Документ 2182567

2
3
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы. Производство молочных продуктов на основе сухого сырья широко известно в мировой практике и преследует цель максимального удовлетворения потребностей различных социально-возрастных групп населения в полноценных продуктах питания. Научные основы по использованию сухих компонентов
заложены учеными Липатовым Н.Н., Харитоновым В.Д., Цкитишвили З.М. и др.
Применение сухих молочных компонентов возможно по нескольким направлениям. Одним из наиболее важных является их использование в качестве исходного сырья для производства молочных продуктов. Значимость данного направления обусловлена рядом факторов, среди которых возможность обеспечения полноценными продуктами населения регионов, в которых отсутствует натуральное молоко; снижение
дефицита молочного сырья, возникающего на крупных молокоперерабатывающих
предприятиях в период межсезонья или на заводах, находящихся на значительном
удалении от молочных ферм.
Роль молочных продуктов в рациональном питании современного человека
трудно переоценить. В полной мере это относится к творогу и творожным продуктам.
Поскольку производство творога – процесс весьма трудоемкий и требует значительных затрат сырья, применение сухих компонентов в данном случае можно считать целесообразным. С другой стороны, хорошо известно, что в настоящее время приоритетным направлением в производстве молочных продуктов является комбинирование сырья различных классов, применение разнообразных обогащающих добавок, то есть
производство многокомпонентных полифункциональных продуктов на молочной основе. Теоретические и практические аспекты создания данных продуктов представлены в трудах Липатова Н.Н. (ст.), Липатова Н.Н. (мл.), Рогова И.А., Остроумова Л.А.,
Зобковой З.С., Забодаловой Л.А., Дунченко Н.И., Гавриловой Н.Б., Захаровой Н.П.,
Захаровой Л.М. и др.
При производстве творожных продуктов из сухих компонентов наряду с сухим
молоком и молочными белковыми компонентами представляет интерес применение
сухого сырья других классов, в частности, сырья растительного происхождения, например, изолятов соевых, пшеничных белков, а также различных круп. Это позволит
повысить сбалансированность продукта по аминокислотному составу и частично сэкономить молочное сырье. Хорошая сочетаемость творожной основы с различными
вкусовыми ингредиентами позволит создать ассортиментный ряд продуктов для широкого круга потребителей, в том числе для людей пожилого возраста.
В основу рабочей гипотезы положено предположение о том, что разработка рецептуры пастообразного продукта на основе сухого обезжиренного молока (СОМ),
изолированного соевого белка (ИСБ) и зернового компонента (полбы) с учетом требований современной науки о питании позволит получить низкокалорийный пастообразный продукт с повышенной биологической ценностью белкового компонента при частичной экономии молочного сырья.
Цель и задачи исследования. Цель исследования - разработка рецептур и технологии нежирного пастообразного продукта смешанного сырьевого состава на основе
сухого обезжиренного молока и растительных компонентов. Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
 обосновать выбор компонентов для производства пастообразного продукта смешанного сырьевого состава;
4
 изучить растворимость ИСБ в зависимости от различных факторов и определить
рациональный режим его восстановления для составления смеси;
 выбрать закваску, обеспечивающую требуемые органолептические, структурномеханические свойства и влагоудерживающую способность сгустка при получении
пастообразного продукта;
 исследовать влияние массовой доли ИСБ на процессы ферментации молочносоевой смеси и обработки сгустка, а также показатели качества продукта;
 определить необходимую степень дисперсности зернового компонента и способ его
внесения при изготовлении пастообразного продукта;
 оптимизировать количество зернового компонента в продукте с применением методов компьютерного моделирования состава;
 исследовать влияние количества зернового компонента на показатели качества готового продукта;
 определить органолептические, физико-химические, структурно-механические и
микробиологические показатели готового продукта, рассчитать энергетическую и
биологическую ценность;
 обосновать выбор наполнителей для придания продукту вкуса, предпочтительного
для широкого круга потребителей и расширения ассортимента продукции;
 исследовать свойства продукта в процессе хранения и определить допустимые сроки его годности;
 разработать проект технической документации на пастообразный продукт.
Научная новизна:
- установлено влияние тепловой обработки, рН и механического воздействия на
степень восстановления изолированного соевого белка;
- на основании изучения влияния массовой доли ИСБ в смеси на процесс сквашивания и показатели качества сгустка определена доля соевого компонента в смеси,
равная 50 %;
- получены уравнения, характеризующие зависимость титруемой кислотности от
продолжительности сквашивания смеси с различным содержанием соевого и молочного компонентов, а также эффективной вязкости от массовой доли полбы при различных градиентах скорости сдвига;
- с применением обобщенной функции желательности Харрингтона определена
рациональная доля полбы в продукте – 37,5 %, позволяющая повысить биологическую
ценность белковой составляющей пастообразного продукта.
Практическая значимость. Разработаны рецептуры и технология, составлен
проект технической документации (ТУ и ТИ) на производство пастообразного продукта на основе сухого обезжиренного молока и растительных компонентов.
Результаты исследований используются в учебном процессе студентов, обучающихся по направлению 240700 «Биотехнология» профиля «Пищевая биотехнология».
Работа поддержана грантом правительства Санкт-Петербурга серия ПСП
№ 10640 в 2010 г.
