Дослідження складу та властивостей молочного жиру і вдосконалення технології вершкового масла

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Дослідження складу та властивостей молочного жиру і вдосконалення технології вершкового масла

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. Будь-яка технологія, в тому числі і технологія виробництва масла, повинна враховувати склад і властивості використовуваної сировини.

Україна - це регіон зі специфічними кліматом та умовами утримання і годівлі великої рогатої худоби. Це обумовлює, відповідно, специфічний склад молока та молочного жиру, зокрема. Тому технологія виробництва масла повинна базуватися на конкретних показниках складу і властивостей, характерних для молочного жиру в Україні.

Існуючі дані в цій області не є цілісними та системними, тому не можуть слугувати базою для оптимізації технології виробництва якісного масла. Таким чином, щоб забезпечити стабільну якість продукту, необхідно мати фундаментальні показники складу і властивостей молочного жиру і відповідні технологічні режими виробництва.

Нині часто спостерігають масову фальсифікацію вершкового масла дешевшими жирами рослинного походження. Для того, щоб попередити, запобігти таким спробам потрібен порівняно простий та досить точний метод дослідження жирової фази. Чинні нині методи носять якісний характер і є недостатньо точними.

Вказане вище дозволяє зробити висновок про те, що фундаментальні дослідження складу та фізичних властивостей молочного жиру в Україні, уточнення технології виробництва масла, а також розробка методів оцінки складу жирової фази на наявність рослинних жирів є актуальними та своєчасними.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконувалась у відділі маслоробства Технологічного інституту молока та м'яса УААН в межах науково - технологічної програми Української академії аграрних наук «Переробка молока і м'яса» на 2001-2005 рр., за темою 29.01 «Дослідити в Україні сезонні та регіональні зміни хімічного складу і фізико-хімічних властивостей молочного жиру з метою удосконалення технології виробництва жирових продуктів на основі молочної сировини» (2001-2005 рр., державний реєстраційний номер 0101U000912).

Мета і завдання. Мета досліджень полягає в удосконаленні технології вершкового масла, а також розробленні методики кількісного контролю немолочних жирів у маслі з комбінованою жировою фазою на основі отримання базових показників складу та властивостей молочного жиру у різних регіонах України. Згідно з метою визначені наступні завдання:

- провести відбір зразків жировмісного продукту з підприємств різних природно - кліматичних зон України;

- дослідити склад молочного жиру та закономірності його затвердіння;

- скорегувати технологічні режими виробництва масла, оцінити отриманий продукт за стандартними методами, розробити рекомендації щодо уточнення технологічних режимів виробництва вершкового масла та внести їх у технологічні інструкції;

- розробити, атестувати та впровадити на підприємствах методику визначення вмісту немолочних жирів у маслі з комбінованою жировою фазою.

Об'єктом досліджень були сезонні та регіональні зміни складу і властивостей молочного жиру в Україні, технологія виробництва масла із сировини різного складу.

Предмет досліджень - молочний жир різного хімічного складу, вершкове масло.

Методи досліджень. Для виконання поставлених завдань використовували комплекс стандартних, загальновживаних та модифікованих методів по визначенню фізико-хімічних та структурно-механічних показників, жирнокислотного складу та ступеня кристалізації.

Наукова новизна отриманих результатів.

Вперше в Україні досліджено закономірності сезонних змін складу та властивостей молочного жиру в трьох природнокліматичних зонах (Полісся, Лісостеп і Степ). Визначено особливості жирнокислотного складу молочного жиру: вміст летких жирних кислот 8,57-11,83%, насичених 43,5-51,3%, ненасичених 26,1-33,7%. Вперше встановлено вміст транс-ізомерів жирних кислот у молочному жирі на рівні 2,2 -5,7%, вміст твердої фази в молочному жирі при 20°С змінюється від 14 до 40%. Визначено базові значення констант: йодне число - 29,0 - 40,2 (34,5), число Рейхерта-Мейссля 24,0-31,2 (28,4), показник заломлення 1,4539-1,4559 (1,4549).

Встановлено відмінності складу молочного жиру в Україні і країнах пострадянського простору та доведено, що характер зміни складу та властивостей молочного жиру за сезонами року в Україні не відповідає раніше існуючим уявленням. Встановлено два періоди для корегування технологічних режимів виробництва масла за вмістом твердої фази та за значенням йодного числа: вище 34,5 - травень-жовтень, нижче 34,5 - листопад-квітень.

Вперше розроблено методику визначення вмісту жирів рослинного походження у жировмісних продуктах за числом Рейхерта-Мейссля, встановлено характеристики її точності (свідоцтво про метрологічну атестацію №081/12 - 0086 03 від 05.05.2003 р. видано УкрЦСМ).

Практичне значення отриманих результатів.

- розроблено «Рекомендації по уточненню технологічних режимів виробництва вершковаго масла шляхом сколочування» і «Рекомендації по уточненню технологічних режимів виробництва масла шляхом перетворення високожирних вершків», що забезпечують отримання якісного масла. Рекомендовані режими перевірено на 5 підприємствах України. Розроблено «Технологічну інструкцію з виробництва вершкового масла методом сколочування (згідно з ДСТУ 4399:2005)», «Технологічну інструкцію з виробництва вершкового масла методом перетворення високожирних вершків (згідно з ДСТУ 4399:2005)», де уточнено параметри підготовки вершків до сколочування і сколочування в масло, а також режими перетворення високожирних вершків в масло. Інструкції впроваджено на 19 підприємствах;

- за результатами досліджень розроблено «Методику виконання вимірювань масової частки немолочних жирів у маслі з комбінованою жировою фазою», пріоритет підтверджений патентом України «Спосіб кількісного визначення вмісту немолочних жирів у маслах з комбінованою жировою фазою», заявка №2003108999 від 06.10.2003 р. Методику впроваджено на 27 підприємствах.

