автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.04, диссертация на тему:Совершенствование термостатного способа производства йогурта

На правах рукописи

АФАНАСЬЕВА ЕЛЕНА ОЛЕГОВНА

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕРМОСТАТНОГО СПОСОБА ПРОИЗВОДСТВА ЙОГУРТА

Специальность 05.18.04 - технология мясных, молочных и рыбных

продуктов и холодильных производств

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

27 МАЯ 2015

Кемерово 2015

005569269

005569269

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего образования «Кемеровский технологический институт пищевой промышленности (университет)» (ФГБОУ ВО «КемТИПП»)

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Смирнова Ирина Анатольевна

Официальные оппоненты: Решетник Екатерина Ивановна

доктор технических наук, профессор, Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Дальневосточный государственный аграрный университет», заведующая кафедрой «Технология переработки продукции животноводства»

Германская Людмила Геннадьевна,

кандидат технических наук, Автономная некоммерческая организация высшего профессионального образования «Омский экономический институт», доцент кафедры «Технология продуктов питания и сервиса»

Ведущая организация: Федеральное государственное авто-

номное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Северо-Кавказский федеральный университет»

Защита диссертации состоится «23» июня 2015 года в 10-00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.089.01 при ФГБОУ ВО «Кемеровский технологический институт пищевой промышленности (университет)» по адресу: 650056, г. Кемерово, бульвар Строителей, 47, 4 лек. ауд., тел. 8(384-2)39-05-37.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке и на официальном сайте ФГБОУ ВО «Кемеровский технологический институт пищевой промышленности (университет)» (http://nu.kemtipp.ru).

Автореферат разослан « » мая 2015 г.

Учёный секретарь

диссертационного совета Кригер Ольга Владимировна

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования. На российском рынке молочных продуктов основная часть ассортимента кисломолочных напитков вырабатывается преимущественно резервуарным способом. Зачастую такие продукты имеют жидкую, неоднородную, хлопьевидную консистенцию с отстоем сыворотки, что обуславливается влиянием интенсивного механического воздействия на сформированный кислотный сгусток.

В условиях рыночной конкуренции спрос на кисломолочную продукцию термостатного способа производства при более высокой стоимости в сравнении с продукцией питьевого типа может обуславливаться только высокими потребительскими свойствами.

Термостатное производство имеет ряд технологических ограничений, связанных, главным образом, с тем, что стационарные условия термостатных и хладостат-ных камер, в которых поддерживаются постоянные температурные режимы, резко сокращают возможности регулирования процесса гелеобразования сгустков. В таком случае, крайне затруднительно оперативно и своевременно скорректировать условия скашивания молока и охлаждения сгустков.

Решение задачи, позволяющей устранить обозначенные выше ограничения, представляется возможным в ходе модернизации термостатного способа производства кисломолочных продуктов путем внедрения методов контроля технологических процессов, обеспечивающих гибкость в управлении температурно-временными режимами.

Степень разработанности темы. Результаты теоретических и практических исследований процесса гелеобразования с учетом оказываемого воздействия технологических факторов на свойства белковых сгустков отражены в трудах П.Ф. Дьяченко, P.M. Раманаускаса, С.К. Урбене, З.Х. Диланяна, H.H. Липатова, В.П. Табачникова, A.B. Гудкова, Г.В. Твердохлеб, Г.Н. Крусь, JT.A. Забодаловой, A.A. Майорова, A.M. Осинцева и других ученых.

Цель работы и задачи исследований. Основной целью данной работы является совершенствование термостатного способа производства кисломолочных напитков (на примере йогурта) путем использования методов контроля и управления технологическими процессами сквашивания молока и охлаждения сгустка.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

- исследовать химический состав, физико-химические и микробиологические свойства сырого молока, их сезонные изменения и обосновать требования к показателям качества сырья предназначенного для производства кисломолочных продуктов с учетом режимов осуществляемых технологических операций;

- обосновать компонентный состав кисломолочного продукта посредством анализа органолешических и сннеретических свойств опытных образцов йогурта;

- изучить процесс гелеобразования микрофлорой лиофилизированных DVS куль-гур, установить оптимальный состав микрофлоры и температурные режимы операции сквашивания;

- исследовать процессы теплообмена при производстве йогурта термостатным способом и изучить теплофизические свойства кислотных сгустков на стадии их охлаждения;

- разработать метод установления оптимальных температурно-временных режимов охлаждения кисломолочных продуктов;

L'

- исследовать показатели качества йогурта, выработанного термостатным способом с применение.« этапа краткосрочного охлаждения в соответствии с установленными режимами;

- разработать рекомендации и нормативную документацию для производства йогурта термостатным способом. Провести опытно-промышленные испытания в условиях предприятия ОАО «Магнитогорский молочный комбинат».

