автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.04, диссертация на тему:Разработка технологии и аппаратурного оформления непрерывного производства мягких сыров

На правах рукописи

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ И АППАРАТУРНОГО ОФОРМЛЕНИЯ НЕПРЕРЫВНОГО ПРОИЗВОДСТВА МЯГКИХ СЫРОВ

Специальности- 05 18.04-технология мясных, молочных, рыбных продуктов и холодильных производств, 05 18 12 - процессы и аппараты пищевых производств

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

ии3159852

Ставрополь - 2007

003159852

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Северо-Кавказский государственный технический университет» (ГОУ ВПО «СевКавГТУ»)

Научные руководители: доктор технических наук, профессор,

академик Россельхозакадемии Храмцов Андрей Георгиевич

кандидат технических наук, доцент Сунжчев Олег Азаматович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Чеботарев Евгений Алексеевич

доктор технических наук, профессор Бархатова Татьяна Викторовна

Ведущая организация ГНУ «Ставропольский

нау чно-исследовательс кий институт животноводства и кормопроизводства» Россельхозакадемии

Защита состоится 25 октября 2007 г в на заседании диссертационного совета Д 212 245 05 при ГОУ ВПО «Северо-Кавказский государственный технический университет», по адресу 355029 г Ставрополь, пр Кулакова, 2, аудитория 30$ К

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО «СевКавГГУ».

Автореферат разослан 22 сентября 2007 г

Ученый секретарь диссертационного совета, доцент

ШипулинВ И

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Выполнение приоритетных национальных проектов «Развитие АПК», «Здравоохранение» и «Образование», является важным направлением государственной деятельности Разработка рациональных технологий сыров, позволяющих механизировать и автоматизировать технологические процессы, является актуальным Используемые в настоящее время традиционные периодические способы производства сыров имеют следующие недостатки низкая производительность, нестабильность состава продукции, низкий уровень механизации и автоматизации и другие В последнее время увеличилось количество исследований по разработке новых видов мягких сыров в связи с наличием у них ряда преимуществ по сравнению с твердыми сырами Наиболее перспективным является непрерывный способ производства мягких сыров с использованием новых баро- и биомембранных методы обработки молока

Теоретические и практические основы в области создания мягких сыров заложены в трудах известных ученых Диланяна 3 X , Николаева А М , Краше-нинина П Ф , Остроумова JI А, Оноприйко А В , Шалыгиной А М , Раманау-скаса Р И, Хамагаевой И С, Бобылина В В, Смирновой И А, Шерг-иной И А, Гавриловой Н Б и других

Использование нативных белков для нормализации молока позволяет перейти на непрерывный способ производства сыра, обеспечить однородное и постоянное качество получаемого сыра в течение всего года, уменьшить расход и потери сырья, повысить степень использования производственных мощностей Известно, что с повышением содержания белка в молоке получается более плотный сгусток, а этот фактор в свою очередь способствует лучшему формированию консистенции сыра Поэтому актуальной проблемой является разработка непрерывного процесса производства сыра с использованием концентратов обезжиренного молока или сывороточных белков Непрерывным способом производства сыра в разное время занимались Арсов А, Schulz М и другие, однако их разработки не нашли широкого практического воплощения, в первую очередь, из-за недостаточного аппаратурного оформления процессов

Данное направление работы является своевременным, актуальным и экономически выгодным

Целью диссертационной работы является исследование процессов и разработка технологии непрерывного производства мягких сыров с использованием белковых концентратов, полученных баро- и биомембранными методами, и ее аппаратурное оформление

Для достижения поставленной цели сформулированы задачи исследований

• исследовать физико-химические и реологические свойства концентрата натурального казеина (KHK) как сырья для производства мягких сыров,

• изучить микробиологические и структурно-механические свойства КСБ-УФ и УФ-концентратов,

• изучить процесс ферментации белково-жировых продуктов на основе концентрата натурального казеина,

• выявить закономерности протекания процессов смешивания, дозирования, центрифугирования, коагуляции, структурообразования белково-жировых систем,

• разработать технологическую схему и аппаратурное оформление непрерывного производства мягкого сыра,

• выдать предложения по разработке ведущих единиц оборудования для непрерывного производства сыра,

• изучить физико-химические, микробиологические, биохимические, структурно-механические и органолептические характеристики мягкого сыра,

• дать технико-экономическую, экологическую и социальную оценку предлагаемой технологии сыра и его аппаратурного оформления

Научная новизна: научно обоснована целесообразность и эффективность непрерывного процесса производства мягких сыров с использованием белковых концентратов молока, изучены физико-химические, микробиологические показатели концентрата натурального казеина и установлены режимы его непрерывного свертывания, проведен подбор закваски, температуры и времени сквашивания сгустков, обоснованы основные технологические параметры производства сыра, установлены закономерности процессов поточной коагуляции структурообразования белково-жировых систем, изучены физико-химические, микробиологические, биохимические, структурно-механические и органолептические характеристики мягкого сыра

Практическая значимость работы Разработана технология мягкого сыра с применением концентрата натурального казеина или КСБ-УФ, разработан и утвержден комплект технической документации на сыр (СТО 0753280-002-2007 «Мягкий сыр "УльтРа"») Технология сыра апробирована на Экспериментальном биотехнологическом заводе ФГУП НИИКИМ

Апробация работы. Основные результаты работы доложены, обсуждены, опубликованы и получили одобрение на симпозиумах, конференциях, проходивших в России на Всероссийской научно-практической конференции «Новое в технике и технологии производства молочных продуктов», (г Адлер), 2006 г , Международном симпозиуме ММФ «Лактоза и её производные», Региональной конференции ММФ «Кисломолочные продукты технологии и питание» (г Москва), 2007 г

