автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.04, диссертация на тему:Разработка консервированного молочного продукта с регулируемым углеводным составом

На правах рукописи

КУРЕНКОВА Людмила Александровна

РАЗРАБОТКА КОНСЕРВИРОВАННОГО МОЛОЧНОГО ПРОДУКТА С РЕГУЛИРУЕМЫМ УГЛЕВОДНЫМ СОСТАВОМ

Специальность 05.18.04 - Технология мясных, молочных и рыбных продуктов и холодильных производств

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени ^ д(~|р

кандидата технических наук

005567208

Москва-2015

005567208

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Вологодская государственная молочнохозяйственная академия имени Н.В. Верещагина» (ФГБОУ ВПО «ВГМХА имени Н.В. Верещагина»).

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Гнездилова Анна Ивановна

Официальные оппоненты:

Галстян Арам Генрихович

доктор технических наук, ФГБНУ

«Всероссийский научно-

исследовательский институт молочной

промышленности», ведущий научный

сотрудник лаборатории молочных консервов

Голубева Любовь Владимировна доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Воронежский

государственный университет

инженерных технологий», профессор кафедры технологии продуктов животного происхождения

Ведущая организация:

ФГАОУ ВПО «Северо-Кавказский федеральный университет», г. Ставрополь

Защита диссертации состоится «14» мая 2015 г в 13:00 часов на заседании диссертационного совета ДМ 006.021.01 при ФГБНУ «Всероссийский научно-исследовательский институт мясной промышленности им. В.М. Горбатова» по адресу: г. Москва, ул. Талалихина, 26.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБНУ «ВНИИМП им. В.М. Горбатова» и на официальном сайте http://www.vnii mp.ru.

Автореферат разослан « апреля 2015 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук, старший научный сотрудник А.Н. Захаров

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Питание современного человека характеризуется избыточным потреблением углеводов, жиров, поваренной соли. Следовательно, приоритетной задачей современной пищевой индустрии является выработка продуктов, способствующих реализации концепции здорового питания и здорового образа жизни, что опосредованно приведет к коррекции в культуре питания.

В настоящее время в качестве основного подсластителя и источника углеводов в молочной промышленности главным образом используется сахароза, что связано, по-видимому, с определенными традициями, устоявшимися подходами при проектировании технологий. Производство сахарозы является технически сложным и дорогостоящим процессом, с ограниченными сырьевыми ресурсами, сосредоточенными в основном в центрально-черноземной части России. С учетом сложившейся политической и экономической ситуации поиск альтернативных заменителей сахарозы является своевременным и необходимым, для обеспечения продовольственной безопасности страны. Наиболее целесообразным является использование новых видов заменителей сахарозы в производстве сгущенных молочных консервов с сахаром, так как содержание в них сахарозы составляет значительную долю: 43 - 45%.

В настоящее время молочные консервы с сахаром, являются востребованными на рынке России не только населением, но и производителями кондитерской продукции, мороженого и других пищевых продуктов. Популярность сгущенных молочных консервов с сахаром объясняется длительным сроком годности, а также географическими и климатическими особенностями Российской Федерации, которые не всегда предполагают возможность использования свежего молока в качестве сырья. Следовательно, исследования, направленные на разработку консервированного молочного продукта с сахаром и крахмальной патокой, являются актуальными.

Степень разработанности темы исследований. Отечественными учеными А.Г. Галстяном, А.И. Гнездиловой, Л.В. Голубевой, А.Н. Петровым, К.К Полянским, И.А. Радаевой, H.A. Тихомировой, Л.В. Чекулаевой и др. внесен значительный вклад в фундаментальные и практические исследования по разработке научных основ производства консервированных молочных и молокосодержащих продуктов.

Диссертационная работа выполнена в рамках госбюджетной НИР кафедры технологического оборудования ВГМХА имени Н.В. Верещагина «Научное обоснование и практическая реализация технологий производства сгущенных молочных и молокосодержащих консервов с сахаром» (№ гос. регистрации 01.201002662).

Целью работы является разработка консервированного молочного продукта с сахаром и крахмальной патокой.

Для достижения поставленной цели были сформулированы и реализованы следующие задачи:

- провести поиск альтернативых осмотически деятельных веществ и исследовать их влияние на растворимость и кристаллизацию лактозы;

- исследовать активность воды в растворах осмотически деятельных веществ для оценки их консервирующей способности;

- изучить структурно-механические свойства проектируемого продукта;

- установить рациональную дозу вносимых компонентов, составить рецептуру продукта и исследовать его показатели качества; -разработать техническую документацию и провести промышленную выработку разработанного продукта.

