автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.04, диссертация на тему:Разработка технологии низколактозного мороженого

На правах рукописи

40ЭОЭЭI

ОГ'ЕШОВА ВЕРОНИКА ДЖОРАЕВНА

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ НИЗКОЛАКТОЗНОГО МОРОЖЕНОГО

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

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических паук

1 3 ОКТ 2011

Ставрополь - 2011

4856991

Работа выполнена на кафедре прикладной биотехнологии ФГБОУ ВПО «Северо-Кавказский государственный технический университет»

Научные руководители: доктор технических наук, профессор

Евдокимов Иван Алексеевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Жидков Владимир Евдокимович, доктор биологических паук, профессор Храмова Валентина Николаевна

Ведущая организация: ФГБОУ ВПО «Кубанский государственный

технологический университет»

Защита состой гея «27» октября 2011 г. в 10.00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.245.05 при Северо-Кавказском государственном техническом университете по адресу: 355028, г. Ставрополь, пр. Кулакова, 2, ауд. К 308.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Северо-Кавказский государственный технический университет», с авторефератом на сайтах СевКавГТУ wvvw.ncsUi.ru и ВАК РФ Министерства образования и науки РФ wvvw.vak.ed.gov.ru/ru/clissertation/

Автореферат разослан « С-елчлЯр^о 11 г.

Ученый секретарь диссертационного Совета,

д.т.н., проф. Шииулип В.И.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы

В настоящее время проблема лактазпой недостаточности является одной из наиболее распространенных и отмечается практически у половины взрослого населения земного шара. Из-за недостаточности фермента лактазы в кишечнике пищеварительная система таких людей не в состоянии усваивать лактозу. В результате лактоза ферментируется в толстом кишечнике, что приводит к образованию газообразного водорода и метана, нарушается общая работа кишечника и сокращается поступление важных для организма веществ, а также повышается восприимчивость к некоторым паразитар!Iым инфекциям.

Люди, страдающие лактазпой недостаточностью, вынуждены либо исключать из рациона традиционнее молочные продукты, либо принимать препараты лактазы постоянно. Специально для этой группы потребителей разрабатываются профилактические пизколактозные и безлактозные молочные продукты.

Вопросам создания таких продуктов посвящены работы отечественных и зарубежных ученых: Добрияп Е.И., Свириденко Ю.Я., Охрименко О.В., Остроумова Л.Л., Остроумовой 'ГЛ., Смурмгина В.Ю., Аписимовой Г.А., Гавриловен H.Ii., Гаппарова М.Г., Даниловой М.Б., Грачевой И.М, Дубининой В.В., Капрельяиц Л.В., Чагаровского А.П., Погосян A.C., Jan Trzccieski, Jr. Shazer, H.William, Susanne E. Keller, Raymond A. Speckman и др.

За рубежом производят безлактозные молочные продукты: питьевое молоко, йогурты и другие кисломолочные продукты. Также существуют технологии получения низколактозных замороженных десертов и мягкого мороженого с использованием ферментных препаратов ß-галактозидазы, где предлагается проводить гидролиз лактозы до 50%.

В Российской Федерации пизколактозные продукты выпускаются в ограниченном количестве и их ассортимент не достаточен для

удовлетворения потребностей населения, страдающего непереносимостью лактозы, в полном объеме. Таким образом, разработка технологии отечественного закаленного низколактозного мороженого является актуальной.

Цель и задачи исследований

Целью настоящей работы являлась разработка технологии низколактозного закаленного мороженого с использованием ферментативного гидролиза лактозы.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи: -провести анализ способов получения низколактозных продуктов и особенностей ферментативного гидролиза лактозы в молочном сырье: -изучить процесс гидролиза лактозы в смесях мороженого различной жирности;

-исследовать влияние количества вносимого фермента, температуры термостатирования и длительности процесса гидролиза лактозы на эффективность ферментативной реакции;

-провести оптимизацию процесса воздействия ферментного препарата Р-галактозидазы в смеси мороженого;

-определить влияние процесса гидролиза лактозы на структуру и свойства готового продукта;

-исследовать влияние процесса гидролиза на микробиологическую

безопасность низколактозных молочных смесей мороженого и

низколактозного закаленного мороженого;

-разработать технологию низколактозного мороженого;

-определить экономическую и социальную значимость разработанной

технологии.

Научная новизна

Научно обоснована и экспериментально подтверждена возможность использования ферментативного гидролиза лактозы в смесях мороженого

различной жирности. Разработаны математические модели, отражающие влияние дозы ферментного препарата, продолжительности ферментации, температуры термостатирования и массовой доли жира смеси на степень гидролиза лактозы. Определены оптимальные технологические параметры процесса ферментативного гидролиза в смесях для мороженого: температура (40 ± 2) °С; доза препарата 0,40 ± 0,2 см3/дм3, продолжительность ферментации 4,0 ± 0,2 ч, при этом степень гидролиза лактозы составляет 70 - 80 %. Установлено, что моносахара, образующиеся при гидролизе лактозы, увеличивают сладость смеси, что позволяет сократить массовую долю сахарозы на 50 %. Доказано, что процесс гидролиза не влияет на микробиологические показатели готового продукта и повышает его качественные характеристики.

Практическая ценность

Но результатам экспериментальных исследований разработана технология пизколактозного закаленного мороженого. Подготовлен и утвержден стандарт предприятия СТО № 02067965-003-2011 на производство молочного мороженого «Лоулакт». Технология прошла положительную апробацию на ОАО «Молочный комбинат Ставропольский» (г. Ставрополь).

