Автореферат ТарасоваЕЮ - Наука и инновации КемТИПП
advertisement
На правах рукописи ТАРАСОВА ЕЛЕНА ЮРЬЕВНА ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ФЕРМЕНТИРОВАННОГО МОЛОЧНО-ЗЛАКОВОГО ПРОДУКТА Специальность 05.18.04 – технология мясных, молочных и рыбных продуктов и холодильных производств АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Омск– 2014 2 Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Омский государственный аграрный университет имени П.А.Столыпина» (ФГБОУ ВПО ОмГАУ им. П.А.Столыпина). Научный руководитель: Пасько Ольга Владимировна доктор технических наук, профессор Официальные оппоненты: Курбанова Марина Геннадьевна доктор технических наук, Федеральное государственноебюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Кемеровский государственный сельскохозяйственный институт»,зав. кафедрой «Технология хранения и переработки сельскохозяйственной продукции» Пахарукова Елена Михайловна кандидат технических наук, Федеральное государственноебюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Кемеровский технологический институт пищевой промышленности», ст. преподаватель кафедры «Технология молока и молочных продуктов» Ведущая организация: Федеральное государственноебюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова» Защита диссертации состоится « » июня2014г. в ___ ч на заседании диссертационного совета Д 212.089.01 вФГБОУ ВПО «КемТИПП» по адресу: 650056, г. Кемерово, бульвар Строителей, 47, тел./факс 8(3842)39-68-88. С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке и на официальном сайте ФГБОУ ВПО «КемТИПП» (www.kemtipp.ru). С авторефератом можно ознакомиться на официальных сайтах ВАК Минобрнауки РФ (vak.ed.gov.ru) и КемТИПП (www.kemtipp.ru). Автореферат разослан « ___ » _________ 2014 г. Ученый секретарь 3 диссертационного совета О.В. Кригер 4 ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность работы. Важнейшая национальная задача Российской Федерации – сохранение здоровья населения – связана с обеспечением адекватного, биологически полноценного питания для всех возрастных и социальных групп. В рационе питания должны содержаться в необходимом количестве не только белки, жиры и углеводы, но и аминокислоты, витамины, макро- и микроэлементы. В молочной промышленности в качестве продуктов для обогащения незаменимыми нутриентами и биологически активными веществами, оказывающими благоприятное влияние на состояние организма, чаще применяют ферментированные продукты. В настоящее время популярностью пользуются комбинированные продукты, имеющие сбалансированный состав за счет сочетания сырья животного и растительного происхождения. Комбинирование молочных продуктов со злаковыми наполнителями позволяет получать продукты, обогащенные пищевыми волокнами, растительными белками, жирами, углеводами, витаминами, макро- и микроэлементами. Данные продукты имеют потребительские свойства традиционных продуктов и позволяют рационально использовать молочный белок. В этой связи актуальным представляется разработка технологии ферментированного продукта на основе сочетания молочного сырья и продуктов переработки зерна. Степень разработанности темы. Теоретическим и практическим аспектам создания комбинированных продуктов посвящены труды И.А. Рогова, Н.Н. Липатова, А.Г. Храмцова, Л.А. Остроумова, В.Д. Харитонова, И.А. Евдокимова, Г.Б. Гаврилова, Н.Б. Гавриловой, В.И. Ганиной, Л.М. Захаровой, А.А. Майорова, И.А. Смирновой, Л.А. Забодаловой, А.Ю. Просекова, В.Ф. Семенихиной, Н.А. Тихомировой, И.С. Хамагаевой, М.П. Щетинина, а также других отечественных и зарубежных учёных. Целью диссертационной работы является проведение исследований и разработка технологии ферментированного молочно-злакового продукта. Для достижения цели, были сформулированы научные задачи: − провести анализ научной и технической литературы, патентной информации по вопросам производства ферментированных молочно-злаковых продуктов; − применить QFD-методологию для планирования нового продукта; − исследовать процесс ферментации биотехнологических систем ассоциациями пробиотическихкультур микроорганизмов; − установить влияние гранулометрического состава злаковой композиции на свойства биотехнологических систем; − определить оптимальную ассоциацию культур микроорганизмов и продолжительность ферментации биотехнологической системы молочнозлакового продукта; 5 − изучить процесс пассивациибифидобактерий(B. longum), установить гарантированный срок годности, пищевую и биологическую ценность ферментированного молочно-злакового продукта; − разработать технологию производства ферментированного молочнозлакового продукта с использованием принципов ХАССП, нормативную документацию (СТО), представить оценку экономической эффективности разработанной технологии и провести ее промышленную апробацию. Научная новизна работы. На основе системного подхода обоснован состав биотехнологических систем молочно-злакового продукта. При изучении процесса ферментации биотехнологических систем «молоко – глицин», «молоко – мед», «молоко – злаковая композиция» ассоциациями культур микроорганизмов установлено ростостимулирующее влияние меда натурального и злаковой композиции в составе овсяных, ржаных и ячменных хлопьев на бифидобактерии (B. longum). Разработаны математические модели, описывающие