Научная новизна состоит в том, что:

- получен новый фактический материал о совместном влиянии сахарозы и глюкозы, как основного компонента крахмальной патоки, на растворимость и кинетику кристаллизации лактозы и выявлены закономерности этих процессов;

- установлены закономерности влияния сахарозы и крахмальной патоки на активность воды;

- получены новые данные о микроструктуре консервированного молочного продукта с сахаром и крахмальной патокой и выявлен механизм взаимодействия молекул глюкозы крахмальной патоки с белками молока.

Новизна технических решений подтверждается патентами РФ № 2449545 «Способ производства молокосодержащего консервированного продукта с сахаром, обогащенного витаминами», № 2490920 «Способ производства сгущенного молочного продукта с сахаром».

Научная значимость работы состоит в теоретическом и экспериментальном обосновании применения крахмальной патоки в производстве консервированного молочного продукта, а также технологических режимов получения и новых закономерностей формирования качественных показателей продукта при хранении. Практическая значимость и реализация результатов:

- создана технология консервированного молочного продукта с сахаром и крахмальной патокой:

- разработана техническая документация на продукт (ТУ и ТИ);

- проведены производственные испытания разработанного продукта.

Предлагаемая технология позволяет снизить себестоимость продукта и расширить ассортимент продукции данного сегмента. На защиту выносятся:

- закономерности совместного влияния сахарозы и глюкозы на кристаллизацию лактозы;

- данные по активности воды для сахарозы, крахмальной патоки и композиции этих Сахаров с целью оценки их консервирующей способности;

- новые данные о механизме формирования структуры сгущенных молочных консервов с сахаром и крахмальной патокой как свежевыработанных, так и в процессе хранения;

- технология производства консервированного молочного продукта с сахаром и крахмальной патокой.

Апробация работы. Основные результаты работы доложены на конференциях и конкурсах различного уровня: Международной научно-практической конференции «Научное обеспечение

сельскохозяйственному производству» (Вологда 2010); Всероссийском конкурсе на лучшую научную работу среди студентов, аспирантов и молодых ученых высших учебных заведений Минсельхоза РФ (Краснодар, 2011, Вологда, 2012, Санкт-Петербург, 2013); региональном конкурсе «Участник молодежного научно-инновационного конкурса (У.М.Н.И.К)» (Вологда, 2012); внутривузовских V, VI, VII ежегодных смотр-сессиях аспирантов и молодых ученых по отраслям наук (Вологда-Молочное, 2011,2012,2013).

Результаты работы неоднократно номинировались и отмечены наградами.

Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 16 печатных работ, в том числе: 4 статьи в журналах, рецензируемых ВАК РФ, и получены 2 патента на изобретения.

Структура и объем работы. Диссертация включает введение, 5 глав, выводы, список использованной литературы из 155 наименований и 18 приложений. Работа состоит из 146 страниц основного текста, 44 таблицы и 40 рисунков.

Степень достоверности результатов работы подтверждается проведением экспериментов в 3-5 кратной повторности, с применением стандартных методов исследований, а также современных приборов и оборудования, статистической обработкой данных, с применением программ пакета Microsoft Office.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, раскрыта цель исследования, освещена научная и практическая значимость разработки, определены основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе «Современное состояние технологий производства сгущенных молочных консервов с сахаром» проведен анализ научной и технической литературы, а также патентной информации по теме исследования. Выявлены основные недостатки в питании населения и наиболее перспективные направления работы по обеспечению населения сбалансированными продуктами питания. Рассмотрены основные тенденции при проектировании технологии производства сгущенных молочных продуктов с сахаром. Приведена сравнительная

характеристика осмотически деятельных веществ, обоснована целесообразность использования сладких веществ натурального происхождения при разработке консервированного молочного продукта (КМП). Представлен обзор различных видов Сахаров, применяемых в настоящее время, при выработке сгущенных молочных консервов с сахаром. В результате проведенного анализа в качестве осмотически деятельного вещества была выбрана крахмальная патока высокоосахаренная, так как она обладает более низкой калорийностью (на 20 - 24%) и стоимостью (на 20 - 30%) по сравнению с сахаром, производится из отечественного сырья на территории России, безопасна, используется во многих пищевых производствах. Рассмотрены факторы, влияющие на формирование показателей качества сгущенных молочных консервов с сахаром. Кроме того, анализ литературных источников позволил установить, что традиционное сгущенное молоко с сахаром обладает низким содержанием витаминов. На основании проработанной информации сформулированы задачи исследования.

Во второй главе «Экспериментальная часть» представлены объекты и методы исследования. Опыты проводились на базе Вологодской государственной молочнохозяйственной академии имени Н.В Верещагина в условиях научно-исследовательских лабораторий кафедр технологического оборудования, технологии молока и молочных продуктов, общей и прикладной химии, в лаборатории Всероссийского научно-исследовательского института сыроделия и маслоделия, а также на базе экспериментального цеха ОАО «Учебно-опытный молочный завод имени Н.В. Верещагина».

