автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.04, диссертация на тему:Разработка технологии мягких сыров с применением молочно-белковых концентратов

На правах рукописи

Гостищева Елена Александровна

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ МЯГКИХ СЫРОВ С ПРИМЕНЕНИЕМ МОЛОЧНО-БЕЛКОВЫХ КОНЦЕНТРАТОВ

Специальность: 05.18.04 — технология мясных, молочных и рыбных продуктов и холодильных производств

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

6 НОЯ 2014

005554315

Ставрополь — 2014

005554315

Работа выполнена в Федеральном государственном автономном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Северо-Кавказский федеральный университет» (ФГАОУ ВПО СКФУ)

Научные руководители: доктор технических наук, профессор

Евдокимов Иван Алексеевич

доктор технических наук, профессор Суюнчев Олег Азаматович

Официальные оппоненты: Смирнова Ирина Анатольевна

доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Кемеровский технологический институт пищевой промышленности», заведующий кафедрой технологии молока и молочных продуктов

Лепилкнна Ольга Валентиновна

доктор технических наук, старший научный сотрудник, ГНУ «Всероссийский научно-исследовательский институт маслоделия и сыроделия», заведующий отделом физической химии

Ведущая организация: Федеральное государственное бюджетное

образовательное учреждение «Воронежский Государственный Университет Инженерных Технологий» (ФГБОУ ВГУИТ), г. Воронеж

Защита состоится «18» декабря 2014 г. в 10:00 ч. на заседании диссертационного совета Д 212.245.05 при ФГАОУ ВПО «СевероКавказский федеральный университет» по адресу: 355009, г. Ставрополь, ул. Пушкина, 1, корп. 3, ауд. 506.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке и на сайте ФГАОУ ВПО «Северо-Кавказский федеральный университет» по адресу: 355029, г. Ставрополь, пр. Кулакова, 2, www.ncfu.ni.

С авторефератом диссертации можно ознакомиться на сайтах ФГАОУ ВПО «Северо-Кавказский федеральный университет» www.ncfu.ru и ВАК Министерства образования и науки РФ www.vak.ed.gor.ru/ru/dissertation/ Автореферат разослан «23» UFTAOjDjt 2014 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат биологических наук f ' P.O. Будкевич

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ* Актуальность темы. С учетом требований современных тенденций создание рациональных технологий биологически полноценных высококачественных продуктов является одним из актуальных и приоритетных направлений пищевой промышленности.

С каждым годом увеличивается потребление сыров как в странах с традиционным сыроделием, так и в странах, где ранее сыр не входил в ежедневный рацион питания. Российский рынок преимущественно представлен твёрдыми и полутвердыми сырами, в то время как европейские страны (Германия, Франция, Италия и др.) традиционно славятся широким ассортиментом мягких сыров.

Сегодня наиболее перспективным является производство мягких сыров, которые имеют ряд преимуществ по сравнению с твёрдыми и рассольными сырами: более эффективное использование молочного сырья; возможность реализации без созревания; высокая биологическая ценность продукта ввиду повышенного содержания незаменимых аминокислот и т.д. Это позволяет предприятиям отрасли экономить сырьевые, трудовые, энергетические и финансовые ресурсы.

Теоретические и практические основы разработки мягких сыров заложены в трудах отечественных ученых Диланяна З.Х., Николаева A.M., Крашенишша П.Ф., Остроумова Л.А., Суюнчева O.A., Оноприйко A.B., Шалыгиной A.M., Раманаускаса Р.И., Хамагаевой И.С., Бобылина В.В., Смирновой И.А., J удкова A.B., 1'авриловой Н.Б. и др.

Признавая необходимость увеличения производства сыров при минимальных капитальных затратах и экономном расходовании сырья, следует отметить направления развития молочной отрасли за счет увеличение производства мягких сыров, организации переработки вторичного молочного сырья и использования в сыроделии мембранных методов.

Таким образом, актуальным и экономически целесообразным является

л ..

*Научный консультант экспериментальной части работы к.т.н. Клепкер В.М. >. \

внедрение технологий мягких сырок, при производстве которых непосредственно используется вторичное молочное сырье.

Цель и задачи исследований. Целью диссертационной работы является разработка технологии мягкого творожного сыра на основе белковых концентратов, полученных из вторичного молочного сырья с использованием баромембранных методов.