Особистий внесок здобувача полягає у підборі і аналізі літературних даних за темою дисертації, в організації досліджень, виконанні аналітичних та експериментальних досліджень, обробці й аналізі отриманих результатів, статистичній обробці даних. За участю дисертанта розроблено рекомендації з уточнення технологічних режимів та інструкції з виробництва масла, методику, підготовлено до публікації статті, а також оформлено патент на винахід.

Планування експерименту, аналіз і обговорення результатів досліджень, формулювання висновків проведено разом з науковим керівником - д.т.н., проф., член-кор. УААН Гуляєвим-Зайцевим С.С.

Випробовування «Методики виконання вимірювань масової частки немолочних жирів у маслах з комбінованою жировою фазою» проведено за участю начальника Центру випробувань продукції УкрЦСМ В.К. Семеновича і завідуючої хімічною лабораторією цього центру В.А. Карпової. Статистична обробка вихідних даних була виконана за підтримки начальника лабораторії НДВ-12 УкрЦСМ Алєксандрової Т.Г.

Перевірка технологічних розробок і впровадження їх у виробництво виконані автором за участі спеціалістів маслоробних підприємств України.

Особистий внесок дисертанта підтверджується поданими документами і науковими працями.

Апробація результатів досліджень. Головні положення дисертаційної роботи висвітлювались та обговорювалися на VII Міжнародній науково-технічній конференції «Пріоритетні напрями впровадження в харчову промисловість сучасних технологій, обладнання і нових видів продуктів оздоровчого та спеціального призначення», УДУХТ (Київ 2001 р.), Міжнародній науковій конференції молодих учених, аспірантів та студентів «Сучасні методи створення нових технологій та обладнання в харчовій промисловості», НУХТ (Київ 2002 р.), 69-тій науковій конференції молодих учених, аспірантів і студентів «Розроблення, дослідження і створення продуктів функціонального харчування, обладнання та нових технологій для харчової і переробної промисловості», НУХТ (Київ 2003 р.), Міжнародній науково-практичній конференції «Харчування як фактор формування здоров'я населення», Інститут гігієни і медичної екології ім. О.М. Марзєєва АМГІ України (Київ 2003 р.), Міжнародній науково-технічній конференції «Розроблення та виробництво продуктів функціонального харчування, інноваційні технології та конструювання обладнання для перероблення сільгоспсировини, культура харчування населення України», НУХТ (Київ 2003 р.), Учених радах ТІММ УААН по результатам роботи щорічно у 2001-2003 рр.

Публікації. За матеріалами дисертаційної роботи опубліковано 5 наукових статей у фахових наукових виданнях, 1 патент України, тези у матеріалах п`яти міжнародних та науково-технічних конференціях.

Структура і об'єм роботи. Робота складається зі вступу, шести розділів, висновків та 22 додатків. Загальний обсяг роботи викладено на 136 сторінках машинописного тексту, містить 29 рисунків, 17 таблиць, список використаних літературних джерел - 139 найменувань.

Основний зміст роботи

жир масло молочний вершковий

У вступі обґрунтовано актуальність дисертаційної роботи, визначено її мету та головні завдання, показано наукову новизну і практичне значення отриманих результатів. Представлено відомості щодо особистого внеску автора, апробації результатів дисертації, об'єму роботи.

У першому розділі «Огляд літератури» подано аналіз роботи вітчизняних і зарубіжних дослідників з питань хімічного складу та фізико-хімічних констант молочного жиру, висвітлено особливості їх сезонних змін, а також розглянуто процеси затвердіння-плавлення молочного жиру, показано їх вплив на вибір технологічних параметрів виробництва масла, наведено оптимальні структурно-механічні властивості готового продукту. Висвітлено проблему контролю натуральності молочного жиру.

Другий розділ «Організація роботи і методи досліджень» розкриває методологічні аспекти роботи - наведено схему проведення роботи, подано характеристику об'єктів і використаних методів досліджень.

Проби жировмісного продукту (вершки, масло) відбирали щоквартально в трьох природнокліматичних зонах України (Полісся, Лісостеп, Степ), які охоплюють 17 областей. Загалом за період з червня 2000 р. по січень 2003 р. відібрано більше 200 проб, кожну з яких аналізували за такими показниками: йодне число, число Рейхерта-Мейссля, показник заломлення. Також було досліджено жирнокислотний склад і закономірності затвердіння та плавлення молочного жиру, отриманого в Україні. Експериментальні дослідження з вивчення складу і фізико-хімічних властивостей молочного жиру виконували у відділі маслоробства Технологічного інституту молока та м'яса.

Всі досліди виконували у трьохкратній повторності; для математичної обробки результатів проведений статистичний аналіз (Лапач та ін., 2001). графічну обробку результатів здійснено за допомогою програм Microsoft Exel 7.0 та Harvard Chart for Windows XP.

У третьому розділі «Експериментальна частина» викладено основні результати досліджень молочного жиру в Україні за фізико-хімічними показниками - йодне число (ЙЧ), число Рейхерта-Мейссля (РМ), показник заломлення (ПЗ), жирнокислотний склад, процеси затвердіння і плавлення. Склад МЖ впливає на процеси затвердіння-плавлення, які, в свою чергу, обумовлюють технологічні параметри виробництва якісного масла.

Константи молочного жиру. ЙЧ - важливий показник, що харак-теризує ступінь ненасиченості (вміст ненасичених жирних кис-лот) молочного жиру, і викорис-товується для корегування технологічних режимів вироб-ництва масла.

