автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.04, диссертация на тему:Научные и практические аспекты увеличения срока хранения сухого обезжиренного молока

На правах рукописи

бЯуЬб*'

ДУБОВА ЕКАТЕРИНА АНАТОЛЬЕВНА

НАУЧНЫЕ И ПРАКТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ УВЕЛИЧЕНИЯ СРОКА ХРАНЕНИЯ СУХОГО ОБЕЗЖИРЕННОГО МОЛОКА

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

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Вологда - Молочное 2012

005053306

005053306

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Вологодская государственная мо-лочнохозяйственная академия имени Н.В. Верещагина».

Научный руководитель: кандидат технических наук, доцент,

Буйлова Людмила Александровна

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор,

Голубева Любовь Владимировна, заслуженный работник Высшей школы РФ ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный университет инженерных технологий», кафедра технологии молока и молочных продуктов, заведующий.

кандидат технических наук, Добриян Екатерина Ивановна, ГНУ «Всероссийский научно-исследовательский институт молочной промышленности» Россельхозакадемии, лаборатория ресурсосберегающих технологий и спецтематики, ведущий научный сотрудник

Ведущая организация: ФГБОУ ВПО «Саратовский государст-

венный аграрный университет им. Н.И. Вавилова»

Защита диссертации состоится 25 мая 2012 г. в 10.00 часов на заседании диссертационного совета ДМ 220.009.02 при ФГБОУ ВПО «Вологодская государственная молочнохозяйственная академия имени Н.В. Верещагина» по адресу: 160555, г. Вологда, с. Молочное, ул. Мира, 8.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Вологодской государственной молочнохозяйственной академии им. Н.В. Верещагина.

Автореферат разослан « »_2012 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

В.А. Грунская

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Увеличение сроков хранения молочных консервов в 2-3 раза, расширение числа оценочных критериев качества, в том числе выполнение измерений активности воды, разработки, направленные на повышение качественных показателей и пищевой ценности, определены ВНИМИ в числе перспективных направлений развития науки и производства в молочно-консервной отрасли. В связи с этим актуальны исследования, направленные на изучение показателей, влияющих на хранимоустойчивость сухого обезжиренного молока (далее по тексту СОМ), определение механизма формирования этих показателей, а также тестирование сроков годности и хранения продукта.

Известно большое число работ и публикаций по увеличению сроков хранения молока и молочных продуктов Харитонова В.Д., Радаевой И.А., Галстяна А.Г., Петрова А.Н., Штальберг С.М., Чекулаевой Л.В., Голу-бевой Л.В., Пономарева А.Н., Полянского К.К. и других, предлагавших отдельные технологические приемы и/или внесение различных пищевых добавок. Однако с позиции здорового питания актуальна выработка СОМ с увеличенным сроком хранения без пищевых добавок, путем повышения требований к сырому молоку, изменения состава продукта, системы производственного контроля, регулирования технологических процессов. При этом увеличение срока хранения СОМ может стать комплексной программой, элементами которой будут повышение качества сырого молока и модернизация производства: повышение эффективности сепарирования, переход на многостадийную сушку, разработка и внедрение современных средств измерений для программы производственного контроля.

Работа выполнялась в 2006—2010 гг. в ФГБОУ ВПО «Вологодская государственная молочнохозяйственная академия им. Н.В.Верещагина» в соответствии с планом НИР по теме « Совершенствование традиционных и создание новых технологий молочных продуктов с высокой пищевой и биологической ценностью на основе повышения качества, рационального использования молочного сырья и современных методов его обработки» (номер государственной регистрации 0120.0802655).

Цели работы и задачи исследований. Целью работы является совершенствование технологии СОМ для увеличения его срока хранения. Для достижения поставленной цели были определены основные задачи исследования:

• выбор и ранжирование показателей хранимоустойчивости СОМ;

• изучение активности воды как оценочного критерия качества СОМ;

• исследование закономерностей формирования показателей, определяющих хранимоустойчивость, и их динамики при хранении СОМ;

• разработка модели прогнозирования срока хранения продукта;

• определение требований к сырью, к составу продукта и технологических приемов получения СОМ повышенной хранимоустойчивости;

• определение пищевой ценности и срока годности продукта;

• разработка комплекта технической документации на продукт;

• промышленная апробация усовершенствованной технологии;

• разработка классификации сухих продуктов переработки молока, включающей продукты повышенной хранимоустойчивости.

Научная новизна. Предложена модель прогнозирования срока хранения СОМ на основе кластерного анализа балльных профилей активности воды продукта и микробиологических показателей молока-сырья.

Расширены теоретические сведения об активности воды. Исследовано влияние состава и кислотности СОМ на показатель активности воды продукта. Получена статистическая модель, адекватно аппроксимирующая зависимость активности воды СОМ от массовой доли лактозы продукта. Получены новые данные о влиянии активности воды СОМ на изменение органолепти-ческих показателей продукта в процессе хранения.

Установлено и подтверждено эмпирическим уравнением снижение фактических потерь белка при выработке сухого продукта из обезжиренного молока с повышенным содержанием сухих веществ.

Научно обоснована и экспериментально подтверждена возможность увеличения срока годности СОМ до 15 месяцев.

Практическая значимость. На основе теоретических и экспериментальных исследований усовершенствована технология СОМ. Разработаны и утверждены технические условия ТУ 9223-006-00482660-2011 Молоко сухое обезжиренное повышенной хранимоустойчивости и технологическая инструкция ТИ ТУ 9223-006-00482660-2011 по производству СОМ со сроком годности 15 месяцев. Массовые доли воды и лактозы СОМ, соответствующие определенному значению активности воды, определены на основании разработанной статистической модели формирования показателя активности воды.

Изданы рекомендации по совершенствованию технологии СОМ для увеличения его срока годности.

Получены фактические показатели качества: активность воды, КМА-ФАнМ, количество психрофильных микроорганизмов, дрожжей, плесневых грибов, бактерий группы кишечных палочек по этапам производства СОМ.

Подтверждена повышенная пищевая ценность и определен срок годности продукта.

Проведена промышленная апробация выработки СОМ со сроком годности 15 месяцев в условиях ФГУП УОМЗ ВГМХА имени Н.В.Верещагина.

Основные положения, выносимые на защиту:

• ранжирование факторов, влияющих на хранимоустойчивость СОМ;

• статистическая модель формирования активности воды СОМ;

• прогнозирования срока хранения СОМ на основе кластерного анализа балльных профилей активности воды продукта и микробиологических показателей сырого молока, направляемого на выработку продукта;

• предложения по совершенствованию технологии СОМ для увеличения срока хранения продукта и повышения его пищевой ценности.

Апробация работы. Основные результаты работы были доложены и представлены на международной научно-практической конференции ВГМХА, посвященной 95-летию академии (Вологда, 2006), международной научно-практической конференции «Биотехнология. Вода и пищевые продукты» (Москва, 2008), международной научно-методической конференции ВГМХА, посвященной 98-летию академии (Вологда, 2009), научно-практической конференции ВГМХА, посвященной 100-летию академии (Вологда, 2011).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 10 работ, в том числе две работы в печатном издании, рекомендованном ВАК РФ.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, аналитического обзора литературы, результатов исследования и их анализа, выводов, списка литературы из 182 наименований и приложений. Основное содержание работы изложено на 97 страницах машинописного текста, включает 26 таблиц и 32 рисунка.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, сформулирована цель, показана научная новизна и практическая значимость работы.