В соответствии с целью решались следующие задачи:

- теоретически обосновать возможность использования концентратов обезжиренного молока и творожной сыворотки при производстве мягких творожных сыров;

- исследовать динамику состава и свойств концентратов обезжиренного молока, полученных в процессе ультрафильтрации (УФ-концентрата);

- исследовать особенности микрофильтрационного концентрирования натуральной творожной сыворотки, изучить состав и свойства микрофильтрационного концентрата (МФ-концентрата);

- определить фракционный состав белков МФ-концентрата творожной сыворотки;

- изучить возможность комплексного использования УФ-концентрата обезжиренного молока и МФ-концентрага творожной сыворотки в производстве творожных сыров;

- определить оптимальное количество закваски и микробиального ферментного препарата при производстве творожных сыров с использованием УФ- и МФ-концентратов;

- изучить реологические, физико-химические, микробиологические и органолептические показатели мягкого творожного сыра;

- разработать технологию и рецептуру творожного сыра на основе белковых концентратов вторичного молочного сырья;

- провести оценку экономической эффективности и экологической безопасности разработанной технологии творожного сыра.

Научная поитиа работы:

• теоретически обоснована и экспериментально доказана возможность использования УФ-концентратов обезжиренного молока и МФ-концентратов творожной сыворотки при производстве мягких творожных сыров;

• изучены особенности микрофильтрационного концентрирования натуральной творожной сыворотки;

исследованы физико-химические, микробиологические и реологические показатели УФ-концентратов обезжиренного молока и МФ-концентратов творожной сыворотки;

• установлено оптимальное соотношение УФ- и МФ-концентратов и массовой доли жира в смеси при производстве мягкого творожного сыра;

• впервые изучено влияние массовой доли жира и сухих веществ на физико-химические и реологические показатели смеси для производства творожного сыра и выявлены оптимальные значения указанных параметров: содержание сухих веществ в смеси — 30 %, массовая доля жира - 20 %;

• изучено влияние закваски и микробиального ферментного препарата на реологические и синеретические свойства сгустка из смеси УФ- и МФ-концентратов вторичного молочного сырья; определено их оптимальное количество - закваска Башзко(МА-11) - 2 %, фермент - 0,001 г/л.

Практическая значимость работы. Разработана технология и рецептура мягкого творожного сыра, утверждена техническая документации ТУ 9225-002-10289183-2013 «Творожный сыр «Кавказский». Проведены опытно-промышленные выработки творожного сыра на ОАО «Молочный комбинат «Ставропольский» и ООО «ПребиоЛайф».

Материалы работы используются в учебном процессе на кафедре прикладной биотехнологии СКФУ при подготовке инженеров-технологов.

Апробация работы. Основные результаты работы обсуждены на международных, всероссийских и региональных научно-технических конференциях и семинарах: «Вузовская наука Северо-Кавказскому региону» (г. Ставрополь, 2006); «Инновационные технологии и оборудование и

молочной промышленности» (г. Воронеж, 2010); «Инновационный опыт агропромышленного холдинга «КОМОС ГРУПП» по созданию централизованного цикла переработки молока, интегрированию в производство высокоэффективных, ресурсосберегающих технологий переработки сырья. Качество продукции: производство, оценка и регулирование» (г. Ижевск, 2012); «Совершенствование технологий и аппаратурно-процессового оформления производства творога, мягких и фигурных сыров» (г. Белореченск, Адыгея, 2013), «Современные достижения биотехнологии» (г. Минск, 2014).

Публикации. Основное содержание диссертации отражено в 7 публикациях, в том числе в 2 статьях в журналах, рекомендованных ВАК РФ. На «Способ производства творожного сыра» в ФИПС подана заявка па изобретение №2014117400/10(027536) от 30.04.2014 г.

Структура п объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, списка литературы, содержащего 193 наименования, в том числе 28 иностранных и приложений. Работа изложена на 150 страницах машинописного текста, содержит 41 таблицы, 34 рисунка и 4 приложения.

СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИОННОЙ Р АБОТЫ Во введении обоснована актуальность и перспективы переработки вторичного молочного сырья, сформулированы основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе «Анализ состояния вопроса и задачи исследования» рассмотрены особенности технологии мягких, в том числе творожных сыров, как перспективного направления в сыроделии. Представлен обзор вторичного молочного сырья, как основы для производства творожных сыров. Обоснована актуальность производства творожных сыров с использованием молочно-белковых концентратов, полученных путем обработки вторичного молочного сырья баромембранными методами. Приведена характеристика заквасочной микрофлоры, используемой при

производстве творожных сыров. На основании априорного анализа технических решений сформулированы цель и задачи диссертационного исследования.

Во второй главе «Организации проведении экспериментов, объекты и методы исследований» описаны объекты исследований, стандартные физико-химические и биохимические методы, а также оригинальные методики по определению фракционного состава белков, аминокислотного и жирнокислотного состава и степени синерезиса.

На рисунке 1 представлена структурная схема, в которой отражены основные этапы исследований.