Вивчаючи сезонні та регіональні зміни цього показника, було встановлено, що зони Полісся і Лісостепу однотипові щодо зміни константи: максимуми припа-дають на літній період з наступним зниженням до осені, тоді як мінімальні значення спостерігають у зимовий період; весняний жир характеризується незначним підвищенням ЙЧ. Степова зона за характером зміни ЙЧ молочного жиру істотно відрізнялась. В усіх областях максимальні значення відмічали в осінній період, мінімальні - взимку, тоді як для Полісся і Лісостепу даний показник був нижчий на 3,2 і 2,7 одиниці. Навесні у Степовій зоні величина ЙЧ збільшується і у більшості областей перевищує літні значення цього показника. Це пов'язано з кормовою базою і обумовлено кліматичними особливостями зони (температурою і кількістю осадів у кожну пору року).

Встановлено, що в Україні ЙЧ молочного жиру залежно від сезону і регіону змінюється від 29,1 до 40,1, тобто на 11 одиниць.

У «Збірнику технологічних інструкцій з виробництва вершкового та топленого масла», виданого 1989-го р. (м. Угліч, Росія, ВНДІМіС чинного на території всього колишнього СРСР до 2005 р.), середній показник ЙЧ молочного жиру був встановлений на рівні 39 одиниць. Результати наших досліджень свідчать, що в Україні середнє значення цього показника складає 34,5 одиниці. Експериментально показано, що зі зменшенням ЙЧ з 39 до 34,5 зростає концентрація твердого жиру за температури 20 ^оС з 15 до 22%, тобто на 50%, що безумовно збільшує твердість масла, і без відповідного корегування технології може спричинити вади консистенції: надлишкову твердість, шаруватість, крихкість.

Традиційно режими виробництва масла поділяють на весняно-літній та осінньо-зимовий. Вважається, що в межах періоду склад і властивості молочного жиру залишаються приблизно однаковими або змінюються несуттєво. Для умов України такий підхід не обґрунтований. В Україні відмічені два періоди року, протягом яких спостерігаються незначні зміни складу і властивостей молочного жиру: це травень - жовтень (йодні числа вище 34,5 одиниць) та листопад - квітень (йодні числа нижче 34,5 одиниць). Для цих періодів року і повинні встановлюватися диференційовані (різні) режими виробництва масла.

Показник заломлення (ПЗ) - характеристика жиру, яка залежить від довжини вуглецевого ланцюга і ступеню ненасиченості жирних кислот. Він легко визначається і добре корелює з ЙЧ. Були встановлені ПЗ молочного жиру в різні сезони різних кліматичних зон України (рис. 2).т Помічено, що в зонах характер зміни ПЗ повторює зміни ЙЧ молочного жиру по зонах і Україні в цілому. Результати дослідів показали, що ПЗ молочного жиру України знаходиться у межах 1,4539-1,4559 одиниць, за середньорічного показника - 1,4549. Значення ПЗ у Степовій зоні дещо вищі, ніж у Поліссі і Лісостепу.

Найменші значення ПЗ для цих регіонів спостерігали лише у літній період.

Число Рейхерта-Мейссля - показник концентрації летких низько-молекулярних розчинних у воді жирних кислот. На рис. 3 представлено залежність величини цього показника від кліматичної зони та пори року. Так максимальні значення середньорічного показника спостерігали на Поліссі, а в Степовій зоні - мінімальне. При цьому у всіх зонах максимальні значення числа Рейхерта-Мейссля відмічено у весняний період, а мінімальні - восени. По Україні число Рейхерта-Мейссля змінювалося від 24,4 до 31,2 одиниці.

Встановлено межі коливань та середні значення основних фізико-хімічних констант МЖ в різних природнокліматичних зонах та в Україні в цілому (табл. 1). Також виділено пори року, в які ці показники та характер їх зміни суттєво відрізняються від традиційно принятих.

Таблиця 1. Значення констант МЖ в Україні

Значення показників	Полісся	Лісостеп	Степ	Україна
Йодне число
Літо Осінь	29,3-39,3 34,02 37,5 35,0	29,0-39,1 34,03 37,2 34,9	31,9-40,2 36,04 36,2 38,0	29,0-40,2 34,7 37,0 36,0
Показник заломлення
Літо Осінь	1,4539-1,4555 1,4548 1,4552 1,4549	1,4539-1,4558 1,4548 1,4554 1,4548	1,4542-1,4559 1,4552 1,4549 1,4555	1,4539-1,4559 1,4549 1,4551 1,4550
Число Рейхерта-Мейссля
	25,6-31,2 28,64	24,0-30,6 28,36	24,4-30,6 28,05	24,0-31,2 28,35

Для більш детального вивчення залежності фізико - хімічних показників МЖ від пори року проводили відбір проб кожні 15 днів з молокозаводу «Регіонпродукт» Київської області, розташованого у Лісостеповій зоні. На рис. 4 наведено зміни середніх значень йодного числа, показника заломлення і числа Рейхерта-Мейссля молочного жиру по місяцях протягом року. Крива зміни ПЗ протягом року за незначними винятками повторює криву сезонних змін йодного числа. Їх максимуми і мінімуми збігаються. За результатами досліджень отримано лінійну залежність ЙЧ від ПЗ молочного жиру, яка описується рівнянням, коефіцієнт кореляції між змінними досить високий - 0,85:

ЙЧ = 5532,1 · ПЗ - 8013,8

Залежність чисел Рейхерта-Мейссля є обернено пропорційним змінам йодного числа та показника заломлення.

Таким чином, отримані базові дані фізико - хімічних констант молочного жиру було використано для корегування технологічних режимів виробництва масла для розробки методу визначення масової частки немолочного жиру у жировій фазі масла.

