автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.04, диссертация на тему:Изучение структурообразования и совершенствование технологии производства и хранения сладких плавленых сыров

На правах рукописи

005555176

МАРЕМШАОВ АСЛАНБЕК БОРИСОВИЧ

ИЗУЧЕНИЕ СТРУКТУРООБРАЗОВАНИЯ И СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА И ХРАНЕНИЯ СЛАДКИХ ПЛАВЛЕНЫХ СЫРОВ

Специальность: 05.18.04 - технология мясных, молочных и рыбных

продуктов и холодильных производств

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

13 НОЯ 2014

Ставрополь - 2014

005555176

Работа выполнена в ФГАОУ ВПО «Северо-Кавказский федеральный университет» (СКФУ)

Научный руководитель: Евдокимов Иван Алексеевич

доктор технических наук, профессор

Официальные оппоненты: Остроумов Лев Александрович

доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Кемеровский технологический институт пищевой промышленности», профессор-

консультант Научно-образовательного центра

Гаврилова Наталья Борисовна

доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Омский государственный аграрный университет имени П.А. Столыпина», заведующий кафедрой технологии и оборудования пищевых производств

Ведущая организация: ГНУ «Сибирский научно-

исследовательский институт сыроделия» Россельхозакадемии

Защита состоится «2014 г. в /У 'на заседании диссертационного совета Д 212.245". 05 при ФГАОУ ВПО «СевероКавказский федеральный университет» по адресу: 355009, г. Ставрополь, ул. Пушкина, 1, корп. 3, ауд. 506.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке и на сайте ФГАОУ ВПО «Северо-Кавказский федеральный университет» по адресу: 355029, г. Ставрополь, пр. Кулакова, 2, www.ncfu.ru. С авторефератом можно ознакомиться на официальных сайтах ВАК Минобрнауки РФ (http.vak.ed.gov.ru) и СКФУ.

Автореферат разослан «сР/>> /-го?¿/^У 2014 г

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат биологических наук

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Плавленые сыры относятся к полшеомпонентным пищевым продуктам широкого потребления, имеющим постоянный спрос у населения. Этом}' способствуют их сравнительно простая технология и разнообразный ассортимент. Особую группу в их ассортименте составляют сладкие плавленые сыры, характерный вкус которых обусловлен использованием в рецептуре сахарозы.

До настоящего времени сахароза рассматривалась только как вкусокорректирующая пищевая добавка без учета ее влияния на процессы структурообразования во время плавления смеси компонентов, которые зачастую нарушаются в ее присутствии. Следствием этого является низкое качество продукта - несвязная консистенция, склонная к расслоению.

Исследованием процессов структурообразования в плавленых сырах в разные годы занимались отечественные и зарубежные ученые Шубин ü.M., Баркан С.М., Захарова H.1L, Тиняков В.1., Лепилкина О.В.1, Кайрюкштене И., 1 'аврилова Н.Б., Kuo M.I., Tamime A.V., Shimp Z.A., Tatsumi К., Hong Y.H. и др., внесшие существенный вклад в развитие науки о плавленых сырах. Однако вопросы, связанные с особенностями структурообразования в присутствии сахарозы, не получили глубокой научной проработки. Малоизученными остаются процессы формирования структуры и микробиологические аспекты плавленых сыров различного состава в стационарных условиях хранения.

В последние десятилепи актуальным направлением пищевой индустрии является поиск путей снижения себестоимости пищевых продуктов за счет уменьшения или замены в рецептурах дорогостоящих компонентов без ущерба для качества. Одним из перспективных решений данной проблемы для сладких плавленых сыров может быть использование сухой деминерализованной сыворотки взамен сухого обезжиренного молока. Это позволит не только получить экономический (за счет снижения себестоимости продукта и

1 научный консультант, д.т.н. Лепилкина О.В.

экономии сахара-песка) и социальный (за счет повышения диетического статуса плавленых сыров с пониженным содержанием сахарозы) эффект, но и расширить область рационального использования молочной сыворотки.

Эти обстоятельства определили актуальность проведения исследований, по совершенствованию технологии и состава сладких плавленых сыров.

Цель п задачи исследований. Цель - повышение качества и эффективности производства сладких плавленых сыров путем совершенствования технологии и компонентного состава на основе установления закономерностей структурообразования.

Для достижения цели были сформулированы следующие задачи:

1. Провести исследования и дать научное обоснование влияния сахарозы на процесс плавления и формирование структуры сладких плавленых сыров:

- исследовать влияние сахарозы в смеси па процесс плавления, реологические параметры и консистенцию плавленого сыра; распределение сухого вещества (в т. ч. белка, сахарозы, макроэлементов) между золь- и гель-фракциями плавленого сыра; состояние воды в структуре плавленого сыра;

- проверить гипотезу о инверсии сахарозы во время плавления смеси;

- установить влияние последовательности внесения компонентов, в т. ч. сахарозы и воды, на качество процесса плавления и получаемого расплава;

- по результатам теоретических и экспериментальных исследований обосновать механизм физико-химического взаимодействия белка, сахарозы, воды, соли-плавителя во время плавления смеси компонентов;

- подготовить научно-обоснованные рекомендации о последовательности внесения компонентов в плавильный агрегат при производстве сладких плавленых сыров, гарантирующие высокое качество процесса плавления и готового продукта.

2. Провести сравнительные исследования формирования структуры плавленых сыров различного состава в стационарных условиях хранения.

3. Исследовать изменение микрофлоры (КМАФАнМ) в плавленых сырах различных видовых групп в процессе изготовления и хранения.

