автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.04, диссертация на тему:Разработка и исследование технологии производства комбинированных молочных жиросодержащих продуктов с кедровым орехом

'и

Кемеровский технологический институт пищевой промышленности

На правах рукописи

Востриков Владимир Алексеевич

РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА КОМБИНИРОВАННЫХ МОЛОЧНЫХ ЖИРОСОДЕРЖАЩИХ ПРОДУКТОВ С КЕДРОВЫМ

ОРЕХОМ

Специальность 05.18.04 - технология мясных, молочных и

рыбных продуктов

Научные руководители: Заслуженный деятель науки и техники РФ, доктор технических наук, профессор Л.А. Остроумов, кандидат технических наук, доцент Л.И. Вождаева

Диссертация

на соискание ученой степени кандидата технических наук

Кемерово - 1999

СОДЕРЖАНИЕ

Введение....................................................................................4

1 Литературный обзор..............................................................7

1.1 Состав и свойства молочного жира............................................7

1.1.1 Химический состав молочного жира...........................................7

1.1.2 Физико-химические свойства молочного жира............................15

1.2 Основные направления регулирования жирнокислотного состава молочного жира....................................................................18

1.3 Витаминизация молочных продуктов..........................................29

1.3.1 Витаминный состав молока..........................................................32

1.3.2 Пути обогащения молочных продуктов витаминами...................... 44

2 Методология выполнения работы...............................................51

2.1 Организация работы...............................................................51

2.2 Методы исследований.............................................................53

3 Результаты исследований.........................................................59

3.1 Изучение состава и свойств кедровых орехов в связи с их использованием в производстве комбинированных молочных продуктов..........59

3.1.1 Химический состав кедровых орехов..........................................59

3.1.2 Жирнокислотный состав кедровых орехов................................. 60

3.1.3 Аминокислотный состав кедровых орехов.................................. 62

3.1.4 Витаминный состав кедровых орехов..........................................65

3.1.5 Исследование минерального состава кедровых орехов.....................65

3.2 Подготовка кедровых орехов к использованию при выработке молочных продуктов.......................................................................67

3.3 Формирование структуры молочных жиросодержащих продуктов......73

3.3.1 Использование стабилизаторов структуры................................. 73

3.3.2 Влияние процесса диспергирования на качество продукта...............79

3.3.3 Изучение особенностей процесса созревания паст.........................85

3.4 Изучение влияния технологических и сырьевых факторов на качество комбинированных сливочных паст................................88

3.4.1 Влияние массовой доли жира в сливках, дозы кедрового ореха и температуры пастеризации на вкус и запах сливочных паст............90

3.4.2 Влияние массовой доли жира в сливках, дозы кедрового ореха и температуры пастеризации на консистенцию сливочных паст.........95

3.4.3 Влияние массовой доли жира в сливках, дозы кедрового ореха и температуры пастеризации на твердость сливочной пасты.............100

3.4.4 Влияние массовой доли жира в сливках, дозы кедрового ореха и температуры пастеризации на физико-химические константы сливочных паст..................................................................105

3.4.5 Обоснование выбора рациональных сырьевых и технологических параметров при выработке сливочных паст................................108

3.5 Практическая реализация исследований....................................115

3.5.1 Разработка технологической схемы производства сливочных паст с кедровым орехом............................................................... 115

3.5.2 Изучение состава и свойств сливочно-кедровой пасты..................119

3.5.3 Изучение биологической ценности нового продукта.....................122

3.5.4 Исследования изменения состава и свойств нового продукта в процессе хранения................................................................125

Выводы ...................................................................................130

Список литературы..................................................................... 132

Приложения................................................................................145

ВВЕДЕНИЕ

Современные положения физиологии и биохимии питания диктуют необходимость разработки принципиально новых подходов к созданию продуктов многофункционального назначения, удовлетворяющих требованиям гигиены питания различных категорий населения и нейтрализующих вредные воздействия среды на организм.

Группой ведущих ученых и специалистов страны (Княжев В.А., Сизен-ко В.И., Рогов И.А., Большаков О.В., Тутельян В.А.) разработана концепция государственной политики в области здорового питания населения России. Концепция предусматривает основные принципы, направления и механизм реализации этой политики.