Результаты исследований отмечены дипломом I степени 11 международной конференции «Межвузовская наука - пищевой промышленности» (Ставрополь, 2011), дипломом XIV региональной научно-технической конференции «Вузовская наука Северо-Кавказскому региону» (Ставрополь, 2010), дипломом научно-практической конференции Совета молодых ученых Ставропольского края «Научные разработки и инновационные идеи развитию инновационной экономике России» (Ставрополь, 2010).

Апробация работы

Основные результаты работы доложены и обсуждены на отчетных научно-технических конференциях Северо-Кавказского государственного

5

технического университета (г. Ставрополь, 2004 - 2011), симпозиуме Международной молочной федерации «Лактоза и ее производные» (г. Москва, 2007), VII Международном форуме «Молочная индустрия -2009» (г. Москва, 2009), международной научно-практической конференции «Инновационные технологии и оборудование в молочной промышленности» (г. Воронеж, 2010), международной научно-технической конференции «Современные достижения биотехнологии» (Ставрополь, 2011) и др.

Публикации

По материалам диссертации опубликовано 19 печатных работ, в том числе 3 статьи в реферируемых ВАК изданиях.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, аналитического обзора литературы, экспериментальной части, выводов, списка литературы, включающего 163 наименования источников, в том числе 40 иностранных, и 6 приложений.

Основная часть работы изложена на 127 страницах машинописного текста, включает 24 таблицы и 24 рисунка.

СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность выбранного направления исследований в свеге проблем, касающихся разработки продукции для людей, страдающих непереносимостью лактозы.

В первой главе «Анализ состоянии »опроса и задачи исследовании» представлены общие пути метаболизма лактозы, основные аспекты непереносимости лактозы. Рассмотрены способы понижения содержания лактозы в молочных продуктах, особенности ферментативного гидролиза лактозы в молочном сырье, а также ассортимент низколактозных молочных продуктов.

На основании анализа и обобщения информации обзора литературы сформулированы цель и задачи диссертационной работы.

Во второй главе «Организация проведения экспериментов и методы исследований» представлены данные об организации работы,

6

объектах и методологии исследований, математическом планировании и обработке полученных результатов. Структурно-логическая схема проведения исследований, представленная на рисунке 1, предусматривает последовательную реализацию обозначенных в схеме этапов.

Объектами исследования являлись: образцы мороженого с различной массовой долей жира и сахарозы, а также модельные смеси мороженого. Для приготовления образцов использовались молоко по ГОСТР 52090-2003, сливки по ГОСТ Р 53435-2009, молоко сухое обезжиренное по ГОСТ Р 52791-2007, сахар по ГОСТ 22-94, ванилин по ГОСТ 2874-82, вода по ГОСТ 16599-71, ферментный препарат р - галактозидазы «На-Ьас1аке» "Хр. Хансен" Дания, полученный путем использования отобранного штамма дрожжей К1иу\'еготисез fragШs.

При проведении исследований применяли стандартные микробиологические, физико-химические, биохимические методы, методы математической статистики. Эксперименты проводили в 3 - 7-кратной повторности.

В третьей главе «Исследования процесса гидролиза лактозы в смесях мороженого» представлены результаты экспериментов, целыо которых было доказать целесообразность использования ферментного препарата (З-галактозидазы в готовых смесях мороженого.

Для реализации поставленной цели был проведен анализ методов контроля эффективности процесса гидролиза лактозы. Результаты показали, что наиболее доступным методом определения эффективности гидролиза лактозы в динамике являлся йодомегрический. Для получения более точных данных степень гидролиза контролировалась по содержанию галактозы, определяемому методом газожидкостной хроматог рафии.

Анализ состояния вопроса

т

Постановка цели и задач исследований

I

Организация работы и методы исследований

Исследование процесса гидролиза лактозы в смесях мороженого

Количество вносимого фермента

Температура ферментативной реакции

Продолжительность гидролиза

Состав смеси мороженого

Определение оптимальных параметров процесса гидролиза _лактозы в смесях для мороженого_

I

Исследование влияния процесса гидролиза лактозы на качество и __безопасность готового продукта_

Т

Микробиологическая

безопасность I готового продукта

Физико-химические показатели смеси и готового Уточнение рецептуры мороженого Органолептические показатели смеси и готового мороженого

X

Разработка технологии низколактозного мороженого

I

Экономическая эффективность и маркетинг _разработанной технологии_

Рисунок 1 - Схема проведения исследований

При изучении процесса гидролиза на первом этапе в качестве объектов исследования были выбраны три смеси наиболее популярных видов мороженого:

• молочного с массовой долей жира 5 % по ТУ 9226-001-73672718-05,

• сливочного с массовой долей жира 10 % по ТУ 9228-001-44041224-04,

• пломбира с массовой долей жира 14 % по ТУ 9226-145-00419762-08, с частичной заменой молочного жира.

• пломбира с массовой долей жира 15 % по ТУ 9228-106-00419762-05,

Содержание лактозы в образцах колебалось от 4,5 до 5,1% Процесс гидролиза проводился при режимах, рекомендованных производителем фермента р-гактозидазы «Ha-Lactase», Дания: рН = 6-7, температура (40 ± 2) °С. Доза вносимого фермента составляла 0,40 ± 0,02 см3/дм3, продолжительность гидролиза 4,0 ± 0,2 ч. Анализ полученных данных свидетельствует о том, что при использовании фермента в смесях для мороженного гидролиз лактозы протекает достаточно интенсивно. За 4 часа степень гидролиза составила более 80 % во всех образцах (рисунок 2).