В соответствии с целью и задачами работы объектами исследования являлись: насыщенные и пересыщенные многокомпонентные водные растворы лактозы; водные растворы Сахаров; патока крахмальная высокоосахаренная; сиропы: шиповника, облепихи, боярышника и черноплодной рябины; консервированный молочный продукт с сахаром и крахмальной патокой. Структурная схема организации исследования представлена на рисунке 1.

При выполнении работы были использованы стандартизованные и общепринятые в химико-технологическом и микробиологическом контроле молочных продуктов методы исследований, изложенные в специализированных литературных источниках, комплексно обеспечивающие выполнение поставленных задач. Активность воды определялась с помощью гигрометра фирмы КоНх>шс модификации Нус1гоРа1т НР 23. Для определения реологических характеристик использовались вискозиметр ротационного типа марки «Реотест 2» и специализированная дифференциальная измерительно-информационная система (ИИС). Структура продукта была исследована с помощью трансмиссионного электронного микроскопа (ТЭМ) марки ЕМ-410.

Рисунок 1 - Структурная схема организации исследования

В третьей главе «Исследование свойств модельных систем»

приведены результаты исследований растворимости и процесса кристаллизации лактозы в многокомпонентных системах, а также осуществлена сравнительная оценка консервирующей способности некоторых осмотически деятельных веществ.

7

Установлено, что основной компонент крахмальной патоки - глюкоза, а также сахароза снижают растворимость лактозы в воде. Механизм обусловлен гидратационными явлениями, которые влияют на фазовое равновесие, а, следовательно, на состав насыщенного раствора.

Для исследования процесса кристаллизации лактозы в качестве объекта исследования была выбрана четырехкомпонентная система: лактоза-глюкоза-сахароза-вода. Общее количество примесей (глюкоза и сахароза), взятых в соотношении 1:1 составило 0,24 кг/(кг воды) или 40 - 45 % масс., что соответствует составу реальной системы (КМП с сахаром и крахмальной патокой). Опыты проводились при 35 °С и 20 "С, так как эти температуры являются начальной и конечной температурой при кристаллизации лактозы в сгущенных молочных консервах с сахаром. В качестве контрольных опытов исследовалась бинарная система: лактоза - вода.

На основании данных, полученных в результате проведения серии экспериментов, были построены кинетические кривые лактоза - вода -сахароза - глюкоза. Анализ кинетических кривых показал, что присутствие сахарозы и глюкозы в системе способствует изменению индукционного периода, продолжительность которого лежит в основе косвенного метода определения скорости зародышеобразования и зависит от нескольких факторов, в том числе от температуры и коэффициента пересыщения раствора. Взаимосвязь величин коэффициента пересыщения К||ср и продолжительности индукционного периода т1 была описана известным уравнением:

^ = к-7-1§Кпер, (1)

где к - константа скорости процесса зародышеобразования; г - порядок процесса зародышеобразования.

По экспериментальным данным были определены значения к и г в уравнении (1), их значения отражены в таблице 1.

Таблица 1 - Значение коэффициентов к и г в уравнении (1)

Температура Система Значение коэффициентов в уравнении

к ъ

20°С Бинарная система: лактоза - вода 5,65 6,50

Четырехкомпонентная система: лактоза глюкоза сахароза вода 4,38 4,18

35°С Бинарная система: лактоза вода 3,51 4,12

Четырехкомпонентная система: лактоза глюкоза сахароза вода 2,21 2,47

С использованием полученных коэффициентов, были произведены расчёты продолжительности индукционных периодов, которые свидетельствовали о возможности использования уравнения (1) для описания процесса кристаллизации. Среднее относительное отклонение расчетных данных от опытных составило ±1,26%.

Было установлено, что закономерности влияния сахарозы и глюкозы на процесс кристаллизации при разных температурах различны. Так при 35°С

8

исследованные сахара снижают продолжительность индукционных периодов и, следовательно, можно сделать вывод об интенсифицирующем их влиянии на процесс образования кристаллической фазы, что особо важно для периода зарождения новой фазы при температуре усиленной кристаллизации. Однако, было установлено, что при 20 °С сахара, увеличивают продолжительность индукционных периодов и снижают скорость зародышеобразования, что важно для замедления кристаллизации при хранении продукта. Снижение скорости зародышеобразования может быть обусловлено значительным возрастанием вязкости растворов при понижении температуры до 20 °С. Установленные закономерности позволяют прогнозировать положительное влияние основного компонента крахмальной патоки (глюкозы) на процесс кристаллизации лактозы.

Для исследования консервирующего эффекта в качестве осмотически деятельного вещества при проведении данного исследования была использована крахмальная патока высокоосахаренная, сахароза и композиции, состоящие из сахарозы и крахмальной патоки в соотношении 4:1 (композиция №1) и 3:2 (композиция №2).

