автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.04, диссертация на тему:Исследование жировой фазы молока и разработка технологии сливочно-белкового продукта

На правах ру^щгбТГ"

КОШЕЛЕВА ЕЛЕНА АЛЕКСЕЕВНА

ИССЛЕДОВАНИЕ ЖИРОВОЙ ФАЗЫ МОЛОКА II РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ СЛНВОЧНО-БЕЛКОВОГО ПРОДУКТА

Специальность 05.18.04 - Технология мясных, молочных п рыбных продуктов н холодильных производств

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на сонсканне ученой степени кандидата технических наук

2 г МАЯ 2014

005548670

Кемерово 2014

005548670

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Омский государственный аграрный университет им. П.А. Столыпина».

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

Ведущая организация:

доктор технических наук, заслуженный работник ВШ РФ Гаврилова Наталья Борисовна

профессор,

Голубева Любовь Владимировна,

доктор технических наук, профессор кафедры технологии продуктов животного происхождения, ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный университет инженерных технологий»

Кольтюгина Оксана Владимировна,

кандидат технических наук, доцент, заместитель заведующего кафедрой технологии продуктов питания, ФГБОУ ВПО «Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова»

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Дальневосточный государственный аграрный университет»

Защита диссертации состоится 2014 г. в часов на засе-

дании диссертационного совета Д 212.089.01 в ФГБОУ ВПО «Кемеровский технологический институт пищевой промышленности» по адресу: 650056, г.

Кемерово, бульвар Строителей, 47 (тел./факс 8(3842) 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 (Ьйр.уак.е<3^оу.ги)и КемТИПП (www.kemtipp.ru).

Автореферат разослан «¿и/» г.

Ученый секретарь диссертационного совета

О.В. Кригер

J

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования. Ситуация на российском рынке молока, как товара повседневного спроса, ставит новые задачи перед производителями. Учитывая географический фактор, высокие транспортные расходы в Сибирском регионе, производители молока из мест, отдалённых от индустриальной переработки, наряду с реализацией молока-сырья проявляют интерес к технологиям производства экономически выгодных и популярных у населения молочных и молокосодержащих продуктов с пролонгированными сроками годности.

Учёными и специалистами проводится широкий комплекс научных исследований и технологических разработок по созданию нового ассортимента продуктов с комбинированной жировой фазой, основными составляющими которой являются молочный жнр, растительные природные и модифицированные жиры и масла. Состав и свойства сырьевых компонентов непосредственно предопределяют качественные характеристики готового продукта, а изменение соотношения жировых составляющих позволяет вырабатывать многообразие продукции с учетом назначения и специфики использования.

Так же во всём мире наблюдается устойчивая тенденция производства и потребления продуктов функционального питания, большая часть которых приходится на кисломолочные пробиотические продукты. Эти продукты, в состав которых входят микроорганизмы и вещества микробного происхождения, оказывают благоприятные эффекты на физиологические функции и биохимические реакции организма человека путём оптимизации его микробиологического статуса.

Все вышеизложенное позволяет считать выбранное направление исследований актуальным.

Степень разработанности темы. Разработке технологии функциональных продуктов посвящены научные труды известных российских и зарубежных учёных: А.Г. Храмцова, В.Д. Харитонова, Ю.Я. Свириденко, JI.A. Остроумова, A.A. Майорова, И.А. Евдокимова, В.И. Ганиной, JI.B. Голубевой, В.Ф. Семени-хнной, Н.И. Дунченко, Г.Б. Гаврнлова, А.Ю. Просекова, И.А. Смирновой, И.С. Хамагаевой, JJ.B. Терещук, JI.M. Захаровой, Н.Б. Гавриловой, М.П. Щетинина и др. Автор в своих исследованиях основывалась на фундаментальных и прикладных научных работах вышеназванных учёных.

Цель работы н задачи исследований. Цель работы - исследование жировой фазы молока и разработка научно-обоснованной технологии сливочно-белкового продукта для массового и функционального питания.

Для реализации поставленной цели сформулированы научные задачи:

- исследовать жировую фазу и другие показатели молока в различные периоды лактации коров;

- изучить микроструктуру молока, определить подход к использованию молока для получения сливок в зависимости от периода лактации коров;

- исследовать процесс ферментации восстановленной сыворотки молочной пробиотическимн культурами, экспериментально определить пара-

метры омагничивания воды для её восстановления, разработать технологию подготовки ферментированной сывороточной добавки;

- изучить влияние частичной замены молочного жира растительным на жирнокислотный состав жировой фазы продукта, подобрать фосфоли-пидную добавку с эмульгирующими свойствами;

- на основе результатов математического моделирования оптимизировать количество стабилизационной системы для многокомпонентного сли-вочно-белкового продукта;

- изучить процесс хранения и установить срок годности сливочно-белкового продукта, определить количество пищевой добавки с антиокислительными свойствами;

- определить пищевую, биологическую, энергетическую ценность сли-вочно-белкового продукта;

- разработать технологию сливочно-белкового пастообразного продукта и нормативную документацию для его производства, провести промышленную апробацию.

Научная новизна работы. На основании исследования жировой фазы молока выявлены микроструктурные изменения, позволившие предложить дифференцированный подход к использованию молока для получения сливок в зависимости от периода лактации коров. Изучено влияние электромагнитной обработки воды на процессы восстановления и ферментации сыворотки молочной пробиотическими культурами. Экспериментально определены параметры электромагнитного поля. Изучено влияние частичной замены молочного жира растительным на количественный и качественный состав жирных кислот жировой фазы продукта. Подобрана фосфолипидная добавка. Оптимизировано методом математического моделирования количество стабилизирующей системы для многокомпонентного продукта. Исследовано влияние пищевой добавки с антиокислительными свойствами на способность молокосодержащего сливочно-белкового продукта к хранению. Определены срок годности, а также пищевая, биологическая и энергетическая ценность сливочно-белкового продукта.

Теоретическая и практическая значимость работы. Научно обоснована и разработана технологическая схема производства ферментированной сывороточной добавки. Разработана технология сливочно-белкового пастообразного продукта и техническая документация (ТУ 9221-010-00431728-2013). Проведена промышленная апробация технологии на ОАО «Белебеевский молочный комбинат» (г. Белебей, Республика Башкортостан). Новизна технического решения технологии нового продукта отражена в заявлении о выдаче патента РФ на изобретение «Паста сливочно-растительная». Получено положительное решение на выдачу патента № 2012145131/10(0725562) от 22.10.2013.

Диссертационная работа выполнена в рамках реализации научной темы «Разработка теоретических основ, создание новых технологий и техники для производства безопасных продуктов питания с функциональными свойствами» (номер гос. регистрации 01.200609463).

Методология и методы исследования. При организации и проведении исследований применялся комплекс общепринятых, стандартных и модифици-

рованных методов, в том числе физико-химических, микробиологических, биохимических, реологических, а также математические методы статистической обработки результатов исследований и построения математических моделей.

Основные положения выносимые на защиту:

- дифференцированный подход к использованию молока для производства сливок в зависимости от периода лактации коров;

- технологическая схема подготовки ферментированной сывороточной добавки;

- оптимизация жирно-кислотного состава жировой фазы и обогащение продукта фосфолипидами;

- технология сливочно-белкового пастообразного продукта с пролонгированным сроком годности для массового и функционального питания.