Жирнокислотний склад молочного жиру досліджено у всьому діапазоні зміни ЙЧ - від 29,1 до 40,0 одиниць. Як видно з табл. 2 - жирнокислотний склад молочного жиру в Україні змінюється досить суттєво. Проведені дослідження дозволили визначити діапазон зміни як окремих жирних кислот, так і їх груп у молочному жирі збірного молока. Вивчення літературних даних з хімічного складу МЖ у регіонах колишнього СРСР і співставлення їх з отриманими свідчить, що в Україні молочний жир містить більше низькомолекулярних жирних кислот (від 8,57 до 11,83 одиниці при середньому значенні - 10,07%), дещо більший вміст стеаринової кислоти (7,79 - 12,02%), але при цьому рівень вмісту ненасичених жирних кислот становив по групі в середньому 30,9% з коливаннями від 26,08 до 33,73%), поліненасичених - від 1,69 до 2,88%, та також олеїнової кислоти в середньому 20,9%.

Таблиця 2. Жирнокислотний склад молочного жиру в Україні

№ п./п	Найменування кислот	Позначення кислот	Вміст кислот, % по масі у МЖ з йодними числами
			29,3	31,8	34,5	37,8	40,1
Насичені жирні кислоти, в тому числі парного ряду:	70,25	67,02	63,27	61,46	60,11
	67,5	64,8	61,25	59,49	57,94
1	Масляна	4:0	6,95	4,74	5,16	6,54	5,89
2	Капронова	6:0	3,31	2,53	2,68	3,05	2,67
3	Каприлова	8:0	1,57	1,30	1,41	1,34	1,27
4	Капринова	10:0	2,85	2,26	2,71	2,24	2,31
5	Лауринова	12:0	2,95	2,69	2,81	2,17	2,35
6	Міристинова	14:0	10,41	10,11	9,64	8,25	8,32
7	Пальмитиновая	16:0	31,33	30,87	24,66	23,65	22,82
8	Стеаринова	18:0	7,79	9,95	11,89	11,98	12,02
9	Арахінова	20:0	0,18	0,21	0,18	0,18	0,16
10	Бегенова	22:0	0,09	0,08	0,08	0,06	0,09
11	Лігноцеринова	24:0	0,07	0,06	0,03	0,03	0,04
непарного ряду:	2,75	2,22	2,02	1,97	2,17
12	Валеріанова	5:0	0,03	0,02	0,03	0,03	0,04
13	Енантова	7:0	0,02	0,02	0,01	0,01	0,01
14	Пеларгонова	9:0	0,02	0,02	0,02	0,02	0,01
15	Ундеканова	11:0	0,03	0,02	0,03	0,02	0,03
16	Тридеканова	13:0	0,11	0,07	0,07	0,06	0,07
17	Пентадеканова	15:0	1,68	1,34	1,21	1,12	1,30
18	Маргаринова	17:0	0,88	0,73	0,65	0,71	0,71
Ненасичені жирні кислоти, в тому числі моно ненасичені:	26,08	29,39	32,21	33,21	33,73
19	Капролеїнова	10:1	0,35	0,29	0,29	0,22	0,21
20	Міристолеїнова	14:1 п-5	1,02	0,93	0,75	0,58	0,54
21	Пентадеценова	15:1	0,41	0,36	0,28	0,36	0,29
22	Пальмітолеїнова	16:1 п-7	2,04	1,78	1,50	1,33	1,40
23	Гептадеценова	17:1	0,51	0,40	0,29	0,36	0,32
24	Олеїнова	18:1п-9	17,64	20,34	21,02	22,89	22,59
25	Сума транс-ізомерів		2,19	2,91	5,68	4,54	5,35
26	Арахінолеїнова	20:1 п-9	0,15	0,16	0,12	0,11	0,10
поліненасичені
27	Лінолева	18:2 п-6	1,05	1,62	1,36	2,18	1,75
28	Ліноленова	18:3 а	0,49	0,40	0,73	0,44	1,01
29	Арахідонова	20:4 п-4	0,15	0,12	0,11	0,14	0,12

Встановлено, що вміст транс-ізомерів жирних кислот у молочному жирі України коливається від 1,42 до 5,22%. Ці дані, а також дані щодо вмісту транс - ізомерів у рослинних жирах було використано для розробки технології спредів та вимог до допустимого рівня транс - ізомерів у цих продуктах.

Застосування кореляційного аналізу показало наявність тісного зв`язку між йодним числом, групами і окремими жирними кислотами, про що свідчать високі значення коефіцієнту кореляції:

М = 17,05 - 0,222 Ч ЙЧ r = 0,9282

П = 57,147 - 0,8784 Ч ЙЧ r = 0,8752

С = 0,376 Ч ЙЧ - 2,334 r = 0,7827

О = 0,4517 Ч ЙЧ + 5,2228 r= 0,8768

НЖК = 96,788 - 0,933 Ч ЙЧ r = 0,957

ННЖК = 0,688 Ч ЙЧ + 7,062 r = 0,886

Гр С₁₈ = 1,22 Ч ЙЧ - 4,39 r = 0,859

С_14:0-С_18:0 = 71,86 - 0,724 Ч ЙЧ r = 0,858

де М, П, С, О - міристинова, пальмітинова, стеаринова, олеїнова жирні кислоти, відповідно;

НЖК - насичені жирні кислоти; ННЖК - ненасичені жирні кислоти;

Гр С₁₈ - група жирних кислот з 18 атомами вуглецю: стеаринова, олеїнова, лінолева, ліноленова; С_14:0-С_18:0 - група насичених жирних кислот: міристинова, пальмітинова, стеаринова.

Процеси кристалізації і плавлення молочного жиру досліджували в діапазоні значень йодних чисел 29,1 - 40,1, які є характерними для України. Вивчені регіональні та сезонні особливості плавлення молочних жирів різних природно-кліматичних зон.