Апробация работы. Результаты диссертационной работы были доложены на
международной НПК «Биотехнология. Вода и пищевые продукты» Москва, 2008 г.,
международной НПК «Современный взгляд на производство творога, творожных паст
и сыров: расширение ассортимента, совершенствование технологии и оборудования»
Ставрополь, 2008 г., НПК профессорско-преподавательского состава СПбГУНиПТ в
5
2009-2012 гг., IV и V МНТК «Низкотемпературные и пищевые технологии в XXI веке» Санкт-Петербург, 2009 и 2011 гг., МНТК «Биотехнологические системы в производстве пищевого сырья и продуктов: инновационный потенциал и перспективы развития» Воронеж, 2011.
Публикации. По результатам исследований опубликовано 13 печатных работ, в
том числе 3 в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.
Структура и объем диссертации. Работа включает 5 глав и состоит из введения, обзора литературы, объектов и методов исследования, экспериментальной части,
выводов, списка литературы и приложений. Диссертационная работа изложена на 90
страницах машинописного текста и содержит 54 таблицы и 30 рисунков. Список литературы включает 122 наименования.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Проведен анализ и обобщены литературные данные, отражающие современное
состояние питания населения, применение сухого сырья животного и растительного
происхождения при производстве многокомпонентных продуктов функциональной
направленности.
Методология проведения эксперимента
Объектами исследования служили изолированные соевые белки марок Pro-Vo
500S, Pro-Vo 500U, Pro-Vo DR производства КНР; сухое обезжиренное молоко по
ГОСТ Р 52791-2007; образцы полбы (Triticum dicoccum) сортов Волжская и Белка,
предоставленные ВНИИ растениеводства им. Вавилова и крупа из полбы данных сортов по ТУ 9295-001-92169770-2003; закваски мезофильных лактококков (производитель CHR HANSEN) и МТт – производитель ГУП ВНИМИ-Сибирь РАСХН, а также
сгустки и образцы пастообразного продукта смешанного сырьевого состава.
При проведении исследований применяли стандартные общепринятые в исследовательской практике методы определения физико-химических, органолептических,
микробиологических и структурно-механических показателей.
Структурно-логическая схема проведения исследований представлена на рис. 1.
В ходе эксперимента определяли: 1 – растворимость; 2 – динамику кислотонакопления; 3 – влагоудерживающую способность сгустков; 4 – титруемую кислотность;
5 – активную кислотность; 6 – массовую долю сухих веществ в сыворотке; 7 – массовую долю влаги продукта; 8 – активность воды; 9 – микробиологические показатели;
10 – структурно-механические показатели; 11 – органолептические показатели.
На начальном этапе работы определены цель и задачи исследования, сформулированы требования к составу и свойствам пастообразного продукта и обоснован выбор
сухих компонентов для его производства. Затем исследовано влияние температуры, рН
раствора и интенсивности перемешивания на растворимость ИСБ и определены рациональные режимы его восстановления, выбрана закваска, обеспечивающая требуемые органолептические и синеретические свойства сгустка.
На следующем этапе определяли массовую долю ИСБ в смеси, обеспечивающую
получение сгустка с заданными свойствами и отрабатывали режимы его обработки.
Далее определяли степень дисперсности зернового компонента и способ его внесения.
Для выявления оптимального количества полбы предварительно рассчитывали функцию желательности Харрингтона и показатели биологической ценности белковой составляющей готового продукта. Затем исследовали влияние количества зернового
компонента на качество готового продукта, составляли рецептуру пастообразного
продукта
и
технологическую
схему
процесса
его
производства.
6
АНАЛИТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ РАБОТЫ
Информационно-патентный поиск, постановка
цели и формулирование задач исследования
Изучение медико-биологических требований к продуктам геродиетического питания
Обоснование состава и выбор компонентов для производства пастообразного продукта
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
Определение рациональных условий восстановления ИСБ (1)
Выбор закваски для сквашивания молочно-соевой смеси
различного состава (2,3,9,11)
Определение степени
дисперсности полбы
Исследование влияния соотношения СОМ:ИСБ на
процесс сквашивания смеси, обработку сгустка и показатели
качества продукта (2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11)
Рациональная массовая доля ИСБ в смеси, параметры
основных операций технологического процесса
Выбор способа подготовки и внесения зернового
компонента
Оптимизация рецептуры по содержанию зернового компонента с
учетом функции желательности и показателей биологической
ценности готового продукта для геродиетического питания
Исследование влияния количества зернового компонента на показатели качества
готового продукта (4, 7, 8, 9, 10, 11)
Рациональная массовая доля полбы в пастообразном продукте
Рецептура и технологическая схема производства пастообразного продукта
Оценка показателей качества готового пастообразного продукта, расчет
энергетической и биологической ценности (4, 5, 7, 8, 9, 10, 11)
Определение срока годности пастообразного продукта
Разработка проекта технической документации
Рисунок 1 – Схема проведения исследований
7
На заключительном этапе оценивали качество готового продукта, исследовали
изменение его показателей при хранении, устанавливали допустимый срок годности в
соответствии с МУК 4.2.1847-04 и разрабатывали проект технической документации
на производство пастообразного продукта на основе сухих компонентов.
Экспериментальные исследования проводили в трех-пятикратной повторности.
