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

На правах рукописи

Асланова Марина Назировна

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ОБОГАЩЕННОГО НИЗКОЖИРНОГО МОРОЖЕНОГО

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

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

3 о ггн 2015

Ставрополь - 2015

005562598

Работа выполнена в Федеральном государственном автономном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Северо-Кавказский федеральный университет»

Научный руководитель: кандидат технических наук, доцент

Куликова Ирина Кирилловна

Официальные оппоненты: Мельникова Елена Ивановна,

доктор технических наук, профессор ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный университет инженерных технологий», кафедра технологии продуктов животного происхождения, профессор

Банникова Анна Владимировна,

кандидат технических наук, доцент ФГОУ ВПО «Саратовский государственный аграрный университет им. Н.И. Вавилова», кафедра технологии продуктов питания, доцент

Ведущая организация: Федеральное государственное бюджетное

научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт молочной промышленности, ФГБНУ "ВНИМИ"

Защита состоится «23» октября 2015 г. в 1330 ч. на заседании диссертационного совета Д 212.245.05 при ФГАОУ ВПО «СевероКавказский федеральный университет» по адресу: 355009, г. Ставрополь, ул. Пушкина, 1, корпус 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, http://www.ncfu.ru/text_dissert.html

http://www.ncfu.ru/index.php ?do=static&page=dissertaciya-а$1апоУоу-таппу-паг1гоупу

Автореферат разослан г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат биологических наук

Р. О. Будкевич

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В настоящее время структура питания человека претерпела существенные изменения, что связано с употреблением в пищу большого количества жира, недостатком полноценного белка, применением антибиотиков, ухудшением экологической ситуации и другими факторами.

Одним из приоритетных направлений молочной отрасли на сегодняшний день является расширение ассортимента продуктов широкого потребления, которые бы соответствовали не только вкусовым предпочтениям потребителей, но и обладали повышенной биологической и энергетической ценностью, являясь продуктами лечебно-профилактической направленности.

В связи с этим, разработка технологии обогащенного низкожирного мороженого является перспективным при создании лечебно-профилактических и функциональных продуктов.

Степень проработки темы исследования. Теоретические и практические основы в области исследований проблемы получения функциональных молочных продуктов с применением компонентов вторичного молочного сырья и пробиотических микроорганизмов заложены в работах ученых «Северо-Кавказского федерального университета» (г. Ставрополь), ФГБНУ "ВНИМИ" (г. Москва) и других отечественных и зарубежных институтов: A.B. Банниковой, В.И. Ганиной, И.А. Евдокимова, Е.И. Мельниковой, Ю.А. Оленева, A.A. Твороговой, С.А. Рябцевой, В.Д. Харитонова, М.А. Федотовой, А.Г. Храмцова, Gadaga Т.Н., R.T. Marshall, Norman S. Senger и др.

Цели и задачи исследований. Целью диссертационной работы являлась разработка технологии обогащенного низкожирного мороженого.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие основные задачи:

• на основании анализа научно-технической и патентной литературы обосновать использование белковых добавок и пробиотических культур в технологии низкожирного функционального мороженого;

• изучить влияние различных белковых добавок на физико-химические и органолептические свойства смесей для мороженого и их пищевую ценность;

• провести подбор пробиотических культур для производства обогащенного кисломолочного мороженого путем исследования закономерностей развития пробиотических бактерий разных видов и их консорциумов в смесях для мороженого;

• исследовать влияние технологических параметров процесса производства мороженого на выживаемость пробиотических бактерий;

• изучить показатели качества и безопасности обогащенного мороженого с пробиотическими культурами и обосновать сроки его хранения;

• разработать технологию низкожирного обогащенного мороженого с микропартикулятом сывороточных белков (МПСБ), соответствующую нормам ТР ТС 033/2013 «О безопасности молока и молочной продукции» и требованиям НАССР;

• провести анализ современного рынка мороженого, оценить экономическую эффективность и экологическую безопасность разработанной технологии обогащенного мороженого с МПСБ.

Научная новизна. Теоретически обоснована и экспериментально доказана возможность совместного использования микропартикулята сывороточных белков и комплексных культур, содержащих пробиотические микроорганизмы при создании обогащенного низкожирного мороженого.

Установлено, что применение и казеина, и микропартикулята сывороточных белков позволяет получить продукт, сбалансированный по аминокислотоному составу; в то время как, микропартикулят сывороточных белков обеспечивает получение продукта с большим показателем рациональности использования аминокислот на анаболические нужды, без затрат на биосинтез заменимых аминокислот и компенсацию энергозатрат организма.

Доказано положительное влияние микропартикулята сывороточных белков на развитие и выживаемость пробиотических культур при пониженных температурах.

Реализована технология низкожирного обогащенного мороженого с использованием пробиотических микроорганизмов, согласно которой процесс сквашивания необходимо проводить при температуре (38±2) °С до достижения титруемой кислотности (70-73) °Т, обеспечивая количество молочнокислых микроорганизмов на конец срока хранения не менее 1*ЮбКОЕ/г.

Теоретическая и практическая значимость работы. На основании теоретических проработок и полученных результатов исследований разработана технология низкожирного пробиотического мороженого с МПСБ.

Результаты исследований внедрены в учебном процессы ФГАОУ ВПО «Северо-Кавказский федеральный университет», и используются в курсовом и дипломном проектировании студентов кафедры прикладной биотехнологии.

Методология и методы исследований. Методологической основой диссертационного исследования являются классические законы научного познания и комплексный системный анализ с применением стандартных, общепринятых и модифицированных методов исследований физико-химического состава, биотехнологических, органолептических и микробиологических показателей функционального продукта на всех стадиях производства. Математическая обработка экспериментальных данных,

статистический и регрессивный анализы выполнены с помощью пакета прикладных программ Statistica 6.0 и Microsoft Excel 2010.