Достоверность результатов подтверждается достаточной повторностью и воспроизводимостью экспериментальных данных, полученных с использованием современных физико-химических, микробиологических, реологических методов исследований, и их математической обработкой, апробацией нового технологического решения в производственных условиях.

Качество и безопасность разработанного продукта на соответствие требованиям ФЗ № 88-ФЗ «Технический регламент на молоко и молочную продукцию» подтверждены исследованиями в аккредитованном испытательном центре ФГБОУ «Новосибирская межобластная ветеринарная лаборатория», научно-образовательном центре ФГБОУ ВПО «Кемеровский технологический институт пищевой промышленности».

Соответствие диссертации паспорту научной специальности. Содержание диссертации соответствует паспорту научной специальности 15.18.04 -Технология мясных, молочных и рыбных продуктов и холодильных производств (п. 1, 2, 5 и 7).

Апробация результатов и результаты исследовании. Основные положения диссертационной работы были предметом докладов и обсуждений на научно-технических мероприятиях различного уровня, в том числе: Международной научно-практической конференции СО РАСХН «Проблемы стабилизации и развития сельскохозяйственного производства Сибири, Монголии и Казахстана в XXI веке» (Новосибирск, 1999, 2001); научно-практической конференции «Проблемы сельскохозяйственной экологии» (Новосибирск, 2000); втором Международном научно-техническом форуме «Реализация Государственной программы развития сельского хозяйства и регулирования рынков сельскохозяйственной продукции, сырья и продовольствия: инновации, проблемы, перспективы» (Омск, 2013).

Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 10 печатных работ, в том числе 3 статьи в изданиях, рекомендованных ВАК РФ. Подана заявка на получение патента.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, основной части, заключения, списка литературы и приложений. Основной текст работы изложен на 137 страницах, содержит 35 таблиц, 45 рисунков, 196 литературных источников и приложения.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

Введение. Обоснована актуальность выбранного направления исследований, описаны научная новизна, теоретическая и практическая значимость работы.

Глава 1. Обзор литературных данных на тему «Качество молока-сырья и производство молокосодержащих, в том числе сливочно-белковых продуктов для функционального питания». Представлены основные результаты теоретических и прикладных исследований молока-сырья для производства молочных и молокосодержащих продуктов. Особо отмечена важность разработки технологии продуктов для функционального питания, роль пищевых добавок и функциональных ингредиентов в технологии этих продуктов. В результате анализа научной и научно-технической литературы определены цель и задачи исследования диссертационной работы.

Глава 2. Методология и методы неследований. Экспериментальные исследования проводились в лабораториях кафедры технологии и товароведения пищевой продукции ФГБОУ ВПО НГАУ (г. Новосибирск); кафедры технологии питания и пищевой биотехнологии ФГБОУ ВПО ОмГАУ им. П.А. Столыпина (г. Омск); аккредитованном испытательном центре ФГБОУ «Новосибирская межобластная ветеринарная лаборатория»; в научно-образовательном центре ФГБОУ ВПО «Кемеровский технологический институт пищевой промышленности».

Промышленная апробация результатов исследований проводилась в ОАО «Белебеевский молочный комбинат» (г. Белебей, Республика Башкортостан).

Схема организации и проведения исследований приведена на рисунке 1.

При составлении схемы использованы следующие условные обозначения: 1 - массовая доля жира; 2 - массовая доля белка; 3 - массовая доля углеводов; 4 - массовая доля сухих веществ; 5 - количество минеральных веществ; б - количество витаминов; 7 - кислотность титруемая и активная; 8 - количество жировых шариков; 9 - размеры жировых шариков; 10 - перекисное число; 11 -КМАФАнМ; 12 - количество бифидобактерий; 13 - БГКП; 14 - бактерии рода S. aureus; 15 - бактерии рода L. monocytogenes; 16 - бактерии рода Proteus; 17 -бактерий рода Salmonella; 18 - дрожжи и плесневые грибы; 19 - количество молочно-кислых микроорганизмов; 20 - органолептические показатели; 21 -динамическая вязкость; 22 - количество аминокислот; 23 - количество жирных кислот; 24 - энергетическая ценность; 25 - плотность; 26 - программы для ЭВМ.

На первом этапе проведена аналитическая работа по изучению научной и научно-технической литературы по вопросу «Качество молока-сырья и производство молокосодержащих, в т.ч. сливочно-белковых, продуктов для функционального питания», определена цель исследований и сформулированы научные задачи.

С

<

(<т>

с <

н

<4

/ ЭТАПЫ РАБОТЫ

v

РЕЗУЛЬТАТЫ И МЕТОДЫ ИСЛЕДОВАНИЙ

С

<

н л

Анализ научно-технической литературы по вопросу «Качество молока-сырья и производство молокосодержащих, в т.ч. сли-вочно-белковых, продуктов для функционального питания» Определение цели и научных задач, формулирование требований к новому продукту

1

Исследование качественного и количественного состава молока (на примере черно-пёстрои породы коров) Определение подхода к: использованию молока для получения сливок в зависимости от периода лактации 1,2,3,4,8,9,12,20,25

Выбор сырьевых компонентов и функциональных ингредиентов. Оптимизация жировой фазы, исследование ферментации CMC

Изучение процесса стабилизации структуры продукта. Математическое моделирование совокупности данных. Определение срока годности, пищевой и биологической ценности

Состав жировой фазы

1,

3,20

Разработка ферментированной сывороточной добавки 7, 12, 19, 20

Оптимизация количества стабилизирующей системы 7, 12, 19,21,26 Срок годности 1,2,3,7, 11, 13, 14, 15, 16, 17, 18,20, 22,23,24

m

Практическая реализация результатов исследований

Технология продукта, нормативная документация, экономические показатели, промышленная апробация

Рисунок 1 - Схема организации и проведения исследований

На втором этапе обоснованы нормативные требования к составу, свойствам молокосодержащего продукта, предназначенного как для функционального, так и для массового питания. Проведено исследование качественных и

количественных показателей молока черно-пёстрой породы коров. В качестве основных источников сырья выбраны молочные сливки, растительный жир а также подобраны функциональные ингредиенты и пищевые добавки, изучен процесс ферментации сухой молочной сыворотки, восстановленной с использованием омагничивания воды.

На третьем этапе изучен процесс стабилизации структуры молокосодер-жащего продукта, установлен срок его годности, подобран антиокислитель. Изучена пищевая, биологическая и энергетическая ценность.

На четвёртом этапе осуществлена практическая реализация результатов исследований. Разработана технология сливочно-белкового пастообразного продукта и нормативная документация. Определены экономические показатели нового продукта, проведена его промышленная апробация.

Глава 3. Результаты исследований н их анализ. Современным направлением эффективного использования молока для сельхозпроизводителей является приобретение и эксплуатация модулей или мини-предприятий для его непосредственной переработки в хозяйствах. При этом необходимо достигнуть полного использования всех составных частей молока, особенно белка и молочного жира.

Экспериментальная часть исследований качества производимого молока, выполнялась на базе АОЗТ «Раздольное» Коченевского района Новосибирской области. В период с 2009 по 2011 гг. изучено влияние периода лактации и возраста животных на качественные показатели молока, при этом особенное внимание уделено контролированию массовой доли жира (м.д.ж.) и размеров жировых шариков.