I Анзлмз состояния оолрооа "1

Экспериментальные исследования по микрофипьтрэциомной обработке ' сывооотки

г

; Концентрат | ;творожной сывоэотки,5

Экспериментальные \ исследования по ультрэфиль-рационной 5 обработке обезжиренного \ молока

-он цен трат"~~~~| обезжиренного |

Исследование реологических, физико-химических, микробиологических и органолегттических показателей концентратов

Определение оптимального соотношение концентратов

Определение доз внесения технологических ингредие кг ов; сяивок, за кваск у фермента

Изучение структурно-механических и технологических характеристик омеси в _процессе образования сгустка .

Исследование реологических, физико-химических, микробиологических к органолегттических показателей готового продукта

Определение хранимоспособности продукта

Оценка экономической эффективности, экологической безопасности технологии творожного сыра

Рисунок 1 — Структурная схема проведения исследований

В отдельном разделе представлено математическое планирование экспериментов и статистическая обработка результатов с использованием пакета программы Statistica 6.0, MS Excel.

В третьей главе «Исследование особенностей концентрирования вторичного молочного сырья баромембранпымп методами» рассмотрены теоретические предпосылки создания творожных сыров из концентратов вторичного молочного сырья, изложены результаты исследований процессов микрофильтрации и ультрафильтрации вторичного молочного сырья, исследована возможность совместного использования УФ- и МФ- концентратов для выработки творожных сыров.

На первом этапе проводились исследования процесса микрофильтрации натуральной творожной сыворотки. Физико-хим!гческие показатели исходной сыворотки и продуктов микрофильтрации представлены в таблице 1.

Таблица 1 - Физико-химические показатели исходной сыворотки и продуктов микрофильтрации

Вид сырья Содержание белка, % Электропроводность, mS Соле-содержание, г/л рН Кислотность, O-J" Жир,%

Исходная сыворотка 0,647±0,03 7,58±0,2 4,10±0,2 4,б8±0,25 58±2,0 0,1±0,01

Пермеат 0,382±0,02 7,9б±0,2 4,34±0,2 4,б7±0,25 58±2,0 следы

Концентрат 1,056±0,05 7,44±0,2 4,22±0,2 4,69±0,25 60±2,0 7,7±0,35

Б процессе микрофильтрации в концентрат интегрируются основные компоненты сыворотки. Например, содержание белка в исходной сыворотке составляло 0,647 %, в концентрате - 1,056 %, в пермеате до 0,382 %. Это свидетельствует о том, что процесс микрофильтрации позволяет полностью сконцентрировать казеиновую фракцию и частично денатурированные в процессе пастеризации сывороточные белки, размер молекул которых превышает диаметр пор мембраны. Наряду с белковой фракцией процесс микрофильтрации позволяет сконцентрировать жировую фазу до содержания

7,7 %. В процессе микрофильтрации происходит перераспределение солей между пермеатом и концентратом, поэтому по солесодержанию разница незначительна.

Динамика изменения сухих веществ в процессе микрофильтрации творожной сыворотки представлена на рисунке 2.

ТрлмгчмРЯЯЙрлммол дам/м>мие, МПя 0,8 О,В 0,8 0,8 О,Я 0,9 1,1 1,9 2,3 2,5 3,1 4 4,5

Ж

15 ЭО 60 75 ЭО XCJ5 120 US II.01G5 180 1Э-,

-А-пе-ртеат -♦•конце-н-грат

Рисунок 2 - Динамика изменения сухих веществ в процессе микрофильтрации натуральной творожной сыворотки

Проведенные ранее исследования показали, что дальнейшая эксплуатация установки без регенерации и промывки приводит к существенному снижению производительности вследствие образования белкового поляризационного слоя на поверхности мембран, и обезвоживанию обрабатываемого продукта непосредственно вблизи пор, что приводит к увеличению трансмембранного давления. Непрерывное время работы мембранной установки (3 - 3,5) часа.

Нами изучены микробиологические показатели творожной сыворотки, МФ-пермеата и МФ-концентрата (таблица 2).

Как видно, основное количество микроорганизмов в процессе микрофильтрации переходит из сыворотки в концентрат, тогда как пермеат имеет минимальную микробную обсеменённость. Как следствие,

МФ-концентрат необходимо подвергать дополнительной тепловой обработке при дальнейшем использовании в технологическом процессе.

