автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.04, диссертация на тему:Научные основы стабилизации структуры замороженных молочных продуктов

•ТЕ ОД

1 з О! 213

На правах рукописи

ФИЛЪЧАКОВА НИНА НИКОЛАЕВНА

НАУЧНЫЕ ОСНОВЫ СТАБИЛИЗАЦИИ СТРУКТУРЫ ЗАМОРОЖЕННЫХ МОЛОЧНЫХ ПРОДУКТОВ

Специальность 05.1S.04 - технология мясных, молочных и рыбных продуктов

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степенн доктора технических наук

Москва 2000 г.

Работа выполнена в Санкт-Петербургском Государственном Университете низкотемпературных и пищевых технологий

Официальные оппоненты - доктор технических наук Павлов В.А.

- доктор технических наук Радаева И.А.

- доктор технических наук Ша2манова Г.П. Ведущее предприятие - Всероссийский научно-исследовательский

институт маслоделия и сыроделия

(ВНИИМС),

г. Углич

Защита диссертации состоится «_»_2000 г. в_час. на

заседании диссертационного Совета Д.020.62.01 Всероссийского научно-исследовательского института мясной промышленности (ГУ ВНИИМП) по адресу: 109316, Москва, ул. Талалихина, 26.

Отзыв на автореферат в двух экземплярах, заверенный печатью, просим направлять в адрес ученого секретаря Специализированного совета.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ВНИИМП.

Автореферат разослан ьМ&Л 2000 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических

наук, с.н.с. А.Н.Захаров

Л 35ГО. %-Л _ О

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В целях обеспечения населения высококачественными молочными продуктами необходимо научное обеспечение по созданию новых видов продуктов питания повышенной пищевой и биологической ценности, высокого потребительского качества и достаточно длительных сроков хранения. Одним из реальных путей решения поставленной народнохозяйственной задачи является разработка и широкое использование технологий интенсивного охлаждения и замораживания молочных продуктов, получения на их основе широкого ассортимента полуфабрикатов и готовых изделий.

Международный институт холода рассматривает расширение производства быстрозамороженных пищевых продуктов как перспективное направление в технологии сохранения пищи в XXI веке.

Несмотря на более высокие затраты на холодильную обработку и хранение, они окупаются за счет резкого сокращения потерь продуктов и сглаживания сезонности их потребления, а также получения перед употреблением продуктов и полуфабрикатов более высокого качества в сравнении с продуктами, подвергнутыми, например, тепловой обработке.

Молоко и ряд других молочных продуктов относятся к особенно скоропортящимся. Поэтому широкое применение технологии замораживания и холодильного хранения могли бы значительно способствовать сглаживанию сезонности потребления таких продуктов и гарантированию их высокого качества.

Проблемы замораживания и увеличения объемов молочных продуктов в замороженном виде тесно связаны с разработкой ресурсосберегающих технологий.

Большинство молочных продуктов агрегативно неустойчивы к замораживанию. Этим, в частности, объясняется ограниченное применение холодильной технологии в молочной промышленности.

Для предотвращения пороков качества молочных продуктов, связанных с изменением их структуры при замораживании, используют различные стабилизирующие вещества.

Однако, из-за отсутствия научной основы стабилизации замороженных дисперсных систем стабилизирующие вещества подбирают часто эмпирически. Это требует больших затрат труда, связанных с их подбором на основе изучения качества пищевых продуктов в процессе производства и холодильного хранения, и не всегда позволяет добиться желаемых результатов. Особую актуальность приобретают вопросы стабилизации структуры в связи с расширением ассортимента и необходимости создания новых структурированных продуктов питания высокого качества.

При решении проблемы повышения качества замороженных молочных продуктов важно выявить общие факторы, влияющие на растворы пи-

2

щевых дисперсных систем, и найти единый подход к их структурообразо-ванию и стабилизации в замороженном состоянии.

В связи с этим возникает необходимость в углубленном изучении свойств стабилизирующих веществ и их влиянии на молочные продукты при хранении в замороженном состоянии.

При решении поставленных задач исходили из теоретических основ физики растворов, физико-химической механики дисперсных систем, физ-химии, биохимии пищевых систем и технологии производства молочных продуктов, выполненных Воюцким С.С., Дерягиным Б.В., Грищенко А.Д., Липатовым Ю.С., Липатовым H.H., Радаевой H.A., Оленевым Ю.А., Та-лейсником М.А., Тихомировым В.К., Толостогузовым В.Б, Урьевым Н.Б., Arbucle W.S., Fennema О., Kalab М., Keeney P.G., Kinsella J. E., Mann E.J., Mulviliill D.M., Fox P.F., Reid T.F., SheraianP., Sommer H. и др..

Работа проводилась в соответствии с целевой комплексной научно-технической программой ГКНТ СССР ОЦ.ОЗО «Развитие производства биологически полноценных продуктов на основе комплексного использования сырья», а также в рамках научно-технических программ «Молоко», «Творог», «Холод» и направлена на решение проблем увеличения объемов продовольственных продуктов, повышения их качества и снижения потерь при производстве и хранении.

Цель и задачи исследований. Целью настоящей работы является разработка теоретических основ стабилизации структуры молочных продуктов, подвергаемых замораживанию, для создания принципиально новых технологий холодильной обработки молочных продуктов, увеличения сроков хранения и снижения потерь, производства биологически полноценных продуктов питания повышенного потребительского качества и внедрения результатов исследований в практику.

Для выполнения поставленной цели определены следующие задачи:

• изучить влияние структуры на качество замороженных продуктов;

• исследовать и обосновать роль стабилизирующих веществ в формировании и стабилизации структуры замороженных молочных продуктов;

• исследовать физико-химические процессы в замороженных продуктах в зависимости от режимов холодильной обработки и введения стабилизирующих смесей;

• исследовать и обосновать пути направленного регулирования качества замороженных продуктов путем использования эффективных стабилизирующих веществ и их смесей;

• разработать научно-обоснованные ресурсосберегающие технологии холодильной обработки и хранения молочных продуктов, создать высококачественные продукты питания с использованием отрицательных температур.

з

Научная новизна работы. Разработаны научные основы получения замороженных молочных продуктов высокого качества при комплексном использовании холодильной обработки и созданных эффективных стабилизирующих смесей.

Молочные продукты, подвергаемые замораживанию, претерпевают структурные и биохимические изменения. Создание в растворе биополимерных комплексов устойчивых к замораживанию путем введения эффективных стабилизаторов, а также направленной модификации белкового комплекса молока и вводимых стабилизаторов в ходе технологических процессов производства позволяют получать качественные замороженные продукты длительного хранения.

Впервые выявлено свойство стабилизирующих веществ образовывать в растворе биополимерные пленки с последующим их взаимодействием со структурными элементами пищевых систем. Разработана методология оценки структуры стабилизаторов и состояния структуры продукта, а также взаимосвязь и стабилизация структурных элементов в комплексе всей системы. Сформулированы требования к стабилизирующим веществам для замороженных молочных продуктов. Выявленный новый механизм действия стабилизирующих веществ позволяет прогнозировать качество замороженных продуктов. Обосновано создание стабилизирующих смесей с направленными свойствами для получения замороженных продуктов питания.

Впервые установлено, что формирование воздушной дисперсной фазы мороженого во фризере происходит в струйных потоках, обусловленных гидродинамической обстановкой во фризере, а также структурой и составом исходного раствора смеси. Для исследования формирования структуры мороженого в динамике разработан микроскопический метод определения дисперсности воздуха в мороженом.

Практическая значимость работы. Предложенные технологические решения научно обоснованы и проверены на практике. Результаты комплексных исследований реализованы в конкретных технологиях по интенсификации холодильной обработки и хранения творога и сыра, производства мороженого и сухих смесей для мороженого, быстрозамороженных полуфабрикатов на основе творога и сыра. Практическая значимость подтверждена актами предприятий по внедрению на Макеевском ГМЗ, Воронежском ГМЗ, Краснодарском заводе плавленых сыров, на Невельском молочно-консервном комбинате, на предприятиях по выпуску мороженого Воронежского, Владимирского и Московского областных объединений, на заводах быстрозамороженных продуктов в г. Москве и г. Гаграх, на Шатурском, Дмитровском и Белгородском мясокомбинатах.

Технические решения по интенсификации холодильной обработки

молочных продуктов, новые способы производства быстрозамороженных продуктов и мороженого защищены авторскими свидетельствами на изобретения и патентами. Полученные экспериментальные данные являются предпосылкой для более широкого использования принципа стабилизации сложных пищевых дисперсных систем подвергаемых замораживанию. Результаты теоретических и экспериментальных исследований использованы в монографиях, научных обзорах и статьях других авторов.

Апробация работы. Основные теоретические положения и результаты работы доложены на заседаниях Международного конгресса по Холоду (Италия 1974 и 1979 г., Франция 1983 г., Австрия 1987 г.), Международной конференции по сканирующей электронной микроскопии (США, 1989 г.), Всесоюзной конференции по сыроделию (г. Ереван, 1977 г.), Всесоюзного семинара «Пути повышения эффективности и использования искусственного холода» (г. Баку, 1978 г.), I зональной Северо-Кавказской научно-технической конференции (г. Краснодар, 1979 г.), Всесоюзной научно-технической конференции «Повышение эффективности процессов и оборудования холодильной и криогенной техники» (г. Ленинград, 1981 г.), Всесоюзного семинара «Использование искусственного холода для сокращенна потерь пищевых продуктов - важное средство в решении продовольственной программы страны» (г. Калининград, 1983 г.), Всесоюзной конференции «Пути увеличения выпуска и сохранения качества пищевых продуктов, внедрение безотходных и малоотходных технологий на основе использования искусственного холода» (г. Тбилиси, 1984 г.), Всесоюзной конференции «Пути интенсификации производства и применение искусственного холода в отраслях АПК» (г. Ташкент, 1985 г.), Всесоюзной научно-практической конференции «Производство и применение искусственного холода» (г. Ленинград, 1986 г.), Всесоюзной научно-практической конференции «Искусственный холод в отраслях агропромышленного комплекса» (г. Кишинев, 1987 г.), Всесоюзной научно-практической конференции «Пути интенсификации производства с применением искусственного холода в отраслях АПК, торговле и на транспорте (г. Одесса, 1989 г.), Всесоюзных семинарах работников мясной, молочной и рыбной промышленности (г. Москва 1985, 1986, 1987 гг.), Всесоюзных семинарах по молочной промышленности (г. Москва 1985, 1986, 1987 гг., г. Новочеркасск 1987 г.), организационно-тематических семинарах и секции «Техника и технология пищевых производств» Московского отделения Международной Академии Холода (г. Москва 1995,1996,1997,1998 гг.).

Разработанные технологии экспонировались на международных и региональных выставках.

Публикации. По- материалам диссертации опубликовано 68 печатных работ и получены 18 авторских свидетельств и патентов.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения,

семи глав, выводов, списка литературы, приложений. Материал изложен на 215 страницах машинописного текста, содержит 13 таблиц, 46 рисунков. Список литературы включает 467 наименования, в том числе 188 зарубежных авторов.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Введение. Во введении дано обоснование актуальности работы, сформулированы обхцая направленность, цель, научная новизна и практическая значимость работы.

В первой главе изложено состояние вопроса, проведен анализ научно-технической и патентной литературы по вопросам влияния замораживания на структуру молока и молочных продуктов, стабилизации пищевых дисперсных систем и свойств стабилизирующих веществ.