Для проведения опыта были сформированы 4 группы коров-первотелок черно-пёстрой породы, как наиболее распространённой в Сибирском регионе, аналогичных по породности (поколению), возрасту, периоду лактации, живой массе, уровню молочной продуктивности, не различающиеся по происхождению. Увеличение массовой доли жира в молоке отмечалось во всех группах и достигало максимума к концу лактации. Содержание жира варьировало в пределах от 3,57 до 4,23 %. Максимальный показатель жира отмечен в 3-й и 4-й группах, где он составил соответственно 3,81 и 3,87 %.

Максимальная жирность молока была в 4-й группе - 4,11 %, а количество жировых шариков составляло 3,88 млрд/мл (таблица 1).

Таблица 1 - Характеристика молочного жира

Показатели Месяц лактации Гр\ттпа коров

1-я 2-я 3-я 4-я

Массовая доля жира в молоке, % 1-3 3,620±0,031 3.610±0,021 3.640±0.031 3,620±0.031

4-6 3.780±0,027 3,770±0,027 3,780±0,032 3,790±0.027

7-8 3,940±0,022 3.800±0,033 3.860±0,037 4,000±0.031

9-10 4.040±0.037 3,970±0,045 4,030±0.041 4.110±0.039

Количество жировых шариков, млрд/мл 1-3 2,730±0,137 2,730±0,135 2,530±0,126 2,360±0.118

4-6 3,160±0,158 3,260±0,163 3,Ю0±0,155 3,000±0.144

7-8 3.550±0,177 3.650±0,182 3,650±0.185 3,700±0.187

9-10 3.950±0.197 4,050±0,202 3,850±0,193 3.850±0.192

При разбивке их на классы было получено процентное соотношение жировых шариков, определяющее их структуру в зависимости от периода лактации коров (рисунок 2).

—4—1 класс от 1,0 до 2.0 икы ■ и''. 2класс от 2,1 до 3.0 ыъы -С^ .Зиасс 013.1 до4.0мкм_

Рисунок 2 - Динамика содержания различных по величине жировых шариков в молоке по периодам лактации

Определение оптимального соотношения мелких, средних и крупных (М:С:К) жировых шариков в молоке позволяет в полной мере использовать молочный жир, сведя к минимуму его потери в обезжиренном молоке (таблица 2).

Таблица 2 - Влияние соотношения размеров жировых шариков _в молоке на эффективность сепарирования_

Месяц Группа Соотношение М:С:К Содержание жира в

лактации коров размеров жировых шариков обезжиренном молоке, %

1-я 1,0:3.0:3.7 0,05±0,01

4-6 2-я 1,0:2.8:2.3 0,09±0,02

3-я 1,0:2,2:2.2 0,05±0,01

4-я 1,0:2.1:1.8 0,06±0,03

1-я 1,0,:2.0:2,0 0,05±0.01

7-8 2-я 1.0:3.0:0,7 0,09±0,02

3-я 1,0:2.2:1.8 0,04±0,01

4-я 1,0:2.2:1.7 0,05±0,03

Минимальный процент жира в обезжиренном молоке приходился на 78 месяцы лактации, отмечен в 3-й группе коров (0,04 %), при этом у 3 групп из 4 наблюдался стандартный процент отхода жира в обезжиренное молоко. Качественное содержание жировой фазы можно объяснить особенностями физиологического состояния лактирующих в этот период коров. Таким образом, установлены микроструктурные изменения жира в молоке, которые позволяют рекомендовать сепарирование молока коров с 4-го по 8-й месяцы лактации, при соотношении малых, средних и крупных жировых шариков 1,0:2,2:2,2 и/или 1,0:2,2:1,7 соответственно и м.д.ж. 3,78-3,86 %.

В качестве основного сырья предусматривается использование продукта переработки молока - молочных сливок являющихся натуральным биологически ценным легко усвояемым продуктом.

В качестве функциональных пищевых ингредиентов и добавок в составе продукта используются:

- растительные жиры как источники непредельных кислот;

- БАД «Витол» - источник фосфолипидов и эмульгатор;

- биологически полноценные сывороточные белки, ферментированные пробиотическими культурами.

Сырьевой и ингредиентный состав позволили обеспечить следующие ор-ганолептические показатели молокосодержащего продукта: кремовый цвет, сливочный вкус и пастообразную консистенцию.

Для обеспечения однородности, гомогенности структуры молокосодержащего продукта используются стабилизационные системы.

Для разработки ферментированной сывороточной добавки проведено исследование влияния электромагнитной обработки (ЭМО) воды на восстановление и процесс ферментации молочной сыворотки (ВМС) пробиотическими культурами (рисунок 3).

Рисунок 3 - Зависимость изменения количества нераство-рившегося осадка от напряженности магнитного поля

Химический состав и физико-химические свойства образцов, полученных при оптимальных режимах магнитной обработки, приведены в таблице 3.

Таблица 3 - Химический состав и свойства восстановленной молочной сыворотки (ВМС)

Показатели Значения

Массовая доля сухих веществ, % 39,00±1,00

В т.ч. жира 0,56±0,02

белка 5,20±0,50

углеводов 28,80±0,50

минеральных веществ 3,30±0,20

Кислотность, °Т 113,00±1,90

рН 5,42±0,05

Плотность, кг/м"' И40±1,00

Результаты исследований влияния электромагнитной обработки на активную кислотность опытных образцов ВМС представлены на рисунке 4.

Рисунок 4 - Зависимость активной кислотности ферментированных продуктов от времени ферментации

Как видно из данных, представленных на рисунке 4, после электромагнитной обработки в образцах процесс ферментации протекал интенсивнее. Это, в частности, может быть результатом изменения свойств воды как среды развития бактерий. Большая подвижность молекул воды, возможно, облегчает транспорт питательных веществ в клетку и удаление из нее продуктов жизнедеятельности. В том числе это ведет к повышению активности ферментных систем микроорганизмов, что, в свою очередь, интенсифицирует процесс ферментации.

Микробиологические исследования вариантов опытных и контрольных продуктов также свидетельствуют об увеличении количества жизнеспособных клеток микрофлоры. Общее количество микрофлоры составило в опыте 2 -6,8-108 КОЕ/г, в опыте 1 - 6,1 • 108 КОЕ/г и в контроле всего 9,2-107 КОЕ/г. Аналогичный эффект наблюдали и в случае бифидобактерий. количество их увеличилось на порядок.

Для экспериментальной оптимизации жирно-кислотного состава жировой фазы продукта основным молочным сырьем выбраны свежие сливки, полученные сепарированием коровьего молока, с массовой долей жира (30,0±0,5) %. Консистенция сливок однородная, цвет белый, с кремовым оттенком, вкус чистый, без посторонних запахов и примесей. Титруемая кислотность сливок (18,0±0,5) °Т.

Для повышения в жировой фазе продукта доли моно- и полиненасыщенных кислот была составлена смесь, состоящая из 70 % молочных сливок и 30 % ЗМЖ «Эколакт». Результаты исследования жирно-кислотного состава жировой фазы нормализованной смеси представлены в таблице 4.

Так же была изучена микроструктура жировой смеси жировых компонентов методом фазово-контрастной микроскопии (увеличение 10x100) на микроскопе Carl Zeiss Axios-kop40.

Для составления эмульсии растительного жира (ЗМЖ «Эколакт») использовали сухое обезжиренное молоко (СОМ), восстановленное в питьевой воде. В условиях предприятия в качестве данного компонента можно использовать свежее пастеризованное обезжиренное молоко. Так как на химический состав молокосодержащего продукта оказывают влияние сырьевые компоненты, был рассчитан проект рецептуры с их включением.