Положения, выносимые на защиту:

1. Теоретические аспекты и научно-технические предпосылки использования белковых добавок на основе вторичного молочного сырья и пробиотических микроорганизмов в технологии обогащенного низкожирного мороженого.

2. Результаты исследований по влиянию белковых добавок на орга-нолептические, физико-химические свойства мороженого.

3. Результаты оценки рациональности аминокислотного состава и количественного распределения незаменимых аминокислот в продукте с различными белковыми добавками на основе вторичного молочного сырья.

4. Результаты анализа выживаемости пробиотических микроорганизмов в низкожирном мороженом в присутствии МПСБ при пониженных температурах.

5. Оптимизированные технологические параметры производства.

Степень достоверности и апробация результатов. Подтверждается

3-5-кратной повторностью, воспроизводимостью и математической обработкой экспериментальных данных, полученных в ходе исследований, а также результатами лабораторных и опытно-промышленных выработок.

Разработана технология продукта низкожирного пробиотического мороженого с микропартикулятом сывороточных белков (СТО 02067965-0012015), прошедшая апробацию на ЗАО «Хладокомбинат» (г. Краснодар).

Основные результаты работы доложены и обсуждены на различных научно-практических конференциях: IX международная научно-практическая конференция «Молочная индустрия мира и Российской Федерации» (г. Москва, 2011); Международная научно-практическая конференция «Инновационные пищевые технологии в области хранения и переработки сельскохозяйственного сырья» (г. Краснодар, 2011), Республиканская конференция молодых ученых «Наука. Образование. Молодежь», посвященной 55-летию АТУ (Казахстан, г. Алматы. АТУ, 2012); III международная научно-практическая конференция «21 век: фундаментальная наука и технология» (г. Москва, 2014); II ежегодная научно-практическая конференция «Университетская наука -региону». Биоразнообразие, биоресурсы, биотехнологии и здоровье населения Северо-Кавказского региона (г. Ставрополь, СКФУ, 2014).

Публикации

По материалам диссертации опубликовано 14 печатных работ, в том числе 3 статьи в реферируемых ВАК РФ изданиях.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, списка литературы, включающего 182 наименований источников, в том числе 58 иностранных. Работа изложена на 226 страницах машинописного текста, включает 35 таблиц, 33 рисунка и 10 приложений.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обоснована актуальность выбранного направления исследований в свете проблем, касающихся расширения ассортимента мороженого функциональной направленности.

В первой главе «Содержание вопроса и задачи работы» проанализированы вопросы, связанные с обогащением низкожирного мороженого функциональными ингредиентами. Обоснована целесообразность использования белковых молочных добавок на основе вторичного молочного сырья в технологии низкожирных молочных продуктов. Обобщены сведения по составу пробиотических заквасочных культур и их применению в функциональных продуктах. Представлена классификация мороженого, его состав и пищевая ценность. Изучены особенности технологий мороженого с функциональными ингредиентами. На основании анализа априорной информации сформулированы цели и задачи диссертационной работы.

Во второй главе «Организация эксперимента. Объекты и методы исследований» представлена структурно-логическая схема проведения исследований (рис. 1), данные об организации работы, объектах и методологии исследований, математическом планировании и обработке полученных результатов.

Методологической основой диссертационного исследования являются классические законы научного познания и комплексный системный анализ с применением стандартных, общепринятых и модифицированных методов исследований физико-химического состава, биотехнологических, органолеп-тических и микробиологических показателей функционального продукта на всех стадиях производства. Математическая обработка экспериментальных данных, статистический и регрессивный анализы выполнены с помощью пакета прикладных программ Statistica 6.0 и Microsoft Excel 2010. Эксперименты проводились в 3-5-кратной повторности.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ В третьей главе «Изучение влияния белковых добавок на основе вторичного молочного сырья на технологические свойства мороженого» изложены результаты исследований физико-химических, органо-лептических показателей смеси для низкожирного мороженого с сухой деминерализованной сывороткой (СДС), казеином, концентратом сывороточных белков (КСБ-УФ), микропартикулятом сывороточных белков (МПСБ). Дана сравнительная оценка пищевой ценности мороженого с казеином и МПСБ. Произведен подбор оптимального соотношения массовой доли МПСБ и жира в рецептуре низкожирного мороженого.

Особенностью смесей для мороженого являлось обогащение смеси, нормализованной по жиру, белковой добавкой в количестве от 1 до 3 %. При этом образцы мороженого с массовой долей жира 1, 2 и 3% без добавления белковых добавок являлись контрольными.

Рисунок 1 - Структурно-логическая схема проведения исследований

Результаты сенсорной оценки показали, что образцы мороженого с содержанием 2,0 % и 3,0 % МПСБ и массовой долей жира 2,0 % и 3,0 % имели чистый вкус без посторонних привкусов. При этом образцы отличались от других выраженным сливочным вкусом и послевкусием. Респонденты отмечали более плотную консистенцию данных образцов, отсутствие ощутимых на вкус комочков белка и кристаллов льда. Мороженое с добавлением СДС и КСБ в количестве 3,0 % и массовой долей жира 3,0 % имело выраженное «сывороточное» послевкусие. Консистенция и структура мороженого, по сравнению с образцами без белковых добавок не улучшалась. Мороженое было излишне «рыхлым», с грубой структурой и консистенцией, с ощутимыми кристалликами льда. Образцы мороженого с добавлением казеина показали промежуточное значение по вкусовому профилю. Добавление казеина в количестве 3% существенно не повлияло на насыщенность вкуса. Однако структура и консистенция были значительно лучше, чем у контрольных образцов.

Значение эффективной вязкости в контрольных образцах без добавления белковых компонентов увеличивалось при повышении массовой доли жира (рис 2).

? г.