Таблица 2 - Микробиологические показатели творожной сыворотки, МФ-пермеата и МФ-концентрата

Объект исследования Микробиологические показатели

КМАФАнМ, КОЕ/г БКГП, (колиформы), см3(не допускается) Дрожжи / плесневые грибы, КОЕ в см3 Споровые, анаэробные бакте-рии, в 1 см3

Творожная сыворотка пастеризованная (6,5-7,5)х104 0,01 Не обнаружено Не обнаружено

МФ-концентрат творожной сыворотки (8,7-9,7)* 104 0,01 Не обнаружено Не обнаружено

МФ-пермеат творожной сыворотки 41±5 0,01 Не обнаружено Не обнаружено

Для оценки возможности использования МФ-концентрата в технологии производства творожных сыров проводились исследования реологических свойств. Динамика изменения вязкости МФ-концентрата представлена на рисунке 3.

100 ___

л 90 8 60 I 70

г£ 60

1,2 50 ё = 40 30 20 10 0

X а х

Рисунок 3 концентрата

6 7.2 8.5 9.6 10.3 11.6 12.8 14.5 Сухие вещества, %

Динамика изменения вязкости микрофильтрационного

С повышением массовой доли сухих веществ МФ-концентрата происходит закономерное увеличение динамической вязкости. Значение этого показателя на момент окончания процесса составляет 96 мПа-с при содержании сухих веществ 14,5 %. МФ- концентрат творожной сыворотки

обладал чистым кисломолочным вкусом и запахом, имел густую, однородную консистенцию, обусловленную высоким содержанием скоагулированных белковых частиц и молочного жира.

При производстве белковых продуктов важной характеристикой сырья является его белковый состав. Поэтому была проведена сравнительная оценка содержания основных фракций белков в исходной сыворотке, МФ-пермеате и МФ-концентрате методом эксклюзионной хроматографии со спектрофотометрической детекцией на хроматографической системе BioLogic ОиоЕ1о\у Махтнгег 20. Анализ показал (рисунок 4), что в творожной сыворотке пик высокомолекулярной фракции (1) в 2,37 раза ниже, чем пик низкомолекулярной фракции (2) белков, что говорит о повышенном содержании сывороточных белков, по сравнению с казеином.

Для МФ-концентрата это соотношение составляет 1,93, что обусловлено увеличением доли высокомолекулярной фракции и подтверждает предположение о том, что микрофильтрация сыворотки (диаметр пор 0,2 мкм) позволяет концентрировать высокомолекулярные белки.

Наибольшая разница в содержании белковых фракций отмечена в пермеате, где высота пика низкомолекулярной фракции в 3,83 раза больше, чем высота пика высокомолекулярной фракции, что свидетельствует об отсутствии казеина.

На следующем этапе изучали процесс ультрафильтрационного концентрирования обезжиренного молока. В работе использовалась пилотная баромембранная установка с полимерными мембранами рулонного типа. Обезжиренное пастеризованное молоко обрабатывалось при температуре (15±2) °С в течение 3 часов.

Время удержания, к

Б

Рисунок 4 - Хроматограмма фракционного состава белков: А - творожной сыворотки; Б - МФ-концентрата творожной сыворотки; В — МФ-пермеата творожной сыворотки

Динамика изменения содержания сухих веществ в процессе ультрафильтрации отражена на рисунке 5, физико-химические показатели обезжиренного молока, УФ-концентрата и УФ-пермеата представлены в таблице 3.

25 50 ?5 100 125 150 175 Продолжительность, мин ■А пермват ■■#■ концентрат

Рисунок 5 - Динамика изменения содержания сухих веществ в процессе ультрафильтрации

Таблица 3 - Физико-химические показатели обезжиренного молока.

УФ-концентрата и УФ-пермеата

Вид сырья Лессовая доля сухих веществ, % Массовая доля бежа, % Массовая доля лактозы, % КИСЛОТНОСТЬ титруемая, °Т рН

Обезжиренное молоко 8,6*0,4 3,2*0,2 4,5*0,2 16*1,0 6,75*0,15

Концентрат

ФК=2 12,5±0,6 б,1±0,3 4,9*0,2 26*2,0 6,61*0,15

ФК 3 18,0±1,0 10,7=0.6 5,2±0,2 32±2,0 6,58±0,15

ФК=4 23,5*1,0 14,4=0,7 5,4*0,2 40*2,0 6,56*0,15

Пермеат

ФК=2 4,3*0,2 0,20*0,01 4,6*0,2 5,5*1,0 6,71*0,15

ФК=3 5,2*0,2 0,24*0,01 4,9*0,2 6,0*1,0 6,67*0,15

ФК=4 5,5*0,2 0,26*0,01 5,2*0,2 6,5±1.0 6,74*0,15

Значение титруемой кислотности УФ-концентрата значительно выше кислотности пермеата, что обусловлено концентрированием титруемых ионогенных групп белков. Содержание лактозы варьировалось в пределах (5,2 - 5,4) % как в концентрате, так и в пермеате.

Что касается динамической вязкости УФ-концентрата, то она в процессе ультрафильтрации возрастала (рисунок 6).