Согласно разработанной концепции необходимо развивать биотехнологию процесса переработки сельскохозяйственного сырья, получая новые виды пищевых продуктов с использованием ферментативных препаратов и биологически активных веществ, а также создавать технологии производства качественно новых пищевых продуктов с направленным изменением химического состава, соответствующим потребностям организма человека, в том числе продуктов лечебно-профилактического назначения.

Теоретические и практические основы создания многофункциональных комбинированных продуктов с регулируемым составом и свойствами изложены в трудах A.A. Покровского, И.А. Рогова, H.H. Липатова (ст.), А.Г. Храмцова, Н.С. Королевой, В.Г. Высоцкого, В.М. Позняковского, Н.П. Захаровой, H.H. Липатова (мл.) и многих других отечественных и зарубежных исследователей.

Одним из направлений получения таких продуктов является целенаправленное изменение их жирнокислотного состава путем внесения дополнительных жирсодержащих ингредиентов и максимальное приближе-

ние к задаваемому соотношению между насыщенными, мононенасыщенными и полиненасыщенными жирными кислотами.

Большие перспективы в этом отношении имеет проектирование комбинированных продуктов на базе использования молочного жира, что объясняется его жирнокислотным составом. В состав молочного жира входит большое количество насыщенных жирных кислот при малом содержании биологически активных полиненасыщенных кислот. Поэтому регулирование его состава путем использования продуктов, богатых растительными маслами, содержащих ненасыщенные жирные кислоты, является весьма актуальным.

В этом направлении выполнена настоящая диссертация, посвященная разработке научных и практических основ производства сливочных паст с регулируемым жирнокислотным составом.

Выбор в качестве объекта исследований сливочной пасты объясняется стремлением получить продукт, отличающийся от масла более низким содержанием жира. Это позволит понизить калорийность продукта, а также увеличить объем его выработки из единицы сырья.

Для регулировки жирнокислотного состава сливочной пасты и обогащения ее биологически активными веществами использовали ядро кедрового ореха. Кедровый орех обладает высокими пищевыми и профилактическими свойствами. Он содержит много жира, белков, других жизненно важных компонентов. Весьма своеобразен липидный и жирнокислотный состав кедровых орехов.

В выполненной работе исследован состав кедрового ореха с позиции его использования при выработке комбинированных молочных продуктов, а также отработаны способы его подготовки к технологической переработке. Исследованы различные вариации сливок и ореха при формировании продукта. Установлены их рациональные соотношения, позволяющие получать сливочные пасты с характерными органолептическими свойствами.

Отработаны основные технологические параметры выработки сливочной пасты с кедровым орехом. Изучено влияние режимов хранения на состав и свойства сливочных паст. Созданы их новые виды, что явилось практической реализацией результатов диссертации.

Считаем данную работу начальным этапом направления по использованию кедрового ореха и продуктов его переработки в производстве молочных продуктов.

1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР 1.1 Состав и свойства молочного жира 1.1.1 Химический состав молочного жира

Молочный жир в основном состоит из триглицеридов (около 98%) с небольшим количеством моно- и диглицеридов, кроме того в его состав в незначительных количествах входят фосфолипиды, цереброзиды и стери-ны (холестерин и холестериновые эфиры). В малых количествах присутствуют жирорастворимые витамины (в основном А, Д, Е), антиоксиданты (токоферол), пигменты (р-каротин), а также вкусовые и ароматические вещества (лактоны, кетоны, свободные жирные кислоты, нейтральные карбонильные и свободные сульфгидрильные соединения, эфиры жирных кислот) [8].

Жирнокислотный состав молочного жира не постоянен, что затрудняет оптимизацию технологических процессов при выработке сливочного масла и его аналогов, стабилизацию их качества, в частности консистенции.