Статистическую обработку результатов исследований проводили с использованием
компьютерных программ Microsoft Office Excel и Curve Expert, с применением критерия Стьюдента.
Обоснование компонентного состава и определение условий
восстановления сухих компонентов
Обоснование компонентного состава. В качестве компонентов для производства пастообразного продукта были выбраны СОМ, ИСБ и полба. Среди растительных
белков соевые относятся к числу наиболее ценных, так как по аминокислотному составу близки к животным белкам и отличаются более высокой перевариваемостью по
сравнению с другими белками растительного происхождения.
Поскольку белки сои и молока имеют одинаковые лимитирующие аминокислоты, с целью повышения биологической ценности пастообразного продукта в рецептуру
была включена полба – высокобелковый вид пшеницы. Использование ее в качестве
зернового компонента позволяет получить продукт с повышенным содержанием углеводного компонента, недостаток которого в питании может приводить к нарушению
белкового обмена. При добавлении полбы повышается содержание тирозина, который
при ограниченной доле белка способствует увеличению сроков жизни, и количество
серосодержащих аминокислот, которые наряду с глутаминовой кислотой относятся к
алиментарным геропротекторам с антиоксидантными свойствами.
Определение режима восстановления соевого изолята. При разработке технологии пастообразного продукта на первом этапе исследования определяли оптимальные условия восстановления ИСБ, в связи с тем, что процесс восстановления (растворения) является основополагающим при производстве продуктов из сухих компонентов. От него во многом зависит эффективность производства, полнота использования
сухих веществ, качество готового продукта.
Выявлено влияние рН, режима тепловой обработки и интенсивности механического воздействия на растворимость ИСБ, а также совместное влияние тепловой обработки (при которой наблюдалась максимальная растворимость) и механического воздействия.
Значение растворимости ИСБ наиболее высокое в щелочной области рН, отличной от рН исследуемой смеси. Поэтому воздействовать на величину этого показателя
целесообразно, изменяя температуру воды, продолжительность и интенсивность механического воздействия.
Т.к. наибольшая растворимость наблюдается при нагревании раствора ИСБ до
70 ºС, а механическая обработка способствует увеличению растворимости, проводили
исследования по совместному влиянию этих двух факторов.
На основании проведенных исследований был выбран рациональный режим восстановления ИСБ: растворение в дистиллированной воде с температурой 40 ºС, нагревание полученного раствора до 70 ºС и перемешивание при этой температуре в течение 5 мин с помощью мешалки, имеющей частоту вращения 1000 об/мин.
8
Разработка рецептуры и технологии пастообразного продукта
Выбор закваски. Пастообразный продукт приготавливали по технологии творога, производимого из восстановленного молока кислотным способом, разработанной
Цкитишвили З.М. и Липатовым Н.Н. Количество СОМ и ИСБ в смеси брали в соотношениях 75 : 25; 50 : 50; 25 : 75 из расчета массовой доли (м. д.) белка в смеси 3,0 %.
Контролем служил образец без добавления ИСБ. Восстановление компонентов проводили раздельно. Полученную смесь пастеризовали при температуре 78±2 ºС с выдержкой 15 с, охлаждали до температуры заквашивания и вносили активированную закваску в количестве 3 % от массы смеси. Использовали закваску, приготовленную на чистых культурах мезофильных лактококков (I тип), и закваску МТт (II тип) для производства творога ускоренным способом, состоящую из мезофильных лактококков и
термофильных молочнокислых стрептококков.
При увеличении доли ИСБ в смеси образование сгустка наблюдалось при более
низких значениях титруемой кислотности, сгусток был менее прочный, мелкохлопьевидный, при этом в случае использования закваски II типа сгустки характеризовались
значительно меньшей прочностью. Самопрессование проводили в течение 50 мин.
Влагоудерживающая способность сгустков снижалась с увеличением м. д. ИСБ в смеси. При использовании закваски I типа основное количество сыворотки выделялось в
первые 25-30 мин самопрессования, в случае применения закваски II типа интенсивность выделения сыворотки оставалась высокой до конца процесса самопрессования.
При хранении готового пастообразного продукта, приготовленного с применением закваски II типа, было отмечено отделение сыворотки в продукте через сутки.
На основании проведенных исследований был сделан вывод, что закваска, приготовленная на чистых культурах мезофильных лактококков, является более предпочтительной для производства пастообразного продукта смешанного сырьевого состава.
Исследование процесса сквашивания и выбор массовой доли соевого изолята в
смеси. На следующем этапе исследований определяли влияние м. д. ИСБ на процесс
сквашивания смеси, показатели качества сгустка и готового продукта.
Исследование динамики кислотонакопления в процессе сквашивания показало,
что для образцов, содержащих ИСБ в количестве менее 50 %, 5 ч недостаточно для образования плотного сгустка, готового к дальнейшей обработке. Поэтому продолжительность сквашивания была увеличена до 8 ч для всех образцов не зависимо от м. д.
ИСБ в смеси. Результаты, характеризующие изменение титруемой кислотности в процессе сквашивания представлены в табл. 1.