В первой главе изложено состояние вопроса, приведена история производства сухих молочных продуктов с анализом основных направлений научных исследований по сухому молоку российских и зарубежных авторов. Систематизированы современные приемы повышения хранимоустойчиво-сти молочных продуктов, пролонгирования сроков годности, основанные на фундаментальном вкладе в теорию и практику, внесенном учеными: Харитоновым В.Д., Петровым А.Н., Радаевой И.А., Чекулаевой JI.B., Шталь-берг С.М., Галстяном А.Г., Голубевой Л.В., Гнездиловой А.И. и др.

Во второй главе изложены организация работы, объекты и методики исследований.

Логика выполнения работы заключалась в системном подходе к храни-моустойчивости СОМ, позволяющем из сложных процессов формирования окончательной хранимоустойчивости готового продукта выделить простые технологические операции, поддающиеся управлению, повысить стабильность их функционирования и найти узкие места, требующие модернизации и принципиально нового решения.

Экспериментальные исследования проводились в химической и микробиологической лабораториях ФГУП УОМЗ ВГМХА имени Н.В. Верещагина и в аккредитованной испытательной лаборатории ФБУ «Вологодский центр стандартизации и метрологии». Промышленные эксперименты, апробация

результатов проведены на базе ФГУП УОМЗ ВГМХА имени Н.В. Верещагина. Схема проведения исследований представлена на рис. 1.

Рис. 1. Схема проведения исследований

Условные обозначения к рис. 1:

Физико-химические показатели:

1 - активная кислотность, рН, 2 — термостабильность СОМ, 3 - массовая доля жира, 4 - массовая доля белка, 5 — индекс растворимости, 6 - индекс WPNI, 7 — массовая доля лактозы, 8 - содержание свободных жирных кислот, 9 - плотность, 10 - температура замерзания, 11 - титруемая кислотность, 12 - чистота, 13 - термоустойчивость молока, 14 — активность воды, 15 — массовая доля влаги, 16 — температура воздуха, 17 - относительная влажность воздуха.

Микробиологические показатели:

18 - психрофильные микроорганизмы (далее по тексту ПФМ), 19 - плесневые грибы, 20 — дрожжи, 21 - бактерии группы кишечных палочек, (далее по тексту БГКП), 22 -мезофильные аэробные и факультативно анаэробные микроорганизмы, (далее по тексту КМАФАнМ), 23 - патогенные микроорганизмы, в том числе сальмонеллы, 24 - S. aureus.

Органолептические показатели:

25 — вкус, запах, цвет, консистенция.

Для решения поставленных задач использованы общепринятые, стандартизованные и специально разработанные методы.

Активность воды в СОМ определяли с использованием акваметра FA-st/1. Белок в молоке и СОМ определяли методом Къельдаля на автоматическом анализаторе Къельтек. Содержание неденатурированных сывороточных белков в СОМ (индекс WPNI) определяли с использованием спектрофотометра Uvi Light XS 5. Состав молока и СОМ определяли методом инфракрасной спектрометрии на автоматическом анализаторе Милко Скан FT 120.

Статистическую обработку экспериментальных данных осуществляли по результатам опытов, проведенных не менее чем в 5-ти кратной повторно-сти, с помощью методов статистики и регрессионного анализа программ Excel, Statistica и StatWork. Дополнительно использовали методы общей линейной модели, анализ профилей и кластерный анализ.

В третьей главе детализированы и ранжированы показатели хранимо-устойчивости СОМ. На основе системного подхода SA-диаграмм Д. Росса построены модели наиболее весомых факторов, оказывающих влияние на хранимоустойчивость СОМ - модели качества сырого молока, СОМ, технологического процесса.

Обобщенный комплексный показатель «хранимоустойчивость СОМ» представлен как трехуровневая иерархическая совокупность свойств, включающая четыре составляющих второго уровня: органолептические и физико-химические свойства, микробиологические и физико-химические показатели состава. Третий уровень составляют показатели, включенные в модели состава и свойств сырого молока и СОМ.

Ранжирование показателей хранимоустойчивости СОМ проводили с использованием экспертного метода и анализа систем по значениям коэффициентов весомости.

Результаты экспертной оценки и значения коэффициентов весомости (баллы) приведены в таблице 1. За меру согласованности оценок принимали коэффициент конкордации. Значение коэффициента конкордации от 0,6 до 0,72 (табл. 1) свидетельствует о достаточно высокой согласованности мнений экспертов.

По итогам ранжирования и детализации в качестве наиболее значимых показателей, оказывающих влияние на хранимоустойчивость СОМ, выбрали активность воды и микробиологические показатели.

В четвертой главе приведены результаты изучения механизма формирования активности воды, микробиологических показателей, а также массовых долей влаги, жира, белка, лактозы СОМ повышенной хранимоустойчивости. На основании принятых показателей состава и свойств, предложена модель прогнозирования срока хранения продукта.

При изучении активности воды как оценочного показателя хранимоустойчивости СОМ исследовали: изменение активности воды при выработке, хранении и увлажнении СОМ; влияние состава продукта и кислотности мо-

лока на активность воды СОМ; влияние активности воды на изменение орга-нолептических показателей СОМ в процессе его хранения.

Таблица 1 — Результаты экспертной оценки показателей хранимоустойчиво-сти СОМ

Показатели Шифр Сумма предпочтений Частота предпочтений Балл Коэффициент кон-кордации

Показатели первого уровня

Органолептические показатели ХІ 4 0,444444 0,07

Физико-химические свойства х2 23 2,555556 0,43

Физико-химические показатели хЗ 6 0,666667 0,11

Микробиологические показатели х4 21 2,333333 0,39

0,72

Показатели второго уровня

Внешний вид и консистенция ХІ1 9 1 0,33

Вкус х12 17 1,888889 0,63

Цвет х13 1 0,111111 0,04

0,79

Активность воды х21 28 3,111111 0,52

Кислотность х22 12 1,333333 0,22

Термостабильность х23 4 0,444444 0,07

Индекс растворимости х24 10 1,111111 0,19

0,77

Массовые доли: белка х31 17 1,888889 0,19

жира х32 18 2 0,2

лактозы хЗЗ 16 1,777778 0,18

воды х34 35 3,888889 0,39

индекс \VPNI х35 4 0,444444 0,04

0,6

КМАФАнМ х41 3 0,333333 0,04

Дрожжи х42 18 2 0,2

Плесневые грибы х43 27 3 0,3

БГКП х44 9 1 ОД

ПФМ х45 33 3,666667 0,37

0,76

Установлены значения и выявлена динамика активности воды по этапам процесса производства и хранения СОМ (рис. 2).

Рис 2. Активность воды в сырье и продукте при выработке СОМ

Построена гистограмма распределения показателей активности воды 124 партий СОМ (рис. 3). Как видно из гистограммы, значения активности воды находятся в пределах от 0,21 до 0,29.

Полученные результаты использованы при регламентировании показателя активность воды в сухом обезжиренном молоке.

