основе гидролизата казеина, устанавливали продолжительность их хранения.

Заключительный этап работы связан с практической реализацией результатов, а именно - разрабатывали нормативную документацию, проводили промышленную апробацию технологии, оценивали ожидаемую эффективность выработки готового продукта.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Определение рациональных параметров ступенчатого гидролиза казеина. С целью достижения наибольшей степени гидролиза при минимальном разрушении аминокислот изучали закономерности ступенчатого гидролиза казеина. В качестве субстрата использовали казеин пищевой, с массовой долей белка 91,8 ± 0,60% и влаги 10,0 ± 0,45%. Кислотный гидролиз проводили в присутствии 6 Н серной кислоты в герметичных условиях, при температуре 110 ± 5°С, в течение (2-6) ± 0,05ч. Соотношение белокхерная кислота варьировалось в пределах 1:15, 1:20 и 1:25. Состав полученных в результате кислотного гидролиза белковых гидролизатов представлен в таблице 1.

Таблица 1 - Состав белковых гидролизатов, полученных кислотным гидролизом казеина (п=5) _

Массовая доля, % Соотношение белокхерная кислота

1:15 1:20 1:25

Продолжительность процесса 2,00 ± 0,05 ч

общего азота 14,38 ±0,51

аммиака 0,009 ±0,001 0,019 ±0,001 0,033 ±0,001

аминного азота 0,051 ±0,002 0,086 ± 0,003 0,122 ±0,008

Продолжительность процесса 4,00 ± 0,05 ч

общего азота 14,38 ±0,51

аммиака 0,026 ± 0,004 0,046 ±0,001 0,087 ± 0,005

аминного азота 0,079 ± 0,04 0,129 ±0,008 0,261 ±0,03

Продолжительность процесса 6,00 ± 0,05 ч

общего азота 14,38 ±0,51

аммиака 0,056 ± 0,025 0,084 ± 0,007 0,138 ±0,02

аминного азота 0,214 ±0,12 0,757 ± 0,014 1,031 ±0,07

Массовая доля общего азота в исходном образце казеина составляла 14,38 ± 0,51 %. С увеличением продолжительности гидролиза происходит накопление аминного азота и аммиака во всех исследуемых образцах, причем с увеличением продолжительности гидролиза интенсивнее протекают процессы. В ходе постановки ряда экспериментов остановились на соотношении белокхерная кислота 1:20 и продолжительности процесса 6 ч. При этом степень гидролиза казеина составляет около 40%.

Следующий этап исследований направлен на подбор рациональных параметров проведения ферментативного гидролиза с целью полного высвобождения аминокислот в более мягких условиях.

Для этого полученный гидролизат на первой стадии нейтрализовали гид-роксидом кальция до рН оптимальной для действия ферментного комплекса, состоящего из эндо- и экзопептидаз 7,5 и отфильтровывали от кристаллов двухводного гипса. В качестве эндопептидазы использовали бромелин (КФ 3.4.22.32(33)), экзопептидаз - карбоксипептидазу А(КФ 3.4.17.1) и лейцинами-нопептидаза (КФ 3.4.1.1), при количественном соотношении 1:1:1. Гидролиз вели при температуре 50 ± 2 0 С в течение (2-6) ± 0,05 ч. Учитывая, что на первом этапе гидролиза казеина кислотным способом степень гидролиза достигла 39,19 ± 3,17%, дальнейшие исследования были направлены на изучение степени гидролиза в присутствии энзиматического комплекса при различном фермент-субстратном соотношении - 1:50, 1:100 и 1:150 (таблица 2).

Таблица 2 - Степень гидролиза казеина в присутствии энзиматического комплекса (п=5)__

Продолжительность гидролиза, ч Степень гидролиза, %, при фермент : субстратном соотношении

1:50 1:100 1:150

39,19 ±3,17

2,00 ± 0,05 59,77 ±2,68 54,65 ±2,18 48,66 ± 2,43

4,00 ± 0,05 89,11 ±3,85 81,47 ±2,85 74,44 ± 2,82

6,00 ± 0,05 98,34 ±2,15 92,85 ±3,31 86,75 ± 3,47

При увеличении продолжительности процесса до 6,00 ± 0,05 ч степень гидролиза достигла максимальных значений при фермент-субстратном соотношении 1:50 и 1:100 и составила 98,34 ±2,15 и 92,85 ± 3,31%. Соотношение при снижении концентрации субстрата (при фермент-субстратном соотношении 1:100 или 1:50) наблюдалось снижение скорости реакции при незначительном увеличении степени гидролиза полипептидной цепи. Возможно, это связано с конкурентным ингибированием субстрата.