2 4 6

Время ферме нтации.ч

□ контроль ( без обработки) О опыт 1 (обработка воды)

□ опыт2 (обработка ВМС)

Таблица 4 - Жирно-кислотный состав жировой фазы смеси жировых компонентов

Наименование и условное обозначение жирной кислоты Результаты испытания. %

Масляная (Cj-n) 1,3

Капроновая (См,) 1,0

Капрнловая (См) 2.2

Каприновая (Ск™) 2.6

Лаурнновая (Сип) 11,4

Миристнновая (Сип) 9,2

Пальмитиновая (Сщ о) 26.34

Стеариновая (Сто) 7,3

Миристолеиновая (Cu О 0.4

Пальмитолеиновая (Си, i) 0.7

Олеиновая (С i s 0 21,5

Линолевая (Cis 2) 8.4

Лшюленовая (С 18:3) 0,26

Арахидоновая (С20:4) 0,80

Оптимизация рецептуры проектируемого продукта проведена с помощью табличного процессора Microsoft Excel с использованием функции «Поиск решения».

Новый продукт представляет собой многокомпонентную систему сырьевых составляющих с различными химическими, физическими свойствами и состоянием. В соответствии с классификацией П.А. Ребиндера структуру кисломолочных продуктов можно отнести к коагуляционной. Известно, что коагуля-ционные структуры образуются в дисперсных системах путем взаимодействия между частицами и молекулами через прослойки дисперсионной среды за счет Ван-дер-Ваальсовых сил сцепления. Обычно эти структуры обладают тиксо-тропными свойствами, т.е. способностью к самопроизвольному восстановлению после механического разрушения. При этом данное качество можно значительно усилить и стабилизировать путем использования специальных пищевых добавок.

Для исследования выбрана стабилизационная система, состоящая из смеси модифицированного кукурузного крахмала (Е 1422), пищевого желатина и гуа-ровой камеди (Е 412). Эта пищевая добавка обозначена как «Стабисол JTL» и представляет собой порошок белого или кремового цвета. Рекомендуемые дозы применения от 0,1 до 1,0 %. Для определения количества стабилизационной системы было изучено её влияние на качественные характеристики сливочно-белкового пастообразного продукта. Химические и микробиологические показатели опытных продуктов с различным количеством стабилизационной системы приведены в таблице 5.

Важным показателем, характеризующим процесс структурообразования в опытных продуктах, являются структурно-механические характеристики. В данной научной работе использован прибор реовискозиметр Гепплера. Для определения рационального количества стабилизирующей добавки предложена шкала критериев (таблица 6).

Результаты исследования влияние количественной дозы стабилизирующей добавки на изменение динамической вязкости опытных продуктов приведены на рисунке 5.

Таблица 5 - Химические и микробиологические показатели опытных продуктов

Продукт Количество стабилизатора от массы продукта, % Титруемая кислотность, °Т Активная кислотность, ед. р11 Общее количество молочнокислых бактерий. КОЕ/см^ Количество би-фидобактерий, КОЕ/см"'

Опыт 1 0,1 78,0±1,0 3,32±0.02 8.5 10я 7.9 10'

Опыт 2 0,3 72,5±0,5 3,42±0,01 8,2 10я 7,810'

Опыт 3 0,5 68,2±0,5 4,15±0,10 8,0 10х 7,5-10'

Опыт 4 0,7 65,0±0,1 4.22±0.2 7.5 ■ 10 х 7,1-10'

Опыт 5 0.9 62,5±0,5 4,45±0,10 7.3-108 7.010'

Опыт 6 1,1 60,2±0,2 4,50±0,10 7,0 10х 6,8 10'

Таблица 6 - Шкала критериев для определения динамической вязкости сливочно-белкового пастообразного _продукта_

Характеристики состояния консистенции продукта Интервал значений динамической вязкости. П 10' Па-с

Слабовязкая 90,0-95.0

Вязкая, пастообразная 95,0-105.0

Чрезмерно вязкая, плотная 1 10,0-140.0

С 120

0

* 100 3 V

80

*

и а

60

X с

1 40 х

■5 20

О

ОД 0,3 0,5 0,7 0,9 1,1 Количество стабилизационной системы, %

□ Частично разрушенная ЭРазрушенная

ШЧерез 15 мин после разрушения

Рисунок 5 - Влияние количества стабилизационной системы «Стабисол ,1ТЬ» на динамическую вязкость опытных продуктов

Так же были изучены органолептические показатели опытных продуктов в зависимости от дозы стабилизирующей системы.

Для объективного суждения об оптимальной дозе стабилизатора необходимо провести математическую обработку данных.

Цель математического моделирования - проанализировать совокупность характеристик, полученных экспериментальным путём, сравнить их с желаемыми критериальными значениями и определить диапазон количественных доз стабилизирующей системы «Стабисол ЛЬ» для стабилизации структуры многокомпонентного сливочно-белкового продукта.

Эксперимент выбран однофакторный:

х - оличество стабилизирующей системы от массы компонентов смеси. %;

yi - ируемая кислотность, °Т, условия ограничения, не > (67,0±1,0) °Т; у2 — огарифм общего количества пробиотической микрофлоры,

условия ограничения. —> max. не < 8,9 lg (8,0 10х) КОЕ/г; у.ч - инамическая вязкость, частично разрушенной структуры, не > 105,0 Па с;

у4 - рганолептические показатели, баллы, условия ограничения, —> max (15 баллов).

Степень влияния стабилизирующей системы на качественные показатели выражена суммой значений изучаемых факторов и представлена на рисунке 6.

Рисунок б - Влияние количества системы «Стабисол .1ТЬ» на факторы, характеризующие качество продукта

Анализ данных, представленных на рисунке 6. свидетельствует о том. что количество стабилизационной системы «Стабисол ,1ТЬ> не должно превышать 0,5 % от смеси компонентов.

На втором этапе были построены математические модели и графические зависимости, характеризующие степень влияния дозы стабилизатора на химические, микробиологические, структурно-механические и органолептические показатели продукта.

Математическое моделирование структурно-механических свойств сли-вочно-белкового продукта рассматривалось с учетом шкалы критериев. Моделированию подвергались экспериментальные данные трех структур: частично разрушенная, разрушенная и через 15 мин после разрушения (период релаксации 15 мин). На рисунках 7-9 представлены регрессионные зависимости изменения динамической вязкости сливочно-белкового продукта от количества внесенного стабилизатора.

Скорость изменения динамической вязкости от количества внесенного стабилизатора для частично разрушенной структуры равна 23,917-10' Па-с/% (рисунок 7).

Скорость изменения динамической вязкости от количества внесенного стабилизатора для разрушенной структуры равна 14,39-10' Па-с/% (рисунок 8),через 15 мин после разрушения (время релаксации) 22,074-10' Па-с/% (рисунок 9).