Молочное. 5% Сливочное. 10% Пломбир {1), 14% Пломбир (2). 15% Вид мороженого, массовая доля жира

Рисунок 2 - Степень ферментативного гидролиза лактозы в мороженом различной жирности

Изучено влияние дозы вносимого фермента на эффективность

гидролиза лактозы в смесях мороженого (рисунок 3).

Эксперимент показал, что степень гидролиза возрастает с увеличением концентрации фермента. Так при дозе Р-галактозидазы 0,1 см3/дм3 в течение 5-ти часов гидролизуется более 50 % лактозы. При концентрации фермента 0,5 и 1,0 см'/дм3 степень гидролиза имела близкие значения (0,5 см3/дм3 - 81 % и 1,0 см3/дм"' - 85 %) соответственно. Поэтому с учетом высокой стоимости фермента целесообразнее рассматривать более низкие дозы его внесения.

100

1 2 3 4 5

Время гидролиза лактозы, ч

Доза фермента жо,1 смЗ/дмЗ *0,5смЗ/дмЗ *1 смЗ/дмЗ

Рисунок 3 - Зависимость степени гидролиза лактозы от дозы вносимого фермента в мороженом различной жирности

Исследования гидролиза лактозы на модельных смесях мороженого показали аналогичные результаты и составили: при продолжительности процесса 4 ч и при дозе фермента 0,1 cм7дмJ степень гидролиза составила около 60 %; при 0,5 см3/дм3 - около 80 %; при 1,0 см3/дм3 - около 90 %.

В образцах мороженого с гидролизованной лактозой наблюдалось значительное изменение органолептических показателей и общей сенсорной оценки смесей по сравнению с образцами, где гидролиз не проводился. В зависимости от степени гидролиза смеси мороженого имели более сильно выраженный сладкий вкус, что вызвано более высокой сладостью глюкозы и

ю

галактозы (продуктов гидролиза лактозы) по сравнению с лактозой. После 4-х часового гидролиза вкус становился приторно сладким. Кислотность мороженого (активная и титруемая) оставалась неизменной.

Полученные данные для смеси молочного мороженого были проверены путем хроматографичсского определения углеводов в процессе гидролиза в динамике, данные представлены на рисунках 4, 5.

., ;.

Содержание галатпозы о 1 г I . ;

| смеси мороженого О мг ( Л :

. ■ ■ : \г""" "' ^ ■ ;- ^ ■■ '

!! ! I ■

Г ! I Д • I « И II I! Ц II I! И Г и и !1_П Г. В !| )• » * Я »«<

Рисунок 4 - Углеводный состав смеси мороженого до гидролиза

1 Содержание галантозы в 1 г {

5 смеси мороженого 19,4 мг *

\ £ ■ 5|

[ - г 1 § 1 3

| | М| ;

'.м. ■■■■ ■ ■. : • ■ ...'

1 > .) 1 < » V % . ) 1« ¡1 1> 15 Ы IV К Г ИИ» 1 и м л и :» г '■» > ип«

Рисунок 5 - Углеводный состав смеси мороженого после 4 ч гидролиза

Анализ хроматограмм показал, что в исходной смеси до гидролиза отчетливо виден пик Р-лактозы. Пик а-лактозы перекрывается пиком сахарозы, что несколько усложняет оценку эффективности гидролиза. Тем не менее, через 2 часа после начала гидролиза в образце уже обнаруживалась глюкоза и галактоза.

Через 3 часа р-лактоза полностью гидролизуется, отчетливо наблюдается увеличение площади пиков глюкозы и галактозы, а так же присутствуют пики побочных продуктов гидролиза, которые увеличиваются с течением гидролиза. Окончательно степень гидролиза оценивалась по содержанию галактозы, которая составила через 3 ч - 19,4 мг/г смеси; а при 4 ч -19,0 мг/г смеси.

Это показывает, что гидролиз эффективно проходит за 3 часа, в дальнейшем содержание редуцирующих Сахаров, вероятно, увеличивается за счет образования побочных продуктов.

Если рассматривать смесь для мороженого, как реакционную среду гомогенной ферментативной реакции, то можно отметить, что это многокомпонентная дисперсная система, содержащая в истинном растворе углеводы и минеральные компоненты, в коллоидном состоянии белковые частицы и стабилизационные системы, в эмульгированном - жиры. Эффективность протекания процесса гидролиза лактозы в такой среде неоднозначна. Поэтому для уточнения режимов процесса гидролиза было проведено 2 полных Зх факгорных эксперимента

Целью первого полного факторного эксперимента было оценить влияние на процесс гидролиза следующих факторов

• доза вносимого фермента (Д, см7дм3), X,

• время гидролиза лактозы в смесях мороженого (г'ч), Х2

• массовая доля жира в смеси мороженого (Ж,%). Х3

Выходным параметром служила степень гидролиза, результаты

представлены на рисунке 6.

1. влияние количества вносимого фермента (Х1) и массовой доли жира (ХЗ)

2. Влияние массовой доли жира (ХЗ) в смесях мороженого и длительности процесса

3. Влияние времени гидролиза (Х2) и дозы внесения фермента (Х1) на степень гидролиза лактозы а смесях мороженого

Рисунок 6 - Влияние массовой доли жира, дозы фермента и продолжительности гидролиза на эффективность процесса

Результаты показали, что наибольшая степень гидролиза достигается при - количестве вносимого фермента (0,4 ± 0,02) см3/дм3; и длительности процесса-(3 - 4) ч.