Процес кристалізації за температурии 0°С проходить нерівномірно в часі. Як видно з рисунка, найвища швидкість затвердівання спостерігається у перші хвилини кристалізації, при цьому через 18 хвилин утворюється не менше 50% кристалічної фази від макси-мально можливої. Потім насту-пає перша зона повільного затвердівання, в якій вміст крис-талічної фази збільшується лише на декілька відсотків. Крива затвердівання на цьому відрізку має незначний кут до осі абсцис. Далі швидкість кристалізації знову зростає, але вона швидко падає у часі і значно нижча, ніж на початковій стадії кристалізації.

Тривалість стадії другого наростання твердої фази становила 100 хв у всіх досліджених нами зразках.

Завершувала кристалізацію ІІ зона повільного затвердівання. Швидкість затвердівання на цій стадії дуже мала і через 180 хв встановлювалася рівновага між кристалічною і рідкою фазами. МЖ з найменшим значенням йодного числа 29,1 за температури 0°С і з витримкою 3 год характеризувався найвищим вмістом кристалічної фази - 81,5%. Для молочного жиру з йодним числом 40,1 вміст кристалічної фази становив 57,4% (різниця складає 24,1%).

При плавленні МЖ (рис. 6) в діапазоні температур від 0 до 20°С спостерігалось зниження кристалічної фази, але різниця між вмістом кристалічної фази для МЖ з мінімальним і максимальним ЙЧ змінювалась не значно і становила 24,1 - 26,4%. За високих температур (24 - 34°С) спостерігали різке зменшення концентрації твердої фази в жирі з мінімальним йодним числом, різниця між вмістом твердої фази у зразках з граничними ЙЧ зменшувалась з підвищенням температури до 11,8 - 0,76%.

За результатами досліджень підготовлено номограму (рис. 7), де враховано широкий діапазон складу молочного жиру України і всю температурну область фазових перетворень, які зустрічаються у практиці маслоробства. Необхідно зазначити, що за температури виробництва масла (8 - 20)°С різниця у вмісті кристалічної фази може досягати 24 - 30% залежно від йодного числа молочного жиру. Цю особливість молочного жиру необхідно враховувати у технології масла, а отже, режими виробництва слід диференціювати. Номограма може бути використана для визначення вмісту твердої фази залежно від ЙЧ і температури МЖ. Залежність вмісту твердої фази (Т) від ЙЧ описується рівнянням:

Т= a ? ЙЧ³ + b ? ЙЧ² + c ? ЙЧ + d,

де a, b, c, d - коефіцієнти, що залежать від температури і визначені дослідним шляхом

У четвертому розділі «Удосконалення технологічних режимів виробництва вершкового масла» на основі встановлених показників хімічного складу та фізико-хімічних властивостей, а також їх середніх показників, визначено два періоди, протягом яких спостерігаються відносно невеликі коливання складу та властивостей молочного жиру: травень-жовтень - йодні числа від 34,5 до 40,1 одиниці та листопад-квітень - від 29,1 до 34,5 одиниці. Для цих періодів розроблено диференційовані технологічні режими виробництва вершкового масла (таб. 3 та 4). Враховуючи особливості складу та властивостей молочного жиру України, розроблені параметри обробки відрізняються нижчими температурними режимами та інтенсивнішою механічною обробкою. Застосування нових режимів дасть змогу отримати масло належної консистенції, особливо у літній період, та уникнути вад структури таких як крихкість, шаруватість та інші. Режими пройшли виробничу перевірку на 3 підприємствах України, отримане масло мало необхідну структуру та якість. На їхній основі відповідно з ДСТУ 4399:2005 «Масло вершкове. Технічні умови» розроблено «Технологічні інструкції з виробництва масла вершкового методом сколочування».

Таблиця 3. Режими дозрівання вершків

Масова частка жиру в маслі, %	Режими дозрівання вершків по періодам року
	Період з травня по жовтень, йодне число жиру вище 34,5	Період з листопада по квітень, йодне число жиру нижче 34,5
	Температура, оС	Витримка, год, не менше	Температура, оС	Витримка, год, не менше
80,0-85,0	4-5	5	5-7	7
72,5-79,5	5-9	7	6-10	8
61,5-72,0	6-10	8	7-11	10

Таблиця 4. Температурні режими сколочування вершків у виробництві вершкового масла

Масова частка жиру в маслі, %	Температура сколочування вершків, єС
	Період з травня по жовтень, йодне число жиру вище 34,5	Період з листопада по квітень, йодне число жиру нижче 34,5
80,0-85,0	10,5-13,5	13,5-17,0
72,5-79,5	11,5-14,5	14,5-18,0
61,5-72,0	12,5-15,5	15,5-19,0

Для різних періодів року з урахуванням складу та властивостей молочного жиру в Україні температура сколочування в зазначених в таблиці межах може бути уточнена за графіком, поданим на рис. 8, на підставі визначеного йодного числа чи показника заломлення.

Технологія виробництва вершкового масла методом перетворення високожирних вершків також повинна враховувати не тільки хімічний склад та фізико-хімічні властивості використовуваної сировини, але і конструктивні особливості маслоутворювачів різних марок. На основі досліджень сезонних змін складу та властивостей МЖ в Україні розроблені та перевірені в виробничих умовах режими роботи маслоутворювачів пластинчатого Р3-ОУА-1000 та трьохциліндрового Я7-ОМ-ЗТ (таб. 5). На них базуються розроблені «Технологічні інструкції з виробництва масла вершкового методом перетворення високожирних вершків, які розроблені у відповідності з ДСТУ 4399:2005 «Масло вершкове. Технічні умови».