Рис. 3. Гистограмма распределения показателей активности воды СОМ

Установлено, что зависимость активности воды СОМ от времени хранения продукта в регламентируемых условиях имеет вид модифицированного уравнения Аррениуса:

8,529

у = 0,331е~17,500+'

(1)

где у - активность воды; г - продолжительность хранения продукта в регламентируемых условиях, месяц.

Коэффициент детерминации равен 84,62%.

Построена изотерма сорбции влаги при хранении СОМ в условиях повышенной влажности в негерметичной упаковке, при этом массовая доля влаги продукта повышалась от 3,4 до 28 % (рис. 4).

о 5 10 15 20 25 30

Массовая доля влаги.%

Рис. 4. Зависимость активности воды от массовой доли влаги в СОМ

Как видно из рисунка 4, наиболее интенсивно активность воды возрастает при повышении влаги в СОМ от 3 до 6 %, именно в этом интервале находятся нормируемые значения влагосодержания продукта, и уже при 4 % влаги СОМ активность воды достигает 0,3. При этом известно, что скорость реакции неферментативного потемнения Майяра возрастает при активности воды выше 0,3.

Разработана статистическая модель формирования показателя активности воды СОМ. По результатам предварительных исследований и литературным данным для построения модели было выбрано пять факторов (табл.2).

Таблица 2 - Дескриптивные статистики переменных

Переменная Дескриптивные статистики переменных таблицы данных

объем среднее значение минимум максимум стандартное отклонение

X! Массовая доля влаги СОМ, % 65 3,458 3,000 4,000 0,239

х2 Титруемая кислотность СОМ, °Т 65 13,823 13,000 15,000 0,427

Х3 Массовая доля белка в СОМО продукта, % 65 35,309 34,000 36,420 0,505

Х4 Индекс азота неденату-рированных сывороточных белков, мг/г СОМ 65 6,083 5,000 6,300 0,245

х5 Массовая доля лактозы СОМ, % 65 50,958 50,200 51,730 0,412

У Активность воды СОМ 65 0,244 0,220 0,283 0,014

На основании проверки значимости переменных с помощью линейного коэффициента Пирсона и коэффициента множественной корреляции, а также исследования структуры независимых переменных на диаграммах рассеяния их на зависимой переменной активность воды выявлено, что линейная регрессионная модель значима для переменных X! и Х5.

Однако переменные Х1 и Х5 коррелируют между собой. В итоге их результаты взаимно компенсируют друг друга. Для того, чтобы избежать эффекта мультиколлинеарности в части данных переменных, применили одно-факторный ковариационный анализ. Была построена статистическая модель со стандартной ошибкой оценки равной 0,0067082:

У = 0,244246 - 0,0301975 • (Х5 - 50,958923). (2)

Установлено влияние активности воды на изменение органолептиче-ских показателей СОМ в процессе хранения в регламентируемых условиях в течение 21 месяца.

Результаты органолептической оценки продуктов с разным показателем активности воды (серия опытов А1-А6) приведены в таблице 3.

Таблица 3 - Результаты органолептической оценки

Серия опытов Активность воды Баллы

свежевы-работан-ное СОМ время хранения, месяцы

3 6 9 12 15 18 21

1(А1) 0,232 ±0,010 10 10 10 10 10 10 9±1 6±1

2(А2) 0,264 ± 0,008 10 10 10 10 10 10 9±1 6±1

3 (АЗ) 0,286 ±0,012 10 10 10 10 10 10 9±1 6±1

4 (А4) 0,305 ±0,011 10 10 10 10 10 10 9±1 6±1

5(А5) 0,325 ±0,010 10 10 10 10 10 8±1 7±1 5±1

6 (А6) 0,352 ±0,015 10 10 10 10 8±1 7±1 6±1 4±1

Образцы СОМ с показателями активности воды свежевыработанного продукта от 0,232 до 0,305 (1 -4 серия опытов) сохраняют первоначальные органолептические показатели в течение 18 месяцев хранения. Изменения СОМ с исходной активностью воды более 0,32 (5-я серия) отмечены через 15 месяцев хранения, при активности воды более 0,35 (6-я серия) - через 12 месяцев хранения.

Следовательно, для повышения хранимоустойчивости продукта значение активности воды СОМ должно находиться в пределах от 0,23 до 0,27.

Изучена динамика микрофлоры по этапам технологического процесса производства СОМ (табл. 4).

Как видно из таблицы, характер изменения КМАФАнМ, количеств ПФМ, дрожжей и плесневых грибов имеет общие закономерности, но отличается уровнем показателей.

Таблица 4 - Динамика содержания микроорганизмов в технологическом процессе производства СОМ

Этапы процесса КМАФАнМ, КОЕ, в 1 см3 или в 1 г ПФМ, КОЕ, в 1 см3 или в 1 г Дрожжи, КОЕ, в 1 см3 или в 1 г Плесневые грибы, КОЕ, в 1 см3 или в 1 г БГКП, не обнаружены в см3 или в г

Приемка, очистка, охлаждение, резервирование молока 332000± 50000 2620 ±80 310±110 186±50 0,0001

Подогрев, сепарирование молока, предварительная тепловая обработка (далее по тексту ПТО) обезжиренного молока 4080±1800 36±7 11±10 12±8 0,1

Пастеризация, сгущение обезжиренного молока 2940±1300 13±2 8±2 9±6 0,1

Подогрев, сушка 2180±1000 10±3 8±6 6±2 0,2

Фасование 4200±1300 9±2 13±4 8±1 0,2

Установлено, что при применении ПТО количество МАФАнМ дополнительно снижается на 3 %, ПФМ на 1 %, дрожжей на 1 %, плесневых грибов на 2 %.

Анализ корреляционных связей содержания МАФАнМ, ПФМ, дрожжей и плесневых грибов в сыром молоке и продукте показал:

• наличие корреляционных связей содержания ПФМ в пастеризованном обезжиренном молоке и СОМ на выходе из сушилки, а также КМАФАнМ в сгущенной смеси и СОМ на выходе из сушилки;

• отсутствие корреляционной связи в содержании дрожжей и плесневых грибов в СОМ на выходе из сушилки и в СОМ после фасования, свидетельствующее о возможности вторичного обсеменения продукта при фасовании.

По результатам исследования органолептических показателей СОМ, выработанного из молока с разными микробиологическими показателями (серии опытов М1-М4), выявлено, что микробный состав сырого молока, уровень содержания в нем КМАФАнМ и ПФМ существенно влияют на изменение вкуса, запаха, консистенции СОМ, отмеченное у разных образцов через 9-18 месяцев, и на хранимоустойчивость продукта (табл. 5).

Таблица 5 - Результаты органолептической оценки СОМ, выработанного из молока с разными микробиологическими показателями

Серия опытов КМАФАнМ, тыс. КОЕ/см3 ПФМ, КОЕ/см3 Баллы

время хранения, месяцев

0 3 6 9 12 15 18 21

1 (М1) 420±46 3х103±530 10 10 10 10 10 10 9±1 6±1

2 (М2) 700±61 4x10" ±550 10 10 10 10 10 8±1 6±1 5±1

3 (МЗ) 1000±104 7x105 ±620 10 10 10 8±1 8±1 7±1 6±1 5±1

4 (М4) 1000±104 1,6хЮ6±420 10 10 10 8±1 7±1 6±1 5±1 3±1

При использовании на выработку СОМ с массовой долей влаги не более 3,5 % сырого молока с содержанием МАФАнМ до 500 тыс. КОЕ/см3 и ПФМ не более 3000 КОЕ/см' срок годности продукта может составлять 18 месяцев.