V 10 -к.

я

С

9,4 11,4 12,5 14,2 15,1 16,7 18 23,5 Сухие вещества, %

Рисунок б - Изменение динамической вязкости в зависимости от содержания сухих веществ в УФ-концентрате обезжиренного молока

С учетом того, что для получения творожных сыров нами был выбран способ производства без отделения сыворотки, то содержание сухих веществ в смеси должно было соответствовать их содержанию в готовом продукте. Поэтому для дальнейших исследований был выбран образец с содержанием сухих веществ - 23,5 %, и массовой долей белка - 14,4 %, что соответствовало фактору концентрирования (ФК) = 4 (по объему).

Немаловажную роль играют микробиологические показатели, которые были исследованы в образцах УФ-концентрата и УФ-пермеата обезжиренного молока (таблица 4).

Анализ полученных данных свидетельствует о возможности использования концентратов в качестве сырья для выработки творожных сыров с учетом требований безопасности технического регламента на молоко и молочную продукцию, при условии дополнительной тепловой обработки сырья.

Таблица 4 - Микробиологические показатели молока обезжиренного, УФ-концентрата и УФ-нермеата

Объект исследования Микробиологические показатели

КМАФАиМ, КОЕ/1- ЕКГП, (колиформы), см3 Дрожжи/ плесневые грибы, КОЕ в см3 Споровые, анаэробные бактерии, в 1 см3

Обезжиренное молоко пастеризованное (4,5-5,2)<104 0,01 Не выявлено Не выявлено

УФ-концентрат обезжиренного молока (8,1-9,0)<104 0,01 Не выявлено Не выявлено

УФ-пермеат обезжиренного молока 33-.6 Не выявляю Не выявлено Не выявлено

На следующем этапе работы изучалась возможность совместного использования УФ- и МФ-концентратов для выработки творожных сыров.

Вопросу сычужного свертывания УФ-концентрированного молока посвящено много работ, однако информация о совместной коагуляции УФ- и МФ-концентратов отсутствует. Нами были составлены смеси на основе МФ-и УФ-концептратов в различных соотношениях, после пастеризации при температуре (78 ± 2) °С с выдержкой 15 с смеси охлаждались до температуры (30 - 35) °С, затем в образцы вносилась закваска на основе мезофильных молочнокислых микроорганизмов в количестве 5 % и микробиальный фермент в количестве 0,002 г/л. Время сквашивания составляло (8 — 10) часов, окончание процесса сквашивания фиксировали по характеру сгустка.

Физико-химические и реологические характеристики образцов представлены в таблице 5, а органолептические показатели - на рисунке 7.

На основании анализа представленных данных выбрана смесь УФ- и МФ-концентратов в соотношении 70:30. Образец обладал реологическими и органолептическими показателями, свойственными сырам данной группы. Продукт обладал мягкой мажущейся консистенцией, без крупинок и крупных конгломератов, умеренно плотной, с незначительным синерезисом, имел чистый молочный вкус и запах.

С ростом количества МФ-концентрата наблюдалось увеличение времени свертывания, что обусловлено высокой кислотностью, негативно влияющей на развитие заквасочной микрофлоры и действие сычужного фермента.

Продукт с более высоким содержанием МФ-коицентрата имел мучнистую неоднородную консистенцию и невыраженный вкус.

Таблица 5 - Оптимизация соотношения МФ- и УФ-концентратов для

выработки творожного сыра

№ п/п УФ-концен-трат,% МФ-концен-трат,% Кислотность снеси концен-гратоа Сухие вещества смеси концентратов, % Вязкость смеси, мПа-с Кислотность продукта

JH___ оу рн

1 100 0 40±2,0 6,56±0,15 23,5±2,0 10,1=0,5 90±2,0 4,47±0,15

2 90 10 43±2,0 6,53±0,15 22,5±2,0 11,7=0,5 90±2,0 4,48±0,15

3 80 20 47±2,0 6,50±0,15 21,5±2,0 12,8=0,5 91±2,0 4,46±0,15

4 70 30 48±2,0 6,50±0,15 20,6±2,0 25,4=1,0 93±2,0 4,44±0,15

5 60 40 50±2,0 5,67±0,15 19,7±1,0 40,9=2,0 96±2,0 4,37±0,15

6 50 50 51±2,0 5,49£0,15 18,7±1,0 48,7=2,0 98±3,0 4,36±0,15

7 40 60 54±2,0 5,42±0,15 17,8±0,9 59,2=3,5 100±3,0 4,35±0,15

8 30 70 57±2,0 5,31±0,15 16,8±0,7 67,8=5,5 101±5,0 4,36t0,15

9 20 80 59±2,0 5,01±0,15 15,9±0,7 79,0=6,5 103±5,0 4,33±0,15

10 10 90 60±2,0 4,85±0,15 14,9±0,6 87,0=7,0 106±5,0 4,32±0,15

11 0 100 60±2,0 4,69±0,15 14,0±0,6 96,0=9,5 107±5,0 4,32±0,15

Образцы

Рисунок 7 - Балльная оценка органолептических показателей образцов на основе смеси УФ- и МФ-концентратов

Увеличение в смеси количества УФ-концентрата придавало образцам плотную структуру и, как следствие, выраженный синерезис.