зависимость продолжительности ферментации и состава биотехнологических систем на изменение клеточной концентрации бифидобактерий (B. longum). Определено влияние гранулометрического состава злаковой композиции на свойства биотехнологической системы молочно-злакового продукта. Установлено, что композиция «мед-злакиглицин» в процессе ферментации биотехнологической системы молочнозлакового продукта оказывает ростостимулирующее влияние на бифидобактерии (B. longum), сокращает продолжительность ферментации до 8 часов, обеспечивает снижение скорости отмирания пассивных клеток бифидобактерий (B. longum) и уменьшает синеретические свойства сгустка в процессе хранения ферментированного молочно-злакового продукта. Теоретическая и практическая значимость работы. На основании результатов исследований разработана технология ферментированного молочно-злакового продукта, утверждена нормативная документация (СТО 90282083-001-2013). Проведена промышленная апробация технологии в условиях предприятия ООО «Лузинское молоко». Новизна технического решения, составляющего основу технологии, отражена в патенте на изобретение «Кисломолочный продукт». Теоретические выводы и положения работы используются в основной образовательной программе подготовки бакалавров по направлениям260200.62 «Продукты питания животного происхождения», 221700.62 «Стандартизация и метрология», магистров по направлению 221700.68 «Стандартизация и метрология», а также при проведении научно-исследовательских студенческих работ. Методология и методы исследования. При организации и проведении исследований применялся комплекс общепринятых стандартных методов, в том числе физико-химических, микробиологических, биохимических, реологических, а также математические методы статистической обработки результатов исследований и построения математических моделей. Основные положения, выносимые на защиту: 6 − обоснование состава биотехнологической системы молочно-злакового продукта на основе системного подхода; − аналитическая и математическая оценка влияния глицина, меда натурального, злаковой композиции и ее гранулометрического состава на клеточную концентрацию ассоциаций микроорганизмов [L. cremoris,L. diacetilactis,S. thermophilus,B. longum] и [L. acidophilus,L. cremoris,L. diacetilactis,S. thermophilus, B. longum] в процессе ферментации; − результаты исследований процессапассивациибифидобактерий (B. longum) и изменения свойств биотехнологической системы молочнозлакового продукта в процессе хранения; − технология ферментированного молочно-злакового продукта. Достоверность результатов подтверждается достаточной повторностью исследований и воспроизводимостью экспериментальных данных, их математической обработкой, апробацией технологического решения в производственных условиях. Соответствие показателей качества и безопасности разработанного продукта требованиям №88-ФЗ «Технический регламент на молоко и молочную продукцию» подтверждено исследованиями в аккредитованной испытательной лаборатории ООО «Сертификат». Апробация результатов. Основные положения работы и результаты исследований были предметом обсуждения и докладов на конференциях и конгрессахразличного уровня. Публикации.По теме диссертации опубликовано 15печатных работ, в том числе3статьи в изданиях, рецензируемых ВАК Минобрнауки России, получен патент на изобретение. Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, аналитического обзора литературы, экспериментальной части, заключения, выводов, списка литературы и приложений. Работа изложена на146страницах, содержит 46 рисунков,66 таблиц и приложения. Список использованных источников литературы включает 182наименования, в том числе 34зарубежных. СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ Введение.Обоснована актуальность выбранного направления научных исследований. Глава 1.Обзор литературных данных по вопросу производства ферментированных молочно-злаковых продуктов.Представленахарактеристика состояния здоровья студентов, рассмотрена проблема обеспечения их оптимальным питанием.Проанализированы биотехнологические аспекты производства ферментированных молочных продуктов и данные о современных тенденциях технологии молочно-злаковых продуктов. Приведены сведения об управлении качеством пищевых продуктов. 7 Глава 2.Методология проведения исследований. Представлены данные об организации работы, приведенахарактеристика объектов исследований, описанаметодология проведения исследований. Экспериментальные исследования, обработка полученных данных проводились в лабораториях кафедры товароведения, стандартизации и управления качеством ФГБОУ ВПО ОмГАУ им. П.А. Столыпина, ООО «Испытательная лаборатория качества пищевых продуктов и продовольственного сырья «Сертификат», ООО «Лузинское молоко», научнообразовательном центре КемТИПП в соответствии со схемой, приведенной на рисунке 1. 