По химическому строению молочный жир состоит из липидов простых (глицеридов) и сложных (фосфолипидов), производных липидов, свободных жирных кислот и сопутствующих веществ, растворимых в глицерид-ном расплаве [13,34,32,101]. По данным А.П. Белоусова, К.К. Горбатовой, А.Д. Грищенко, А. Тепел в нем содержится от 140 до 169 жирных кислот различного строения (насыщенных и ненасыщенных, прямоцепочечных и разветвленных, кето- и оксикислот, цис- и трансизомеров, циклических, конъюнгированных и неконъюнгированных). Некоторые из этих кислот обладают высокой биологической активностью, поэтому, несмотря на очень низкую концентрацию они являются ценными компонентами молочного жира. Фактически от 15 до 28 жирных кислот (С4-С26) составляют

свыше 95 % из всех присутствующих в триглицеридах кислот [8]. Другая их группа (27 жирных кислот) составляет только 2 % от общего количества, а остальные находятся в микродозах [150]. Средний жирнокислотный состав молочного жира приведен в таблице 1.1

Таблица 1.1

Жирнокислотный состав липидов молочного жира

Наименование жирных кислот Обозначение Массовая доля в молочном жире, %

Тривиальное Систематическое (по Женевской номенклатуре)

Насыщенные

Масляная Бутановая С4:0 2,50 - 5,00

Капроновая Гексановая Сб:0 1,0-3,5

Каприловая Октановая С8:0 0,4 - 3,6

Каприновая Декановая С 10:0 0,8-3,6

Лауриновая Додекановая С 12:0 0,8-3,9

Миристиновая Тетрадекановая С 14:0 7,7-13,2

Пальмитиновая Гексадекановая Cl6;0 20,0-36,0

Стеариновая Октадекановая Cl8:0 5,5-13,7

Арахиновая Эйкозановая С20:0 0,4-1,2

Мононенасыщенные

Капринолеино-вая 9-деценовая Cl0:l 0,1-0,4

Лауролеиновая 9-додеценовая Cl2:l 0,2 - 0,4

Миристолеи-новая 9-тетрадеценовая Cl4:1 1,5-3,5

Пальмитолеи-новая 9-гексадеценовая Cl6:1 0,5 - 5,6

Олеиновая 9-октадеценовая Cl8 :1 16,7-37,6

Полиненасыщенные

Линолевая 9,12-Октадекадиеновая Cl8:2 1,0-5,2

Линоленовая 9,12,15-Оксидекатриеновая Cl8:3 1,0-2,1

Арахидоновая 5,8,11,14-Эйкозатетраеновая C20 :4 0,1-0,5

Среди насыщенных кислот преобладают пальмитиновая, миристиновая и стеариновая, а среди мононенасыщенных - олеиновая [32]. Имеется небольшое количество полиненасыщенных жирных кислот [90].

Содержание стеариновой и олеиновой кислот повышается летом, а ми-ристиновой и пальмитиновой - зимой. Это связано с рационами кормления и физиологическими особенностями животных [32].

По сравнению с жирами животного и растительного происхождения молочный жир характеризуется высоким содержанием миристиновой кислоты и низкомолекулярных летучих насыщенных жирных кислот - масляной, капроновой, каприловой, каприновой, в сумме составляющих 7,49,5 % общего количества жирных кислот [32].

Количество полиненасыщенных жирных кислот (линолевой, линолено-вой и арахидоновой) в молочном жире по сравнению с растительным маслом невысокое и составляет от 3 до 5 %. Их содержание в жире весной и летом выше, чем осенью и зимой [92]. Однако биологическая ценность жира молока, полученного летом, снижается вследствие увеличения в нем количества полиненасыщенных жирных кислот с коньюгированными (сопряженными) двойными связями, которые быстрее окисляются кислородом воздуха, чем кислоты с неконъюгированными (изолированными) связями [9,78,85].

Линолевая, линоленовая и арахидоновая кислоты содержат системы изолированных этиленовых двойных связей, характеризующихся группировкой -СН=СН-СН2-СН=СН-.

Некоторые другие полиненасыщенные кислоты от С20 до С22 имеют группировки с сопряженными двойными связями -СН=СН-СН=СН=. Кроме того, при окислении жира возможен переход изолированных двойных связей в сопряженные [32].

При нормальных условиях кормления и содержания животных насыщенные жирные кислоты составляют около 70 % от их общего количества.