Публикации Основное содержание диссертации опубликовано в 10 работах

Структура и объем работы Диссертация состоит из введения, литературного обзора, экспериментальной и технологической частей, выводов, списка литературы (163 источника) и 8 приложений Основное содержание работы изложено на 135 страницах, включая 34 таблицы и 32 рисунка

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность, научная новизна и практическая значимость работы

В первой главе, представляющей собой аналитический обзор в соответствии с темой работы, рассмотрены различные виды молочного сырья как объекта исследований для непрерывного производства мягких сыров Обоснована целесообразность использования баро- и биомембранных методов обработки молочного сырья в сыроделии, в том числе при непрерывном способе производства сыра

На основании анализа литературных данных сформулированы цель и задачи исследований

Во второй главе рассмотрены организация и методы исследований Экспериментальная часть работы выполнена в лабораториях кафедры прикладной биотехнологии Северо-Кавказского государственного технического университета (СевКавГТУ) Отработка технологических процессов, производственные испытания проводились во ФГУП НИИКИМ и на его экспериментальном биотехнологическом заводе Схема проведения исследований приведена на рис 1

В качестве объектов исследований были использованы образцы белково-углеводного молочного сырья, концентрата натурального казеина, белковые концентраты, полученные в результате ультрафильтрационной обработки обезжиренного молока или сыворотки, смесь для мягкого сыра, готовый продукт

Методы исследований. При выполнении экспериментальной части работы использованы стандартные и общепринятые методы определения физико-химических, микробиологических и органолептических показателей Повтор-ность опытов трех- и пятикратная

Математическая обработка результатов экспериментов проводилась на персональном компьютере с использованием пакета прикладных программ Fisher, Statistica 5 5, Corel Graphics 13X и MathCad Professional

В третьей главе исследовано сырье для производства мягких сыров, полученных непрерывным методом по малоотходной технологии

Исследование физико-химических показателей концентрата натурального казеина (KHK) В результате проведённых исследований KHK, полученного гравитационным (КНКг) и центробежным (КНКц) методами из обезжиренного молока с использованием яблочного пектина, показана возможность его использования при производстве мягких сыров Физико-химические показатели KHK представлены в таблице 1

Таблица 1 — Физико-химические показатели обезжиренного молока и концентрата натурального казеина

Показатели Молоко обезжиренное КНКг КНКц

Массовая доля сухих веществ 8,30±0,30 17,0±1,5 25,0±3,0

в т ч белка, % 3 30±0,30 12,0±2,0 18,0±2,5

лактозы, % 4,60±0,20 3,0-fc0,35 3,63*0,74

минеральных веществ, % 0,74±0,1б 1,2=0,2 1,8±0,4

жира, % 0,05а:,00 1,1*0,2 1,2±0,1

Титруемая кислотность, °Т 20,0±1,5 50,0±8,0 63,0±3,0

Активная кислотность, рН б,60±0,05 6,40±0,25 б,34±0,08

Вязкость, Па с 103 1,80±0,1 2,25±0,2 3,70±0,2

с

Теоретический этап

Анализ состояния вопроса и задачи исследований

Теоретические предпосылки использования баро- и биомембранных способов при непрерывном производстве мягких сыров

Исследование

физико-химических показателей КНК и УФ - концентратов

Исследование процессов смешивания, дозирования, свертывания и структу-рообразованга белковых и белково-жировых систем

С

Экспериментальный этап

Исследование структурно-механических свойств КНК

Разработка непрерывной технологии мягких сыров

Разработка ап-

паратурного

оформления

непрерывного

производства

мягких сыров

Технико-экономическая и экологическая оценка сыров

Изучение реологических

свойств УФ - концентратов

Математическое моделирование процессов в поточном коагуляторе

Изучение пищевой и биологической ценное.! и сыров

Разработка технической документации

Промышленная апробация технологии

Маркетинговые исследования

Оценка экономической эффективности

Рисунок 1 — Схема проведения исследований

Анализ физико-химических показателей концентратов полученных гравитационным и центробежным методами показывает, что содержание белка, сухих веществ в КНКц значительно превышает их содержание в КНКг, что позволяет его использовать при малоотходной технологии сыра

Изучение реологических и микробиологических свойств концентрата натурального казеина. КНК обладает определенными структурно-механическими свойствами и вязкостью, позволяющими его перекачивать и подвергать термомеханической обработке Характер изменения вязкости (У) в зависимости от массовой доли белка и температуры (ч) приведен на рисунке 2 8-

ь

13 «

Д 2 1 О

,3

ч L <

HJ 1

W

У, = 0,0673 хМ, 1089x4-5,0256

Я2=0,95 У2 = 0,0994х2-1 653х+7,8601

И2=0,96 У3 = 0,1738х2-2,8738x413,449 К2=0,93

1 — массовая доля белка 6%,

2 — массовая доля белка 9%,

3 — массовая доля белка 18%

ю 20

30 40 50 60 70 Температура, "С

80 90 100

Рисунок 2 — Характер изменения вязкости ЬСНКц в зависимости от температуры и массовой доли белка

Для технологического процесса вязкость сырья является немаловажным, так как она в значительной степени влияет на конструкцию аппаратов, применяемых в технологическом процессе Установлено, что с увеличением температуры динамическая вязкость КНК снижается С увеличением содержания массовой доли белка в исследуемых концентратах от 6 до 18 % динамическая вязкость КНК при температуре 20 °С возрастает более, чем в 3 раза

Были изучены микробиологические показатели КНК, которые представ-ленны в таблице 2

Таблица 2 — Микробиологические показатели обезжиренного молока и

Объект исследования Температура разделения смеси (обезжиренное молоко + пектин), °С Микробиологические показатели