100

ь

и! I-

Массовая доля СДС, % 11% жира 12% жира 15%жирз

1 ! ) Массовая доля казеина, %

11%ишра 12%шра

ж У- жира

Рисунок 2 - Зависимость эффективной вязкости смеси от массовой доли жира и белковых добавок

При добавлении СДС, КСБ. МПСБ - значение эффективной вязкости увеличилось более чем в 1,5 раза, а при внесении казеина практически в 7 раз (рис. 2). Эффективная вязкость смесей с массовой долей жира 2,0 % и дозой внесения МПСБ 3,0 %, и казеина 2,0 % оказались в диапазоне вязкости смесей молочного мороженого (рис. 2). В то время как, эффективная вязкость образца с казеином в количестве 3,0 % находились за пределами значений показателя, необходимого для получения при фризерова-нии взбитости 75-80% (рис. 2).

Наименьшим показателем взбитости характеризовалась смесь для мороженого с добавлением СДС. Так при внесении 3,0% СДС этот показатель увеличился только в 1,35 раз, по сравнению с контрольным образцом. Взбитость смесей с использованием казеина и МПСБ была выше контрольного образца. При внесении 3,0 % МПСБ в смесь взбитость увеличивается в (2,5-3) раза и составила (70-79) %, а при внесении казеина в (2-2,5) раза и составила (62-68)% (рис.3).

^60 <0 С

0 40 -5

я

Л

о 20

ш

1

3

Массовая доля СДС,

1 икма до« жира 1% I Оюм Дом щи

■МкпмдшмчмМ

1

с

О 40 ►

5

Ю

; ЯК -

-НИК—

Массовая доля казеина, %

«МзшаадолажираВ 1 Машаа доля жира 3%

«Мадоеаадола жира 2%

« Ш«ов<н доля жира 1% ш Мйссоеая доля жира

«Я

Массовая доля КСБ- У<£,34

«Маки»дам жир*ЙЬ

60

зе в

§40 х о й ш

20

Р:: III ш

.я 1

ЯП ■ |||||

и! | ¡1 •Ш-

0 12 3

Массовая доля МПСБ, %

«Массовая доля жира 2% «Массовая доля жира 2 ж Массовая доля жира 3% _

Рисунок 3 - Зависимость взбитости смеси от массовой доли жира и белковых добавок

Во всех образцах без внесения белковых добавок время оседания пены составляло (20-25) мин. Время оседание пены в образцах с СДС, казеином и КСБ-УФ находилось в приблизительно одном диапазоне (3040) мин. В образцах с МПСБ в количестве (1-3) % время оседание пены составляет более 40 мин.

Анализ полученных данных показал, что наиболее вероятными для мороженого может быть соотношение 2,0 % жира и 3,0% белковой добавки. Поэтому влияние белковой добавки на термо- и формоустойчивости образцов проводилось при соотношениях, указанных выше. Образец с массовой долей жира 2% без белковой добавки являлся контрольным. Результаты исследований показали, что уже через 10 минут площадь вытекающего плава увеличилась в контрольном образце практически в 3,5 раза. В образце с добавлением СДС в 3 раза; в образце с казеином и образце с КСБ-УФ - увеличилась приблизительно одинаково в 2 раза. В мороженом с МПСБ, в 1,3 раза.

Таким образом, в смесях для мороженого с добавлением МПСБ и казеина увеличивается взбитость, термо- и формоустойчивости мороженого, улучшается консистенция мороженого. Все перечисленные результаты, показывают предпочтительность использования МПСБ и казеина в рецептурах низкожирного мороженого.

Поскольку пищевая ценность любого продукта питания, в том числе мороженого, характеризуется прежде всего биологической ценностью белковых компонентов, то дальнейшая оптимизации рецептур мороженого заключается в подборе компонентов и определении их соотношений, которые обеспечивают максимальное приближение массовых долей нут-риентов к принятым эталонам (табл. 1).

Таблица 1

Результаты оценки взаимосбалансированности незаменимых

аминокислот в образцах мороженого

Наименование образца Показатель

и,доли ед. от г/100г белка ас,г/100г белка

Образец № 1 (Массовая доля жира- 2% Массовая доля белковой добавки 0%) 0,65 6,59 19,67

Образец № 2 (Массовая доля жира -2% Массовая доля казеина- 3%) 0,74 6,14 13,7

Образец № 3 (Массовая доля жира -2% Массовая доля МПСБ- 3%) 0,75 4,8 11,7

Количественная оценка распределения незаменимых аминокислот с позиции рационального их использования, наиболее предпочтительным явля-

ется мороженое, изготовленное с применением МПСБ. В данном образце, по сравнению с другими, наибольшее число незаменимых аминокислот используется на анаболические нужды, без затрат на биосинтез заменимых аминокислот и компенсацию энергозатрат организма (табл. 2).

Для определения оптимальных параметров технологического процесса на основании экспериментальных данных был реализован двухфак-торный эксперимент, при описании которого использовалось математическое и графическое представление процесса для получения оптимальной композиции молочной основы для мороженого.

В качестве основных параметров, влияющих на процесс производства низкожирного мороженого, были выбраны доза внесения МПСБ и массовая доля жиратХ! - количество микропартикулята сывороточных белков, % (М\¥Р, %) г/л, Х2- массовая - доля жира в смеси, % (Б, %).

Контролируемыми параметрами являлись: У) - сенсорная оценка мороженого по 5 бальной шкале (ОЬ), У2 - эффективная вязкость, (V, тРа*с).

После статистической обработки экспериментальных данных получены уравнения регрессии (1,2):

У1=0.048х,2+0.214х22-0.717х,х2+1.667х1+0.638х2+0.49; (1)

У2=27.4х,2+2.65х22+2.583х1х2+34.557х1+17.998х2+117.867, (2)

Уравнение 1 характеризует зависимость органолептической оценки продукта от XI -дозы внесения МПСБ их, - массовой доли жира;

Уравнение 2 характеризует зависимость вязкости смеси от X! -дозы внесения МПСБ и х2 - массовой доли жира.

Согласно уравнениям регрессии (1, 2) были построены поверхности, характеризующие зависимость органолептической оценки (рис. 4) и вязкости (рис. 5) от массовой доли жира и дозы внесения МПСБ.