Научная новизна работы. Впервые разработан алгоритм, выполнение последовательных действий которого позволяет точно определить продолжительность операции охлаждения кислотных сгустков при известных условиях внешней среды. Установлены температурные диапазоны охлаждающей среды, а также диапазон времени, за которое следует охладить готовый продукт. Предлагаемый алгоритм является дополнительным инструментом контроля процессов сквашивания и охлаждения сформированных кислотных сгустков.

Новизна технологического решения состоит в применении, установленных по алгоритму, температурно-временных режимов охлаждения в производстве кисломолочных напитков термостатным способом, обеспечивающих совершенствование технологии и получение готовых продуктов с заданными свойствами.

Теоретическая и практическая значимость работы. На основании полученных в ходе исследований результатов разработана технология йогурта, вырабатываемого термостатным способом с применением этапа краткосрочного охлаждения сформированного сгустка, и нормативная документация для производства йогурта «Классического».

Результаты выполненных исследований использованы в учебном процессе при реализации основных образовательных программ по подготовке магистров по направлению 190303 - «Продукты питания животного происхождения» на кафедре «Технология молока и молочных продуктов» Кемеровского технологического института пищевой промышленности (университет).

Методология и методы исследований. При выполнении работы применялись стандартные, общепринятые и модифицированные методы исследований химического состава, органолептических, физико-химических и реологических свойств, а также микробиологических показателей сырья и готовой продукции. Математическая обработка экспериментальных данных и их графическое представление, а также статистический и регрессивный анализы выполнены с помощью программы Microsoft Excel 2007.

Основные положения, выносимые на защиту:

- результаты экспериментального исследования процессов теплообмена при производстве йогурта термостатным способом;

- алгоритм и описание разработанного метода установления оптимальных температурно-временных режимов охлаждения кисломолочных продуктов;

- результаты применения, установленных по алгоритму, режимов охлаждения в производстве йогурта термостатным способом;

- технологическая схема и описание технологии йогурта, вырабатываемого термостатным способом с применением этапа краткосрочного охлаждения сформированного сгустка.

Достоверность результатов подтверждается достаточной повторностью и воспроизводимостью экспериментальных данных, полученных в ходе исследований,

их математической обработкой, проведением опытно-промышленных испытаний нового технологического решения.

Апробация результатов. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на научных конференциях: «Пищевые продукты и здоровье человека» (Кемерово, 2010), «Актуальные проблемы современной науки, техники и образования» (Магнитогорск, 2010), «Инновационное развитие современной науки», (Уфа, 2014), «Вопросы развития современной науки», (Уфа, 2014).

Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 8 печатных работ, в том числе 3 в журналах, рекомендованных ВАК России.

Структура и объём работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырёх глав, заключения, списка литературы и приложений. Основное содержание работы изложено на 137 страницах, содержит 43 таблицы, 25 рисунков, 163 литературных источника.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

Введение. Обоснована актуальность выбранного направления научных исследований.

Обзор литературы. Рассмотрен процесс кислотной коагуляции казеина, как основной этап технологии производства кисломолочных продуктов. Приведены сведения о влиянии технологических факторов на процесс гелеобразования и свойства кислотных сгустков. Выполнен сравнительный анализ способов производства кисломолочных напитков, отражены актуальные технологические задачи в производстве кисломолочной продукции резервуарным и термостатным способами. Представлен обзор методов контроля формирования сгустков и перспективные направления в разработке методов комплексного мониторинга процесса гелеобразования.

Аналитический обзор литературных данных позволяет считать разработку методов контроля процесса гелеобразования кислотных сгустков актуальной задачей, реализация которой направлена на производство продуктов с заданными потребительскими свойствами.

Организация эксперимента, объекты и методы исследований. Теоретические и экспериментальные исследования выполнены на кафедре технологии молока и молочных продуктов Кемеровского технологического института пищевой промышленности, на кафедре стандартизации, сертификации и технологии продуктов питания Магнитогорского государственного технического университета, а также в лабораториях предприятия ОАО «Магнитогорский молочный комбинат».