На основе анализа современных представлений физики растворов, свойств белков молока и стабилизаторов различной природы сформулирована концепция, в соответствии с которой молочные продукты, подвергаемые замораживанию, следует рассматривать как смесь биополимеров в растворе, для стабилизации которых необходимо создавать биополимерные комплексы, устойчивые к замораживанию. И выдвинута гипотеза, что такие комплексы возможно, по-видимому, получать путем введения биополимеров, устойчивых к замораживанию, а также путем направленной модификации белков молока в условиях технологического процесса производства молочных продуктов. Биополимерные комплексы будут формировать и стабилизировать двухфазные и многофазные дисперсные системы в замороженных продуктах.

В соответствии с основными положениями концепции поставлены конкретная цель и задачи исследований.

Во второй главе изложены организация проведения работа и метлы исследований, даны характеристики объектов исследований.

Исходя из поставленных задач изложены методологические подходы, включающие несколько исследовательских этапов, объединенных в общую схему (рис. I).

На первом этапе - определены методологические принципы проведения исследований, которые позволили объективно выделить и теоретически обосновать механизм действия стабилизирующих веществ в сложных пищевых системах и разработать эффективные стабилизирующие смеси для получения высококачественных молочных продуктов длительного срока хранения в замороженном состоянии.

На втором этапе - на базе установленной взаимосвязи состояния структуры молочных продуктов и физико-химических изменений разработаны рациональные способы холодильной обработки и хранения молочных продуктов, а также способы производства быстрозамороженных полуфабрикатов и мороженого.

Рис. 1 Схема праведешы исследований

Для выполнения работы наряду с общепринятыми методами использовали нетрадиционные современные методы исследований. Эффективную вязкость творога, сыра и полуфабрикатов на их основе определяли на ротационном вискозиметре «Реотест 2», динамическую вязкость растворов смесей мороженого и растворов стабилизаторов - на вискозиметре «Гепплера», предельное напряжение сдвига мороженого - на коническом пластометре КП-3 конструкции Воларовича. Устойчивость теста исследовали на фаринографе Брабендера, упругость и эластичность теста - на аль-веографе Шопена. Массовую долю растворимых азотсодержащих соединений определяли по методу Лоури, аминного азота - методом Коккинга и Йемма, дестабилизированного жира - по методу Шульца, свободных жирных кислот - методом титрования. Дисперсность жира исследовали микроскопическим методом. Микроструктуру водных растворов стабилизирующих веществ и пищевых смесей изучали с помощью сканирующего электронного микроскопа ОБМ-50А (Япония). Формирование воздушной фазы мороженого в динамике определяли по разработанному нами микроскопическому методу в проходящем свете. Математическую обработку экспериментальных данных проводили по результатам 5-10 повторностей методами математической статистики на компьютере.

В третьей главе представлены результаты исследований влияния замораживания на молоко и молочные продукты (творог, сыр), которые относятся к основным молочно-белковыми продуктам питания, а также являются сырьем для большого ассортимента полуфабрикатов и десертов.

Выявлено, что микроструктура молока до замораживания (рис. 2а) представляет собой соединенные между собой биополимерные пленки неправильной формы с размерами от 10 до 70 мкм. Они характеризуются неоднородностью, разрывами, имеются микропустоты и трещины. После размораживания исходная микроструктура раствора изменяется: целостность пленок нарушается, пустоты увеличиваются, наблюдаются скопления из плёнок и их остатков (рис. 26). Хлопьевидная структура молока наблюдается визуально через 20-30 дней хранения.

Снижение массовой доли растворимых азотсодержащих соединений, как небелковых (НБК), так и неказеиновых (НКА) в среднем соответственно на 20,0 и 6,4% (табл. 1), а также уменьшение рН молока в период хранеши с 6,7 до 6,5 ед. позволяют предположить, что основной причиной изменения микроструктуры молока являются агрегативные процессы белковых фракций с образованием устойчивых связей.

Изменения в структуре творога при замораживании зависят от скорости замораживания. Интенсивное замораживание до температуры минус 18°С кислотно-сычужного творога позволяет сохранить исходную структуру и практически исключить изменения показателей качества.

8

Рис и Микроструктура обезжиренного молока, а - д 1 эямораживания. б- после замораживания

таблица 1

Шмененпе раствор» \tsix азотсодержащих соединений молока в процессе замо-

ражпванш (у=4,2< и'с) и х ранения при температуре минус (18+2)сС

Образец НБА, г/100 г белка НКА, г/100 г белка

молоко до замораживания 1,18+0,13 13.22±0.88

молоко через 1 сутки храпе:мя 1,13±0.07 12,99±0,60

молоко через 10 суток хранения 0,97±0,09 12,58±0,76

молоко через 30 сутск хранения 0,93+0,09 12,43±0,69

Рис 3 Влияние скоросш п глубины замораживания (I) на эффекпшпун) вязкость (ч) при у=1»с"' Пахе (лшиш 1.11) и влагоудерживающую способность (\\') кислотно-сычужного тпорога с массовой долей жира ')% (линии 2Д1) 1,2- скорость замораживания 5,0л 10м/с

I' .21- скороси. замораживании 0,7х 106, м/с . .

Время хранения, мес

1'ис.

4 Влияние времени хранения и скоросш замораживания творога с массовой долей жира 9% на количество дестабилизированного жира (А) - линии I, I1 и кислотные числа (К) - линии 2, 2' :

6 -т.

I, 2- скорость замораживания 5,0* 10 м/с

I21 - скорость замораживания 0,7х |0'6 м/с

Падение эффективной вязкости творога при у=1хс-1 в 1,5 раза и вла-гоудерживающей способности на 18-22% при медленном замораживании со скоростью 0,7x10"6 м/с свидетельствует о снижении прочности связей в структуре творога (рис. 3). При интенсивном замораживании со скоростью 5,0х10"6 м/с микроструктура кислотно-сычужного творога была близка к исходной, влагоудерживающая способность практически не изменялась, снижение эффективной вязкости было в пределах 20%.

Изменения окислительных процессов молочного жира при хранении творога также зависят от скорости замораживания (рис. 4). Количество дестабилизированнного жира в медленно замороженном твороге к концу хранения увеличилось практически на 40%, кислотное число составило при этом 8,5 мг КОН, в то время как в быстрозамороженном твороге эти показатели изменились значительно в меньшей степени.

Изменение количества аминного азота, являющегося критерием, характеризующим изменение свойств белка в результате холодильной обработки, также зависит от скорости замораживания и времени хранения (рис. 5). Увеличение содержания аминного азота на 30% и снижение биологической ценности на 20% творога, замороженного со скоростью 0,7х10"бм/с, и после хранения при температуре минус 18°С в течении 6 месяцев свидетельствует об изменениях казеина на уровне первичной структуры макромолекул.

мг/млхЮ

сычужного творога: I - область замораживания II- область хранения

1- скорость замораживания 5,0х10'6 м/с

2-скорость замораживания 0,7х]0'{ м/с

Отличительной особенностью микроструктуры рассольного сыра является формирование более плотной белковой сетки с размером ячеек около 10 мкм.

Замораживание сыра приводит к растрескиванию, возникновению порока структуры (крошлпвость) и исключает возможность хранения его в замороженном состоянии.

Снижение эффективной вязкости при единичном градиенте скорости почти на 34% и влагоудерживающей способности па 9% указывает на существенное снижение межмолекулярных структурных связей в сыре под действием замораживания (табл. 2).

Таблица 2

Изменение структурно-механических свойств рассольного сыра под

действием замораживания (у=1,8х102 м/ч) до температуры минус (18+2)°С

Наименование показателей До замораживания После замораживания и оттаивания

Эффективная вязкость при у=1хс'1, Пахе 184,4+3,7 123,7+2,9

Влагоудерживающая способность, % 49,2±0,9 40,1+1,2

Положительные результаты получены при замораживании до температуры минус (18±2)°С во флюидизационом аппарате или па контактной поверхности и хранении сырного зерна для твердых сычужных сыров и домашнего сыра.

Вследствие быстрого замораживания микроструктура зерна была однородной, а общий вид не отличался от исходного. При этом зерно сохраняло форму, прочность и упругость. Структурно-механические свойства практически не менялись в течение б месяцев хранения.

Таким образом были созданы предпосылки замораживать и хранить сырное зерно в течение 4-6 месяцев и вырабатывать в межсезонный период твердые сычужные сыры и домашний сыр.

Проведенные исследования позволяют сделать вывод, о том, что замораживание существенно влияет на качество молочных продуктов. Поэтому при производстве быстрозамороженных полуфабрикатов и взбитых замороженных продуктов на их основе валено найти пути предотвращения дестабилизации структуры основного сырья.

В четвертой главе представлены исследования структуры растворов стабилизирующих веществ и влияние на них замораживания и отдельных факторов технологического воздействия.

Впервые было выявлено, что стабилизирующие вещества в растворах концентрацией 1-2%, соответствующей их содержанию в водной части большинства молочных продуктов, образуют биополимерные пленки

в

Рис. б Микроструктура а - 1° □ водного раствора метнлцеллюлозы; б - 2°о водного клеПстерпзованного раствора картофельного крахмала до за.моражнва-ння; в - 2% водного клейстернзованного раствора картофельного крахмала после размораживания.

различного характера.

Для исследования свойств растворов стабилизаторов были выбраны вещества различной природы: метилцеллюлоза - производная целлюлозы; крахмал картофельный - полисахарид; желатин - животный белок.

В 1% водном растворе мстплцеллюлозы образуются разветвленные биополимерные пленки размером от 30 до 350 мкм без пустот и разрывов (рис. 6а). Они достаточно пластичны и сохраняют исходную микроструктуру после замораживания.

2% водный раствор картофельного крахмала образует гель. В исходном растворе картофельного крахмала формируется сетка из переплетенных полос шириной от 20 до 150 мкм. После замораживания структурная сетка сжимается и выглядит более жесткой. Размеры ячеек при этом в 2-3 раза уменьшаются (рис. 6 б, в). В размороженном водном растворе крахмала образуется нерастворимый осадок и агрегативпая устойчивость раствора снижается.

В водном растворе желатина наблюдается непрерывная пленка из сшитых между собой отдельных пластин неправильной формы (рис. 7а). Исходная структура раствора желатина после холодильной обработки (рис. 76) разрушается: нарушается целостность пленки, имеет место также наложение слоев пленок и уплотнение отдельных участков. Все эти изменения приводят к тому, что раствор становиться менее вязким.

Результаты микроскопических исследований коррелируют с реологическими показателями растворов. Вязкость растворов желатина и крахмала при этом существенно снижается и только в растворе мстплцеллюлозы сохраняется (табл. 3).

Снижение агрегативной устойчивости и изменение исходной микроструктуры водных растворов картофельного крахмала и желатина свидетельствует о возникновении денагурациопных процессов, являющихся следствием межмолекулярных взаимодействии в условиях дефицита влаги. Это подтверждается и снижением мутности по мерс снижения температуры замораживания растворов (рис. 8).

Так как на агрегативную устойчивость стабилизаторов могут оказывать влияние соли-электролиты, необходимо было выяснить, как изменя тся их свойства в растворах солей-электролитов в концентрациях, соответствующих расчетному содержанию в молоке.

Замораживание растворов стабилизаторов с солями-электролитами также приводит к резкому падению вязкости растворов картофельного крахмала и желатина (табл. 3). Раствор метилцеллюлозы после размораживания имеет некоторую тенденцию к повышению вязкости.

Представляло интерес исследовать совместное влияние па растворы стабилизаторов с рН в интервале от 3,0 до 5,3 ед. солей-электролитов и молочной кислоты. Устойчивым к холодильной обработке в этих условиях

14

100 ыкм

а

1 •РГГПГТШ*''"!