С целью глубокого изучения гидролиза казеина протеолитическими ферментами определили молекулярно-массовое распределение в зависимости от продолжительности ферментации при фермент субстратном соотношении 1:100 электрофоретическим методом в ПААГ (рисунок 2).

Рисунок 2 - Электрофонограмма в полиакриламидном геле гидролиза казеина энзиматическим комплексом состоящим из бромелина. кар-боксипептидазы А и лейцинамино-пептидазы (окрашивание кумасси бриллиантовый синий С-250), при соотношениях «фермент-субстрат» 1:100 и продолжительности гидролиза: 2±0.05, 4±0,05, и 6±0.05 ч, температуре 50±2°С и активной кислотности среды 7,5 ±0,01.

Анализ результатов исследования, позволяет сделать вывод, что при увеличении продолжительности воздействия на субстрат эндо - и экзо - ферментными препаратами наблюдается накопление пептидных связей с низкой молекулярной массой и свободных аминокислот.

Увеличение массовой доли низкомолекулярных пептидов и свободных аминокислот в реакционной среде можно объяснить специфическим действием ферментов, обладающих экзо - и эндопептидазной активностью.

КДа 2,00±0,05ч 4,00±0,05 ч 6,00±0,05 ч

более 20 —

20

10

-мярН

¡и

■ ■

менее 0.5

Подводя итоги проведенных исследований, изучив основные результаты экспериментальных исследований полученных образцов гидролизата казеина, определили рациональные параметры ступенчатого гидролиза казеина и характеристики полученного гидролизата (таблица 3).

Таблица 3 - Рациональные параметры ступенчатого гидролиза казеина и характеристика полученных гидролизатов__

Основные операции ступенчатого гидролиза казеина Рациональные параметры

1-я ступень — кислотный гидролиз:

концентрация серной кислоты, н 6

соотношение белокхерная кислота 1:20

температура гидролиза, °С 110 ±5

продолжительность, ч 6,00 ± 0,5

нейтрализация серной кислоты

температуре, °С 80 ± 5

среда рН, ед. 7,0-7,5

очистка кислотного гидролизата

фильтрование от кристаллов двухводного гипса, размер анионита высота слоя, мм 0,8-1,0 700 - 750

2-я ступень — ферментативный гидролиз:

энзиматическая система (папаинжарбоксипептидаза А:лейцинаминопептидаза) 1:1:1

соотношение ферментхубстрат 1:100

температура гидролиза, °С 50 ±2

продолжительность, ч 6,00 ± 0,5

инактивация ферментов

температура обработки острым паром, °С 90 ±5

продолжительность, с 15 ±5

Характеристика гидролизата казеина

Степень кислотного гидролиза на 1-й ступени, % 39,19 ±3,17

Степень ферментативного гидролиза на 2-й ступени, % 92,85 ±3,71

Таким образом, для щадящего (без разрушения) высвобождения 92,85 ± 3,71% аминокислот определены следующие режимы гидролиза казеина: на 1 ступени - в присутствии 6н серной кислоты при соотношении белок: кислота 1:20 при температуре 110 ± 5° С и продолжительности процесса 6 ч, с последующей нейтрализацией гидроксидом кальция и фильтрацией. На 2 ступени -при участии комплекса энзимов в соотношении «фермент:субстрат» 1:100, рН-7 и температуре 50 ± 2° С в течение 6 ч. Продолжительность как фактор процесса позволяет не только вовлекать в процесс новые молекулы белка с тем же распределением пептидных продуктов реакции, но и влиять на увеличение массовой доли свободных аминокислот в гидролизате, получаемых за счет действия энзиматических систем, в состав которых входят эндо- и экзопептидазы.

Рисунок 3 - Влияние температуры взбивания на кратность пен смеси с массовой долей гидролизатов казеина: а) 10,00 ± 0,02 %; б) 15,00 ± 0,02 %; в) 20,00 ± 0,02 % ; г) 25,00 ± 0,02 %.

Исследование пенообразующих характеристик гидролиза казеина

Гидролизат казеина являются перспективным сырьем для использования в технологии получения десертов с пенообразной структурой. Возможность оптимального их использования для стабилизации межфазных слоев молочных пенообразных масс обусловлена последовательностью расположения в них аминокислот, эта особенность определяет функциональные характеристики гидролизата казеина. В этой связи дальнейшие исследования направлены на изучение пенообразующих характеристик гидролизата казеина с целью создания технологии взбитых десертов на их основе.