Консервирующая способность данных осмотически деятельных

воды доли

веществ определялась экспериментально путем измерения активности в их водных растворах. Зависимость активности воды а„ от массовой заменителя сахара при 20°С представлена на рисунке 2.

0,95 0,9 0,85 0,8 0,75 0,7 0,65 0,6 0,55 0,5

4

3

' 2

1

20 30 40 50 60 70

массовая доля заменителя сахара в растворе,

Рисунок 2 - Зависимость активности воды от массовой доли заменителя сахара: 1 - сахароза; 2 - композиция №1; 3 - композиция №2; 4 -крахмальная патока высокоосахаренная 9

Активность воды в этих растворах была описана уравнением:

а, = (1-х) ■ е " ,

где (1-х) - мольная доля воды;

х - мольная доля заменителя сахара; и0 - коэффициент, имеющий размерность энергии, Дж; к - постоянная, Больцмана, Дж/К; Т- температура, К. Коэффициент активности воды составит:

и„х2

Г,=е " ,

После логарифмирования уравнения (3) было получено:

иа-х2

1п Г, = Из

к Т

уравнения (4) было определено представлено в таблице 2.

(3)

(4)

значение параметра 1](/(к-Т) и

Растворенное вещество Сахароза Крахмальная патока высокоосахаренная Композиция №1: патока: сахароза = 1:4 Композиция №2: патока: сахароза = 2:3

-и</(к-Т) 5,65 8,40 6,90 7,50

По уравнению (2) с учетом найденных значений параметра и</(к-Т) (таблица 2) была рассчитана активность воды и сравнена с экспериментальными данными. Относительная погрешность отклонений расчетных значений от экспериментальных составила в среднем 4,89%, что свидетельствует о том, что представленные выше уравнения могут быть применены для вычисления активности воды в растворах изученных Сахаров.

Из рисунка 2 и данных таблицы 2, можно заключить, что величина параметра Ис/{к-Т) может характеризовать консервирующую способность осмотически деятельных веществ. Чем большее значение -11(/(к-Т) имеет вещество, тем выше активность воды в его растворе и тем ниже консервирующий эффект. Следовательно, наилучшей консервирующей способностью обладает сахароза. Близкий к сахарозе консервирующий эффект имеют композиции №1 и №2, поэтому в дальнейшем эти композиции были использованы в производстве проектируемого продукта.

В главе 4 «Исследование структуры сгущенных молочных консервов с сахаром» изучены реологические характеристики продукта, осуществлен электронно-микроскопический анализ структуры консервированного молочного продукта с сахаром и крахмальной патокой.

Исследование реологических свойств консервированного молочного продукта с сахаром и крахмальной патокой позволило установить характер течения продукта. Для этого было изучено влияние скорости сдвига на касательное напряжение и эффективную вязкость при 20 °С в образцах продукта с различной долей замены сахарозы на крахмальную патоку

(рисунки 3 и 4). В таблице 3 приведены уравнения, которые описывают кривые, изображенные на рисунках 3 и 4.

ю 30 40 50 50 0 10 20 30 40 50

Скорость слвнга. у, с-1 Скорость сдвига, у. с-1

а б

Рисунок 3 - Влияние скорости сдвига на касательное напряжение в образцах консервированного молочного продукта с сахаром и крахмальной патокой при доле крахмальной патоки в составе: 1 - 0%; 2 - 30%; 3 - 40%; 4 -50%; 5- 100% ; а свежевыработанньте образцы; б — образцы после 14

месяцев хранения

а б

Рисунок 4 — Влияние скорости сдвига на эффективную вязкость в образцах консервированного молочного продукта с сахаром и крахмальной патокой при доле крахмальной патоки в составе: 1 - 0%; 2 - 30%; 3 - 40%; 4 - 50%; 5 - 100%; а - свежевыработанные; б - после 14 месяцев хранения

Таблица 3 -Уравнения зависимости касательного напряжения от скорости сдвига в образцах с различной долей замены сахара на крахмальную патоку

Замена сахарозы, % Свежевыработанные образцы Образцы после 14 месяцев хранения

Вид зависимости Корреляция Вид зависимости Корреляция

1 2 3 4 5

0 т = 3,2476 у 0,996 т= 10,834 у 0,999

Продолжение таблицы 3

1 2 3 4 5

30 т =3,4893 у 0,993 т= 16,781 уо:''т 0,997

40 х =3,8236 у 0,994 х = 25,294 у и-т1 0,998

50 х =14,322 у0'"164 0,992 х = 30,816 у и;"'и 0.996

100 х =44,189 у °'Ж6 0,994 х = 39,514 у 0,996

Свежевыработанный

б

Анализ полученных кривых и уравнений позволил отнести к ньютоновским жидкостям свежевыработанные контрольный образец и образцы с заменой 30% и 40% сахарозы на крахмальную патоку, все образцы через 14 месяцев хранения демонстрируют поведение, соответствующее поведению псевдопластичного тела. Через 14 месяцев хранения все кривые подчиняются степенной зависимости с коэффициентом корреляции 0,996 и выше.

