автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.04, диссертация на тему:Получение новой пищевой композиции и ее применение в технологии синбиотического напитка

На правах рукописи

ПОДГОРНЫЙ Никита Андреевич

ПОЛУЧЕНИЕ НОВОЙ ПИЩЕВОЙ КОМПОЗИЦИИ И ЕЕ ПРИМЕНЕНИЕ В ТЕХНОЛОГИИ СИНБИОТИЧЕСКОГО НАПИТКА

Специальность 05.18.04 - Технология мясных, молочных и рыбных

продуктов и холодильных производств

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

7 НОЯ ¿013

005537077

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный университет инженерных технологий»

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Мельникова Елена Ивановна

Официальные оппоненты: Харитонов Владимир Дмитриевич

доктор технических наук, профессор, академик Россельхозакадемии, ГНУ В НИМИ Россельхозакадемии, главный научный сотрудник

Емельянов Сергей Александрович доктор технических наук, доцент, ФГАОУ ВПО « Северо-Кавказский федеральный университет», начальник управления — заместитель проректора по научной работе

Ведущая организация: ФГБОУ ВПО Санкт-Петербургский

национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики

Защита состоится « 6 » декабря 2013 г. в 13:00 ч. на заседании диссертационного совета Д 212.245.05 при ФГАОУ ВПО «СевероКавказский федеральный университет» по адресу: 355009, г. Ставрополь, ул. Пушкина, 1, корп. 3, ауд. 506.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке ФГАОУ ВПО «Северо-Кавказский федеральный университет» по адресу: 355009, г. Ставрополь, ул. Пушкина, д. 1.

Автореферат разослан « А » ноября 2013 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

у

доктор технических наук, профессор В Л. Шипулин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Стратегия развития пищевой и перерабатывающей промышленности Российской Федерации на период до 2020 года предусматривает разработку и внедрение инновационных технологий продуктов питания, формирующих агропродоволь-ственный рынок и экономическую безопасность страны. Для молочной отрасли эти задачи весьма актуальны, в связи с недостаточными объемами производимого молока-сырья и стабильной динамики роста цен на него.

В качестве внутреннего отраслевого ресурса для увеличения объемов производимой продукции, улучшения экономических показателей и исключения загрязнений окружающей среды целесообразно рассматривать молочное белково-углеводное сырье, в частности подсырную сыворотку. Основное направление ее переработки, реализуемое в нашей стране - сушка - не позволяет сохранить натив-ные свойства и в полной мере реализовать биотехнологический потенциал этого вида сырья. Значительные объемы, высокая пищевая ценность, присутствие функциональных ингредиентов обусловливают необходимость полного сбора и рационального использования сыворотки в составе продуктов питания.

Этому направлению посвящены работы ученых СевероКавказского федерального университета (г. Ставрополь), ГНУ ВНИ-МИ Россельхозакадемии (г. Москва) и других отечественных и зарубежных институтов: Н. И. Дунченко, И. А. Евдокимова, JI. А. Забода-ловой, 3. С. Зобковой, Э. Ф. Кравченко, Е. И. Мельниковой, П. Г. Нестеренко, А.Н. Пономарева, С. А. Рябцевой, Н. А. Тихомировой, В. Д. Харитонова, А. Г. Храмцова, Е. Renner, Sato Kazuyoshi и др. Однако, проблема модификации состава и свойств подсырной сыворотки с целью нивелирования ее органолептических характеристик для применения в технологии качественно новых продуктов питания, в том числе функционального назначения, остается актуальной. Большой научный и практический интерес представляет реализация биотехнологического потенциала подсырной сыворотки в технологии именно таких продуктов, в частности синбиотических напитков.

К одной из актуальных тенденций при разработке функциональных продуктов питания относится замена животных жиров, в том числе молочного, пищевыми композициями белковой природы,

имитирующими органолептические показатели жиросодержащих компонентов. Такими свойствами характеризуются микропартику-ляты сывороточных белков, полученные с применением инновационных методов модификации подсырной сыворотки.

Исследования по теме диссертационной работы выполнялись в соответствии с тематикой НИР кафедры технологии молока и молочных продуктов «Разработка технологии молочных продуктов целевого назначения, в том числе лечебно-профилактического, специального, функционального, обогащенных витаминами и биологически активными добавками» и по ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007 - 2013 гг.» в различных лабораториях научно-исследовательских, учебных и научных учреждений.

Цель работы - оптимизация технологических параметров процесса микропартикуляции УФ-концентрата подсырной сыворотки для применения его в производстве низкокалорийных синбиоти-ческих напитков.

Дня достижения поставленной цели определены следующие задачи:

- обосновать применение микропартикуляции как процесса для регулирования органолептических свойств УФ-концентрата подсырной сыворотки;

- создать искусственную нейронную сеть для эффективного управления технологическими параметрами микропартикуляции УФ-концентрата подсырной сыворотки, обеспечивающими получение пищевой композиции с заданным размером агрегатов белковых глобул;

- изучить химический состав, органолептические, функционально-технологические свойства, показатели качества и безопасности новой пищевой композиции и разработать технологию ее получения с использованием принципов НАССР;

- разработать рецептурно-компонентное решение низкокалорийного кисломолочного напитка с микропартикулятом сывороточных белков, характеризующегося высокой синбиотической активностью, заданным составом и свойствами;

- предложить новое технологическое решение по производству синбиотического напитка с микропартикулятом сывороточных белков, обеспечивающее экономическую эффективность, подтвердить полученные результаты опытно-промышленной апробацией на предприятиях отрасли.

Научные положения, выносимые на защиту. Оптимальные условия микропартикуляции УФ-концентрата подсырной сыворот-

ки, включающие процесс термоиндуцированной агрегации сывороточных белков с управлением искусственной нейронной сетью.

Результаты мультисенсорного анализа осмофорических компонентов подсырной сыворотки и новой пищевой композиции на ее основе.

Качественный и количественный состав, свойства, в том числе бифидогенные, показатели, гарантирующие безопасность новой пищевой композиции.

Технологическое и рецептурно-компонентное решение низкокалорийного синбиотического напитка с микропартикулятом сывороточных белков.

Научная новизна. Представлены новые данные о пищевой композиции, имитирующей органолептические свойства молочных сливок, полученной с применением процесса микропартикуляции

сывороточных белков.

Создана искусственная нейронная сеть для оптимизации условий термоиндуцированной агрегации сывороточных белков, обеспечивающая получение глобул размером 1-1,5 мкм.

Разработана рецептура синбиотического напитка, подобран видовой состав микроорганизмов для его производства с учетом их способности к синтезу экзополисахаридов.

Практическая значимость. Предложенный и запатентованный способ технологической трансформации подсырной сыворотки позволяет получить новую пищевую композицию, имитирующую органолептические свойства молочных сливок, с высокой пребиоти-ческой активностью и физико-химическими показателями, сходными с обезжиренным молоком.

Разработанное технологическое решение обеспечивает получение напитка с высокой синбиотической активностью, биологической ценностью, гарантированными показателями качества и безопасности и исключает применение стабилизационных систем.

