автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.04, диссертация на тему:Исследование термоустойчивости молока и разработка метода ее контроля

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ ХОЛОДА И ПИЩЕВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ '

На правах рукописи УДК 637.127.6

Гунькова Полина Исаевна

Исследование тсриоустойчивости молока и разработка метода ее контроля

Специальность 05.18.04 - Технология мясных, полочных и рыбных

продуктов.

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург 1995

Работа выполнена в Санкт-Петербургской Государственной Академии холода и пищевых технологий

Научный руководитель -

кандидат биологических наук, профессор Горбатова К. К.

Официальные оппоненты -

Николаев Л.К. Ибрагимова А.З.

АО "Петромолк-5"

А

..час.

доктор технических наук, профессор кандидат технических наук

Ведущее предприятие -

Защита состоится 1ЭЭ5 года в.

на заседании диссертационного Совета

(шифр К 063.02.02) в Санкт-Петербургской Государственной Академии холода и пищевых технологий.

Ваш отзыв на автореферат (в двух экземплярах), завер_енный печатью учреждения, просим налравлять по адресу: 191002, Санкт-Петербург, ул. Ломоносова, д. 9. СПбГАХиПТ. С диссертацией можно ознакомиться а библиотеке СПбГАХиПТ.

Автореферат разослан__£/-¿РлЯ^иК 1995г.

Ученый секретарь диссертационного Совета, д.т.н., проф.

В. С. Колодязная

-3-

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы

Термоустойчивость является важным технологическим свойством молока. определяющим его способность выдерживать высокотемпературную тепловую обработку. В связи с возможной коагуляцией молочных белков под воздействием высоких температур териоустойчивость заготовляемого молока необходимо строго контролировать, особенно при производстве стерилизованного молока, молочных консервов, детского питания.

Исследователи предполагают, что териоустойчивость молока зависит от его химического состава и свойств. Счнако данные по этому вопросу отрывочны и зачастую противоречивы.

Метода контроля термоустойчивости молока, используемые в настоящее время промышленностью, не позволяют получить достоверных данных о тепловой устойчивости заготовляемого сырья. Исключение составляет .тепловая проба,которая в силу своей длительности и трудоемкости может применяться только в качестве арбитражного метода контроля термоустойчивости молока.

Выявление фактора,оказывающего определяющее влияние на тепловую стабильность молока и разработка точного и быстрого метода контроля термоустсйчивости молока определяет актуальность настоящей работы.

В основу рабочейгипогезы положено предполояение о том. что из всех факторов,сказываюсь« влияние на териоустойчивость молока, главными являются состояние белков и солей кальция.

Цель и задачи исследований

Целью настоящей работы является разработка научно-обоснованного быстрого метода контроля термоустойчивости молока.

Для достижения указанной цели в работе решались следующие основные. задачи:

-провести сравнительные исследования используемых в промышленности методов контроля териоустойчивости молока;

-исследовать влияние на териоустойчивость молока содержания банков. кальция, сухих веществ и определить главный из них для разработки нового метода контроля;

-изучить сезонные изменения термоустойчивости молока Ленинградской области и дать рекомендации промышленности по подбору сырья для производства отдельных молочных продуктов.

Научная новизна работы

Теоретически обоснована и экспериментально подтверждена зависимость термоустойчивости молока от содержания ионного кальция.

Установлена возможность контроля термоустойчивости по экспериментально определяемому содержание в молоке ионного кальция.

Научная новизна подтверждается получением приоритета от 19.06.95. по данной заявке N 95310276/13 на получение патента.

Практическая - ценность

Разработан точный экспресс-метод контроля термоустойчивости молока по содержанию ионного кальция. Применение метода на молокоперераба-тывающих предприятиях позволит предотвратить случаи коагуляции белков молока во время пастеризации и стерилизации сырья.

Апробация работы

Основные результаты диссертационной работы докладывались на научных конференциях 1992-1993 г. г. в СпбТИХП.

Публикации

По материалам диссертационной работы опубликовано 6 печатных работ.

Объем и структура работы

Диссертационная работа состоит из введения, обзора литературы, объектов и методов исследований, результатов исследований и их обсуждения, выводов, списка использованной литературы.включающего 110 наименований работ отечественных и зарубежных авторов.

Работа изложена на страницах машинописного текста, содержит 13 таблиц, 19 рисунков и {О приложений.