Исследования проведены в соответствии с поставленными задачами согласно общей схеме, представленной на рисунке 1.

На первом этапе исследованы показатели качества сырого молока (химический состав, физико-химические свойства и микробиологические показатели); а также их сезонные изменения. Сформулированы и обоснованы требования к качеству сырого молока для производства кисломолочной продукции.

На втором этапе установлен компонентный состав нормализованной смеси для производства йогурта, обеспечивающий его высокие органолептические и синерети-ческие свойства. Влияние массовой доли жира и массовой доли COMO на органолептические свойства йогурта анализировали профильным методом. Влияние массовой доли жира и массовой доли белка на синеретические свойства сгустка определяли

Ü F?

'd.

я

N

I

Ó a

tr>

a

S¡3

.Sá« ä g 3 И

g tj *J « S 3

a 3 a

Ile Sil

ч *t Si

III Ш

si

a

M

I

Ii-

о. л ||

я Я

3 s? о

á f л1

5 !

и :

Ii

И g

M

ю О

I

5,

G

путем измерения объема сформированных кислотных сгустков и выделившейся сыворотки.

На третьем этапе рассматривали влияние микрофлоры БУБ культур на струк-турообразование кислотных гелей. На основании результатов анализа динамики кис-лотообразования в течение сквашивания при различных температурных режимах, продолжительности формирования сгустков, а также характера сформированных сгустков определены рекомендуемый к применению состав микрофлоры ЭУЭ культур и оптимальные условия ее развития.

Четвертый этап посвящен изучению процессов теплообмена при производстве йогурта термостатным способом. Исследованы теплофизические свойства кислотных гелей с различным химическим составом в процессе их охлаждения при варьировании температуры внешней охлаждающей среды.

Разработан алгоритм, выполнение последовательных действий которого позволяет определить продолжительность операции охлаждения сформированных кислотных сгустков при известных условиях внешней среды.

С целью получения объективных результатов, подтверждающих эффективность применения разработанного алгоритма выбора оптимальных температурно-временных режимов охлаждения кисломолочных напитков.

На пятом этапе проведен сравнительный анализ показателей качества опытного и контрольного образцов йогурта в процессе хранения.

Практическая реализация исследований состояла в разработке на заключительном этапе рекомендаций по применению в производственных условиях метода установления оптимальных температурно-временных режимов охлаждения кисломолочных продуктов, а также нормативной документации для производства йогурта термостатным способом.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Исследование сезонных изменений химического состава и технологических свойств молока

Исследованы химический состав, физико-химические и микробиологические свойства сырого молока, поступающего на ОАО «Магнитогорский молочный комбинат» (табл.1), и их сезонные изменения. Обоснованы требования к показателям качества сырья предназначенного для производства кисломолочных продуктов. Таблица 1 - Среднестатистические данные физико-химических свойств

Наименование Титруемая Плотность. Термо- Редук- КМАФАнМ, Содержание сома-

сельскохозяйствен- кислот- кг/м1 мо- тазная КОЕ/см3, тических

ного комплекса ность, °Т устой- чи-вость. группа проба, класс не более клеток в 1 см3, не более

ЗЛО «Агаповское» 18,0 1027,0-1028,0 11 1 5Х105 2.23x105

СПК «Байрамгул» 17,0-18,0 1028.0 II I 5х 105 1.32х 105

ООО «Зингейка» 18.0 1027,0-1028,0 Ш 1 5 х 105 1.81хЮ5

СПК «Озерный» 17,0-18,0 1028,0 II высший 5Х105 1.53х 105

ООО «Октябрьское» 17,0-18,0 1028,0 II высший 1х10! 1,88х 105

ЗЛО «Покровка» 18,0 1028,0 11 высший 1*105 1,60х105

s

Из шести рассматриваемых образцов сырого молока только три. поставляемые СПК «Озерный», ООО «Октябрьское» и ЗАО «Покровка», соответствовали установленным требованиям. Сырье из перечисленных сельскохозяйственных комплексов рекомендовано к использованию для производства кисломолочной продукции.

Обоснование компонентного состава нормализованной смеси для производства кисломолочного продукта

С целью определения оптимального компонентного состава нормализованной смеси, обеспечивающего наиболее высокие потребительские свойства продукта, для исследований выработаны 16 образцов йогурта с различным содержанием молочного жира и COMO при сохранении прочих равных условий. Опытным образцам присвоены порядковые номера согласно матрице эксперимента, указанной в таблице 2.