КМАФАнМ, КОЕ/г БКГП, (коли-формы), см1 дрожжи / плесневые грибы, КОЕ в см' споровые, анаэробные бактерии, в 1 см'

Обезжиренное молоко сырое - 1,3х106 0,001 65/10 2,0x102

Обезжиренное молоко пастеризованное - 4,5*10'' 0,01 50/5 25

КНКг 4 4,0x10" 0,1 30/60 25

¡0 1,1 хЮ5 0,01 50/100 25

КНКц 60 г^хю" 0,1 30/10 25

Полученные данные свидетельствуют о том, что целесообразнее для сыроделия использовать КНКц, так как наряду с высоким содержанием белка он имеет лучшие микробиологические показатели Тепловая обработка при производстве молочных продуктов является обязательной технологической операцией Изменяя уровень температурного воздействия на продукт, можно создать благоприятные или неблагоприятные условия для развития микроорганизмов Проведенными исследованиями установлено, что бактериальная обсемененность КНК определяется обсемененнойью обезжиренного молока Было выявлено, что оптимальная температура пастеризации КНК 85 °С без выдержки.

Исследование физико-химических показателей КСБ-УФ и УФ- концентратов. При экспериментальных выработках мягких сыров применялись УФ-концентраты с различными физико-химическими показателями, представленными в таблице 3

Таблица 3 - Физико-химические параметры УФ-концентрата и КСБ-УФ

Вид сырья Фактор концентрирования Сухие вещества, % Белок,% Лактоза, % Титруемая кислотность, °Т Активная кислотность

УФ-концентрат

Ф-1 8,5±0,2 3,1*0,2 4,8±0,2 18,0*0,5 6,70*0,05

О» о Ф-2 11,9*0,4 6,3*0,1 5,0±0,1 28,0-10,7 6,67*0,03

а о Р Ф-3 15,5=.0 2 9,1±0,3 5,2*0,2 38,0*0,7 6,63*0 07

Ф-4 19,0*0,3 12,2±0,5 5,4±0,2 48,0*0,8 6,59*0,05

1 8 Фильтрат

О Ф-2 5,3*0,3 0,22*0,02 4,б±0,1 5,3*0,2 6,71*0,03

Ф-3 5,5±0,2 0,23*0,05 4,7*0,4 5,4*0,5 6,70*0,07

Ф-4 5,7*0,3 0,24*0,08 5,0*0,2 5,6*1,0 6,73*0,05

КСБ-УФ

1 & Ф-1 6,1*0,1 0,73*0,2 4,5*0,1 26,0*0,6 5,75*0,08

Ф-2 7,2±0 2 1,36*0,3 4,5*0,3 36,0*0,4 5,35*0,02

§ 1 Ф-4 8,4*0,2 2,62*0,4 4,64:0,1 43,0*0,7 5,30*0,03

а 8 К " Фильтрат

Ф-2 5,1*0,1 0,08*0,1 4,3*0,1 12,0*0,1 5,35*0,03

Ф-4 5,3*0,1 0,09*0,1 4,4*0,1 16,0*0,1 5,30*0,05

Из полученных данных можно сделать заключение о том, что в результате процесса ультрафильтрации повышается кислотность концентратов Титруемая кислотность УФ-концентрата была выше титруемой кислотности обезжиренного молока на 10 — 30 °Т из-за увеличения титруемых ионогенных групп белков при их концентрировании Показатель величины рН концентрата изменился незначительно и был на 0,3 — 0,11 меньше, чем у контрольного молока Аналогичная тенденция наблюдалась и с КСБ-УФ Помимо изучения физико-химических и реологических показателей УФ-концентратов были исследованы микробиологические, которые представлены в таблице 4

Таблица 4 — Микробиологические показатели обезжиренного молока, УФ-концентратов обезжиренного молока и сывороточных белков_

Объект исследования Микробиологические показатели

КМАФАнМ, КОЕ/г БКГП, (коли-формы), см3 дрожжи / плесневые грибы, КОЕ в см3 споровые, анаэробные бактерии, в 1 см3

Обезжиренное молоко сырое 1,3х106 0,001 65/10 2хЮ2

Обезжиренное молоко пастеризованное 4,5x10" 0,01 50/5 25

УФ-концентрат обезжиренного молока 4,5 х 104 1,0 5/5 не выявлено

КСБ-УФ 4,1 х104 1,0 5/5 не выявлено

При изучении концентратов, полученных методом ультрафильтрации, выявили, что их микробиологические показатели практически зависят от качества исходного сырья (обезжиренного молока или сыворотки, так как процесс ультрафильтрации проводили при температуре (52 ± 2) °С и давлении 0,3 мПа) и от санитарно-гигиенического состояния оборудования

В четвертой главе исследованы процессы коагуляции и структурообразо-вания белковых и белково-жировых систем

Исследование процесса сквашивания концентрата натурального казеина. Из проведенных исследований следует, что независимо от способа сквашивания (кислотного или кислотно-сычужного) существенных различий в изменении активной и титруемой кислотности образцов не отмечено Отмечается резкое нарастание титруемой кислотности после 5 ч сквашивания смесей и достижение своих максимальных значений в конце сквашивания для кислотного способа- 120 - 130 °Т, для сычужно-кислотного - 126 - 143 °Т До 7 ч сквашивания активная кислотность в исследуемых образцах изменяется незначительно, а затем происходит снижение ее значений, причём, в образцах с низким содержанием сухих веществ pH достигает значений 4,79 — 4,82, а с высоким - 5,01 за счет их буферных свойств