На заключительной стадии были исследованы микробиологические показатели образцов, полученных из смеси УФ- и МФ-концентратов по окончанию сквашивания (таблица 6).

Требованиям технического регламента по содержанию молочнокислых микроорганизмов в творожных продуктах максимально соответствовали образцы с соотношением УФ- и МФ-концентратов 70:30 и 80:20, соответственно.

Таблица 6 — Микробиологические показатели образцов смеси УФ- и

МФ-концентратов

№п/п Количество концентратов Содержание молочнокислых микроорганизмов, КОЕ/г

УФ МФ

1 100 0 (2,2±0,5>105

2 90 10 (2,6±0,5)-105

3 80 20 (1,2±0,5)-10ь

4 70 30 (2,2±0,5)-10''

5 60 40 (4,8±0,5)-10а

6 50 50 (2,6±0,5)-103

7 40 60 (2,5±0,5)-105

8 30 70 (ЗДШДОО'1

9 20 80 (6,5±0,5>104

10 10 90 (8,4±0,5)-10"

11 0 100 (9,2±0,5)-104

Однако наилучшую органолептическую оценку получил образец с соотношением 70:30.

В четвертой главе «Оптимизация параметров производства творожных сыров из УФ-концентрата обезжиренного молока и МФ-концентрата творожной сыворотки» для улучшения потребительских свойств разрабатываемого продукта исследовалось влияние массовой доли жира на реологические и органолептические показатели творожного сыра.

Данные, полученные в ходе проведенных исследований, явились основой для математического описания и графического представления процессов получения оптимальной смеси для творожного сыра.

С этой целью был проведен двухфакторный эксперимент. В качестве варьируемых факторов X] и Хз были выбраны массовая доля сухих веществ

(%) и массовая доля жира (%) соответственно. В качестве выходных параметров Yi и Y2 были выбраны показатели вязкости и синерезиса.

Математическая обработка данных эксперимента, проведенная в программе Fisher с использованием кодированных значений, позволила получить уравнения регрессии, адекватно описывающие процесс: Y, = 9440,0 + 1605,614-Х! + 682,256-Х2 - 1053,333-Х!2 - 636,667-Х2- 380,0-Х,-Х2

Y2 = 1,32 - 0,229-Х, - 0,430-Х2 + 2,707-Х,2 + 0,923-Х2 + 0,933-Х,-Х2

Анализ уравнений показывает, что при оптимизации процесса массовую долю сухих веществ и жира необходимо увеличивать, причем более значимым является фактор содержания сухих веществ. Квадратичные эффекты свидетельствуют о наличии областей максимума для обоих исследованных факторов.

Для определения оптимальных значений варьируемых параметров были построены поверхности отклика выходных параметров и их сечения (рисунки 8 и 9).

Сопоставление сечений поверхности отклика позволило определить значения варьируемых параметров, при которых достигаются наилучшие реологические показатели продукта — вязкость и синерезис:

- массовая доля жира (20 ± 5) %;

- массовая доля сухих веществ (32 ± 2) %.

При производстве творожных сыров одним из существенных факторов, влияющих на качественное формирование физико-химических и органолептических показателей, является закваска.

Поскольку характерной особенностью сыров данной группы является отсутствие в готовом сыре рисунка, за наличие которого отвечают газообразующие микроорганизмы, то отсутствие их в составе заквасочной микрофлоры являлось основным ориентиром при выборе закваски.

В работе использовалась закваска Danisco МА - 11 на основе культур мезофильных молочнокислых лактококков невязкой расы (Lactococcus ¡actis,

Рисунок 9 - Поверхность отклика и ее сечение. Выходной параметр синерезис

Рисунок 8 - Поверхность отклика и ее сечение. Выходной параметр вязкость

¿ас?ососсш сгетош), традиционно применяемой при производстве творога. Доза закваски варьировалась в пределах (2 - 5) %.

Результаты исследований, представленные в таблице 7 и на рисунке 10, показали, что с повышением дозы закваски отмечалось уплотнение консистенции, ломкость сгустка, увеличение количества выделившейся сыворотки, что негативно отразилось на внешнем виде продукта.