Таблица 1 – Изменение титруемой кислотности в процессе сквашивания образцов опытных
смесей с различной массовой долей ИСБ
Соотношение
СОМ/ИСБ
Кислотность
смеси, ºТ
контроль
75:25
50:50
25:75
14
12
10
8
1
16±1
15±1
13±1
10±1
Титруемая кислотность, ºТ,
при продолжительности сквашивания, ч
2
3
4
5
6
7
21±1 28±1 41±1
59±2
66±2
70±2
21±1 30±1 43±2
54±1
59±2
62±2
17±1 23±1 34±1
39±1
42±2
44±1
16±1 23±1 30±1
31±1
36±1
38±2
8
72±2
62±2
44±1
38±1
Поскольку образцы имели различную начальную кислотность, что обусловлено
соотношением компонентов, анализировали прирост титруемой кислотности (рис. 2).
С увеличением м. д. ИСБ в смеси уменьшается продолжительность сквашивания до
момента, когда наблюдается максимальный прирост кислотности, при этом для обра-
9
о
Т/ч
зования сгустка необходимо меньше времени. На рис. 3 представлены зависимости
максимального прироста титруемой кислотности и времени достижения максимального прироста титруемой кислотности от м. д. ИСБ в смеси. Из графика видно, что с увеличением м. д. ИСБ в смеси уменьшается значение максимального прироста титруемой кислотности и времени достижения этого прироста, т.е. для образования сгустка
необходимо меньше времени, и сгусток образуется при меньшем значении титруемой
кислотности. Уравнения, описывающие зависимость между величиной максимального
прироста титруемой кислотности (у1), отрезка времени, необходимого для его достижения (у2) и м. д. ИСБ (х), имеют вид:
у1 = 8,95 - 0,08x + 0,0004x2
S= 0,22,
R2 = 0,994;
у2 = 4,53 - 0,03x + 0,0002x2
S= 0,11,
R2 = 0,982.
9,5
8,5
7,5
6,5
5,5
4,5
5
4,5
ч
3,5
3
0
25
50
75
Массовая доля ИСБ, %
Рисунок 2 – Влияние компонентного состава на
прирост титруемой кислотности
4
0
25
50
75
Массовая доля ИСБ, %
а
б
Рисунок 3 - Зависимость максимального
прироста кислотности (а) и времени достижения
максимального прироста титруемой
кислотности (б) от м. д. ИСБ
Объем выделившейся
сыворотки, %
На основании исследования процесса сквашивания и качества образующегося
сгустка были сделаны следующие выводы: продолжительность сквашивания уменьшается с увеличением м. д. ИСБ в смеси. Для образцов пастообразного продукта с массовой долей ИСБ 75 и 50 % продолжительность сквашивания составляет 5 ч. Этого времени достаточно для образования плотного сгустка, пригодного для дальнейшей обработки. В случае проведения более длительного процесса сквашивания происходит упрочнение структуры сгустка и его сжатие, т.о. происходит самопроизвольное выпрессовывание сыворотки еще на этапе сквашивания смеси, поэтому сравнение влагоудерживающей способности образцов с различной массовой долей ИСБ, проводили, учитывая увеличение продолжительности
80
контроль (СОМ
сквашивания при уменьшении м. д.
75
100 %)
70
ИСБ в смеси (рис. 4). Из пред65
60
соотношение
ставленного графика видно, что
55
СОМ:ИСБ:
50
наиболее интенсивное отделение сы45
75:25
50:50
40
воротки наблюдается в первые 25 ми35
нут самопрессования, а время, доста30
25:75
5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
точное для самопрессования сгустка,
составляет 30-35 мин для сгустков с
Продолжительность самопрессования, мин
м. д. ИСБ 50 и 75 % и 40-45 мин для
Рисунок 4 – Влагоудерживающая способность
сгустка с м. д. ИСБ 25 % и контроля.
сгустков с различным содержанием ИСБ
При этом увеличение доли соевого
(продолжительность сквашивания для образцов
компонента в смеси приводит к пони1 и 2– 8 ч, для образцов 3 и 4 – 5 ч)
жению влагоудерживающей способ-
10
ности сгустка, возможно, вследствие наличия у глобулинов сои лучших синеретических свойств по сравнению с белками коровьего молока. Полученные данные должны
учитываться при технологической обработке сгустка.
При исследовании процесса сквашивания наряду с титруемой кислотностью определяли активную кислотность сгустков, полученные данные подтверждают установленные по результатам исследования титруемой кислотности закономерности.
При проведении обработки сгустка выявлено, что применение отваривания позволяет снизить потери сухих веществ с сывороткой.
Физико-химические показатели готового продукта с различным содержанием
ИСБ представлены в табл. 2.
Таблица 2 – Физико-химические показатели пастообразного продукта и сыворотки
Показатели
Массовая доля влаги, %
Титруемая кислотность, Т
Массовая доля сухих веществ в сыворотке, %
Титруемая кислотность сыворотки, Т
Соотношение СОМ:ИСБ, %
контроль
75:25
50:50
25:75
79,5±0,4
80,5±0,5 80,4±0,5 80,6±0,5
190±5
176±5
138±4
108±4
5,9±0,4
4,5±0,3
2,9±0,3
2,0±0,3
55±3
46±2
25±2
18±2
Продукт имел однородную, пастообразную консистенцию, цвет от белого до
кремового в зависимости от массовой доли ИСБ в смеси, кисломолочный вкус с привкусом соевого изолята различной интенсивности. При увеличении доли ИСБ в смеси
консистенция сгустка становится менее плотной, а привкус сои более выраженным,
особенно при внесении ИСБ в количестве, превышающем 50 % от массы смеси. Эффективная вязкость уменьшается при увеличении градиента скорости, т.е. структура
пастообразного продукта начинает разрушаться при приложении напряжения. Пастообразный продукт можно отнести к псевдопластическим пищевым продуктам.