8 I Э 1Т А П II Э 1 Т А П ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ - назначение продукта - виды сырья - типовые технологии QFD-методология 1 Анализ научной и технической литературы, патентные исследования Постановка цели и задач Выбор объектов и методов исследований Обоснование состава биотехнологических систем 2, 5, 6, 8, 9, 10, 15, 16 , Исследование процесса ферментации биотехнологических систем 3, 4, 5, 6 Изучение влияния гранулометрического состава злаковой композиции на свойства биотехнологических систем 3, 5, 6, 7 Выбор оптимальной ассоциации микроорганизмов для ферментации биотехнологической системы 3, 4, 5, 6 III Э 1 Т А П IV Э 1 Т А П Изучение процесса пассивации и хранимоспособности ферментированного молочно-злакового продукта 3, 4, 5, 6, 7, 17 Изучение пищевой ценностиферментированного молочно-злакового продукта 8, 9, 10, 11, 13 Разработка нормативной документации. Промышленная апробация разработанной технологии 14, 15, 16 Определение экономических показателей 12 Управление качеством ферментированного молочно-злакового продукта на основе принципов ХАССП 18 Рисунок 1 – Схема проведения экспериментальных исследований При составлении схемы использовали условные обозначения: 1 – Дом Качества; 2 – химический состав (Б, Ж, УВ, зола, сух.вещ-ва); 3 – титруемая кислотность; 4 – активная кислотность; 5 – органолептические показатели; 6 – микробиологические показатели; 7 – синеретические свойства сгустка; 8 – биологическая ценность; 9 – пищевая и энергетическая ценность; 10 – витамины; 11 – макро- и микроэлементы; 12 – себестоимость; 13 – гарантированный срок хранения; 14 – технологическая схема производства; 15 – показатели 9 безопасности; 16 – физико-химические показатели; 17 – реологические свойства; 18 – критические контрольные точки. На первом теоретическом этапе исследований проведён анализ научной и технической литературы, патентной информации по вопросам производства ферментированных молочно-злаковых продуктов. Определена цель и сформулированы задачи научных исследований.В результате выполнения процедур, предусмотренных QFD-методологией, построен Дом Качества. Второй этап посвящен теоретическому и экспериментальному обоснованию состава биотехнологических систем (далее БТС). Изучен процесс ферментации БТС «молоко– глицин», «молоко– мед», «молоко – злаковая композиция» ассоциациями микроорганизмов [L. cremoris,L. diacetilactis,S. thermophilus,B. longum] и [L. acidophilus,L. cremoris,L. diacetilactis,S. thermophilus, B. longum]. Проведено математическое моделирование совокупности экспериментальных данных процесса ферментации БТС, определена степень влияния состава БТС и продолжительности ферментации на клеточную концентрацию бифидобактерий (B. longum). Исследовано влияние гранулометрического состава злаковой композиции на микробиологические и органолептические показатели БТС, синеретические свойства сгустка. На третьем этапе изучен процесс ферментации БТС молочно-злакового продуктаассоциациями микроорганизмов [L. cremoris,L. diacetilactis,S. thermophilus,B. longum] и [L. acidophilus,L. cremoris,L. diacetilactis,S. thermophilus, B. longum], осуществлен выбор оптимальной ассоциации микроорганизмов. Исследован процесс пассивациибифидобактерий(B. longum) в течение 13 суток. В процессе хранения изучено изменение микробиологических, реологических и органолептических показателей ферментированного молочно-злакового продукта. Определен гарантированный срок годности разработанного продукта, его пищевая и биологическая ценности. На заключительном четвертом этапе выбраны и обоснованы основные технологические параметры производства ферментированного молочнозлакового продукта с использованием принципов ХАССП. Разработана нормативная документация СТО 90282083-001-2013 «Кисломолочный продукт «Медово-злаковый», проведена промышленная апробация технологии в условиях предприятия ООО «Лузинское молоко» (г. Омск) и оценка экономических показателей производства ферментированного молочнозлакового продукта. Глава 3.Результаты исследования и их анализ.Для изучения пожеланий и требований потребителей к ферментированным продуктам с последующим их переводом на язык технических требований к продукции примененаQFDметодология. Анализ разработанного Дома Качества, обзор научной и технической литературы, патентной информации позволили сформулировать требования к разрабатываемому ферментированному молочно-злаковому продукту. 10 Для обоснования состава БТС применили системный подход, рассматривая компоненты продукта,изменения их состояния и свойств во взаимосвязи как действующие биотехнологические системы (таблица 1). Таблица 1 – Элементы БТС и подсистем Элементы системы Элементы подсистемы Подсистема Компоненты, регулирующие Молоко коровье, пищевую, биологическую и А нормализованное до массовой энергетическую ценность, среда доли жира 2,5 % жизнедеятельности биообъектов Ассоциации микроорганизмов: − [L. cremoris,L. diacetilactis, Биообъекты, регулирующие S. thermophilus,B. longum]; Б процесс ферментации − [L. acidophilus,L. cremoris, L. diacetilactis,S. thermophilus,B. longum] − Злаковая композиция в Компоненты, регулирующие составе овсяных, ячменных и В активность и жизнеспособность ржаных хлопьев; биообъектов − Мед натуральный; − Глицин Элементы подсистем могут функционировать совместно и последовательно в соответствии с решаемыми задачами. Выбор оптимального соотношения злаков в композиции осуществляли исходя из совокупности показателей:химического состава и энергетической ценности (таблица 2), содержания витаминов группы В и пищевых волокон(таблица3), показателя биологической ценности (рисунок 2), органолептических показателей. Таблица 2 – Химический состав злаковой композиции Соотношение хлопьев