автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.04, диссертация на тему:Научные и практические основы производства плавленных сыров с зерновыми добавками

РГ6 ОА

«о едЦ'^ '¡Пг'7 На правах рукописи

МЕНХЛИДИЯ ВЛАДИМИРОВНА

НАУЧНЫЕ И ПРАКТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРОИЗВОДСТВА ПЛАВЛЕНЫХ СЫРОВ С ЗЕРНОВЫМИ ДОБАВКАМИ

Специальность 05.18.04 - технология мясных, молочных и

рыбных продуктов

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Кемерово 1996

Работа выполнена в Кемеровском технологическом институте пищевой промышленности

Научный руководитель - заслуженный деятель науки и техники РФ,

академик МАХ, член-корреспондент РИА, доктор технических наук, профессор Л.А. Остроумов

Официальные оппоненты - доктор сельскохозяйственных наук,

профессор М.А. Гейшин

- кандидат технических наук, доцент И.В. Буянова

Ведущее предприятие - Алтайский филиал Всероссийского научно-

исследовательского института маслодельной и сыродельной промышленности

Защита диссертации состоится " /<$ " января " 1997 г. в /О час. на заседании диссертационного совета Д 064.67.01 в Кемеровском технологическом институте пищевой промышленности по адресу: 650060, г. Кемерово, бульвар Строителей, 47.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Кемеровского технологического института пищевой промышленности

Автореферат разослан" декабря 1996 г.

Ученый секретарь диссертационного Совета кандидат технических наук, доцент

Н.Н. Потипаева

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Поступление с продуктами белков, жиров, углеводов и других компонентов должно сопровождаться введением соответствующего количества балластных веществ. В связи с этим в последние годы все больше внимания уделяется пищевым волокнам. Большая заслуга в разработке теории и практики производства и использования пищевых волокон принадлежит Дудкину М.С., Черно Н.К., Казанской И.С., Вайнштейну С.Г. и другим. Исследованиями последних лет доказана прямая зависимость роста заболеваний (ожирение, ишемическая болезнь сердца, сахарный диабет и другие) от снижения потребления населением пищевых волокон. Они выводят из организма некоторые метаболиты пищи, регулируют физиологические и биохимические процессы в органах пищеварения, способствуют улучшению усвояемости пищевых нутриентов. Фактическое потребление пищевых волокон в суточном рационе не превышает 20 - 22 г, хотя потребность в них взрослого человека колеблется от 30 до 70 г в сутки. Пивная дробина является ценным источником пищевых волокон и растительного белка. Одним из направлений решения задачи обеспечения сбалансированного питания является создание комбинированных пищевых продуктов, в том числе продуктов на молочной основе. Технологический процесс производства плавленых сыров позволяет целенаправленно управлять их составом и свойствами путем введения различных добавок.

Использование пивной дробины в производстве плавленых сыров позволит повысить биологическую и пищевую ценность продукта, применять их для диетического питания, расширить ассортимент плавленых сыров и сэкономить основное сырьё.

Цель работы и задачи исследований: Целью данной работы является разработка теоретических и практических основ производства плавленого сыра с использованием пивной дробины.

Поставленная цепь достигается решением следующих задач:

- изучить состав и свойства пивной дробины в связи с использованием ее в производстве плавленых сыров;

- разработать технологию получения порошкообразного продукта из пивной дробины;

- изучить микробиологические показатели порошкообразного продукта из пивной дробины;

- изучить влияние основных технологических параметров на формирование плавленого сыра;

- изучить влияние пивной дробины на способность плавленого сыра к хранению;

- изучить состав и биологическую ценность плавленого сыра с пивной дробиной;

- разработать нормативную документацию на получение порошкообразного продукта из пивной дробины и плавленого сыра с его использованием.

Научная новизна работы: Впервые исследована возможность использования пивной дробины в производстве плавленых сыров. Изучены состав, физико-механические свойства пивной дробины. Методом дериватографического анализа изучено физическое состояние и свойства воды в пивной дробине. Исследован процесс ее измельчения и разработана технология получения порошкообразного продукта. Выявлено влияние основных технологических факторов (температуры плавления, дозы пивной дробины и массовой доли жира) на органолептические показатели, состав и свойства плавленого сыра. Получены математические модели, описывающие эти процессы. Изучены состав и биологическая ценность плавленого сыра.