На основании анализа полученных результатов рациональным признано соотношение СОМ:ИСБ 50:50, что позволяет получить белковый компонент продукта с
равным содержанием животного и растительного белков.
Поскольку в настоящее время на российском рынке появились ИСБ с улучшенными свойствами, в частности, ИСБ Pro-Vo 500U и Pro-Vo DR, рекомендуемые производителями для изготовления творога и творожных изделий, было проведено сравнительное исследование показателей пастообразных продуктов, выработанных с их применением. В целом показатели качества образцов продукта, приготовленных с различными видами ИСБ, отличались незначительно, хотя продукт, выработанный с ИСБ
Pro-Vo 500U, имел более высокие структурно-механические характеристики. Все исследованные соевые компоненты могут применяться для производства пастообразного
продукта, однако, с учетом того, что Pro-Vo DR обладает наиболее высокой растворимостью, целесообразно рекомендовать именно его для использования в качестве сырьевого компонента.
Выбор рациональной доли зернового компонента в смеси и способа его внесения. При приготовлении пастообразного продукта исследовалось два способа внесения полбы: 1 – сухой измельченный компонент вносили перед пастеризацией в смесь
для приготовления продукта; 2 – измельченную полбу отваривали и вносили в сгусток
после прессования. Первоначально, независимо от способа внесения, она измельчалась
до диаметра частиц 0,5 мм. Такая степень дисперсности была выбрана на основе органолептической оценки образцов смеси с различным размером частиц зернового компонента. Зерновой компонент добавляли в смесь с соотношением СОМ:ИСБ 50:50 %.
11
В результате проведенных исследований был выбран способ внесения полбы в
вареном виде в сгусток после прессования, в связи с тем, что при внесении зернового
компонента в смесь до пастеризации даже в небольшом количестве (1-2 %), полба оседает во время сквашивания, при этом сгусток характеризуется меньшей плотностью, и
интенсивность отделения сыворотки снижается по сравнению с отделением сыворотки
сгустком, выработанном на основе СОМ и ИСБ без добавления полбы.
Добавление полбы в сгусток после прессования позволяет варьировать м. д. зернового компонента в пастообразном продукте для получения заданного состава.
Для определения оптимального состава продукта использовали обобщенную
функцию желательности Харрингтона. Для характеристики разрабатываемого продукта были выбраны следующие показатели: коэффициент аминокислотного соответствия (y1), показатель сопоставимой избыточности (y2), массовая доля полбы (y3), от которой будет зависеть состав разрабатываемого продукта и его биологическая ценность (y4). М. д. полбы варьировали в интервале от 10 до 50 % с шагом 2,5 %. Для каждого из указанных показателей были получены частные функции желательности, на
основании которых выведена обобщенная функция желательности D:
D=exp{-1/4[exp(-0,89+2,06y1)+exp(2,0-4,95y2)+exp(1,9-0,04y3)+exp(-2,5+0,05y4)]}
Наибольшее значение D равное 0,601 получено для образца с м. д. полбы 37,5 %,
на основании чего можно считать, что данный образец является наиболее предпочтительным, т.к. дальнейшее увеличение м. д. зернового компонента в смеси приводит к
уменьшению функции желательности.
Исследование показателей качества готового продукта. На следующем этапе
проводили исследование показателей качества пастообразного продукта с добавлением полбы. Зерновой компонент добавляли из расчета содержания сухой полбы 25; 37,5
и 50 % от массы сгустка после прессования, с целью подтверждения определенной
расчетным путем м. д. зернового компонента с учетом органолептических, физикохимических и структурно-механических показателей продукта.
В связи с тем, что полбу в продукт вносили в вареном виде, увеличение м. д.
зернового компонента приводило к увеличению м. д. влаги готового продукта, поэтому процесс прессования сгустка необходимо вести до содержания влаги равного 74±1 %.
Органолептические показатели готового продукта представлены на рис. 5, физико-химические показатели – в табл. 3.
Таблица 3 – Физико-химические показатели пастообразного продукта с полбой
Показатель
Массовая доля влаги, %
Титруемая кислотность, Т
Массовая доля полбы, %
0
25
37,5
50
74,5±0,4 78,3±0,4 79,8±0,4 80,9±0,5
138±4
126±4
118±4
108±3
Для пастообразного продукта с добавлением полбы были определены также показатели, характеризующие устойчивость структуры продукта к разрушению при механическом воздействии и способность к восстановлению (табл.4).
Для образцов продукта, содержащих 37,5 и 50 % полбы, характерны наиболее
высокие структурно-механические показатели: меньшие значения коэффициента потерь вязкости и коэффициента механической стабильности и более высокие значения
степени восстановления структуры. Но поскольку увеличение м. д. полбы до 50 %
приводит к ухудшению органолептических показателей продукта, рекомендовано к
пастообразной основе добавлять полбу в количестве 37,5 % от ее массы.