01

Рисунок 4 - Зависимость органолептической оценки от дозы внесения МПСБ и массовой доли жира

идал

Рисунок 5 - Зависимость показателя вязкости от дозы внесения МПСБ и массовой доли жира

Согласно полученным данным, доза МПСБ для получения оптимальных органолептических показателей находится в интервале (2,0-3,4) % при массовой доли жира(0,8-2,2) %. Значение эффективной вязкости будет увеличиваться при увеличении дозы МПСБ и увеличении массовой доли жира. Следует отметить, что зависимость определяется прежде всего дозой внесения МПСБ (х^. Однако повышенные значения вязкости отрицательно влияет на степень насыщения смеси воздухом, которая затрудняется при ее слишком высоких значениях, поэтому был выбран диапазон, в которых массовая доля МПСБ составляет (3,0±0,2) %, а массовая жира составляет (2,0±0,2) %.

В четвертой главе «Исследование влияния температурных режимов на молочнокислые пробиотические культуры в технологии низкожирного мороженого с МПСБ» произведен подбор заквасочных культур для производства мороженого с функциональными свойствами.

Для эксперимента использовали серийно выпускаемые заквасочные культуры, которые условно разделили на 5 групп - A - Lb. acidophilus; В - Lb. delbrueckii subsp. bulgaricus; С - Lb. plantarum; D - Lb. casei subsp. casei; E - комплексная закваска, содержащая пробиотические микроорганизмы (табл. 3).

Согласно исследованиям в гл 3., для ферментации была рассчитана рецептура низкожирного мороженого (массовая доля жира (2±0,1) %, массовая доля МПСБ (3±0,1) %, с учетом внесения (3±1) % заквасочных культур (табл. 4), выбран оптимальный уровень сквашивания смеси, при котором титруемая кислотность составляет (75-85) °Т.

Выходными параметрами эксперимента являлись:

- физико-химические и органолептические свойства сгустка;

- скорость прироста титруемой кислотности;

- влагоудерживающая способность;

- количество микроорганизмов на конец сквашивания.

Таблица 3

Культуры заквасок, используемых в эксперименте_

№ Культуры микроорганизмов Наименование закваски, производитель Рекомендации по применению, заявленные производителем

А Lb. acidophilus 1 .«AiBi» серия LbS 22.11 (АС); ООО «Зеленые линии», г. Красногорск, Россия tCKB=40±l°C ,тскв =4-6ч.

2. PR А, «microMILK S.r.l.», Италия tCK =40±1°С ,тскв=4-6ч.

3. КА; ГНУ ВНИМИ, г. Москва, Россия tCKB=40±l°C ,тскв=4-6ч.

В Lb. delbrueckii subsp. bulgaricus 1 .«AiBb>cepnnLb.delbrueckii subsp. bulgaricum", ООО «Зеленые линии», г. Красногорск tCKB=38±l°C ,тскв=5-7ч.

2. YO, «microMILK S.r.l.», Италия tCKB=38±l°C ,тскв=5-7ч.

3. LAT BY ВТ 02-b; ООД «Лактина» «Ekokom», Болгария tCKB=38±l°C ,тскв=5-7ч.

С Lb. plantarum 1 .«AiBi» серия Lb 3.30; ООО «Зеленые линии», г. Красногорск, Россия 1скв=33±1°Сдскв =18-20ч.

2. LAT PL, ООД «Лактина» «Ekokom», Болгария tCKB=33±l°C ,тскв =18-20ч

D Lb. casei subsp. casei «AiBi» серия Lb 3.10; ООО «Зеленые линии», г. Красногорск, Россия tCKB=35±l°C,tckb =12-14ч.

Е Комплексная закваска, содержащая про-биотические микроорганизмы 1. «AiBi» серия Lb S 22.11 (А), (Streptococcus themophilus, Lactobacillus acidophilus); ООО «Зеленые линии», г. Красногорск tCKB=37±l°C ,тскв =5-7ч.

2. «AiBi» серия Lb S 22.11(ф) (Lactobacillus casei; Streptococcus ther-mophiles)-, ООО «Зеленые линии» г. Красногорск; Россия tCKB=37±l°C ,тскв =7-9ч.

3. LAT BY ВТ 1 (Streptococcus thermophilic, Lactobacillus delbrueskii subsp. bulgaricus)-, ООД «Лактина» «Ekokom», Болгария tcKB=37±l°C,TCKB=7-94.

4. LAT BY AC (Streptococcus thermophilic, Lactobacillus acidophilus)', ООД «Лактина» «Ekokom», Болгария tcKB=37±l°C , тскв =5-7ч.

Таблица 4

Рецептура для производства низкожирного кисломолочного _мороженого с МПСБ_

Наименование компонента Массовая доля компонен-

та, кг на 1000 кг смеси

Молоко коровье (жир 2,8 %;СОМО 8,2 %) 688,4

Молоко коровье сухое обезжиренное (COMO 93,5 %, жир 1,5 %) 14,0

Молоко коровье обезжиренное (COMO 11,0 %, жир 0,05 %) 82,6

Закваска (COMO 11,0 %, жир 0,05%) 30,0

Сахар-песок 150,0

МПСБ (жир 1,7 %, COMO 95,8 %) 30,0

Система стабилизаторов и эмульгаторов «Cremodan» 5,0

Характеристика смеси

Массовая доля сухих веществ, %, не менее 28,0

В том числе: жира, %, не менее 2,0

Белка, %, не менее 4,8

СОМО,%, не менее 11,0

Сахарозы, %, не менее 15,0

Сухих веществ стабилизатора, %, не менее 0,5

При анализе процесса сквашивания смесей каждой группой микроорганизмов были получены результаты, представленные в таблице 5.