Массовая доля жира не оказывает значительного влияния на процесс гидролиза лактозы. Поэтому при разработке технологии низколактозного мороженого можно опираться на рецептуры и молочного, и сливочного мороженого, и пломбира. Но поскольку в последнее время наблюдается устойчивая тенденция к употреблению низкожирных и низкокалорийных продуктов для дальнейших исследований была выбрана смесь с массовой долей жира 5 %.

При проведении второго полного факторного эксперимента (рисунки 7,8) были учтены полученные данные первого и выбраны следующие факторы, влияющие па процесс гидролиза лактозы в многокомпонентных смесях мороженого: доза вносимого фермента (Д, см3/'дм3), X,; время гидролиза (г-ч), Х2; температура термостатирования (1,°С). Х3

Время, мин

Рисунок 7 - Влияние температуры и времени гидролиза лактозы в смесях мороженого на степень гидролиза

И Мч Ч-

I ' ' £ . ' :

Доза фермента, мл/л

Влияние количества вносимого фермента и времени гидролиза лактозы в смесях мороженого на степень гидролиза

Дом ферме* га, мл/л

Влияние количества внесения фермента и температуры гидролиза лактозы п смесях для мороженого на степень гидролиза

Рисунок 8 - Влияние массовой доли температуры, дозы фермента и продолжительности гидролиза на эффективность процесса

При изучении влияния температуры и продолжительности процесса гидролиза лактозы наиболее эффективными интервалами температур, в которых было возможно проведение гидролиза, является (30 — 60) "С. При предельных температурах скорость ферментативной реакции была довольно низкой. Наибольшую активность р-галактозидаза проявляет в диапазоне (40-45) °С.

Увеличение дозы на 0,1 см3/дм3 приводит к повышению степени гидролиза на (4 - 5) %. При дозе фермента 0,4 см3/дм3 степень гидролиза достигала (80 - 85) %. (рисунок 6)

Таким образом, результаты полных факторных экспериментов показали, что: процесс гидролиза лактозы ферментным препаратом р-галактозидазой в смесях мороженого различной жирности эффективен при концентрациях фермента 0,4 см3/дм3, температуре ферментативной реакции - (40 ± 2) °С и в основном заканчивается через (3 - 4) ч. Степень гидролиза лактозы составляет (70 - 80) %

Кроме того, как показали результаты исследований, процесс гидролиза лактозы оказывает влияние на физико-химические, органолептические и структурные свойства мороженого. В частности, за счет повышения содержания моносахаров увеличивается коэффициент сладости, что позволит снизить количество вносимого сахара в рецептурах. Повышение осмотического давления и снижение точки замерзания, приводит к увеличению ощущения жирности, "сливочности" продукта и улучшению консистенции продукта.

В четвертой главе «Изучение процесса гидролиза лактозы с точки зрения безопасности готового продукта и разработка технологии низколяктозного мороженого» представлены результаты исследования влияния процесса гидролиза па микробиологическую безопасность готового продукта, обоснованы параметры основных технологических операций выработки ннзколактозного закаленного мороженого, приведены принципиальная и аппаратурно - процессовая схемы производства.

Проведение гидролиза лактозы до более сладких моносахаров заметно изменяет вкусовые качества продукта. При степени гидролиза лактозы более 30% появляется ощущение чрезмерной сладости мороженого, которое при более глубоком гидролизе (на уровне гидролиза лактозы 80%) возрастает до проявления выраженного приторного привкуса.

Сладость в мороженом, подвергнутом воздействию р - галактозидазы, может быть доведена до нормы снижением количества вносимого сахара при составлении рецептур мороженого, что позволит снизить и себестоимость продукта.

В соответствии с полученными данными нами был разработан ряд рецептур мороженого с различным количеством вносимого сахара и массовой долей жира 5 % (таблица 1).

Таблица 1 - Рецептуры смесей мороженого

Наименование смеси

Смесь №1

Смесь №2

Смссь №3

Наименование сырья и их показатели Количество, г/л

Молоко с массовой долей жира = 3,2 % 500

Сливки с массовой долей жира = 20 % 170

Молоко сух. обезжиренное 55

Сахар 155

Крахмал 15

Ванилин 0,1

Вода 104,5

Молоко с массовой долей жира = 3,2 % 500

Сливки с массовой долей жира = 20% 170

Молоко сух. обезжиренное 55

Сахар 1 78

Крахмал 15

Ванилин 0,1

Вода 181,9

Молоко с массовой долен жира =3,2 % 500

Сливки с массовой долей жира = 20% 170 J

Молоко сух. обезжиренное 55 .

Сахар 0

Крахмал 15

Ванилин 0.1

Вода 260

Смеси мороженого, составленные по данным рецептурам, подвергались ферментативному гидролизу лактозы, при температуре термостатирования (40 ± 2) °С, дозе фермента 0,4 см3/дм3, продолжительности 3-4 ч. Конечная степень гидролиза лактозы составила (70 - 75) %. Из полученных ферментированных смесей выработано низколактозное мороженое, которое подверглось дальнейшим исследованиям.

Общая сенсорная оценка образцов мороженого, выработанного из гидролизованной и негидролизоваиной смеси включала следующие показатели: консистенция, вкус, запах, «Сливочный» вкус, послевкусие.

Все показатели оценивались по 5 бальной шкале группой независимых экспертов. Результаты представлены на рисунке 9.