у 7 ч"

Ш/Ш Л Р

100 мкм

б ' '

Рис. 7 Микроструктура 2% водного раствора желатина а - до замораживания, б - после замораживания.

1 1 ------ 1 г

/

1

1 ! 3 /

»

»

■ 2 --- —

! 1

1-

0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0

М, 1/см

-20 1,СС

-15

-10

Рис. 8 Влияние конечной температуры (1) замораживания водных растворов стабилизаторов на мутность (М):

1 - мегилцеллюлоза (1,0%);

2 - желатин (2,0%);

3 - картофельный крахмал (2,0%).

Таблица 3

Изменение реологических параметров стабилизаторов после замораживания

лттт.й.Ч „--тЛ....«т", , -----„ ЮОЛ /, ,-Л О*, 1 ----------- ТТЛ 1ЛОГ1

Стабилизатор концентрация раствора, % Степень изменения динамической вязкости раствора (г|„„. - т|ко„.)х 100/г]н,.,., %

снижение увеличение

Водные растворы

желатин 2,0 92,9 -

крахмал картофельный 2,0 92,1 -

метилцеллюлоза 1,0 - 21,7

Растворы с солями-электролитами

желатин 2,0 94,4 -

крахмал картофельный 2,0 84,3 -

метилцелшолоза 1,0 - 17,5

Растворы в кислой среде (рН 4,5)

желатин ■2,0 94,3 -

крахмал картофельный 2,0 84,3 -

метилцеллюлоза 1,0 - 11,5

5

оказался раствор метил целлюлозы (табл. 3).

Обобщение реологических параметров растворов стабилизаторов показывает, что степень снижения вязкости в водных растворах желатина и картофельного крахмала после замораживания составляет около 90%. В растворе метилпеллюлозы относительный прирост динамической вязкости наблюдался от 11,5 до 21,7%. Последнее указывает на повышение растворимости раствора с понижением температуры.

Следует отметить, что растворимость метилцеллюлозы снижается с повышением температуры раствора. Коагуляция раствора с образованием хлопьев затрудняет технологические процессы. В связи с этим целесообразно вводить раствор метилцеллюлозы в охлажденный продукт. Следовательно, при выборе стабилизирующих веществ для конкретных пищевых дисперсных систем важно учитывать факторы технологического воздействия, способные видоизменять свойства высокомолекулярных соединений.

Исследования, проведенные нами по влиянию замораживания на растворы других высокомолекулярных соединений показали, что агрега-тивио устойчивыми являются водные растворы казеипата натрия, пектина и альгипата натрия.

Большой интерес для производства молочных продуктов представляет казешшт натрия, так как производится на основе молочного сырья и обладает рядом преимуществ - не изменяет цвет продукта, не имеет посторонних привкусов и запахов.

Микроструктура 2% водного раствора казсипата натрия представляет собой разветвленные пленки с однородной поверхностью (рис. 9). О размерах пленок судить сложно, поскольку они образуют практически непрерывную фазу со множеством изгибов. Наличие разрывов на изгибах пленок предположительно свидетельствует о недостаточной их эластичности. После замораживания и размораживания структура раствора сохраняется.

Наши исследования показали, что свойства этого стабилизатора проявляются только после нагревания его до температуры не ниже 50°С. При этом вязкость раствора возрастает и в зависимости от концентрации. I После замораживания до температуры минус 18°С со скоростью замораживания у=4,2х10"бм/с и размораживания вязкость растворов не снижается (табл.4). Некоторый прирост вязкости после замораживания свидетельствует о возможных процессах полимеризации биополимера при повышении концентрации. При более высокой концентрации растворы теряют текучесть, чем могут вызвать сложность технологического порядка.

Таблица 4

Концентрация водного раствора казеината натрия, % Динамическая вязкость, хЮ"3 Пахе

до замораживания после размораживания

15.0 233,50+7,09 244,00±5,28

10,0 114,12+2,27 119,21+3,01

5,0 38,89+3,04 46,45±],14

2,0 18,27+0,79 22,28+2,19

Способность растворов казсипата натрия проявлять стабилизирующие свойства и сохранять микроструктуру после замораживания делает его перспективным в производстве быстрозамороженных полуфабрикатов.

На следующем этапе работы предположили, что стабилизаторы с заданными свойствами для замороженных продуктов можно получить добавлением к раствору стабилизатора другого высокомолекулярного вещества, устойчивого к замораживанию.

Использование исследованных стабилизаторов с учетом влияния рН среды позволило нам получить стабилизирующие смеси агрегативно устойчивые к замораживанию на основе казсипата натрия и меланжа при рИ не ниже 7,0 и на основе метилцеллюлозы и картофельного крахмала при рН 3,0-7,0.

Меланж - основной стабилизирующий компонент в составе полуфабрикатов агрегативно неустойчив к замораживанию. Добавление к меланжу раствора казеината натрия дало возможность получить стабилизирующую смесь устойчивую к замораживанию. Микроструктура получен-

ной смеси до замораживания и после размораживания практически не меняется и представляет собой эластичные, соединенные между собой биополимерные пленки, без пустот и разрывов.

Свойство растворов метилцеллюлозы образовывать в растворе эластичные устойчивые к замораживанию биополимерные пленки использовано нами при разработке стабилизирующей смеси на основе картофельного крахмала и метилцеллюлозы, полученной путем сушки раствора.

Краткосрочное нагревание на контактной поверхности с температурой не ниже 150°С суспензии картофельного крахмала в растворе метилцеллюлозы создает условия для полной клейстеризации крахмала. Метил-целлюлоза при этом не успевает коагулировать и вместе с матрицей крахмальной сетки высушивается и сохраняет свои свойства. Микроструктура стабилизирующей смеси представляет собой биополимерные пленки размером от 50 до 300 мкм, соединенные между собой гибкими швами. Они не имеют разрывов и микролор (рис. 10). После замораживания и размораживания характер микроструктуры сохраняется.

Как следует из таблицы 5 вязкость растворов стабилизирующей смеси после замораживания до температуры минус (18±2)°С и размораживания не снижается, что свидетельствует о сохранении агрегативной устойчивости.

100

Рис. 10 Микроструктура 3% раствора стабилизирующей смеси метилцеллюлозы и крахмала.

Концентрация водного раствора смеси, % Состояние раствора после замораживания и размораживания Динамическая вязкость, х 10"3 Пахе

до замораживания после размора-жпваиия

1,0 однородный, без осадка 30,70+1,12 31,10+1,72

3,0 плотный гель, без отделения влаги 124,40+2,74 128,20±3,21

В пятой главе рассмотрены вопросы формирования и стабилизации быстрозамороженных полуфабрикатов на основе творога и сыра, в том числе в тестовой оболочке.

Основные требования при разработке технологии производства быстрозамороженных полуфабрикатов сводятся к созданию продуктов с заданными реологическими свойствами, обеспечивающими поточность производства, автоматическую формовку и сохранение товарного качества продукта после замораживания и тепловой обработки. К полуфабрикатам в тестовой оболочке предъявляются дополнительные требования: начинка не должна увлажняться и разрушать тестовую оболочку, последняя в свою очередь должна сохранять целостность при замораживании и последующей тепловой обработке.

Для того, чтобы направленно формировать структуру полуфабрикатов, важно знать, как влияют отдельные компоненты, входящие в состав продуктов, на микроструктуру основного сырья - творога и сыра, и на формирование конечной структуры продукта.

Выявлено, что вводимые в состав полуфабрикатов компоненты видоизменяют микроструктуру основного сырья. Так в фарше для вареников установлено, что при введении в соответствии с рецептурой 8 г сахарозы микроструктура творога несколько меняется: поры в белковой сетке творога увеличиваются в 2-3 раза, толщина перегородок уменьшается и уплотняется (рис 116). Влагоудерживающая способность смеси и предельное напряжение сдвига уменьшаются соответственно на 14% и 36% (табл. 6), что вызвано диффузией влаги из белковой основы под действием гигроскопического компонента - сахарозы.

Введение 6% меланжа в смесь творога и сахарозы (по традиционной рецептуре) ещё в большей степени понижает влагоудерживающую способность и прочность структуры, что связано с введением вместе с меланжем дополнительного содержания влаги в продукт. Однако микроструктура продукта при этом становиться более сплошной: пустоты между белковыми волокнами уменьшаются. Это результат наложения структур, образуемых творогом и меланжем (рис. 11в).

20

Показатели Компоненты сырья

творог компоненты, добавляемые к творогу

сахароза сахароза меланж сахароза мука сахароза, меланж, мука, стабилизатор

Влагоудерживающая способность, % 70,7±2,1 61,4±1,9 57,1±1,6 69,5±1,8 68,1+1,5

Предельное напряжение сдвига, Па 391+12 250+17 205+10 386±14 358±16

В результате добавления к творогу с сахарозой пшеничной муки в количестве 4% структура творожной смеси упрочняется, предельное напряжение сдвига и влагоудерживающая способность увеличиваются. Однако, после замораживания и тепловой обработки исходная структура фаршапе сохраняется, что приводит в случае нарушения целостности тестовой оболочки к снижению пищевой ценности продукта.

Добавление к указанным компонентам 10% раствора казешшга натрия из расчета содержания стабилизатора в продуете 0,2% позволяет получить структуру не разрушающуюся после замораживания и тепловой обработки. Микроструктура при этом отличается большей однородностью и сплошностью (рис. 11г). Раствор казеината натрия и меланжа обволакивает белковый каркас творога, несколько дестабилизированный под действием сахарозы, и повышает его стабильность.

Сохранение вязкости и влагоудерживающей способности фарша после замораживания и хранения при температуре минус (18±2)°С в течение трех месяцев свидетельствует об образовании комплекса биополимеров устойчивых к замораживанию. Было отмечено незначительное изменение содержания аминного азота и кислотности в процессе хранения творожного фарша с раствором казеината натрия (табл. 7).

Таблица 7

Изменение свойств творожного фарша_

до замора- после замо- Хранение при температуре минус

Показатель живания раживания (18±2)°С, месяц

1 2 3

Предельное напря- 358±16 353+10 340+12 331+15 327+11

жение сдвига, Па

Кислотность, °Т 194 196 197 200 205

Содержание амин- 5,3710,21 5,7]±0,10 5,84+0,1 б 6,10+0,12 б, 18±0,15

иого азота,

мг/млх10~2

Рис. 11 Микроструктура: а - творога,

творожных смесей, б- с сахаром ; в -с сахаром и меланжем ;

г -с сахаром, меланжем, мукой пшеничной м казеинатом натрия

Подобные результаты получены при формировании структуры фарша на основе рассольного сыра. Введение в состав фарша 10% раствора казеината натрия обеспечивает сохранение эффективной вязкости и влаго-удерживающей способности в процессе хранения при температуре минус (18±2)°С. Микроструктура при этом отличается однородностью, пустоты, наблюдаемые в микроструктуре сыра, практически отсутствуют.

Качество быстрозамороженных полуфабрикатов существенно зависит от состояния структуры тестовой оболочки. Тестовая оболочка (для пирогов, блинчиков, вареников) представляет собой достаточно концентрированный раствор с массовой долей влаги до 40-42%. На момент проведения работы в состав теста входили мука, меланж, поваренная соль и вода.

Меланж не обеспечивает требуемого качества полуфабрикатов. Снижение устойчивости теста, его эластичности и упругости после замораживания свидетельствует о снижении агрегативной устойчивости раствора и является причиной растрескивания тестовой оболочки при замораживании и нарушения её целостности при тепловой обработке(табл. 8).