На основании статистической модели формирования показателя активности воды (формула 2), были рассчитаны показатели состава СОМ, соответствующие предельному значению активности воды продукта. Было установлено, что массовая доля влаги СОМ повышенной хранимоустой-чивости должна находиться в пределах 3—3,5 %.

Исследования массовой доли влаги промышленных образцов СОМ (рис. 5) свидетельствуют о реальности нормирования этого показателя на уровне 3,4 %.

а)

б)

Гистограмма наблюдений

X и МГЧ карта; переменная: \/аг2

X: 3,3778 (3,3778); Сигма: ,08862 (.08862); п. 1,

0,40 0,35 0,30 0,25 0,20 0,15 0,10 0,05 0,00 -0,05

;

---

'ЯШУ///////Л

\

Гистограмма размахов

. ( , /\ /\

4 к • • • т 4 • •

/ Л / / \ /

/ \ / * # * * * / \ /

" . ' "

Скольз. (=?: .10000 (.10000); Сигма: .07555 (.07555); п: 1,

,10000 0,0000

Рис.5. Карта индивидуальных значений (а) и скользящего размаха (б) для значений массовой доли влаги СОМ

На хранимоустойчивость СОМ также будет влиять массовая доля жира. СОМ с более низким содержанием жира является более хранимоустой-чивым продуктом. Исключение пахты из видов сырья при выработке СОМ, контроль процесса обезжиривания молока, а также фактические производственные показатели содержания жира в обезжиренном молоке - не более 0,06 % позволяют нормировать массовую долю жира в СОМ не более 0,8 %.

Уменьшение содержания влаги и жира в СОМ должно сопровождаться повышением массовых долей белка и лактозы.

По аналогии с составом импортного СОМ со сроком хранения до 20 месяцев принята массовая доля белка в СОМО 35 %, что на один процент больше, чем в СОМ по ГОСТ Р 52791-2007. В абсолютном выражении массовая доля белка в продукте при этом увеличивается с 31,8 % до 33,5 %.

Экспериментально определена массовая доля белка сырого молока для получения СОМ с массовой долей белка в СОМО 35% - не менее 3,2 %.

Установлено значимое влияние массовой доли сухих веществ обезжиренного молока на получение СОМ, с заданным содержанием белка в СОМО. Исследовали обезжиренное молоко-сырье и сухое обезжиренное молоко восемнадцати партий. Массовая доля жира в обезжиренном молоке не превышала 0,06 %. В ходе эксперимента сравнивали расчетное и фактическое содержание белка в продукте. Расчетный показатель определяли по содержанию белка в обезжиренном молоке и степени концентрирования при сгущении и сушке.

Разница между фактическим и расчетным содержанием белка в продуктах варьировала от 0,7 до 4,6 % (рис.6) и увеличивалась при уменьшении содержания сухих веществ в обезжиренном молоке.

= -3,7776х + 35,351

СМО обезжиреннного молока. %

Рис. 6. Различие расчетного и фактического содержания белка в СОМ

Установили снижение фактических потерь белка при выработке СОМ из обезжиренного молока с повышенным содержанием СМО.

Таким образом, рекомендуемый состав СОМ повышенной хранимо-устойчивости: массовые доли влаги — не более 3,4 %, белка в СОМО — не менее 35 %, лактозы — (50-54) %, жира - не более 0,8 %,

Для получения стандартного по содержанию белка продукта рекомендуется использовать для выработки СОМ сырое молоко с массовой долей белка не менее 3,2 % и обезжиренное молоко с массовой долей СМО не менее 9 %.

Прогнозирование срока хранения СОМ

Изменение микробиологических показателей сырого молока и активности воды свежевыработанного СОМ влияет на органолептические показатели продукта в процессе хранения.

Набор балльных органолептических оценок по продолжительности хранения, соответствующий определенному уровню активности воды СОМ и определенному содержанию МАФАнМ и ПФМ в сыром молоке, назван профилем балльных оценок. Профили А1-А6 соответствуют шести уровням активности воды (табл. 3) , профили М1-М4 - четырем уровням содержания микроорганизмов (табл. 5).

Балльные профили активности воды СОМ показаны на рисунке 7, профили А1-А4 совпали. Рисунок 8 иллюстрирует балльные профили СОМ по содержанию микроорганизмов в сыром молоке.

Время хранения, месяцы

Время хранения, месяцы

Рис. 7 . Балльный профиль СОМ по активности воды СОМ

Рис. 8. Балльный профиль СОМ по микробиологическим показателям сырья

Используя математические методы анализа профилей и кластерный анализ, совместили данные двух экспериментов (рис. 9).

Балльные профили рассмотрены как некоторые отвлеченные переменные и объединены в группы таким образом, чтобы различие между переменными в группе было минимальным, а между переменными из разных групп, большим. Эти группы образуют кластеры, позволяющие прогнозировать срок

хранения СОМ по изменению органолептических показателей во время хранения. Кластер 1 включил в себя профили А5, М2; кластер 2 - профили А6, МЗ, М4; кластер 3 - профили А], А2, АЗ, А4, М1.

Рис. 9. Кластерный анализ

Третий кластер имеет самые высокие органолептические баллы во время хранения (рис. 9). Таким образом, в СОМ с активностью воды менее 0,3, изготовленном из сырья с микробиологическими показателями не выше (420±46) тыс. КОЕ/см3 МАФАнМ, (3000±530) КОЕ/см3 ПФМ, ухудшение органолептических показателей можно ожидать через 18 месяцев хранения.

Суммируя результаты исследований четвертой главы, можно обоснованно говорить о влиянии активности воды СОМ, а также уровня бактериальной загрязненности сырого молока (КМАФАнМ и ПФМ) на изменение органолептических показателей продукта в процессе его длительного хранения.

Значимое влияние содержания ПФМ в пастеризованном обезжиренном молоке и КМАФАнМ в сгущенном обезжиренном молоке на микробиологические показатели продукта, а массовой доли сухих веществ обезжиренного молока - на фактические потери белка в технологическом процессе свидетельствуют о необходимости мониторинга этих параметров.

В пятой главе отображены вопросы практической реализации результатов исследования, включающие предложения по совершенствованию технологии СОМ; перечень нормируемых показателей СОМ повышенной хра-нимоустойчивости; оценку пищевой ценности, расчеты энергетической ценности продукта, интегрального скора и аминокислотного состава; обоснование срока годности.

Совершенствование технологии СОМ включает/

• введение дополнительных требований к сырому молоку (в соответствии с ГОСТ Р 52024 и 88-ФЗ не ниже первого сорта, с массовой долей белка не менее 3,2 % , термоустойчивость (по алкогольной пробе) не ниже II

группы, КМАФАнМ не более 500 тыс. КОЕ/см3, ПФМ не более 3,5 тыс. КОЕ /см3);

• проведение ПТО обезжиренного молока, пастеризации при (96±2)°С без выдержки, подогрева сгущенного обезжиренного молока перед сушкой;

• включение в схему производственного контроля и управление показателями: массовые доли белка в молоке, жира, белка и СМО в обезжиренном молоке, количество ПФМ в пастеризованном обезжиренном молоке, КМАФАнМ в сгущенном обезжиренном молоке;

• изменение показателей состава СОМ (массовых долей влаги, белка, жира, лактозы);

• нормирование показателя активность воды в СОМ.