4. Изучить возможность замены сухого обезжиренного молока в рецептурах сладких плавленых сыров на сухую деминерализованную сыворотку с разным уровнем обессоливания:

- провести анализ экономической целесообразности такой замены;

- установить влияние сухой деминерализованной сывороткой на органолептические и реологические показатели плавленых сыров.

5. Разработать технологический регламент производства сладких плавленых сыров с использованием деминерализованной сыворотки.

Научная пошпна:

- показана роль сахарозы в формировании структуры и консистенции плавленых сыров;

- на основе результатов теоретических и экспериментальных исследований обоснован механизм физико-химического взаимодействия сахарозы, воды, белка, соли-плавителя во время плавления смеси компонентов;

- установлено, что избыточное количество воды и присутствие сахарозы в начале плавления являются основными причинами нарушения хода процесса, обусловленными снижением концентрации взаимодействующих компонентов, а также способностью сахарозы образовывать гидратированные комплексы с белком и структурировать воду;

- выявлены закономерности распределения белка, сахарозы, макроэлементов, воды между золь- и гель-фракциями плавленого сыра в зависимости от закладки компонентов в смесь для плавления;

- методами ЯМР-релаксометрии получены новые данные о состоянии воды в структуре сладких плавленых сыров, определено количественное соотношение свободной и связанной воды в зависимости от условий проведения процесса плавления;

- реологическими и органолептическими исследованиями установлен динамически]! характер формирования структуры плавленых сыров в процессе хранения, показаны различия, обусловленные особенностями состава плавленых сыров, принадлежащих к различным видовым группам;

- выявлены закономерности изменения КМАФАнМ в плавленых сырах при хранении в зависимости от содержания белка, воды, жира, сахарозы. Показано, что сладкие плавленые сыры, содержащие сахарозу, наиболее неблагополучны в микробиологическом отношении;

- установлено влияние деминерализованной сыворотки с разным уровнем обессоливания на органолептические и реологические показатели плавленых сыров.

Практическая значимость:

- разработаны и внедрены в производство научно-обоснованные рекомендации по закладке компонентов в плавильный агрегат при производстве сладких плавленых сыров, обеспечивающие эффективность процесса плавления и гарантированно высокое качество расплава;

- результаты микробиологических исследований могут быть использованы для обоснования требований к изготовителям сладких плавленых сыров по более строгому соблюдению санитарно-гигиенических условий производства с целью снижения начальной обсемененности микроорганизмами, а также к торговым организациям по недопущению хранения сладких плавленых сыров в открытых витринах при температуре (8 - 12) °С;

- подтверждена возможность и целесообразность полной замены сухого обезжиренного молока в рецептурах плавленых сыров на сухую деминерализованную сыворотку;

- разработан технологический регламент производства плавленого сыра «Диво» с использованием в рецептуре сухой деминерализованной сыворотки;

- разработанная технология апробирована на ООО «Регион-Продукт».

Положения, выносимые на защиту:

- результаты комплексных исследований процесса структурообразования в плавленых сырах в зависимости от последовательности внесения компонентов в смесь;

- закономерности изменения физико-химических, органолептических и микробиологических показателей и структуры плавленых сыров различного 6

состава в процессе хранения;

- технология и рецептуры сладкого плавленого сыра с использованием деминерализованной молочной сыворотки.

Апробации работы. Основные результаты исследований обсуждены на научно-технических конференциях Северо-Кавказского федерального университета (ранее СевКавГТУ) в 2010-2014 г. г., на различных международных и всероссийских научно-технических конференциях и семинарах: «Инновационная наука и современное общество» (Уфа, 2013); «Совершенствование технологий и аппаратурно-процессового оформления производства творога, мягких и фигурных сыров» (Белореченск, 2013), «Развитие постгеномных технологий при формировании и оценке качества сельскохозяйственного сырья и готовых пищевых продуктов» (Москва, 2013), «Пути интенсификации производства и переработки сельскохозяйственной продукции в современных условиях» (Волгоград, 2014).

Публикации. Основное содержание диссертации отражено в 9 публикациях, в том числе 5 статей в журналах, рекомендованных ВАК РФ.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, аналитического обзора, методической части, результатов собственных исследований и их анализа, выводов, списка литературы, содержащего 137 источников, в т.ч. 37 иностранных. Работа изложена на 131 странице, содержит 28 таблиц, 10 рисунков и 8 приложений на 44 страницах.

СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

Во 1ШСДСНШ1 обоснована актуальность и цель работы, сформулированы основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе «Литературный обзор» рассмотрены технологические факторы, влияющие на структуру и консистенцию плавленых сыров, а также микробиологические аспекты производства и хранения. Отмечена особая роль сахарозы в формировании в вдовых особенностей плавленых сыров, которая в

отличие от других вкусовых наполнителей не является инертным веществом, а играет активную роль в процессах структурообразования, недостаточно изученных в настоящее время. На основании анализа научной литературы сформулированы цель и задачи собственных исследований.

Во второй главе «Организация работы, объекты и методы исследований» представлена схема проведения исследований (рисунок 1), описаны объекты и методы исследований: стандартизованные (физико-химические, органолептические, микробиологические) и оригинальные (реологический метод измерения сдвиговых характеристик на реогониометре Вайссенберга и методы ЯМР-релаксометрии).

Глава 3 «Изучение структурообразования и качественных характеристик при получении и хранении плавленых сыров» включает три основных раздела.

В разделе «Исследование особенностей структурообразования в сладких плавленых сырах» эксперименты проводились на модельных системах, состоящих из нежирного сыра, сахарозы, воды, соли-плавителя. В модельной системе № 5 сахароза отсутствовала.