Таблица 2 - Матрица планирования эксперимента по варьированию состава опытных образцов йогурта

Значение показателя Массовая доля жира, %

0,1 2,5 4,0 6,0

Массовая доля COMO. % 8,0 1 2 3 4

10,0 5 6 7 8

12,0 9 10 11 12

14,0 13 14 15 16

Результаты органолептической оценки представлены графически в виде про-филограмм на рисунках 2 и 3.

Рисунок 2 — Профили вкуса, запаха

и аромата а - чистые вкус, запах и аромат: Ь - сливочный вкус; с — неполный, водянистый вкус; (1 - излишне кислый вкус; е - посторонние вкус, запах и аромат.

Рисунок 3 - Профили внешнего вида, цвета, структуры и консистенции а - однородность поверхности; Ь — отстой сыворотки; с - молочно-белый оттенок; (1 - плотность сгустка; е — сметанооб-разная консистенция; Г — рыхлая, дряблая консистенция; § — мучнистая консистенция.

Согласно полученным экспериментальным данным и анализа сенсорных профилей исследуемых образцов йогурта, установлены пределы варьирования состава: массовой доли жира и COMO в нормализованной смеси, значения которых составили от 2,5 % до 6,0 % и от 10,0 % до 12,0 %, соответственно.

В проведенных исследованиях в качестве технологического показателя, позволяющего объективно оценить эффективность встраивания молочного жира и белка в структуру геля при производстве кисломолочных продуктов, рассматривались си-неретические свойства сформированных кислотных сгустков. В ходе эксперимента варьировали состав йогурта согласно матрице, указанной в таблице 2, и измеряли количество выделившейся сыворотки.

Зависимость синеретических свойств опытных образцов йогурта 1-16 от состава нормализованной смеси проиллюстрирована на рисунке 4.

Рисунок 4 - Влияние массовой доли жира и массовой доли белка

в составе кислотных сгустков на их синеретические свойства

Экспериментальные данные подтверждают целесообразность применения сухого обезжиренного молока на этапе нормализации молочной смеси для повышения содержания белка в составе кислотных сгустков и исключения возможности расслоения сформированного сгустка и выделения на его поверхности сыворотки в течение хранения, транспортирования и реализации готовой продукции.

Увеличение массовой доли белка в составе опытных образцов йогурта 5-8 до 3,7-3.8 %, и в образцах йогурта 9-12 до 4,4-4,5 % приводит к формированию разветвленной и прочно связанной структурной сетки кислотных сгустков за счет большего количества белковых прядей на единицу объема молока, и, следовательно, улучшению их влагоудерживающей способности и сокращению объема выделившейся сыворотки в диапазонах от 80.0 % до 70.0 % и от 76,0 % до 62,0 %, соответственно.

На основании анализа синеретических свойств кислотных сгустков определены рекомендуемые пределы варьирования их состава, которые согласуются с результатами органолептической оценкой исследуемых образцов йогурта.

Обоснование применения лиофилизнрованных БУв культур при производстве йогурта термостатным способом

Характеристика используемых в исследованиях лиофилизнрованных БУЭ культур отражена в таблице 3.

Таблица 3 - Характеристика исследуемых лиофилизнрованных DYS культур

Характеристика Наименование заквасочной культуры

St-Bodv 3 АВТ-5 YF-L811

Вид микрофлоры 1) Streptococcus thermophilus 1) Streptococcus thermophilus 2) Lactobacillus acidophilus 3) Bifidobacterium longum 1) Streptococcus thermophilus 2) Lactobacillus delbruekii подвид bulgaricus

Минимальная клеточная концентрация. КОЕ/г IxlO10 5xl0'° 5x10"

Оптимальная температура сквашивания, °С 37-43 37-43 37-43

Активная кислотность, рН 4,9-5,2 4,8-5,1 4,5-4,8

Варьирование состава микрофлоры заквасочной культуры и температурных режимов сквашивания осуществлялось согласно матрице эксперимента, представленной в таблице 4.

На основании результатов анализа динамики кислотообразования в течение сквашивания при различных температурных режимах, продолжительности формирования сгустков, а также характера сформированных сгустков определены рекомендуемый к применению состав микрофлоры DVS культур и оптимальные условия ее развития.