Структурообразование мягкого сыра при сычужно-кислотном способе производства начинается с 5 ч сквашивания При кислотном сквашивании начало структурообразования в продукте происходит лишь через 10 ч Таким образом, проведение исследования позволяют заключить, что при производстве мягкого сыра из КНКц необходимо использовать кислотно-сычужный способ получения продукта KHK с содержанием белка 15 — 18 % обеспечивает достаточно высокий уровень молочнокислого процесса и получение продукта с плотной консистенцией

Изучение влияния содержания белка в молоке на интенсивность развития молочнокислых бактерий. В работе устанавили влияние обогащения молочной системы белковым концентратом, полученным ультрафильтрацией, на интенсивность развития молочнокислых бактерий К обезжиренному молоку добавляли 2, 5, 10, 15, 20 % концентрата Массовая доля белка в системе составляла 4,0 — 8,4 % Контролем служило обезжиренное молоко без добавления белка

Образцы заквашивали 2 % закваски при 32 °С Добавление вышеуказанных количеств белка повысило общее содержание микрофлоры в образцах на 15, 30, 35, 39и41% соответственно по сравнению с контрольным обезжиренным молоком Повышенное содержание белка в смеси интенсифицирует процесс накопления в ней молочной кислоты Это выразилось в увеличении прироста титруемой кислотности Белковый концентрат повышает буферность молочной системы, а реакция среды оказывает большое влияние на жизнедеятельность микроорганизмов

При накоплении в среде определенного количества кислоты молочнокислые бактерии постепенно погибают Наиболее существенное снижение величины рН отмечено в контрольном обезжиренном молоке, в то время как прирост титруемой кислотности в нем был наименьшим (рисунок 4)

140 ---------- ,

У, = -0,0238x^+9,3714х+2,7857

аЧ),9б

У2 = -0,Ю5х2+10,8х+6,881 к2=0,97 Уз = 0,1 288х2+10,762х+12,333

^=0,97 У4 = 0,2305х2+ 10,878Х+13,976 112=0,96

1 — контрольный образец, 2,3,4 —образцы с добавлением 10, 15,20% КСБ-УФ

Рисунок 4 — Изменение титруемой кислотности (У) при сквашивании (х) молочной смеси

С увеличением дозы белка снижение величины рН происходит медленнее, что обеспечивает лучшие условия для развития молочнокислых бактерий Таким образом, повышенное содержание белка способствует интенсификации молочнокислого процесса за счет увеличения буферной емкости среды. Отмеченные особенности развития молочнокислых бактерий учтены при разработке технологии сыров, а повышение буферности - при нормировании физико-химических показателей готовой продукции

Изучение кинетики сычужно-кислотного свертывания концентрата натурального казеина при производстве мягкого сыра. Установлено влияние изучаемых факторов на продолжительность индукционного периода гелеобразо-вания, продолжительность стадий флокуляции и метастабильного равновесия, вязкость на участие индукционного периода Получено уравнение, описывающее процесс свертывания КНК при заданном интервале варьирования переменных факторов для продолжительности стадий до начала сквашивания

У = - 727,124 + 1,93154 х21 - 49,2214-Х| х3 + 20,6689 х22+ 314,2108 х23 (1) Анализ проведенных исследований свидетельствует о том, что на процесс свертывания наибольшее влияние оказывает рН (х2) концентрата и массовая доля белка в нем (х0 Причем свертывание ускоряется со снижением величины актив-

ной кислотности и повышением содержания белка в КНК и дозы ферментного препарата (ФП) (х3) При максимальных значениях белка в КНК (18 %) дозы ФП (1 г/т) и минимальном рН (6,0) начало сквашивания (У) наступает через 71 мин При минимальных значениях исследуемых факторов, сквашивание белковой системы наступает через 234 мин Наиболее приемлемыми параметрами для свертывания белковой системы являются массовая доля белка в КНК 15 %, рН 6,3, доза ФП - 0,75 г/т

В пятой главе проводилась разработка малоотходной технологии мягких

сыров

Исследование зависимости термостойкости концентрата натурального казеина от термомеханических воздействий при получении мягкого сыра. Проведены исследования по воздействию процесса гомогенизации (х) на термостойкость смеси (У) (КНК, полученного гравитационным или центробежным способами, и с последующим добавлением сливок) Данная зависимость представлена на рисунке 5

ми

4

К

,\2

t4.

г . N ч

10 11 12 13 14 Давление гомогенизации, МПа

15 16

R -0,93 Y2 = 0,2838x2-3 821х+16,119 RJ=0,96

1 - смесь с КНКц,

2 - смесь с КНКг

Рисунок 5 — Влияние гомогенизации на термостойкость смесей со сливка-КНКг или КНКц

Из рисунка видно, что термостойкость гомогенизированной смеси на основе КНКг несколько выше, чем с КНКц По мере увеличения давления гомогенизации термостойкость смесей снижается независимо от способа получения концентрата Учитывая низкую термостойкость KHK, для ее повышения было решено добавлять в смесь перед пастеризацией растворы трехзамещенного лимоннокислого натрия или калия Зависимость показателя термостойкости (Y) концентрата натурального казеина от количества стабилизатора (X) приведена на рисунке 6

У = -0,3951 х2 + 7,6776х -12,345 К2=0,93

0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,£ Доза стабилизатора, %

Рисунок 6 - Зависимость показателя термостойкости концентрата натурального казеина от количества стабилизатора

Анализ полученных данных показывает, что внесение цитрата натрия 0,35 — 0,6 % значительно повышает термостойкость концентрата и смесей на его основе

Изучение влияния дозы поваренной соли на сквашивание продукта Лучшими по органолептическим показателям были образцы с содержанием соли 2 — 2,5 % Повышенная концентрация соли от 3 и более % приводит к излишне соленому вкусу, оказывает ингибирующее действие на биохимические и микробиологические процессы, протекающие в сырной массе, затормаживает коагуляцию смеси.