В таблице 6 приведены нормируемые показатели СОМ повышенной хратшоустойчивости по предлагаемому варианту в сравнении с показателями СОМ, вырабатываемого по ТИ ГОСТ Р 52791- 2007.

Таблица б - Нормируемые физико-химические и микробиологические показатели СОМ

Показатель По ГОСТ Р 52791-2007 и 88-ФЗ По ТУ 9223-006-004826602011 (предлагаемый вариант)

Физико-химические показатели*

Массовые доли, % :

влаги, не более (для продукта в транспортной таре) 5,0 3,4 для свежевыработанного продукта, 3,6 — на конец срока годности

лактозы От 47,0 до 54,0 От 50,0 до 54,0

белка в СОМО, не менее 34 35

жира, не более 1,5 0,8

Активность воды, не более Не нормируется 0,27

Кислотность, °Т, (% молочной кислоты) от 14 до 21 включительно (от 0,126 до 0,189 включительно) от 14 до 18 включительно (от 0,126 до 0,162 включительно)

Индекс растворимости, см3 сырого осадка, не более 0,2 0,1

Микробиологические показатели

КМАФАнМ, не более тыс. КОЕ /г 50 5,0

ПФМ, не более КОЕ/г Не нормируются 50

Дрожжи, не более КОЕ/г Не нормируются 50

Плесневые грибы, не более КОЕ/г Не нормируются 50

Масса продукта (г), в которой не допускаются: БГКП (колиформы); Патогенные, в т.ч. сальмонеллы; S. aureus 0,1 25 1,0 0,2 25 1,0

* По содержанию токсичных элементов, микотоксинов, антибиотиков, пестицидов и радионуклидов продукты не различаются и не превышают показателей, установленных нормативными правовыми актами Российской Федерации.

Проведена оценка пищевой, энергетической и биологической ценности продукта повышенной хранимоустойчивости в сравнении с продуктом, вырабатываемым по ТИ ГОСТ Р 52791-2007. Расчет энергетической ценности продуктов приведен в таблице 7.

Таблица 7 — Энергетическая ценность 100 г продуктов, ккал

Источник Сухое обезжиренное молока по ГОСТ Р 52791-2007 Сухое обезжиренное молоко повышенной хранимоустойчивости

Углеводы 216 216

Белки 127,2 134,0

Жир 13,5 7,2

Всего 356,7 357,2

В таблице 8 приведены результаты расчета аминокислотного состава продукта, выработанного по ГОСТ Р 52791-2007 и СОМ повышенной хранимоустойчивости.

Таблица 8 - Расчет содержания незаменимых аминокислот в белке 100 г СОМ, г

Аминокислота Сухое обезжиренное молока по ГОСТ Р 52791-2007 Сухое обезжиренное молоко повышенной хранимоустойчивости

Незаменимые аминокислоты

Аргинин** 1,15 1,21

Валин 2,13 2,24

Гистидин** 0,86 0,91

Изолейцин 1,93 2,03

Лейцин 3,11 3,28

Лизин 2,52 2,66

Метионин 0,80 0,84

Метионин + Цистеин* 1,09 1,15

Треонин 1,43 1,51

Триптофан 0,45 0,47

Фенилаланин 1,54 1,62

Фенилаланин + Тирозин* 3,07 3,23

Всего незаменимых аминокислот 15,93 16,78

*Потребность организма человека в метионине удовлетворяется на 80 — 89 % заменимой аминокислотой цистеином, а в фениаланине - на 70 -75% заменимой аминокислотой тирозином, поэтому обе названные пары аминокислот оцениваются в сумме ; **аргинин и гистидин — незаменимые аминокислоты для детей.

Из таблиц 7, 8 видно, что исследуемые продукты обладают практически одинаковой энергетической ценностью, но сухое молоко повышенной хранимоустойчивости обладает большей пищевой ценностью, так как содержит больше белка и больше незаменимых аминокислот, что повышает его конкурентоспособность при использовании в производстве молочных напитков.

Испытания для определения срока годности СОМ повышенной храни-моустойчнвости проведены в соответствии с Методическими указаниями по санитарно-эпидемиологической оценке обоснования сроков годности и условий хранения пищевых продуктов (МУК 4.2.1847-04). Программа испытаний включала показатели, приведенные в таблице 9. Исследование проводили в процессе хранения образцов СОМ в герметичной упаковке при температуре от 0 до 10 Си относительной влажности воздуха не более 85 %.

Таблица 9 — Результаты исследования

Контролируемые показатели Периодичность контроля, месяцы хранения

фон 3 6 9 12 15 18 21

Кислотность, иТ 14 14 14 14 14 15 15 16

РН 6,81 6,79 6,83 6,83 6,81 6,8 6,82 6,82

Чистота I I I I I I 1 1

Индекс растворимости, см3 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1

Термостабильность, см3 фосфата 1,3 1,3 1,3 1.3 1,3 1,3 1,1 1,1

Термоустойчивость по алкогольной пробе(по концентрацга! спирта, %) 80 80 80 80 80 76 72 68

Массовая доля влаги, % 3,4 3,4 3,4 3.4 3.6 3,6 3,6 3,8

Активность воды 0,234 0,234 0,234 0,247 0,263 0,269 0,292 0,300

Антибиотики отсутствуют

КМАФАнМ, КОЕ/г 4,2x103 4,4x103 З,9х103 З,7хю3 З.бхЮ3 3,4x103 З,4хю3 3,4x103

БГКП не обнаружены в массе, г 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2

Дрожжи, КОЕ/г 30 25 нет роста нет роста нет роста нет роста нет роста нет роста

Плесневые грибы, КОЕ/г <10 <10 нет роста нет роста нет роста нет роста нет роста нет роста

ПФМ, КОЕ/г 8 8 5 3 3 2 - -

Патогенные микроорганизмы *

Органолептичес-кая оценка, балл 10 10 10 10 10 10 9 6

определение L.monocyrogenes, й.aureus, патогенных микроорганизмов, в том числе сальмонелл, проводилось в аккредитованной испытательной лаборатории при ФБУ «Вологодский центр стандартизации и метрологии». Патогенные микроорганизмы отсутствуют в 25 г продукта.

Результаты исследований свидетельствуют о стабильности всех показателей качества в течение 18 месяцев хранения. С учетом коэффициента ре-

зерва 1,15, указанного в МУК 4.2.1847-04, предлагаемый срок годности СОМ повышенной хранимоустойчивости 15 месяцев.

Таким образом, научно обоснована и экспериментально подтверждена возможность выработки СОМ с увеличенным сроком годности, достигаемым технологическими приемами без использования пищевых добавок.