Практическая значимость: Разработана технология производства плавленого сыра "Ячменный" с использованием порошкообразного продукта из пивной дробины, позволяющая экономить молочное сырье, повысить биологическую и пищевую ценность продукта.

На плавленый сыр "Ячменный" и порошкообразный продукт из пивной дробины разработана и утверждена нормативная документация (ТУ9184-015-02068315-96 и ТУ9225-017-02068315-96).

Экономический эффект от внедрения новой технологии составляет 856 тысяч рублей на одну тонну готовой продукции (по ценам на ноябрь 1996 года).

Апробация работы: Основные положения диссертации докладывались на: четвертой Всесоюзной научно-технической конференции "Разработка комбинированных продуктов питания" (Кемерово, 1991), на научных конференциях Кемеровского технологического института пищевой промышленности.

Публикации: По теме диссертации опубликовано 11 работ.

Структура и объем диссертации: Диссертационная работа состоит из введения, трех глав, основных выводов, списка литературы (135 источников) и приложений. Основное содержание работы изложено на 111 страницах машинописного текста, включает 24 рисунка и 20 таблиц.

МЕТОДОЛОГИЯ ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ

Общая схема исследований приведена на рисунке 1. Весь цикл исследований состоит из нескольких взаимосвязанных блоков.

Первый блок работы посвящен изучению состава и свойств пивной дробины с первоначальной влажностью(83+3)% и высушенной до влажности (11±1)%. Изучены следующие показатели: содержание основных компонентов пищевых волокон, коэффициент теплопроводности и температуропроводности, физическая плотность, угол естественного откоса, насыпная плотность, угол внутреннего трения.

Во втором блоке решали задачу по отработке технологии подготовки пивной дробины для использования в производстве плавленых сыров. Предварительная подготовка состояла из нескольких этапов: первый - выбор центрифуги для обезвоживания пивной дробины до промежуточной влажности (57±3 %); второй - выбор типа сушилки с целью высушивания пивной дробины до влажности (11 ±1)%; третий - разработка технологии получения порошкообразного продукта из пивной дробины.

Проводили микробиологические исследования полученного порошкообразного продукта из пивной дробины.

В третьем блоке изучали влияние основных технологических факторов на результирующие параметры (органолептические показатели и влажность сыра). Исследовали следующие факторы: дозу вносимого наполнителя в интервале от 5 до 20 %, массовую долю жира в сухом веществе от 20 до 45 %, температуру плавления от 70 до 90 °С. В плавленом сыре определяли органолептические показатели и массовую долю влага. С помощью математического планирования эксперимента подбирали варианты опытных выработок плавленых сыров. Полученные результаты обрабатывали методом регрессионного анализа, вследствие чего получали математические модели, которые описывали зависимость результирующих параметров от изучаемых факторов. Получали графические изображения изучаемых зависимостей для проведения анализа полученных результатов и обоснования рациональных технологических режимов, позволяющих получать плавленый сыр с хорошими органолептиче-скими показателями.

В четвертом блоке отрабатывали технологию производства плавленого сыра с пивной дробиной, изучали пищевую и биологическую ценность плавленого сыра "Ячменный", проводили микробиологическое исследование сыра и определяли сроки его хранения.

В заключении работы разработали и утвердили нормативную документацию на производство порошкообразного продукта из пивной дробины и плав-

Блоки исследований Изучаемые факторы Контролируемые параметры

Рис. 1. Схема проведения исследований

леного сыра "Ячменный" (ТУ 9184-015-02068315-96 и ТУ 9225-017-0206831596) и рассчитали экономическую эффективность.

При выполнении работы использовали стандартные методы исследований. Органолептические показатели сыра оценивали по 30-балльной шкале.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ Изучение состава и свойств пивной дробины

Основными компонентами пивной дробины являются целлюлоза (17,3±0,5), гемицеллюлозы (33,0±1), лигнин (10,02+0,5) % от абсолютно сухого вещества. Таким образом, исследуемые образцы пивной дробины являются богатым источником пищевых волокон.

Минеральный состав дробины представлен фосфором, калием, кальцием, магнием и другими элементами. Соотношение между кальцием, фосфором и магнием составляет 1,0 : 1, 2 : 0,7.

В состав жиров пивной дробины входят эссенциальные жирные кислоты (в % к общему количеству липидов): линолевая 43,7; линоленовая 0,44.

В пивной дробине содержится значительное количество протеина. В таблице 1 приведен ее аминокислотный скор.