На даний період досконалішими апаратами для виробництва масла з різною продуктивністю є обладнання марки Я5-ОМС. В агрегатах цього обладнання оптимізовано технологічний процес отримання масла: охолодження без руйнування жирової емульсії (пластинчастий охолоджувач), дестабілізація жирової емульсії та обернення фаз (дестабілізатор) і формування оптимальної структури (структуроутворювач) з рідкою (для фасування монолітом) та твердою (для поточного фасування в споживчу тару) структурою.

Конструкція цих апаратів дозволяє змінювати в широких межах режими термомеханічної обробки і, тим самим, керувати процесом та властивостями масла. Параметри, що обумовлюють характер процесу та якість масла, - це температура продукту після охолоджувача та структуроутворювача, інтенсивність механічної обробки, а також продуктивність апарату, від якої залежить тривалість (швидкість) процесу маслоутворення.

Таблиця 5. Температурні режими виробництва вершкового масла на маслоутворювачах Р3-ОУА та Я7-ОМ-3Т

Тип масло-утворювача	Масова частка жиру в маслі, %	Продуктивність апарату, кг/год	Температура,°С	Число обертів валу, об/хв
			вершків після охолодження	масла на виході	охолоджу-вача	обробника
Для періоду з травня по жовтень, йодні числа молочного жиру вище 34,5*
Пластин-частий РЗ-ОУА-1000	80,0-85,0	1000	13,5-14,5	16,5-18,0	70-80	280-320
	72,5-79,5	900	12,5-14,0	16,5-18,0	100	400
	61,5-72,0	650	13,0-14,0	17,0-18,5	100	400
Трьохци-ліндровий Я7-ОМ-ЗТ	80,0-85,0	700-750	-	14,0-15,0	180	-
	72,5-79,5	650-700		14,0-15,0	180	-
	61,5-72,0	550-600	-	14,0-16,0	180	-
Для періоду з листопада по квітень, йодні числа молочного жиру нижче 34,5 **
Пластин-частий РЗ-ОУА-1000	80,0-85,0	1000	13,0-14,5	16,5-17,5	80-100	320-400
	72,5-79,5	850	12,5-14,0	16,5-18,0	100	400
	61,5-72,0	600	13,5-14,5	17,5-18,5	100	400
Трьохци-ліндровий Я7-ОМ-ЗТ	80,0-85,0	650-700	-	13,0-15,0	180	-
	72,5-79,5	600-650	-	15,0-16,0	180	-
	61,5-72,0	500-550	-	15,0-16,0	180	-

Нами відкореговано температурно-механічні режими виробництва масла на цих установках, враховуючи отримані особливості складу та властивостей вихідної сировини (табл. 6 та 7). Виробнича перевірка на 3 підприємствах підтвердила їх доцільність.

Запропоновані режими викладено в розроблених «Технологічних інструкціях з виробництва масла вершкового методом перетворення високожирних вершків».

Досліджено структурно-механічні характеристики зразків селянського масла, виробленого за удосконаленими режимами. Встановлено показники міцності структури готового продукту - близько 4000 Па для МЖ з низьким ЙЧ (35, 4) та в межах 2000 Па - для МЖ з високим ЙЧ (37,0). Ці показники відповідають «еталонним», що підтверджує оптимальність запропонованих технологічних режимів.

Таблиця 6. Температурні режими виробництва вершкового масла на маслоутворювачах Я5-ОМС

Тип маслоутворювача	Масова частка жиру в маслі, %	Температура, єС
		на виході з охолоджувача	на виході зі структуроутворювача
		пусковий період	робочий режим	Період з травня по жовтень, йодне число вище 34,5*	Період з листопада по квітень, йодне число нижче 34,5 **
Масло з рідкою консистенцією
Я5-ОМС-05 Я5 - ОМС-1 Я5-ОМС-2	80,0-85,0	161	171	151	161
	72,5-79,5	141	151
	61,5-72,0	111	131
Масло с твердою консистенцією
Я5-ОМС-05 Я5 - ОМС-1 Я5-ОМС-2	80,0-85,0	161	171	121	141
	72,5-79,5	141	151	111	131
	61,5-72,0	111	131	91	111

У п'ятому розділі «Розроблення методики визначення немолочних жирів у маслі з комбінованою жировою фазою» представлено дослідження щодо розроблення якісного і кількісного методу оцінки складу жирової фази молочного продукту.

Були вивчені фізико - хімічні показники рослинних жирів і замінників молочного жиру зарубідного та вітчизняного виробництва, які використовують у молочній промисловості. Порівнюючи їх з базовими показниками молочного жиру, було запропоновано для якісного визначення наявності немолочних жирів продукту використовувати показник заломлення жиру. Так, для молочного жиру в Україні показник заломлення має середнє значення 1,4549 при можливих коливаннях від 1,4539 до 1,4559. Показник заломлення замінників молочного жиру перевищує вказані значення, за винятком лише пальмового жиру, який маючи великий діапазон зміни даного показника, лише нижнім порогом потрапляє у межі зміни показника заломлення.

Таблиця 7. Режими механічної обробки при виробництві масла на маслоутворювачах Я5-ОМС

Тип маслоутворювача	Масова частка жиру в маслі, %	Масло з рідкою консистенцією	Масло з твердою консистенцією
		Число обертів вала, об/хв
		охолоджувача	структуроутворювача	охолоджувача	структуроутворювача
Я5-ОМС-05	80,0-85,0	38	48; 56	38	38
	72,5-79,5	38	56	38	38
	61,5-72,0	38; 48	56	38	38
Я5-0МС-1	80,0-85,0	38	48; 56	38	38
	72,5-79,5	38	56	38	38
	61,5-72,0	38; 48	56	38; 48	38
Я5-ОМС-2	80,0-85,0	23	55	23	48
	72,5-79,5	23	55; 100	23	48
	61,5-72,0	23	55; 100	23	48

Перевірка запропонованого методу на модельних сумішах із вмістом різних рослинних жирів від 10 до 75% показала, що цей метод може використовуватися на практиці лише як якісний. Його недоліком є широкий діапазон значень показника заломлення рослинних жирів з характерними двома зонами, які знаходяться вище і нижче базових значень показника заломлення молочного жиру.