ОРГАНИЗАЦИЯ РАБОТЫ,ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Работа выполнена в лаборатории кафедры органической химии и биохимии- Санкт-Петербургской Государственной Академии холода и пищевых технологий. Ряд экспериментов проведен в лабораториях А0"Санкт-Петер-бургский молочный завод" и А0"Петромолк-5".

В соответствии с целями и задачами работы объектами исследований

служили:

-сырое цельное коровье молоко,поступающее и различные сезоны на А0"Петромолк-5" и АССанкт-Петербургский полочный завод" из семнадцати хозяйств Ленинградской области;

-женское молоко 6-го -8-го дней лактации от различных матерей из родильного дома N 15 Санкт-Петербурга;

-козье молоко, полученное в хозяйствах Всеволожского и Гатчинского районов Ленинградской области.

Исследования проводили по общепринятым методикам.

Массовую долю ионного кальция контролировали потенциометрическим методом с поноцьв пленочного, кальцийселективного твердоконтактного электрода.

Исследование термоустойчивости 'коровьего шлака, заготовляемого в различных хозяйствах Ленинградской области, проводили по тепловой пробе при 130 С и разработанного нами истода контроля термоустойчивости по содержание ионного кальция.

Экспериментальные исследования проводили в трехкратной повторнос-ти. Полученные данные обрабатывали методом математической статистики. Для выявления и описания зависимостей между величинами,полученными экспериментально, применя;.,! методы корреляционного и регрессионного анализов.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ ОБСЩЕНИЕ

Сравнительная оценка методов контроля термоустойчивости молока, используемых в промышленности

Для установления . степени достоверности используемых методов было проведено сравнение результатов оценки терноустойчивости заготовляемого молока по алкогольной, хлоркапьциевой, кислотно-кипятильной пробам с показателем термоустойчивости по тепловой пробе при 130°С (арбитражный метод).

• Установлено,что хлоркальциевая и кислотао-кипятильная пробы сильно занижают результаты оценки качества молока по сравнению с тепловой пробой,поэтому их не следует применять в промышленности.

Сравнение результатов оценки термоустойчивости 50 образцов сырого молока,контролируемой с томоша тепловой пробы при 130*С и алкогольной пробы с 68,70.72, 75. 78 и 80^-ньш этанолом показано на рис. 1. Пробы с

68,70,72,75%-ным этанолом завышают результаты, а с 80Х-ным этанолом -занижает (коэффициенты корреляции соответственно равны 0,50; 0,53; 0,52; 0,71 и 0.75).

н

о о о к У ос

ь о

>ч <П

о

о. з:

а> о.

I- с

—}— -4

..и.---

-----

и.—1■■.г-ЦГ'-иу

и."

1---

4—

—^— —(—

-.й ....................¿■"■■а

-[■---+—►— 4..

X

—(— —;—

—»V.»—+—

У Л; 1

-л——а-"" а

Количество этанола, ил

Рис.1. Результаты определения териоустойчивости молока по тепловой и алкогольной пробам с различной концентрацией этанола.

С тепловой пробой коррелирует только алкогольная проба с 78*-ньш этанолом(коэффициент корреляции 0,81). Для повышения точности метода мы рекомендуем вместо визуальной оценки консистенции смеси молока с этанолом выражать термоустойчивость исследуемого сырья в кубических сантиметрах спирта, затраченного до начала видимой коагуляции белков По нашим данным, на коагуляцио белков молока средней термоустойчивости расходуется более 1,5 см этанола (для молока высокой термоустойчивости - более 2 см этанола).

Однако контроль териоустойчивости молока по алкогольной пробе даже с 78?-ньш этанолом' не всегда позволяет адекватно оценить качество молока (см. рис.1).

Таким образом, все методы контроля териоустойчивости молока, за исключением тепловой пробы, является недостоверными, что подтвердило актуальность задачи по разработке нового экспресс-метода.

Изучение факторов, влиявших на терыоустойчивость молока

На основе анализа литературных данных в качестве факторов, влияе-«их на термоустойчивость молока мы выбрали содержание СОМО.белков и

кальция.

Анализ экспериментальных данных при исследовании 50-150 образцов молока показал, что взаимосвязь между термоустойчивостью молока и содержанием COMO практически отсутствует (коэффициент корреляции 0,16).

Исследование влияния на териоустойчивость молока содержания белков показало, что наибольшее отрицательное влияние на термоустойчивость оказывает повышенное содержание в иолоке сывороточных белков (коэффициент корреляции составил-0, 82).