130,0 120.0 110.0 100,0 90,0 80,0 70,0 60,0

Частично разрушенная структура продукта

73 Я17х + 91 2 3

= 0,9686

0,0 0,5 1.0 1.5

Количество стабилизатора,%

Рисунок 7 - Изменение динамической вязкости в сливочно-белковом продукте в зависимости от количества внесенного стабилизатора

Разрушенная структура продукта 84,0 80.0 76.0 72.0 68.0 64.0 60,0

и= 14 ЗС^ + 67 753

= 0,9606

0.0 0.5 1.0

Количество стабилизатора,%

Рисунок 8 - Изменение динамической вязкости в сливочно-белковом продукте в зависимости от количества внесенного стабилизатора

Время релаксации структуры 15 мин ; 120.0 | 110.0

| оЮО.О ■ га

I С 90.0

> Й ! 2 80.0

! 70.0

I

I 60.0

1

= 22.074Х Р2 = 0, + 90.062 ~ 9491

0.0 0.5 1.0

Количество стабилизатора.'!

1.5

Рисунок 9 - Изменение динамической вязкости в сливочно-белковом продукте в зависимости от количества внесенного стабилизатора

Математическое моделирование изменения титруемой и активной кислотности сливочно-белкового продукта в зависимости от количества внесенного стабилизатора и времени ферментации осуществляли в компьютерной программе ТаЫе-Сигуе-4.

На рисунке 10 приведена графическая иллюстрация математической модели изменения титруемой кислотности сливочно-белкового продукта в зависимости от количества внесенного стабилизатора и времени ферментации.

Двухфакторная математическая модель изменения титруемой кислотности имеет неявный вид:

1пг = а+Ье~х +су+с!у2'5, где г —титруемая кислотность, ед. рН;

х - время ферментации, ч;

у - количество стабилизатора, %.

Преобразуя, получим регрессионную зависимость в явном виде: ъ = ехр(а+Ье"* +су+<1у2,5).

Коэффициенты уравнения а = 2,6522; Ь = 0,388; с = 0,4068; с1 = 0,0012.

Коэффициент детерминации математической модели равен Я" = 0,994, близок по величине к единице, следовательно, регрессионная зависимость адекватно описывает экспериментальные значения.

Рисунок 10 - Функция отклика изменения титруемой кислотности сливочно-белкового продукта в зависимости от количества внесенного стабилизатора и времени ферментации

На рисунке 11 изображено изменение активной кислотности сливочно-белкового продукта в зависимости от количества внесенного стабилизатора и времени ферментации.

Двухфакторная математическая модель изменения активной кислотности имеет вид:

г = а + Ьх + су + <1х2 + еу2 + Гху, где г - активная кислотность, ед. рН; х - время ферментации, ч; у - количество стабилизатора, %.

Рисунок 11 - Функция отклика изменения активной кислотности сливочно-белкового продукта в зависимости от количества внесенного стабилизатора и времени ферментации

Коэффициенты математической модели а =5,934; Ь =0,768; с = -0,209; с1=-0,286; е=-0,0376; Г= 0,1049. Коэффициент детерминации равен Я2=0,987.

Разработанные математические модели позволяют моделировать изучаемый процесс и рассчитать ошибку прогнозирования.

Совокупность полученных данных и результаты математического моделирования позволили оптимизировать количество стабилизационной системы -0,5% от массы компонентов.

В процессе экспериментальных исследований и проведения контрольных испытаний в ФГБУ «Новосибирская межобластная ветеринарная лаборатория. Аккредитованный испытательный центр» определен срок годности нового продукта - 14 суток при температуре хранения (4±2) °С.

'««там ин.

Химический состав сливочно-белкового продукта: сухих веществ (41,0±1,0) мас.%, в т.ч. жиров (20,0±0,5), белков (5,0±0,2), углеводов (13,0±0,5), энергетическая ценность: 265 ккал /1110,35 кДж.

Биологическая ценность белков продукта характеризуется аминокислотным скором в сравнении со шкалой ФАО/ВОЗ (таблица 7).

Таблица 7 - Аминокислотный скор белков сливочно-белкового продукта

Аминокислота Справочная шкала ФАО/ВОЗ Продукт

А С А С

Изолейцнн 40,0 100 56,12 140,30

Лейцин 70,0 100 81,60 102,20

Лизин 55,0 100 87,98 160,00

Метношш + цнстин 35,0 100 73,43 209,80

Фенилаланнн + тирозин 60,0 100 119,47 199,10

Треонин 40,0 100 78,20 195,50

Валин 50,0 100 61,60 123,30

Триптофан 10,0 100 101,00 101,00

Примечание. А - содержание аминокислоты, мг в 1 г белка; С - химический скор в процентах относительно шкалы ФАО/ВОЗ.

Показатели безопасности (токсичные элементы, микотоксины, радионуклиды, антибиотики и пестициды) в продукте не должны превышать допустимых уровней, установленных ФЗ РФ № 88-ФЗ, указанных в таблице 8.

Таблица 8 — Показатели безопасности нового продукта

1 [анменованне показателей Допустимые уровни, мг/кг(л), не более

Токсичные элементы Свинец 0,15

Мышьяк 0,15

Кадмий 0,06

Ртуть 0,015

Антибиотики Левомицетин Не допускаются

Тетрацнклиновая группа

Пенициллин

Стрептомицин

Пестициды Гексахлорциклогексан (альфа-бста-гамма-изомеры) 0,55

Микотоксины Афлатоксин М1 Не более 0,00002

Радионуклиды Цезий -137 40 Бк/л

Стронцпй-90 25 Бк/л

ДДТ и его метоболиты 0,33

Перекисное число Моль активного кислорода/кг жира 4,0

Диоксин В пересчете на жир 0,000003

Глава 4. Практическая реализация результатов исследовании. Схема технологического процесса производства сливочно-белкового продукта представлена на рисунке 12. Рассчитаны экономические показатели производства нового продукта.

Для промышленного производства разработана и утверждена нормативная и техническая документация: ТУ 9221-010-00431728-2013 и технологическая инструкция на сливочно-белковый пастообразный продукт. Проведена промышленная апробация технологии продукта.

ВХОДНОН КОНТРОЛЬ СЫРЬЯ II МАТЕРИАЛОВ

Молоко сырое ГОСТ Р 52054

ЗМЖ «Эколакт» ГОСТ Р 52100-2003

CMC (сухая молочная сыворотка) ГОСТ Р 53492-2009

СОМ (сухое обезжиренное молоко) ГОСТ 10970-87

1

ПРИЕМКА МОЛОКА

Подогрев, t = (45±5) °С

Обезжиренное молоко

Сепарирование t = (45±5) °С

Оливки м.д.ж. 30 %

На переработку

ПЕРЕРАБОТКА СЫРЬЯ

Получение растительных сливок: ЗМЖ «Эколакт», СОМ, вода питьевая t = 50...55 °С т = 35...40 мин

Смешивание и эмульгирование молочных и растительных сливок t = 50...55 °С

Внесение добавки «Витол», ДКВ, стабилизатора через воронку смесителя А1гшх t = 50...55 °С т= (20±5) мин

Подготовка ферментированной сывороточной добавки

ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА СМЕСИ

Пастеризация t = (96±1) °С, т = 20 с

Гомогенизация t = 50...55 °С, р = 7,88 МПа

Охлаждение до температуры (38±1)°С

Ферментация г = (4,0±4,5) ч

ОХЛАЖДЕНИЕ ПРОДУКТА

до температуры (12±2)°С

ФАСОВКА, МАРКИРОВКА

X

ДООХЛАЖДЕНИЕ ПРОДУКТА

t = 2...4

'С, т = 3...4 ч 1

ХРАНЕНИЕ II РЕАЛИЗАЦИЯ ПРОДУКТА

В течение 14 сут с учётом времени нахождения в торговой сети

Рисунок 12 — Блок-схема производства слнвочно-белкового пастообразного продукта

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Наиболее актуальным направлением повышения выпуска молочной и мо-локосодержащей продукции является поиск дифференцированного подхода к использованию основного сырья - молока сырого. В соответствии с целью диссертационной работы экспериментальным и аналитическим путём решены все поставленные научные задачи, и цель работы достигнута. Научно обоснована и разработана технология молокосодержащего продукта с пониженной молоко-ёмкостью, отличающегося сливочным вкусом, повышенным содержанием биологически ценных полиненасыщенных жирных кислот, незаменимых аминокислот и фосфолипидов. Продукт имеет пролонгированный срок хранения.