Промышленная апробация на предприятиях отрасли: ООО «ГМЗ «Лискинский»» и ОАО МК «Воронежский» подтвердила социально-экономическую значимость разработанных технологических и рецептурных решений.

Новизна предлагаемого технологического решения подтверждена патентом РФ № 2422030 «Способ приготовления продукта,

имитирующего сливки».

Основные положения диссертационного исследования используются в учебном процессе для методического обеспечения дисцип-

лины «Новые физико-химические методы обработки в отрасли» специальности 260303 Технология молока и молочных продуктов.

Соответствие диссертации паспорту научной специальности. Диссертационное исследование соответствует п. 1,2, 3 паспорта специальности 05.18.04 — «Технология мясных, молочных и рыбных продуктов и холодильных производств».

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на научно-практических международных и всероссийских конференциях: Всероссийской конференции с элементами научной школы «Инструментальные методы исследования живых систем в пшцевых производствах», Кемерово, 2009; Всероссийской научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых, Воронеж, 2009; Ш Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Современное состояние и перспективы развития пищевой промышленности и общественного питания», Челябинск, 2009; IV Международная научная конференция студентов, аспирантов, молодых ученых «Научный потенциал студенчества в XXI веке», Ставрополь, 2010; XI Международная конференция молодых ученых «Пищевые технологии и биотехнологии», Казань ДОЮ; П международной научно-технической конференции «Новое в технологии и технике пищевых производств», Воронеж, 2010; научно-практической конференции «Инновационные технологии и оборудование в молочной промышленности», Воронеж, 2010; IV научно-практической конференции «В мире научных открытий», Красноярск, 2010; 76 научной конференции молодых ученых, аспирантов и студентов «Науков1 здобутки молода — виртенню проблем харчування людства у XXI столпти», Киев, 2010; региональной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Наукоемкие технологии и материалы (НТМ-2010)», Воронеж, 2010; I международной научно - практической конференции «Современная наука, теория и практика», Ставрополь, 2010; П международной научной конференции «Молочная наука - пищевой промышленности», Ставрополь, 2011; XXI Российской молодежной научной конференции, посвященной 150-летию со дня рождения академика Н.Д. Зелинского «Проблемы теоретической и экспериментальной химии», Екатеринбург, 2011; научно-практического семинара «Феномен молочной сыворотки: синтез науки, теории и практики», Ставрополь, 2011; Ш Всероссийского симпозиума «Разделение и концентрирование в аналитической химии и радиохимии». — Краснодар, 2011; отчетных научных конференциях преподавателей и научных сотрудников ВГУИТ.

Результаты работы представлены на конкурсах и выставках, награждены дипломами и сертификатами участника.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 25 печатных работ, в том числе 4 в журналах, рекомендованных ВАК РФ, 20 тезисов докладов и 1 патент РФ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, экспериментальной части, выводов, списка использованных источников и приложений. Работа изложена на 209 страницах машинописного текста, содержит 39 таблиц и 62 рисунка. Список литературы включает 132 наименования работ отечественных и зарубежных авторов.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, определены основные направления исследований, сформулированы цель и задачи диссертации, ее научная новизна и практическая значимость.

Глава 1. Аналитический обзор литературы.

Проведен анализ состояния переработки подсырной сыворотки в РФ и за рубежом. Описаны современные способы модификации состава и свойств белково-углеводного сырья. Представлены современные данные о составе сыворотки, в том числе, подробно рассмотрен фракционный состав белка. Представлены перспективы создания синбиотических продуктов, тенденции в развитии их технологии и расширении ассортимента. На основании проведенного анализа литературных данных обоснован выбор объектов исследования, подтверждена актуальность темы.

Глава 2. Объекты, материалы и методы исследований. Порядок проведения эксперимента представлен на рисунке 1. В качестве объектов исследования рассматривали подсырную сыворотку, пищевую композицию на ее основе и синбиотический напиток. Экспериментальные исследования проводили в научно-исследовательских лабораториях кафедр технологии молока и молочных продуктов; процессов и аппаратов химических и пищевых производств; центра стратегического развития научных исследований Воронежского государственного университета инженерных технологий; микробиологических лабораториях ОАО МК «Воронежский» и ООО «Хр. Хансен»; в испытательном лабораторном центре AHO «НТЦ» «Комбикорм» (г. Воронеж); Воронежской областной ветеринарной и лаборатории ТХК ГНУ ВНИМИ Россельхозакадемии (г. Москва).

Методы исследований - стандартные и общепринятые в иссле-

довательской практике, а также специальные, выполненные с применением современных приборов и информационных технологий для оценки состава и свойств сырья, полуфабрикатов и продукции._

Информационно-патентный поиск, постановка цели и задач исследования

Обоснование способа и условий регулирования состава и органолептических свойств УФ-концентрата подсырной сыворотки

У =

Создание искусственной нейронной сети для управления процессом микропартикуляции

У -

Разработка технологии получения пищевой композиции с использованием

принципов НАССР ♦

Получение новой пищевой композиции, исследование ее состава и свойств

31

Хи- Пребио- Био-

ми- тиче- логи-

че- ская чес-

скии актив- кая

со- ность ш цен-

став уНго ность

Микробиологические показатели и срок годности

Осмо-фори-ческие компоненты

Физико-химические показатели

Орга-нолеп-тичес-

кие свойства

3=

Обоснование ингредиентов, разработка рецептурно-компонентного решения кисломолочного напитка с микропартикулятом сывороточных белков, исследование его состава и свойств —Ї—

Химический состав

Пищевая и биологическая ценность

Микробиологические показатели и срок годности

Токсикологические свойства іп УІУО

Физико-химические покат затели

)рганолеи-

тические

свойства

Разработка технологического решения по производству синбиотического напитка с использованием принципов НАССР

Оценка конкурентоспособности, разработка проект технической документации и опытно-промышленная апробация

Рисунок 1 - Схема проведения исследований Бифидогенную активность определяли по ГОСТ Р 52687-06; анализ ароматобразующих веществ — по ГОСТ Р 51428 — 99, а также

методом пьезокварцевого микровзвешивания (Я.И. Коренман и др., 2007); антиоксидантную активность - на установке «Цвет Яуза-01-АА» (А. Я. Яшин и др., 2006); реологические свойства - на структурном ротационном вискозиметре «RHEOTEST-2» (Германия); аминокислотную сбалансированность и биологическую ценность - по методике акад. Липатова H. Н.; аминокислотный состав сырья и готовых продуктов - методом капиллярного электрофореза на приборе «Капель-105»; массовую долю экзополисахаридов по ГОСТ 26176 -91. Технико-экономические показатели рассчитывали по методикам определения экономической эффективности в молочной промышленности. Статистическую обработку и оценку достоверности результатов исследований проводили методами регрессионного анализа с помощью программ Microsoft Office 2010 и Statistica v.8.0. Для ошимизации условий мик-ропартикулящш применяли метод искусственных нейронных сетей.