Результата исследований влияния на термоустойчивость молока содержания общего, растворимого,коллоидного и ионного кальция представлены на рис.2. Как видно из рис.2,между термоустойчивостьс и содержанием в молоке общего, растворимого и коллоидного кальция четкой взаимосвязи не наблюдается. Коэффициенты парной 'корреляции соответственно равны: -0.49; -0. 66; +0,25.

Массовая доля кальция, мг%

Рис.2. Зависимость терноустойчивости молока от массовой доли различных Форы кальция: а) обпшй кальций; б)растворимый .кальций; в)коллоидный кальций: г)ионный кальций.

Териоустойчивость определяется главным образом содержанием ионного кальция. Коэффициент - 0, 98 подтверждает наличие тесной отрицательной связи между величинами.

В табл. 1 представлены результаты анализа состава молока различной термоустсйчивости,а также корреляционного и регрессионного анализа при иатематико-статистической обработке экспериментальных данных. В качестве функции отклика (У) принята термоустойчивость молока при 130 С по тепловой пробе (Т мин).

-8- Таблица 1

Результаты исследования влияния отдельных факторов (х^ ^ на термоустойчивость молока (У)

Фактор Х( , ед Массовая доля

кальция, мг1 СОМО, % белка, %

общего растворимого коллоидного ионного общего казеина сывороточных белков

х< ** *5 X* Ч - - X«

. 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Интервал *1 варьирования, х;^ 100 116 30 50 60 85 8,40 11,30 7,9 8,3 2,4 3,1 1.9 2. 4 0, 54 0,69

Коэффициенты парной корреляции. -0,49 -0,66 0,25 -0,93 0.16 -0,81 -0.80 -0, 82

Коэффициенты рег- -0,11 -0,13 0.07 -8,49 -0,34 - -10. 94

Уравнение регрессии У; » -р) У - 134,60-0,11х,-0.13х.+0.07х1-8.4Эх„-0.34х5--10.94х, 1 * 5(1)

Критерии Стыэдснта и. для коэффициентов регрессии 1,29 1.73 0,79 9. 84 0,13 - - 0,76

Дисперсионный и регрессионный анализ «Ж-,

Коэффициенты регрессии У. * во »Сг, -0.15 -8. 7 0,35

Уравнение регрессии У; ^ (XI ) 0,35 У - 118,1-0.15х -8.71Х—г- * х2 (2)

Критерии Стьвдента для коэффициентов регрессии 2,39 13,61 1.23 -

Дисперсионный и

регрессионный анализ

Пи£д

»не

та£л

ЯДЙ

] 2 3 4 5 6 7 8 9

Коэффициенты регрессии у > + -0. 16 -9, 93

Уравнение регрессии Vi -f (*, ! У - 126,4 - 0.16х, - 9, ЭЗх^ (3)

Дисперсионный и регрессионный анализ tror- i, 72

Полученные данные показывают, что из всех изученных факторов на термоустойчивость молока в исследованном интервале варьирования влияет содержание ионного кальция и белков. Биохимическая природа такой зависимости может заключаться в анионообменных реакциях фосфатов кальция с карбоксильными группами белков:

Сдвиг констздты равновесия при нагревании молока вправо может привести к уменьшение гидрофильное™ белковой молекулы, что и приводит к ее разрушению. Перераспределение катиона между различными одно- и многозарядными анионами также приводит к изменению растворимости диспергированных в воде молочных компонентов.

Следовательно, термоустойчивость молока определяется не столько содержанием белков, сколько концентрацией ионного кальция. Это послужило основой разработки нового способа контроля термоустойчивости молока.

Р а з р а б о т к а метода контроля термоустойчивости молока по содержанию ионного кальция

Для быстрого контроля ■ тершустойчнвости молока нами разработан метод, сущность которого сводится к тому, что в исследуемых пробах молока определяют содержание ионного кальция, по величине которого судят о тепловой стабильности всей системы молока.

Концентрацию ионного кальция определяют потенциомегрическии методом, рекомендованным ВНИКШ. Метод основан на измерении ЭДС погруженной в исследуемый раствор электродной системы,состоящей из калъцийселек-тивного и хлорсеребряного электродов.

Перед исследованием продукта, электродную систему калибруютчпо двум стандартным растворам хлорида кальция 4 и 40 иг%.

После калибровки электроды погружают в исследуемое молоко и снимают показания ЭДС с прибора.