Схемы процесса плавления модельных систем отличались последовательностью внесения компонентов:

№1 = (нежирный сыр + соль-плавитель) + (вода) + (сахароза);

(контроль) в начале по частям в конце

№2 = (нежирный сыр + вода + соль-плавитель) + (сахароза);

в начале в конце

№3 = все компоненты одновременно;

№4 = (нежирный сыр + сахароза + соль-плавитель) + (вода);

в начале в конце

№ 5 = нежирный сыр + соль-плавитель + вода.

Визуальные наблюдения выявили отличия в процессе плавления в зависимости от последовательности внесения компонентов:

№ 1 (контроль) - смесь плавилась легко, частички нежирного сыра полностью расплавились, консистенция полученного продукта была однородной, нежной, пластичной;

№ 2 - смесь плавилась хуже, в продукте много мелких нерасплавленных частиц сыра;

№ 3 - одновременное внесение всех компонентов значительно затруднило процесс плавления, частицы нежирного сыра растворялись плохо, в массе остались набухшие нерасплавленные белковые частицы (крупные и в большем количестве, чем в № 2), консистенция продукта была несвязной;

№ 4 - плавление было затруднено, однородности массы достигнуто не было, частицы белка не растворились, в системе наблюдалось разделение фаз.

№ 5 - смесь плавилась хорошо, нерасплавленных частиц не наблюдалось, консистенция продукта была однородной, более нежной, чем в контроле, слегка текучая, что иллюстрируют реологических исследований (таблица 1).

Таблица 1 - Реологические характеристики модельных систем (ш = 3,16 Гц, Т = (20 ± 1) °С)

№ модельной системы Комплексный модуль сдвига, О*, к!1а Модуль упругости, 0',к11а Динамическая вязкость, Л', Па с

1 (контроль) 1,04±0,17 0,90±0,08 19,4±3,3

о 10,2±1,05 9,81±0,86 102,0±9,9

3 39,23±3,18 24,27±2,80 551,6±39,7

4 58,25±4,20 36,32±3,52 794,7±21,3

5 (без сахарозы) 0,20±0,08 0,15+0,03 5,3+0,9

позволяет оценить вклад сахарозы в формирование структуры и консистенции плавленых сыров, а именно: сахароза в б раз увеличивает упругость, в 4 раза -вязкость. Это обусловлено, прежде всего, способностью сахарозы взаимодействовать с водой. Предпочтительное связывание воды сахарозой отражается, в первую очередь, на способности белка к гидратации. В системе «белок-сахароза-вода», вероятнее всего, происходит конкурирующее связывание свободной воды сахарозой, что вызывает нарушение структуры гидратной оболочки вокруг субмицелл и белковых молекул, предшествующее их дестабилизации. Об этом свидетельствуют визуально ощущаемые частички белковой природы, наблюдаемые в структуре образцов № 3 и № 4.

Анализ литературных данных, постановка цели и задач исследований

I

Организация работы, подбор и обоснование методов исследований

I

Проведение экспериментальных исследований

г

Исследование струетурообразования в сладкихплавленыхсырах в зависимости от последовательности внесения компонентов

Исследование процесса хранения плавленых сыров различного состава

Реологические показатели

Консистенция

Распределение белка, сахарозы, макроэлементов между золь-и гель-фракциями

Состояние воды

1

Динамика физико- Динамика

химических и органо- микробиоло-

лептических показа- гическихлока-

телей зателеи

Исследованиевозможности полной замены сухого обезжиренного молока в рецептурах сладких плавленыхсыров сухой деминерализованной сывороткой

ПРАКТИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ

Рекомендации о порядке закладки компонентов в плавильный агрегат

X

Экономическая целесообразность

Технологический регламент производства сладкого плавленого сырас сухой деминерализованной сывороткой

Органолептические и реологические показатели

Промышленная апробация

11ервично, в виде гипотезы, было высказано предположение о возможной инверсии сахарозы, в результате которой более реакционноспособные альдегидные группы образующейся глюкозы при взаимодействии с аминогруппами белка могли бы стать причиной образования белково-углеводных комплексов, недоступных для соли-плавителя. Однако проведенные исследования с использованием глюкозоанализатора «Весктап» показали, что условия процесса плавления компонентов (температура (85 - 90) °С; рН (5,3 - 5,4); продолжительность 10 мин) являются недостаточными для инверсии сахарозы. В связи с этим наиболее вероятной причиной нарушения процесса плавления является образование гидратированных комплексов сахарозы с белком, недоступных для соли-плавителя. Об этом свидетельствуют нерасплавившиеся частицы белковой природы, свидетельствующие о незаконченном процессе диспергирования и пептизации белка.

Для оценки завершенности процесса плавления исследовали распределение сухого вещества, в т.ч. белка и сахарозы, между золь- и гель-фракциями модельных образцов, предполагая, что чем больше сухого вещества перейдет в золь-фракцию, тем более полно прошел процесс его пептизации и диспергирования. По количеству сахарозы, белка и воды, оставшихся в гель-фракции, можно судить о взаимодействии между ними (таблица 2).

Таблица 2 - Распределение сухого вещества между золь- и гель-фракциями модельных систем

№ модельной системы Сухое вещество, %

золь-фракция гель-фракция

1 (контроль) 85,9 ± 0,54 14,1 ±0,50

2 84,3 ±1,88 15,7 ± 1,75

3 80,7 ± 2,26 19,3 ±2,03

4 80,9 ±3,13 19,1 ±3,16

5 73,7 ±1,51 26,3 ± 1,51

Из приведенных данных следует, что наибольший переход сухого вещества в золь-фракцию произошел в образце 1. Это было предсказуемо, т. к. образец 1 - единственный из всех сахарозосодержащйх образцов имел

однородную консистенцию без включений нерасплавившихся частиц белка. У образца 5 без сахарозы доля сухого вещества, перешедшего в золь-фракцию, была меньше на (7-12) %.

