автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.04, диссертация на тему:Разработка технологии продуктов эмульсионного типа с использованием в качестве эмульгатора модифицированного белка творога

/

/

/

/

ГОСУДАРСТВЕННОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

/

ВСЕРОССИЙСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ МОЛОЧНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ПРОДУКТОВ ЭМУЛЬСИОННОГО ТИПА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ В КАЧЕСТВЕ ЭМУЛЬГАТОРА МОДИФИЦИРОВАННОГО

БЕЛКА ТВОРОГА

Специальность 05.18.04 - технология мясных, молочных и

рыбных продуктов

Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук

На правах рукописи УДК 637.14.66.063.61:637.352.045.

ПЕТРОВА СВЕТЛАНА ПЕТРОВНА

Научный руководитель -Академик РАСХН, доктор технических наук, профессор В. Д. Харитонов

Москва 1999

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ..................................................................................................................................................................4

1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ........................................................................................................................6

1.1. Эмульсии, эмульсионные продукты, эмульгаторы..................................................6

1.1.1 .Общая характеристика эмульсий и эмульгаторов..............................................6

1.1.2.Эмульсионные молочные продукты................................................................................12

1.2. Физико-химические свойства эмульсий............................................................................17

1.2.1 .Концентрация дисперсной фазы и методы ее определения......................17

1.2.2.Дисперсность частиц....................................................................................................................19

1.2.3. Активная кислотность..............................................................................................................21

1.3. Структурно - механические характеристики эмульсий......................................22

1.4. Эмульгирующая способность белков....................................................................................25

1.5. Заключение и задачи исследования........................................................................................30

2. МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ РАБОТ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ..................................................................................................................................32

2.1. Организация экспериментальных работ..............................................................................32

2.2. Определение эмульгирующей способности белка творога................................36

2.3. Исследование дисперсности белковых частиц..............................................................37

2.4. Определение дисперсности жира в эмульсиях..............................................................39

2.5. Исследование структурно - механических характеристик « эмульсий..............................................................................................40

2.6. Органолептическая оценка..............................................................................................................41

2.7. Математическая обработка данных..........................................................................................44

3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ........................................................................................47

3.1. Научное обоснование и разработка способа модификации

белка творога................................................................................................................................................47

3.1.1. Подбор соли - растворителя..........................................................................................49

3.1.2. Отработка условий модификации белка творога.................. 51

3.1.3. Исследование дисперсности частиц модифицированного

белка творога.............................................................. 53

3.2. Исследование эмульгирующей способности модифицированного

белка творога.................................................................. 57

3.2.1. Влияние концентрации модифицированного белка творога в эмульсии на его эмульгирующую способность.................... 57

3.2.2. Влияние активной кислотности среды и температуры на кинетическую стойкость и термостабильность получаемых эмульсий.................................................... 62

4. Разработка рецептур продуктов эмульсионного типа

с использованием в качестве эмульгатора модифицированного белка творога.................................................................. 69

4.1. Пастообразный эмульсионный продукт.................................. 69

4.2. Эмульсионный продукт соусного типа................................... 77

4.3. Подбор вида и количества стабилизатора для повышения термостабильности продуктов эмульсионного типа.................. 79

5. Отработка технологической схемы и рациональных технологических параметров получения продуктов эмульсионного типа..... 96

5.1. Время диспергирования и эмульгирования смеси..................... 96

5.2. Режимы пастеризации эмульсионной смеси............................ 98

5.3. Условия структурообразования в продуктах............................ 98

5.4. Технологическая схема производства продуктов

эмульсионного типа......................................................... 100

6. Выработка опытной партии продуктов и исследование их качества в процессе хранения............................................. 103

6.1. Состав, органолептические, физико-химические и микробиологические показатели......................................... 103

6.2. Дисперсность жировых частиц эмульсионных продуктов........... 109

6.3. Структурно - механические характеристики........................... 116

6.4. Разработка и утверждение НД на продукты............................ 117

7. Промышленное освоение технологии разработанных

продуктов..................................................................... 118

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ.................................... 120

СПИСОК ОСНОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ.................................... 122

ЛИТЕРАТУРА..................................................................... 124

ПРИЛОЖЕНИЯ.................................................................... 136

ВВЕДЕНИЕ

Увеличение объемов производства, расширение ассортимента и повышение качества выпускаемых продуктов в условиях рыночной экономики является первоочередной задачей промышленности. Поэтому чрезвычайно важное значение приобретают работы, связанные с созданием и внедрением принципиально новых интенсивных технологий / 39 /.