Таблица 5

Физико-химические, микробиологические и органолептические показатели сквашенных смесей для низкожирного мороженого с МПСБ

Группа Скорость Время Предель- Влагоудер- Количе- Характер

микроор- прироста фермен- ная кис- живающая ство мик- сгустка при

ганизмов титруе- тации лотность, способ- роорга- (75-85)°Т

мой кис- ДО (75- OJ ность, при низмов

лотности, 85)°Т, ч (83±2) °Т, при

°Т/ч % (75-85)°Т,

КОЕ/г

Группа А 12,4-12,8 4-5 165-170 5,5-6,3 (1-6)*10у Средневяз-

(Lb. т= 10-11 ч кий, одно-

acidophilus) родный,

кисломо-

лочный

вкус и запах

Продолжение таблицы 5

Группа В (Lb. delbrueckii subsp. bulgaricus) 12,0-12,4 6-6,5 170-180 т=10-11ч 6,5-7,2 (9-5)*10" Вязкий, однородный, кисломолочный вкус и запах

Группа С (Lb. plantarum) 4,6-5,2 19-20 92-94 т=22-23ч 8,1-8,4 (6-7)*10' Неоднородный невязкий, излишне рыхлый, отделение сыворотки

Группа D (Lb. casei subsp. casei) 6,8-7,0 14-14,5 105-107 т= 16- 16,5ч 8,0-8,2 (8-9)*10' Неоднородный невязкий, излишне рыхлый, отделение сыворотки

Группа E (Ком-плекс-ная закваска) 11,0-11,7 7-8 120-130 т=12-13ч 6,1-7,5 (7-9)*108 Средневяз-кий, однородный, кисломолочный вкус и запах

Согласно полученным данным, процесс ферментации микроорганизмами Lb. acidophilus и Lb. delbrueckii subsp. bulgaricus происходит наиболее активно. Тогда как использование монокультуры Lb. plantarum и Lb. casei subsp. casei для производства пробиотического мороженого с МПСБ будет нерациональным, поскольку влечет за собой ряд технологических трудностей, связанных с медленным образованием сгустка, и длительным процессом ферментации.

Оптимальным является использование комплексной закваски, в состав которой входят активные кислотообразователи и микроорганизмы, которые являются менее активными кислотообразователями, позволяющий проводить ферментацию смеси за 7-9 ч (табл. 5).

Особенностью технологии кисломолочного мороженого является использование различных температурных режимов в производственном цикле.

В связи с этим представляется интересным сравнить развитие микроорганизмов заквасочных культур в следующих критических точках:

- (5±1) °С - температура созревания смеси до фризерования;

- минус (5±1) °С - температуры выходящего после фризерования мороженого;

- минус (25±1) °С - температура хранения мороженого.

Промежуточными значениями, не входящими в технологический

цикл производства мороженого, являлись температура (30±1) °С, (20±1) °С и (10±1) °С.

На первом этапе эксперимента, был смоделирован технологический процесс, согласно которому смеси, сквашенные культурами (табл. 3), охлаждали в течение 30 минут до температуры (5±1) °С.

На втором этапе сравнивали выживаемость микроорганизмов при более низких температурах. Для этого исследуемые пробы доохлаждали до температуры минус (5±1) °С и минус (25±1) °С. При этих постоянных температурных режимах и при (5±1) °С, мороженое выдерживали в течение 5 ч.

Начальное количество микроорганизмов после сквашивания определялось при температуре, являющейся оптимальной для развития групп микроорганизмов (табл. 3) при достижении кислотности (80±5) °Т.

Параметры и результаты проведенного эксперимента для группы Е (комплексная закваска) представлены на рисунке 6.

Результаты количественного учета микроорганизмов свидетельствуют о том, что при титруемой кислотности (80±5) °Т, количество микроорганизмов во всех смесях соответствовало требования TP ТС 033/2013, предъявляемым к пробиотическим продуктам.

Наибольшее количество микроорганизмов наблюдалось после ферментации микроорганизмов при группы А - Lb. acidophilus и группы В - Lb. delbrueckii subsp. bidgaricus с добавлением МПСБ и составляло более 1*109 КОЕ/г. Количество микроорганизмов группы С -Lb. plantarum и группы D - Lb. casei при кислотности (80±5) °Т в присутствии МПСБ составило более 1*107 КОЕ/г. Количество микроорганизмов группы Е - комплексная закваска, при формировании кислотности (80±5) °Т в присутствии МПСБ составило более 1*108 КОЕ/г (рис.6). Во всех образцах смеси, приготовленных согласно рецептуре без МПСБ, при кислотности (80±5) °Т количество микроорганизмов было на порядок меньше, по сравнению с образцами с МПСБ.

При понижении температур до (5±1) °С уменьшения количества микроорганизмов в 1 г смесей с МПСБ не наблюдалось. Для микроорганизмов группы С (Lb. plantarum), группы D (Lb. case i) и группы Е (комплексная закваска) при температуре (30±1) °С, (20±1) °С и (10±1) °С было отмечено незначительное увеличение количества микроорганизмов.

-25 -5

О

5

а

>•10

§•20

-25 О5

О

га 5 а

?10

£

"20

,а>30

2.0 4.0 6.0 8.0

Количество микроорганизмов, ^ к, КОЕ/г

10.0

а МПСБ (0%) В МПСБ (3%)

1-АТ ВУ ВТ 1

0.0 2.0 4.0 6.0 8.0

Количество микроорганизмов, к, КОЕ/г

■ МПСБ (0%) а МПСБ (3%)

-25

и -5

0

Я 5

>

а 10

<и

с 20

?