Для производства йогурта рекомендованы к использованию комбинации DVS культур: St-Body 3 + YF-L811 и St-Body 3 + АВТ-5 за счет увеличения в составе доли Streptococcus thermophilus; и установлены из ряда предлагаемых производителем заквасок оптимальные температурные параметры ферментации.

Таблица 4 - Матрица планирования эксперимента по варьированию состава микрофлоры заквасочной культуры и температурных режимов сквашивания

Номер Температура сква- Наименование заквасочной культуры

образца шивания, °С 51-Вос1у 3 АВТ-5 УР-1_811

1 +

2 +

3 37-38 +

4 + +

5 + +

6 +

7 +

8 39-40 +

9 + +

10 + +■

И +

12 +

13 41—42 +

14 + +

15 + +

Процесс ферментации в условиях термостатной камеры при температуре 41-42 °С характеризуется активным кислотообразованием, заданный температурный режим обеспечивает достижение продуктом требуемой кислотности по окончании 5-6 часов сквашивания.

Исследование процессов теплообмена при производстве йогурта термостатным способом

Дифференциальное уравнение теплопроводности при отсутствии внутренних источников теплоты имеет вид:

с/ (д!1 д21 дЧ

Принимая, что поле избыточной температуры автомодельно по времени, т.е. остается подобным при изменении времени, то начиная с некоторого момента, избыточная температура отдельных точек тела престает зависеть от начальных условий и приведенное выше дифференциальное уравнение можно выразить следующим образом:

9 = 1р{х,у,2)хе""', (2)

где т - темп нагрева или охлаждения, 1/мин;

г - продолжительность нагрева пли охлаждения, мин. Для среднемассовой температуры тела получаем:

Э = (3)

Зная температуру охлаждающей среды („ и изменения среднемассовой температуры тела 9 в диапазоне от (, до 12 в течение времени г то, решая вышеприведенное уравнение, можно установить темп охлаждения и, следовательно, время г' достижения требуемой температуры /' (температуры прекращения развития молочнокислого брожения, ;'= 12±2 °С):

-ó-Ц'Ч.) (5)

m

В ходе эксперимента исследовали теплофизические свойства кислотных сгустков с различным содержанием жира и COMO в нормализованной смеси (сформированных при температуре сквашивания Í, =40 °С) в процессе их охлаждения при варьировании условий внешней охлаждающей среды t0.

Таблица 5 - Параметры исследуемой системы

Входные параметры Регулируемые внешние параметры Выходные параметры

Температура сквашивания продукта, i, =40 °С Температура охлаждающей среды: 1) f0 =10°С; 2) í0=4°C; 3) ?0 =0°С; 4) f0 =-10°С; 5) С0 =-18°С. Температура продукта после охлаждения.

Массовая доля жира в продукте Продолжительность операции охлаждения, Г

Массовая доля COMO в продукте

Варьирование состава йогурта осуществлялось согласно матрице эксперимента, указанной в таблице 2. Масса исследуемых образцов составляла 250 г и 500 г.

Измерение температуры готового продукта в полимерной потребительской упаковке объемом 250 мл и 500 мл осуществлялось при помощи двухканального терморегулятора марки «2ТРМ-1» с использованием термопар, расположенных в трех точках опытного образца (рис. 5):

- с внешней стороны потребительской упаковки (точка I);

- с внутренней стороны тары в пристеночном слое (точка 2);

- в центре продукта (точка 3).

Рисунок 5 - Точки измерения температуры продукта с использованием термопар терморегулятора марки «2ТРМ-1»

Показания терморегулятора «2ТРМ-1» фиксировали через интервал времени Дг- = 3мин. Анализировали изменение температуры продукта (в диапазоне от ¿,до Г2)

в течение охлаждения, температуру продукта после охлаждения Í, и продолжительность этой операции г.

Полученные экспериментальные данные использовались для вычисления темпов охлаждения опытных образцов йогурта по формуле (4). Согласно экспериментальным данным, изменения темпов охлаждения при варьировании массы опытных образцов йогурта (250 г; 500 г) и его компонентного состава в целом незначительны. Таким образом, определяющими темп охлаждения кислотных сгустков факторами, являются условия внешней среды.

В этой связи, считаем допустимым анализировать процессы теплопередачи кислотных гелей, компонентный состав которых рекомендован в соответствие с результатами органолептического анализа, полученными в ходе выполненных исследований, например, с массовой долей жира 4,0 % и COMO 12,0 %.