Исследование влияния дозы КСБ-УФ на процесс формирования сычужного сгустка. Установлено влияние различных доз КСБ-УФ на процесс сычужного свертывания молока и реологические свойства получаемого сгустка Для нормализации молочной смеси по белку КСБ-УФ вносили в количестве 2, 5, 10, 15 и 20 % Исследовалась молочная смесь, массовая доля белка в которой составляла 2,85 — 5,75 % Зависимость вязкости (У) смеси от дозы внесения КСБ-УФ (х) представлена в уравнении (2)

У] = 0,0071х2+0,2043х+1,36, Я2=0,97 (2)

Нормализация молочной смеси КСБ-УФ до массовой доли белка (5,5 ± 0,1) % приводит к повышению вязкости сгустка, сокращению продолжительности образования и упрочнения сгустка и некоторой интенсификации процесса синерезиса

Исследование влияния закваски на качество мягкого сыра. В результате исследований определен качественный состав закваски для сыра бакпрепарат для сыров (БП №4У), термофильный молочнокислый стрептококк вязкой расы и молочнокислая палочка Ь сс^ег Опытным путем установлено в ней соотношение заквасочных компонентов 16 4.1 соответственно Наиболее благоприятной температурой для развития подобранной закваски - 30 °С Смесь заквашивается 2 % закваски.

В обезжиренном молоке (контроль) значение титруемой кислотности возрастает уже к 4 часам культивирования, а в опытных системах этот процесс замедлен В дальнейшем (к 16 и 24 ч культивирования) уровень молочнокислого процесса выравнивается.

Изучение влияния влажности мягкого сыра на физико-химические и органолептические показатели Консистенция и вкус продукта определяется его составом и основным сырьевыми компонентами Наиболее важное значение при производстве продукта имеет влажность Органолептические показатели продукта представлены в таблице 5

Таблица 5 - Органолептические показатели продукта

Влажность продукта, % Наименование показателя

консистенция вкус и запах цвет органолептическая оценка, баллы

60-64 плотная, ломкая консистенция, кислый, сливочный со специфическим привкусом пастеризации белый с кремовым оттенком 8В

65-70 нежная, слегка мажущаяся консистенция чистый, кисломолочный со специфическим привкусом пастеризации 92

71-75 излишне нежная, мажущаяся консистенция приятный, кисломолочный 87

Наиболее приемлемым по органолептическим показателям и хранимоспо-собности были образцы сыра с влажностью в готовом продукте (67 ± 2) %

Подбор упаковки и изучение процесса хранения мягкого сыра. Для упаковки разработанного мягкого сыра предпочтительной является полимерная герметичная, форма баночки или лотка Данные об изменении активной и титруемой кислотности, накопления форм азота, общего содержания бактерий в продукте в процессе хранения приведены в таблице 6

Таблица б - Изменение кислотности и форм азота в процессе хранения сыра

Возраст сыра, сутки Активная кислотность, рН Титруемая кислотность, °Т КМАФАнМ, КОЕ/г Общий растворимый азот, % от общего Небелковый растворимый азот, % от общего Аминный азот, мг/%

1 4,62 150 2,2x10' 7,2 ± 0,2 3,2 ±0,1 236

2 4,62 155 1,0x108 7,6 ±0,1 3,6 ±0,2 270

3 4,4 160 1,8x10" 8,1 ±0,2 3,9 ± 0,2 290

10 4,36 160 5,бх107 7,9 ±0,1 3,7 ±0,1 318

ЗОсут 4,3 170 5,2x10" 10,1 ±0,3 4,5 ± 0,2 350

60 сут 4,2 220 4,4x10" 14,8 ±0,3 7,3 ± 0,2 372

Максимальное количество молочнокислых бактерий наблюдалось в 3£ суточном возрасте сыра Приведенные данные указывают на слабые протеолитиче-ские процессы в сырах После исследования хранимоспособности сыров были определены оптимальные режимы температура (4 ± 2) °С, продолжительность -30 суток

В шестой главе проводилась разработка аппаратурного оформления непрерывного производства мягких сыров

Разработка технологических схем производства сыра. Особенностью технологии нового мягкого сыра является его производство с использованием белковых концентратов (полученных баро- и биомембранными методами) -КСБ-УФ, УФ-концентратом и КНК На основании проведенных исследований и

оптимизации техно логических процессов разработана технологическая схема

1 - концентрат натурального казеина; 2 - УФ концентрат; 3 - слипкм + цитрат натрия; 4 - смесь; 5 - пастеризованная смесь; 6 - гомогенизированная смесь; 7 - хлористый км.и.цнй; Я — зя|свйскя; 9 - зякЪяшеиняя смесь; !0 - фермент; II - наполнители; 12 - готовый продукт в км меру хранения

1 - резервуар; 2 - насос ротационный; 3 — пастерц»я цнонно-охлйднгельпая установки; Л — гомогенизатор; 5 - охладительная установка; 6 - смесительная установка; 7 - фасо-оочио-у паковочная установка

Рисунок 7 - Технологическая схема производства мягкого сыра «УльтРа» Для производства нового сыра используется серийно выпускаемое оборудование и вногсь разработанное (смесительная установка и фасовочно-упаковочный автомат).

На данный продукт разработан Стандарт организации СТО 0753280-002-2007.