12
кисломолочн
ый
свойственный
полбе
5
4
3
2
1
0
однородная
кисломолочн
ый
Вкус
Запах
чистый привкус
полбы
5
4
3
2
1
0
с отделением
сыворотки
чистый
5
4
3
2
1
0
Консистенция
мажущаяся
пастообразная
свойственный
привкус
соевому
соевого
Массовая доля полбы 25 %
изоляту
изолята
равномерный по всему
объему
5
Цвет
4
3
Рисунок 5 – Профилограммы органолептиче2
1
ских показателей для образцов пастообразного
0
кремовый
продукта с полбой
насыщенный
Массовая доля полбы 37,5 %
Массовая доля полбы 50 %
Таблица 4 – Показатели, характеризующие устойчивость структуры образцов пастообразного
продукта с добавлением полбы к разрушению
Массовая доля
полбы, %
0 (контроль)
25
37,5
50
Пη, %
17,6±1,29
19,6±1,33
16,4±1,27
14,3±1,28
КМС
1,2±0,11
1,3±0,12
1,2±0,11
1,2±0,10
Показатели
Вη,%
73,5±2,9
78,6±2,9
86,8±3,1
87,6±3,0
Относительная степень
разрушения структуры
0,167
0,231
0,167
0,167
Введение в рецептуру зернового компонента приводит к снижению величины эффективной вязкости продукта (рис. 6). Зависимость эффективной вязкости (у) от количества полбы (х) при различных градиентах
скорости сдвига описывается нижеприведенными уравнениями, при этом характер
изменения эффективной вязкости одинаковый для всех градиентов скорости сдвига:
1,8 с-1 y=960,49-33,25x+0,32x2, R²= 0,993
16,2 с-1 y=88,58-2,87x+0,03x2,
R²= 0,982
На основании результатов полученных исследований разработана схема технологического процесса производства пастообразного
продукта смешанного сырьевого состава на
основе сухих компонентов (рис. 7).
Рисунок 6 – Зависимость эффективной вязкости
В разработанном продукте определяли
продукта от массовой доли полбы
аминокислотный состав, содержание основных пищевых компонентов, рассчитывали биологическую и энергетическую ценность,
степень удовлетворения потребности в белках, жирах и углеводах при потреблении
100 г продукта (табл. 5 и 6).
13
Входной контроль сырья и материалов
Изолированный соевый белок
В соответствии с НД
Молоко сухое обезжиренное
В соответствии с ГОСТ Р52791
Полба
В соответствии с НД
Мезофильные лактококки
В соответствии с ТУ 9229-369-00419785-04
Наполнители
В соответствии с НД
Вода питьевая
В соответствии с ГОСТ Р 51232 и СанПин 2.1.4.1074
Технологический процесс
Параметры и показатели
Подготовка сырья
Восстановление сухого обезжиренного молока
Установка для растворения сухих компонентов, цен- t воды = 45 °С
тробежный молокоочиститель
Выдержка восстановленного молока
Емкость
t =4-8 °С,
τвыдержки=3-4 ч
Восстановление изолированного соевого белка
t воды=40 °С, t подогрева,
Роторный диспергатор/емкость с рубашкой и мешалкой, насос механической обработки=70 °С
Составление смеси СОМ+ИСБ, пастеризация
tпастеризации=78±2 °С,
τвыдержки=15 с
Емкость, ПОУ
Охлаждение до температуры заквашивания
ПОУ, насос
t= 35°С
Подготовка зернового компонента, охлаждение
Вальцовый станок для измельчения зерна, аппарат для варки круп
d частиц=0,5 мм,
τварки=30 мин,
t охлаждения=10 оС
Сквашивание смеси
Внесение закваски, сквашивание
3 % от массы смеси,
t сквашивания=32 °С, τ=5 ч, 40±2 °Т
Ванна для сквашивания с рубашкой
Обработка сгустка
Разрезание и подогрев сгустка
Кубики со стороной 2 см,
τвыдержки=30 мин, t подогрева=40 °С
Ванна для сквашивания с рубашкой, провоτ=30 мин
лочные ножи
Перемешивание сгустка
Ванна для сквашивания с рубашкой, мешалка
τвыдержки после перемешивания=10 мин
Розлив сгустка в лавсановые мешки самопрессование, прессование и охлаждение
Установка Русских УТС для прессования творожного сгустка
τ=1,2 ч, t охлаждения=10–12 оС одновременно с процессами самопрессования и прессования
до м.д. влаги 74±1 %
Внесение зернового компонента и наполнителей
Месильная машина
По рецептуре
Доохлаждение (в случае необходимости)
t=8–10 оС
Фасование, упаковка, маркировка
Фасовочный аппарат
Фасование готового продукта
Хранение
t=4±2 °С
Холодильная камера
Рисунок 7 – Технологическая схема производства пастообразного продукта на основе сухих
компонентов
Таблица 5 – Содержание основных пищевых веществ в готовом продукте, г/100 г продукта
Показатель
Суточная
потребность
Белки
Жиры
Углеводы
Энергетическая
ценность, ккал
75
60
290
2000
Пастообразный продукт
суточной
Содержание % отнормы
7,6±0,9
10,1
0,9
1,5
9,6±1,4
3,3
76,9
3,8
Обезжиренный творог
суточной
Содержание % отнормы
18
24
0,6
1,0
1,5
0,5
86
4,3
14
Углеводный компонент продукта содержит, г/100 г продукта: 2,09±0,3 клетчатки; 1,96±0,29 некрахмальных полисахаридов; 5,10±0,74 крахмала.