Эмульгирование и переработка эмульсий лежит в основе многих технологических процессов. Производство пищевых продуктов эмульсионного типа имеет ряд преимуществ перед другими способами переработки сырья, т. к. позволяет создать нужные композиции из компонентов различного происхождения и получать продукты с заданным составом и свойствами. Такие продукты характеризуются эмульгированным состоянием жира, хорошей усвояемостью его, благоприятным сочетанием с другими ингредиентами и, в

целом, высокими диетическими свойствами.

_ *

При производстве продуктов эмульсионного типа представляется возможным вводить в них жиры любого происхождения, как животного, так и растительного. Использование растительных жиров позволяет не только экономить ресурсы молочного сырья, если это необходимо, но и выпускать продукты с пониженным содержанием холестерина, что в настоящее время очень актуально в диетологии питания.

Известно, что для получения устойчивых в хранении эмульсионных продуктов необходимо вводить эмульгаторы / стабилизаторы. В настоящее время в качестве эмульгаторов / стабилизаторов, широко используются белки

*

животного и растительного происхождения, в основном в виде сухих растворимых концентратов (изоляты, казеинаты, копреципитаты и др.), которые, являясь биологически ценным компонентом, во многом определяют свойства конечного продукта и, в значительной степени, позволяют улучшить его структуру. В то же время следует отметить, что молочные белки, в отличие от растительных, богаче незаменимыми аминокислотами / 41 /. Например, белки сои содержат недостаточное количество таких важных аминокислот, как

лизин, лейцин, изолейцин и метионин. Отличительной особенностью молочных белков является так же то, что при их расщеплении образуются пептиды и другие компоненты, которые непосредственно всасываются в кровь. Растительные белки этими свойствами не обладают. Поэтому, на наш взгляд, при производстве эмульсионных продуктов предпочтительнее использовать в качестве эмульгаторов молочные белки, тем более что их использование позволяет получить продукты наиболее высокого качества.

В России в настоящее время единственным производимым многотоннажным молочным белком является казеин и в меньшей степени 4 казеинат, в которых постоянно испытывается дефицит. Увеличение их производства сдерживается отсутствием современного оборудования и высокими затратами на энергоресурсы. Это не позволяет наладить выработку высококачественных белков в необходимых объемах, что сдерживает выпуск эмульсионных продуктов повышенной биологической ценности.

Учитывая все выше изложенное, перед нами стояла задача изыскать возможности целенаправленного использования белков молока во влажном виде в качестве эмульгаторов и стабилизаторов эмульсий. Исследовать влияние тех параметров, которые можно регулировать в ходе технологического " процесса с целью получения эмульсионных продуктов наиболее высокого качества. На основании проведенных исследований разработать технологию эмульсионных продуктов с использованием в качестве эмульгаторов растворимых молочных белков.

1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1. Эмульсии, эмульсионные продукты, эмульгаторы.

1.1.1. Общая характеристика эмульсий и эмульгаторов.

Многие пищевые продукты представляют собой многокомпонентные дисперсные системы. К таким системам относятся пищевые эмульсии ( молоко, майонез, маргарин, соусы и т. п. ), которые обладают своеобразными физико -химическими свойствами, прежде всего, высокой дисперсностью и подвижностью жидких поверхностей раздела. Согласно принятой в мировой практике классификации, эмульсиями называют дисперсные системы, в которых дисперсная фаза и дисперсионная среда представлены в виде жидкости. Эмульсия, в которой дисперсной фазой является масло, органическая или другая жидкость, не смешивающаяся с водой, называется «эмульсией прямого типа» ( масло в воде ) и обозначается через м / в. Эмульсия, в которой дисперсной фазой является вода, а дисперсионной средой масло, называется «эмульсией обратного типа» (вода в масле), и обозначают через в / м 191.