Рисунок 6 - Зависимость темпов охлаждения опытного образца йогурта с массовой долей жира 4.0 % и COMO 12,0 % от температуры внешней охлаждающей среды

С помощью программы MS Excel были установлены эмпирические уравнения темпов охлаждения опытного образца йогурта с массовой долей жира 4.0 % и COMO 12.0 % в пристеночном пространстве (6) и в центре продукта (7):

'".„„„,Р„,™ = —0,00084х + 0,01803 (6)

'»„ =-2x10"6 х 4„,ы - 3,3 X 10"5 х f ^ - 5,5 X 10 4 X <фа1ы + 0,015 27 (7)

Установленные выше эмпирические уравнения темпов охлаждения использованы в разработке метода подбора температурно-временных режимов охлаждения кисломолочных продуктов.

Предлагаемый механизм регулирования процессов охлаждения кисломолочных напитков предусматривает выполнение следующих условий - введенных технологических ограничений, обусловленных необходимостью сохранения качества готовой продукции:

-20 -10 О 10 Температуря чх/иждаюшеи среды, с —1— внешняя стенка —внутренняя стенка --—центр

-внутренняя стенка

----цент])

V - -0.00084* + 0,01303 R- - 0.98033 V - -О.ОООООЗх*- О.ООООЗЗх'- 0.000547х i 0.015271 R-' 0.0382 25

даоо-

- с целью предотвращения возможного замораживания кислотного геля и вы-кристаллизации влаги, температуру в пристеночном пространстве ¡ птр принимаем равной не ниже О °С;

- с целью предотвращения развития молочнокислого брожения, температуру сформированного сгустка в центре потребительской упаковки < принимаем равной 12±2°С.

Па основании полученных экспериментальных данных и установленных технологических ограничений, осуществлен подбор температурно-временных режимов охлаждения по следующей схеме:

Рисунок 7 - Блок-схема метода установления оптимальных температурно-временных режимов охлаждения кисломолочных продуктов

Результаты реализации модели представлены на рисунке 8. Таким образом, разработан алгоритм, выполнение последовательных действий которого позволяет точно определить продолжительность операции охлаждения кислотных сгустков при известных условиях внешней среды.

Предельно допустимое время охлаждения продукта до температуры в пристеночном слое О °С'

Температура охлаждающей ^рс.сы. С

Температура продукта в центре, достигаемая в течение предельного времени охлаждения

Рисунок 8 - Зависимость предельно допустимого времени охлаждения и температуры продукта, достигаемой за это время, от условий охлаждающей среды

Проведенный анализ позволил установить температурно-временные режимы охлаждения кислотных сгустков с учетом введенных технологических ограничений (табл. 6).

Таблица 6 - Режимы охлаждения сформированных кислотных сгустков

Технологические ограничения Температурно-временные параметры режима охлаждения

Требуемая температура продукта в центре упаковки, "С Продолжительность охлаждения, мин Температура охлаждающей среды. °С

15 60 -10,0

14 66 -9.0

13 72 -8,0

12 76 -7,5

11 80 -7,0

10 84 -6,5

В технологическом процессе производства йогурта термостатным способом рекомендовано проведение операции охлаждения сформированных сгустков при температуре внешней среды -10...-6 °С в течение 60-85 мин. что обеспечивает достижение продуктом температуры в центре потребительской упаковки от 15 "С до 10 °С, соответственно. Оптимальные параметры режима охлаждения в промышленных условиях конкретного предприятия могут варьироваться в пределах указанного диапазона.

Таким образом, результатом исследования процессов теплообмена при произ-. водстве йогурта термостатным способом стала разработка метода установления оптимальных температурно-временных режимов охлаждения сформированных кислотных сгустков.

Исследование показателей качества йогурта в процессе хранения

С целью получения объективных результатов, подтверждающих эффективность применения, разработанного алгоритма выбора оптимальных температурно-временных режимов охлаждения кисломолочных продуктов, проведен сравнительный анализ показателей качества опытных и контрольных образцов йогурта в процессе хранения. Опытные образцы йогурта вырабатывали с применением рекомендуемых режимов охлаждения кислотных сгустков. В качестве контрольного образца рассматривался йогурт, выработанный термостатным способом и охлажденный в условиях хладостатной камеры при традиционных режимах 4 °С.

В готовых продуктах определены стандартными методами физико-химические и органолептические свойства, микробиологические показатели, проанализированы их изменения в процессе хранения для установления гарантированных сроков годности.