Тому для кількісного визначення немолочних жирів у жировій фазі запропоновано використовувати базові показники числа Рейхерта - Мейссля, що характеризує вміст низькомолекулярних летких жирних кислот, які присутні у молочному жирі і практично відсутні у рослинних жирах. Встановлено, що для молочного жиру цей показник змінюється від 25,0 до 30,9 одиниць, тоді як для рослинних жирів цей показник змінюється від 0,5 до 2 одиниць, і тільки для кокосового та пальмоядрового жирів цей показник змінюється від 4 до 7 одиниць.

Розрахунок вмісту немолочного жиру у жировій фазі продукту проводиться за рівнянням:

НЖ=(РМ_мж-РМ_см): (РМ_мж-РМ_рж)*100%,

де НЖ - вміст немолочного жиру у жировій основі масла, %; РМ_см, РМ_мж, РМ_рж - числа Рейхерта-Мейссля, відповідно, суміші, молочного і рослинного жирів.

При цьому, для внутрішньозаводського контролю, розрахунок проводиться за значеннями чисел Рейхерта - Мейссля вихідних жирів і готового продукту. Для зовнішнього контролю запропоновано варіант методу з використанням середніх базових показників.

При визначенні показників точності запропонованої методики проведено статистичну обробку отриманого упродовж трьох років масиву експериментальних даних чисел Рейхерта - Мейссля молочного жиру і рослинних жирів. Проведено міжлабораторні дослідження у Технологічному інституті молока та м'яса і в Центрі досліджень продукції УкрЦСМ, визначено розмір і межі відносної сумарної похибки:

для встановлених чисел Рейхерта-Мейссля вихідних жирів - (? 5)%;

для невстановлених чисел Рейхерта-Мейссля вихідних жирів - (? 12)%.

У шостому розділі «Впровадження результатів роботи. Економічна ефективність розробок» подано результати робіт щодо впровадження створеної нормативної бази для виробництва вершкового масла згідно з ДСТУ 4399:2005 «Масло вершкове. Технічні умови»: на основі результатів досліджень складу і властивостей молочного жиру в Україні і затверджених «Рекомендацій з уточнення технологічних режимів виробництва вершкового масла способом перетворення високожирних вершків» і «Рекомендацій з уточнення технологічних режимів виробництва вершкового масла способом сколочування», а також їх промислових перевірок на 6 молочних підприємствах, розроблено «Технологічну інструкцію з виробництва вершкового масла методом перетворення високожирних вершків» і «Технологічна інструкція з виробництва вершкового масла методом сколочування». Інструкції впроваджені на 19 підприємствах України. Права на розроблені технологічні інструкції захищені Свідоцтвами про реєстрацію авторських прав №17799 і №17800, відповідно.

При впровадженні «Методики виконання вимірювань масової частки немолочних жирів у маслі з комбінованою жировою фазою» проведено метрологічну перевірку в УкрЦСМ, отримано свідоцтво про атестацію №081/12 - 0086 - 03 від 05.05.2003 р. Права захищені Патентом України на винахід «Спосіб кількісного визначення вмісту немолочних жирів у маслах з комбінованою жировою фазою» №67470 А, G01N33/04 2004. Методика впроваджена на 27 підприємствах України і в системі Держстандарту.

Висновки

На основі результатів аналітичних та експериментальних досліджень складу та властивостей молочного жиру науково обґрунтовано відмінності складу молочного жиру в Україні та країнах пострадянського простору. Отримані результати підтверджені «Кліматичною теорією утворення органічних сполук», в відповідності з якою в умовах теплого клімату в рослинах синтезується більш насичені жири. Особливості складу молочного жиру покладено в основу для удосконалення технологічних режимів виробництва вершкового масла в Україні та створення методики кількісного визначення немолочних жирів в маслі. У ході роботи було зроблено такі висновки:

1. Встановлено закономірності зміни хімічного складу та фізичних властивостей МЖ в Україні залежно від пори року та регіону. Визначено межі змін показників складу МЖ та їхні середньорічні значення: йодне число - 29,0 - 40,2 (34,5) з максимальним значенням в червні, число Рейхерта-Мейссля 24,0-31,2 (28,4), показник заломлення 1,4539-1,4559 (1,4549).

2. Встановлено зміни жирнокислотного складу МЖ: вміст насичених високомолекулярних С₁₄:С₂₄ кислот 43,5-51,3%, мононенасичених - 22,0 - 25,7%, поліненасичених - 1,7-2,9%. Максимальну концентрацію ненасичених жирних кислот у жирі молока спостерігають у зонах Полісся та Лісостепу в червні, а в Степній зоні - в жовтні. Виявлено кореляційні залежності між вмістом окремих жирних кислот, їх групами та йодним числом МЖ.

3. Вперше встановлено вміст транс-ізомерів жирних кислот в молочному жирі, який коливається в межах 2,2 -5,7%. Дані враховані в нормативній документації з виробництва спредів.

4. Виявлено закономірності зміни вмісту твердої фази в МЖ різного жирнокислотного складу та межі їх коливань:

при 10єС - від 46 до 72%, 20єС - від 14 до 40%, 30єС - від 3 до 10%.

5. Розроблено номограму та отримано рівняння для визначення концентрації кристалічної фази в молочному жирі, яка визначає структуру та консистенцію масла.