В зависимости от ряда внешних факторов, один тип эмульсии может переходить в другой. Это явление называется инверсией.

Эмульсии подразделяют на разбавленные, концентрированные и высококонцентрированные 191.

Разбавленными эмульсиями считают системы, в которых содержание дисперсной фазы составляет 0,01-0,1 объемн. % / 32 /.

К концентрированным эмульсиям относят системы, содержание дисперсной фазы в которых находится в диапазоне 0,1- 74 объемн. %. Размер их капель обычно колеблется в диапазоне 0,1-1 мкм, поэтому концентрированные эмульсии легко седиментируют и коалесцируют, причем разрушение эмульсии происходит тем быстрее, чем больше разница между плотностями дисперсной фазы и дисперсионной среды. По мнению /97 устойчивость концентрированных эмульсий, главным образом, зависит от природы эмульгатора.

К высококонцентрированным эмульсиям относят эмульсии, содержание дисперсной фазы в которых превышает 74 объемн.%. Такие эмульсии достаточно устойчивы, не способны к седиментации 191.

В данной работе будут рассмотрены вопросы, связанные с получением стойких пищевых концентрированных эмульсий.

Получают эмульсии в основном двумя способами - конденсацией паров

я

одной жидкости в другой или диспергированием. При этом полученные эмульсии могут быть или устойчивыми, или со временем в них могут происходить седиментационные процессы, а также флокуляция и коалесценция.

Седиментационная или кинетическая неустойчивость, проявляется в оседании или всплытии частиц дисперсной фазы.

Коалесценция обусловлена агрегативной неустойчивостью эмульсий. Она проявляется в самопроизвольном образовании агрегатов частиц, что, в конечном счете, может приводить к полному разрушению эмульсии. При этом составные части эмульсии выделяются в чистом виде, т.е. происходит

л

разделение фаз. В эмульсиях может также наблюдаться локальная коалесценция ( или флокуляция ), т.е. появление отдельных скоплений частиц, при которой не происходит полного разрушения структуры эмульсии.

По закону Стокса скорость седиментации для монодисперсной эмульсии описывается уравнением 1.1.

_ 2ег( р - рп). rutilo F= Зг|0 Зг|+2г|о (1.1.)

Где F - скорость движения частицы дисперсной фазы в дисперсионной среде, м3/ с; г - радиус сферической капли, м; р - плотность дисперсионной среды,

3 3

кг/м ; р0 - плотность дисперсной фазы, кг/м ; г\ - вязкость дисперсионной среды, Па с; г|0 - вязкость дисперсной фазы, Па с.

Для полидисперсных систем скорость седиментации описывается уравнением 1.2.

871 Ш1№5 ( о - Рп ) Б ~ 27г|0у

(1.2)

Где у - объем эмульсии, м3; Г1 - радиус ¿-ой капли, м; гп; - число капель \ - ого размера.

Закон Стокса указывает три пути повышения кинетической устойчивости разбавленных эмульсий.

Первый путь - это уменьшение размера жировых капель, что может достигаться с помощью интенсивного механического воздействия на эмульсионную систему и применения высокоэффективных ПАВ / 88 /.

П.Бехер расчетным и экспериментальным путем подтвердил, что устойчивость эмульсии зависит от дисперсности жировых капель / 72 /. Эмульсии, содержащие капли жира большого размера, являются более неустойчивыми, чем эмульсии, содержащие большое количество мелких жировых шариков / 43, 70 /.

Второй путь - это выравнивание плотностей дисперсной фазы и дисперсионной среды. Этого можно добиться введением в систему спирта, а также создавая условия, которые способствовали бы кристаллизации жира.