Таблица 1

Аминокислотный скор пивной дробины

Аминокислоты Уровень, предлагаемый ФАО/ВОЗ, г/100 г белка Массовая доля, г/100 г белка Скор, %

валин 5,0 5,2 104,0

лейцин 7,0 8,4 120,0

изолейцин 4,0 4,0 100,0

лизин 5,5 4,5 78,2

метионин+цист. 3,5 3,9 111,4

треонин 4,0 3,5 87,5

триптофан 1,0 1,1 110

фенилаланин+тирозин 6,0 7,1 118,3

Лимитирующими аминокислотами в белке пивной дробины являются лизин и треонин. Следует отметить, что скор этих аминокислот в белках молока равняется 148,4 и 122,5 соответственно.

Изучены теплофизические свойства пивной дробины. Количественной ме-

рой теплофизических свойств являются ее теплофизические характеристики: удельная теплоемкость, коэффициент температуропроводности, коэффициент теплопроводности.

Полученные значения теплофизических характеристик сведены в таблицу 2

Таблица 2

Теплофизические характеристики пивной дробины

Влажность, ь % Коэффициент теплопроводности, X. Вт/м-град Удельная теплоемкость, Г.дж/кг-град Коэффициент температуропроводности, а-10'. м2 /сек

83±3 0, 631±0,01 3971±10 0,1504±0,001

Для выбора рационального способа измельчения пивной дробины изучены физико-механические свойства продукта с влажностью (11±1)%. Основные физико-механические характеристики пивной дробины представлены в таблице 3.

Таблица 3

Основные физико-механические характеристики пивной дробины с количеством сухих веществ (89+1) %

Насыпная плотность кг / м*. Угол естественного откоса, град. Угол внутреннего трения, град. Размер частиц, мм.

180 ±5 35 ±2 38 ±2 до 2,5

Отработка технологии подготовки пивной дробины для использования в производстве плавленых сыров

При высокой влажности пивная дробина имеет очень короткий срок реализации (до 24 часов). Это обуславливает актуальность проблемы консервации пивной дробины, которую наиболее целесообразно осуществлять обезвожи-

ванием. В связи в этим была разработана технология предварительной подготовки пивной дробины, технологическая схема которой приведена на рис. 2.

Для минимизации общих затрат на обезвоживание рассматривали этот процесс как комплекс (центрифуга-сушилка), что дает оптимальный результат.

Разделение неоднородных жидких систем методом центрифугирования является одним из распространенных промышленных способов. Нами была выбрана непрерывнодействующая центрифуга типа ФГП - фильтрующая, горизонтальная с пульсирующей выгрузкой осадка, унос твердой фазы в которой минимален.

Следующим этапом в технологической схеме является сушка до влажности (11±1)%.

Выбор конструкции сушилки и режима сушки должен производиться с учетом физико-механических и теплофизических свойств высушиваемого материала, а также состояния влаги в материале. В связи с этим нами было проведено исследование состояния влаги в пивной дробине методом дериватогра-фического анализа. Температура окружающего воздуха в печи дериватографа и скорость сушки материала могут быть идентичными с режимными параметрами сушки в промышленных аппаратах, что повышает надежность исследований. Определено, что пивная дробина в своем составе содержит значительное количество свободно связанной влаги (до 45 %).

Установлено - сушку пивной дробины следует осуществлять в следующих типах аппаратов: вальцевые сушилки, сушилки псевдоожиженного вихревого слоя, спиральные сушилки.

Следующим этапом в технологической схеме является получение порошкообразного продукта из пивной дробины. Результаты экспериментов, проведенных на различном помольном оборудовании, показали, что предварительное измельчение пивной дробины следует осуществлять в дисковой мельнице, окончательное в дезинтеграторе. Необходимо отметить отсутствие частиц с размером 0,4 - 0,65 мм., незначительное содержание (5 %) фракции 0,25 - 0,4 мм. Получен максимальный выход (73 %) фракции с размером частиц до 0,1 мм. Это позволяет судить о высоком качестве порошкообразного продукта из пивной дробины, который может быть использован в качестве наполнителя в производстве плавленого сыра.

Микробиологические исследования порошкообразного продукта из пивной дробины показали, что свежеприготовленный продукт содержит незначительное количество микроорганизмов. Хранение порошкообразного продукта из пивной дробины целесообразно осуществлять не более 1 года при относительной влажности воздуха не выше 70 % и температуре от 12 до 16 °С.