Глава 3. Получение пищевой композиции на основе под-сырной сыворотки, имитирующей флейвор молочного жира. Согласно данным литературного обзора, наиболее ценным компонентом сыворотки являются сывороточные белки, которые путем физико-химической модификации их свойств можно преобразовать в пищевую композицшо - имитатор молочного жира.

Технология ее получения предусматривает фракционирование и концентрирование сывороточных белков с применением ультрафильтрации. Фактор ультрафильтрационного концентрирования сыворотки подбирали с учетом рациональной массовой доли белка (не более 5 %), предотвращающей образование крупных агрегатов в ходе дальнейшей обработки, которые могут придавать песчанистую структуру продукту. Предложенный нами фактор концентрирования (4-4,5) позволяет получить пищевую композицшо с массовой долей сухих веществ 9 - 9,6 % и содержанием белков 3,2 - 3,6 %. По химическому составу она приблткена к обезжиренному молоку и, следовательно, может заменить его в технологии широкого ассортимента низкокалорийных молочных продуктов.

Для образования агломератов белковых глобул, создающих органолептическое ощущение сливочности, гладкости консистенции и имитирующих таким образом флейвор сливок, предложен метод термоиндуцированной агрегации белков. Сущность его заключается в денатурации и агрегации белков УФ-концентрата подсырной сыворотки с последующим увеличением дисперсности полученных агломератов. Технологически эта операция реализована в трубчатом теплообменнике и гомогенизаторе. За счет гомогенизации пищевой

композиции увеличивается дисперсность агломерированных белковых частиц, что приводит к усилению белизны, повышению гомогенности, вязкости консистенции, выраженности и полноты вкуса и аромата микропартикулята.

Согласно данным литературного обзора, для получения кисломолочных напитков высокого качества, характеризующихся вязкой сливочной консистенцией, частицы микропартикулята должны иметь размер от 1 до 1,5 мкм. Для эффективного управления технологическими параметрами процесса микропартикуляции создана искусственная нейронная сеть, которая с помощью обучающих алгоритмов приведена в соответствие с экспериментальными данными. Входными параметрами служили: температура нагревания, °С, время выдержки, мин, температура гомогенизации, °С, давление гомогенизации, МПа. Выходной параметр -размер частиц новой пищевой композиции, мкм (рис. 2).

Определены оптимальные значения параметров технологического процесса: температура нагревания - 92,1 °С, продолжительность - 10,2 мин, давление гомогенизации - 24,8 МПа и температура гомогенизации - 60,3 °С. Оптимальные условия микропартикуляции послужили основой для разработки и патентования способа технологической модификации подсырной сыворотки (рис. 3)._

| " Приемка пажщиюй сыворотки, оценка качества в^осгтвстстиии с требованиями ГОСТ Р 5343» - 2009_ |

Очистка от сырной пыли с применением виоооу к сепаоатооа-мояокоочистнтслк П-* 40-45 *С>

Пастеризация К - 70^* *С- выдержка 15 с>

Очистка от жира на се*чяатопе-сяивкоотвепитеке

а ееяу>1

Уэтлие<Ьящ.та11иа К- 10- 12 *С.п'ЦМП| Аактео коипешпнооиащм

Нагрев и трубчатд! ттялообмснсту

Л "90-95 *С- выаержка 10шиД

Гомогенизация Л *С р » 25 МГЪА

__I

Рисунок 3 - Принципиальная технологическая схема производства новой пищевой композиции

Полученная пищевая композиция по физико-химическим свойствам и химическому составу приближена к обезжиренному молоку (табл. 1). Это определяет целесообразность замены обезжиренного молока новой пищевой композицией в технологии широкого ассортимента молочных и молокосодержащих низкокалорийных продуктов питания. Органолептические свойства пищевой композиции имитируют питьевые сливки: однородная непрозрачная в меру вязкая жидкость белого цвета с чистым молочным вкусом и ароматом, привкусом пастеризации.

Известно, что подсырная сыворотка характеризуется неудов-

Ототкнете Л ш 4 — 6 *СТ» и хпаясвие тппсвой коутютяпик

летворительными органолептическими свойствами, сдерживающими ее широкое применение в пищевых технологиях.

Рисунок 2 - Графические зависимости, описывающие влияние технологических параметров микропартикуляции на размер агломератов белка

Таблица 1 - Химический состав и свойства объектов исследования

Значение показателя

Наименование показателя подсырная обезжирен- микропартикулят сы-

сыворотка ное молоко вороточных белков

Массовая доля сухих веществ, % 6,3 8,6 9,6

Массовая доля белка, %, 0,80 3,00 3,50

в т.ч. казеин 0,03 2,67 0,45

сывороточные белки 0,69 0,28 2,98

небелковый азот 0,03 0,06 0,05

Массовая доля жира, % 0,1 0,05 0,3

Массовая доля лактозы, % 4,7 4,8 4,5

Массовая доля макроэлемен-

тов, %, в т. ч.: кальций 0,058 0,125 0,122

калий 0,121 0,150 0,212

магний 0,008 0,013 0,120

фосфор 0,065 0,086 0,990

Активная кислотность, ед. рН 6,5 6,1 5,7

Титруемая кислотность, °Т 14 18 22

Вязкость, мПа-с 1,5 1,7 10,1

Ее специфический вкус и запах обусловлены комплексом разнородных по химической природе веществ. В газовой фазе под-сырной сыворотки идентифицированы масляная, изобутиловая, уксусная и пропионовая кислоты, а также ацетон, метилэтилкетон, этанол, пропанол, ацетальдегид и метилацетат. Для анализа выбраны специфические органолептические соединения, установлены их оптимальные массы, наносимые на сенсор — 20 мкг. По изотермам сорбции подобраны эффективные сорбенты для сорбции осмофори-ческих компонентов, идентифицированных хроматографически. На мультисенсорной установке с 9 сенсорами получены визуальные образы подсырной сыворотки через 2 часа после выработки и мик-ропартикулята (рис. 4). Форма и площадь визуальных образов подсырной сыворотки и микропартикулята характеризуются существенными различиями. В новой пищевой композиции основной вклад в формирование аромата вносят пропанол, изобутанол, ацетальдегид, пропионовая кислота, уменьшается содержание метилэтилкето-на, метилацетата, изобутилового спирта. Это, вероятно, связано с протекающими химическими процессами во время термоиндуциро-ванной агрегации белка: аромат становится более выраженным, нивелируя негативные сенсорные свойства подсырной сыворотки в процессе термоиндуцированной агрегации белка.

ДБ, Гц

Рисунок 4 - «Визуальные образы» аромата подсырной сыворотки (а) и микропартикулята сывороточных белков (б)

Новая пищевая композиция приобретает приятный ореховый привкус и аромат, обусловленный присутствием серосодержащих (летучие сульфиды, дисульфиды, метилсульфиды, тиолы) и других веществ. Это открывает новые возможности для применения микропартикулята сывороточных белков в технологии широкого ассортимента продуктов питания.