Ш Смесь 1 (сахаром 1Ь,5%)

Смесь 7 (сахароза /.«'!%)

"Сливочный" икус

» Олесь 3 (сахаром 0%)

Консистенция

Рисунок 9 - Общая сенсорная оценка смеси мороженого

Смесь негодролизонанная (контрольная)

Из приведенных данных следует, что смесь (1) с содержанием сахара 155:1:0,25 г/л имеет излишне сладкий вкус по отношению к контрольной смеси, в которой гидролиз не проводился, а смесь (3) с содержанием сахара

17

0,00 г/л имеет не достаточно сладкий вкус и при этом обладает плохой консистенцией из-за пониженного содержания в ней сухих веществ. Смесь (2) с содержанием сахара 78 ± 0,25 г/л получила наивысшие баллы, по отношению к контрольной смеси по показателям: «сливочного» вкуса и ощущения жирности продукта, консистенции, вкуса и послевкусия.

Таким образом, данная смесь мороженого отвечала необходимым требованиям по своему составу и свойствам. В соответствии с полученными данными рецептура №2 была выбрана для разработки технологии закаленного пизколактозного мороженого и использовалась для дальнейших исследований.

В мороженом выработанном по предложенной рецептуре, взбитость составила 100 - 110 %, а устойчивость к гаяныо составила на 20 % больше, чем в мороженом негидролизованном промышленной выработки.

Для оценки влияния процесса гидролиза на микробиологические показатели смеси и готового продукта была проведена серия экспериментов в лабораторных и промышленных условиях.

С этой целыо в процессе гидролиза лактозы смеси мороженого ферментом (3-галактозидазой проводился отбор проб через каждые 2 ч. В образцах мороженого определялись основные микробиологические показатели согласно ГОС Т Р 52175-2003:

• количество мезофильных аэробных и факультативно-анаэробных микроорганизмов (КМАФАнМ)-по ГОСТ 10444.15-94;

• количество бактерий группы кишечной палочки (БГКГ1) - по ГОСТ 30729-2001 (ГОСТ Р 50474-93).

Исследуемое мороженое (таблица 2), выработанное по предложенной технологии, обладает необходимыми оргаполептическими, физико-химическими и микробиологическими показателями и полностью соответствует требованию действующего на мороженое Г ОСТ Р 52175-2003.

Таблица 2 - Микробиологические показатели смесей для

низколактозиого мороженого и готового продукта

Объекты исследования БГКП (колиформы) в 1 см"1, г КМДФЛмМ, КОЕ/г

ИсследуеиыП образец Величина допустимого уровня Исследуемый образец Величина допустимого уровня

Смесь мороженого, выработанног о по ГОСТ Р 521752003 Не обнаружено 0,01 0,6±0,2-10' МО'

Смесь мороженого после 2 ч гидролиза Не обнаружено 0,8±0,2-10'

Смесь мороженого после 4 ч гидролиза Не обнаружено 0,8±0,2-10'

Низколактозное мороженое без вторичной пастеризации смеси Не обнаружено 1,6±0,2-102 1,3±0,2-102 МО5

Низколактозное мороженое с вторичной пастеризацией смеси Не обнаружено

Для определения срока годности закаленного низколактозиого мороженого были отобраны образцы, полученные и лабораторных и промышленных условиях. Исследование образцов выработанного мороженого проводилось через 4 и 8 месяцев хранения при температурах - (18 - 20) "С и - (25 - 27) °С.

В процессе хранения контролировались физико-химические, органолептическне и микробиологические показатели. Полученные результаты исследования показали, что через 8 месяцев при температуре храпения -(18 - 20) °С в мороженом происходят структурно-механические и органолептические изменения, что отрицательно сказывается качестве мороженого. В образцах хранившихся при температуре - (25- 27) "С, через

4 месяца пс произошло изменений, незначительное ухудшение основных показателей отмечено на 8 месяце.

С учетом коэффициента запроса 1,5 можно рекомендовать следующие сроки хранения закаленного низколактозного мороженого:

• при температуре хранения - (18-20) "С максимальный срок годности 3 мес;

• при температуре храпения - (25-27) СС максимальный срок годности 6 мес.

Таким образом, полученные результаты позволяют сделать вывод о том, что хотя операция гидролиза может быть отнесена к операциям, влияющим на качество и безопасность продукта, она не оказывает влияния на микробиологические показатели готового продукта.

На основании результатов экспериментов, опытных выработок и технического регламента сформулированы требования к вырабатываемому продукту, отраженные в технической документации СТО. Последовательность основных технологических операций представлена на рисунке 10.

Рисунок 10 - Технологическая схема производства низколактозного мороженого

Но результатам экспериментальных исследований разработан и утвержден стандарт предприятия СТО № 02067965-003-2011 на производство мороженого «Лоулакт». Согласно технической документации проведена опытно - промышленная выработка на ОАО «Молочный комбинат Ставропольский» (г. Ставрополь).

Органолептические и физико-химические показатели полученного продукта приведены в таблице 3.

Таблица 3 - Органолепгические, физико-химические и микробиологические показатели низколактозиого мороженого

Показатель Значение (характеристика)

Вкус и запах Чистый, сливочный

Консистенция Цвет Снежистая, достаточно плотная, без органолептически ощутимых комочков стабилизатора Келый, однородный

Кислотность, °"Г 22,0 ± 2,0

Массовая доля сухих веществ, % 29.0 ±2,0

В том числе: Массовая доля сахарозы, % 7,8 ±0,2

Массовая доля стабилизатора. % 1,5 ±0,2

Взбигость, % 120 ±10

Общее количество микроорганизмов в 1 г (КОЕ) Не превышало 1хIО2

Бактерии группы кишечной палочки в 0,01 г Не обнаружено

Маркетинговые исследования показали, что низколактозпое молочное мороженое «Лоулакт» будет востребовано на рынке. Расчет основных техноэкопомических показателей разработанных технологий показал, что, учитывая достаточно высокую рентабельность, производство данного продукта будет выгодно предприятию.