Для взбивания готовили отличительные образцы смеси с массовой долей гидролизата казеина (10,00-25,00) ± 0,02 % с учетом рекомендаций по применению аминокислотных комплексов, к которым можно условно отнести и гидролизат казеина. В ходе исследований использовали следующие технологические параметры обработки в роторно-пульсационном аппарате: величина зазора между ротором и статором - 0,3 ± 0,2 мм, частота вращения ротора - 3000 об./ мин., продолжительность воздействия - Змин с варьированием температурных режимов взбивания (4,00-28,00) ± 1°С. Результаты исследований представлены на рисунке 3.

а) б)

¡■К7617 ■ 341 1В1 ¡055*585 рэв/то |С338!312

Данные, полученные экспериментальным путем, свидетельствовали о том, что низкие положительные температуры, 4,00 ± 1°С, оказывали положительное влияние на кратность пены смесей гидролизата казеина. Максимальные значения кратности пены при этом температурном режиме наблюдались во всех образцах гидролизата казеина и составляли от 395,0 ± 5,80 до 485,0 ± 19,40%, при этом с повышением массовой доли гидролизатов казеина в исследуемых образцах смеси кратность пены возрастала. Полученные системы при температурах выше 4,00±1°С характеризовались высокой нестабильностью, о чем свидетельствуют результаты представленные в таблице 4.

Увеличение во взбиваемой смеси массовой доли гидролизата казеина с 10,00 ± 0,02 до 25 ± 0,02 % приводило к получению мелкодисперсных пен, которые обладали большими показателями устойчивости, составившими 255,0 ± 0,21; 306 ± 12,24;3 77 ± 15,08 и 450 ± 17,91 мин соответственно.

Таблица 4 - Влияние температуры взбивания на устойчивость пен (п=5)

Температура, °С Устойчивость пены, мин., при массовой доле гидролизата казеина, %

10,00 ±0,02 15,00 ± 0,02 20,00 ± 0,02 25,00 ± 0,02

4,00 ± 1 255 ± 10,21 306 ± 12,24 377 ± 15,08 450 ± 17,91

12,00 ±1 186 ±7,44 218 ±8,72 269 ±10,76 321 ± 12,84

20,00 ± 1 118 ±4,75 134 ±5,36 166 ±6,64 180 ±7,21

28,00 ± 1 75 ± 3,44 112 ±4,48 147 ±5,88 165 ±6,63

Наименьшей устойчивостью, 75 ± 3,44 мин, обладали пены, полученные в результате взбивания образцов смеси с массовой долей гидролизатов казеина 10,00 ± 0,02% при температуре 28,00 ± 1°С, при этом пены имели различные по размеру пузырьки газа, с преобладанием крупных, в которых со временем происходило самопроизвольное утончение пленок пены, что в конечном итоге приводило их к разрыву.

Для более подробного изучения полученных при взбивании систем дальнейшие исследования были направлены на определение относительного распределения пузырьков газа в зависимости от массовой доли гидролизата казеина при выбранной температуре (рисунок 4).

а) б)

Рисунок 4 - Микрофотографии структуры пен с массовой долей гидролизата казеина: а) 10,00 ± 0,02 %; 6)15,00 ± 0,02 %; в) 20,00 ± 0,02 %; г) 25,00 ± 0,02 % -при температуре взбивания 4,00 ± 1 °С.

На основе проведенных исследований можно сделать вывод о том, что содержание в смеси 20,00 ± 0,02% гидролизата казеина достаточно для получения кремообразной, мелкодисперсной консистенции с относительно равномерно распределенными по всей массе мелкоячеистыми пузырьками газа. Низкие положительные температуры благоприятно влияют на пенообразующие свойства гидролизата казеина, однако для обеспечения абсолютной устойчивости пен и создания продуктов со взбитой структурой необходимо использование стабилизаторов - структурообразователей консистенции.