Пищевая композиция характеризуется более высокой биологической ценностью в сравнении с подсырной сывороткой и обезжиренным молоком, т.к. основным ее компонентом являются сывороточные белки, содержащие все незаменимые аминокислоты, набор которых максимально приближен к шкале ФАО/ВОЗ (рис. 5).

£

а <

200 150 +

100 50 0

іШШ

2 3 4 5 6 7 Аминокислоты

I подсырная сыворотка

3 микропартикулят - ФАО/ВОЗ

1 — в алии,

2 - изолейцин,

3 — лизин,

4 - метионин + цистин,

5 - треонин,

6 — триптофан,

7 - лейцин,

8 - фенилаланин + тирозин

Рисунок 5 - Аминокислотный скор микропартикулята сывороточных белков и подсырной сыворотки.

Лактоза и аминокислоты характеризуются пребиотическими свойствами. В результате синергетического взаимодействия этих компонентов происходит усиление пребиотического эффекта новой пищевой композиции. Дня подтверждения этого предположения изучали бифидогенную активность микропартикулята. Отмечалось значительное увеличение физиологической активности бифидобактерий (табл. 2). Новая пищевая композиция характеризуется выраженной пребиоти-

ческой активностью, сопоставимой с активностью признанного стимулятора роста бифидобактерий инулина и может быть использована в технологии кисломолочных напитков для придания им синбио-тических свойств.

Таблица 2 - Изменение биомассы бифидобактерий

Продолжительность культивирования, ч Количество бифидобактерий на средах, кл/г

контроль с инулином с пищевой композицией

18 7-Ю5 6-Ю8 9-ю9

24 1-Ю6 8-Ю9 1-Ю10

48 6-Ю7 7-Ю1" 7-Ю"

Глава 4. Совершенствование технологии синбиотического напитка. Рассмотрено влияние различных заквасок смешанных культур (Streptococcus thermophilus и Lactobacillus delbrueckii подвида bulgaricus) на органолептические, реологические и гистологические показатели сгустка, а также способность к синтезу экзополиса-харидов (ЭПС). Установлено, что применение закваски Yo-Flex Mild 1.0 обеспечивает получение наибольшего количества ЭПС (табл. 3), и густой, вязкой консистенции напитка.

Наименование закваски Рекомендованная дозировка, % Массовая доля ЭПС, г/л

F-DVS Yo-Flex Mild 1.0 0,02 0,3

F-DVS YF-L901 0,01 -0,02 0,1

F-DVS Yo-Flex Harmony 1.0 0,02 0,08

Большой научный и практический интерес при разработке технологии низкожирных продуктов представляет исследование их реологических характеристик. Получены типичные зависимости эффективной вязкости и предельного напряжения сдвига от градиента скорости сдвига для продукта с массовой долей микропартикулята от 10 до 50 % (рис. 6). е

200 4M

Град™ схороста сдвига, с-1

-<-1-8-2 3-^-4 -*-5

ГрдаЕгсюрсшсдвнга, с-1

>-1+2 .'J-s-4-*-5-

Рисунок 6 - Зависимость реологических показателей напитка от состава нормализованной смеси (образец 1 - контроль, образцы 2 - 6 -содержат соответственно 10, 20, 30, 40, 50 % микропартикулята).

Лучшими реологическими свойствами характеризовались образцы № 4 - 6, содержащие соответственно 30 - 50 % микропартику-

лята. При сквашивании этих образцов наблюдалась более активная продуцирующая способность симбиотической закваски для йогурта (рис. 7). Это коррелирует с данньми органолепти-ческого и физико-химического анализа, в частности консистенцией (однородной, гладкой, кремообразной). Для оп-

* о

* 0 1 2 3 4 5

Продолжительность культивирования, ч

ф I —щ— 2 з ■■"'Я"™ 4 " ■'Ф5 ft 6 Рисунок 7 - Вшию оосгаза нормализованной слсон на сгюооб-ьюлькотпе5'ЭИС(абрам( 1 -мхнроіь<]ф:і»і2-6-ао;іфжаг стткптатеяі п 10 Ж. 30 40 *S0 % миктпаптикугстй

ределения рационального состава нормализованной смеси исследовали

также процесс кислото-образования, обеспечивающий успешную ферментацию и стабильную консистенцию сгустка. Пребиотиче-ские свойства микро-партикулята стимулировали процесс сквашивания молочной смеси (рис. 8).

Предложено рецептур-но-компонентное решение синбиотического

012345678

Продолжительность культивирования, ч

£ S

- 2 3 -"И—>4 —ж— 5 • 6

Рисунок 8 - Влияние состава нормализованной смеси на динамику изменения тиіруемой кислотности (обрат зец 1 - контроль, образны 2 - 6 - содержит соответственно 10.20.30,40.50 % микропартикулята)

напитка (табл. 4), которое предусматривает замену 27 % обезжиренного молока новой пищевой композицией, исключение сливок, стабилизатора и сухого обезжиренного молока в сравнении с контролем.

Наименование компонентов Масса, кг

Молоко обезжиренное (м.д.ж. 0,05%) 449,9

Микропартикулят сывороточных белков (м.д.ж. 0,3 %) 300,0

Молоко цельное (м.д.ж. 3,4 %) 250,0

Закваска Yo-Flex Mild 1.0 ОД

Разработанный напиток характеризуется стандартными качественными показателями (табл. 5). Органолептические свойства аналогичны жиросодержащему продукту.

Таблица 5 - Качественные показатели напитка

Наименование показателя Значение показателя

В соответствии с ГОСТ Р 51331-99: Продукты молочные. Йогурты. Общие технические условия. контроль опыт

Внешний вид и консистенция Однородная, в меру вязкая. При добавлении сгабилюагора— желеобразная или кремообразная Однородная, в меру вязкая, кремообразная Однородная, в меру вязкая, кремообразная

Вкус и запах Кисломолочный, без посторонних привкусов и запахов Кисломолочный, без посторонних привкусов и запахов, с привкусом пастеризации

Цвет Молочно-белый, равномерный по всей массе

Массовая доля жира, % от 0,1 до 10 3,2 1,0

Массовая доля белка, % не менее 3,2 4,8 3,2

Кислотность, °Т от 75 до 140 90-92 90-92

Вялость, мПас не регламентируется 82-84 78-82

Фосфатаза отсутствует

Частичная замена обезжиренного молока в рецептуре йогурта микропартикулятом приводит к изменению фракционного состава белка, в том числе соотношения между казеином и сывороточными белками с увеличением последних. Это обогащает и повышает биологическую ценность конечного продукта. Разработанный напиток характеризуется низкой калорийностью - 39,7 ккал/ 100 г, что на 46 % меньше, чем в контрольном образце. Срок годности напитка составляет 5 суток при температуре (4±2) °С.

Технологическая схема производства йогурта состоит из следующих операций: приемка и подготовка молочного сырья, составление нормализованной смеси, очистка, гомогенизация, пастеризация, охлаждение, заквашивание, сквашивание, перемешивание, охлаждение, розлив, упаковывание, маркирование. Модификация традиционной технологической схемы заключается во введении дополнительных операций получения микропартикулята сывороточ-

ных белков (рис. 3). Разработанная технологическая схема адаптирована к системе НАССР.