Была также разработана технология термокислотного мягкого сыра с использованием КСБ-УФ. Технологическая схема производства сыра представлена

1 - обезжиренное молоко; 1 - КСБ-УФ; 3 - смесь; 4 - нагретая смесь до 95 "С; 5 - 10 %

р-р уксусной кислоты; 6 — с коагулированная смесь; 7 — скоагулиравапная смесь охлажденная до 35 "С; 8 - денротеиннзнровянная сыворотка; 9 - белковая масса; 10 - охлажденная белковая масса; II - наполнители, соль, закваска; 12 - смесь направленная на фасовку и упаковку; 13 - готовый продукт в камеру хранения

1 - резервуар; 2 - нагое центробежный; 3 - настеризацнонно-охладнтсльная установка;

4 — выдержи ватель трубчатый; 5 — отделитель белка от сыворотки ; 6 — охладитель I порожный; 7 - смеситель; 8 - шнековый насос; 9 - фасоночно-у паковочная установка

Рисунок 8 — Технологическая схема производства мягкого сыра «УльтРа-'Г»

Сущность технологии заключается в том, что в результате непрерывного нагревания смеси (обезжиренного молока и КСБ-УФ) до температуры 95 °С и внесения в его ламинарный поток коагулянта молочной или уксусной кислот с доведением pH среды до 5,0 — 5,4, образуемый казеинат-кальций-фосфатный комплекс переводится в форму сгустка В дальнейшем происходит отделение от него сыворотки, охлаждение, смешение с наполнителями, формование и упаковка сыра в герметичную тару

Аппаратурное оформление производства мягкого сыра Для производства сыра используется серийно выпускаемое оборудование и новые экспериментальные единицы (устройство для приготовления раствора пектина, устройство для смешения обезжиренного молока и раствора пектина, сепаратор и фасо-вочно-упаковочная установка)

Математическое моделирование и разработка параметров поточного коагулятора. При изготовлении оборудования для сыра были разработаны исходные требования на коагулятор непрерывного действия Коагулятор непрерывного действия можно рассматривать как аппарат идеального вытеснения, в основу модели которой может быть допущение о поршневом течении без перемешивания вдоль потока при равномерном распределении вещества в направлении, перпендикулярном движению

Учитывая зависимость времени коагуляции от величины активной кислотности определена необходимая длина канала (при в — 6а)

L_Q (248,03 рЯ-1415,1) ^

6 а2

где L — длинна канала аппарата, м, Q — объемный расход, мэ/с, а, в — размеры прямоугольного канала, м

На основании полученных результатов выданы исходные требования, разработан и изготовлен экспериментальный образец поточного коагулятора

Испытание экспериментальных образцов оборудования при получении:

- концентрата натурального казеина. Для разделения обезжиренного молока на концентраты был выбран саморазгружающий сепаратор на базе марки ОСЦП-З Далее на нем проводили и моделировали процессы получения концентратов KHK и КСП На основании выданных предложений разработаны и испытаны устройство для приготовления раствора пектина, смеситель обезжиренного молока и раствора пектина, сепаратор с модернизированной системой подачи смеси и отвода концентратов KHK и КСП,

- мягкого сыра. Проведено аппаратурное оформление процесса производства мягкого сыра Исходя из особенностей получения данного продукта выданы предложения и созданы модуль поточного коагулятора и фасовочно-упаковочной установки, которые осуществляли его коагуляцию белков, фасовку, добавление наполнителей и упаковку продукта

Испытания разработанных образцов оборудования показали их работоспособность и правильность заложенных идей

В седьмой главе изучали структурно-механические свойства, пищевую, биологическую ценность и показатели безопасности готового продукта

Физико-химические и микробиологические показатели готового продукта. Полученный мягкий сыр «УльтРа» был исследован по физико-химическим и органолелтическнм показателям. Сыр различается по жирности (нежирные и маложирные), влажностью. По оргаволептическим показателям сыры различаются наполнителями, имеют слабосоленый или солоноватый вкус, привкус внесенных ингредиентов (зелень, хрен, чеснок), белый или кремовый Цвет (обусловленный входящими в состав компонентами) и нежную, мажущуюся Консистенцию.

Микробиологические показатели сыр он соответствовали показателям безопасности СанПиН 2,3.2.1078-01.

Изучение структурно-механи чеекц.х свойств продукта с концентратом натурального казеина. Было проведено комплексное исследование структурно-механических характеристик образцов концентрата натурального казеина. В ходе выполнении Исследований измерялись три группы показателей: пе нет рационные, поверхностные и компрессионные. Параллельно определялись вязкостные характеристики в процессе сквашивания в течение 12 ч. Вязкость смеси (V) при сквашивании от О до 6 ч (х) возрастала от 0,029 до 0,047 Пас, Далее структура изучаемого объекта изменилась таким образом, что дальнейшее измерение вязкостных характеристик на установке «Яео1гоп» стало невозможным.

Проводились также электронно-микроскопические исследования образцов смесей с КПК при производстве мягкого сыра. Смеси исследовались в динамике от 0 до 10 ч сквашивания, которые представлены на рисунках 9 (а, б, в).

а б В

Рисунок 9 - Электронно-микроскопические исследования образцов концентрата натурального казеина (увеличение * 1240) а) KHK; б) KHK со сливками перед сквашиванием; в) КПК со сливками после сквашивания (сыр)

На рисунках можно наблюдать структуру белковых и.белково-жировых композиций. Вполне отчетливо видно изменение структуры при коагуляции белков в смеси по сравнению с KHK и смесями перед сквашиванием. В процессе сквашивания смеси жир неравномерно распределяется по слоям продукта. Видны рыхлые белковые конгломераты разнообразной формы.