Влияние стабилизаторов и наполнителей на пенообразующие характеристики гидролизата казеина. Основной целью дальнейших исследований явилось определение рациональных концентраций стабилизаторов, позволяющих получить пены из смеси гидролизата казеина в условиях использования интенсивных гидромеханических воздействий. В результате анализа экспериментальных данных установлено, что введение стабилизаторов повысило кратность пены во всех исследуемых образцах. Максимальными пенообразующими характеристиками обладали образцы смеси гидролизатов казеина, содержащие в качестве структурообразователя стабилизатор Гелеон 141 С-Д. При дозе стабилизатора (2,00-2,50) ± 0,01 % кратность пены составила 650 ± 18,75 - 655 ± 8,65 %. Используя полученные данные, можно заключить о перспективности применения стабилизатора Гелеон 141 С-Д для производства взбитых десертов на основе гидролизата казеина. Следующим этапом исследований явилось определение относительного распределения пузырьков газа в пене в зависимости от массовой доли выбранного стабилизатора Гелеон 141 С-Д (2,00-2,50) ± 0,01% при выбранных раннее режимах: температуре взбивания 4,00 ± 1°С, массовая доля гидролизата казеина 20,00 ± 0,02% (таблица 5).

Таблица 5 - Относительное распределение пузырьков газа в присутствии

стабилизатора Гелеон 141 С-Д (п=5)

Средний диаметр пузырьков газа, мкм Относительное распределение пузырьков газа, % при массовой доле стабилизатора, %

0 2,00 + 0,01 2,50 ±0,01

менее 1000 71,00 ±3,05 65,00 ± 1,95 68,00 ±2,71

1001-3000 22,50 ± 1,08 27,00 ±1 ,08 26,00 + 1,04

3001-5000 5,00 ±0,21 7,00 ± 0,26 6,00 ± 0,25

более 5001 1,50 ±0,04 - -

Из приведенных результатов видно, что внесение стабилизатора структуры позволило получить структуры с пузырьками газа более крупных размеров, что, вероятно, связано с увеличением вязкости и повышением затрат мощности на единицу обрабатываемой смеси. Комплексный стабилизатор консистенции позволил получить стабильную пенообразную структуру при максимальной концентрации стабилизатора структуры 2,5%, при этом не наблюдалось разрушения пены во время хранения.

Использование ягодных наполнителей в рецептурах молочной продукции позволяет не только расширить ассортимент, регулировать органолептические и структурные характеристики, но и значительно повысить биологическую и пищевую ценность новых продуктов. Для дальнейших исследований были выбраны продукты переработки местной ягоды - черной смородины.

Влияние ягодных наполнителей в виде пюре и сока на пенообразующие свойства смеси гидролизата казеина в присутствии стабилизатора консистенции представлены на рисунке 5.

а) б)

Рисунок 5 - Пенообразующие характеристики гидролизатов казеина в присутствии ягодных наполнителей: а) пюре из смородины; б) сока из смородины.

При введении в образцы смеси гидролизата казеина 10% смородинового пюре кратность пен уменьшалась на 6,23 ± 0,25 %; 20 % - на 12,97 ± 0,51 %; 30

% - на 22,13 ± 0,88 %; 40 % и 50 % пюре - на 35,11 ± 1,41 % и 46,51 ± 1,39 % соответственно. Данный факт во многом обусловлен увеличением вязкости пенных масс под воздействием сухих веществ внесенного пюре. Наряду с этим отмечалось увеличение устойчивости пен и получение абсолютной стабильности систем при введении в смесь гидролизата казеина 20 % смородинового пюре, это объясняется дополнительным влиянием пектиновых веществ, содержащихся в наполнителе. Взбивание смеси гидролизата казеина в присутствии сока приводило к снижению пенообразующих характеристик в целом. При этом наблюдалось понижение их устойчивости, поскольку в соке из ягод смородины содержание массовой доли сухих веществ меньше на 15,50 ± 0,46 %.

Разработка рецептур и технологий взбитых молочных десертов с ягодным наполнителем на основе гидролизата казеина. На основании проведенных исследований разработаны рецептуры десерта на основе гидролизата казеина с ягодным соком и пюре. Технологический процесс осуществляется в последовательности, приведенной на рисунке 6.