Основные преимущества нового технологического решения -реализация замкнутого цикла производства; расширение ассортимента низкокалорийных продуктов повышенной биологической ценности; сокращение технологического цикла; замена в традиционной рецептуре на 27 % обезжиренного молока, исключение сливок, сухого обезжиренного молока, стабилизационных систем при сохранении требуемых реологических характеристик напитка; снижение экономических затрат. Разработанная технология позволяет вернуть в производство побочный продукт и использовать его как полноценное сырье.

Технология разработанного напитка подробно описана в проекте ТУ. Воспроизводимость параметров и их соответствие требованиям устойчивого функционирования разработанных технологических систем подтверждены в ходе опытно-промышленных выработок на предприятиях отрасли: ООО «ГМЗ «Лискинский»» и ОАО МК «Воронежский». Практическая значимость подтверждена социальной и экономической эффективностью.

выводы

1. Установлено, что микропартикуляция УФ-концешрата подсырной сыворотки обеспечивает получение пшцевой композиции, имитирующей молочные сливки по органолептическим (вкус, внешний вид, аромат) и реологическим характеристикам (вязкость 10,1 мПа-с).

2. Создана искусственная нейронная сеть для эффективного управления технологическими параметрами микропартикуляции УФ-концентрата подсырной сыворотки. Оптимизация полученных результатов обеспечивает получение пищевой композиции с заданным размером агрегатов белковых глобул (1 - 1,5 мкм) при следующих условиях: температура нагревания - 92,1 °С, ^продолжительность нагревания - 10,2 мин, температура гомогенизации - 60,3 °С, давление гомогенизации - 24,8 МПа.

3. На основании анализа химического состава (массовая доля белка 3,5 %, жира - 0,3 %, лактозы 4,5%), в том числе аминокислотного, бифидогенных, органо-лепгических, функционально-технологических свойств, показателей качества, безопасности и срока годности новой пищевой композиции (5 суток при температуре (4 ± 2) °С) обоснована возможность введения ее в рецептуру низкокалорийных кисломолочных продуктов для замены обезжиренного молока при сохранении сливочно-сги во вкусе. Разработана технология получения пищевой композиции с использованием принципов НАССР.

4. Разработанное рецешурно-компоненгное решение низкокалорийного кисломолочного напитка предусматривает замену 27 % обезжиренного молока микропар-

тику .тагом сывороточных белков, исключение сливок, сухого обезжиренного молока, стабилизатора, позволяет получить продукт стандартного качества, с органолептически-ми свойствами, идентичными жиросодержащим продуктам, высокой синбиотической активностью и биологической ценностью (76,8 %).

5. Предложенное технологическое решение по производству синбиотиче-ского напитка с микропартикулятом сывороточных белков обеспечивает экономическую эффективность (ожидаемый экономический эффект от реализации нового продукта составит: 123,5 тыс. руб. при выпуске 300 т/шд), рациональное использование сырьевых ресурсов молочной промышленности, что подтверждено апробацией на предприятиях отрасли: ООО «ГМЗ «Лискинский»» и ОАО МК «Воронежский».

Список работ, опубликованных по теме диссертации: Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки Россия

1. Мельникова, Е. И. Имитатор молочного жира для синбиотических продуктов [Текст]/ Е.И. Мельникова, Н. А. Подгорный, Е. Б. Станиславская // Молочная промышленность. — №7. — 2010. — С.55 — 56.

2. Мельникова, Е. И. Синбиотический продукт на основе микропартику-лята сывороточных белков [Текст]/ Е. И. Мельникова, Н. А. Подгорный, Е. Б. Станиславская, Е. В. Чуносова//Маслоделие и сыроделие.-№6.-2010. - С.26 -28.

3. Мельникова, Е. И. Газохроматографическая идентификация осмофориче-ских компонентов подсырной сыворотки [Текст]/ Е. И. Мельникова, Н. А. Подгорный, С. И. Нифталиев и др. // Хранение и переработка сельхозсырья. - №11. - 2011. -С.22-24.

4. Пономарев, А. Н. Микропартикулированные сывороточные белки в технологии синбиотических продуктов [Текст]/ А. Н. Пономарев, Н. А. Подгорный, Е. И. Мельникова, А. Н. Лосев // Молочная промышленность. — №7. — 2013. -С.62-63.

Статьи и материалы конференций

5. Мельникова, Е. И. Анализ аминокислотного состава микропартикулята молочной сыворотки с применением метода капиллярного электрофореза [Текст] / Е. И. Мельникова, Н. А. Подгорный, Е. Б. Станиславская и др./ Инструментальные методы исследования живых систем в пищевых производствах: материалы Всероссийской конференции с элементами научной школы. — Кемерово, 2009, - с. 82 — 83.

6. Мельникова, Е. И. Разработка ресурсосберегающей технологии нового имитатора молочного жира и функциональных продуктов на его основе [Текст] / Е. И. Мельникова, Н. А. Подгорный, Е. Б. Станиславская. / Материалы всероссийской научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых.- Воронеж, 2009, - с.79 - 8Х

7. Мельникова, Е.И. Концепция создания синбиотических продуктов на основе подсырной сыворотки [Текст] / Е. И. Мельникова, Н. А. Подгорный, Е. Б. Станиславская / К 80-летаю ВГТА: материалы ХЬУШ отчетной научной конференции преподавателей и тучных сотрудников ВГТА за2009 г. — Воронеж, 2009,-с. 141.

8. Мельникова, Е. И. Перспективные ингредиенты в производстве низкокалорийных йогуртов [Текст] / Е.И. Мельникова, Н. А. Подгорный, Е. Б. Станиславская, И. С. Черникова. / Современное состояние и перспективы развития пищевой

іфомьшгаенносш и общественного питания:: сборник материалов Ш Всероссийской научно-практической конференции с международным участием - Челябинск, 2009, - с.86 -88.

9. Мельникова, Е И. Применение микропартикулята в технологии продуктов функционального назначения [Текст]/ Е. И. Мельникова, Н. А, Подгорный, Е. Б. Станиславская, Е. В. Чуносова. / Научный потенциал студенчества в XXI веке: материалы IV Международной научной конференция студентов, аспирантов, молодых ученых - Ставрополь, 2010, -с.496 - 497.

10. Мельникова, Е. И Синбиотические продукты на основе микропартикулята сывороточных белков [Текст]/ Е. И. Мельникова, Н. А. Подгорный, Е. Б. Станиславская, Е. В. Чуносова. / Пищевые технологии и биотехнологии: материалы XI Международной конференции молодых ученых - Казань,2010, -с.226 - 227.

11. Мельникова, Е. И. Оптимизация процесса производства микропартикулята [Текст]/ Е. И. Мельникова, Н. А. Подгорный, Е. Б. Станиславская. / Новое в технологии и технике пищевых производств: материалы П международной научно-технической конференции - Воронеж, 2010, - с.254 - 256.