(и I- 30

Кн

• -5

I5

|ю

Ф

5 20 и

>"30

Кн

2.0 4.0 6.0 8.0 10.0

Количество микроорганизмов, к,КОЕ/г

■ мпсб (0%) а мпсб (з%)

ЬАТВУ АС

0.0 2.0 4.0 6.0 8.0

Количество микроорганизмов, к, КОЕ/г

и мпсб (0%) ■ мпсб (3%)

10.0

Рисунок 6 - Динамика количества молочнокислых микроорганизмов группа Е (комплексная закваска) в течение технологического цикла. Кн - начальное количество микроорганизмов. К- десятичный логарифм количества молочнокислых микроорганизмов в ! г продукта:

[5)°С -15-5ч; (-5)°С -т.5 =5ч; (-25)°С -т.а =5ч

В контрольных образцах без МПСБ количество молочнокислых микроорганизмов было на один - два порядка меньше. Наименьшее количество микроорганизмов в 1 г смеси при титруемой кислотности (80±5) °Т было в смесях группы С - Lb. plantarum и группы D - Lb. casei.

При температуре минус (5±1) °С (температура выходящего после фризерования мороженого) и минус (25±1) °С (температура хранения мороженого) количество стартовых культур в смесях с МПСБ после 5 ч термостатирования уменьшилось на порядок, в контрольных смесях без МПСБ на полтора - два порядка. Для группы С - Lb. plantarum и группы D -Lb. casei в смесях без МПСБ значения были в диапазоне (4*105 -7*10 ) КОЕ/г, что является недостаточным для обозначения данного продукта как пробиотического.

Вероятно такая закономерность на первом этапе эксперимента связана с тем, что МПСБ как белковая добавка, в которой белки находятся в денатурированном состоянии, и которая может содержать низкомолекулярные белковые фракции, выступает в качестве фактора роста лактобак-терий, за счет дополнительного источника азотистого питания. На втором этапе эксперимента подобную закономерность можно связать с тем, что частицы МПСБ, обладая повышенной гигроскопичностью, могут выступать в роли криопротектора, уменьшая количество связанной влаги.

Значения количества молочнокислых микроорганизмов в смесях группы С (Lb. plantarum) для образца №1 (Lb 3.30) составило -2,1 *106 КОЕ/г, для образца №1 (LAT PL) - 1,2*106 КОЕ/г; и для группы D (Lb. casei) (Lb 3.10) - 2,6*106 КОЕ/г. Это является неудовлетворительным результатом, т.к. мороженое является продуктом с длительным сроком годности, а в процессе хранения количество микроорганизмов уменьшается, и их количество не будет соответствовать требования технической документации на пробиотическое мороженое.

Таким образом, согласно результатам исследований использование чистых культур Lb. plantarum и Lb. casei является нецелесообразным, поскольку в процессе ферментации смесей, который длится более (1517) ч. при достижении титруемой кислотности (80±5) °Т не обеспечивается достаточный рост микроорганизмов для оказания продуктом лечебно-профилактического действия.

Для определения хранимоспособности мороженого опытные образцы группы A (Lb. acidophilus), В (Lb. delbrueckii subsp. bulgaricus) и E (комплексная закваска), составленные по рецептуре с учетом использования заквасочных микроорганизмов в количестве (3±1) %, были заложены на хранение в холодильной камере при температуре не выше минус 25 °С. Было измерено количество молочнокислых микроорганизмов на 1, 15, 30, 45 и 60 и 90 сутки, результаты приведены на рисунке 7.

Группа Е (комплексная закваска)

°'00 2'00 Количество микроорганизмов. Ig KO^i" 10'°°

■ L7\T BY AC iLAT BY ВТ 1 "LbS 22.11 (ф) ■ LbS 22 11 (А)

Рисунок 7 - Динамика количества микроорганизмов в процессе хранения, Кн - начальное количество микроорганизмов, lg К- десятичный логарифм количества молочнокислых микроорганизмов в 1 г продукта

В образцах групп А, В и Е - количество молочнокислых культур на конец срока хранения соответствовало требованиям для пробиотического мороженого. Кроме того, для комплексных заквасок характерна наибольшая степень выживаемости микроорганизмов в процессе хранения, по сравнению с начальным содержанием (рис.7).

Ввиду очевидных недостатков применения монокультур группы A - Lb. acidophilus и группы В - Lb. delbrueckii subsp. bulgaricus, в технологии мороженого наиболее рациональным представляется использование комплексных заквасок, в которых сочетается несколько штаммов разных видов микроорганизмов (группа Е). Это приводит к увеличению биохимической активности одного из штаммов в присутствии другого, вследствие чего снижается продолжительность ферментации. Такой путь позволяет получить продукт с оригинальным вкусом и наилучшими органолептическими показателями.

Полученные данные свидетельствуют о хорошей выживаемости микроорганизмов в процессе хранения, что обеспечивает высокие лечебно-профилактических свойства мороженого, ферментированного комбинированной закваской, содержащей пробиотические культуры. Их применение в технологии пробиотического мороженого возможно, и выбор

заквасочных культур зависит от поставленных производителем оптимальных режимов технологического процесса и показателях качества готового пробиотического мороженого.

Согласно результатам проведенных исследований была проведена лабораторная выработка трех партий низкожирного пробиотического мороженого с МПСБ, с использованием закваски группы Е (комплексная закваска) - LbS 22.11 (A) Streptococcus thermophilus, Lactobacillus acidophilus, выработки по разработанным СТО 02067965-001-2015 «Низкожирное пробиотическое мороженое с микропартикулятом сывороточных белков» для подтверждения сроков хранения продукта. На основании проведенных исследований, по совокупности полученных данных, продукт низкожирное пробиотическое мороженое с микропартикулятом сывороточных белков сохраняет свое качество, безопасность на протяжении предполагаемого срока годности 60 суток с учетом коэффициента резерва.

В пятой главе «Разработка технологии низкожирного пробиотического мороженого с МПСБ с использованием принципов ХАССП» основываясь на проведенных исследованиях, была разработана технология низкожирного пробиотического мороженого с МПСБ. Разработаны и утверждены СТО 02067965-001-2015 «Низкожирное пробиотическое мороженое с микропартикулятом сывороточных белков». Проведены опытно-промышленные выработки образцов на базе ЗАО «Хладокомбинат» (г. Краснодар).

Физико-химические, органолептические и микробиологические характеристики продукта приведены в таблице 6.