Полученные в ходе эксперимента результаты подтверждают, что краткосрочное охлаждение сформированных кислотных сгустков при температуре -10...-6 °С в течение 60-85 мин обеспечивает своевременное прекращение развития молочнокислого брожения, предотвращает тем самым рост титруемой кислотности, образование пороков в готовых продуктах в течение 10 суток. Определен гарантированный срок хранения опытных образцов йогурта - 10 суток и контрольного образца - 5 суток.

ПРАКТИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ

Исследования, проведенные на предыдущих этапах работы, являются необходимыми и вполне достаточными для усовершенствования технологии и модернизации технологического процесса производства кисломолочных продуктов термостатным способом.

На заключительном этапе выполненных исследований разработана технология йогурта «Классического», вырабатываемого термостатным способом с применением этапа краткосрочного охлаждения сгустка и обоснованы установленные режимы технологического процесса производства.

Технологическая блок-схема процесса производства йогурта «Классического» представлена на рисунке 9.

Опытно-промышленные испытания разработанной технологии йогурта «Классического» с применением метода по установлению оптимальных температурно-временных режимов охлаждения проведены в условиях предприятия ОАО «Магнитогорский молочный комбинат».

Полученные в ходе опытно-промышленных испытаний сведения учтены при планировании расширения ассортимента вырабатываемой продукции на Магнитогорском молочном комбинате.

Разработана нормативная документация для производства йогурта «Классического»: технические условия (ТУ 9222-006-51469499-14) и технологическая инструкция.

Приемка сырого молока. Очистка, охлаждение, резервирование Показатели в соответствии с НД. при 1 = 2...6 "С, не более 6 часов

Насосы центробежные, фильтры, счетчики для молока, охладители пластинчатые, резервуары

1

Подогрев, очистка, сепарирование температура: 1 = 35...40 "С

Автоматизированная пластинчатая пастеризационно-охладительная установка (АППОУ), сепараторы

1

Пастеризация обезжиренного молока, резервирование сливок температура: 1= 82...86 "С; выдержка: 3 с

Автоматизированная пластинчатая пастеризационно-охладительная установка (АППОУ), резервуары

Восстановление Нормализация смеси по м.д.ж. и м.д.СОМО при 1 = 35. ..40 "С

сухого молока, Нормализация в потоке или смешением. или

выдержка резервуары при 1 = 2...6 "С

Гомогенизация 1 = 55...65 °С; Р =12.5... 17.5 МПа

Гомогенизатор

1

Пастеризация температура: 1 = 90...94 °С; выдержка: 2...3 мин

Теплообменный аппарат

Охлаждение до температуры заквашивания температура: 1 = 41. ..42 "С

Теплообменный аппарат

I

Закваска в количестве Заквашивание, перемешивание

5.0 % от объема Резервуар для температура:

заквашиваемой смеси кисломолочных напнтков 1 = 41 ...42 °С

I

Розлив, упаковывание, маркировка при 1 = 41...42 °С

Автомат для розлива

1

Сквашивание в течение 4.. .5 часов до кислотности сгустка 75...110 °Т

Термостатная камера (1 среды = 41.. .42 °С)

Краткосрочное охлаждение в течение 60...85 мин до температуры: 1= 10...12°С

Хладостатная камера(1 среды = -10...-6°С)

1

Доохлаждение, хранение на складе готовой продукции предприятия-изготовителя при 1 = 2...6 °С, не более 18 часов

Рисунок 9 - Технологическая блок-схема процесса производства йогурта «Классического» термостатным способом

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Исследованы химический состав, физико-химические и микробиологические свойства сырого молока, поступающего на ОАО «Магнитогорский .молочный комбинат», и их сезонные изменения. Обоснованы требования к показателям качества сырья, предназначенного для производства кисломолочных продуктов.

2. Обоснован компонентный состав йогурта в соответствии с анализом его органо-лептических и синеретических свойств. Установлены пределы варьирования состава: массовой доли жира и COMO в нормализованной смеси, значения которых составили от 2,5 % до 6,0 % и от 10,0 % до 12,0 %, соответственно.

3. Изучен процесс гелеобразования микрофлорой лиофилизированных DVS культур. Для производства йогурта рекомендованы к использованию комбинации DVS культур: St-Body 3 + YF-L811 и St-Body 3 + АВТ-5; и определены температурные режимы операции сквашивания 41...42 "С.