12. Мельникова, Е. И. Альтернативные нанотехнологические решения переработки молочной сыворотки (Текст]/ Е. И. Мельникова, Н. А. Подгорный, Е. Б. Станиславская./ Новое в технологии и технике пищевых производств: материалы II международной научно-технической конференции - Воронеж, 2010, - с.94 - 97.

13. Мельникова, Е. И. Газохроматографический анализ осмофориче-ских компонентов микропартикулята сывороточных белков [Текст]/ Е. И. Мельникова, Н. А. Подгорный, Е. Б. Станиславская. / Инновационные технологии и оборудование в молочной промышленности: сборник материалов научно-практической конференции - Воронеж, 2010, - с.23 — 24.

14. Мельникова, Е. И. Идентификация ароматобразующих веществ под-сырной сыворотки [Текст]/ Е. И. Мельникова, Н. А. Подгорный, Е. Б. Станиславская, Л. А. Прокофьева. / В мире научных открытий: материалы IV научно-практической конференции - Красноярск, 2010, - с.107.

15. Мельникова, Е. И. Новые синбиотические продукты на основе под-сырной сыворотки [Текст] / Е. И. Мельникова, Н. А. Подгорный, Я. И. Корен-ман, Е, Б. Станиславская. / Наукові здобутки молоді - вирішенню проблем харчування людства у XXI столітти: материалы 76 научной конференции молодых ученых, аспирантов и студентов- Киев, 2010, - с.ЮО.

16. Мельникова, Е. И. Ресурсосберегающая технология заменителя молочного жира и продуктов на его основе [Текст] / Е. И. Мельникова, Н. А. Подгорный, Е. Б. Станиславская. / Наукоемкие технологии и материалы (НТМ-2010)»: сборник трудов региональной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых - Воронеж, 2010, - с.20 - 22.

17. Мельникова, Е.И. Разработка ресурсосберегающей технологии синбиотического йогурта [Текст] / Е. И. Мельникова, Н. А. Подгорный, Ю. И. Шишацкий, Е. Б. Станиславская. / Современная наука, теория и практика: материалы I международной научно - практической конференции - Ставрополь,

2010,-с. 465-467.

18. Мельникова, Е. И. Формирование мультисенсорной системы для анализа осмофорических компонентов подсырной сыворотки [Текст] / Е. И. Мельнико-

¿s

ва, Н. А. Подгорный, С. И. Нифталиев и др. / Молочная наука - пищевой промышленности: материалы П международной научной конференции - Ставрополь, 2011, -с.21-23.

19. Мельникова, Е.И. Мультисенсорная система в анализе ароматобразу-югцих компонентов подсыршй сыворотки [Текст] / Е. И. Мельникова, Н. А. Подгорный, С. И. Нифталиев и др. / Проблемы теоретической и экспериментальной химии: тезисы докладов XXI Российской молодежной научной конференции, посвященной 150-летию со дня рождения академика Н.Д. Зелинского -Екатеринбург, 2011, — с.204 — 205.

20. Мельникова, Е. И. Осмофорические компоненты в формировании органолептических свойств подсырной сыворотки [Текст] / Е. И. Мельникова, Н. А. Подгорный, Е. Б. Станиславская, Е. С. Рудниченко / Феномен молочной сыворотки: синтез науки, теории и практики: сборник материалов научно-практического семинара - Ставрополь, 2011, - с.100 - 101.

21. Мельникова, Е. И. Реализация микропаргакулированных сывороточных белков в частных технологиях [Текст] / Е. И. Мельникова, Н. А. Подгорный, Е. Б. Станиславская./ Материалы XLIX отчетной научной конференции преподавателей и научных сотрудников ВГТА за 2010 г. - Воронеж, 2011, - с.114 - 118.

22. Мельникова, Е. И. Биологическая ценность микропартикулирован-ных сывороточных белков [Текст] / Е. И. Мельникова, Н. А. Подгорный, Е. Б. Станиславская / Материалы XLIX отчетной научной конференции преподавателей и научных сотрудников ВГТА за 2010 г. - Воронеж, 2011,-с.185.

23. Мельникова, Е. И. Газохроматографическое определение легко летучих компонентов подсырной сыворотки [Текст] / Е. И. Мельникова, Н. А. Подгорный, С. И. Нифталиев и др. / Разделение и концентрирование в аналитической химии и радиохимии: материалы Ш Всероссийского симпозиума — Краснодар, 2011, — с.262.

24. Подгорный, Н. А. Разработка технологии сш биотического продукта [Текст] / Н. А. Подгорный, Е. Б. Станиславская./ Материалы L отчетной научной конференции преподавателей и научных сотрудников ВГУИТ за 2011 г.- Воронеж, 2011, - с32.

Патенты РФ

1. Пат. 2422030 Российская Федерация, МПК А 23 С 23/00. Способ приготовления продукта, имитирующего сливки [Текст] / Мельникова Е. И., Подгорный Н. А., Станиславская Е. Б., заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО «Воронежская государственная технологическая академия» (RU). - № 2010105606/10; заявл. 16.02.2010;опубл. 27.06.2011,Бюл.№ 18.-Ч. П.-с. 519.

Подписано в печать 31.10. 2013. Формат 60 х 84 1/16 Усл. печ. л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ К» 195

ФГБОУВПО «Воронежский государственный университет инженерных технологий» (ФГБОУВПО «ВГУИТ») Отдел полиграфии ФГБОУВПО «ВГУИТ» Адрес университета и отдела полиграфии: 394036, Воронеж, пр. Революции, 19

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ

ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНЖЕНЕРНЫХ

ТЕХНОЛОГИЙ

ПОЛУЧЕНИЕ НОВОЙ ПИЩЕВОЙ КОМПОЗИЦИИ И ЕЕ ПРИМЕНЕНИЕ В ТЕХНОЛОГИИ СИНБИОТИЧЕСКОГО НАПИТКА

Специальность: 05.18.04 - «Технология мясных, молочных и рыбных

продуктов и холодильных производств»

На правах рукописи

04201365542

Подгорный Никита Андреевич

ДИССЕРТАЦИЯ

на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель

доктор технических наук, профессор Мельникова Е. И.