СОМ повышенной хранимоустойчивости включено в разработанную нами классификацию сухих продуктов переработки молока. В качестве существенных признаков для выделения классификационных групп приняты:

• сырьевые признаки продуктов, по этому признаку продукты разбиты на подвиды: молочные; из побочного молочного сырья; молокосодержащие; молочные составные;

• способ производства — концентрирования перед сушкой и сушки. По этому признаку выделены группы сухих продуктов, получаемые сгущением в вакуум-выпарных аппаратах разных конструкций; криоконцен-трированием; обратноосмотическим концентрированием и сушкой - распылительной, многостадийной, контактной, сублимационной;

• функциональное назначение, по этому признаку выделены: традиционные продукты; сухие продукты повышенной растворимости; повышенной хранимоустойчивости; для выработки восстановленных и реком-бинированных продуктов; сухие заменители молока для детского, диетического и лечебного питания и для сельскохозяйственных животных.

В работе рассчитана ожидаемая экономическая эффективность от производства СОМ повышенной хранимоустойчивости.

ВЫВОДЫ

1. Теоретически обоснована и экспериментально подтверждена возможность увеличения срока годности СОМ в герметичной упаковке до 15 месяцев регулированием наиболее значимых показателей хранимоустойчивости — активности воды продукта, содержания КМАФАнМ и ПФМ в сыром молоке, а также массовых долей влаги, жира, белка, лактозы СОМ.

2. Установлено влияние активности воды СОМ и уровня бактериальной обсемененности сырого молока на изменение вкуса, запаха, консистенции продукта в процессе длительного хранения. На основе набора балльных органолептических оценок (балльных профилей) и кластерного анализа предложена модель прогнозирования срока хранения продукта.

3. С использованием многофакторного корреляционно- регрессионного и однофакторного ковариационного анализа разработана статистическая модель формирования показателя активности воды СОМ. Массовые доли влаги продукта — не более 3,4% и лактозы - не менее 50% определены на основании разработанной модели и установленного требуемого показателя активности воды - не более 0,27.

4. Установлено и подтверждено эмпирическим уравнением снижение фактических потерь белка при выработке СОМ из обезжиренного молока с повышенным содержанием СМО.

5. На основе теоретических и экспериментальных исследований уточнены режимы производства, установлены физико-химические и микробиологические характеристики СОМ повышенной хранимоустойчивости. Разработаны и утверждены технические условия ТУ 9223-006-00482660-2011 Молоко сухое обезжиренное повышенной хранимоустойчивости и технологическая инструкция ТИ ТУ 9223-006-00482660-2011 по производству СОМ со сроком годности 15 месяцев.

6. Рассчитана ожидаемая экономическая эффективность от производства СОМ повышенной хранимоустойчивости на ФГУП УОМЗ ВГМХА имени Н.В. Верещагина (при годовом уровне продаж СОМ повышенной хранимоустойчивости 1500 т дополнительная прибыль составит 5367 тыс. руб.).

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК РФ

1. Дубова, Е.А. Определение хранимоспособности СОМ [текст] / Е.А. Дубова, Л.А. Буйлова, В.Б. Кузнецов // Молочная промышленность. — 2011.-№3.-С. 84.

2. Буйлова, Л.А. Определение активности воды в сухом молоке [текст] / Л.А. Буйлова, Е.А. Дубова // Молочная промышленность. — 2006. — № 10.-С. 69.

Статьи и материалы конференций

3. Буйлова, Л.А. Нормирование и определение белка в сухом молоке для выработки продуктов детского питания [текст] / Л.А. Буйлова, Е.А. Дубова, А.Ю. Дризго // Наука - производству. Том 2. Инженерные науки: Сборник трудов ВГМХА по результатам работы международной научно-практической конференции, посвященной 95-летию академии. — Вологда-Молочное: ИЦ ВГМХА, 2006. - С. 102-109.

4. Буйлова, Л.А. Эмпирический и расчетный метод определения активности воды [текст] / Л.А. Буйлова, Е.А. Дубова, Е.Ю. Мкртчян // Наука — производству. Том 2. Инженерные науки: Сборник трудов ВГМХА по результатам работы международной научно-практической конференции, посвященной 95-летию академии. - Вологда-Молочное: ИЦ ВГМХА, 2006.-С. 109-110.

5. Дубова, Е.А. Повышение хранимоспособности сухого молока [текст] / Е.А. Дубова // Материалы ежегодных смотров-сессий аспирантов и молодых ученых по отраслям наук: Сельскохозяйственные науки: Сборник статей.- Вологда-Молочное: ИЦ ВГМХА, 2008. - С. 138-143.

6. Буйлова, Л.А. Изменение влагосодержания и активности воды в процессе хранения СОМ [текст] / Л.А. Буйлова, Е.А. Дубова // Материалы международной научно-практической конференции «Биотехнология. Вода и пищевые продукты» (Москва 11-13 марта, 2008 г.). - М.: ЗАО

«Экспо-биохим-технологии», РХТУ им. Д.И. Менделеева, 2008. -С. 58-59.

7. Фомин, A.B. Изучение активности воды [текст] / A.B. Фомин, JI.A. Буйлова, Е.А. Дубова // Материалы международной научно-практической конференции «Биотехнология. Вода и пищевые продукты» (Москва 11-13 марта, 2008 г.).- М.: ЗАО «Экспо-биохим-технологии», РХТУ им. Д.И. Менделеева, 2008. - С. 74-75.

8. Дубова, Е.А. Моделирование срока хранения СОМ [текст] / Е.А. Дубова, В.Б. Кузнецов, JI.A. Буйлова // Наука - агропромышленному комплексу. Том 2. Инженерные науки: Сборник трудов ВГМХА по результатам работы международной научно-методической конференции, посвященной 98-летию академии. - Вологда-Молочное: ИЦ ВГМХА, 2009.-С. 38-48.

9. Дубова, Е.А. Формирования показателя активности воды СОМ [текст] / Е.А. Дубова, Л.А. Буйлова // Наука и инновационные процессы в АПК. Том 2. Технические науки: Сборник трудов ВГМХА по результатам работы научно-практической конференции, посвященной 100-летию академии. - Вологда-Молочное: ИЦ ВГМХА, 2011. - С. 83-90.

10. Дубова, Е.А. Рекомендации по совершенствованию технологии СОМ для увеличения его срока годности [текст] / Е.А. Дубова, JI.A. Буйлова. - Вологда-Молочное: ИЦ ВГМХА, 2011. - 7 с.

Заказ № 36 -Р. Тираж 100 экз. Подписано в печать 18.04.2012 г. ИЦ ВГМХА 160555, г. Вологда, с. Молочное, ул. Емельянова, 1

61 12-5/3264

ВОЛОГОДСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ МОЛОЧНОХОЗЯЙСТВЕННАЯ

АКАДЕМИЯ им. Н.В. Верещагина

На правах рукописи ДУБОВА ЕКАТЕРИНА АНАТОЛЬЕВНА

НАУЧНЫЕ И ПРАКТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ УВЕЛИЧЕНИЯ СРОКА ХРАНЕНИЯ СУХОГО ОБЕЗЖИРЕННОГО МОЛОКА

Специальность: 05.18.04 - Технология мясных, молочных и рыбных

продуктов и холодильных производств

ДИССЕРТАЦИЯ

на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель: кандидат технических наук, доцент Буйлова Л. А.