Таблица 6

Показатели качества низкожирного пробиотического _мороженого с МПСБ__

Наименование показателя Значение показателей

Органолептические показатели

Вкус и запах Чистый, кисломолочный, приятный освежающий вкус. Без посторонних привкусов и запахов

Консистенция Однородная, равномерная по всей массе, в меру плотная

Цвет Однородный, равномерный по всей массе

Физико-химические показатели

Кислотность, °Т 80±5

Взбитость, % 70-75

Фосфатаза отсутствует

Массовая доля сухих веществ, %, не менее 28,0

Продолжение таблицы 6

В том числе: массовая доля жира, %, не менее 2,0

Массовая доля белка, %, не менее 4,8

Массовая доля COMO, %, не менее 11,0

Массовая доля сахарозы, %, не менее 15,0

Микробиологические показатели

Количество клеток пробиотических культур в готовом продукте, КОЕ/г, не менее 1*10'

Количество клеток пробиотических культур на конец срока хранения (90суток), КОЕ/г, не менее 1*106

БГКП (коли формы) в 0,1 г продукта Не допускается

S.aureus, в 1г продукта Не допускается

Патогенные микроорганизмы, в т.ч. сальмонеллы, в 25г продукта Не допускается

Листерии L. monocytogenes в 25 г продукта Не допускается

Принципиальная схема производства продуктов представлена на рисунке 8. Проведен мониторинг, определены риски и критические контрольные точки с использованием принципов НАССР.

ККТ 1

ККТ2

кктз

1. Приемка сырья,^оценка качества

2. Подготовка сырья и составление смеси +

3. Фильтрование смеси

4. Пастеризация смеси (85 ± 2) "С с выдержкой (3-5) мин

5. Гомогенизация (75-85) °С, давление 12,5-15,0 МПа

Х

6. Охлаждение смеси (37-38) °С

9. Сквашивание (38 ±2)°С до кислотности (70-73)°Т

10. Охлаждение сквашенной смеси (2-4) °С

11. Созревание смеси (4-6) °С в течение (2-4) ч

X

12. Фризерование смеси, -{5±1) °С

13. Фасование и закаливание -(25±5) °С

14. Хранение и реализация готового мороженого

- + 8. Заквашивание 7. Внесение закваски

*

Рисунок 8 - Принципиальная схема производства низкожирного обогащенного мороженого с МПСБ.

ВЫВОДЫ

1. Теоретически обоснована и экспериментально доказана целесообразность использования белковых добавок и пробиотических культур в технологии низкожирного обогащенного мороженого.

2. Установлено, что добавление МПСБ в смеси для мороженого улучшает органолептические свойства низкожирного мороженого: увеличивается насыщенность вкуса мороженого, появляется приятное сливочное послевкусие. Показатели термо- и формоустойчивости для мороженого с МПСБ выше в 3,5 раза в сравнении с мороженым, выработанным без МПСБ.

3. Изучено влияние белковых добавок на физико-химические свойства смесей для мороженого. Установлено, что в смеси (массовая доля жира (2,0±0,1) %) с добавлением МПСБ в количестве (3,0±0,1) %, значение эффективной вязкости находится в диапазоне вязкости оптимальной для молочного мороженого с массовой долей жира (5-10) %, и составляет (147±2) мПа*с.

4. Доказано, что добавление МПСБ в смеси для мороженого увеличивает биологическую ценность мороженого. Коэффициент утилитарности аминокислотного состава составил 0,75 доли ед; показатель избыточного содержания незаменимых аминокислот мороженого с МПСБ составил 4,8 г/100 г белка, с казеином - 6,14 г/100 г белка, что свидетельствует о том, что в мороженом с МПСБ наибольшее число незаменимых аминокислот, по сравнению с мороженым с казеином, используется на анаболические нужды, без затрат на биосинтез заменимых аминокислот и компенсацию энергозатрат организма.

5. Установлено, что оптимальное содержание жира и белковой добавки - МПСБ - в рецептуре низкожирного мороженого должно составлять (2,0 ± 0,1) % и (3,0 ± 0,1) % соответственно.

6. Доказано положительное влияние комплексных заквасок, содержащих Lb. acidophilus, Lb. delbrueckii subsp. bulgaricus, Lb. casei subsp. casei, на органолептические, физико-химические, микробиологические свойства низкожирного кисломолочного мороженого с МПСБ. Установлено, что в присутствие МПСБ, скорость сквашивания смесей с пробиотическими микроорганизмами увеличивается на (1-2) ч.

7. Определены закономерности влияния пониженных температур на выживаемость пробиотических культур в смесях для мороженого в присутствии МПСБ. Установлено, что при пониженных температурах в технологическом цикле, и в процессе хранения, в смесях с добавлением МПСБ количество клеток молочнокислых микроорганизмов составило от (109- 107) КОЕ/г в образцах без МПСБ (107- 105) КОЕ/г.

8. Изучена хранимоспособность низкожирного пробиотического мороженого с МПСБ при температуре минус (25±5) °С. Срок годности составляет 60 суток с учетом коэффициента резерва, при этом количество молочнокислых микроорганизмов на конец срока хранения составляет не менее 1*106 КОЕ/г. Показатели качества и безопасности соответствуют требованиям TP ТС 033/2013.

9. Разработана технология низкожирного пробиотического мороженого с МПСБ (СТО 02067965-001-2015), определены критические контрольные точки технологий в соответствии с принципами НАССР. Проведена апробация разработанных технологий в производственных условиях и исследованы качественные показатели готовых продуктов.

По теме диссертации опубликованы следующие основные работы:

Статьи в изданиях, рекомендованных ВАК при Минобрнауки России

1. Асланова, М.Н. Выживаемость молочнокислых микроорганизмов в низкожирном пробиотическом мороженом [Текст] / М.Н. Асланова, И.К. Куликова, И.А Евдокимов, Д.Н. Володин, М.С. Золотарева // Молочная промышленность. -2014.-№10-С. 51-53.