Для изучения структуры консервированного молочного продукта с сахаром и крахмальной патокой были сделаны фотографии микроструктруры (при увеличении в 14000 раз), позволяющие оценить структурные особенности образца в общем плане (рисунок 5).

Свежевыработанный

Через 14 месяцев хранения

Через 14 месяцев хранения

Свежевыработанный Через 14 месяцев хранения

в

Рисунок 5 - Влияние крахмальной патоки и продолжительности хранения

на микроструктуру консервированного молочного продукта с сахаром и крахмальной патокой: а - контрольный образец; б - образец с заменой 40% сахарозы крахмальной патокой; в - образец со 100% заменой сахарозы крахмальной патокой

Сравнение изображений микроструктуры образцов продукта как свежевыработанных, так и после 14 месяцев хранения с контрольными образцами, показало следующее:

- агрегаты мицелл казеина в микроструктуре образцов после длительного хранения значительно плотнее агрегатов в образцах свежевыработанных продуктов;

- в микроструктуре образца с 40% заменой сахарозы на крахмальную патоку после длительного хранения формируются длинные, хорошо выраженные псевдополимерные филаменты, связывающие между собой отдельные агрегаты мицелл казеина;

- длительное хранение образца с заменой 100% сахарозы крахмальной патокой сопровождается уплотнением филаментозных мостиков, связывающих мицеллы казеина. Такое уплотнение может быть объяснено дегидратацией структуры филаментов крахмальной патоки.

Изучение наноструктуры образца после 14 месяцев хранения со 100% заменой сахарозы крахмальной патокой (увеличение в 112000 раз) показало, что при длительном хранении образуется структура, в которой трудно выделить отдельные агрегаты мицелл, причём основным структурообразующим элементом уже являются не мицеллы казеина, а крахмальная патока, которая образует разветвленную пространственную структуру (рисунок 6). Это приводит к значительному увеличению вязкости продукта, что подтверждается экспериментальными данными, представленными на рисунке 4.

Рисунок 6 - Образование наноструктуры в консервированном молочном продукте со 100% заменой сахара крахмальной патокой после 14 месяцев хранения: М-мицеллы казеина, П-(псевдо) полимерные мостики

Таким образом, есть все основания предполагать, что в процессе длительного хранения консервированного молочного продукта с сахаром и крахмальной патокой в нём может происходить образование псевдополимерньтх структур, влияющих на органолептические и реологические свойства продукта.

Анализ микро- и наноструктуры продукта, а также реологических свойств показал, что существует максимально допустимая доля замены сахарозы крахмальной патокой, которая составляет 40%.

В главе 5 «Обоснование и разработка технологии консервированного молочного продукта с сахаром и крахмальной патокой» сформулирован основной подход к проектированию нового продукта, обоснован выбор сырьевых компонентов, спроектирована технология консервированного молочного продукта с сахаром и крахмальной патокой и представлены результаты промышленной проверки разработанной технологии.

Проведенные теоретические и экспериментальные исследования по изучению структуры продукта, кристаллизации лактозы, активности воды были положены в основу разработки нового продукта. Цикл разработки продукта включал в себя несколько этапов. Общее описание группы, к которой принадлежит проектируемый продукт, предшествовало формированию представления о его желаемых характеристиках. В свою очередь характеристики продукта устанавливались в соответствии с предпочтениями потребителей, требованиями производственных процессов, экономической целесообразностью использования того или иного сырья.

Анализ потребительского спроса на начальном этапе позволяет установить наиболее предпочтительные характеристики проектируемого продукта. В связи с этим были определены основные факторы, влияющие на спрос: возраст; вкусы и предпочтения потребителей в отношении состава и свойств продукта; упаковка продукта; частота потребления; стоимость продукта.

Проведенный опрос выявил готовность потребителей приобрести консервированный молочный продукт с заменой сахарозы на натуральный заменитель сахара, содержащий в своем составе витамины природного происхождения, имеющий умерено вязкую консистенцию, вкус и цвет соответствующий наполнителю. Продукт не должен иметь высокую стоимость и быть доступным для всех социальных групп населения.

С учетом предпочтений потребителей в качестве натурального источника витаминов при разработке продукта была использована композиция, составленная из сиропов: шиповника, облепихи, боярышника и черноплодной рябины, взятых в соотношении 1:1:1:1.