Таблица 6 – Биологическая ценность белковой составляющей пастообразного продукта и
обезжиренного творога
Аминокислота
Содержание аминокислот, г/100 г белка
Белок Эталонный бе- Пастообраз- ОбезжиренФАО лок для пожи- ный продукт ный творог
ВОЗ
лого человека
5,0
5,0
2,76
5,50
4,0
4,0
1,71
5,56
7,0
7,0
5,58
10,28
5,5
5,8
4,35
8,05
Валин
Изолейцин
Лейцин
Лизин
Метинин+
3,5
3,8
2,16
цистин
Фенилала6,0
6,0
4,71
нин+тирозин
Триптофан
1,0
0,8
0,42
Треонин
4,0
4,0
1,97
Коэффициент рациональности аминокислотного состава
Показатель сопоставимой избыточности
Коэффициент различий аминокислотного скора (КРАС)
Биологическая ценность (БЦ), % (БЦ=100-КРАС)
Аминокислотный скор, %
Пастообразный
продукт
Обезжиренный творог
55,2
42,8 min а/к скор
79,7
75,0
3,50
56,8
110,0
140,0
146,9
139,0
92,1 min а/к
скор
10,33
78,5
172,2
1,00
4,44
52,5
49,3
0,67
0,19
18,5
81,5
125,0
111,0
0,69
0,16
37,4
62,6
За счет большего количества углеводов в пастообразном продукте общее содержание аминокислот ниже по сравнению с обезжиренным творогом. При этом сбалансированность аминокислот выше, о чем можно судить по значению коэффициента
различий аминокислотного скора (КРАС), который показывает величину избытка аминокислот, не используемого на пластические нужды. Т.о. чем меньше значение КРАС,
тем большее количество аминокислот используется организмом на пластические нужды, и, следовательно, тем выше биологическая ценность белка продукта.
По результатам расчета экономической эффективности было выяснено, что производство разработанного продукта требует несколько больших затрат по сравнению с
изготовлением базового продукта, при этом разница в цене не значительна и при пересчете на 1 кг составляет менее 0,5 руб., поэтому пастообразный продукт может быть
доступен различным категориям населения, в том числе, людям с низкими доходами.
Выбор вкусовых наполнителей. Разработанный продукт имеет специфический
оттенок вкуса, обусловленный компонентным составом, поэтому с целью придания
продукту вкуса, предпочтительного для широкого круга потребителей и расширения
ассортимента продукции проводили подбор вкусовых наполнителей. Наилучшая сочетаемость наблюдалась при добавлении в пастообразный продукт чернослива в количестве 10 % от массы продукта и фруктового пюре со вкусом банана в количестве 3 %.
Определение срока годности пастообразного продукта смешанного сырьевого состава. В соответствии с МУК 4.2.1847-04 «Санитарно-эпидемиологическая оценка обоснования сроков годности и условий хранения пищевых продуктов» была выбрана продолжительность исследований с учетом коэффициента резерва и периодичность контроля. Проводили исследования органолептических, структурномеханических и микробиологических показателей сразу после выработки (фон) и затем с интервалом в 5 дней в течение 20 сут. Готовый продукт хранили при температуре 4 ± 2 оС. Одним из основных факторов, определяющих срок годности продукта, являются микробиологические показатели. Изменение микробиологических показателей
пастообразного продукта в процессе хранения представлено в табл. 7.
15
После 15 сут хранения количество дрожжей превышает величину допустимого
уровня, равную 100 КОЕ/г. Остальные микробиологические показатели готового продукта не превышают нормативных значений на протяжении всего срока хранения.
Таблица 7 – Изменение микробиологических показателей в процессе хранения
Показатели
Молочнокислые микроорганизмы, КОЕ/г
Дрожжи, КОЕ/г
Плесени, КОЕ/г
БГКП в 0,01 г
S. aureus в 0,01 г
Патогенные микроорганизмы,
в т.ч. сальмонеллы в 25,0 г
Величина допустимого уровня
Продолжительность хранения, сутки
фон
5
10
15
20
не менее 106
7*107
100
50
не допускаются
не допускаются
<10
10
не допускаются
не обнаружены
-
-
-
<10
15
80
<10 <10 <10
не обнаружены
не обнаружены
-
-
-
1,5*106
>100
<10
не обнаружены
Таким образом, на основании комплекса исследуемых показателей установлено,
что срок годности пастообразного продукта составляет 15 сут при температуре хранения 4 ± 2 оС.
ВЫВОДЫ
1. На основании теоретических и экспериментальных исследований обоснован компонентный состав нежирного пастообразного продукта, включающий сухое обезжиренное молоко, изолированный соевый белок и полбу, отличающийся повышенной биологической ценностью белкового компонента.
2. Определен режим восстановления изолированного соевого белка. Установлено, что
сухие вещества наиболее полно переходят в раствор при растворении соевого изолята
в воде с температурой 40 оС, последующем нагревании полученного раствора до 70 оС,
и обработке при этой температуре с помощью мешалки при частоте вращения
1000 об/мин в течение 5 мин.