в исследуемых образцах: Показатели овсяные : ячменные : ржаные 1:1:1 2:1:1 1:2:1 1:1:2 Массовая доля сухих веществ, % 75,6 74,7 76,6 76,6 Массовая доля жира, % 3,6 4,4 3,3 3,2 Массовая доля белка, % 9,04 8,18 9,73 9,31 Массовая доля углеводов, % 62,4 61,5 63,0 63,5 Массовая доля золы, % 0,61 0,62 0,60 0,62 Энергетическая ценность, ккал 318,2 318,3 320,6 320,0 11 смесь 1:1:1 Таблица 3 – Содержание пищевых волокон и 60 55,79 витаминов группы В(в 100 г злаковой 40 ячмень смесь 2:1:1 59,76 53,3 20 композиции) 0 Соотношение хлопьев рожь смесь 1:2:1 в исследуемых образцах: 56,37 Показатели 58,1 овсяные : ячменные : ржаные овес смесь 1:1:2 57,72 1:1:1 2:1:1 1:2:1 1:1:2 45,55 ПВ, г 16,3 16,7 15,9 16,3 показатель биологической ценности Витамин В1, мг 0,417 0,433 0,395 0,423 Рисунок 2 – Показатель Витамин В2, мг 0,150 0,143 0,145 0,163 биологической ценности Витамин В5, мг 0,900 0,925 0,850 0,925 злаковых композиций Витамин В6, мг 0,380 0,350 0,403 0,388 На органолептические показатели разрабатываемого продукта меньшее влияние будут оказывать органолептические показатели образцов злаковой композиции с соотношением хлопьев 1:1:1 и 2:1:1 (овсяные :ячменные : ржаные), имеющихневыраженные специфические вкус и запах. Анализ совокупности результатов позволил для дальнейших исследований выбрать вариант злаковой композиции с соотношением хлопьев 1:1:1. В качестве основного источника углеводов использовался мед натуральный, который позволил также улучшить органолептические свойства продукта. При исследовании органолептических и физико-химических показателей пяти образцов меда (гречишный, липовый, разнотравные)установлена их натуральность, подтвержденная люминесцентным методом. Показатели безопасности соответствуют требованиям ТР ТС «О безопасности пищевой продукции». При проведении микробиологических исследований установлена бактериологическая стерильность натурального меда. Органолептические показатели меда, зависящие от ботанического происхождения, влияют на органолептические показатели БТС «молоко – мед». Результаты органолептической оценки позволяют рекомендовать в технологии разрабатываемого продукта не использовать темные сорта меда со специфическими яркими ароматом и вкусом. Пищевая добавка глицин используется в качестве модификатора вкуса и запаха. Установлено, что при введении глицина в количестве 0,1 % в БТС «молоко – злаковая композиция» уменьшается интенсивность естественного привкуса и запаха злаковой композиции. Следующий этап работы посвящен изучению процесса ферментации БТС «молоко– глицин», «молоко– мед», «молоко – злаковая композиция» с различным содержанием вводимого элемента подсистемы В, установленным на основании анализа комплекса данных: глицин – 0,1 %, 0,3 %; мед натуральный – от 4 % до 6 %, злаковая композиция – не более 5 %. В процессе ферментации изучаемых БТС наблюдалось равномерное повышение титруемой и снижение активной кислотностей.Присутствие в БТС 12 меда или злаковой композиции активизирует процесс ферментации, уменьшая его продолжительность с 10 ч до 8 ч по сравнению с контролем. С увеличением массовой доли меда и злаковой композициивисследуемых БТС наблюдается увеличение количества жизнеспособных клеток молочнокислых микроорганизмов и бифидобактерий (B. longum)по сравнению с контролем, что обусловлено ростостимулирующим влиянием элементов подсистемы В. С использованием программного продукта «TableCurve 3D» разработаны математические модели, описывающие влияние массовой доли элементов подсистемы В и продолжительности ферментации на изменение клеточной концентрации бифидобактерий (B. longum). Двухфакторный дисперсионный анализ показал, что доля общей изменчивости величины клеточной концентрации бифидобактерий(B. longum) во всех исследуемых БТС обусловлена в основном изменением продолжительности ферментации, в то время как степень влияния элемента подсистемы В составляет до 12,6 %. При этом в БТС «молоко – глицин» влияние фактора «массовая доля элемента подсистемы В» практически равно нулю, что подтверждает отсутствие пребиотических свойств у глицина. Наилучшими показателями обладают БТС с содержанием меда – 5 % и злаковой композиции – 3 %. Образцы имеют кисломолочный запах и вкус с приятным привкусом вводимого элемента подсистемы В, в процессе ферментации образуется однородный сгусток, образцы имеют в меру вязкую консистенцию. Однако, ощущение различия размеров частиц злаковой композиции снижает органолептическую ценность разрабатываемого продукта. Для исследованиявлияния гранулометрического состава на свойства БТС получены четыре фракции злаковой композиции сразмерами частиц: фракция I – 1000-3000 мкм, фракция II – 670-1000 мкм, фракция III – 250-670 мкм, фракция IV – менее 250 мкм. В процессе ферментации БТС «молоко – фракция злаковой композиции» в течение 8 часов наблюдалось равномерное повышение титруемой кислотности, причем в контроле и в БТС «молоко – фракция I (1000-3000 мкм)» не достигнуто значение, достаточное для образования сгустка требуемой консистенции – 80 ºТ для ассоциации микроорганизмов [L. cremoris,L. diacetilactis,S. thermophilus,B. longum] и 95 ºТ для ассоциации микроорганизмов [L. acidophilus,L. cremoris,L. diacetilactis, S. thermophilus,B. longum]. Увеличение роста молочнокислых микроорганизмов и бифидобактерий (B. longum) отмечено в БТС «молоко – фракция IV (менее 250 мкм)» по сравнению с другими БТС «молоко – фракция злаковой композиции». Анализ результатов исследований позволяет сделать вывод о незначительности влияния размера частиц злаковой композиции на динамику микробиологических показателей.