При выборе дозы композиции сиропов в консервированном молочном продукте учитывались: формула сбалансированного питания, показатели качества, а также экономическая целесообразность. С учетом этого добавка сиропов составила 2,5; 5 и 10 % к массе продукта. Как было установлено, при внесении композиции в количестве 5 % в продукте увеличивается содержание витаминов С (на 45 %), А (на 19 %) и В6 (на 4%). При внесении композиции сиропов в количестве 2,5 % повышение содержания витаминов незначительно, внесение же добавки в большем объеме (10 %) позволяет заметно увеличить содержание витаминов, но ведет к значительному удорожанию продукта. Поэтому предлагается использовать указанную композицию в количестве 5% к массе продукта.

В работе в качестве альтернативного заменителя сахарозы была использована крахмальная патока высокоосахаренная. Для установления наиболее целесообразной доли замены сахара на крахмальную патоку были разработаны рецептуры и проведены выработки образцов продуктов с заменой 30, 40, 50 и 100% сахарозы крахмальной высокоосахаренной патокой, а также контрольный образец для сравнения. Все образцы продукта обладают сладким, чистым вкусом и запахом, с выраженным вкусом пастеризованного молока, без каких-либо посторонних привкусов и запахов. Цвет продукта белый с кремовым оттенком, консистенция однородная по всей массе, без наличия ощущаемых органолептически кристаллов лактозы. Ограничение доли замены патоки в рецептуре продукта связано с образованием ею прочной структуры и увеличением вязкости, что подтверждают данные теоретических исследований микроструктуры продукта.

Зависимость динамической вязкости от продолжительности хранения в исследуемых образцах при 20°С представлена на рисунке 7.

Время хранения, месяц

Рисунок 7 - Зависимость динамической вязкости консервированного молочного продукта от продолжительности хранения при различной доле замены сахарозы на крахмальную патоку: 1 - контрольный образец без замены; 2 - замена 30%; 3 - замена 40%; 4 -замена 50%; 5 - замена 100%

На основании установленной зависимости можно заключить, что в образцах консервированного молочного продукта наблюдается тенденция увеличения вязкости с течением времени и с увеличением доли замены сахарозы крахмальной патокой. По данным, представленным на рисунке 7, было установлено, что срок годности продукта со 100% заменой сахара на крахмальную патоку не должен превышать 2 месяца, продукта с заменой 50% сахара - 6 месяцев. Для образцов продукта с заменой 30% и 40% сахара на крахмальную патоку гарантийный срок хранения составляет 12 месяцев.

Из выше изложенного следует, что наиболее целесообразна замена 40% сахарозы на крахмальную патоку, что подтверждают данные теоретических исследований микроструктуры продукта.

По микробиологическим показателям продукт соответствует требованиям нормативной документации: содержание КМАФАнМ не более 2,0-104 КОЕ/см3, БГКП в 1 г продукта не обнаружены, протеолитические микроорганизмы, дрожжи и плесени также не обнаружены.

В образце продукта с заменой 40% сахарозы крахмальной патокой и добавкой витаминизированных сиропов в количестве 5% к массе продукта в течение 14 месяцев определялись показатели качества в сравнении с контрольным образцом. Измерения проводились при 20 °С. Результаты представлены в таблице 4.

Таблица 4 Физико-химические показатели образцов консервированного

Образец продукта Продолж ительност ь хранения, месяц Показатель

Массова я доля сухих веществ, %(±0,1) Средний линейный размер кристалло в лактозы, мкм рН, ед. (±0,05) Вязкость, Па-с Активност ь воды, ед. (±0,005)

КМПс сахаром 0 73,5 3,65 +0,10 5,95 2,87+0,06 0,804

3 73,5 5,03 + 0,15 5,97 4,16+0,06 0,804

6 73,5 5,59+0,13 5,98 7,14+0,09 0,804

14 73,5 6, 35+0,13 5,95 9,20+0,16 0,805

КМП с 40%-ной заменой сахара крахмальной патокой,с добавлением 5 %сиропов 0 73,4 3,62+0,13 5,92 3,73+0,06 0,784

3 73,5 4,91+0,13 5,95 7,12+0,11 0,784

6 73,5 5,38+0,13 5,96 11,21+0,16 0,785

14 73,5 6,15+0,13 5,93 12,81+0,28 0,784

Как следует изданных, представленных в таблице 4, средний размер кристаллов в контрольном и рабочем образцах в процессе хранения возрастает практически в равной степени, рН изменяется в пределах погрешности опытов. Активность воды в рабочих образцах имеет более низкое значение. Вязкость в образцах с добавлением патоки по сравнению с контрольными образцами возрастает в среднем на 30-50%. По значению физико-химических показателей все образцы продукта соответствуют требованиям, установленным технической документацией ГОСТ 53436 -2009.