Наибольший переход белка в золь-фракцию происходит в системах с завершенным процессом плавления при внесении на последней стадии сахарозы, повышающей растворимость белка (рисунок 2 А). Независимо от завершенности процесса плавления около 80 % сахарозы содержится в золь-фракции и около 20 % - в гель-фракции плавленого сыра (рисунок 2 Б).

Исследование распределения макроэлементов между золь- и гель-фракциями показало, что присутствие сахарозы оказывает влияние на процесс ионного обмена «натрий - кальций», а также на переход в золь-фракцию магния в связанной с белком форме.

100% 90* 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10%

-80,1-80,2--81,4-

1 2 3 4 5 № модельного образца

1 2 3 4 5 № модельного образца

А) Б)

Рисунок 2 - Распределение белка (А) и сахарозы (Б) между золь- и гель-фракциями модельных систем

Интегральной ' характеристикой, отражающей взаимодействия компонентов в исследуемых белково-углеводно-солевых водных системах, является состояние воды, которая находится в свободном и связанном виде. Оценку состояния воды в модельных образцах проводили методами ЯМР-релаксометрии на импульсном ЯМР-релаксометре «Протон-20».

На рисунке 3 представлены полученные сигналы спада свободной

индукции (ССИ) в модельных образцах плавленого сыра. Их анализ показал, что весь сигнал ССИ может быть аппроксимирован суммой двух экспонент с временами релаксации Т2, отличающимися друг от друга в 20 и более раз.

№ 1 № 2 № з № 4

Рисунок 3 - Сигналы спада свободной индукции (ССИ) в системах

Результаты обработки сигналов спада свободной индукции представлены в таблице 3, где приведены также отношения сигнала протонов подвижной воды (А') к сигналу быстрорелаксирующей протонной фракции (А"). Таблица 3 - ЯМР-ССИ данные для модельных систем2

№ модельной системы Т2',мс Т2"мкс А'/А"

1 (контроль) 995 26,4 15,00

2 1000 27,0 16,59

3 1028 26,5 14,69

4 922 25,0 18,20

Анализ ЯМР-ССИ данных указывает на различия в значениях времени релаксации протонов жидкой (Т2') и твердой (12") фазы модельных систем, что свидетельствует о существенном влиянии момента внесения сахарозы и воды в смесь на характер структурообразования плавленого сыра.

Как уже отмечалось, модельные системы в отличие от контрольной обладали выраженной гетерогенностью из-за присутствия в структуре нерасплавившихся частиц белковой природы. С целью изучения связей воды с белковыми частицами системы было проведено центробежное разделение (10 мин,13000 об/мин) на отдельные фазы-фракции с последующей оценкой ЯМР-

2 Исследования выполнены в МГУ им. М.В.Ломоносова

релаксационных свойств этих фракций в сравнении с ЯМР-релаксационными свойствами модельных образцов до центрифугирования (таблица 4).

Таблица 4 - ЯМР-ССИ данные для модельных образцов после центрифугирования (надосадочная фракция)

№ образца Т2',мс Т2"мкс А'/А"

1 (контроль) 951 26,8 16,22

2 910 26,7 15,14

3 1087 28,7 19,70

4 1008 21,7 16,93

В контроле центрифугирование привело к повышению отношения амплитуд, т. е. относительному увеличению доли подвижной водной фракции и к скоплению тяжелых частиц компонентов в нижней части центрифужной пробирки и, соответственно, к уменьшению их доли в надосадочной фракции.

В образце 2, напротив, произошло снижение отношения амплитуд после центрифугирования, что связано с большим количеством мелких нерасплавленных частиц белковой природы. Естественно предположить, что эти «твердые» частицы должны уйти в осадок, а в надосадочной фракции возрасти доля водной фракции, однако, результаты наших исследований оказались противоположными. Поскольку воду вводили на начальном этапе процесса плавления, можно предположить, что часть воды оказалась прочно связанной с белком и локализовалась в отсеках гетерогенной структуры. Поэтому нерасплавленные белковые частицы «уводят» эту воду в осадок и доля подвижных протонов в надосадочной фракции несколько снижается.

Возрастание отношения амплитуд в образце 3 предполагает два конкурентных процесса. С одной стороны - это процесс, преобладающий в образце 2, т. е. появление «локализованной» с белком воды, которая была в начале процесса плавления и контактировала с белками. С другой стороны, в образце 3 вначале была и сахароза, которая может замещать воду вблизи белка и тем самым изменять его гидратацию. Сахароза, связанная с белком, может «обволакивать» белковые частицы, оставляя в них часть «локализованной»

воды. Это должно приводить к укрупнению частиц, что и наблюдалось в образцах 3 и 4. После центрифугирования эти частицы ушли в осадок, а в надосадочпой фракции осталась растворенная в воде сахароза, которая и усилила сигнал ЯМР, о чем свидетельствует возрастание отношения амплитуд. Образование белково-углеводных гидрагированных комплексов, ушедших в осадок (4), снизило отношение амплитуд в надосадочной фракции.

Таким образом, ССИ-исследования позволили сделать предположения о характере взаимодействия между структурообразующими элементами системы «белок-сахароза-вода» в процессе их термической обработки.

Соотношение свободной и связанной воды в модельных системах исследовали методом Карра-Перселла-Мейбумма-Гилла (КПМГ), анализируя времена спин-спиновой ЯМР-релаксации протонов (Т2) и населенность компонент (А). Результаты, представленные в таблице 5, дают информацию о распределении воды в двух протонных фракциях.