Выводы н рекомендации

1. Исследована динамика изменения состава и свойств молока на примере черно-пёстрой породы коров в различные периоды лактации:

- максимальное значение массовой доли жира наблюдалось к концу лактации, значение показателя от 3,81 до 3,87 %;

- общий белок варьировался от 2,60 до 3,43 %;

- COMO - от 8,86 до 9,11 %;

- зола - от 0,68 до 0,74 %;

- плотность молока от 29,7 до 31,4 °А.

2. Выявлены микроструктурные отличия молока в зависимости от периода лактации. Полученные результаты позволяют рекомендовать дифференцированный подход в использовании дойного стада. Для получения сливок с м.д.ж. 30...35 % необходимо использовать молоко коров с 4-го по 8-ой месяцы лактации при достижении в структуре жира соотношения мелких, средних и крупных жировых шариков 1,0:2,2:2,2- 1,0:2,8:2,3.

3. Исследовано влияние электромагнитной обработки воды на процесс восстановления сыворотки молочной сухой и её ферментацию пробиотическими культурами Lbm. acidophilum и Bifidobacterium bifidum № 1, взятыми в соотношении 1:1. Экспериментально определены параметры электромагнитного поля: промышленная частота 50 Гц, оптимальная напряженность (6±1) кА/м. Разработана технологическая схема подготовки ферментированной сывороточной добавки с массовой долей сухих веществ (39,0±1,0) %, содержащая общее количество жизнеспособной пробиотической микрофлоры 7,0...8,0-108 КОЕ/г.

4. Изучено влияние замены 30 % молочного жира растительным (ЗМЖ «Эколакт»), что позволило установить в жировой фазе соотношение (%) НЖК : : МНЖК : ПНЖК как 61,34 : 29,2 : 9,461 и увеличить количество незаменимой жирной кислоты линолевой - в 2,2 раза. Для эмульгирования молочно-растительной жировой фазы подобрана фосфолипидная добавка БАД «Витол» в количестве 0,5 % от жировой фазы.

5. На основании результатов математического моделирования комплекса показателей подобрана стабилизационная система «Стабисол JTL» - 0,5% от смеси компонентов, при котором динамическая вязкость продукта достигает критериального значения (105,0±1,0) Па с.

6. Экспериментально подобрано количество антиокислителя - дигидро-кверцетина: 0,025% от массы жировой фазы продукта, что предотвращает окисление жира в процессе хранения. Установлен срок годности сливочно-белкового продукта - 14 суток при температуре хранения (4±2) °С.

7. Определена пищевая, биологическая, энергетическая ценность сливочно-белкового продукта: энергетическая ценность 265 ккал / 1110,35 кДж, общее количество аминокислот - 4989,5 мг%, в том числе незаменимых - 2752,38 мг%.

8. Разработаны технология сливочно-белкового пастообразного продукта, техническая документация (ТУ 9221-010-00431728-2013) для его производства. Проведена промышленная апробация технологии ОАО «Белебеевский молочный комбинат» (г. Белебей, Республика Башкортостан).

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Статьи в изданиях, рекомендованных Высшей аттестационной Комиссией Министерства образования н науки Российской Федерации

1. Гаврилова, Н. Б. Сливочно-белковый пастообразный продукт функционального назначения / Н.Б. Гаврилова, Е.А. Кошелева // Молоч. пром-сть. - 2013.- № 12. - С.53-55.

2. Кошелева, Е.А. Экспериментальная оптимизация жирнокислотного состава сливочно-белкового пастообразного продукта / Е. А. Кошелева // Аграрный вестник Урала. - 2014. - № 1. - С. 59-62.

3. Кошелева, Е.А. Использование электромагнитной обработки в технологии ферментированной добавки на основе молочной сыворотки / Е.А. Кошелева, Н.Б. Гаврилова, Д.М. Фиалков // Аграрный вестник Урала. - 2013. - №11. -С. 41-44.

Материалы международных н всероссийских конференций, конгрессов, форумов, семинаров

4. Кошелева, Е.А. Изменение количества и диаметра жировых шариков от линейного происхождения животных и периода лактации / Е.А. Кошелева // Проблемы стабилизации и развития сельскохозяйственного производства Сибири, Монголии и Казахстана в XXI веке: тез. докл. Междунар. науч.- практ. конф. / РАСХН. Сиб. отд-ние. - Новосибирск, 1999.-С. 61.

5. Кошелева, Е.А. Влияние размеров жировых шариков молока на выход масла / Е.А. Кошелева // Проблемы сельскохозяйственной экологии: тез. докл. науч.-практ. конф. - Новосибирск, 2000. - С. 114.

6. Кошелева, Е.А. Выход масла в зависимости от структуры соотношения различных по размерам жировых шариков в молоке / Е.А. Кошелева // Проблемы стабилизации и развития сельскохозяйственного производства Сибири, Монголии и Казахстана в XXI веке: тез. докл. Междунар. науч.-практ. конф. / РАСХН. Сиб. отд-ние. - Новосибирск, 2001. - С. 63.

7. Кошелева, Е.А. Исследование качественных характеристик молока коров черно-пёстрой породы - основного сырья для сливочных продуктов / Е.А. Кошелева // Реализация Государственной программы развития сельского хозяй-

ства и регулирование рынков сельскохозяйственной продукции, сырья и продовольствия: инновации, проблемы, перспективы: материалы второго Междунар. науч.-техн. форума. 27-29 марта 2013 г. - Омск, 2013 - С. 197-199.

8. Кошелева, Е.А. Влияние количественных размеров жировых шариков молока коров черно-пёстрой породы на эффективность его сепарирования / Е.А. Кошелева // Реализация Государственной программы развития сельского хозяйства и регулирование рынков сельскохозяйственной продукции, сырья и продовольствия: инновации, проблемы, перспективы: материалы второго Междунар. науч.-техн. форума. 27-29 марта 2013 г. - Омск, 2013 - С. 199-201.

Статьи и материалы научных трудов институтов и другие издания

9. Гаврнлова, Н.Б. Разработка технологии сливочно-белкового ферментированного продукта / Н.Б. Гаврилова, Е.А. Кошелева // Актуальные проблемы техники и технологии переработки молока: сб. науч. тр. с Междунар. участием. Вып. 10.-Барнаул, 2013. - С. 67-69.

10. Кошелева, Е.А. Влияние структуры жира в молоке коров черно-пестрон породы на выход масла / Е.А. Кошелева // Адаптация, здоровье и продуктивность животных: сб. науч. тр. - Новосибирск: НГАУ, 2008. - С. 120.

11. Заявление о выдаче патента РФ № 2012145131/072562, приоритет от 23.10.2012 г. на изобретение «Паста сливочно-растительная / Е.А. Кошелева, Н.Б. Гаврилова. Заявитель ФГБОУ ВПО ОмГАУ им. П.А. Столыпина. Получено положительное решение на выдачу патента № 2012145131/10 (0725562) от 23.10.2012.