Введение казеината натрия в виде 5% раствора из расчета концентрации стабилизатора в продукте 0,1% способствовало увеличению эластичности теста более, чем на 25%, устойчивости и упругости теста соответственно на 27 и 40% по сравнению с контролем (табл. 8). Повышение этих показателей после замораживания свидетельствует об образовании биополимерного комплекса с новыми свойствами. Эффективный стабилизатор казеинат натрия способствует, по-видимому, образованию в тесте тонких прослоек из казеината натрия. По мере понижения температуры при замораживании теста со стабилизатором в прослойках усиливаются контактные взаимодействия как внутри слоев, так и на поверхности теста.

Таблица 8

Структурно-механические характеристики теста в зависимости от вида и концентрации

стабилизатора, до и после замораживания и размораживания

Стабилизатор момент измерения Устойчивость мин. Упругость мин. Эластичность хЮ"3 м

вид %

Казеинат натрия, меланж 0,1 0,5 до замораживания 22,4+1,7 13,2+0,5 23,5±1,2

Казеинат натрия, меланж 0,1 0,5 после размораживания 32,0±0,9 17,6+0,9 Зб,0±2,б

Казеинат натрия, меланж 0,05 1,0 до замораживания 19,8±2,1 11,0±1,4 21,5+2,1

Казеинат натрия, меланж 0,05 1,0 после замораживания 27,9±1,4 14,3±0,7 30,1+1,9

Меланж 2,0 до замораживания 17,5±1,1 8,8±0,9 18,4±1,8

Меланж 2,0 после замораживания 12,7±1,3 5,5+2,5 12,5+1,4

Таким образом, включение в состав начинки и тестовой оболочки полуфабрикатов раствора казеината натрия, сохраняющего агрегативную устойчивость при замораживании, дает возможность получить в конечном итоге структуру, обладающую достаточной пластичностью и устойчивостью к замораживанию.

В шестой главе представлены результаты исследований формирования и стабилизации структуры взбитых замороженных продуктов.

В работе сделано предположение, что формирование и стабилизация структуры взбитых замороженных продуктов зависит от свойств биополимерного комплекса, образованного в исходной смеси и его устойчивости к замораживанию. Поэтому на первом этапе исследовали влияние ста-

23

билизирующих веществ на свойства смесей мороженого и основной компонент - молоко.

Таблица 9

Изменение динамической вязкости смесей обезжиренного мороженого с различными стабилизаторами после замораживания до средней конечной температуры

минус 18°С (у=4,2х10'6м/с) и отепления до 20°С

Стабилизатор Динамическая вязкость, х 10'3 Пахе Степень изменения динамической вязкости раствора (т|,„, - Т|к„„)х100/т1„а,,, %

Вид % до замораживания после размораживания снижение увеличение

Метилцеллгалоза 0,3 39,3±1,6 42,7±2,3 - 8,0

Крахмал картофельный 1,0 78,1±2,0 6,7+0,4 91,5 -

Крахмал картофельный желнрующнй 1,0 14,1+0,8 8,2±1,1 41,8 -

Казеинат натрия 0,5 25,6±0,8 27,7+1,2 - 1,6

Установлено, что смеси с метилцелгаолозой и казеинатом натрия сохраняют реологические характеристики после замораживания. Вязкость смесей с этими стабилизаторами после замораживания сохраняется (табл. 9). Тенденция последних к некоторому увеличению вязкости может быть следствием усиления межмолекулярных контактов с повышением концентрации растворов при замораживании.

Резкое падение вязкости смесей с крахмалами после замораживания свидетельствует об их агрегатнвной неустойчивости и согласуется с результатами исследований водных растворов крахмалов.

Введение в молоко с массовой долей жира 3,5% метилцеллюлозы (концентрация 0,3%) способствует сохранению исходной структуры при замораживании. По количественному и качественному составу растворимых азотсодержащих соединений белок молока через 30 дней хранения близок к исходному.

Чтобы выявить закономерности процесса формирования воздушной дисперсной фазы во взбитых замороженных продуктах были исследованы смеси обезжиренного мороженого (массовая доля сухих веществ 29%) со стабилизаторами и без стабилизаторов.

На рисунке 12а с помощью нашего метода впервые зафиксировано в динамике состояние смеси через 5 минут фризерования. Взбитость продукта со стабилизатором метилцеллюлозой около 80%.

На рисунке видно, что при фризероваиии в смеси образуются струйные потоки из воздушных пузырьков, которые по мере удаления от центра уплотняются. Под влиянием возникающих давлений пузырьки сжимаются, приобретают эллипсовидную форму, а затем превращаются в ряд

более мелких пузырьков. Часть из них разрушается, о чем свидетельствуют единичные пустоты. По мере удаления от центра за каждым относительно крупным пузырьком тянется «цепочка» из мелких пузырьков.

По окончании фризерования (рис. 126) в готовом продукте при температуре минус 6°С и взбитости 75% образуется высокодисперсная система, в которой сохраняются «спирали», расходящиеся в разных направлениях. В них также четко прослеживается чередование крупных и мелких воздушных пузырьков - соответственно размерами 40-60 и менее 20 мкм. Мелкие пузырьки, удерживаемые эластичными пленками, притягиваются к более крупным и удерживаются на их поверхности.

Наличие эластичного, способного растягиваться биополимерного комплекса подтверждается микрофотографией расплавленного мороженого (рис.13), на которой видны растянутые оболочки частично сохранившихся воздушных пузырьков. Достаточно высокая прочность и эластичность образованного комплекса связана со способностью мегилцеллюлозы формировать в растворе эластичные плешей.

При изготовлении мороженого с другими стабилизирующими веществами, например, с картофельным крахмалом, дисперсность воздушной фазы и взбитостъ снижаются. Средний диаметр воздушных пузырьков составляет 54 мкм, взбитость - 48%. Оболочки воздушных пузырьков имеют неоднородную пористую структуру. Во многих местах они раздвигаются и нарушают целостность оболочек. Это можно объяснить сжатием структурной сетки водного раствора крахмала вследствие замораживания.

Рис. 12 Формирование воздушной дисперсной фазы мороженого во фризере: а- через 5 мин. фризерования, б - через 8 мнн. фризерования

обезжиренного мороженого

Рис. 14 Влияние времени фризерования на изменение среднего диаметра воздушных пузырьков при фризеровании обезжиренного мороженого со стабилизаторами:

1- метилцеллюлозой (0,3%),

2 - желирующий картофельный крахмал (1,0%);

3 - картофельный крахмал (1,0%),

4 - без стабилизатора.

Самая низкая дисперсность воздуха отмечается в мороженом без стабилизатора (рис. 14).

Обобщение экспериментальных данных позволило установить, что при прочих равных условиях дисперсность воздуха в готовом продукте тем выше, чем меньше деструкция раствора (смеси) под действием процесса фризерования и выше вязкость смеси расплавленного продукта. Получена линейная зависимость между средним диаметром воздушных пузырьков ((У и динамической вязкостью смеси расплавленного мороженого (г)):

с1„=82,0-0,70хг|

Для того, чтобы направленно формировать и стабилизировать структуру взбитых замороженных продуктов, важно знать влияние на состояние воздушной фазы таких факторов, как содержание жира, механическое воздействие, концентрация стабилизаторов и других. Это особенно необходимо для качества мягкого мороженого, хранение которого осуществляется в цилиндре фризера в условиях механического перемешивания.

Хранение готового продукта с массовой долей жира от 3,5 до15,0% в цилиндре фризера при температуре минус (6±1)°С приводит к снижению дисперсности воздуха.

В результате обработки и анализа экспериментальных данных установлено, что зависимость между продолжительностью хранения во фризере (т) и дисперсностью (с1„) пузырьков воздушной фазы имеет экспоненциальный характер. Содержание молочного жира количественно влияет на характер этой зависимости. Так при содержании молочного жира - 3,5; 5,0; 8,0; 10,0; 15,0% экспоненциальные зависимости имеют соответственно следующие выражения:

сЦ5=45,3691хе0'0,35>!1; сЦо= 54,3459хе°,0ИЗх1; с]„8о= 59,9580хе°-ш'Пх1; 4,0.0= 75,3781 хе°'01б7хт; с1„,5,о= 86,2506хе°'0205><1;

где ёц - средний диаметр воздушных пузырьков, мкм х- продолжительность храпения во фризере, мин. Анализ совокупности полученных кривых показывает, что уменьшение содержания молочного жира позволяет получать более высокую дисперсность воздуха в продукте.

Повысить дисперсность воздуха при прочих равных условиях, как показали паши исследования, можно путем введения устойчивых к замораживанию стабилизирующих веществ и увеличения их концентрации.

Как следует из таблицы 10, дисперсность воздуха в сливочном мороженом повышается с увеличением концентрации стабилизаторов.

Стабилизатор Диаметр воздушных пузырьков, мкм

вид %

Крахмал картофельный желиругощий 1,00 74+3

Крахмал картофельный желирующий 1,50 69±3

Крахмал картофельный желирующий 2,00 62+2

Крахмал картофельный желирующий (1,0%) с 2-замещенным фосфорнокислым натрием 0,10 70+2

Крахмал картофельный желирующий (1,0%) с 2-замещенным фосфорнокислым натрием 0,20 63±2

Метилцелюлоза 0,20 77±3

Метилцелюлоза 0,25 70±2

Метилцелюлоза 0,30 58±2

Метилцелюлоза 0,35 39±2

Повышение дисперсности воздуха в мороженом с крахмалом (1,0%) с добавлением 2-замещенного фосфорнокислого натрия по сравнению с образцами без добавления соли свидетельствует о меньшей деструкции смеси при фризеровании за счет частичного перевода молочного белка в казеинат натрия.

Формирование наиболее высокой дисперсности воздуха в образцах с метилцеллюлозой (концентрация 0,3 и 0,35%) подтверждает свойство этого стабилизатора сообщать биополимерному комплексу достаточную эластичность и прочность, сохраняющуюся в условиях низких температур.

Повышение дисперсности воздуха способствует стабилизации жировой дисперсной фазы. Установлена линейная корреляция между средним диаметром воздушных пузырьков (с1в) и средним диаметром жировых шариков ((1Ж);

с1ж= 0,038x4+0,910.

Отмечено снижение предельного напряжения сдвига в увеличением дисперсности воздуха. Получена корреляционная зависимость между средним диаметром воздушных пузырьков (с!в) и предельным напряжением сдвига (Р):

Р=2,70+0,071хёв, где Р - предельное напряжение сдвига, Па

с1в- средний диаметр воздушных пузырьков, мкм 0,071 - коэффициент регрессии. Из полученной зависимости следует, что увеличение дисперсности воздуха способствует снижению предельного напряжения сдвига и, следовательно, получению более мягкой эластичной консистенции мороженого

после закаливания.

Полученные зависимости свидетельствуют о взаимосвязи основных структурных элементах мороженого и о ведущем влиянии воздушной дисперсной фазы на стабилизацию структуры в целом.

Включение в биополимерный комплекс смеси стабилизирующих веществ, растворы которых устойчивы к замораживанию, позволяет получать высокодисперсную устойчивую воздушную фазу.

В главе седьмой изложены результаты практического использования исследований.

Теоретические обобщения и экспериментальные исследования послужили основой для создания 11 новых технологий холодильной обработки и хранения молочных продуктов, производства замороженных полуфабрикатов и мороженого. Результаты практического использования исследований имеют экономический и социальный эффект.

Исследования по влиянию замораживания на структуру творога и сыра послужили основой для создания интенсивной технологии замораживания и охлаждения творога и научно обоснованных условий холодильного хранения творога и различных видов сыров. Внедрение данных технологий позволили снизить в 2-3 раза потери массы при холодильном хранении и уменьшить трудозатраты.