Таблица 7 - Физико-химические и реологические показатели смеси концентратов в процессе сквашивания

Доза закваски, % Продолжительность сквашивания, часы Динамическая Синерезис, мл

1 2 3 4 5 6 7 8 вязкость,

Активная кислотность, pH мПа-с

2 6,51 6.14 5,96 5,65 5,43 4,80 4,44 4,35 9460 1,0

3 6,51 6,05 5,90 5,56 5,12 4,88 4,41 4,21 9480 1,4

4 6,15 5,95 5,70 5,05 4,86 4,38 4,40 4,17 9660 2,6

5 5,95 5,87 5,61 4,90 4,20 4,16 4,07 4,05 9680 3,5

Продолжительность, часы —♦—Доза закваски 2 % Доза закваски 3 %

—* Доза закваски 4 % Доза закваски 5 %

Рисунок 10 - Изменение кислотности образцов в процессе сквашивания

Внесение закваски в количестве 2 % способствовало получению творожного сыра с хорошими органолептическими показателями - чистым, кисломолочным вкусом и мажущейся однородной консистенцией без отделения сыворотки.

На следующем этапе работы проводились исследования по подбору дозы микробиального ферментного препарата с учетом повышенного содержания белков в используемой смеси УФ- и МФ-концентратов. В работе использовался микробиальный ферментный препарат, состоящий из химозина, продуцируемого культурой Aspergillus niger var. Awaamori - CHY-MAX Extra (80 тыс.ед.). Результаты представлены в таблице 8.

Определена доза внесения микробиального ферментного препарата в количестве 0,001 г/л, что позволяет выработать творожный сыр, обладающий наилучшими потребительскими свойствами. Увеличение количества

фермента ведет к уплотнению структуры сгустка и, как следствие, повышению его синеретических свойств.

Таблица 8 - Показатели образцов творожного сыра в зависимости от дозы внесения микробиального ферментного препарата

Доза закваски, % Показатели сгустка

№ образца Доза фермента, г/л ¡Цинамическа я вязкость, мПас о" г г и — с. ^ о Внешний вид

1 2 0,001 9880 1,0 Сгус гок пленный, однородный, мажущей консистенции. Отстоя сыворотки не наблюдается.

2 2 0,002 10209 2,5 Сгусток плотный, однородный, консистенция мажущая, наблюдается отстой сыворотки.

3 2 0,003 12780 4,5 Сгусгок чрезмерно плотный, резинистый, консистенция колющаяся. Наблюдается значительный отстой сыворотки.

4 2 контроль(без фермента) 9420 1,2 Сгусток плотный, однородный, незначительный отстой сыворотки.

Важную роль играет хранимоспособность творожного сыра, которая исследовалась при температуре (6 ± 2) °С. В течение срока хранения проводился контроль органолептических и микробиологических показателей, а также титруемой кислотности образцов творожных сыров (таблица 9).

Таблица 9 - Микробиологические показатели творожного сыра (на 20-е сутки хранения)

Наименование образца Микробиологические показатели

БГКН (колиформы) в 0,01 г продукта Количество молочнокислых микроорганизмов, КОЕ/г Дрожжи плесени, КОЕ/г

Творожный сыр не обнаружено (1,8-3,0)х10б 23±2; 18±2

Исходя из полученных данных установлено, что микробиологические показатели продукта на конец срока хранения, составляющего 20 суток с учетом коэффициента запаса (1,3), соответствуют требованиям технического регламента на молоко и молочную продукцию.

В пятой главе «Технология производства творожных сыров, технико-экономическая и экологическая оценка технологии», основываясь на проведенных исследованиях была разработана технология творожного сыра на основе МФ- и УФ-концентратов под торговым брендом

«Кавказский». Физико-химические и органолептические характеристики готового продукта приведены в таблицах 10 и 11.

Таблица 10 - Физико-химические показатели сыра «Кавказский»

Наименование показатели Характеристика показателя для сыра «Кавказский»

Массовая доля жира, %, не менее 20,0

Массовая доля углеводов, %, не более 3,7

Массовая доля белка, не менее 6,5

Массовая доля влага, %, не более 70

Активная кислотность, рН, не ниже 4,8

Массовая доля хлористого натрия (поваренной соли), %, не более 1,0

Таблица 11 - Органолептические показатели сыра «Кавказский»

Наименование показателя Характеристика показателя для сыра «Кавказский»

Внешний вид Поверхность глянцевая, однородная, без отделения сыворотки

Вкус и запах Чистый, кисломолочный, слабосоленый

Консистенция Нежная, кремообразная, однородная по всей массе

Цвет Цвет от белого до светло-кремового

Разработаны и утверждены технические условия ТУ 9225-002-102891832013 «Творожный сыр «Кавказский». Проведены опытно-промышленные выработки образцов творожного сыра на базе ОАО «Молочный комбинат Ставропольский» и ООО «ПребиоЛайф» (г. Ставрополь).