Изучение состава, пищевой и биологической ценности сыров. Качество продуктов питания характеризуется их химическим составом и физическими

свойствами, а также пищевой и биологической ценностью Показатели химического состава и энергетической ценности сыра «УльтРа» приведены в таблице 7

Таблица 7 — Физико-химические показатели продукта

Наименование продукта Среднее значение на 100 г сыра, г Энергетическая ценность, ккал

И* белок углеводы минеральные вещества влажность сухие вещества

Сыр УльтРа» нежирный 0,2 23,2 3,8 3,0 70 30 110

Сыр «УльтРа» нежирный, соленый 0,2 22,2 3,6 4,0 70 30 105

Сыр «УльтРа» нежирный с хреном 0,2 22 3,8 4,0 70 30 105

Сыр «УльтРа» нежирный с зеленью 0,2 22,2 3,6 4,0 70 30 105

Сыр «УльтРа» нежирный с чесноком 0,2 22,1 3,7 4,0 70 30 105

Сыр «УльтРа» маложирный 20% 6,0 16,4 3,6 4,0 70 30 134

Сыр «УльтРа» маложирный 30% 9,0 13,5 3,5 4,0 70 30 149

По расчетной формуле пищевой ценности, отражающей содержание белка, жира и других компонентов, определяли пищевую ценность продукта Величины интегральных показателей пищевой ценности, отражающие процентные соответствия показателей химического состава сыров формуле сбалансированного питания в энергетическом выражении на 300 ккал, приведены в таблице 8

Таблица 8 - Формула пищевой ценности сыров

Степень удовлетворения формулы сбалансированного питания, сыра «УльтРа», %

Показатели Дневная потр ностъ,г нежирный нежирный, соленый нежирный с хреном нежирный с зеленью нежирный с 1 чесноком 1 маложирный 20% маложирный 30% _

Жир 90 2 2 2 2 2 10 14

Белок 90 25 24 24 24 24 19 16

Углеводы 50 7 6 7 6 6 6 5

Минеральные вещества 16 91 93 93 93 93 93 93

Калорийность 10 10 10 10 10 10 10 10

Изучение аминокислотного и жирнокислотного состава мягкого сыра, вырабатываемого по новой технологии, показало высокое содержание незаменимых аминокислот, наличие ценных полиненасыщенных жирных кислот Из приведенных данных следует, что сыр «УльтРа» имеет высокую степень соответствия состава формуле сбалансированного питания

Адаптация системы качества НЛССР. НАССР - концепция, предусматривающая систематическую идентификацию, оценку и управление опасными факторами, существенно влияющими на безопасность продукции Двигаясь шаг за шагом по всему технологическому процессу, составлена современная типовая блок-схема системы НАССР производства мягкого сыра «УльтРа» из концентра-

тов обезжиренного молока При производстве данного сыра «УльтРа» «методом дерева принятия решений» определили 5 критических контрольных точек Адаптация и внедрение системы НАССР и эффективное ее использование позволит получать продукты гарантированного качества

В восьмой главе проведена технико-экономическая, экологическая, социальная оценки разработанных технологий и оборудования

Проведены маркетинговые исследования и дана оценка экономической эффективности производства мягкого сыра. Предлагаемая технология может быть реализована в условиях молочного завода с использованием серийного и вновь разработанного оборудования Прибыль от реализации 1 т продукции составляет 7,1 тыс руб (в ценах на 1 июня 2007 г) Разработанные сыры обладают повышенной биологической ценностью и хорошими органолептическими показателями Для успешного их продвижения на рынке необходимо уделить внимание внешнему виду и упаковке продукта

Экологические и социальные аспекты производства сыра по новой технологии. Проблема экологичности пищевых производств имеет два взаимосвязанных аспекта обеспечение выпуска высококачественной, экологически безопасной продукции и охрана окружающей среды В целом разработанные технологии получения мягких сыров полностью соответствуют концепции государственной политики России в области здорового питания Проведенные исследования (главы 3 — 7) подтверждают технические, экономические и социальные преимущества разработанной технологии сыра «УльтРа» Для того чтобы весь технологический процесс считался замкнутым, предлагается использовать оставшиеся вторичное сырье Так, например, при центробежном получении концентрата натурального казеина получается так же бесказеиновая фаза, которая может использоваться далее для производства различных напитков, взбитых изделий, сухих продуктов Получаемый прй ультрафильтрации пермеат — (раствор лактозы, минеральные соли и другие низкомолекулярные соединения) аналогичный по составу молочной сыворотки, может быть использован при выпуске прохладительных напитков и других продуктов в едином технологическом цикле

ВЫВОДЫ

1 Научно обоснованы и разработаны основные технологические параметры белково-жирового продукта с аппаратурным оформлением производства на примере мягкого сыра «УльтРа» Особенностью технологии нового мягкого сыра является использование белковых концентратов, получаемых био- и баро-мембранными методами (КСБ-УФ, УФ-концентрат или концентрат натурального казеина)

2 Исследованы физико-химические, микробиологические и реологические показатели различных концентратов обезжиренного молока (УФ-концентратов, KHK) и сыворотки (КСБ-УФ)

3 Изучена кинетика сычужно-кислотного свертывания концентрата натурального казеина при производстве мягкого сыра На этот процесс наибольшее влияние оказывает pH концентрата и массовая доля в нем белка Процесс уско-

ряется со снижением величины активной кислотности, повышением содержания белка в ЬСНК и дозы ферментного препарата

4 Установлена оптимальная доза КСБ-УФ при его совместном термокислотном осаждении с обезжиренным молоком Оптимальной дозой внесения КСБ-УФ является 6 - 10 г/л молока При этом выход сыра увеличивался на 3 - 5 %

5 Исследован процесс зависимости термостойкости белково-жировых композиций на основе КНК от их термомеханической обработки По мере увеличения давления гомогенизации термостойкость смеси снижается Выявлено, что внесение цитрата натрия 0,35 - 0,6 % повышает термостойкость концентрата на 20 мин при его пастеризации при 85 °С