Таблица 5 - ЯМР-данные плавленых сыров, полученные методом КПМГ, о соотношении «свободной» и «связанной» воды

№ модельной системы Модельные системы Надосадочная фракция (после центрифугирования)

«свободная» вода «связанная» вода «свободная» вода «связанная» вода

Т'2,МС А',% Т"2,мс А".% Т'2,мс А',% Т"2,МС А",%

1 150 13 35 87 105 20 33 80

2 116 15-17 36 82 105 23 37 77

3 96 30 34 69 100 29 35 70

4 141 18-20 41 83 115 27 43 72

Так в контроле наблюдается самая высокая доля связанной воды (87 %) и, соответственно, самая низкая - свободной (13 %). Это свидетельствует о том, что при постепенном добавлении воды во время плавления компонентов создаются наиболее благоприятные условия для гидратирования белка. Влияние сахарозы, внесенной в смесь в конце плавления, на гидратацию белка в данном случае было минимальным.

После центрифугирования доля связанной воды в надосадочной фракции

системы 1 уменьшилась до 80 %, что объясняется уходом до 7 % воды, прочно связанной с белковыми частицами, которые перешли в осадочную фракцию.

В модельной системе 2, содержащей много мелких нерасплавленных частиц нежирного сыра, по сравнению с контролем наблюдается тенденция к снижению доли связанной воды. Наличие крупнодисперсных частиц белка предполагает снижения общей поверхности контакта белка с водой, что и привело к наблюдаемым результатам. При центрифугировании нерасплавленные белковые частицы нежирного сыра ушли в осадок, уводя с собой около 5 % всей связанной воды и отдельные молекулы сахарозы, присоединившиеся к белку через молекулы воды. -

В отличие от модельных систем 1 и 2, где сахароза добавлялась в смесь в конце плавления и не могла вступить в контакт с белком в виду его сильной гидратации, при плавлении модельных систем 3 и 4 сахароза присутствовала в самом начале процесса, в образце 3 изначально присутствовала вся вода, а в образце 4 —вода была добавлена в конце процесса плавления.

'Гам, где компоненты одновременно подвергались термомехаНическому воздействию (3), получилась отличающаяся картина распределения свободной и связанной воды, а именно: заселенность медленной компоненты (свободная вода) наибольшая - 30 %, короткой (связанная вода) - наименьшая, 70 %.

Основываясь на различии механизмов связывания воды сахарами и макромолекулами белков, можно предположить Следующую схему взаимодействия компонентов при изготовлении модельной системы 3. Как сильно гидрофильное вещество, сахароза преимущественно «связала» большую часть воды, существенно снизив ее подвижность, на что указывает наиболее короткое время релаксации протонов «свободной» воды (Т'2 = 96 мс). Часть сахарозы вступила во взаимодействие с белком, заблокировав его некоторые гидрофильные функциональные группы, что привело к снижению доли непосредственно связанной с белком воды. Наличие большого количества визуально ощущаемых набухших нерасплавленных белковых частиц подтверждает образование комплексов со сложным распределением в них

воды: локализованной в отсеках гетерогенной структуры, связанной как непосредственно с белком, так и через молекулы сахарозы. Молекулы воды, связанные с белком через молекулы сахарозы, обладают медленно релаксирующими протонами и потом}' в исходном образце (до центрифугирования) сигнал ЯМР от такой воды был отнесен на счет «свободной» воды. Этим можно объяснить тот факт, что в надосадочной фракции модельной системы 3 практически не изменилось соотношение свободной и связанной воды, т. к. ушедшие в осадок крупные белковые образования увлекли за собой и воду, связанную с белком через молекулы сахарозы. Очевидно, что количество этой воды было пропорционально ушедшей «связанной» и в результате первоначальное соотношение между «свободной» и «связанной» водой нарушено не было.

В отличие от № 3 при изготовлении № 4 вода была добавлена в самом конце плавления после длительного контакта сахарозы с белком. В данном случае можно предположить, что большая часть сахарозы успела связаться с белком. Вода же, главным образом, вступила во взаимодействие с сахарозой (как связанной, так и несвязанной с белком). Это предполагает меньшую вероятность взаимодействия воды непосредственно с белком и, соответственно, большую - с молекулами сахарозы, связанными с белком. Такая вода более подвижна, что и подтверждают данные ЯМР-исследований.

Обобщение результатов комплексных исследований процесса структурообразования в сладких плавленых сыра в зависимости от последовательности внесения компонентов в смесь позволило представить механизм физико-химического взаимодействия белка, сахарозы, воды, соли-плавителя во время плавления и выявить причины нарушения процесса, обусловленные избыточным начгшьным количеством воды, а также способностью сахарозы структурировать воду и образовывать гидратированные комплексы с белком, недоступные для соли-плавителя.

По результатам исследований подготовлены и утверждены научно обоснованные рекомендации по последовательности внесения компонентов в

плавильным агрегат при производстве сладких плавленых сыров, обеспечивающие эффективность процесса плавления и гарантированно высокое качество расплава и готового продукта.

В разделе «Исследование физико-химических и органолептических показателей при хранении плавленых сыров» объектами исследования были плавленые сыры, принадлежащие к различным видовым группам: ломтевые («Городской»), пастообразные («Неженка»), сладкие («Золушка»),

Установлено, что плавленые сыры во время хранения при (4 ± 2) °С в полистироловой таре с запайкой фольгой хорошо сохраняют влагу, В них практически не развиваются биохимические процессы, на что указывает неизменность величины рН.