Этот вывод подтверждают результаты дисперсионного анализа изменения клеточной концентрации молочнокислых микроорганизмов и бифидобактерий в зависимости от продолжительности 13 6 5,5 5 4,5 6,5 6 5,5 5 4,5 7 6,5 6 5,5 5 4,5 4 4 4 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 0 1 2 3 4 5 6 7 0 8 1 9 2 103 4 5 6 7 8 9 10 Продолжительность ферментации, ч Продолжительность ферментации, Продолжительность ч ферментации, ч контроль продукт 1 а) [L. cremoris, L. diacetilactis, S. thermophilus, B. longum] контроль контроль продукт Активная кислотность, ед. рН 6,5 110 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 Активная кислотность, ед. рН 7 Титруемая кислотность, ºТ 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 Активная кислотность, ед. рН 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 Титруемая кислотность, ºТ Титруемая кислотность, ºТ Количество выделившейся сыворотки, % ферментации и размера частиц злаковой композиции, поскольку степень влияния фактора «размер частиц злаковой композиции» не превышает 0,46. На диаграмме 4 представлены результаты исследований синеретических свойств сгустка БТС «молоко – фракция злаковой композиции». Самую прочную структуру имеет БТС «молоко – фракция IV (менее 250 мкм)», в которой отсутствовало выделение сыворотки. Синеретические 12 свойства сгустка 10 зависят от 8 влагоудерживающей 6 4 способности злаков, 2 которая 0 увеличивается с 1000-3000 670-1000 250-670 менее 250 увеличением Размеры частиц злаковой композиции, мкм дисперсности [L. cremoris, L. diacetilactis, S. thermophilus, B. longum] [L. acidophilus, L. cremoris, L. diacetilactis, S. thermophilus, B. longum] фракций вследствие Рисунок 4 – Изменение синеретических свойств сгустка увеличения площади БТС «молоко – фракция злаковой композиции» поглощения жидкой среды частицей. В результате органолептической оценки установлено, что размер частиц злаковой композиции оказывает значительное влияние на консистенцию и внешний вид БТС. Ориентируясь на потребительские предпочтения, для технологии ферментированного молочно-злакового продукта рекомендуется применять фракцию II с размерами частиц 670-1000 мкм. Анализ результатов исследований позволил установить соотношение компонентов в БТС молочно-злакового продукта, в которой подсистемой В являлась композиция «мед-злаки-глицин»: мед натуральный – 5 %, злаковая композиция (фракция с размером частиц 670-1000 мкм) – 3 %, глицин – 0,1 %. В ходе проведения ферментации БТС молочно-злакового продукта отмечена тенденция повышения титруемой кислотности и снижения активной 7 кислотности (рисунок 5). 110 продукт 2 б) [L. acidophilus, L. cremoris, L. diacetilactis, S. thermophilus, B. longum] 14 Клеточная концентрация, lgКОЕ/см3 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 Клеточная концентрация, lgКОЕ/см3 lgКОЕ/см3 Клеточная концентрация, Рисунок 5 – Динамика титруемой и активной кислотностей в процессе ферментацииБТС молочно-злакового продукта Внесение в молочную основу меда и злаков, входящих в подсистему В, за счет дополнительных питательных веществ оказывает ростостимулирующее влияние на молочнокислые микроорганизмы, следствием этого является ускорение процесса ферментации. Ограничивающее значение рН, равное 4,5, при ферментации контрольных образцов достигается через 10 ч, при ферментации БТС – через 8 ч. Результаты исследований изменения общего количества жизнеспособных клеток микроорганизмов, в том числе бифидобактерий (B. longum), в процессе ферментации контрольных и изучаемых образцов представлены на рисунке 6. 10 8 6 4 2 0 1 2 3 4 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 05 6 7 8 ферментации, 1 2 3 4 5 6 7 Продолжительность 8 1 2ч 3 4 5 6 7 8 Продолжительность ферментации, ч Продолжительность ферментации, ч молочнокислые микроорганизмы (контроль) молочнокислые микроорганизмы (БТС) бифидобактерии (контроль) бифидобактерии (БТС) а) [L. cremoris, L. diacetilactis, S. thermophilus, B. longum] б) [L. acidophilus, L. cremoris, L. diacetilactis, S. thermophilus, B. longum] Рисунок 6 – Изменение клеточной концентрации молочнокислых микроорганизмов и бифидобактерий (B. longum) в процессе ферментации ассоциациями микроорганизмов Отмечена тенденция усиления роста молочнокислых микроорганизмов и бифидобактерий(B. longum)в БТС молочно-злакового продукта по сравнению с контролем. Консистенция При органолептической оценке продукт, произведенный ферментацией ассоциацией 4,8 4,6 микроорганизмов [L. acidophilus,L. cremoris,L. di4,4 acetilactis,S. thermophilus,B. longum] получил 4,68 4,2 балла(рисунок 7).