Для обеспечения биологической и экологической безопасности продукции и ее гарантированного качества была адаптирована система ЫАССР, позволяющая контролировать физико-химические и микробиологические показатели па всех стадиях технологического процесса.

21

выводы

1. Теоретически обоснована и экспериментально подтверждена целесообразность использования ферментативного гидролиза в технологии низколактозного закаленного мороженого.

2. Изучены особенности гидролиза лактозы ферментным препаратом (3-галактозидазы в смесях мороженого различной жирности. Установлены оптимальные условия воздействия ферментного препарата р-галактозидазы для получения низколактозного мороженого: температура (40 ± 2) °С; доза ферментного препарата 0,40 ± 0,2 см3/дм5, продолжительность ферментации 4,0 ±0,2 ч, при этом степень гидролиза лактозы составляет 70 - 80 %.

4. Изучено влияние ферментативного гидролиза лактозы на физико-химические, органолептические и структурные свойства готового продукта Доказано, что снижение точки замерзания приводит к увеличению ощущения жирности, "сливочности" и улучшению консистенции продукта.

5. Скорректирована традиционная рецептура молочного мороженого с учетом того, что при 70 - 80 % уровне гидролиза лактозьI увеличивается сладость смеси, что позволяет сократить массовую долю сахарозы на 50%.

6. Доказано, что процесс ферментативного гидролиза не влияет на микробиологическую безопасность готового продукта: бактерий группы кишечной палочки (ВГК11) не обнаружено, количество мезофильиых аэробных и факультативно-анаэробных микроорганизмов (КМАФАнМ) ие превышало 1-Ю2.

7. Изучена храпимоспособность готового продукта и рекомендован срок годности 6.0 месяцев, что соответствует нормам хранения традиционных видов мороженого. Определение рисков и критических контрольных точек, с использованием принципов НАССР для разработанной технологии низколактозного мороженого, подтвердили ее полную безопасность.

8. На основании полученных результатов разработана технология на молочное пизколактозное мороженое «Лоулакт» (С ТО № 02067965-003-2011).

22

Проведена промышленная апробация на ОЛО «Молочный комбинат «Ставропольский». Полученный продукт соответствовал требованию действующего па мороженое ГОСТ Р 52175-2003.

9. Проведена маркетинговая и технико-экономическая оценка разработанной технологии низколактозного мороженого. которая подтвердила ее рентабельность и конкурентоспособность.

По гсмс диссертационной работы опубликованы следующие работы:

1. Эрешова В.Д. Разработка новых видов мороженого [Текст]/ А.Г. Храмцов, И.Л. Евдокимов, С.Л. Рябцева, A.B. Половяпова, В.Д. Эрешоиа//Материалы XXXIII научно-технической конференции, том 1. - Ставрополь: СевКавГТУ, 2004, С. 23-24

2. Эрешова В.Д. Современные технологии мороженого с целыо повышения качества продукта [Текст]/ НА. Евдокимов, Л.Г. Храмцов, СЛ. Рябцева,

A.B. Половяпова, В.Д. Эрешова, Т.Д. Эрешов // Матерериалы Всероссийской научно-практической конференции «Основные направления повышения качества молочных продуктов». - Адлер, 2004. С. (8

3. Эрешова В.Д. Новые направления в разработке продуктов функционального питания [Текст]/ А.Г. Храмцов, И.А. Евдокимов, O.A. Рябцева, В.А. Козлова, A.B. Половяпова, В.Д. Эрешова//Сборник научных трудов СсвКапГТУ серия «Продовольствие» №1, 2005, С. 14-16.

4. Эрешова В.Д. Использование производных лактозы и мороженом [Текст]/ И.А. Евдокимов, Л.Г. Храмцов, С.Л. Рябцева, Л.В. Половяпова, В.Д. Эрешова, Т.Д. Эрешов, A.A. Севастьянова// Материалы X регион, научно-техп. конференции «Вузовская паука - Северо-Кавказскому региону», т.1. - Ставрополь: СевКавГТУ, 2006. С. 67-68

5. Эрешова В.Д. Использование лакюзы и се производных [Текст]/ А.Г. Храмцов, И.А. Евдокимов, С.А. Рябцева, A.B. Поаовяпова, В.А. Козлова, В.Д. Эрешова, Т.Д. Эрешов, П.В. Литвинова// Молочная промышленность, Л!'6, 2006. С. 50-53.

6. Эрешова В.Д. Пути использования сыворотки с пониженным содержанием лактозы [Текст]/ И.К. Куликова, A.B. Половяпова В.Д. Эрешова, Т.Д. Эрешов// Сборник материалов международного научно-практического семинара «Современные направления переработки сыворотки», М.:110У «Образовательный научно-технический центр молочной промышленности, 2006, С. 48-50

7. Эрешова В.Д. Использование лактозы и ее производных, получаемых т молочной сыворотки [Текст]/ А.Т. Храмцов. И.А. Евдокимов, С.А. Рябцева, A.B. Половяпова, В.Д. Эрешова, II.В. Литвинова. Т.Д. Эрешов//Сборпик материалов международного научно-практического семинара «Современные направления переработки сыворотки», М.:НОУ «Образовательный научно-технический центр молочной промышленности, 2006. — с.65-66.