3. На основании проведенных исследований для производства пастообразного продукта выбрана закваска, приготовленная на чистых культурах мезофильных лактококков,
позволяющая получить плотный сгусток в процессе сквашивания смеси и продукт, без
отделения сыворотки в процессе хранения. Получены уравнения, характеризующие
зависимость титруемой кислотности от продолжительности сквашивания смеси с различной массовой долей изолированного соевого белка.
4. Исследовано влияние различного соотношения сухого обезжиренного молока и соевого изолята на органолептические, физико-химические и структурно-механические
показатели продукта. На основании результатов проведенных исследований выбрана
рациональная массовая доля соевого изолята в смеси, которая составила 50 %.
5. Установлено, что полбу целесообразно вносить в пастообразный продукт после
прессования сгустка. По комплексу органолептических, физико-химических, структурно-механических показателей качества и на основании расчета массовой доли полбы в продукте с использованием обобщенной функции желательности Харрингтона
обоснован выбор массовой доли полбы в готовом продукте, составляющий 37,5 %.
6. Определены биологическая и энергетическая ценности пастообразного продукта.
Установлено, что биологическая ценность белковой составляющей продукта составляет 81,5 %, обезжиренного творога – 62,6 %, что указывает на высокую степень использования аминокислот пастообразного продукта на пластические нужды организма.
7. На основании результатов исследования органолептических, физико-химических
показателей качества и микробиологических показателей безопасности готового продукта в процессе хранения при температуре (4 ± 2) оС определен его срок годности, со-
16
ставляющий 15 сут.
8. Разработан проект технической документации (ТУ и ТИ) на производство нежирного пастообразного продукта на основе сухого обезжиренного молока и растительных
компонентов.
Список публикаций
1. Соловьева М.С. Исследование растворимости изолированного соевого белка: сборник трудов молодых ученых. Ч. II: Материалы научно-технической конференции: - СПб.: СПбГУНиПТ. 2007. – С. 52 – 56.
2. Соловьева М.С., Забодалова Л.А. Творожный продукт на основе сухих компонентов: материалы международной научно-практической конференции «Биотехнология. Вода и пищевые
продукты» 11-13 марта 2008 г. М.: ЗАО «Экспо-биохим-технологии», РХТУ им. Д.И. Менделеева. – С. 179.
3. Забодалова Л.А., Соловьева М.С. Творожный продукт сложного сырьевого состава: тезисы
научно-практ. конф. «Пищевая и морская биотехнология: проблемы и перспективы» 2-3 июля
2008 г. Светлогорск: КГТУ. – С. 55.
4. Соловьева М.С., Забодалова Л.А. Разработка технологии творожного продукта // Известия
СПбГУНиПТ. 2008. № 4. – С. 31 – 33.
5. Соловьева М.С., Забодалова Л.А. Творожный продукт из сухих сырьевых компонентов //
Переработка молока. 2009. № 7. – С. 44 – 46.
6. Соловьева М.С., Забодалова Л.А. Многокомпонентный творожный продукт: материалы IV
Международной научно-технической конференции «Низкотемпературные и пищевые технологии в XXI веке» 25 – 27 ноября 2009 г. Санкт-Петербург. – С. 193 – 195.
7. Соловьева М.С., Забодалова Л.А. Нетрадиционное зерновое сырье при изготовлении творожного продукта // Современные наукоемкие технологии. 2009. № 10. – С. 78 – 79.
8. Забодалова Л.А., Соловьева М.С. Реологические показатели творожного продукта на основе сухих компонентов [Электронный ресурс]: Электронный научный журнал «Процессы и
аппараты пищевых производств»/ГОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный университет низкотемпературных и пищевых технологий. - Электрон.журнал - Санкт-Петербург:
СПбГУНиПТ, 2010. - № 2. - сент. 2010.
9. Соловьева М.С. Разработка технологии творожного продукта на основе сухих компонентов // Пятнадцатая Санкт-Петербургская ассамблея молодых ученых и специалистов. Аннотации работ победителей конкурса грантов Санкт-Петербурга 2010 года для студентов, аспирантов, молодых ученых и молодых кандидатов наук 2010 г. Санкт-Петербург. – С. 247.
10. Забодалова Л.А., Соловьева М.С. Технология пастообразного продукта [Электронный
ресурс]: Электронный научный журнал «Процессы и аппараты пищевых производств»/
ФГБОУВПО «Санкт-Петербургский государственный университет низкотемпературных и
пищевых технологий. — Электрон.журнал — Санкт-Петербург: СПбГУНиПТ, 2011. — № 2.
— сент. 2011.
11. Соловьева М.С., Забодалова Л.А. Получение пастообразного продукта на основе сухого молока с добавлением полбы // Известия вузов. Пищевая технология. 2011. № 4. – С. 30 –
32.
12. Забодалова Л.А., Соловьева М.С. Применение сухих компонентов при производстве
белкового пастообразного продукта для геродиетического питания: материалы V Международной научно-технической конференции «Низкотемпературные и пищевые технологии в
XXI веке» 22 – 24 ноября 2011 г. Санкт-Петербург. – С. 279 – 281.
13. Забодалова Л.А., Соловьева М.С. Исследование свойств пастообразного продукта в
процессе хранения: материалы международной научно-технической конференции «Биотехнологические системы в производстве пищевого сырья и продуктов: инновационный потенциал и перспективы развития» 2011 г. Воронеж. – С. 163 – 165.