Разработаны и усовершенствованы технологии более 30 видов быстрозамороженных и охлажденных полуфабрикатов в тестовой оболочке. Полуфабрикаты па основе творога вошли в перечень продуктов высокого качества, рекомендованных Госагропромом к широкому внедрению. Промышленное производство полуфабрикатов (пирогов, вареников, блинчиков) освоено на отечественном и импортном оборудовании. Повышение качества и снижение себестоимости на 4-5% достигнуто путем применения эффективных стабилизаторов и рационального использования сырья.

Усовершенствованная технология теста для пельменей и вареников позволила повысить их качество и снизить себестоимость.

Технология сухих смесей для мороженого освоена модочно-коисервными комбинатами. Они используются в системе торговли и общественного питания в производстве мягкого мороженого.

Ряд предприятий молочной промышленности и холодильников освоили разработанные нами новые виды мороженого с улучшенной структурой.

Созданные технологии соответствуют уровню мировых достижений - практически все защищены авторскими свидетельствами и патентами. Преимущества технологий, представленные в таблице 11, подтверждены актами предприятий.

№ п/п Наименование технологии №№ авторских свидетельств и патентов 11ренмущества разработанных технологий

1 Холодильная обработка и хранение творога 100938 1179963 Интенсификация процессов охлаждения и замораживания творога, сокращение потерь при хранении

2 Холодильная обработка и хранение сыров 712070 1288596 Увеличение сроков хранения без снижения качества, сокращение потерь, уменьшение трудозатрат. Интенсификация охлаждения плавленых сыров

3 Производство быстрозамороженных полуфабрикатов на основе творога 1152104 1172102 2028061 Увеличение ассортимента, повышение качества, рациональное использование сырья

4 Производство быстрозамороженных полуфабрикатов на основе сыра 1358892 Увеличение ассортимента, рациональное использование сырья

5 Совершенствование технологии тестовой оболочки пельменей 1172102 1578866 Повышение качества продукции, снижение себестоимости

6 Производство мороженого 287034 625827 656299 Повышение качества мороженого, создание новых видов

7 Производство сухих смесей для мороженого 220282 280496 467105 Развитие производства мягкого мороженого из сухих смесей

ВЫВОДЫ

1. Получены высококачественные молочные продукты и полуфабрикаты на основе использования эффективных стабилизирующих веществ и их смесей.

2. Установлено, что качество замороженных молочных продуктов обеспечивается созданием комплекса биополимеров, устойчивых к замораживанию, а также направленной модификацией белков моло-

ка в ходе технологического процесса производства.

3. Установлено, что устойчивость к замораживанию белковых молочных продуктов повышается при переводе казеина в растворимую форму - казеинат натрия. Агрегативная устойчивость творога кислотно-сычужного способа производства сохраняется при интенсивном замораживании со скоростью 5x10"6 м/с.

4. Выявлено свойство некоторых стабилизирующих веществ образовывать в растворе биополимерные пленки с последующим их взаимодействием со структурными элементами пищевых систем, что предопределяет качество замороженных продуктов.

5. Установлено, что эффективность взаимодействия стабилизирующих веществ с продуктом обеспечивается при введении их в растворенном состоянии в зависимости от градиента температуры, pH среды и других возможных факторов при предварительной подготовке перед введением в продукт и в ходе технологического процесса.

6. Теоретически и экспериментально обоснован состав и разработаны стабилизирующие смеси направленного использования при производстве быстрозамороженных полуфабрикатов и мороженого.

7. Установлено, что основная роль в формировании и стабилизации структуры взбитых замороженных продуктов принадлежит воздушной дисперсной фазе. Впервые выявлено, что формирование воздушной фазы во фризере происходит в струйных потоках, обусловленных гидродинамической обстановкой во фризере и структурой исходного раствора - смеси. Дисперсность и устойчивость воздушной фазы готового продукта тем выше, чем меньше деструкция смеси при фризеровании и чем ниже массовая доля жира в продукте.

8. На основании проведенных исследований разработаны, внедрены и освоены в промышленности более 10 технологий по холодильной обработке и хранению творога и сыра, производству быстрозамороженных полуфабрикатов и мороженого.

ОПУБЛИКОВАННЫЕ РАБОТЫ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. A.C. 220282 СССР. МКИ 17Ъ 6/04. Способ производства сухих смесей для мороженого / Оленев Ю.А., Фавстова В.Н., Фильчакова H.H.

2. A.C. 280496 СССР. МКИ 17Ъ 6/04. Способ производства сухих смесей для мороженого / Оленев Ю.А., Фильчакова H.H., Борисова О.С и др.

3. A.C. 287034 СССР! МКИ 17Ь 6/04. Способ приготовления мороженого / Оленев Ю.А., Фильчакова H.H. и др.

4. A.C. 467105 СССР. МКИ С 13 L 1/08. Способ получения стабилизатора / ШтырковаЕ.А., МаркерВ.Э., Фильчакова H.H. и др.

31

5. A.C. 625827 СССР. МКИ А 23 G 9/00. Состав смеси для мороженого / Оленев Ю.А., Борисова О.С., Фильчакова H.H. и др.

6. A.C. 656299 СССР. МКИ А 23 G 9/02. Смесь для мороженого / Оленев Ю.А., Зубова Н.Д., Фильчакова H.H. и др.

7. A.C. 712070 СССР. МЗШ А 22 С 19/02. Способ производства домашнего сыра / Фильчакова H.H., Меркулова Н.В., Богданова Е.А. и др.

8. A.C. 1009388 СССР. МКИ А 23 С 3/05. Способ охлаждения расфасованного творога / Фильчакова H.H., Панкова Р.И., Овчарова Г.П. и др.

9. A.C. 1179963 СССР. МКИ А 23 С 3/05,19/02. Способ охлаждения расфасованного творога / Горбунов A.B., Соколов A.A., Фильчакова H.H. и др.

10. A.C. 1152104 СССР. МКИ А 23 С 3/04, 23/00. Способ производства быстрозамороженных полуфабрикатов на творожной основе / Фильчакова H.H., Меркулова Н.В., Семашко Е.В. и др.

11. A.C. 1172102 СССР. МКИ А 23 С 23/00. Способ производства быстрозамороженных твороженных полуфабрикатов и смесь для его осуществления / Фильчакова H.H., Меркулова Н.В.

12. A.C. 1287327 СССР. МКИ А 23 С 9/12, А 23 С 9/04. Способ производства замороженных кисломолочных продуктов / Фильчакова H.H., Тере-"хина Г.Н.

13. A.C. 1288596 СССР. МКИ G 01 N 33/04. Способ определения качества плавленого сыра / Латышев В.П., Ветрова И.В., Фильчакова H.H. и др.

14. A.C. 1358892 СССР. МКИ А 23 С 23/00. Способ получения замороженных полуфабрикатов из сыра / Фильчакова H.H., Мишенина З.А., Склярова Е.Б.

15. A.C. 1578866 СССР. МКИ А 21 Д 13/00. Способ производства теста для быстрозамороженных мучных изделий / Фильчакова H.H., Меркулова Н. В., Шишкина H.H. и др.

16. Патент 2007091 РФ. МКИ А 23 С 9/12. Смесь для производства замороженных кисломолочных продуктов / Фильчакова H.H., Панкова Р.И, Королева Н.С. и др. - Опубл. 1994. - Б.И. №3.

17. Патент 2028061 РФ. МКИ А 23 С 23/00. Способ получения полуфабрикатов из молочно-белкового й растительного сырья / Фильчакова H.H., Панкова Р.И. - Опубл. 1995. - Б.И. №4.

18. Патент 2028062 РФ. МКИ А 23 С 23/00. Способ получения пищевых смесей / Фильчакова H.H. - Опубл. 1995. - Б.И. №4.

19. Производство и применение сухих смесей для мягкого мороженого / Оленев Ю.А., Моисеева Е.Л., Фильчакова H.H. и др. // Обзорная информация. «Молочная промышленность». - М.: ЦНИИТЭИмясомолпром, 1969.-44 с.

20. Фильчакова H.H. Изменение дисперсности и дестабилизации жира в мягком мороженом // Холодильная техника. - 1969,- №5,- С. 2-5.

21. Фильчакова H.H. Влияние крахмалов на формирование воздушной фазы в мороженом Н НТИ «Крахмало-паточная промышленность». - М.: ЦНИИТЭИпищепром, 1970. - Вып. 1,- С. 7-16.

22. Технология модифицированного крахмала используемого в качестве стабилизатора при приготовлении сухих смесей для мороженого / Мак-рер В.Э, Оленев Ю.А., Фильчакова H.H. и др. // Труды Международного симпозиума «Химия и технология крахмалов». - Краков. - 1972. -С.27-30

23. Фильчакова H.H. Микроскопический метод определения размеров воздушных пузырьков в мороженом // Холодильная техника. - 1972.- №9.-С. 34-36.

24. Oleimjew Yu., Filtschakowa N.N. Softiis. - Veb Fachbuchverlag Leipsig. -1974,- 56 p.

25. Фильчакова H.H. Способ оценки физико-химических свойств стабилизаторов для мороженого // Холодильная техника. - 1974.- №11.- С. 46-48.

26. FiltchakovaN.N. Influence of air phase dispersity on hard ice cream texture // International Institute of Refrigeration, Commissions Bl, CI, C2.- Bressanone: 1974.-p. 321-325.

27. Фильчакова H.H. Стандарты и технические условия по производству мороженого // Холодильная техника. - 1975,- №12.- С. 6-7.

28. Фильчакова H.H., Оленев Ю.А. Стабилизация структуры мягкого мороженого //Холодильная техника. - 1977,- №2.- С. 43-45.

29. Изменение качества твердых сычужных сыров в зависимости от условий хранения/ Фильчакова H.H., Моисеева E.JL, Меркулова Н.Д. и др. // Экспресс-информация. Серия: Молочная промышленность. - М.: ЦНИИ-ТЭИмясомолпром, 1978,- Вып. 3. - С. 14-17.

30. Хранение сычужных сыров при отрицательных температурах/ Фильчакова H.H., Моисеева Е.Л., Меркулова Н.Д. и др. // Холодильная техника. - 1978,-№12,-С. 37-40.

31. Хранение твердых сычужных сыров на производственных холодильниках и маслосырбазах / Фильчакова H.H., Урбене С.К., Раманаускас Р. и др. // Серия: Молочная промышленность. - М.: ЦНИИТЭИмясомолпром,

1978,- 35 с.

32. Изменение свойств казеината натрия в процессе замораживания и хранения/ Фильчакова H.H., Алексеева Н.Ю., Борисова В.А. и др. // Холодильная техника. - 1979,- №10,- С. 41-45.

33. Качество плавленых сыров при холодильном хранении / Фильчакова H.H., Моисеева Е.Л., Кулешова М.Ф. и др. // Холодильная техника. -

1979,-№2,-С. 35-37.

34. Filtchakova N.N., Merculova N.V. Assessment of changes in cottage cheese quality // XV International Congress of Refrigeration, Commission C2.- Venice: 1979. - p. 1-4.

35. Влияние холодильной обработки и хранения на качество творога выработанного непрерывным способом./ Фильчакова H.H., Фриденберг Г.В., ПанковаР.И. и др. // Холодильная техника. - 1980.- №4.- С. 39-42.

36. Способы увеличения продолжительности хранения домашнего сыра / Фильчакова H.H., Меркулова Н.В., Гладилина М.П. // Серия: Холодильная промышленность и транспорт. - М.: ЦНИИТЭИмясомолпром, 1980,-Вып. №2,- С. 4-14.