6 Исследовано влияние закваски на качество мягкого сыра Внесение дозы закваски в количестве 2 % (Бакпрепарат № 4У с добавлением 8 ЛегторЫив и Ь сазе1), сквашивание при температуре 30 °С способствует получению мягкого сыра с хорошими органолептическими показателями чистым, кисломолочным вкусом и нежной однородной консистенцией Выявлено, что оптимальная влажность готового продукта составляет (67 ± 2) %

7 Проведены подбор упаковки и изучение мягкого сыра в процессе хранения Предпочтительной является полимерная тара в форме баночки или лотка Оптимальные режимы хранения (4 ± 2) °С, продолжительность — 30 суток

8 Выданы предложения по разработке экспериментальных образцов оборудования для центробежного получения КНК (устройство для приготовления раствора пектина, смеситель обезжиренного молока и пектина, саморазгружающийся модернизированный сепаратор на базе марки ОСЦП-3) Выданы предложения по разработке фасовочно-упаковочной установки, которая осуществляет автоматизированные операции по фасовке, добавлению наполнителей и упаковке продукта Результаты испытания модуля по смешиванию ингредиентов, сквашиванию, дозированию, фасовки нового мягкого сыра показали его работоспособность, позволяют улучшить качество продукта, исключить ручной труд, обеспечить автоматизацию процесса

9 Проведено математическое моделирование и разработка параметров поточного коагулятора белков Коагулятор непрерывного действия можно рассматривать как аппарат идеального вытеснения, в основу модели которой может быть допущение о поршневом течении без перемешивания вдоль потока при равномерном распределении вещества в направлении, перпендикулярном движению Время пребывания всех частиц в системе одинаково и равно отношению объема системы и объемному расходу жидкости

10 Адаптирована система качества НАССР к производству мягкого сыра, которая позволит получить продукты гарантированного качества Проведена технико-экономическая, экологическая и социальная оценка разработанных технологий и оборудования Изучены состав, пищевая и биологическая ценность сыров Белки нового мягкого сыра хорошо сбалансированы по всем незаменимым аминокислотам

11 По результатам исследований и производственной проверки установлены оптимальные технологические параметры, разработана и утверждена

техническая документация (СТО 0753280-002-2007) на сыр «УльтРа» Технология мягкого сыра «УльтРа» апробована на экспериментальном биотехнологическом заводе «ФГУП НИИКИМ» В 2007 г выработано 320 кг сыра Экономический эффект от производства 1 т данного сыра составляет 2,4 тыс руб

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1 Суюнчев, О А Исследование процесса дробной коагуляции белков термокислотных сыров / О А Суюнчев, А С Рудаков // Вестник СевКавГТУ Серия «Продовольствие» - 2004 - № 1 (7) - С 43 - 44

2 Использование депротеинизированной подсырной сыворотки для производства напитков / А Г Храмцов, О А Суюнчев, А С Рудаков, М А Жилина. Ч М Батдыев // Вестник СевКавГТУ Серия «Продовольствие» -2004 -№1 (7) - С 45-48

3 Суюнчев, О А Изучение возможности производства мягких сыров из восстановленных молочных белковых концентратов / О А Суюнчев, А С Рудаков, Е А Слоневская II Сборник научных трудов СевКавГТУ Серия «Продовольствие» — 2005 - № 1 — С 64 — 66

4 Суюнчев, О А Концепция непрерывного производства мягких сыров / О А Суюнчев, А С Рудаков // Сборник научных трудов СевКавГТУ Серия «Продовольствие» - 2005 - № 1 — С 67-68

5 Суюнчев, О А Использование концентрата сывороточных белков при производстве мягких сыров / О А Суюнчев, И А Евдокимов, А С Рудаков, С П Бабенышев, Н Я Дыкало // Новое в технике и технологии производства молочных продуктов / Материалы Всероссийской научно-практической конференции Адлер, 2006 - С 76-77

6 Питьевые освежающие напитки из молочной сыворотки /А Г Храмцов, П Г Нестеренко В А Самойлов, О А Суюнчев, М А Жилина, А С Рудаков, Ч М Батдыев // Новое в технике и технологии производства молочных продуктов / Материалы Всероссийской научно-практической конференции, Адлер, 2006 -С 73-75

7 Производство мягких сыров с использованием УФ-концентратов обезжиренного молока и сыворотки / О А Суюнчев, И А Евдокимов, А С Рудаков, С П Бабенышев, Н Я Дыкало // Маслоделие и сыроделие - 2007 - № 1 -С 13-14

8 Использование депротеинизированной подсырной сыворотки для производства напитков / А Г Храмцов, О А Суюнчев, А С Рудаков, М А Жилина, Ч М Батдыев//Переработка молока -2006 -№ 12 - С 24-25

9 Новый вид лактозосодержащего сырья / М А Жилина, Б О Суюн-чева, О А Суюнчев, А Ф Лафишев, А С Рудаков, А Г Храмцов // Лактоза и ее производные / Международный симпозиум ММФ Региональная конференция ММФ «Кисломолочные продукты, технологии и питание» Москва, 2007 — С 236-237

10 Мягкие сыры с УФ-концентратами / О А Суюнчев, И А Евдокимов, А С Рудаков, С П Бабенышев, Н Я Дыкало // Маслоделие и сыроделие -2007 -№ 1 -С 21-22

Подписано в печать 17 09 2007 г Формат 60x84 1/16 Уел печ л - 1,5 Уч-изд л -1 Бумага офсетная Печать офсетная Заказ 1262 Тираж 100 экз ГОУ ВПО «Северо-Кавказский государственный технический университет» 355029, г Ставрополь, пр Кулакова, 2

Издательство Северо-Кавказского государственного технического университета Отпечатано в типографии СевКавГТУ