4. Исследованы процессы теплообмена при производстве йогурта термостатным способом и изучены теплофизические свойства кислотных сгустков на стадии их охлаждения; разработан метод установления оптимальных температурно-временных режимов охлаждения кисломолочных продуктов, выполнение последовательных действий которого позволяет точно определить продолжительность операции охлаждения кислотных сгустков при известных условиях внешней среды;

5. Разработаны рекомендации по применению метода установления оптимальных температурно-временных режимов охлаждения кисломолочных продуктов, согласно которым краткосрочное охлаждение сформированных сгустков до температуры прекращения развития молочнокислой микрофлоры 10-12 °С предлагается проводить в хладостатной камере при температуре охлаждающей воздушной среды -10. ..-6 °С в течение 60-85 мин.

6. Исследованы показатели качества йогурта, выработанного термостатным способом с применением этапа краткосрочного охлаждения в соответствии с установленными режимами. Подтверждена эффективность применяемых режимов охлаждения. Определен гарантированный срок хранения йогурта - 10 суток;

7. Разработана технология йогурта «Классического», вырабатываемого термостатным способом, с применением этапа краткосрочного охлаждения сформированного сгустка. Утверждена нормативная документация для производства йогурта «Классического»: технические условия (ТУ 9222-006-51469499-14) и технологическая инструкция. Проведены опытно-промышленные испытания предлагаемой технологии на предприятии ОАО «Магнитогорский молочный комбинат».

По материалам диссертации опубликованы следующие работы

1. Смирнова И.А. Разработка метода установления рациональных температурно-временных режимов охлаждения кисломолочных продуктов / И.А. Смирнова, И.В. Гралевская, Е.О. Афанасьева // Техника и технология пищевых производств. - 2014. - № 1,-С. 8-16.

2. Смирнова И.А. Разработка технологии производства йогурта термостатным способом с применением этапа краткосрочного охлаждения сформированного сгустка / И.А. Смирнова, И.В. Гралевская, Е.О. Афанасьева // Техника и технология пищевых производств. - 2014. -№ 2. - С. 97-101.

3. Смирнова И.А. Совершенствование производства кисломолочных продуктов термостатным способом / И.А. Смирнова, М.Д. Хатминская, Е.О. Афанасьева // Молочная промышленность. - 2014. -№ 9. - С. 58-59.

4. Афанасьева Е.О. Разработка метода по установлению оптимальных режимов охлаждения кислотных гелей / Е.О. Афанасьева, Е.М. Лобачева, А.Д. Гулбани // Сборник статей Международной научно-практической конференции: «Инновационное развитие современной науки», часть 8. - Уфа: РИЦ БашГУ, 2014. - С. 9-10.

5. Афанасьева Е.О. К вопросу влияния технологических факторов на процесс гелеобразования в производстве йогурта / Е.О. Афанасьева, А.Г. Колунц, Ю.С. Шуль-женко // Сборник статей Международной научно-практической конференции: «Инновационное развитие современной науки», часть 8. - Уфа: РИЦ БашГУ, 2014. - С. 10-13.

6. Хатминская М.Д. Применение профильного метода в оценке органолептиче-ских свойств йогурта / М.Д. Хатминская. Е.О. Афанасьева, А.Г. Колунц // Материалы Международной научно-практической конференции: «Вопросы развития современной науки», часть 2. - Уфа: РИО ИЦИПТ, 2014. - С. 60-64.

7. Манылов C.B. Исследования режимов нестационарной теплопроводности при охлаждении кисломолочных напитков / C.B. Манылов, Е.О. Афанасьева // Материалы 68-й межрегиональной научно-технической конференции: «Актуальные проблемы современной науки, техники и образования». - Магнитогорск: МГТУ им. Носова. 2010. - С. 183-184.

8. Манылов C.B. Исследование процессов теплообмена при производстве кисломолочных напитков термостатным способом / C.B. Манылов, Е.О. Афанасьева // Материалы III Всероссийской конференции студентов, аспирантов и молодых ученых: «Пищевые продукты и здоровье человека». - Кемерово: КемТИПП, 2010. - С. 290.

Подписано в печать 22.04.2015. Формат 60x86/16. Тираж 20 экз. Объем 1,25 п.л. Заказ № 25. Кемеровский технологический институт пищевой промышленности. 650056, г. Кемерово, б-р Строителей, 47. Отпечатано в лаборатории множительной техники КемТИППа. 650002, г. Кемерово, ул. Институтская, 7