Рис. 2 Технологическая схема подготовки пивной дробины

Изучение основных закономерностей формирования плавленых сыров с пивной дробиной

Зависимость вкуса и запаха плавленого сыра (У^), его консистенции (У2) и массовой доли влаги в сыре (У3) от температуры плавления (Х1), дозы внесения пивной дробины (Х2) и массовой доли жира (Хз) выражается следующими уравнениями регрессии (математические модели):

К, = -29,8391 + 0,6302*, 4-1,0601*, + 0,8052*3 - 0,0042*,2 - 0,0498*22 - 0,0119*2 + + 0,001 IX,X, + 0,0019*2*,

К = -17,8516 + 0,5501 .V, -0,8764*, +0,8201*, -0,0050*,2 -0,0139*2 -0,0128*2 + + 0,0142*,*, + 0,0028*2 *,

У. =■ 73,5693-0,3023^, + 0,6938Л\ -0,4658*, + 0,0022 .V; -0,0129. У' + 0,0039 Д\; -- 0,0046 Л] X, - 0,0023 .V, А'.

Установлено, что на органолептические показатели плавленого сыра влияют все три параметра. На массовую долю влаги существенное влияние оказывает доза внесения пивной дробины и массовая доля жира.

На рисунках 3 и 4 приведены примеры, характеризующие зависимость ор-ганолептических показателей плавленого сыра от изучаемых параметров.

Доказано, что рациональными режимами, позволяющими получать плавленый сыр с хорошими органолептическими показателями являются: температура плавления от 77 до 80 °С, доза пивной дробины 12 %, массовая доля жира в сухом веществе 35 %.

Практическая реализация результатов исследований

Определение рациональных режимов, позволяющих получать плавленый сыр с хорошими органолептическими показателями, позволило создать новый вид плавленого сыра с использованием пивной дробины, получивший название "Ячменный".

Плавленый сыр "Ячменный" вырабатывали из твердых сычужных сыров, сыра нежирного, масла коровьего с добавлением пивной дробины и солей-плавителей.

Особенностью технологии производства плавленого сыра "Ячменный" является включение в рецептуру специально подготовленной пивной дробины в количестве около12 % к общему количеству сырной смеси. Технологический процесс производства плавленого сыра осуществляется в следующей последовательности: подбор и подготовка сырья к плавлению; плавление при температуре(70-72)°С; внесение порошкообразного продукта из пивной дробины в количестве 12 %; плавление при температуре(77-80)°С; гомогенизация при давлении 10x106 Па; расфасовка в тару из полимерных материалов массой от 100 до 250 г; охлаждение до температуры(6±2)°С; упаковка.

Следует отметить, что сыр хорошо сбалансирован по содержанию незаменимых аминокислот.

Установлено, что использование в качестве наполнителя порошкообразного продукта из пивной дробины существенно не влияло на микробиологические показатели сыра в процессе хранения. Срок хранения плавленого сыра "Ячменный" составляет 40 суток при температуре(0 ±2} °С.

Для анализа биологической ценности плавленого сыра использовали метод подсчета аминокислотного скора, который приведен в таблице 4

Рис.3 Зависимость вкуса и запаха : Рис.4 Зависимость консистенции :

от 1 - температуры плавления (Х1), 2 - дозы пивной дробины (Х2), 3 - массовой доли жира (Хз)

Таблица 4

Биологическая ценность плавленого сыра "Ячменный"

Аминокислоты Уровень, предлагаемый ФАО/ВОЗ, г/100 г белка Массовая доля г/100 г белка Скор, %

Валин 5,0 5,73 114,6

Лейцин 7,0 8,73 124,7

Изолейцин 4,0 4,01 100,3

Лизин 5,5 5,51 100,2

Метионин+цист. 3,5 3,31 94,6

Треонин 4,0 4,05 101,3

Триптофан 1,0 2,24 224,0

Финилаланин+тирозин 6,0 7,33 122,2

ВЫВОДЫ

1. Доказана возможность использования пивной дробины для получения комбинированных молочных продуктов.

2. Исследованы состав и свойства пивной дробины. Основными компонентами химического состава являются: целлюлоза -(17,3±0,5)%, гемицеллюлозы -(33,0±1)%, лигнин -(10,02±0,5)%, протеин -(23±1)% от абсолютно сухого вещества. Определены физико-механические, теплофизические свойства пивной дробины.