Производство разработанного продукта возможно двумя способами: сгущением и рекомбинированием, для каждого из которых были разработаны технологические схемы. При производстве продукта с использованием вакуум-выпарного аппарата внесение предварительно пастеризованной крахмальной патоки необходимо производить во второй половине процесса сгущения, а композиции витаминизированных сиропов в конце сгущения при температуре 60±2°С. При производстве продукта способом рекомбинирования, введение предварительно пастеризованной крахмальной патоки предусмотрено перед пастеризацией смеси, а композиции витаминизированных сиропов на начальной стадии охлаждения при температуре 60±2°С. Для производства продукта вышеуказанными способами разработаны технические условия и

технологическая инструкция. На основании проведённых лабораторных исследований и с учётом разработанной технической документации была проведена производственная проверка способа получения консервированного молочного продукта с 40% заменой сахарозы на крахмальную патоку и добавлением витаминов. Испытания проводились на базе ОАО УОМЗ ВГМХА имени Н.В. Верещагина и на базе ООО «Промконсервы». В результате опытно-промышленных выработок было установлено, что консервированный молочный продукт с сахаром, крахмальной патокой и витаминами, по физико-химическим показателям (за исключением массовой доли сахарозы), органолептическим и микробиологическим показателям соответствует ГОСТ Р 53436-2009 «Консервы молочные. Молоко и сливки сгущенные с сахаром. Технические условия».

Выводы

1. Исследовано совместное влияние сахарозы и глюкозы на растворимость и кристаллизацию лактозы. Установлено, что присутствие этих компонентов в растворе ускоряет процесс зародышеобразования при 35 °С, что важно для периода зарождения новой фазы и замедляет при 20 °С, что положительно влияет на качественные показатели продукта в процессе хранения.

2. Получены опытные данные по активности воды для сахарозы и крахмальной патоки высокоосахаренной. Установлено, что консервирующий эффект возрастает в ряду крахмальная патока высокоосахаренная; композиция, состоящая из сахарозы и крахмальной патоки в соотношении 3:2; композиция сахароза: крахмальная патока в соотношении 4:1; сахароза.

3. Проведены экспериментальные исследования реологических характеристик продукта, которые показали, что рекомендуемая доля замены сахарозы крахмальной патокой не должна превышать 40%.

4. Выявлен механизм влияния крахмальной патоки на структуру консервированного молочного продукта; установлено, что в его микроструктуре после длительного хранения между мицеллами казеина образуются филаментозные мостики. Эти мостики представляют собой псевдополимеры, образованные мономерами глюкозы.

5. Теоретически обосновано и экспериментально подтверждено использование крахмальной патоки в качестве альтернативного заменителя сахарозы в производстве консервированного молочного продукта. Исследованы его органолептические, физико-химические и микробиологические показатели качества. Разработаны ТУ и ТИ на продукт. Проведена апробация промышленного выпуска разработанного продукта на базе ОАО УОМЗ ВГМХА им. Н.В. Верещагина (г. Вологда), и

ООО «Промконсервы» (г. Рудня). Технико-экономические расчеты показали, что применение крахмальной патоки в рецептуре продукта позволяет снизить себестоимость продукта на 5 - 10%.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих

работах

Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК РФ

1. Гнездилова, А.И. Консервированный молочный продукт с сахаром и крахмальной патокой [Текст] / А.И. Гнездилова, JI.A. Куренкова // Молочная промышленность. - 2013. - №9. С.84 - 85.

2. Гнездилова, А.И. Активность воды в водных растворах некоторых Сахаров [Текст] / А.И. Гнездилова, JI.A. Куренкова // Хранение и переработка сельхозсырья. - 2014. - №3. - С.5 - 7.

3. Смыков, И.Т. Влияние длительного хранения на структуру сгущенного молока [Текст] /И.Т. Смыков, А.И. Гнездилова, Ю.В. Виноградова, JI.A. Куренкова // Хранение и переработка сельхозсырья. -2014. -№4. -С. 9- 14.

4. Смыков, И.Т. Влияние температуры на реологические свойства сгущенного с крахмальной патокой молока [Текст] /И.Т. Смыков, А.И. Гнездилова, Ю.В. Виноградова, JI.A. Куренкова // Вестник Российской академии сельскохозяйственных наук. - 2014. - №3. - С. 68 - 71.

Статьи и материалы конференций

5. Гнездилова, А.И. Консервированный молокосодержащий продукт, обогащенный сиропами шиповника и облепихи [Текст] / А.И. Гнездилова, JI.A. Колесова, A.B. Музыкантова // Материалы ежегодных смотр-сессий аспирантов и молодых ученых по отраслям наук. Сельскохозяйственные науки: Сб. статей. - Вологда-Молочное: ИЦ ВГМХА, 2011. - С.29 - 32.

6. Колесова, JI.A. Сгущенные молокосодержащие консервы с сахаром, обогащенные витаминами [Текст] / JI.A. Колесова, А.И. Гнездилова, A.B. Музыкантова // Сб. трудов ВГМХА по результатам работы научно-практической конференции, посвященной 100-летию академии «Наука и инновационные процессы в АПК». - Вологда-Молочное. - 2011. - С. 54 - 57.