Воронеж - 2013

Содержание

Введение 4

Глава 1. Аналитический обзор литературы 9

1.1. Современное состояние и структура переработки молочной

9

сыворотки в РФ и за рубежом

1.2. Инновационные технологии модификации состава и свойств молочной сыворотки в пищевые композиции с 18 функциональными свойствами

1.3. Синбиотические продукты. Перспективные тенденции в развитии технологий и ассортимента их производства

Заключение по обзору литературы 35

Глава 2. Объекты, материалы и методы исследований 37

2.1. Организация исследований 37

2.2. Методы и методики экспериментальных исследований 39

2.3. Материально-техническая база эксперимента 59

2.3.1. Ультрафильтрационная установка 5 9

2.3.2. Мультисенсорная экспериментальная установка 61

2.4. Математическое планирование и статистическая обработка результатов исследований

Глава 3. Получение пищевой композиции на основе подсырной сыворотки, имитирующей флейвор молочного жира

3.1. Обоснование способов и оптимизация условий модификации состава и свойств подсырной сыворотки

3.2. Разработка технологии новой пищевой композиции с учетом принципов ХАССП

3.3. Состав и свойства новой пищевой композиции 85

3.4. Исследование осмофорических компонентов подсырной сыворотки и микропартикулята сывороточных белков 97

65

68

68

82

Глава 4. Совершенствование технологии синбиотического напитка 112

4.1. Разработка рецептурно-компонентного решения синбиотического напитка

4.2. Исследование состава и свойств готового продукта 126

4.3. Технологические параметры и схема производства напитка 134

Выводы 139

Список использованных источников 141

Приложения 154

ВВЕДЕНИЕ

Стратегия развития пищевой и перерабатывающей промышленности Российской Федерации на период до 2020 года предусматривает разработку и внедрение инновационных технологий продуктов питания, формирующих агропро-довольственный рынок, продовольственную и экономическую безопасность страны. Для молочной отрасли эти задачи весьма актуальны, в связи с недостаточными объемами производимого молока-сырья и стабильной динамики роста цен на него.

В качестве внутреннего отраслевого ресурса для увеличения объемов производимой продукции, улучшения экономических показателей и исключения загрязнений окружающей среды целесообразно рассматривать молочное белково-углеводное сырье, в частности подсырную сыворотку. Основное направление ее переработки, реализуемое в нашей стране - сушка - не позволяет сохранить нативные свойства и в полной мере реализовать биотехнологический потенциал этого вида сырья. Значительные объемы, высокая пищевая ценность, присутствие функциональных ингредиентов обусловливают необходимость полного сбора и рационального использования сыворотки в составе продуктов питания.

Этому направлению посвящены работы ученых Северо-Кавказского федерального университета (г. Ставрополь), Всероссийского научно-исследовательского института молочной помышленности (ГНУ ВНИМИ Рос-сельхозакадемии) и других отечественных и зарубежных институтов: Н. И. Дунченко, И. А. Евдокимова, JI. А. Забодаловой, 3. С. Зобковой, Э. Ф. Кравченко, Е. И. Мельниковой, П. Г. Нестеренко, С. А. Рябцевой, Н. А. Тихомировой, В. Д. Харитонова, А. Г. Храмцова, Е. Renner, Sato Kazuyoshi и др. Однако, проблема модификации состава и свойств подсырной сыворотки с целью нивелирования ее органолептических характеристик для применения в технологии качественно новых продуктов питания, в том числе функционального назначения, остается актуальной. Государственная политика в области здорового питания

населения на период до 2020 года предусматривает рост объемов производства функциональных продуктов. Учитывая актуальность, большой научный и практический интерес представляет реализация биотехнологического потенциала подсырной сыворотки в технологии именно таких продуктов, в частности син-биотических напитков.

К одной из актуальных тенденций при разработке новых продуктов питания относится замена животных жиров, в том числе молочного, пищевыми композициями белковой природы, имитирующими органолептические показатели жиросодержащих компонентов. Такими свойствами характеризуются микро-партикуляты сывороточных белков, полученные с применением инновационных методов модификации подсырной сыворотки.

В связи с представленной актуальностью сформулирована цель работы -оптимизация технологических параметров процесса микропартикуляции УФ-концентрата подсырной сыворотки для применения его в производстве низкокалорийных синбиотических напитков.

Для достижения поставленной цели определены следующие задачи:

- обосновать применение микропартикуляции как процесса для регулирования органолептических свойств УФ-концентрата подсырной сыворотки;

- создать искусственную нейронную сеть для эффективного управления технологическими параметрами микропартикуляции УФ-концентрата подсырной сыворотки, обеспечивающими получение пищевой композиции с заданным размером агрегатов белковых глобул;

- изучить химический состав, органолептические, функционально-технологические свойства, показатели качества и безопасности новой пищевой композиции и разработать технологию ее получения с использованием принципов НАССР;

- разработать рецептурно-компонентное решение низкокалорийного кисломолочного напитка с микропартикулятом сывороточных белков, характеризующегося высокой синбиотической активностью, заданным составом и свойствами;

- предложить новое технологическое решение по производству синбиоти-ческого напитка с микропартикулятом сывороточных белков, обеспечивающее экономическую эффективность, подтвердить полученные результаты опытно-промышленной апробацией на предприятиях отрасли.

Исследования по теме диссертационной работы выполнялись в соответствии с тематикой НИР кафедры технологии молока и молочных продуктов «Разработка технологии молочных продуктов целевого назначения, в том числе лечебно-профилактического, специального, функционального, обогащенных витаминами и биологически активными добавками» и по федеральной целевой программе «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007 - 2013 гг.» (гос. контракт № 12.527.11.0008 от 4 июня 2012 г) в различных лабораториях научно-исследовательских, учебных и научных учреждений.

Научные положения, выносимые на защиту.

Оптимальные условия микропартикуляции УФ-концентрата подсырной сыворотки, включающие процесс термоиндуцированной агрегации сывороточных белков с управлением искусственной нейронной сетью.

Результаты мультисенсорного анализа осмофорических компонентов подсырной сыворотки и новой пищевой композиции на ее основе.

Качественный и количественный состав, свойства, в том числе бифидо-генные, показатели, гарантирующие безопасность новой пищевой композиции.

Технологическое и рецептурно-компонентное решение низкокалорийного синбиотического напитка с микропартикулятом сывороточных белков.

Научная новизна

Представлены новые данные о пищевой композиции, имитирующей орга-нолептические свойства молочных сливок, полученной с применением процесса микропартикуляции сывороточных белков.

Создана искусственная нейронная сеть для оптимизации условий термоиндуцированной агрегации сывороточных белков, обеспечивающая получение глобул размером 1-1,5 мкм.

Разработана рецептура сннбиотического напитка, подобран видовой состав микроорганизмов для его производства с учетом их способности к синтезу эк-зополисахаридов.

Практическая значимость.

Предложенный и запатентованный способ технологической трансформации подсырной сыворотки позволяет получить новую пищевую композицию, имитирующую органолептические свойства молочных сливок, с высокой пре-биотической активностью и физико-химическими показателями, сходными с обезжиренным молоком.

Разработанное технологическое решение обеспечивает получение напитка с высокой синбиотической активностью, биологической ценностью, гарантированными показателями качества и безопасности и исключает применение стабилизационных систем.

Промышленная апробация на предприятиях отрасли: ООО «ГМЗ «Лискин-ский»» и ОАО МК «Воронежский» подтвердила социально-экономическую значимость разработанных технологических и рецептурных решений.

Новизна предлагаемого технологического решения подтверждена патентом РФ № 2422030 «Способ приготовления продукта, имитирующего сливки».