37. Фильчакова H.H., Панкова Р.И. Хранение домашнего сыра в замороженном состоянии И Холодильная техника. - 1980,- №2.- С. 38-39.

38. Фильчакова H.H., Панкова Р.И., Семашко Е.В. Влияние условий замораживания на качество творога //Сб. тр. Всес. научно-техн. конф. - Ленинград: ЛТИХП, 1980. - С. 150.

39. Фильчакова H.H., Панкова Р.И. Выбор эффективных способов охлаждения творога // Холодильная техника. - 1982,- №1.- С. 47-48.

40. Фильчакова H.H., Панкова Р.И. Изменение структурно-механических свойств молочно-белковых продуктов при замораживании // Труды XXI Международного молочного конгресса - М.: ЦНИИТЭИММП. - 1982. -Т.1, Кн.2. - С.45.

41. Фильчакова H.H., Овчарова Г.П., Лебедько Е.М. Технологическая инструкция по замораживанию творога на линии MI-ОЛК, хранению и размораживанию // Холодильная техника. - 1982.- №9.- С. 42-47.

42. Фильчакова H.H., Семашко Е.В. Влияние различных компонентов на свойства творожных начинок быстрозамороженных тестовых изделий// Холодильная техника. - 1983,- №10,- С. 28-31.

43. Filtchakova N.N., Pankova R. I. Changes in protein properties in cheese during freezing // XVI International Congress of Refrigeration.- Paris: 1983. - p. 502-506.

44. Фильчакова H.H., Овчарова Г.П. Влияние способа замораживания и условий холодильного хранения на состояние молочного жира в твороге // Холодильная техника. - 1983,- №8,- С. 48-49.

45. Фильчакова H.H., Мишенина З.А., Овчарова Г.П. Окислительные изменения молочного жира в замороженном твороге при хранении // Холодильная техника. - 1983,- №12.- С. 40-42.

46. Изменение биологической ценности творога при холодильной обработке и хранении / Фильчакова H.H., Панкова Р.И., Овчарова Г.П. и др. // Холодильная техника. - 1984,- №2,- С. 48-51.

47! О возможности хранения замороженного творога при температуре минус 12°С / Мишенина З.А., Фильчакова H.H., Моисеева Е.Л. и др. // Холодильная техника. - 1984.- №4,- С. 31-34.

48. Фильчакова H.H., Меркулова Н.В. Производство быстрозамороженных полуфабрикатов и готовых блюд за рубежом // Экспресс-информация.

Серия: Мясная промышленность. - М.: ЦНИИТЭИмясомолпром, 1984.-Вып. 18.-С. 15-21.

49. Технология производства охлажденных и быстрозамороженных творожных полуфабрикатов / Фильчакова Н.Н., Меркулова Н.В. Богданова Е.А. и др. // Холодильная техника. - 1985.- №10.- С. 8-9.

50. Фильчакова Н.Н., Меркулова Н.В., Терехина Н.В. Разработка технологии производства быстрозамороженных полуфабрикатов из теста с творожной начинкой // Сб. тр. ВНИКТИхолодпрома «Холодильная обработка молока и молочных продуктов»,- М.: Агропромиздат, 1985. - С. 31-35.

51. Молочные продукты пониженной жирности / Зобкова З.С., Богданова Е.А., Фильчакова Н.Н. и др.// Сб. наут. тр. ВНИКМИ и Венгерского института молочного хозяйства. - М.: Агропромиздат, 1986. - С. 17-26.

52. Фильчакова Н.Н. Основные направления развития быстрозамороженных полуфабрикатов и десертов II Сб.тр. Всесоюз. научн.-техн. конф. -Ленинград: ЛТИХП, 1986. - С. 3.

53. Фильчакова Н.Н. Производство быстрозамороженных творожных полуфабрикатов в тестовой оболочке на предприятиях мясной промышленности // Холодильная техника. - 1986,- №7,- С. 7-8.

54. Фильчакова Н.Н. Совершенствование холодильной обработки и хранения молочных продуктов // Холодильная техника. - 1986,- №3.- С. 7-8.

55. Холодильная обработка и хранение творога / Фильчакова Н.Н., Панкова Р.И., Овчарова Г.П. и др.// Серия: Молочная промышленность - М.: ЦНИИТЭИмясомолпром, 1986 - 36 с.

56. Меркулова Н.В., Фильчакова Н.Н. Изменение качества быстрозамороженных творожных полуфабрикатов с растительными компонентами при холодильном хранении // Холодильная техника. - 1987,- №2 - С. 8-11.

57. Меркулова Н.В., Фильчакова Н.Н. Влияние различных компонентов на формирование структуры быстрозамороженных творожных полуфабрикатов//Холодильная техника. - 1987,- №10.- С. 34-36.

58. Разработка технологии производства быстрозамороженных полуфабрикатов на основе сыра / Фильчакова Н.Н., Лакербай Л.И., Иосава Н.Н. и др. // Тр. Всес. науч.-практ. конф. - Кишенев, 1987. - С.24-25.

59. Фильчакова Н.Н. Роль стабилизирующих веществ в производстве пищевых продуктов // Тр. Всес. науч.-практ. конф. - Кишенев, 1987. - С.29.

60. Filtchakova N.N., Merculova N.V. Formation and stabilization of structure of quick-fiozen semi-prepared foods in pastry,// XVII International Congress of Réfrigération, Commission C2.- Wienie: 1987. - p. 402-405.

61. Черняк В.A., Фильчакова Н.Н. Повышение технического уровня цехов по производству быстрозамороженных мелкоштучных полуфабрикатов // Холодильная техника. - 1987,- №7,- С. 40-41.

62. Фильчакова Н.Н., Меркулова Н.В. Полуфабрикаты для детских завтраков //ИзвестияВУЗов. Пищевая технология. - 1988.-№1. - С. 74-77.

63. Фильчакова H.H. Применение холода в пищевой промышленности // Холодильная техника. - 1988,- №2.- С. 55-57.

64. Фильчакова H.H., Семенова A.A. теоретические предпосылки формирования и стабилизации структуры замороженных взбитых продуктов // Науч. труды ВНИКТИхолодпрома «Новые исследования в технологии производства мороженого». - М., 1989. - С. 3-5.

65. Фильчакова H.H. Холодильная технология молочных продуктов // Холодильная техника. - 1990 - №12,- С. 41-43.

66. Фильчакова H.H., Каткова H.H. Исследование причин изменения агрегатного состояния молока при замораживании // Холодильная техника. -1990,- №6,-С. 31-33.

67. Фильчакова H.H. Формирование и стабилизация воздушной дисперсной фазы мороженого // Холодильная техника. -1991.- №10,- С. 17-18.

68. Фильчакова H.H. Замораживание растительного и молочного сырья в пищевых производствах // Холодильная техника. - 1996,- №5,-С. 17.

ВВЕДЕНИЕ.

1. Обзор литературы

1.1. Влияние замораживания на структуру молока и

• молочных продуктов.

1.2. Стабилизация структуры замороженных молочных продуктов .'.

1.3. Стабилизация дисперсных систем

1.4. Стабилизирующие вещества и их свойства

1.5. Методы исследования свойств стабилизаторов и пищевых систем

1.6. Гипотеза и задачи работы

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

2. Организация работы'и методы исследования

2.1. Методы исследования

3. Исследование влияния замораживания на молоко и молочные продукты

3.1. Влияние замораживания на структуру молока

3.2. Влияние замораживания на структуру творога . 60 3.2.1. Структурные особенности творога кислотного способа производства и влияние на него замораживания і.

З.З. Влияние замораживания на структуру сыра.

3.4. Обсуждение результатов исследований

4. Исследование структуры растворов стабилизирующих веществ и влияние на них замораживания и отдельных факторов технологического воздействия

4.1. Исследование структуры водных растворов стабилизирующих веществ.

4.2. Влияние замораживания на структуру водных растворов стабилизирующих веществ.

4.3. Влияние солей-электролитов на структуру растворов стабилизирующих веществ.

4.4. Влияние pH среды на структуру стабилизирующих веществ.

4.5. Исследование влияния, замораживания на раствор казеината натрия;.

4.6. Получение стабилизирующих смесей с направленными свойствами.

4.7. Обсуждение результатов исследований. gg

5. Исследование формирования и стабилизации структуры быстрозамороженных полуфабрикатов

5.1. Формирование и стабилизация структуры фарша быстрозамороженных полуфабрикатов на основе творога.

5.2. Формирование и стабилизация структуры фарша быстрозамороженных полуфабрикатов на основе сыра.

5.3. Стабилизация структуры теста быстрозамороженных полуфабрикатов.

5.4. Обсуждение результатов исследований.

6. Исследование формирования'и стабилизации структуры взбитых замороженных продуктов

6.1. Формирование и стабилизация структуры смесей для производства взбитых замороженных продуктов.*.

6.2. Влияние состава смесей на формирование структуры продукта при фризеровании

6.3. Влияние массовой доли жира на формирование и устойчивость воздушной дисперсной Фазы.

6.4. Стабилизация структуры мороженого

6.5. Обсуждение результатов исследований

7.Практическое использование результатов исследований

7.1. Холодильная обработка и хранение творога

7.2. Технология хранения' сыров

7.2.1. Технология хранения твердых сычужных сыров

7.2.2. Технология хранения плавленых сыров

7.3. Технология охлажденных и быстрозамороженных полуфабрикатов.

7.3.1. Технология производства быстрозамороженных пирогов с творогом.

7.3.2. Технология быстрозамороженных полуфабрикатов на основе творога

7.3.3. Технология "производства полуфабрикатов на основе сыра.

7.3.4. Совершенствование технологии производства пельменей

7.4. Технология сухих полуфабрикатов для мороженого

7.5. Разработка технологии мороженого с улучшеной структурой.

В последние годы в нашей стране и других промышленно -развитых странах с каждым годом увеличивается выпуск замороженных сельскохозяйственных продуктов, полуфабрикатов и готовых изделий.

Несмотря на более высокие затраты на холодильную обработку и хранение, они окупаются за счет резкого сокращения потерь продуктов и сглаживания сезонности их потребления, а также получения перед употреблением продуктов и полуфабрикатов более высокого качества в сравнении с таковыми, подвергнутыми, например, тепловой обработке.

Расширение производства быстрозамороженных пищевых продуктов Международным институтом холода рассматривается перспективным направлением в технологии сохранения пищи в XXI веке.

Молоко и ряд других молочных продуктов относятся к особенно скоропортящимся. Поэтому применение технологии их охлаждения, замораживания и холодильного хранения могли бы значительно способствовать сглаживанию сезонности потребления таких продуктов и гарантированию их высокого качества.

Проблемы замораживания и увеличения объемов продуктов питания в замороженном виде тесно связаны с разработкой ресурсосберегающей технологии, а также более полного использования вторичного сырья.

Большинство молочных продуктов агрегативно неустойчивы к замораживанию. Этим, в частности объясняется ограниченное применение холодильной технологии в молочной промышленности (холодильное хранение масла, сыра, творога, производство и хранение мороженого).

Для более широкого использования холодильной технологии в молочной промышленности возникает необходимость в углубленном изучении свойств стабилизирующих веществ и их влиянии на молочные про- • дукты.При этом важно выявить обще факторы,влияющие на растворы пищевых дисперсных систем,и найти единый подход к их струтурооб-разованию и стабилизации в замороженном состоянии.