Вологда - Молочное 2012

СОДЕРЖАНИЕ

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

ГЛАВА 1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ..............................11

1.1. История производства и проведения исследований сухого молока 11

1.2. Общая модель хранимоустойчивости СОМ......................................................14

1.3 Показатели сырья, продукта и технологические процессы,

влияющие на хранимоустойчивость СОМ........................................................................19

1.4.3аключение по главе 1................................................................................................................24

ГЛАВА 2. ОРГАНИЗАЦИЯ РАБОТЫ, ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ

ИССЛЕДОВАНИЯ......................................................................................................................................26

2.1. Организация работы........................................................................................................................26

2.2. Объекты исследований..................................................................................................................27

2.3. Методы физико-химических исследований..............................................................28

2.4. Методы микробиологических исследований............................................................32

2.5.0рганолептическая оценка СОМ......................................................................................33

2.6.Методы статистической обработки экспериментальных данных ... 35 ГЛАВА 3. РАНЖИРОВАНИЕ ПОКАЗАТЕЛЕЙ СОМ, ВЛИЯЮЩИХ

НА ЕГО ХРАНИМОУСТОЙЧИВОСТЬ............................................................................36

3.1. Детализация показателей хранимоустойчивости - Б А-диаграммы Росса..........................................................................................................................................................................39

3.2.Многоуровневая структура показателей хранимоустойчивости .... 38

3.3. Базовый метод оценки показателей хранимоустойчивости..................41

ГЛАВА 4. ФОРМИРОВАНИЕ И ДИНАМИКА ПОКАЗАТЕЛЕЙ,

ВЛИЯЮЩИХ НА СРОК ХРАНЕНИЯ СОМ................................................................47

4.1. Активность воды............................................................................................................................47

4.1.1. Изменение активности воды при выработке, хранении и увлажнении СОМ............................................................................................................................47

4.1.2. Влияние состава и кислотности продукта на активность воды

СОМ..............................................................................................................................................................52

4.1.3. Влияние активности воды на изменение органолептических

показателей СОМ в процессе его хранения..................................................................58

4.2. Микробиологические показатели..............................................................................................................60

4.2.1. Динамика микробиологических показателей при производстве и хранении СОМ............................................................................................60

4.2.2. Влияние микробного состава молока-сырья на микробиологические показатели СОМ......................................................................63

4.2.3. Влияние микробного состава молока-сырья на органолептические показатели СОМ..............................................................................64

4.3. Показатели состава продукта..........................................................................................................................65

4.4.Прогнозирование срока хранения СОМ....................................................................70

4.5. Заключение по главе 4................................................................................................................73

ГЛАВА 5. ПРАКТИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ

ИССЛЕДОВАНИЯ....................................................................................................................................74

5.1. Совершенствование технологии СОМ............................................................................74

5.2. Характеристика СОМ повышенной хранимоустойчивости....................76

5.3. Обоснование срока годности продукта......................................................................80

ВЫВОДЫ............................................................................................................................................................83

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ......................................................85

ПРИЛОЖЕНИЯ............................................................................................................................................98

Приложение 1 ТУ 9223-006-00482660-2011 Технические условия.

Молоко сухое обезжиренное повышенной хранимоустойчивости..........98

Приложение 2 ТИ ТУ 9223-006-00482660-2011 Технологическая инструкция Молоко сухое обезжиренное повышенной

хранимоустойчивости..........................................................................................................................114

Приложение 3 Акт производственной проверки технологического

процесса производства сухого обезжиренного молока..........................................142

Приложение 4 Акты экспертизы органолептической оценки СОМ в

процессе хранения....................................................................................................................................146

Приложение 5 Протокол испытаний СОМ по микробиологическим

показателям......................................................................................................................................................154

Приложение 6 Классификация сухих продуктов переработки молока 155 Приложение? Экономическая оценка внедрения усовершенствованной технологии СОМ...................................................................... 159

ВВЕДЕНИЕ

Обеспечение населения молоком и молочными продуктами за счет собственного производства, преодоление зависимости страны от импортных поставок - приоритетные задачи агропромышленного комплекса страны. Национальный проект «Развитие АПК» трансформирован в государственную программу развития сельского хозяйства и регулирования рынков сельскохозяйственной продукции, сырья и продовольствия на 2008 - 2012 гг., в которой особое место отведено дальнейшему развитию молочной промышленности. Поставлена задача - увеличить производство молока к 2012 г. почти на 15 % и довести его объемы до 37 млн. т /37,85,89,146/.

Однако молоко представляет собой высокопитательную среду для развития микроорганизмов и подвергается бактериальной и ферментативной порче. Срок хранения его, даже в охлажденном состоянии, исчисляется часами. Увеличить срок хранения молока возможно путем его консервирования.

Производство продуктов консервирования молока является важной отраслью хозяйства страны. Сгущенные и сухие молочные консервы транспортабельны, обладают рядом функциональных свойств, используются и для непосредственного употребления, и для производства широкой гаммы пищевых продуктов.

Значительный вклад в развитие молочно-консервного производства внесли фундаментальные и прикладные исследования отечественных ученых Липатова H.H., Харитонова В.Д., Радаевой И.А., Чекулаевой J1.B., Петрова А.Н., Галстяна А.Г., Голубевой JI.B., Гнездиловой А.И., Полянского К.К. и многих других.

В последние годы большое распространение получили технологии молокосодержащих консервов, экономическая целесообразность выработки которых бесспорна, однако резервы для совершенствования технологий традиционных консервов далеко не исчерпаны.

Актуальность выбранной темы

Увеличение сроков хранения молочных консервов в 2-3 раза, расширение числа оценочных критериев качества, в том числе выполнение измерений активности воды, разработки, направленные на повышение качественных показателей и пищевой ценности, определены ВНИМИ в числе перспективных направлений развития науки и производства в молочно-консервной отрасли /24,108/. В связи с этим актуальны исследования, направленные на изучение показателей, влияющих на хранимоустойчивость сухого обезжиренного молока (далее по тексту СОМ), определение механизма формирования этих показателей, а также тестирование сроков годности и хранения продукта.

Срок годности и срок хранения пищевого продукта - равнозначные характеристики хранимоустойчивости. Срок хранения - это период, в течение которого пищевой продукт при соблюдении установленных условий хранения сохраняет свойства, указанные в нормативном или техническом документе. Истечение срока хранения не означает, что продукт непригоден для использования по назначению. Срок годности пищевого продукта определяется периодом времени, исчисляемым со дня его изготовления, в течение которого пищевой продукт пригоден к использованию. Этот период включает в себя хранение на складе изготовителя, транспортирование, хранение в организациях продовольственной торговли и у потребителя после закупки. Срок годности СОМ, рекомендуемый типовой технологической инструкцией по производству продукта (ТТИ ГОСТ Р 52791-2007), двенадцать месяцев /125/.

Известно большое число работ и публикаций по увеличению сроков хранения молока и молочных продуктов Харитонова В.Д., Радаевой И.А., Галстяна А.Г., Петрова А.Н., Штальберг С.М. Чекулаевой J1.B, Голубевой Л.В., Пономарева А.Н., Полянского К.К. и других, предлагавших отдельные технологические приемы и/или внесение различных пищевых добавок. Однако с позиции здорового питания актуальна выработка СОМ с

увеличенным сроком хранения без пищевых добавок, путем повышения требований к сырому молоку, изменения состава продукта, системы производственного контроля, регулирования технологических процессов. При этом увеличение срока хранения СОМ может стать комплексной программой, элементами которой будут повышение качества сырого молока и модернизация производства: повышение эффективности сепарирования, переход на многостадийную сушку, разработка и внедрение современных средств измерений для программы производственного контроля.