Некоторые исследователи / 86 / отмечали, что плотность адсорбционных слоев для эмульсий типа м/в, стабилизированных белками, превышает плотность дисперсионной среды. В то же время толщина адсорбционных слоев фактически не зависит от размера жировых капель и, следовательно, маленькие капли имеют большую суммарную плотность, чем крупные капли, т. е. в полидисперсной эмульсии при хранении может реализоваться ситуация, когда большие капли будут всплывать, а мелкие оседать.

Третий путь повышения кинетической устойчивости эмульсии первого рода - это повышение вязкости водной фазы, например, за счет введения в систему гидроколлоидов.

Ряд исследователей / 1, 4, 5 / рассматривал агрегативную устойчивость эмульсий с точки зрения теории ДЛФО (Дерягин - Ландау - Фервей - Овербек) / 19, 124 /. Смысл этой теории заключается в том, что результат взаимодействия при сближении двух лиофобных частиц, зависит от баланса Ван-дер-

я

Ваальсовых сил притяжения и электростатических сил отталкивания двойных электрических слоев на поверхности частиц. При этом на лиофобные частицы, находящиеся на расстоянии двух адсорбционных слоев, действуют силы отталкивания. При дальнейшем сближении лиофобных частиц до расстояния

1 Я

10"' - 10"° м силы отталкивания возрастают. В результате этого свободная энергия двух частиц также возрастает. На расстоянии, менее указанного выше, силы притяжения начинают преобладать над силами отталкивания, частицы слипаются, а свободная энергия уменьшается.

Теория ДЛФО дает полное представление об устойчивости гидрофобных дисперсных коллоидов. Для эмульсий масла, стабилизированных белками, подобной теории нет. Многие считают, что агрегативная устойчивость таких эмульсий в большей степени зависит не от двойного электрического слоя, а от структурно - механического барьера, возникающего на межфазной поверхности и стерического отталкивания жировых капель эмульсии в результате адсорбции белка / 2, 24, 38, 49, 117 /.

Н.Урьев считает, что в эмульсиях основой устойчивости является соотношение между энергией сцепления частиц и энергией, получаемой частицами в результате механического воздействия / 60 /. При этом броуновское движение частиц оказывает незначительное воздействие на кинетическую и агрегативную устойчивость.

На практике применить теорию ДЛФО для расчета стабильности эмульсии достаточно сложно, т.к. анализ адсорбированных на поверхности жировых шариков слоев является достаточно трудной задачей. Это связано с тем, что слои, состоящие как из адсорбированных молекул, так и из молекул растворителя, неравномерны по толщине, причем части молекул могут располагаться как в водной, так и в масляной фазе /31/.

Для того чтобы получить устойчивую концентрированную эмульсию, целесообразно вводить в систему дополнительные эмульгаторы, которые, образуя на поверхности жировых шариков защитные слои, препятствовали бы агрегации капель жира.

К эмульгаторам предъявляется ряд требований. Они должны быстро адсорбироваться на каплях, уменьшая поверхностное натяжение на границе раздела двух фаз и, тем самым, обеспечивать более легкое дробление жидкости /3/.

С увеличением толщины адсорбционной оболочки, устойчивость эмульсии возрастает / 5, 61 /. При этом адсорбционные слои должны обладать высокой прочностью / 35 /, быть легкоподвижными и способными самовостанавливаться при механических повреждениях, препятствуя коалесценции и коагуляции / 34 /.

Эмульгатор должен иметь специфическую молекулярную структуру с гидрофильными и гидрофобными группами, хорошо растворяться в дисперсионной среде, влиять на вязкость эмульсии, придавать каплям эмульсии определенный электрокинетический потенциал, быть дешевым, безопасным в обращении и нетоксичным.

Многие технологии производства пищевых эмульсий ориентированы на применение в качестве эмульгаторов и стабилизаторов низкомолекулярных ПАВ, представляющих собой (за исключением фосфолипидов) продукты целенаправленного химического синтеза /130, 91, 116 /. Считается / 72 /, что поскольку п