Основные положения диссертационного исследования используются в учебном процессе для методического обеспечения дисциплины «Новые физико-химические методы обработки в отрасли» специальности 260303 Технология молока и молочных продуктов.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на научно-практических международных и всероссийских конференциях: Всероссийской конференции с элементами научной школы «Инструментальные методы исследования живых систем в пищевых производствах», Кемерово, 2009; Всероссийской научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых, Воронеж, 2009; III Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Современное состояние и перспективы развития пищевой промышленности и общественного питания», Челябинск, 2009; IV Междуна-

родная научная конференция студентов, аспирантов, молодых ученых «Научный потенциал студенчества в XXI веке», Ставрополь, 2010; XI Международная конференция молодых ученых «Пищевые технологии и биотехнологии», Казань,2010; II международной научно-технической конференции «Новое в технологии и технике пищевых производств», Воронеж, 2010; научно-практической конференции «Инновационные технологии и оборудование в молочной промышленности», Воронеж, 2010; IV научно-практической конференции «В мире научных открытий», Красноярск, 2010; 76 научной конференции молодых ученых, аспирантов и студентов «На-уков1 здобутки молод1 - виршенню проблем харчування людетва у XXI столггти», Киев, 2010; региональной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Наукоемкие технологии и материалы (НТМ-2010)», Воронеж, 2010; I международной научно - практической конференции «Современная наука, теория и практика», Ставрополь, 2010; II международной научной конференции «Молочная наука - пищевой промышленности», Ставрополь, 2011; XXI Российской молодежной научной конференции, посвященной 150-летию со дня рождения академика Н.Д. Зелинского «Проблемы теоретической и экспериментальной химии», Екатеринбург, 2011; научно-практического семинара «Феномен молочной сыворотки: синтез науки, теории и практики», Ставрополь, 2011; III Всероссийского симпозиума «Разделение и концентрирование в аналитической химии и радиохимии». - Краснодар, 2011; отчетных научных конференциях преподавателей и научных сотрудников ВГУИТ.

Результаты работы представлены на конкурсах и выставках, награждены дипломами и сертификатами участника.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 25 печатных работ, в том числе 4 в журналах, рекомендованных ВАК РФ, 20 тезисов докладов и 1 патент РФ.

Глава 1. Аналитический обзор литературы

1.1. Современное состояние и структура переработки молочной сыворотки в РФ и за рубежом

В последние годы для молочной отрасли весьма актуальна проблема недостаточных объемов производимого молока-сырья [2] и стабильной динамики роста цен на него (рис. 1.1).

16000 14000

1Ш1Ш1|1Ш1|1Ш111Й111

-Г ^ ^ ^ -Г^ ^ ^

Год

ч\ Л Л

Ъ сС^ _сФ с№> _ч\ -Ч^

& ^ о£Г ^ ЛУ ^ О^ сл\Ч сх\

Рисунок 1.1 — Динамика средних закупочных цен на сырое молоко

В качестве внутреннего отраслевого ресурса для увеличения объемов производимой продукции, улучшения экономических показателей и исключения загрязнений окружающей среды целесообразно рассматривать молочное белково-углеводное сырье, в частности подсырную сыворотку, ресурсы которой в нашей стране превышают 3,5 млн.т. в год (рис. 1.2).

Переработка сыворотки в России составляет около 30 % от уровня ее промышленного производства [10, 13]. Несмотря на многочисленные разработки в этой области она сдерживается по ряду известных причин.

к

ы

о

Он

§ й

<и еО Ю

О

4000п 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 0

¡с п п

II т 1-1-

!

1

ъ

# # # ^ # # # #

Год

□ Получено в производстве [^Переработка

Рисунок 1.2 - Производство и переработка подсырной сыворотки в Российской Федерации

Среди этих причин можно выделить:

- незначительные инвестиции в молочную промышленность;

- отсутствие средств на внедрение современных технологий и покупку оборудования;

- недостаточность информации о преимуществах продуктов из сыворотки и рекламы здорового образа жизни;

- отсутствие массового производства многофункциональных продуктов на основе молочной сыворотки;

- либерализм экологической службы относительно сброса сыворотки в сточные воды.

По данным ММФ, объемы сыворотки в мире составляют более 130 млн. т. и проблема сыворотки во многих странах остается актуальной (рис. 1.3).

2%

□ США

■ Италия

□ Дания

□ РФ

■ Франция □ Нидерланды 13 Испания □ Германия

■ Австралия В Другие страны

Рисунок 1.3- Объёмы производства подсырной сыворотки в различных странах мира, % мирового производства

За рубежом считается, что организация производства по переработке сыворотки даже при высоком уровне стоимости энергоносителей выгоднее, чем экологические штрафы за слив сыворотки без обработки в водоемы [7].

Попадание сыворотки в системы канализации, а в аварийных случаях и непосредственно в водоемы, вызывает серьезные экологические проблемы. Совокупный вред экологии, наносимый сбросом 1т. молочной сыворотки, оценивается более чем в 1 млн. руб. В России, к сожалению, невысок уровень промышленного использования этого ценного белково-углеводного сырья.

Многообразие известных способов переработки и использования молочной сыворотки можно условно разделить на четыре основных направления [96, 98]:

- использование ее без обработки;

- переработка и применение в виде концентратов;

- выделение и использование отдельных наиболее ценных компонентов;

- биологическая переработка;

Натуральная молочная сыворотка довольно широко используется при выпечке хлеба и хлебобулочных изделий. При этом хлеб обогащается ее полноценными компонентами, что улучшает его биологические и вкусовые качества. Кроме того, введение сыворотки улучшает процесс тестообразования и внешний вид изделий, замедляет процесс черствения, а также увеличивает до 3 % выход хлеба.

Предполагается дальнейшее развитие роста объемов производства напитков на основе молочной сыворотки как одного из наиболее доступных, не требующих больших капитальных вложений и эксплуатационных (в первую очередь энергетических) затрат. Исследования в этой области в настоящее время направлены на расширение ассортимента. Производство напитков на основе молочной сыворотки выгодно предприятиям еще и сезонным совпадением пиков ресурсов сырья и спроса на продукт.

Напитки из натуральной молочной сыворотки представляют особую ценность, поскольку в них содержатся все ее составные части, обладающие определенными лечебно-профилактическими свойствами. К тому же их технология достаточно проста. Для улучшения вкуса напитков применяют наполнители. ВНИИМС предлагает к широкому промышленному внедрению технологию и рецептуру сыворотки молочной пастеризованной и напитков на ее основе (ТУ 9229-110-04610209-2002).

В настоящее время большое распространение на рынке прохладительных напитков получила сыворотка, обогащенная натуральными фруктовыми и ягодными наполнителями, богатыми углеводами, органическими кислотами, обладающими оригинальным вкусом и запахом. Добавление плодово-ягодных соков позволяет не только ослабить сывороточные тона во вкусе и запахе напитков, но и повысить их пищевую и биологическую ценность. В этой связи ВНИИМСом разработана технология и предлагаются рецептуры сыворотки молочной с соком пастеризованной (ТУ 9224-169-04610209-2007).

Высокая пищевая и биологическая ценность сывороточных напитков может быть усилена введением пробиотической микрофлоры. Во ВНИИМСе проведены исследования и разработаны рецептуры и технология напитков сыворот