2. Асланова, М.Н. Исследование процесса ферментации обогащенного вторичного молочного сырья пробиотическими культурами [Текст] / М.Н. Асланова, И.А. Евдокимов, И.К. Куликова, А.Р. Агирбова // Политематический сетевой электронный журнал Кубанского государственного аграрного университета (Научный журнал КубГАУ). - 2015. - №107(03). -Режим доступа: http://ej.kubagro.ru/2015/03/pdf/76/pdf.

3. Асланова, М.Н. Оценка пищевой ценности мороженого с белковыми добавками [Текст] / М.Н. Асланова, И.А. Евдокимов, И.К. Куликова, JI.A. Гордиенко, B.C. Метель // Вестник Северо-Кавказского федерального университета. - 2015. - №3(48). - С. 22-28.

Статьи в журналах и сборниках материалов конференций

4. Асланова, М.Н. Использование микропартикулята сывороточных белков в рецептурах низкожирного мороженого [Текст] / М.Н. Асланова, И.А. Евдокимов, И.К. Куликова, М.С. Золотарева // Молочная индустрия мира и Российской Федерации: материалы IX международной научно-практической конференции. - М., 2011. - С.67.

5. Асланова, М.Н. Влияние микропартикулята сывороточных белков на реологические свойства мороженого [Текст] / М.Н. Асланова, И.А. Евдокимов, И.К. Куликова, М.С. Золотарева // Современные достижения биотехнологии: сборник материалов международной научно-практической конференции- Ставрополь: НОУ ОНТЦМП, 201 1 -4 1 -С. 25-26.

6. Асланова, М.Н. Влияние микропартикулята сывороточных белков на органолептические и физико-химические показатели низкожирного мороженого [Текст] / М.Н. Асланова, И.А. Евдокимов, И.К. Куликова, М.С. Золотарева // Инновационные пищевые технологии в области хранения и переработки сельскохозяйственного сырья: материалы Международной научно-практической конференции. - Краснодар: Рос. акад. с.-х. наук, Гос. науч. учреждение Краснодар. НИИ хранения и переработки с.-х. продукции, 2011. - С. 183-185.

7. Асланова, М.Н. Исследование влияния дозы МПБ и массовой доли жира на взбитость низкожирного мороженого [Текст] / М.Н. Асланова, И.А Евдокимов, И.К. Куликова // Наука. Образование. Молодежь: рес-

публиканская конференция молодых ученых, посвященная 55-летию АТУ. - Казахстан, Алматы: АТУ, 2012. - С. 139.

8. Асланова, М.Н. Пути улучшения вкусовых характеристик низкожирного мороженого (тезис) [Текст] / М.Н. Асланова, И.К. Куликова, И.А Евдокимов, Д.Н. Володин // Инновационные технологии в производстве и переработке сельскохозяйственной продукции в условиях ВТО: материалы международной научно-практической конференции. Переработка сельскохозяйственного сырья и пищевых продуктов. - Волгоград: ВолгГТУ, 2013. - Часть 2. - С. 221-222.

9. Евдокимов, И.А. Изучение влияния белковых добавок на процесс сквашивания смеси для мороженого пробиотическими микроорганизмами [Текст] / И.А. Евдокимов, И.К. Куликова, М.Н. Асланова, Д.Н. Володин // 21 век: фундаментальная наука и технология: материалы III Международной научно-практической конференции. - М., 2014. - Ч. 2. -С. 4-6.

10. Асланова, М.Н. Перспективы использования микропартикулята сывороточных белков [Текст] / М.Н. Асланова, И.К. Куликова, И.А. Евдокимов, Д.Н. Володин М.С Золотарева // Отраслевой специализированный журнал «Переработка молока». - 2014. - №5(176). - С.42-43.

11. Асланова, М.Н. Применение пробиотических культур в технологии функционального мороженого / [Текст] М.Н. Асланова // Университетская наука - региону: сборник материалов II ежегодной научно-практической конференции. Биоразнообразие, биоресурсы, биотехнологии и здоровье населения Северо-Кавказского региона. - Ставрополь: СКФУ, 2014. - С. 221-223.

12. Aslanova, M.N. Survival of Lactobacillus acidophilus Low-fat Ice Cream with Microparticulated Whey Protein Текст] / M.N. Aslanova, I.K. Kulikova, I.A. Evdokimov, D.N. Volodin // Topical areas of fundamental and applied research IV. Актуальные направления фундаментальных и прикладных исследований: материалы IV международной научно-практической конференции. - USA, North Charleston. - 2014. - Vol. 2. -P. 19-20.

13. Асланова, М.Н. Использование компонентов мембранного разделения молочного сырья в технологии функциональных продуктов [Текст] / М.Н. Асланова, И.К. Куликова, И.А. Евдокимов // Мембранные процессы и оборудование в пищевых технологиях и инженерии: материалы международной научно-практической конференции, посвященной 130-летию НУПТ. - Украина, Киев: НУПТ. - 2014. - С. 12-13.

14. Асланова, М.Н. Выживаемость микроорганизмов L. Acidophilus, L. delbrueckii subsp.bulgaricus, L.casei subsp. casei при понижении температур хранения низкожирного пробиотического мороженого [Текст] /

М.Н. Асланова, И.К. Куликова, ИА. Евдокимов // Мембранные процессы и оборудование в пищевых технологиях и инженерии: материалы международной научно-практической конференции, посвященной 130-летию НУПТ. - Украина, Киев: НУПТ. - 2014. - С. 18-19.

Подписано к печати 14.08.2015 Формат 60x84 1/16 Усл. п. л. 1,46 Уч.-изд. л. 1,02

Бумага офсетная_Тираж 100 экз.

Отпечатано в Издательско-полиграфическом комплексе ФГАОУ ВПО «Северо-Кавказский федеральный университет» 355028, г. Ставрополь, пр. Кулакова, 2.