На рисунке 4 представлено изменение комплексного модуля сдвига плавленых сыров в течение 30 суток хранения.

О б 10 15 20 25 30 сутки

10 15 20 25 .30 сутки

0 5 10 15 20 25 30 сутки

«Городской»

«Неженка»

«Золушка»

Рисунок 4 - Изменение комплексного модуля сдвига плавленых сыров в процессе хранения (ю=3,16 Гц, Т= (20 ± 1) °С)

Анализ полученных зависимостей показывает, что в плавленых сырах всех видов во время хранения наблюдается изменение величины комплексного модуля сдвига (О*), что говорит об изменениях в их структуре. На первой стадии хранения (до 10 суток) у всех сыров происходит резкое увеличение О*, свидетельствующее об уплотнении структуры. Последующий характер изменения О* плавленых сыров различных видов отличается друг от друга и

связан с различием их составов.

Результаты органолептических исследований показали, что при хранении плавленых сыров в большей степени изменяется их консистенция, нежели вкус. Это также говорит о продолжающемся процессе структурообразования и согласуется с результатами реологических исследований.

В разделе «Исследование динамики изменения микрофлоры (КМАФАнМ) в плавленых сырах в процессе изготовления и хранения» представлен анализ изменения по ходу технологической цепочки «плавление-фасование-охлаждеиие». Достоверного увеличения КМАФАнМ во всех образцах плавленых сыров не произошло (таблица 6), что говорит о хорошем санитарно-гигиеническом состоянии производства на участке фасования.

Таблица 6 - КМАФАнМ (^ КОЕ/г) в плавленых сырах на стадиях производства до хранения

Наименование плавленого сыра (видовая группа! КМАФАнМ (1й КОЕ/г) в плавленом сыре

после плавления после фасования после охлаждения

«Городской» (ломтевой) 3,90 ± 0,32 4,02 ± 0,25 4,08 ± 0,30

«Неженка» (пастоо бранный) 2,96 ± 0,28 3,11 ± 0,31 3,13 ±0,39

«Золушка» (сладкий) 3,74 ± 0,42 3,86 ± 0,45 4,02 ± 0,48

После охлаждения расфасованные плавленые сыры были отправлены на хранение в две холодильные камеры с температурой (0 - 4) °С и (8 - 12) °С. Установлено, что при температуре хранения от 0 до 4 °С в всех плавленых сырах происходили незначительные изменения КМАФАнМ (рисунок 5).

При температуре хранения от 8 до 12 °С во всех плавленых сырах наблюдался рост КМАФАнМ. В ломтевых плавленых сырах к концу хранения КМАФАнМ увеличилось почти в 30 раз и составило около 400 тыс. КОЕ/г. В пастообразных плавленых сырах увеличение КМАФАнМ проходило менее интенсивно. К концу 60-суточного срока хранения оно увеличилось в среднем в 3 раза и составило около (3,5 - 4) тыс. КОЕ/г при начальном содержании около (1 - 1,5) тыс. КОЕ/г. Наиболее интенсивное размножение наблюдалось в

сладких плавленых сырах. К 30 суткам хранения КМАФАнМ в них составило около 60 тыс. КОЕ/г, а к концу исследованного срока хранения - 5 млн КОЕ/г.

Температура хранения от 0 до 4 СС

Температура хранения от 8 до 12 °с

7

8

6,5

0 10 20 30 40 50 60

0 10 20 30 40 50 60

сутки

сутки

♦ пастообразные иломтевые Асладкие

♦ пастообразные Иломтевые А сладкие

Рисунок 5 - Изменение КМАФАнМ в процессе хранения плавленых сыров различных видовых групп при различных температурных режимах

Таким образом, характер и интенсивность развития микроорганизмов во время хранения зависит от состава плавленых сыров и от температурных условий хранения. Превышение рекомендуемой температуры хранения до (8-12) °С, имеющее место в торговых сетях и в холодильниках потребителей, становится причиной интенсивного размножения микроорганизмов, особенно в сладких плавленых сырах, содержащих сахарозу.

В четвертой главе «Разработка технологии и рецептур сладкого плавленого сыра» представлены исследования, направленные на снижение себестоимости сладких плавленых сыров путем замены дорогостоящего сухого обезжиренного молока (СОМ) на сухую деминерализованную сыворотку (СДС). Приведены расчеты, подтверждающие экономическую целесообразность такой замены, которая обусловлена снижением затрат на сырье, а также снижением расхода сахара-песка, заменяемого эквивалентным

по сладости количеством лактозы в составе СДС. Экономический эффект на 1 тонну сладкого плавленого сыра приведен в таблице 7.

Таблица 7 - Экономический эффект, получаемый при полной замене СОМ в рецептурах плавленых сыров на деминерализованную сухую сыворотку

Наименование плавленого сыра Количество СОМ в рецептуре, кг/т (%) Экономический эффект при полной замене СОМ на сухую деминерализованную сыворотку с различным уровнем деминерализации, руб/т

УД 70 % УД 50 % УД 25 %

Омичка 13,0(1,3%) 1210,6 1355,5 1550,5

Мятный 41,2 (4%) 3851,8 4293,6 4926,5

Омичка 51,5 (5 %) 4822,2 5352,1 6160,6

Золушка 61,8(6%) 5777,7 6425,5 7382,3

В исследованном диапазоне замены СОМ на СДС с УД = 25 % наибольший экономический эффект (7,4 тыс. руб/т) достигается в рецептуре продукта при (51,8 кг/т СДС. Однако ее использование может быть ограничено из-за влияния на органолепгические показатели. Поэтому на следующем этапе работы проведены сравнительные исследования органолептических (вкус, консистенция) и реологических показателей плавленых сыров, содержащих в составе сыворотку с различным уровнем деминерализации (25 %, 50, %, 70 %).