Многочисленные исследования в области структурированных дисперсных систем с жидкой дисперсионной средой посвящены,главным образом,рассмотрению их свойств в статических условиях. Для выяснения взаимодействия отдельных структурных элементов с целью управления свойствами дисперсных структур необходимо установить механизм их образования и разрушения,а также основные закономерности структурирования пищевых дисперсных систем с заранее заданными свойствами при одновременном повышении их качества.

При решении поставленных задач исходили из теоретических основ физики растворов /36,44,46,64,174,206,252,324/,физико-химической механики дисперсных систем /72,187,210,178,433/,физхимии, биохимии пищевых систем и технологии производства молочных продуктов /47,49,125,209,212,265,331,339/разработанных отечественными и зарубежными учеными.

Работа проводилась в соответствии с целевой комплексной научно-технической программой ГКНТ СССР 0Ц.030 "Развитие производства биологически полноценных продуктов на основе комплексного использования сырья",а также в рамках научно-технических программ "Молоко","Творог","Холод" и направлена на решение проблем увеличения объемов продовольственных продуктов,повышения их качества и снижения потерь при производстве и хранении,а также создание новых продуктов питания и мороженого высокого потребительского качества.

Целью диссертационной работы является разработка теоретических основ стабилизации структуры молочных продуктов,подвергаемых замораживанию,для создания принципиально новых технологий холодильной обработки молочных продуктов,увеличения сроков хранения и снижения потерь,производства биологически полноценных продуктов питания повышенного потребительского качества и внедрения результатов исследований в практику.

Научная новизна работы.

Разработаны научные основы получения замороженных молочных продуктов высокого качества при комплексном использовании холодильной обработки и созданных эффективных стабилизирующих смесей.

Молочные продукты,подвергаемые замораживанию,претерпевают структурные и биохимические изменения.Создание в растворе биополимерных комплексов устойчивых к замораживанию путем введения элективных, стабилизаторов,а также направленной модификации белкового комплекса молока и вводимых стабилизаторов в ходе технологических процессов производства позволяют получать качественные замороженные продукты длительного хранения.

Впервые выявлено свойство стабилизирующих веществ образовывать в растворе биополимерные пленки с последующим их взаимодействием со структурными элементами пищевых систем.Разработана методология оценки структуры стабилизаторов и состояния структуры продукта, а также взаимосвязь и стабилизация структурных элементов в комплексе всей системы.Сформулированы требования к стабилизирующим веществам для замороженных молочных продуктов.Выявленный новый механизм действия стабилизирующих веществ позволяет прогнозировать качество замороженных продуктов.Обосновано создание стабилизирующих смесей с направленными свойствами для получения замороженных продуктов питания.

Впервые установлено,что Нормирование воздушной дисперсной фазы мороженого во призере происходит в струйных потоках,обусловленных гидродинамической обстановкой во фризере,а также структурой и составом исходного раствора смеси.Для исследования формирования структуры мороженого в динамике разработан микроскопический метод определения дисперсности воздуха в мороженом.

Практическая значимость работы.

Предложенные технологические решения научно обоснованы и проверены на практике.Результаты комплексных исследований реализованы в конкретных технологиях по интенсификации холодильной обработки и хранения творога и сыра,производства мороженого и сухих смесей для мороженого,быстрозамороженных полуфабрикатов на основе творога и сыра.Практическая значимость подтверждена актами предприятий по внедрению на Макеевском ГМЗ,Воронежском ГМЗ,Краснодарском заводе плавленных сыров,на Невельском молочно-консервном комбинате, на предприятиях по выпуску мороженого Воронежского,Влади мирского и Московского областных объединений,на заводах быстрозамороженных продуктов в г.Москве и г.Гаграх,на Шатурском,Дмитровском и Белгородском мясокомбинатах.

Технические решения по интенсификации холодильной обработки молочных продуктов,новые способы производства быстрозамороженных продуктов и мороженого защищены авторскими свидетельствами на изобретения и патентами.Полученные экспериментальные данные являются предпосылкой для более широкого Использования принципа стабилизации сложных пищевых дисперсных систем подвергаемых замораживанию. Результаты теоретических и экспериментальных исследований использованы в монографиях,научных статьях других авторов. > 8 На защиту выносятся следующие основные положения:

- влияние замораживания на свойства молочных продуктов;

- теретическое и экспериментальное обоснование механизма действия стабилизирующих веществ и их влияние на качество замороженных продуктов;

- механизм формирования и стабилизации структуры замороженных полуфабрикатов;

- механизм формирования и стабилизации структуры мороженого в зависимости от химического состава и использования стабилизирующих веществ;

- новые технологии холодильной обработки и хранения молочных продуктов;

- технологии замороженных полуфабрикатов;

- технологии мягкого и закаленного мороженого,сухих смесей для мороженого.

I. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

вывода

1.Получены высококачественные молочные продукты и полуфабрикаты на основе использования эффективных стабилизирующих веществ и их смесей.

2.Установлено,что качество замороженных молочных продуктов обеспечивается созданием комплекса биополимеров,устойчивых к замораживанию,а также направленной модификацией белков молока в ходе технологического процесса производства.

3.Установлено,что устойчивость к замораживанию белковых молочных продуктов повышается при переводе казеина в растворимую форму - казеинат натрия.Агрегативная устойчивость творога кис лотно-сычужного способа производства сохраняется при интенсивном замораживании со:скоростью 5x10 м/с.

4.Выявлено свойство.некоторых стабилизирующих веществ образовывать в растворе биополимерные пленки с последующим их взаимодействием со структурными элементами пищевых систем,что предопределяет качество замороженных продуктов.

5.Установлено,что эффективность взаимодействия стабилизирующих веществ с продуктом обеспечивается при введении их в растворенном состоянии в зависимости от градиента температуры,рН среды и других возможных факторов при предварительной подготовке перед введением в )нродукт и в ходе технологического процесса.

6.Теоретически и экспериментально обоснован состав и разработаны стабилизирующие смеси направленного использования при про» изводстве быстрозамороженных полуфабрикатов и мороженого.

7.Установлено,что основная роль в Формировании и стабилизации структуры взбитых замороженных продуктов принадлежит воздушной дисперсной Фазе.Впервые выявлено,что Формирование воздушной фазы во Фризере происходит в сруйных потоках,обусловленных гидродинамической обстановкой во Фризере и стуктурой исходного раствора - смеси.Дисперсность и устойчивость воздушной Фазы готового продукта тем выше,чем меньше деструкция смеси при Фризеровании и чем ниже массовая доля жира.

8.Доказано,что от сочетания биополимеров и от изменения их свойств в ходе технологического процесса зависит качество молочных продуктов,подвергаемых замораживанию.

9.На основании проведенных исследований разработаны и освоены в промышленности более 10 технологий по холодильной обработке и хранению творога й сыра,производству быстрозамороженных полуфабрикатов и мороженого:

- технология охлаждения творога;

- технология замораживания и хранения творога;

- технология хранения твердых сычужных сыров;

- технология охлаждения w хранения плавленых сыров;

- технология производства быстрозамороженных пирогов с творогом;

- технология производства быстрозамороженных полуфабрикатов на основе творога;

- технология производства быстрозамороженных полуфабрикатов на основе сыра;

- технология производства сухих полуфабрикатов для мороженого;

- технология производства мягкого мороженого из сухих смесей;

- технология закаленного мороженого с улучшеной структурой;

- совершенствование- технологии тестовой оболочки пельменей.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Анализируя полученные результаты с современными представлениями о конформационных изменениях биополимеров в зависимости от рН среды и процессов льдообразования можно заключить, что процессы стабилизации структуры молочных продуктов тесно связаны с кон-формационными изменениями биополимеров.

Более устойчивым к замораживанию являются растворы пищевых продуктов и в частности молочных с высокой степенью гидролиза белка и полисахаридов, способные в большей степени образовывать водородные связи с водой.

Однако только этого условия недостаточно, т.к. при замораживании происходит упорядочение молекул воды с образованием ими водородных связей. По мере увеличения содержания вымороженной влаги остается более "бедный" водородными связями растворитель /97/. 3 результате в макромолекулах могут легче образовываться внутримолекулярные водородные связи с образованием спиралей. В этом случае и имеет большое значение конформационное строение макромолекул и их возможности образовывать эти связи.

При замораживании творога, выработанного кислотно-сычужным способом и имеющим спрямленные макромолекулы после отщепления сычужным ферментом гликомакропептида /209/, внутримолекулярные водородные связи если и образуются, то, по-видимому, в небольшом количестве, что и способствует сохранению более высокой эластичности образованных биополимерных пленок. Отщепившийся макропептид с ограниченным закручиванием полипептидной цепи вследствие высокого содержания пролина (около 12,5 Ю, уменьшающего вероятность возникновения водородных связей /299/, и большим числом карбоксильных групп, может способствовать образованию гидрофобных межмолекулярных взаимодействий. В результате формируются высокорастворимые эластичные достаточно устойчивые к замораживанию пленки. Удаление кальция и дальнейшая модификация белков молока при достижении рН 5,1 и.ниже также повышает растворимость модифицированных форм белков молока /363/. Поскольку переход казеина в растворимую форму связан в основном с поведением р -казеина, обладающего большим количеством гидрофобных связей /263,391/, создаются дополнительные предпосылки для формирования биополимерных пленок.

Образованию развернутых эластичных биополимерных пленок белковых частиц творога, способствует очевидно часть сычужного фермента, оставшаяся в обезвоженном сгустке Д23/. В условиях покоя и снижения подвижности макромолекул могут продолжаться процессы полимерации белка и повышения прочности структуры. Кроме того, гидролиз и увеличение растворимости лактозы в твороге при рН 4,5 ? 4,7 также способствует устойчивости к замораживанию.

Пороки структуры - крошливость, мучнистость, возникающие при замораживании кислотного творога, выработанного на поточно-механизированных линиях /^3/, по-видимому, связаны с возможной обратимой денатурацией белков при дефиците влаги. Возникнование внутримолекулярных связей и, как следствие, снижение растворимости /97/, неоднородность и более низкая прочность сгустка, образованного в результате кислотного свертывания /23/, предопределяют возникновение пороков структуры при замораживании. Более быстрое отделение сыворотки, отмечаемое при производстве кислотного творога /363/ по сравнению с кислотно-сычужным, и достаточно большие потери сыворотки после размораживания Д21/ можно объяснить формированием недостаточно развернутых биополимерных пленок и большими расстояниями между ними.

3 многокомпонентных системах пищевых продуктов с различной реакционной способностью отдельных биополимеров имеет место совокупность факторов. Сохранение исходной структуры полуфабрикатов на основе творога и сыра, изготовленных по предложенным технологиям, после замораживания свидетельствует о наличии структурно-физической и химической модификации растворов. С одной стороны путем обволакивания и фиксирования основной структуры продукта биополимерной пленкой стабилизирующей смеси, устойчивой к замораживанию, а с другой - химическими взаимодействиями. Наличие поперечных сшивок в растворе казеината натрия с увеличением концентрации раствора при замораживании и повышение прочности теста после замораживания и размораживания свидетельствует об усилении межмолекулярных контактов.

Формирование комплексов биополимеров устойчивых к замораживанию позволяет сохранить исходную структуру растворов после замораживания, а также замедлить биохимические процессы.

Структурно-механические, физико-химические и органолептичее-кие показатели качества быстрозамороженных полуфабрикатов в процессе холодильного хранения, выраженные в виде обобщенной численной характеристики /27,2297, свидетельствуют о том, что в течение трех-четырех месяцев при температуре минус 18 °С во влагонепроне-цаемой упаковке качество изделий снижается незначительно /9/. Содержание аминного азота, который характеризует деструктивные процессы в белковом комплексе, существенно не менялось и через четыре месяца хранения составляло 0,7x10 мг/мл.