Моноеновые кислоты (в основном С^а) составляют большую часть остатка, причем диеновые и триеновые жирные кислоты вместе составляют примерно 3%. На основании проведенного анализа литературных данных У. Банкс [151] считает, что молочному жиру недостает свойства полинена-сыщенности из-за повышенного содержания в нем кислот С ш (олеиновой, эллаидиновой) и недостаточности полиненасыщенных (С18:2, С^з), вследствие чего медики относят его к насыщенным «по природе» [114].

Жирнокислотный состав молочного жира непостоянен. Он зависит от кормовых рационов, стадии лактации, сезона, географической зоны, породы животных и других факторов [65].

Насыщенные жирные кислоты определяют консистенцию жира, вкус, способность к плавлению. С увеличение длины углеродной цепи насыщенных кислот повышаются температура плавления и плотность жира. Количество низкомолекулярных жирных кислот - от масляной до лаури-новой - может составлять до 21% (молярных), что характерно только для молочного жира [12,13,92].

Низкомолекулярные жирные кислоты обусловливают запах и вкус молочного жира. Жирные кислоты, содержащие более 12 атомов углерода, практически не имеют запаха и вкуса [92].

Состав триглицеридов. Триглицериды - эфиры трехатомного спирта глицерина и монокарбоновых жирных кислот.

Если все гидроксильные группы присоединяют молекулы однотипной карбоновой жирной кислоты, образуются гомогенные (однокислотные) триглицериды, а в случае присоединения двух или трех различных кислот образуются гетерогенные (смешанные) триглицериды [35].

Триглицериды характеризуются по числу атомов углерода в них; число атомов углерода в жирных кислотах, входящих в состав глицерида, при этом игнорируется. В молочном жире преобладают жирные кислоты с четным числом атомов углерода, что характерно и для триглицеридов. Однако

доля триглицеридов с четным числом атомов углерода примерно в 3 раза больше доли жирных кислот с нечетным числом атомов углерода. Экспериментально доказано, что в молочном жире присутствуют триглицериды с числом углеродных атомов от 26 до 54. Точная природа распределения триглицеридов является отражением состава жирных кислот [42].

В зависимости от характера содержащихся жирных кислот различают тринасыщенные (Бз), динасыщенно-мононенасыщенные (82и), мононена-сыщенно-динасыщенные (8112) и триненасыщенные (и3) триглицериды [6]. От их состава, структуры и соотношения зависят физические свойства жира - температура плавления, отвердевания и пр. В жире молока преобладают и БгЦ- триглицериды [32].

Известно, что распределение радикалов жирных кислот в триглицери-дах подчинено определенной закономерности. Например, жирные кислоты С4:о и Сб-.о обнаруживаются исключительно в положении - 3, т.е. их радикалы связаны с одним из крайних атомов углерода молекулы глицерина. Несмотря на наличие явной корреляции между составом жирных кислот и распределением триглицеридов, достаточная информация, необходимая для предсказания распределения триглицеридов исходя из жирнокислотно-го состава, отсутствует [32,150].

Для понимания вопроса необходимы более глубокие исследования, раскрывающие механизм работы молочной железы коров по формированию структуры триглицеридов. Именно поэтому для выработки продуктов с постоянными заданными свойствами в течение года пока используют процесс фракционирования жира. Ученые сходятся во мнении, что детальная физическая структура молочного жира еще не раскрыта. Подтверждением этому является то обстоятельство, что исследователи в своих работах обычно оперируют только 15 жирными кислотами. При чисто произвольной модели построения возможное количество структур триглицеридов составляет 153 (т.е. 3375). И хотя молочный жир создается не на произ-

вольной основе, число фактически существующих структур триглицеридов очень велико. В настоящее время существуют физические методы, обеспечивающие точное понимание структур молочного жира, позволяющие определить наличие уникальных триглицеридных структур и разработать способы экстрагирования их из смеси [42,150].

Фосфолипиды относятся к жироподобным веществам, которые содержат фосфорную кислоту, в качестве эфирного компонента [101]. В молоке из фосфолипидов обнаружены: лецитин (фосфатидилхолин), кефалин (фосфатидилэтаноламин), содержащие в качестве компонента глицерин и сфинголиподы - сфингомиэлины, - основой которых является трехатомный спирт сфингозин (аминная группа ацилирована высокомолекулярной жирной кислотой, первичная спиртовая группа этерифицирована фосфорной кислотой, а вторая валентность свя