Установлено, что вкус плавленых сыров с СДС практически не изменяется, при уровне деминерализации 70 % и 50 %, при дозировках, входящих в исследованный диапазон (от 1 до 6 %). При использовании СДС с уровнем деминерализации 25 % в дозах (1,3 %) изменения вкуса не происходит, но легкий сывороточный привкус появлялся при увеличешш количества (до 5 %). При использовании вкусовых добавок (мятная эссенция, цикорий) ожидаемый сывороточный привкус СДС с УД 25 % не ощущался.

Консистенция плавленых сыров не изменялась только в случае использования минимальной дозы СДС (1,3 %). При повышении уровня замены (от 4 до 6 %) консистенция в опытных плавленых сырах становилась или более нежной (пастообразные), или в ней появлялась легкая несвязность (ломтевые).

Проведены реологические исследования плавленых сыров,

представленные в таблице 8.

Таблица 8 - Сдвиговые реологические характеристики плавленых сыров3

Плавленый сыр Варианты Комплексный модуль сдвига (О*), Па Модуль упругости (СО, Па Динамическая вязкость (11'), Па-с

Омичка Контроль (1,3 % СОМ) 4,3 ± 0,4 3,9 ± 0,6 84.8 ± 9,5

Опыт (1,3% СДС) УД 25 % 4.5 ± 0,6 4,1 ±0,9 89,1 ± 10,1

УД 50% 4,0 ± 1,1 3,6 ± 0,6 78,3 ± 6,8

УД 70% 4.1 ± 0,9 3,8 ± 0,8 82,7 ± 8,5 •

Мятный Контроль (4% СОМ) 11,2 ±0,8 10,9+ 1,0 156,9 ±24,3

Опыт (4% СДС) УД 25% 8,8 ± 0,5 7,9 ± 0,8 122,2 ± 10,7

УД 50% 6,7 ± 1,2 5,8 ± 0,5 90,3 ± 8,6

УД 70% 7,8 ± 2,0 7,0 ± 1;5 108,3 ± 5,9

Омичка Контроль (5 % СОМ) 4,9 ± 0,6 4,4 ± 0,3 96,7 ± 8,9

Опыт (5 % СДС) УД 25% 3,8 ± 0,3 3,5 ± 0,3 74,9 ± 10,6

УД 50% 3,6 ± 0,8 3,1 ± 0,4 69,1 ± 8,3

УД 70% 3,1 ±0,6 2,9 ± 0,8 61,3 ± 7,5

Золушка Контроль (6 % СОМ) 31,5 ± 1,8 27,9 ±2,5 712,7 ± 53,2

Опыт (6% СДС) УД 25% 25,6 ± 2,0 22,7 ±3,0 536,6 ±48,1

УД 50 % 23,9 ± 0,9 21,1 ±4.2 529 ± 44,4

УД 70% 24,2 ± 1,5 20,8 ± 5,6 488 ± 31,2

Реологические исследования подтвердили результаты органолептической оценки консистенции: минимальная замена СОМ на СДС (1,3 %) практически не повлияла на сдвиговые реологические показатели. Увеличение массовой доли заменяемого СОМ до (4 - 6) % влечет за собой уменьшение величин комплексного модуля сдвига (в (1,1 - 1,4) раза), модуля упругости (в (1,3 - 1,6) раза) и динамической вязкости (в (1,1 - 1,3) раза). От УД сыворотки реологические показатели и консистенция плавленых сыров не зависят.

По результатам научных и маркетинговых исследований разработаны рецептура и технологический регламент производства сладкого пастообразного плавленого сыра «Диво» (массовая доля жира 50 %, влаги - 40 %) с наполнителем в виде обжаренных ядер семян подсолнечника. Промышленная апробация технологии осуществлена на ООО «Регион-Продукт».

3 Измерения реологических характеристик плавленых сыров проведены на реогониометре Вайссенберга модели 11-19. Условия измерения: температура объектов: (20±1)°С, параметры рабочих органов: «конус-плоскость» диаметром 25 мм, режим: вынужденные гармонические колебания с частотой 3,2 Гц.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. С помощью современных методов исследования получены новые данные, расширяющие знания в области научных и практических аспектов производства и хранения сладких плавленых сыров.

2. На модельных системах выявлены закономерности введения сахарозы и воды в смесь на процесс плавления, консистенцию плавленого сыра, распределение сухого вещества, белка, сахарозы, макроэлементов между золь-и гель-фракциями. Независимо от завершенности процесса плавления до 80 % сахарозы содержится в золь-фракции, остальное - в гель-фракции.

3. Установлено, что присутствие сахарозы отрицательно влияет на физико-химические процессы при плавлении смеси, препятствует диспергированию и пентизации белка, уменьшая его переход в золь-фракцшо на 20 %, существенно влияет на реологические характеристики, уплотняя консистенцию, повышая упругость в б раз, вязкость - в 4 раза.

4. Методами ЯМР-релаксометрии выявлены структурные различия плавленых сыров, обусловленные последовательностью внесения компонентов в смесь в процессе плавления. Определено время спин-спиновой релаксации протонов подпои фазы и населенность ее компонент, позволяющие судить о количественном распределении и качественном состоянии воды в плавленых сырах. Наибольшая доля связанной воды (87 %) получена при постепенном добавлении воды во время плавления и сахарозы в конце процесса, наименьшая - (69 %) при одновременном внесении всех компонентов.