Баллы сняты за ощущение Вкус 4 Цвет повышенной кислотности во вкусе и вязкую консистенцию. Продукт, произведенный ферментацией ассоциацией микроорганизмов[L. cremoris,L. diacetilactis,S. thermophilus,B. longum], Запах получил максимальное количество баллов – 5, продукт 1 продукт 2 что позволяет рекомендовать использовать Рисунок 7 – подсистему В для технологииферментированного Органолептическая оценка молочнозлакового продукта без показателей БТС применениястабилиза- 15 Клеточная концентрация бифидобактерий, lgКОЕ/см3 торов и вкусовых наполнителей. Использование в процессе ферментации ассоциации микроорганизмов [L. cremoris,L. diacetilactis,S. thermophilus,B. longum] обеспечивает более высокую клеточную концентрацию молочнокислых микроорганизмов и лучшие органолептические показатели, чем при использовании ассоциации микроорганизмов [L. acidophilus,L. cremoris,L. diacetilactis,S. thermophilus,B. longum]. Актуальным для обеспечения пробиотических свойств ферментированного молочно-злакового продукта является изучение и оценка влияния на процессы пассивации элементов подсистемы В, имеющих ростостимулирующее влияние. Математическое описание снижения клеточной концентрации пробиотических культур в процессе хранения представлено на рисунке 9и в таблице 5. Таблица 5 – Регрессионный анализ 8 экспериментальных данных 7,5 7 6,5 6 5,5 5 4,5 4 Вариант Уравнения регрессии Величина достоверности аппроксимации (R2) контроль y = 7,6123e-0,0173x 0,9817 -0,0135x продукт y = 7,7803e 0,9635 1 3 5 7 10 13 Клеточная концентрация Продолжительность хранения, сут бифидобактерий (B. longum) в процессе контроль продукт Рисунок 9 – Динамика клеточной хранения экспоненциально уменьшается со концентрации бифидобактерий временем. Анализируя полученные (B. longum) в процессе хранения экспоненциальные зависимости и показатели степени экспоненты, можно заключить, что введение в БТС элементов подсистемы В,обладающих ростостимулирующих влиянием, обеспечивает снижение скорости отмирания пассивных клеток. Можно предположить, что мед и злаковая композиция служат для культур микроорганизмов дополнительной питательной средой, в которой они сохраняют необходимую клеточную концентрацию в течение всего гарантированного срока годности. Определение срока хранения ферментированного молочно-злакового продуктапроводилось на основании МУК 4.2.1847-2004.На основании результатов исследований органолептических, физико-химических, микробиологических показателей с учетом коэффициента запаса (1,3) установлен срок хранения – 10 суток при температурном режиме (42) °С. В процессе хранения происходит изменение реологических характеристик (вязкости) продукта. В ходе экспериментальных исследований на вискозиметре с падающим шариком по методу Гепплера была определена вязкость для образцов с неразрушенной (ηн) и разрушенной (ηр)структурами(таблица 6). 16 Количество выделившейся сыворотки, % Таблица 6 – Динамика эффективной вязкости в процессе хранения Эффективная вязкость, Па·с Продолжительность контроль продукт хранения, сутки ηн ηр ηн ηр 1 1,84 1,12 3,29 2,88 3 1,52 1,07 3,11 2,74 5 1,24 0,96 2,94 2,69 7 1,07 0,83 2,81 2,64 10 0,84 0,65 2,73 2,61 13 0,66 0,51 2,65 2,59 В контрольном продукте наблюдается значительная разница вязкости образцов с разрушенной и неразрушенной структурами. Это свидетельствует о том, что при формировании сгустка в процессе ферментации образовались в основном необратимо разрушающиеся (нетиксотропные) связи. Ферментированный молочно-злаковый продукт характеризуется меньшей потерей вязкости при разрушении структуры и, соответственно, большим количеством тиксотропных связей по сравнению с контрольным продуктом. С увеличением продолжительности хранения наблюдается большая потеря вязкости при разрушении структуры. Меньшее изменение вязкости в течение хранения ферментированного молочно-злакового продукта по сравнению с контрольным продуктом свидетельствует о стабильности его структуры. Положительное влияние на консистенцию продукта оказывает содержание злаковой композиции. В состав углеводного комплекса овса и ячменя входят слизи, способные к значительному поглощению воды. В результате образуются растворы высокой вязкости, придающие стабильность структуре сгустка. При хранении продукта изучено изменениесинеретических свойств сгустка. На рисунке 10 представлены результаты исследования. Способность сгустка к отделению 50 сыворотки имеет тенденцию к увеличению в 40 процессе хранения.Влагоудерживающие 30 свойства злаковой композиции уменьшают проявление синерезиса в ферментированном 20 молочно-злаковом продукте. 10 Определены пищевая, биологическая и 0 энергетическая ценности ферментированного 1 3 5 7 10 13 продукта.Полученные Продолжительность хранения, сут молочно-злакового данные свидетельствуют об отсутствии контроль продукт лимитирующих аминокислот и о Рисунок 10 – Изменение биологической полноценности синеретических свойств разработанного продукта. 17 Удовлетворение суточной нормы, % За счет применения в ферментированноммолочно30 24,67 24,42 25,17 злаковом продукте 20 10,31 композиции «мед-злаки8,8 7,33 7,99 10 3,3 глицин» повышеносодержание 1,65 0,6 0,6 0 витаминов группы В (рисунок В1 В2 В3 В5 В6 Вс 12). контроль продукт Таким образом, Рисунок 12 – Степень удовлетворения разработанный продукт имеет суточной нормы потребления витаминов высокие органолептические группы В для первой группы населения с показатели за счет включения очень низкой физической активностью композиции «мед-злакиглицин», обладает пробиотической активностью, обусловленной клеточной концентрацией пробиотических культур микроорганизмов, содержит витамины группы В, является биологически полноценным. Учитывая вышеизложенное, продукт может быть рекомендован для массового питания, в том числе для питания студентов. Глава 4.