Проведенные исследования дают основание сделать вывод о том, что основная роль стабилизирующих веществ различной природы сводятся к стабилизации структуры раствора, на основе которого формируется конечная структура продукта.

Образуя в растворе биополимерные пленки различного характера, стабилизирующие вещества вместе со структурными элементами сырья белками и полисахаридами формируют комплекс биополимеров, представляющий собой сплошные однородные пленки. Они являются основной для формирования и стабилизации заданной структуры продуктов.

Таким образом, при стабилизации отдельных структурных элементов необходимо подходить с позиций формирования и стабилизации структуры продукта в целом и учитывать взаимосвязь и взаимное влияние всех структурных элементов. Такой же вывод несколько позже сделала Х.Шмандке /407/, рассматривая проблемы исследования пищевых продукт ов.

Стабилизаторы, используемые в различных пищевых структурах, важно вводить в состоянии их максимальной растворимости, когда вязкость растворов приобретает наибольшее значение. В этом случае эффект достигается при минимальных концентрациях стабилизаторов.

Стабилизация структуры фарша полуфабрикатов на основе творога и сыра, теста для вареников и пельменей казеинатом натрия, предварительно растворенном в воде при температуре (б0 + °С, стабилизация структуры мороженого, взбитых десертов метилцеллюлозой, предварительно переведенной в раствор при понижении температуры до 6+2 °С основаны на указанных свойствах стабилизаторов. Образуемые ими биополимерные пленки обвалакивают ячейки гидроколлоидов творога и сыра, а также крахмальные зерна в тесте. Вместе с белками и полисахаридами смесей мороженого и десертов стабилизаторы формируют оболочки воздушных пузырьков взбитых замороженных продуктов.

Поскольку размеры пленок стабилизаторов в несколько раз превышают размеры ячеек гидроколлоидов творога и сыра, введение их спо-сойствует упрочнению контактных взаимодействий дисперсных фаз и механическому удержанию влаги. Этим можно объяснить сохранение влаги. -

168

Существующая многоплановая трактовка действия стабилизаторов в пищевых системах вызвана многообразием функциональных свойств,а также изучением их влияния »главным образом,на отдельные структурные элементы,а не на структуру в целом.

Основная роль стабилизирующих веществ,называемых как стабилизаторы,эмульгаторы,пенообразователи и тому подобные,в пищевых дисперсных системах заключается в модификации свойств и укрепление структуры растворов биополимеров основного сырья.

К стабилизаторам,применяемым в производстве замороженных пище вых продуктов,должны предъявляться следующие требования:

- образовывать в растворе развлетвленные эластичные биополимерные пленки;

- обладать агрегативной устойчивостью при замораживании;

- Формировать с белками и полисахаридами в сложных пищевых системах достаточно эластичные способные растягиваться комплексы устойчивые при замораживании.

1. Абрамова Ж.Й., Долгополова C.B. Функциональные свойства жировых эмульсий на основе молочных и соевых белков ZZ Разработка процессов получения комбинированных продуктов питания: Всесоюз. науч. конф.: Тез. докл, -М., 1984. С.211.

2. Адлер Ю.По, Маркова К.В., Грановский Ю.В. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий. М.: Наука, 1976. - 43 с.

3. Алексеева Н.Ю., Павлова Ю.В., Шишкина Н.й. Современные достижения в области химии белков молока.- М.: АгроНйИТЭИ Мясомолпром, 1988 .- 32 с.

4. Алмаши; Э., Эрдели Л., Шарой Т. Быстрое замораживание пищевых продуктов.- М.: Легкая и пищевая промышленность, 1981.- 407 с.

5. Анисимов M.А. Критические явления в жидкостях и жидких кристаллах. М.: Наука, 1987 . - 271 с.

6. A.c. Ш 220282 (СССР). Способ производства сухих смесей для мороженого Z Оленев Ю.А., Фавстова В.Н., Фильчакова H.H. Кл.17в,6/04, заяв. 24.02.67, опубл. 28.06.68 Б.И. Ш 20 С.28.

7. A.c. te 280496 (СССР) Способ производства сухих смесей для мороженого Z Оленев Ю.А., Фильчакова H.H.,Борисова 0.С.,Маркер В.Э., Векслер Б.А., кл. 17в, 6Z04, заявл. 25.04.69, опубл. 3.09.70 Б.й. É 28.- С.30.

8. A.c. N2 287034 (СССР) . Способ приготовления мороженого /'Оленев Ю.А., Фильчакова H.H., Борисова О.С., Кл. 17в,6/04, заявл. 24.11.69, опубл. 19.II.70 Б.И. № 35. С.44.

9. A.c. fâ 467105 (СССР). Способ получения стабилизатора / Штырко-ва Е.А. Маркер В.Э., Жуишан А.И., Оленев Ю.А.,Фильчакова H.H., кл. 13L 1/08, заявл. 26.09.72, опубл. 15.04.75 Б.й. № 14.-С.50.

10. A.c. ?й 625327 (СССР). Состав смеси для мороженого /

11. Оленев Ю.А., Зубова Н.Д., Шпякина H.H., Борисова О.С., Филь-чакова H.H., кл. А 1Ъ& 9/00, заявл. 28.04.77,еде публ., зарегистрировано в Госреестре изобретений СССР 26.05.78 .

12. A.c. Ш 712070 (СССР). Способ производства домашнего сыра / Фильчакова H.H., Меркулова Н.В., Богданова S.A., Кутилина С.К., кл А 22 (г 19/02, заявл. 28.03.78, опубл. 30.01.80 Б.И. ife 4.

13. А,с. 1й 1009388 (СССР). Способ охлаждения расфасованного творога/ Фильчакова H.H., Панкова Р.И., Овчарова Г.П., Шаззо Р.И., Семашко Е.В. Федорович М.Л., кл. А 23 С 3/05, заявл. 16.II.81, опубл. 7.04.83 Б.И. № 13. С.14.

14. A.c. Не II52I04 (СССР). Способ производства быстрозамороженных полуфабрикатов на творожной основе/ Фильчакова H.H., Меркулова Н.В., Семашко Е.В., Богданова Е.А., Терёхина Г.Н. кл. А 23

15. С 3/04, 23/00., заявл. 4.03.83, не публ., Б.И. fö 15,1985.-С. 198.

16. A.c. 112 II72I02 (СССР). Способ производства быстрозамороженных творожных полуфабрикатов и смесь для его осуществления / Фильчакова H.H., Меркулова Н.В., кл. А 23 С 23/00, заявл . 16.03.84 , не опубл., Б.И. fe 29,1985 С. 255.

17. A.c. II79963 (СССР). Способ охлаждения расфасованного творога /Горбунов A.B., Соколов A.A., Шлёнский В.А., Маякин М.Я., Монструков Ю.Н., Панкова Р.И., Фильчакова H.H., кл. А23С 3/05, 19/02, заявл. 15.02.82, опубл. 23.09.85, Б.Я. к 35.

18. A.c. № 1287327 (СССР). Способ производства замороженных кисломолочных продуктов/ Фильчакова H.H., Терехина Г.Н,, кл.4А 23 С 9/12, А 23 9/04, заявл. 30.04.85, не публ., Б.И. № 14, 1987. С.280.

19. A.c. й I3246I9 (СССР). Способ холодильной обработки пищевых продуктов/ Судзиловский И.И., Богатырев А.Н., Штепо С.Е., Гутник М.Ш., Жаринов А.И., Фильчакова H.H., Борискин Е.А., кл. А 23В 4/06, заявл. 28.08.85, опубл. 23.07.87, Б.И. № 27.

20. A.c. № 1358892 (СССР). Способ получения замороженных полуфабрикатов из сыра/ Фильчакова H.H., Мишенина З.А., Склярова Е.Б., кл. А 23 С 23/00 заявл. 27.06.85, опубл. 15.12.87 Б.И. 1 46.

21. A.c. Р 1288596. Способ определения качества плавленого„сыра/. Дё/гышев В.П.,Ветрова Й.В.",Фильчакова H.H. и др.,кл. 01 33/04,опубликовано 07.02.87.Б.И. Р 5.,. зарегистрировано в Госреестре изобретений СССР 8.10.86.

22. Батунер Л.М., Позин М.Е. Математические методы в химической технике.- Л.: Госхимиздат, 1955. 482 с.

23. Бдуленко Л.Д. Изменение прочности структуры мороженого при хранении / Известия ВУЗов. Пищевая технология. 1969 № 3 С. 6567.

24. Белоус A.M. Симпозиум по низкотемпературному консервированию клеток, тканей и органов/ Криобиология. 1988. № I. С. 52.

25. Белоус A.M., Гордиенко Е.А., Розанов Л.Ф. Биохимия мембран ¡vi.: Высшая школа, 1987. 77 с.

26. Белоус A.M., Гордиенко Е.А., Розанов Л.Ф. Замораживание и крио-протекция.- М.: Высшая школа, 1987. 80 с.

27. Белоус A.M., Грищенко В.И., Паращук Ю.С. Криоконсервация репродуктивных клеток.- Киев.: Наукова думка, 1986. 207 с.

28. Белоус A.M., Шраго М.И., Пушкарь Н.С. Криоконсерванты. -Киев.: Наукова думка, 1979 . 198 с.

29. Берлин A.A., Шутов Ф.А. Химия и технология газонаполненных высокополимеров М.: Наука, I960 . 503 с.

30. Бернхард С. Структура и функция ферментов. М.: Мир, 1974.334 с.

31. Биополимеры/ Оон Т., Ицука 3., Онари С. и др.: Под ред. Ю.Йманиси.- М.: Мир, 1988.- 544 с.

32. Богданова Е.А., Сенкевич P.M. Хранение творога в замороженном виде/ Z Молочная промышленность, 1965, Ш I.С.20-22.

33. Богданова S.A., Дербинов В.В., Савельева Г.И. Производство молока и молочных продуктов в ФРГ.- М.: ЦНИЯТЭИмясомолпром СССР, 1971 51 с.

34. Богдановский В.П., Фриденберг Г.В., Горбатов A.B. Подготовка творога для выработки сырково-творожных изделий при напорной его транспортировке ZZ Молочная промышленность, 1985 Ш 5. С. 25-27.

35. Браун Б.Г., Уолкен Дж. Жидкие кристаллы и биологические структуры. М.: Мир, 1982. 198 с.

36. Брок Т. Мембранная фильтрация,- М.: Мир, 1987.- 462 с.

37. Булиган И. Жидкокристаллический порядок в биологических материалах // Жидкокристаллический порядок в полимерах / Под ред. Блюмштейна А. М.: Мир, 1981. С.276-313.

38. Вайткус В. Влияние механической обработки молока на количество свободного жира // Тр. Литовского филиала ВНИМЙ.- М.: 1967, Т. 2. С. 87-92.

39. Вайткус В., Кайрюкштен И. Оптический метод определения степени дисперсности жировой фазы молока ZZ Тр. ВНИЩС. -Углич, 1967. С. 219-222.

40. Веденов A.A. Физика растворов.- М.: Наука, 1984. 109 с.

41. Венгер К.П. Овчарова Г.П. Совершенствование процесса замораживания творога ZZ Интенсификация производства и применение искуственного холода. :Всесоюз.науч. конф.: Тез. докл.- Л., 1986 . С.5.

42. Влияние генотипов казеина на его водосвязывающую способ -ность и термостабилы-iocibZ Кирхмайер 0., Механа А., Гра-маль Р. и др. // XXI Межд. конгр. по молочному делу:

43. Кр. сообщ.- М.: ЦНййТЭймясомолпром, 1982.Т.I Кн.2 С.56-57.42