Первый этап - производство гидролизата казеина состоит из основных операций: __

подготовка основного и вспомогательного сырья к гидролизу _|

' Ч_7 ________________________

гидролиз казеина 1 «.-кислотный, соотношение белок:кислота 1:20 Т= 110±5°С, б ч. I нейтрализация кислоты Т ' ~5±5 °С. рН=~.0-~,5

очпсжаот двухводногопшса через колонку, размер ашюшгга 0.8 -1.0 мм. высота счо«"00-~50 мм ;

2 С1-ферментативный: соотношение фермент субстрат 1:100 Т=5(ьь2°С. 6 ч.) |

"у'________

инакшвацгн ферментов обработкой острым паром Т=90±5°С. 15±5 с I

|_УВТ-обработка. 1?0°С±2°С охлаждение. 20°С_

_Второй этап - включает следующие операции:_

приемка, оценка качества компонентов согласно рецептуре______

;_подготовка компонентов для молочных десертов согласно рецептурам_

внесение стабилизатора Гелеон 1-11С-Д. 2-2.5 °о

|_внесение напошппепеп: сок смородины - 15 "о. пюре смородины -20°о_

| смешивание к^шонентов. охлаздение смеси до температуры Т=4.00±10С____

' _^¿шг___

[ взб1шание при температуре Т=-4.00±1°С. фасование, >-пакование, хранешю_

Рисунок 6 - Технологическая схема взбитых молочных десертов на основе гидролизата казеина

Насыщение кислородом взбитых молочных десертов зависит от нескольких факторов: производительности установки, времени барботажа, качества

смеси и пенообразователя, а также от количества подаваемой смеси и других факторов. За счет применения в взбитом молочном десерте продукта черной смородины, повысилось содержание витамина С. По органолептическим показателям разработанный десерт на основе гидролизата казеина соответствует результатам сенсорного анализа, представленного (в таблице 6).

Таблица 6 - Органолептические показатели взбитых молочных десертов

на основе гидролизата казеина

Наименование показателя Норма

Внешний вид и консистенция Нетекущий продукт, сохраняющий форму в упаковке с консистенцией пены слегка желированной и глянцевой поверхностью

Вкус и запах Сладко-кислый с выраженным вкусом и ароматом наполнителя

Цвет Светло-бордовый, равномерный по всей массе

Таблица 7 - Физико-химические характеристики и энергетическая цен-

ность взбитых молочных десертов на основе гидролизата казеина

Физико-химические показатели десертов Соде ржание

с пюре из смородины с соком из смородины

Массовая доля белка, %, не менее 20,00 20,00

Массовая доля углеводов, %, не менее 28,40 20,60

Массовая доля сухих веществ, %, 44,78 40,12

Массовая доля жира, % не менее 0,05 0,05

Энергетическая ценность, ккал/100 г 186,42 157,70

Анализ полученных результатов показал, что по содержанию санитарно-показательных и патогенных микроорганизмов исследуемые образцы отличаются высокой надежностью, поскольку искомые микроорганизмы в нормируемых массах продукта не обнаружены.

Таблица 8 - Нормируемые микробиологические показатели взбитых молочных десертов на основе гидролизата казеина_

Наименование показателя Норма Фактически

Микробиологические показатели:

БГКП в 0,01 г не допускается не обнаружены

S. aureus, в 0,1 г не допускается не обнаружены

Дрожжи, КОЕУг, не более 100 не обнаружены

Плесени, КОЕ/г, не более 50 не обнаружены

Патогенные, в т.ч. сальмонеллы в 25 г не допускается не обнаружены

По результатам исследований выявлено, что миграции токсичных элементов в продукт не отмечается, контролируемые потенциально опасные химические вещества содержатся в продукте в концентрациях, более чем на порядок не превышающих установленных нормативов.

Таким образом, разработанный продукт имеет высокие органолептические показатели за счет включения сока смородины и пюре смородины, облада-

ет высокой пищевой и биологической ценностью. Учитывая вышеизложенное, продукт может быть рекомендован для массового применения, в том числе для спортсменов.

ВЫВОДЫ

1. Установлены основные параметры получения гидролизата казеина ступенчатым способом гидролиза. Рациональными параметрами первого этапа кислотного гидролиза стали: использование в качестве химических агентов 6 н серной кислоты при соотношении белок:кислота 1:20, температурный режим 110 ± 5°С в течение 6ч. На втором этапе использовали ферментативный гидролиз - при участии комплекса ферментов, в состав которых входят эндо- и экзо-пептидазы: бролин, карбоксипептидаза А и лейцинаминопептидаза в соотношении «фермент:субстрат» 1:100, рН-7 и температуре 50 ± 1°С в течение 6 ч.

2. В ходе проведения ступенчатого гидролиза динамика накопления свободных аминокислот составила на первой ступени при кислотном гидролизе 39,19 ± 3 ,17%, на второй ступени при ферментативном гидролизе 92,85 ± 3,71%. По содержанию токсичных элементов (тяжелых металлов), хлороргани-ческих соединений и микотоксинов гидролизаты казеина отвечали медико-биологическим требованиям и санитарным нормам качества продовольственного сырья.