Работа выполнялась в 2006-2010 гг. в ФГБОУ ВПО «Вологодская государственная молочнохозяйственная академия им. Н.В.Верещагина» в соответствии с планом НИР по теме «Совершенствование традиционных и создание новых технологий молочных продуктов с высокой пищевой и биологической ценностью на основе повышения качества, рационального использования молочного сырья и современных методов его обработки» (номер государственной регистрации 0120.0802655).

Цели работы и задачи исследований

Целью работы является совершенствование технологии СОМ для увеличения его срока хранения. Для достижения поставленной цели были определены основные задачи исследования:

• выбор и ранжирование показателей хранимоустойчивости СОМ;

• изучение активности воды как оценочного критерия качества СОМ;

• исследование закономерностей формирования показателей, определяющих хранимоустойчивость, и их динамики при хранении СОМ;

• разработка модели прогнозирования срока хранения продукта;

• определение требований к сырью, к составу продукта и технологических приемов получения СОМ повышенной хранимоустойчивости;

• определение пищевой ценности и срока годности продукта;

• разработка комплекта технической документации на продукт;

• промышленная апробация усовершенствованной технологии;

• разработка классификации сухих продуктов переработки молока, включающей продукты повышенной хранимоустойчивости.

Научная новизна

Предложена модель прогнозирования срока хранения СОМ на основе кластерного анализа балльных профилей активности воды продукта и микробиологических показателей молока-сырья.

Расширены теоретические сведения об активности воды. Исследовано влияние состава и кислотности СОМ на показатель активности воды продукта. Получена статистическая модель, адекватно аппроксимирующая зависимость активности воды СОМ от массовой доли лактозы продукта. Получены новые данные о влиянии активности воды СОМ на изменение органолептических показателей продукта в процессе хранения.

Установлено и подтверждено эмпирическим уравнением снижение фактических потерь белка при выработке сухого продукта из обезжиренного молока с повышенным содержанием сухих веществ.

Научно обоснована и экспериментально подтверждена возможность увеличения срока годности СОМ до 15 месяцев.

Практическая значимость

На основе теоретических и экспериментальных исследований усовершенствована технология СОМ. Разработаны и утверждены технические условия ТУ 9223-006-00482660-2011 Молоко сухое обезжиренное повышенной хранимоустойчивости и технологическая инструкция ТИ ТУ 9223-006-00482660-2011 по производству СОМ со сроком годности 15 месяцев. Массовые доли воды и лактозы СОМ, соответствующие определенному значению активности воды, определены на основании разработанной статистической модели формирования показателя активности воды.

Изданы рекомендации по совершенствованию технологии СОМ для увеличения его срока годности.

Получены фактические показатели качества: активность воды, КМАФАнМ, количество психрофильных микроорганизмов, дрожжей, плесневых грибов, бактерий группы кишечных палочек по этапам производства СОМ.

Подтверждена повышенная пищевая ценность и определен срок годности продукта.

Проведена промышленная апробация выработки СОМ со сроком годности 15 месяцев в условиях ФГУП УОМЗ ВГМХА имени Н.В.Верещагина.

Основные положения, выносимые на защиту:

• ранжирование факторов, влияющих на хранимоустойчивость СОМ;

• статистическая модель формирования активности воды СОМ;

• прогнозирование срока хранения СОМ на основе кластерного анализа балльных профилей активности воды продукта и микробиологических показателей сырого молока, направляемого на выработку продукта;

• предложения по совершенствованию технологии СОМ для увеличения срока хранения продукта и повышения его пищевой ценности.

Соответствие диссертации паспорту научной специальности. Диссертационное исследование соответствует п. 1, 4, 5 паспорта специальности 05.18.04 - «Технология мясных, молочных и рыбных продуктов и холодильных производств».

Апробация работы

Основные результаты работы были доложены и представлены на международной научно-практической конференции ВГМХА, посвященной 95-летию академии (Вологда, 2006), международной научно-практической конференции «Биотехнология. Вода и пищевые продукты» (Москва, 2008), международной научно-методической конференции ВГМХА, посвященной 98-летию академии (Вологда, 2009), научно-практической конференции ВГМХА, посвященной 100-летию академии (Вологда, 2011).

Результаты исследований используются в учебном процессе на технологическом факультете Вологодской государственной

молочнохозяйственной академии им. Н.В.Верещагина при изучении дисциплины «Технология молочных продуктов». В проведении исследований участвовали студенты, выполнившие дипломные работы исследовательского характера.

Публикации

По материалам диссертации опубликовано 10 работ, в том числе две работы в печатном издании, рекомендованном ВАК.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, аналитического обзора литературы, результатов исследования и их анализа, выводов, списка литературы из 182 наименований и приложений. Основное содержание работы изложено на 97 страницах машинописного текста, включает 26 таблиц и 32 рисунка.

ГЛАВА 1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1. История производства и проведения исследований сухого молока

Сушка - самый древний способ консервирования молока. В России о сухом молоке знали еще в конце 18 века, что подтверждается сообщениями И.Ериха и О.Кричевского /74/, опубликованными в трудах Вольного экономического общества в 1792 и 1808 г.г., и опытами К.С. Кирхгофа, описанными в Технологическом журнале Российской Академии наук /20,51/.

Названные публикации опровергают утверждения авторов монографий Ц.Кноха /54/ и О.Ханзикера /133/ о том, что сухое молоко впервые появилось на Западе.

Производство сухого молока в России началось в 1917 г. на Кардымовском молочно-консервном заводе /138/, планирование заводов и становление молочно-консервной промышленности - в 1931 г. /4,41,54/. Темпы развития данной отрасли были различны, наибольшее развитие приходится на 1965-1986 гг./4, 12, 38, 50, 56, 117, 123,138/.

В 1933 г. была создана научно-исследовательская лаборатория ЦНИЛГлавконсервмолоко, которая в дальнейшем вошла в состав ВНИМИ.

В период развития молочно-консервной промышленности проводились обширные исследования по совершенствованию технологии сушки, а также по созданию агломерированных и быстрорастворимых сухих молочных продуктов. Всестороннему изучению подвергались и подвергаются: состав, свойства и структура сухих молочных продуктов, предопределяющие их способность к восстановлению и пищевую ценность восстановленных молочных продуктов.

Научные основы процессов и технологии сушки изложены в фундаментальных работах выдающихся исследователей. Основные направления научных исследований по сухому молоку и их авторы приведены в таблице 1.1.

Таблица 1.1 - Проведение научных исследований в области сухого молока

Направления научных исследований Авторы, источники информации

Разработка теории сушки Лурье М.Ю. /77/; Лебедев П.Д. /67, 68/; Федоров Н.В. /128/; Лыков A.B. /78,79/; Кук Г.А. /66/; Гинзбург А.С./ЗЗ/; Липатов H.H., Харитонов В.Д./71, 73/

Обогащение сухого молока питательными веществами и витаминами Цуго Т. /137/; Коночи Дж., Уилкинсон Р. /57/; Морио М., Каванами Т. /86/; Фрагнер, Би