8. Эрешова В.Д. Использование творожной сыворотки при выработке мороженого ]Текст]/А.Г. Храмцов, И.А. Евдокимов, A.B. Половяпова,

B.Д. Эреш0па//Симп0'шум Международной Молочной Федерации «Лактоза и се производные», Москва, 14-16 мая, 2007. С. 155-156.

9. Эрешова В.Д. Использование лактозы и ее производных в технологиях пищевых и непищевых продуктов [Текст]/А.Г. Храмцов, И.А. Евдокимов, С Л. Рябцева,

A.B. Половяпова, В.Д. Эрешова, Эрешов Т.Д.// Сборник тезисов симпозиума ММФ «Лактоза и ее производные» и региональной конференции «Кисломолочные продукты -технологии и питание». - М., 2007.-е.157

10. Эрешова В.Д. Использование творожной сыворотки [Тскст]/А.Г. Храмцов, И.А. Евдокимов, A.B. Половянова. В.Д. Эрсшова//Международная научно-практическая конференция «Современный взгляд на производство творога, творожных паст и сыров: расширение ассортимента, совершенствование технологии и оборудования». Ставрополь,2008.-с. 155-156

11. Эрешова В.Д. Получение безлактозпых молочных продуктов [Тексг]/А.Г. Храмцов, И.А. Евдокимов, И.К. Куликова, В.Д. Эрсшова//Материалы XXXVIII научно-техп.конф. «Естественные и точные науки. Технические пауки».-

Ставрополь: СевКавГ'ГУ. -том 1, 2009.- С. 147.

12. Эрешова В.Д. Современные направления в производстве мороженого [Текст]/ И.А. Евдокимов, И.К. Куликова, A.B. Половянова, В.Д. ЭрешоваУ/Материалы XII научно-технической конференции «Современные проблемы техники и технологии пищевых производств», 2009, С. 222-224

13. Эрешова В.Д. Получение безлактозпых молочных продуктов [Текст]/А.Г. Храмцов, И.А. Евдокимов, И.К. Куликова, В.Д. Эрепгава//Материалы XXX V III научно-технической конференции по итогам работы профессорско-преподавательского состава СевКавГТУ за 2008 год. - Ставрополь, СевКавГТУ, 2009, С. 218

14. Эрешова В.Д. Исследования в области получения безлактозпых молочных продуктов [Текст]/А.Г. Храмцов, И.А. Евдокимов, И.К. Куликова,

B.Д. Эрсшова//Материалы Международной научно-практической конференции «Молочная индуегрия-2009». -М.: AHO «Молочная промышленность»,2009, С. 20

15. Эрешова В.Д. К вопросу получения безлактозпых молочных продуктов [Текст]/А.Г. Храмцов, И.А. Евдокимов, И.К. Куликова, A.B. Половянова, В.Д. Эрешова'/Материалы XIII научно-технической конференции «Вузовская наука - Северо-Кавказскому региону» год. Том первый. Естественные и точные пауки. Технические и прикладные пауки. Ставрополь: СевКавГ'ГУ, 2009. 217 с.

16. Эрешова В.Д. Современные тенденции в производстве мороженого [Текст]/ И.А. Евдокимов, И.К. Куликова, A.B. Половяпова, В.Д. Эрешова// Сборник материалов международной научно-практической конференции «Инновационные технологии и оборудование в молочной промышленности», Воронеж 2010, С. 72-73

17. Эрешова В.Д. Получение продуктов с пониженным содержанием лактозы [Текст]/ И.А. Евдокимов, И.К. Куликова, В.Д. ЭрешоваУ/Вестник СевероКавказского государственного технического университета № 2, 2010, С. 64-67

18. Эрешова В.Д. Исследование процесса гидролиза в смесях для мороженого различной жирности [Текст]/ И.А. Евдокимов, И.К. Куликова, В.Д. Эрешова'/Материалы XIV научно-технической конференции «Вузовская наука -Северо-Кавказскому региону» -Ставрополь: СевКавГ'1 У,- т.1, 2010, С.214-215.

19. Эрешова В.Д. Исследование микробиологической безопасности пизколактозного мороженого [Текст]/ И.А. Евдокимов, И.К. Куликова, В.Д. Эрсшова//Техника и технолог ия пищевых производств. - 2011. - № 4. - С. 3-8.

Печатается и ангорском редакции

Подписано в печать 19.09.2011 г. Формат 60x84 1/16 Усл. псч. л. - 1,5 Уч.-ичд. л.-1 Кумага офсетная. Печать офсетная. Заказ №313. Тираж 100 но. ФГ1ЮУ НПО « Северо-Кавказский государственный технический университет» 355028, т. С таврополь, пр. Кулакова, 2

Издательство ф| НОУ НПО «Северо-Кавказский государственный технический университет» Отпечатано в типографии СсиКавГ'ГУ

Введение

Глава 1. Анализ состояния вопроса и задачи исследования

1.1. Общие пути метаболизма лактозы в живых организмах

1.2 Основные факторы непереносимости лактозы.