3. Впервые методом дериватографического анализа изучено состояние влаги в пивной дробине. Установлено, что пивная дробина содержит в своем составе значительное количество (до 45 %) свободно связанной влаги.

4. Разработана технология предварительной подготовки пивной дробины для использования в качестве пищевой добавки, включающая в себя следующие этапы: предварительное обезвоживание способом центрифугирования до влажности(57±3)%, сушка до влажности(11+1)%, измельчение.

5. Проведены экспериментальные исследования процесса измельчения на различном помольном оборудовании. Установлено, что для разрушения агломератов, образующихся в процессе сушки, необходимо предварительное измельчение пивной дробины в дисковой мельнице и окончательное измельчение в дезинтеграторе. В результате комплексного использования дисковой мельницы и дезинтегратора получен порошкообразный продукт из пивной дробины (ТУ 9184-015-02068315-96) требуемой дисперсности (не более 0,4 мм).

6. Изучены микробиологические показатели порошкообразного продукта из пивной дробины в процессе хранения. Установлено, что свежеприготовленный

порошкообразный продукт содержит незначительное количество микроорганизмов, что обусловлено режимом сушки. Определен срок хранения порошкообразного продукта из пивной дробины.

7. Изучено влияние основных технологических факторов (температуры плавления, дозы пивной дробины, массовой доли жира) на формирование плавленого сыра. Получены математические модели, характеризующие зависимость вкуса и запаха сыра, его консистенции, содержания в нем влаги от основных технологических факторов. Установлено, что на органолептические показатели плавленого сыра влияют все изучаемые факторы.

8. Определены рациональные режимы, позволяющие получать плавленый сыр с хорошими органолептическими показателями: температура плавления от 77 до 80 °С, доза внесения пивной дробины - 12 %, содержание жира - 35% от абсолютно сухого вещества.

9. Разработана технология получения плавленого сыра "Ячменный" с использованием пивной дробины (ТУ 9225-017-02068315-96).

ПЕРЕЧЕНЬ ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1. Арапов В.М., Менх Л.В. Изменение фракционного состава воды в процессе сушки пивной дробины // Разработка комбинированных продуктов питания: Тезисы докладов IV Всесоюзной научно-технической конференции. -Кемерово, 1991.-Раздел ll.-C.38.

2. Арапов В.М., Менх Л.В. Анализ физико-химических моделей кинетики сушки // Сборник научных трудов "К совершенствованию технологических процессов и оборудования пищевой промышленности". -Кемерово, 1992. -С.20.

3. Остроумов Л.А., Менх Л.В. Зерновой продукт из ячменя - диетическая добавка в производстве плавленого сыра // Комбинированные пищевые продукты: Тезисы научных работ. -Кемерово, 1996. - С.11.

4. Менх Л.В., Брезе О.Э. Исследование состояния влаги в продуктах растительного происхождения методом дериватографического анализа // Комбинированные пищевые продукты: Тезисы научных работ-Кемерово, 1996. -С.53.

5. Менх В.Г., Потапов А.Н., Менх Л.В. Разработка технологии процесса смешения для получения высококачественных смесей на основе мясных и молочных продуктов // Комбинированные пищевые продукты: Тезисы научных работ -Кемерово, 1996. -С.54.

6. Романенко Ю.В., Брезе О.Э., Менх Л.В. Подготовка пищевых полуфабрикатов из растительного сырья // Комбинированные пищевые продукты: Тезисы научных работ. -Кемерово, 1996. -С.56.

7. Семенов А.Г., Менх Л.В., Брезе О.Э. Экспериментальное исследование теплофизических свойств растительного сырья // Комбинированные пищевые продукты: Тезисы научных работ -Кемерово, 1996. - С.64.

8. Менх Л.В. Зерновой продукт из ячменя - источник пищевых волокон II Новые технологии: Тезисы научных работ -Кемерово, 1996. -С.46.

9. Менх Л.В., Руднев С.Д. Исследование процесса измельчения зернового продукта из ячменя // Новые технологии: Тезисы научных работ -Кемерово, 1996.-С.45.

10. Менх Л.В., Еремина И.А. Микробиологическое состояние плавленого сыра с наполнителем из зернового продукта // Новые технологии: Тезисы научных работ -Кемерово,1996.-С.44.

11. Менх Л.В., Брагинский В.И. Влияние основных технологических параметров на вкус и запах плавленого сыра // Новые технологии: Тезисы научных работ -Кемерово, 1996.-С.43.