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования «Омский государственный аграрный университет им. П.А. Столыпина»

Натрава^рукописи

04201457бьэ

КОШЕЛЕВА ЕЛЕНА АЛЕКСЕЕВНА

ИССЛЕДОВАНИЕ ЖИРОВОЙ ФАЗЫ МОЛОКА И РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ СЛИВОЧНО-БЕЛКОВОГО ПРОДУКТА

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

ДИССЕРТАЦИЯ на соискание степени кандидата технических наук

Научный руководитель: доктор технических наук,

профессор, заслуженный работник ВШ РФ, Н.Б. Гаврилова

ОМСК 2014

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ......................................................................................................................5

ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ.....................................................................................................11

Глава 1 Обзор литературных данных по вопросу «Качество

молока-сырья и производство молокосодержащих, в т.ч. сливочно-белковых продуктов для функционального питания».............11

1.1 Качество молока-сырья для молочных и молокосодержащих продуктов.......................................................................................................12

1.2 Современные технологии молокосодержащих продуктов для функционального питания..........................................................................21

1.3 Использование растительных жиров в технологии молокосодержащих продуктов...................................................................27

1.4 Функциональные ингредиенты и пищевые добавки, их значение

в производстве молокосодержащих продуктов........................................38

1.5 Заключение по главе 1. Цель и задачи исследований..............................42

Глава 2 Методология и методы исследований........................................................44

2.1 Методология проведения экспериментальных исследований................44

2.2 Объекты и методы исследований...............................................................46

2.2.1 Физико-химические методы и органолептические показатели...........47

2.2.2 Микробиологические методы..................................................................48

2.2.3 Реологические методы...............................................................................49

2.2.4 Биохимические методы.............................................................................49

2.2.5 Методы математического анализа...........................................................51

Глава 3 Результаты исследований и их анализ........................................................52

3.1 Исследование химического состава молока черно-пёстрых коров........52

3.2 Изучение влияния количественных размеров жировых шариков жировой фазы молока на эффективность сепарирования.......................56

3.3 Формирование требований к молокосодержащему продукту

для функционального питания....................................................................61

3.4 Исследование влияния электромагнитной обработки на процесс ферментации восстановленной молочной сыворотки..............................63

3.5 Экспериментальная оптимизация жирнокислотного состава

жировой фазы продукта...............................................................................69

3.6 Экспериментальная разработка и оптимизация рецептуры многокомпонентного молокосодержащего продукта и основных технологических параметров его производства........................................76

3.7 Изучение влияния стабилизатора на качественные показатели продукта. Математическое моделирование комплекса качественных показателей продукта..........................................................84

3.8 Изучение процесса хранения нового сливочно-белкового пастообразного продукта. Определение срока годности..........................97

3.9 Определение пищевой, биологической и энергетической ценности нового продукта..........................................................................................102

Глава 4 Практическая реализация результатов исследований.............................106

4.1 Разработка технологии сливочно-белкового пастообразного продукта......................................................................................................106

4.2 Расчет экономических показателей производства сливочно-белкового пастообразного продукта........................................................111

4.4 Промышленная апробация технологии сливочно-белкового

пастообразного продукта...........................................................................115

ЗАКЛЮЧЕНИЕ...........................................................................................................116

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ...........................................................................................118

ПРИЛОЖЕНИЯ...........................................................................................................138

Приложение 1. Изменение среднесуточных удоев подопытных коров

в течение первой лактации..............................................................................139

Приложение 2. Среднесуточные рационы коров по месяцам опытного

периода...............................................................................................................141

Приложение 3. Динамика изменения химических и физических

свойств молока коров по периодам лактации................................................143

Приложение 4. Решение о выдаче патента РФ на изобретение

№ 2012145131/10(0725562) от 22.10.2013 ......................................................152

Приложение 5. Технические условия ТУ 9221-010-00431728-2013

«Сливочно-белковый продукт».......................................................................154

Приложение 6. Протокол лабораторных исследований НОЦ

ФГБОУ ВПО КемТИПП. Определение массовой концентрации

витаминов, катионов.........................................................................................161

Приложение 7. Протокол лабораторных исследований в аккредитованном испытательном центре ФГБОУ «Новосибирская межобластная ветеринарная лаборатория...............................................................................166

ВВЕДЕНИЕ

Ситуация на Российском рынке молока, как товара повседневного спроса, ставит новые задачи перед производителями. Учитывая географический фактор, высокие транспортные расходы в Сибирском регионе, производители молока из мест отдалённых от индустриальной переработки, наряду с реализацией молока-сырья, проявляют интерес к технологиям производства экономически выгодных и популярных у населения молочных и молокосодержащих продуктов с пролонгированными сроками годности.

Современные тенденции совершенствования ассортимента продуктов питания ориентированы на создание сбалансированной по пищевой и биологической ценности продукции способной обеспечивать потребности различных групп населения. Оптимизация состава и свойств с целью создания продуктов наиболее полно соответствующих формуле сбалансированного питания, являющейся основной физиологических норм, предопределяет направления разработки новых технологий.

Такие продукты относятся к функциональным, отличительная особенность которых заключается в том, что они обеспечивают помимо пищевой функции, определённое воздействие на организм человека, при систематическом употреблении.

Учёными и специалистами проводится широкий комплекс научных исследований и технологических разработок по созданию нового ассортимента продуктов с комбинированной жировой фазой, основными составляющими которой являются молочный жир, растительные природные и модифицированные жиры и масла. Состав и свойства сырьевых компонентов непосредственно предопределяют качественные характеристики готового продукта, а изменение соотношения жировых составляющих позволяет вырабатывать многообразие продукции с учетом назначения и специфики использования.

Разработка и освоение выпуска продуктов с комбинированной жировой фазой, с одной стороны способствует реализации требований сбалансированности

питания по жирнокислотному составу, с другой стороны имеет перспективу с позиции снижения ресурсоемкости производства.

В последние годы в пищевой промышленности наблюдается тенденция частичной и или полной замены животных жиров на растительные масла и жиры, основное место среди которых занимают специально разработанные жировые композиции - заменители молочного жира. Подобная замена позволяет направлено регулировать жирнокислотный состав готовых продуктов, обогащать их полиненасыщенными жирными кислотами и снижать уровень холестерина, тем самым добиваясь большей сбалансированности продуктов и соответствия принципам здорового питания

Особая роль в составе жира принадлежит эссенциальным полиненасыщенным жирным кислотам - линолевой С^, линоленовой С^з и арахидоновой С2о:4-Эти жирные кислоты, как и некоторые аминокислоты белков, относятся к незаменимым, не синтезируемым в организме компонентам, потребность в которых может быть удовлетворена только за счет пищи. Арахидоновая кислота синтезируется из линолевой при участии пиридоксина (витамина Ве), а также токоферолов. При этом необходимо иметь в виду, что токоферол не только содействует превращению линолевой кислоты в арахидоновую, но и активизирует её. Эти высоконепредельные полиненасыщенные жирные кислоты (ПНЖК) по своим биологическим свойствам относятся к жизненно необходимым веществам, в связи с чем некоторыми исследователями они рассматриваются как комплекс витамина Б.