Принципиальная схема производства творожного сыра представлена на рисунке 11.

Проведенный экологический мониторинг и определение рисков по критическим контрольным точкам с использованием принципов НАССР подтвердили безопасность разработанной технологии.

Расчеты технико-экономических показателей свидетельствуют о том, что внедрение технологии в производство является экономически целесообразным, затраты на рубль товарной продукции не превышают 0,84 руб.

Рисунок 11 - Принципиальная схема производства творожного сыра

ВЫВОДЫ

1. Теоретически обоснована и экспериментально доказана возможность использования ультрафильтрационных концентратов обезжиренного молока и микрофильтрационных концентратов творожной сыворотки при производстве мягких творожных сыров.

2. Изучены особенности кон центрирования натуральной творожной сыворотки и обезжиренного молока. Исследованы физико-химические, микробиологические и реологические показатели УФ-концентратов обезжиренного молока и МФ-концентратов творожной сыворотки.

3. Изучен фракционный состав белков творожной сыворотки, МФ-концентрата творожной сыворотки и пермеата.

4. Произведен подбор оптимального соотношения УФ- и МФ-концентратов для производства мягкого творожного сыра, составляющий 70:30.

5. Изучено совместное влияние массовой доли жира и сухих веществ на физико-химические и реологические показатели смеси концентратов для производства творожного сыра и определены оптимальные значения: содержание сухих веществ - 30 %, массовая доля жира - 20 %.

6. Определено оптимальное количество закваски Danisco MA - 11 -2 %, и микробиального ферментного препарата (CHY-MAX Extra 80 тыс. ед.) -0,001 г/л.

7. Изучены реологические, физико-химические, микробиологические и органолептические показатели меткого творожного сыра.

8. Разработана технология и рецептура творожного сыра, проведены опытно-промышленные выработки.

9. Проведены технико-экономические расчеты и оценка безопасности технологии творожного сыра с использованием принципов НАССР.

По теме диссертации опубликованы следующие основные работы:

1. Суюнчев O.A., Изучение возможности производства мягких сыров из восстановленных молочных белковых концентратов [Текст] / Суюнчев, О. А., Рудаков А. С., Слоиевскаи Е. А. (Гостшцева) // II Сборник научных трудов «СевКавГТУ» серия «Продовольствие», № 1. -Ставрополь, 2005. - С. 64-66.

2. Слоневская Е.А.(Гостнщева), Использование сухих молочных концентратов в производстве сыров [Текст] / Е.А. Слоневская (Гостшцева) // Материалы X региональной научно-техн. конф.

3. Суюнчев, О. А. Использование молочпо-белковых концентратов в качестве сырья для мягких сыров [Текст] / О. А. Суюнчев, А. С. Рудаков, Е. А. Слоневская (Гостшцсва) //Переработка молока: технология, оборудование, продукция. - 2006. - №3. - С. 19.

4. Суюнчев, О. А. Особенности технологии рекомбшшрованпых мягких сыров [Текст] / О. А. Суюнчев, А. С. Рудаков, Е. А. Слоневская (Гостшцсва) // Молочное дело. - 2007. - № 4. - С. 14-15.

5. Гостшцсва, Е.А., Применение мембранных методов в производстве творожных сыров [Текст] / Е.А. Гостшцсва, М.С. Золотарева, И.А. Евдокимов, В.М. Клепкер // Сыроделие и маслоделие. - 2013. -№ 4-С.30-31.

6. Евдокимов, И. А. Изучение особенностей микрофильтрации молочной сыворотки с использованием керамических мембран [ Текст] / И. А. Евдокимов, Е. А. Смирнов, М. И. Шрамко, Е. А. Гостшцсва // Вестник Северо-Кавказского федерального университета. -2013. -№5 (38). - С. 48-52.

7. Гостшцсва, Е. А. Инновационные технологии творожных сыров с применением микро- и ультрафильтрации [Текст] / Е. А. Гостищева, М. И. Шрамко, И. А. Евдокимов // Современные достижения биотехнологии: материалы международной научно-практической конференции. - Минск: СКФУ, 2014 - С.96-98.

Формат 60x841/16. Бумага офсетная. Печать офсетная. Усл. печ. л. 1,6. Тираж 100 экз. Заказ № 119. Отпечатано с готового оригинал-макета в типографии ИП Светличная 355035, г. Ставрополь, пр. Октябрьской Революции, 32, тел/факс 26-70-47