Практическая реализация результатов исследований.Проведенные экспериментальные исследования позволили обосновать последовательность и параметры технологических операций производства ферментированного молочно-злакового продукта. На рисунке 13 представлена блок-схема производства ферментированного молочно-злакового продукта резервуарным методом, на которой блоки 2, 4, 6, 8, 13. 15, 17, 19, 21, 24 –контроль производственной ситуации. Проведен анализ опасных факторов и выделены, как рациональные для управления и эффективного контроля, две объединенные критические контрольные точки, оказывающие значительное влияние безопасность ферментированного молочно-злакового продукта (таблица 7). Таблица 7– Критические контрольные точки ККТ (этап технологического Учитываемые факторы процесса) ККТ 1 Биологические: БКГП, КМАФАнМ, (пастеризация) сальмонеллы, патогенные стафилококки, дрожжи, плесени ККТ 2 Биологические: БКГП, КМАФАнМ, (сквашивание) сальмонеллы, патогенные стафилококки, дрожжи, плесени Этапы приемки сырья, очистки сырого молока, розлива, хранения готовой продукции целесообразно отнести к «потенциальным критическим контрольным точкам» и управление в них осуществлять в рамках программ предвари 40 33,24 18 Для производства ферментированного молочно-злакового продукта разработана и утверждена нормативная документация – СТО 90282083-0012013 «Кисломолочный продукт «Медово-злаковый». Производственная выработка ферментированного молочно-злакового продукта проводилась на молочном предприятии ООО «Лузинское молоко». 19 1 3 5 Приемка и оценка качества сырья 2 Очистка, охлаждение до температуры (4±2) ºС, резервирование 4 Нормализация по массовой доле жира 6 Подогрев до 65 ºС, гомогенизация при давлении 12МПа 8 7 9 10 11 Внесение глицина, предварительного растворенного в молоке 12 Внесение меда, предварительно расплавленного при температуре 40 ºС Пастеризация при температуре (92±2) ºС 5 мин 13 Внесение злаковой композиции 14 16 18 Заквашивание, сквашивание смеси при температуре 37 ºС 8 ч 15 Перемешивание, охлаждение до температуры 14 ºС 17 Розлив, упаковывание, маркирование 19 20 Доохлаждение до температуры (4±2) ºС 21 22 Контроль качества готового продукта 23 Хранение и реализация Рисунок 13 – Блок-схема алгоритма технологии ферментированного молочно-злакового продукта 24 20 ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ В ходе аналитического обзора научной и технической литературы, патентной информации по вопросам производства ферментированных молочно-злаковых продуктов была установлена актуальность разработки технологии ферментированного молочно-злакового продукта. В результате проведенных исследований разработана технология ферментированного молочно-злакового продукта. Цель, поставленная в диссертационной работе, достигнута, все сформулированные научные задачи решены. Анализ научных результатов, полученных экспериментальным путем, их математическая обработка, позволили сделать выводы: 1. Спланирован с использованием QFD-методологии ферментированный молочно-злаковый продукт. 2. Исследован процесс ферментации БТС «молоко – глицин», «молоко – мед», «молоко – злаковая композиция» ассоциациями микроорганизмов [L. cremoris,L. diacetilactis,S. thermophilus,B. longum] и [L. acidophilus, L. cremoris,L. diacetilactis,S. thermophilus,B. longum], установлено ростостимулирующее влияние на бифидобактерии (B. longum) меда натурального и злаковой композиции в составе овсяных, ячменных и ржаных хлопьев. Разработаны математические модели, описывающие влияние продолжительности ферментации и состава БТС на изменение клеточной концентрации бифидобактерий (B. longum). На основании результатов дисперсионного анализа определено, что доля общей изменчивости величины клеточной концентрации бифидобактерий(B. longum) во всех исследуемых БТС обусловлена изменением продолжительности ферментации, при этом степень влияния данного фактора в БТС «молоко – мед» 88,0 % и 90,7 %, в БТС «молоко – злаковая композиция» – 87,0 % и 89,0 % для ассоциаций микроорганизмов [L. cremoris,L. diacetilactis,S. thermophilus,B. longum] и [L. acidophilus,L. cremoris,L. diacetilactis,S. thermophilus,B. longum] соответственно. 3. Установлено наличие влияния гранулометрического состава злаковой композиции (размеры частиц до 250 мкм; 250-670 мкм; 670-1000 мкм; 10003000 мкм) на свойства БТС. Экспериментально подтверждено, что с увеличением размера частиц злаковой композиции происходит повышение синеретической способности сгустков. Разница в размерах частиц злаковой композиции оказывает незначительное влияние на микробиологические свойства БТС, что подтверждают результаты двухфакторного дисперсионного анализа, при этом степень влияния фактора «размер частиц злаковой композиции» для ассоциаций микроорганизмов [L. cremoris, L. diacetilactis, S. thermophilus, B. longum] и [L. acidophilus, L. cremoris, L. diacetilactis, S. thermophilus, B. longum] не превышает 0,46 %. Выявлено, что из органолептических показателей гранулометрический состав оказывает влияние на консистенцию и внешний вид. Установлен оптимальный для технологии ферментированного 21 молочно-злакового продукта размер частиц злаковой композиции – 670-1000 мкм. 4. Определена оптимальная для ферментации БТС молочно-злакового продукта ассоциация микроорганизмов [L. cremoris,L. diacetilactis,S. thermophilus,B. longum], обеспечивающая более высокую клеточную концентрацию молочнокислых микроорганизмов и лучшие органолептические показатели, чем при использовании ассоциации микроорганизмов [L. acidophilus,L. cremoris,L. diacetilactis,S. thermophilus,B. longum]. Установлена продолжительность ферментации – 8 ч при температуре 37°С, необходимая для достижения клеточной концентрации молочнокислых бактерий – не менее 107 КОЕ/см3, бифидобактерий – не менее 106 КОЕ/см3. 