Во всём мире наблюдается устойчивая тенденция производства и потребления продуктов функционального питания, большая часть среди них приходится на кисломолочные пробиотические продукты. Эти продукты, в состав которых входят микроорганизмы и вещества микробного происхождения, оказывают благоприятные эффекты на физиологические функции и биохимические реакции организма человека путём оптимизации его микробиологического статуса.

Всё вышеизложенное позволяет считать выбранное направление исследований актуальным.

Степень разработанности темы. Разработке технологии функциональных продуктов посвящены научные труды известных российских и зарубежных учёных А.Г. Храмцова, В.Д. Харитонова, Ю.Я. Свириденко, JT.A. Остроумова, A.A. Майорова, И.А. Евдокимова, В.И. Ганиной, JT.B. Голубевой, В.Ф. Семенихиной, Н.И. Дунченко, Г.Б. Гаврилова, А.Ю. Просекова, И.А. Смирновой, И.С. Хамагае-вой, JI.B. Терещук, JI.M. Захаровой, Н.Б. Гавриловой, М.П. Щетинина и др., которые положены в основу научной работы соискателя.

Цель работы и задачи исследований. Цель работы - исследование жировой фазы молока и разработка научно-обоснованной технологии сливочно-белкового продукта для массового и функционального питания.

Для реализации поставленной цели сформулированы научные задачи:

- исследовать жировую фазу и другие показатели молока в различные периоды лактации коров;

- изучить микроструктуру молока, определить подход к использованию молока для получения сливок в зависимости от периода лактации коров;

- исследовать процесс ферментации восстановленной сыворотки молочной пробиотическими культурами, экспериментально определить параметры омагничивания воды для её восстановления, разработать технологию подготовки ферментированной сывороточной добавки;

- изучить влияние частичной замены молочного жира растительным на жир-нокислотный состав жировой фазы продукта, подобрать фосфолипидную добавку с эмульгирующими свойствами;

- на основе результатов математического моделирования оптимизировать количество стабилизационной системы для многокомпонентного сливочно-белкового продукта;

- изучить процесс хранения и установить срок годности сливочно-белкового продукта, определить количество пищевой добавки с антиокислительными свойствами;

- определить пищевую, биологическую, энергетическую ценность сливочно-белкового продукта;

-разработать технологию сливочно-белкового пастообразного продукта и нормативную документацию для его производства, провести промышленную апробацию.

Научная новизна работы. На основании исследования жировой фазы молока выявлены микроструктурные изменения, позволившие предложить дифференцированный подход к использованию молока для получения сливок в зависимости от периода лактации коров. Изучено влияние электромагнитной обработки воды на процессы восстановления и ферментации сыворотки молочной пробиотиче-скими культурами. Экспериментально определены параметры электромагнитного поля. Изучено влияние частичной замены молочного жира растительным на количественный и качественный состав жирных кислот жировой фазы продукта. Подобрана фосфолипидная добавка. Оптимизировано методом математического моделирования количество стабилизирующей системы для многокомпонентного продукта. Исследовано влияние пищевой добавки с антиокислительными свойствами на способность молокосодержащего сливочно-белкового продукта к хранению. Определены срок годности, а также пищевая, биологическая и энергетическая ценность сливочно-белкового продукта.

Теоретическая и практическая значимость работы. Научно обоснована и разработана технологическая схема производства ферментированной сывороточной добавки. Разработана технология сливочно-белкового пастообразного продукта и техническая документация (ТУ 9221-010-00431728-2013). Проведена промышленная апробация технологии на ОАО «Белебеевский молочный комбинат» (г. Белебей, Республика Башкортостан). Новизна технического решения технологии нового продукта отражена в заявлении о выдаче патента РФ на изобретение «Паста сливочно-растительная». Получено положительное решение на выдачу патента № 2012145131/10(0725562) от 22.10.2013.

Диссертационная работа выполнена в рамках реализации научной темы «Разработка теоретических основ, создание новых технологий и техники для производства безопасных продуктов питания с функциональными свойствами» (номер гос. регистрации 01.200609463).

Методология и методы исследования. При организации и проведении исследований применялся комплекс общепринятых, стандартных и модифицированных методов, в том числе физико-химических, микробиологических, биохимических, реологических, а также математические методы статистической обработки результатов исследований и построения математических моделей.

Основные положения выносимые на защиту:

-дифференцированный подход к использованию молокадля производства сливок в зависимости от периода лактации коров;

-технологическая схема подготовки ферментированной сывороточной добавки;

- оптимизация жирно-кислотного состава жировой фазы и обогащение продукта фосфолипидами;

- технология сливочно-белкового пастообразного продукта с пролонгированным сроком годности для массового и функционального питания.

Достоверность результатов подтверждается достаточной повторностью и воспроизводимостью экспериментальных данных, полученных с использованием современных физико-химических, микробиологических, реологических методов исследований, и их математической обработкой, апробацией нового технологического решения в производственных условиях.

Качество и безопасность разработанного продукта на соответствие требованиям ФЗ № 88-ФЗ «Технический регламент на молоко и молочную продукцию» подтверждены исследованиями в аккредитованном испытательном центре ФГБОУ «Новосибирская межобластная ветеринарная лаборатория», научно-образовательном центре ФГБОУ ВПО «Кемеровский технологический институт пищевой промышленности».

Соответствие диссертации паспорту научной специальности. Содержание диссертации соответствует паспорту научной специальности 15.18.04 - Технология мясных, молочных и рыбных продуктов и холодильных производств (п. 1, 2, 5 и 7).

Апробация результатов и результаты исследований. Основные положения диссертационной работы были предметом докладов и обсуждений на научно-технических мероприятиях различного уровня, в том числе: Международной научно-практической конференции СО РАСХН «Проблемы стабилизации и развития сельскохозяйственного производства Сибири, Монголии и Казахстана в XXI веке» (Новосибирск, 1999, 2001); научно-практической конференции «Проблемы сельскохозяйственной экологии» (Новосибирск, 2000); втором Международном научно-техническом форуме «Реализация Государственной программы развития сельского хозяйства и регулирования рынков сельскохозяйственной продукции, сырья и продовольствия: инновации, проблемы, перспективы» (Омск, 2013).

ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ

Глава 1 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРНЫХ ДАННЫХ ПО ВОПРОСУ «КАЧЕСТВО МОЛОКА-СЫРЬЯ И ПРОИЗВОДСТВО МОЛОКОСОДЕРЖАЩИХ, В ТОМ ЧИСЛЕ СЛИВОЧНО-БЕЛКОВЫХ ПРОДУКТОВ ДЛЯ ФУНКЦИОНАЛЬНОГО ПИТАНИЯ»

После вступлении России в ВТО, целью внешнеэкономической политики в долгосрочной перспективе являются создание экономических и институциональных условий для снижения зависимости от импорта сельскохозяйственной продукции и продовольствия на основе эффективного участия в мировом разделении труда, достижение лидирующих позиций России на продовольственном рынке на постсоветском пространстве и выход на глобальные рынки продовольствия.

Достижение указанных целей сдерживается наличием ряда ограничений технологического характера, низким техническим уровнем многих предприятий промышленности, неразвитой инфраструктурой и логистикой товародвижения, ограниченными сырьевыми ресурсами.

Для повышения устойчивости работы молочной промышленности в новых условиях необходимо повысить качество заготавливаемого молока-сырья, кардинальным образом улучшить использование сыворотки, для чего построить новые производства по ее сушке для дальнейшего использования в других