7. Гнездилова, А.И. Исследование спроса на сгущенные молочные консервы с сахаром на рынке г. Вологды [Текст] / А.И. Гнездилова, JI.A. Куренкова // Молочнохозяйственный вестник [Электронный ресурс]: электронный период, теорет. и науч.-практ. журнал/ ред. В.В. Беляев; ФГБОУ ВПО ВГМХА имени Н.В. Верещагина. -Вологда- Молочное. - 2012. - С. 82 - 88. - Режим доступа: hllp://iiioloclinoc.rii/ioumal.

8. Гнездилова, А.И. Разработка композиции сиропов для обогащения витаминами консервов сгущенных молокосодержащих с сахаром [Текст] / А.И. Гнездилова, Л.А. Куренкова // Молочная река. -

2011. - №2. - С.22-24.

9. Гнездилова, А.И. Показатели качества сгущенного молока с сахаром, обогащенного витаминами [Текст] / А.И. Гнездилова, Л.А. Куренкова // Материалы международной научно-практической конференции «Научные и практические аспекты совершенствования качества продуктов детского и геродиетического питания». - Истра, 2012. - Т. 1.-С.84-91.

10. Гнездилова, А.И. К вопросу растворимости лактозы в многокомпонентной системе [Текст] / А.И. Гнездилова, Л.А. Куренкова // Молочнохозяйственный вестник [Электронный ресурс]: электронный период, теорет. и науч.-практ. журнал/ ред. В.В. Беляев; ФГБОУ ВПО ВГМХА имени Н.В. Верещагина. - Вологда -Молочное. - 2012. - С. 33 -38. — Режим доступа: http://molochnoe.ru/iournal.

11. Гнездилова, А.И. Сгущенный молочный продукт с комбинированным углеводным составом [Текст] / А.И. Гнездилова, Л.А. Куренкова // Молочнохозяйственный вестник [Электронный ресурс]: электронный период, теорет. и науч.-практ. журнал/ ред. В.В. Беляев; ФГБОУ ВПО ВГМХА имени Н.В. Верещагина. - Вологда - Молочное. -

2012. - С. 58 - 63. - Режим доступа: Ипр-УАпокк'linoe.ru/iournal.

12. Гнездилова, А.И. Разработка молочного продукта, сбалансированного по углеводному составу и обогащенного витаминами [Текст] / А.И. Гнездилова, Л.А. Куренкова // Сборник трудов по итогам VI Ежегодной научной сессии аспирантов и молодых ученых по отраслям наук, ВоГТУ. - Вологда. - 2012. - С. 89 - 93.

13. Куренкова, Л.А. Изучение устойчивости жировой фазы молокосодержащих консервов с сахаром, обогащенных [Текст] /Л.А. Куренкова // Сб. трудов II Международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы развития пищевой промышленности и инновационные технологии пищевых производств». - Углич. - 2012. -С.40^4.

14. Гнездилова, А.И. Реологические характеристики консервированного молочного продукта со сложным углеводным составом [Текст] / А.И. Гнездилова, Л.А. Куренкова // Молочнохозяйственный вестник [Электронный ресурс]: электронный период, теорет. и науч.-практ. журнал/ ред. В.В. Беляев; ФГБОУ ВПО ВГМХА имени Н.В. Верещагина. -Вологда - Молочное. - 2014. - С. 56 -64. -Режим доступа: http://molochnoe.ru/iournal.

Изобретения

15. Способ производства молокосодержащего консервированного продукта с сахаром, обогащенного витаминами: пат. 2449545 РФ С1 МПК

А23С9/18 (2006.1) [Текст] / А.И. Гнездилова, Л.А. Колесова, A.B. Музыкантова; заявители и патентообладатели Гнездилова А.И. (RU), Колесова Л. А. (RU), Музыкантова А. В. (RU) - №-2010152139/10; заявл. 20.12.2010; опубл. 10.05.2012, Бюл. № 13.-6с.

16. Способ производства сгущенного молочного продукта с сахаром пат. 2490920 РФ С1 МПК А23С9/18 (2006.1) [Текст] / А.И. Гнездилова, В.Г. Куленко, Ю.В.Виноградова, JI.A. Куренкова, О.С. Бурдейная; заявитель и патентообладатель Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Вологодская государственная молочнохозяйственная академия имени Н.В. Верещагина" (RU) - № - 2012101578/10; заявл. 17.01.2012; опубл. 27.08.2013, Бюл. № 24. -6с.

Заказ № 96-Р. Тираж 100 экз. Подписано в печать 30.03.2015 г. ВГМХА 160555, г. Вологда, с. Молочное, ул. Емельянова, 1