Концентраию ионов кальция в молоке Смол (в иг/,) определяют по формуле:

К-соон +СагнР0,2& я-соо"с;гнгро;

(4)

>

(5)

где Еиол - ЭДС электродной системы в молоке, мВ;

Еч - ЗДС электродной системы в растворе 4мг%, мВ: Ечо - ЭДС электродной системы в растворе 40мг%, мВ; 0,6 - десятичный логарифм 4.

Для уточнения вида зависимости термоустойчивости молока от содержания ионного кальция нами было исследовано около 200 проб молока, для которых определяли термоустойчивость по тепловой пробе и содержание ионного кальция потенционетрическим методом. Полученная зависимость представлена на рис.3 и адекватно описана уравнением: в

У ' ах . 6

где а « 0,1959 ' 10 ; в - -3,941.

Э> 60

Рис. 3. Влияние содержания ионного кальция на термоустойчипость молока

Негармодстой-

чввое

молоко

7.5 В 5 9 5 10 5 4 5

Содержание ионного кальши, иг/% (X.)

Установленная связь позволяет рассчитать термоустойчивость молока по экспериментально определенному содержание ионного кальция (см. рис.3).

Для характеристики тсршустсйчивости молока нами была предложена шкала, представленная в табл. 2.

Таблица 2

Шкала оценки термоустойчивости молока по содержанию ионного кальция.

Г...... — ..... | Оценка качества молока 1 Концентрация ионного кальция.мг/ (

| Молоко хорошее(высокая

| термоустойчивость) менее 9,5 )

| Молоко удовлетворительное

| (средняя термоустойчивость) 9,5-10,5 |

| Молоко плохое(нетермоус-

| тойчивое молоко) 1 более 10, 5 | I

«Относительная погрешность определения концентрации ионного кальция ± 0,05иг%.

Разработанный метод определения термоустойчивости по содержанию ионного кальция обеспечивает быстрый и точный контроль качества молока. Между предлагаемым методом и тепловой пробой при 130°С наблюдается высокая корреляция (X = 0„98).

Метод прошел производственную проверку и в дальнейшем должен использоваться на предприятиях молочной промышленности.

Выявленная закономерность зависимости термоустойчивости молока от содержания ионного кальция дополнительно проверялась при исследовании женского и козьего молока. Результаты исследований представлены на рис.4

Как видно из рис.4 .женское молоко обладало высокой термоустойчивостью -продолжительность выдержки до начала видимой коагуляции белков всех образцов превышала 50 минут. Высокая термоустойчивость молдка объясняется низким содержанием ионного кальция - его колебания соста-ляли 2-3, 35 иг/, при среднем значении 2, 63мг/.

В отличие от женского молока казье молоко характеризуется низкой термоустойчивостью - время до начала коагуляции белков составляло с среднем 19 минут. Это объясняется высоким содержанием в молоке ионов кальция - среднее значение было равным 13игДколебания от 12,6 до 13.8мг/). ' . '

I — женское молоко; 2 — коровье молоко; 3 — кочке молоко.

Изучение термоустойчивости молока различных видов млекопитающих подтвердило полученную нами зависимость тепловой стабильности молока от содержания в нем ионного кальция. Молоко млекопитающих, имевших низкое содержание ионного кальция характеризуется высокой термоустончи-востью (женское молоко). При высоком содержании ионного кальция молоко, наоборот,отличается низкой термоустойчивостью (козье молоко).

Использование' метода для изучения сезонных изменений термоустойчивости коровьего молока различных хозяйств Ленинградской области

В течении пяти лет (с 1991 по 1995 годы) нами были изучены сезонные изменения термоустойчивости молока хозяйств Ленинградской области. Как показали наши исследования, молоко, поступающее на молокоперсрабаты-вающие предприятия Санкт-Петербурга, имело сравнительно низкую термоустойчивость: 32/ среднегодового количества исследованных проб относилось к молоку высокой термоустойчивости, 45/. - к молоку средней термоустойчивости.

Сезонные изменения термоустойчивости молока Ленинградской сбласти на примере 5-ти хозяйств показаны на рис.5.

о ы а х-о н

03

о

-о к о сл

X

и

-1 X

X

га х I

о *

о о

Термоустойчипость молока при (30 °С,

го тэ

: О И

<4 д О

п ^

р) о

О" 5 Н

М О

V; <ч • -■о О

£В Ы _

= й) га

• ■ • • о о

г

X' :

о <

-) •

щ га м

о о » о

! 5

Ь т О

Й> о боа

о л го

ч * I

й> х =

2 .!» «

М € *

* > »• *

ЦЦЦЩ

«, шчцуа ■

» а

е й

ШЕПЗ-

шг

8 » а ♦ а

у.