3. Учитывая результаты исследований и рекомендации специалистов питания остановились на молочно-белковой основе с содержанием гидролизатов казеина 20%. Анализ всех полученных результатов позволил остановиться на стабилизаторе Гелеон 141 С-Д в количестве 2,00-2,50%. Кратность пены при использовании 20,00% пюре и 15,00% сока смородины составила 570,00 ±17,10 и 525,00 ± 15,75 %, устойчивость 955 ± 28,65 и 865,00 ± 25,95 мин., соответственно.

4. Технологический регламент производства состоит из двух этапов. Первый этап - производство гидролизата состоит из основных операций: подготовка основного и вспомогательного сырья к гидролизу; кислотный гидролиз, нейтрализация и очистка гидролизата, ферментативный гидролиз УВТ-обработка, фасование и упаковывание полуфабриката. Второй этап включает следующие операций: приемка, оценка качества компонентов; подготовка компонентов для создания основы взбитых молочных десертов; смешивание компонентов согласно рецептурам, внесение основы в колбу кислородного коктейлера в соотношении %; перемешивание; подключение коктейлера к источнику кислорода; остановка процесса пенообразования.

5. Рассчитаны основные технико-экономические показатели по производству молочных взбитых десертов на основе гидроолизата казеина, которые показывают целесообразность проекта; разработана техническая документация результаты работы апробированы и внедрены на перерабатывающих предприятиях.

По материалам диссертации опубликованы следующие работы:

Статьи в журналах, рекомендованных ВАК РФ

1. Курбанова, М.Г. Практические аспекты гидролиза казеина молока эн-допептидазами / М.Г.Курбанова, С.М. Масленникова, О.Н.Бондарчук // Техника и технология пищевых производств. - 2013. - № 2. - С. 34-39.

2. Курбанова, М.Г. Исследование закономерностей получения кислотных гидролитзатов казеина /М.Г.Курбанова, С.М. Масленникова, О. Н. Бондарчук // Вестник Алтайского государственного аграрного университета. - 2013. - № 12.-С. 101-105.

Материалы конференций и других изданий

4. Kurbanova, M.G Acid Hydrolysis of Casein / M.G.Kurbanova, S.M. Maslennikova // Foods and raw materials// V.2 № 1. - 2014 - p.27-31.

5. Курбанова, М.Г. Протеолиз белков молока под действием действия ферментов / М.Г.Курбанова, С.М. Масленникова, A.B. Калягина // Материалы XII Международной научно-практической конференции «Тенденции сельскохозяйственного производства в современной России». - Кемерово, 2013. - С. 361-364.

6. Бондарчук, О.Н. Характеристика сухих гидрализатов сыворочных белков / О.Н. Бондарчук, С.М. Масленникова // Материалы междунородной научно-практической конференции «Векторы развития современной науки». -Уфа, 2014,- С. 45-50.

7. Масленникова, С.М. Тенденции развития спортивного питания // Материалы международной научно-практической конференции «Наука и образование в современной конкурентной среде ». - Уфа, 2014,- С. 41-43.

8. Масленникова, С.М. Разработка молочного десерта для спортивного питания с использованием биологической добавки на основе гидролизата казеина / С.М. Масленникова, М.Г. Курбанова // Материалы Всероссийской научно-практической конференции «Инновации в пищевой промышленности: образование, наука, производство». 4.2. - Благовещенск, 2014. - С.73-78.

9. Масленникова, С.М. Аспекты индустрии спортивного питания // Вестник Кемеровского государственного сельскохозяйственного института № 5,- Кемерово, 2014. - С.282 - 285.

Положительное решение на выдачу патента РФ

10. Положительное решение на выдачу патента РФ по заявке «Способы получения функциональных добавок на основе гидролизата казеина» 2014110831; заявл. от 20.03.2014 / М.Г. Курбанова, С.М. Масленникова, О.Г. Позднякова. - Заявитель и патентообладатель Кемеровский государственный сельскохозяйственный институт.

\

Подписано в печать 23.01.2015 Формат 60х90"16. Тираж 100 экз. Объем 1,0 пл. Заказ № 868-15 ФГБОУ ВПО «Кемеровский ГСХИ» 650056, г. Кемерово, Марковцева, 5. Отпечатано в ИИО Кемеровского ГСХИ.