1.3 Способы получения низколактозных продуктов

1.3.1 Методы понижения содержания-лактозы в молочных продуктах

1.3.2 Кинетика ферментативной реакции гидролиза лактозы

1.3.3 Технологии низколактозных молочных продуктов, полученных с использованием фермента Р - галактозидазы

1.4 Анализ технологии получения низколактозного мороженого путем ферментативного гидролиза лактозы

1.4.1 Характеристика мороженого как пищевого продукта. Традиционных технологий мороженого

1.4.2 Анализ технологии низколактозных замороженных десертов и мороженого

1.5 Цель и задачи исследований

Глава 2. Организация работы и методы исследования

2.1 Объекты исследования

2.2 Методики исследований

2.3 Математическое планирование и обработка результатов исследований

Глава 3. Исследование процесса гидролиза лактозы в смесях мороженого

3.1 Подбор методов контроля эффективности процесса гидролиза лактозы

3.2 Исследование процесса гидролиза лактозы в промышленных смесях мороженого

3.3 Изучение процесса гидролиза лактозы в модельных смесях мороженого

3.4 Изучение оптимальных параметров гидролиза лактозы в модельных ^ смесях мороженого

Глава 4. Изучение процесса гидролиза лактозы с точки зрения безопасности готового продукта и разработка технологии низколактозного мороженого

4.1 Определение дозы сахарозы в рецептурах смеси низколактозного мороженого

4.2 Исследование влияния процесса гидролиза на микробиологическую безопасность готового продукта

4.3 Технологический процесс производства низколактозного мороженого

4.4 Адаптация системы ХАССП для контроля технологического процесса производства низколактозного мороженого

4.5 Маркетинговые исследования 105 Выводы 113 Список используемой литературы 115 Приложения

Проводимые во всем мире исследования в области физиологии человека все чаще рекомендуют предлагать пищевую продукцию с определенными свойствами, предназначенную для употребления различными группами населения, в том числе и имеющими какие-либо проблемы со здоровьем. Такие рекомендации распространяются и на мороженое. На сегодняшний день существуют самые разнообразные варианты рецептур мороженого, которое может способствовать восстановлению сердечнососудистой системы, замедлять процессы старения, снижать вероятность возникновения воспалительных и онкологических заболеваний и т.д.

Например, разработаны виды мороженого для людей с избыточным весом, в состав рецептур которого входят низкокалорийные ингредиенты или вводятся специальные вещества (Ь-карнитин и др) [100]. Использование в рецептурах мороженого в качестве активнодействующих компонентов комплекса аминокислот позволяет рекомендовать продукт для снижения утомляемости. Оригинальная композиция ионов кальция и магния с витамином А в мороженом делает его профилактическим средством против депрессии и бессонницы [101].

Большинство видов мороженого вырабатывают на молочной основе. В то время как, далеко не все люди способны усваивать находящуюся в молоке лактозу, что затрудняет потребление молочных продуктов, в том числе и мороженого [50,119].

В настоящее время проблема лактазной недостаточности является одной из наиболее распространенных и отмечается практически у половины взрослого населения земного шара. Из-за недостаточности фермента лактазы в кишечнике пищеварительная система таких людей не в состоянии усваивать лактозу. В результате лактоза ферментируется в толстом кишечнике, что приводит к образованию газообразного водорода и метана, нарушается общая работа кишечника и сокращается поступление важных для организма веществ, а также повышается восприимчивость к некоторым паразитарным инфекциям.

Люди, страдающие лактазной недостаточностью, вынуждены либо исключать из рациона традиционнее молочные продукты, либо принимать препараты лактазы постоянно. Специально для этой группы потребителей разрабатываются профилактические низколактозные и безлактозные молочные продукты.

Совершенствование продуктов за счет ферментативного гидролиза лактозы препаратами ß - галактозидазы является одним из наиболее перспективных направлений в технологии молока и молочных продуктов. В полной мере это может быть отнесено и к такой самостоятельной отрасли молочной промышленности, как производство мороженого.

Вопросам создания таких продуктов посвящены работы отечественных и зарубежных ученых: Добриян Е.И., Свириденко Ю.Я., Охрименко О.В., Остроумова Л.А., Остроумовой Т.Л., Смурыгина В.Ю., Анисимовой Г.А., Гавриловой Н.Б., Гаппарова М.Г., Даниловой М.Б., Грачевой И.М, Дубининой В.В., Капрельянц Л.В., Чагаровского А.П., Погосян A.C., Jan Trzecieski, Jr. Shazer, H.William, Susanne E. Keller, Raymond A. Speckman и др.

За рубежом производят безлактозные молочные продукты: молоко, фруктовый йогурт, сбитые сливки, сливочное масло, натуральный творог, сливки, сметану, домашний сыр, простоквашу, сыры, йогурты и фруктово-молочные напитки. Помимо традиционных продуктов разработан ряд продуктов для кормления детей с лактазной недостаточностью. Также существуют технологии получения низколактозных замороженных десертов и мягкого мороженого с использованием ферментных препаратов ß-галактозидазы, где предлагается проводить гидролиз лактозы до 50%.

В Российской Федерации низколактозные продукты выпускаются в ограниченном количестве и их ассортимент не достаточен для удовлетворения потребностей населения, страдающего непереносимостью лактозы, в полном объеме. Таким образом, разработка технологии отечественного закаленного низколактозного мороженого является актуальной.

Целью настоящей работы являлась разработка технологии низколактозного закаленного мороженого с использованием ферментативного гидролиза лактозы.

На защиту выносятся следующие основные положения и результаты работы:

- научно-техническое обоснование выбора направления исследований и целесообразности разработки низколактозного закаленного мороженого;

- результаты экспериментальных исследований с анализом закономерностей процессов гидролиза лактозы ферментным препаратом |3-галактозидазой в смесях мороженого;

- результаты экспериментальных исследований с анализом закономерностей процессов гидролиза лактозы ферментным препаратом |3-галактозидазой с точки зрения безопасности готового продукта и оптимизированные технологические параметры производства низколактозного мороженого;

- технология и аппаратурное оформление процесса производства низколактозного закаленного мороженого; анализ экономической эффективности и экологической безопасности разработанной технологии.