5. На основании результатов исследований представлен механизм физико-химического взаимодействия белка, сахарозы, воды, соли-плавителя во время плавления смеси компонентов. Выявлена способность сахарозы струетурировать воду и образовывать гидратированные комплексы с белком, которые становятся недоступными для соли-плавителя. Показано, что параметры процесса плавления (температура (85 - 90) °С; рН = (5,3 - 5,4); продолжительность 10 мин) являются недостаточными для инверсии сахарозы.

6. Реологическими и органолептическими исследованиями доказано, что в стационарных условиях хранения происходит дальнейшее формирование структуры плавленых сыров с различной динамикой в зависимости от состава. Для плавленых сыров всех видов характерно увеличение комплексного модуля сдвига (О*) в первые (3 — 7) суток храпения, с наибольшей интенсивностью -на 2,4 кПа в сутки в сладком плавленом сыре, с наименьшей - на 0,16 кПа в сутки - в пастообразном.

7. Микробиологическими исследованиями показана зависимость КМАФАнМ в расплавах от сырьевого состава смеси компонентов: увеличение количества белкового сырья изначально создает повышенный уровень КМАФАнМ, а присутствие сахарозы и жира препятствуют инактивации микроорганизмов при термомеханическом воздействии во время плавления. При повышении температуры хранения до (8 - 12) °С наиболее интенсивное размножение микроорганизмов КМАФАнМ, в 1,7 раза за 60 суток, происходит в сладких плавленых сырах, наименьшее, в 1,2 раза за 60 суток — в пастообразных плавленых сырах с массовой долей жира 60 %.

8. Разработаны научно обоснованные рекомендации по последовательности внесения компонентов в плавильный агрегат при производстве сладких плавленых сыров, обеспечивающие высокую эффективность процесса плавления и гарантированное качество расплава и готового продукта.

9. Разработана технология и рецептура сладкого плавленого сыра «Диво» с использованием сухой деминерализованной сыворотки, промышленная апробация которой подтвердила технологичность процесса и высокое качество получаемого продукта. Экономический эффект на 1 т готовой продукции составляет от 1,2 тыс. руб до 6,4 тыс. руб в зависимости от уровня обессоливания деминерализованной сыворотки.

Список о riy или кона иных работ по диссертации

1. Лодыгин, Л.Д. Практические аспекты использования гидроколлоидов в производстве сметаны / А.Д. Лодыгин, H.H. Капленко, А.Б. Маремшаов // Переработка молока. - 2009. - № 12. - С. 38-39.

2. Капленко, А.Н. Структурообразование в сырах с чсддершацией и плавлением массы / А.Н. Капленко, H.A. Евдокимов, H.H. Капленко, А.Б. Маремшаов и др. // Сыроделие и маслоделие. - 2012. - № 3. - С. 58-59.

3. Лепилкина, O.D. Влияние последовательности внесения компонентов на процесс плавления и качество сладких плавленых сыров / О.В. Лепилкина, И.А. Евдокимов, Л.Б. Маремшаов // Сыроделие и маслоделие. -2013. -№4. - С. 25-27.

4. Маремшаов, А.Б. Инновационные элементы в технологии плавленых сыров при внесении компонентов / А.Б. Маремшаов // Инновационная наука и современное общество: сборник статей Международной научно-практической конференции. Часть 2. - Уфа: РИЦ БашГУ, 2013. - 270 с. - с. 41-44.

5. Капленко, А.Н. Замораживание сыров с чеддеризацией и плавлением массы / А.Н. Капленко, И.А. Евдокимов, H.H. Капленко, А.Б. Маремшаов // Сыроделие и маслоделие. -2013. -№3.~ С. 12-14.

6. Маремшаов, А.Б. Формирование и оценка качества плавленых сыров по микробиологическим показателям /' А.Б. Маремшаов, И.А. Евдокимов, О.И. Егоров, А.Н. Капленко /У Развитие постгеномных технологий при формировании и оценке качества сельскохозяйственного сырья и готовых пищевых продуктов: материалы 16-ой Международной научной конференции памяти В.М. Горбатова (Москва, 11 декабря 2013). - М„ 2013. -233 с.-с. 112-115.

7. Маремшаов, А.Б. Изучение состояния воды в структуре сладких плавленых сыров методами ЯМР-релаксометрии / А.Б. Маремшаов, И.А. Евдокимов, Л.А. Гордиенко, М.И. Шрамко и др. // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета (Научный журнал КубГАУ) [Электронный ресурс]. - Краснодар: КубГАУ, 2013. - № 07 (091). - IDA [article ID]: 0911307121. - Режим доступа: htW/ei.k.ubagro.ru'2013/07/pd£/l21 .pdf. 0,875 у. п. л.

8. Маремшаов, А.Б. Микробиологические аспекты производства и хранения плавленых сыров / А.Б. Маремшаов, И.А. Евдокимов, М.И. Шрамко, H.H. Никульникова и др. // Вестник Северо-Кавказского федерального университета. -2014.1(40). - С. 85-88.

9. Маремшаов, А.Б. Изучение влияния состава сырья на развитие микробиологических показателей в процессе изготовления и хранения плавленых сыров / А.Б. Маремшаов, А.Н. Капленко, М.И. Шрамко // Пути интенсификации производства и переработки сельскохозяйственной продукции в современных условиях: материалы Всероссийской научно-практической конференции. — Волгоград: ВолгГТУ, 2013.-е. 113-115.

Формат 60x841/16- Бумага офсетная. Печать офсетная. Усл. печ. л. 1,6. Тираж 100 экз. Заказ № 125. Отпечатано с готового оригинал-макета п типографии ИП Светличная 355035, г. Ставрополь, пр. Октябрьской Революции, 32, тел/факс 26-70-47