5. Изучен процесс пассивации бифидобактерий (B. longum) в течение 13 суток, при этом введение в БТС меда и злаковой композиции, обладающих ростостимулирующих влиянием, обеспечивает снижение скорости отмирания пассивных клеток. Установлен гарантированный срок годности ферментированного молочно-злакового продукта – 10 суток при температурном режиме (4±2) °С, определены пищевая и биологическая ценность. 6. Разработаны технология производства ферментированного молочнозлакового продукта с использованием принципов ХАССП и нормативная документация (СТО 90282083-001-2013 Кисломолочный продукт «Медовозлаковый»). Проведена оценка экономической эффективности разработанной технологии и ее промышленная апробация на молочном предприятии ООО «Лузинское молоко». СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ – публикации в изданиях, рецензируемых ВАК Минобрнауки России 1. Тарасова Е.Ю. Управление качеством ферментированного молочного продукта / Е.Ю. Тарасова, О.В. Пасько / Пищ.пром-сть. – 2012. – №4. – С. 46-47. 2. Тарасова Е.Ю. Многокомпонентный ферментированный продукт / Е.Ю. Тарасова, С.Л. Галкина / Молоч.пром-сть. – 2012. – №5. – С. 32-33. 3. Тарасова Е.Ю. Ферментированный молочный продукт для студенческого питания / Е.Ю. Тарасова / Пищ.пром-сть. – 2012. – №5. – С. 3031. – материалы международных и всероссийских конференций, конгрессов, форумов, семинаров 4. Тарасова Е.Ю. К вопросу разработки технологии молокосодержащего продукта / Е.Ю. Тарасова, О.В. Пасько / Материалы Междунар. науч.-практ. семинара «Современные технологии продуктов питания: теория и практика производства». – Омск: Вариант-Омск, 2010. – С. 272-274. 5. Тарасова Е.Ю. Обоснование сбалансированности состава молокосодержащего продукта / Е.Ю. Тарасова, О.В. Пасько / Материалы 22 IVМеждунар.науч-практ.конф. «Безопасность и качество товаров». – Саратов: Издательство «КУБиК», 2010. – С. 160-163. 6. Тарасова Е.Ю. Разработка молокосодержащего продукта для студенческого питания / Е.Ю. Тарасова, О.В. Пасько / Материалы Междунар. науч.-практ.конф. «Инновационные технологии и оборудование в молочной промышленности». – Воронеж, 2010. – С.82-84. 7. Тарасова Е.Ю. Технологические аспекты производства функциональных продуктов / Е.Ю. Тарасова / Труды IVМеждунар. науч.конф. молодых ученых, посвящ. 40-летию СО Россельхозакадемии «Новейшие направления развития аграрной науки в работах молодых ученых». – Новосибирск, 2010. – С.482-485. 8. Тарасова Е.Ю. Управление качеством ферментированных молочных продуктов / Е.Ю. Тарасова, О.В. Пасько / Материалы Междунар. науч.практ.конф. «Инновационные технологии продуктов здорового питания, их качество и безопасность». – Алматы, 2010. – С.37-39. 9. Тарасова Е.Ю. Обоснование применения метода структурирования функции качества при разработке ферментированного молочного продукта / Е.Ю. Тарасова, О.В. Пасько / Сб. статей VIМеждународ.науч.практ.конф.«Аграрная наука – сельскому хозяйству». – Барнаул, 2011. - Кн.3. – С. 306-308. 10. Тарасова Е.Ю. Изучение потребительского спроса на функциональные молочные продукты / Е.Ю. Тарасова, С.О. Тарасов / Материалы Междунар.науч.-практ.конф. «Аграрная наука – основа инновационного развития АПК». – Курган, 2011. – Т. 2. – С.111-115. 11. Тарасова Е.Ю. Использование меда натурального в технологии ферментированного молочного продукта / Е.Ю. Тарасова / Материалы Второго Междунар. науч.-технич. форума «Реализация государственной программы развития сельского хозяйства и регулирование рынков сельскохозяйственной продукции, сырья и продовольствия: инновации проблемы перспективы». – Омск, 2013. – С. 222-224. 12. Тарасова Е.Ю. Перспектива использования злаковой композиции в производстве кисломолочных продуктов / Е.Ю. Тарасова / Сб. научных трудов по материалам Междунар. науч.-практ.конф. «Наука и образование в ХХI веке». – Тамбов, 2013. – Ч. 23. – С. 124-125. 13. Тарасова Е.Ю. Использование приемов квалиметрии при разработке технологии ферментированного молочного продукта / Е.Ю. Тарасова, О.В. Пасько, Ю.А. Гаврилова /Материалы Междунар. науч.-практ.конф. молодых ученых «Современный взгляд на производство продуктов здорового питания». – Омск, 2013. – статьи и материалы научных трудов институтов и другие издания 14. Тарасова Е.Ю. Кисломолочный продукт / Е.Ю. Тарасова, О.В. Пасько / Омск: Омский центр науч.-технич. информации, 2013. Информационный листок №55-008-13. – патенты 23 15. Пат. 2473226 Российская Федерация, МПК, A23C9/13 Кисломолочный продукт / Тарасова Е.Ю., Пасько О.В.: патентообладатель Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Омский государственный аграрный университет им. П.А. Столыпина. – 2011133841/10; заявл. 11.08.2011; опубл. 27.01.2013. – Бюл.№3. – 8 с.