&.ЧЧЧЧ4.4Я

е » 8 » а

Содержание ионного кальция, мг/% 1 «^пя

» %

ё о

о

Установлено, что термоустойчивость заготовляемого молока изменяется в течение года по определенной тенденции. В период с января по март термоустойчивость снижается, летом - незначительно возрастает или остается на прежнем уровне, резкое повышение термоустойчивости молока всех хозяйств наблюдаетя в период с октября по-декабрь.

Для правильного подбора сырья для производства отдельных молочных продуктов мы рекомендуем промышленности составлять график сезонных изменений термоустойчивости для всех поставщиков сырья. На основе их технолог сможет безошибочно отбирать сырье для выработки стерилизованного молока,молочных консервов, детского питания или использовать его на производство питьевого молока,творога и т.д.

ВЫВОДЫ

1.Исследованы методы контроля териоустойчивости молока, применяемые в промышленности. Установлено, что все они недостаточно надежны, и не коррелирует с арбитражной тепловой пробой.Показано, что в качестве ускоренного метода может быть использована модернизированная алкогольная проба с 78/ -ным этанолом.

2.Изучено влияние содержания различных форм кальция, белков и сухих веществ на термоустойчивость молока и получены уравнения регрессии. Проведенная оценка значимости влияния изучаемых факторов показала, что статистически значимым является содержание в молоке ионного кальция.

3.Получено аналитическое выражение зависимости термоустойчивости молока от содержания в нем ионного кальция. На его основе разработан экспресс-метод контроля термоустойчивости молока.

Установлено, что молоко характеризуется высокой термоустойчивостью при концентрации ионного кальция менее 9, 5мг%; молоко средней термоустойчивости содержит 9, 5 - 10, 5мг>С и нетермоустойчивое молоко - более 10. 5мг% ионного кальция.

4. Получено подтверждение выявленной термоустойчивости молока от содержания в нем ионного кальция при исследовании яенскогр и козьего молока.

5.Исследована термоустойчивость молока, заготовляемого в Ленинградской области и определена закономерность ее сезонных изменений.

6.Предложен метод правильного подбора сырья для производства отдельных молочных продуктов по показателю териоустойчивости молока от-

дельных поставщиков.

По теме диссертации опубликованы следующие работы:

1. Горбатова К. К. ,Молодцова Е.Л. ,Симкина П. И. Изменение размера казеиновых мицелл в процессе хранения сырого молока. // Интенсификация процессов пищевых производств, управление, машины и аппарата:Межвуз. сб. науч.тр. -Л.: Л1Ш1, /1987. -С. 30.

2.Горбатова К К.,Молодцова Е.Л. .Сиикина П. И. Влияние термизации на состав и свойства молока. //

Применение холода для расширения ассортимента и повышения качества пищевых продуктов: Межвуз. сб. науч. тр. -Л.': ЛТИХП. 1988. -С. 99.

3. Горбатова К. К. .Гунькова П. И. .калачинская 0. А. Изучение факторов, влияющих на термоустойчивость молока.// Интенсификация процессов, оборудование и управление пищевых производств: Межвуз. сб. науч. тр. -Л.: ЛТИХП, 1991.-С. 48.

4.Горбатова К.К.,Гунькова П. И., Сотникова Е.В. Сезонные изменения термоустойчивости заготовляемого молока. //

Интенсификация процессов, оборудование и управление пищевых производств: Иехвуз. сб. науч. тр.-Л.: ЛТИХП,1991.-С.47.

5.Горбатова К.К. .Гунькова П.И. .Полякова Л.Ф. Взаимосвязь между органолептическими и технологическими свойствами молока. Повышение эффективности холодильной обработки и хранение пищевых продуктов: Межвуз. сб. науч. тр. -С. -Пб.: СПбТИХП, 1992. -С. 19.

6.Гунькоза П.И., Горбатова К.К.,Полякова Л.Ф. Сравнение методов определения термоустойчивости молока. //

"Теория и практика применен^) искусственного холода в пищевых отраслях: Мехвуз. сб. науч. тр.-СПб.: СПбТИХП. 1993.-С. 84-85.

Подписано .к печати 15.11.95. Формат 60x84 1/16. Б^м.газетная. Печать офсетная. Беч.л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ № 033.

Малое ппедприятие "ТеплсКон" Санкт-Петепб^огской государственной академий холода и пищевых технологий. 191002, Санкт-иетёрбург, ул.яомоносова, 9