6. Доведено, що характер зміни складу та властивостей молочного жиру по сезонам року в Україні не відповідає раніше існуючим уявленням. Так для молочного жиру України в період з листопада по квітень є характерним мінімальний вміст ненасичених жирних кислот та максимальна ступінь кристалізації, а з травня по жовтень навпаки.

7. Опрацьовано режими та параметри технологічного процесу виробництва вершкового масла, що враховують особливості складу та властивостей молочного жиру в Україні. Структурно-механічні показники виробленого продукту відповідали еталонним значенням. Розроблено «Технологічну інструкцію з виробництва вершкового масла способом перетворення високожирних вершків» та «Технологічну інструкцію з виробництва вершкового масла способом сколочування» відповідно ДСТУ 4399:2005). Промислове випробовування технології підтвердило здатність диференційованих режимів виробництва масла забезпечувати високу якість кінцевого продукту. Авторські права захищено, технологічні інструкції з виробництва масла впроваджено на 19 підприємствах України.

8. Доведено, що критерієм оцінки натуральності жирової фази масла може слугувати число Рейхерта-Мейссля з встановленими межами коливань та середніми значеннями. Розроблено и метрологічно атестовано «Методику виконання вимірювань масової частки немолочних жирів в маслах з комбінованою жировою фазою». На зазначену методику отримано Патент України «Спосіб кількісного визначення вмісту немолочних жирів в маслах з комбінованою жировою фазою» №67470 С2, G01N33/04 2007. Методику впроваджено на 27 підприємствах України та в системі Держстандарту.

Перелік робіт, опублікованих за темою дисертаційної роботи

1. Гуляєв-Зайцев С.С. Сезонні та регіональні зміни хімічного складу молочного жиру/ С.С. Гуляєв-Зайцев, Л.М. Тищенко // Вісник аграрної науки. - 2002. - №3, - с. 67-69.

Особистий внесок здобувача полягає в проведенні експериментальних досліджень фізико-хімічних констант молочного жиру в різні пори року в трьох природньо-кліматичних зонахУкраїни, опрацюванні результатів, підготовки матеріалів до друку.

2. Тищенко Л.М. До методики ідентифікації молочного жиру // Вісник аграрної науки. -2003. - №2. - с. 77-78.

3. Гуляєв-Зайцев С.С. Особливості жирнокислотного складу молочного жиру України/ С.С. Гуляєв-Зайцев, Л.М. Тищенко // Молочна промисловість. - 2003. - №1 (4). - с. 38-39.

Особистий внесок здобувача полягає в опрацюванні даних літератури з теми, в опрацюванні даних жирнокислотного складу молочного жиру в Україні, проведенні статистичної обробки результатів, підготовки матеріалів до друку.

4. Гуляєв-Зайцев С.С. Методика визначення масової частки немолочнижирів у маслі/ С.С. Гуляєв-Зайцев, Л.М. Тищенко // Стандартизація. Сертифікація. Якість. - 2003. - №6.-с. 28.

Особистий внесок здобувача полягає в розробці методики, проведенні порівняльних випробувань та статистичної обробки, підготовки матеріалів до друку.

5. Гуляев-Зайцев С.С. Уточнение технологических режимов производства масла с учетом состава и свойств молочного жира в Украине/ С.С. Гуляев-Зайцев, Л.Н. Тищенко // Молочна промисловість. - 2004. - №2 (11) - с. 52-53.

Особистий внесок здобувача полягає в уточненні технологічних параметрів виробництва масла, в опрацюванні їх у виробничих умовах, підготовці матеріалів до друку.

6. Пат. 67470 України, МПК⁷ О 01 №33/04, А 23 С 15/00 Спосіб кількісного визначення вмісту немолочних жирів в маслах з комбінованою жировою фазою/ Єресько Г.О., Гуляєв-Зайцев С.С, Тищенко Л.М. - Заявник і патентновласник Технологічний інститут молока та м`яса. - №2003 108999; заявл. 06.10.2003 р; опубл. 10.04.2007, Бюл. №4.

Особистий внесок здобувача полягає в проведенні літературного та патентного пошуку, в узагальненні та систематизації одержаних експериментальних даних, оформленні заявки на патент.

7. Тищенко Л.М. Сезонні зміни фізико-хімічних констант молочного жиру в Україні/ Л.М. Тищенко, С.С. Гуляєв-Зайцев // Пріоритетні напрямки впровадження в харчову промисловість сучасних технологій, обладнання і нових видів продуктів оздоровчого та спеціального призначення: мат-ли 7-мої Міжн. наук.-техн. конф., 23-25 жовтня 2001. - Київ, 2001. - с. 48.

Особистий внесок здобувача полягає в проведенні сезонних відборів зразків жировмісного продукту, визначенні фізико-хімічних констант молочного жиру, опрацюванні отриманих результатів та підготовки матеріалу до друку.

8. Тищенко Л.М. Дослідження фізико-хімічних показників жирів для розробки методу оцінки їх співвідношення у маслі // Сучасні методи створення нових технологій та обладнання в харчовій промисловості: мат-ли Міжн. наук. конф. мол. вчених, аспірантів та студентів, 23-25 квітня 2002 р. - Київ, 2002. - с. 32-33.

9. Тищенко Л.М. Технологічні властивості молочного жиру України // Розроблення, дослідження і створення продуктів функціонального харчування, обладнання та нових технологій для харчової і переробної промисловості: мат-ли 69-тої наук. конф. мол. вчених, аспірантів та студентів, 22-24 квітня 2003 р. - Київ, 2003. - с. 39.

10. Гуляев-Зайцев С.С. Транс-изомеры жирных кислот молочного жира и его заменителей растительного происхождения / С.С. Гуляев-Зайцев, Л.Н. Тищенко // Харчування як фактор формування здоров'я населення: Міжн. наук.-практ. конф., 15-16 травня 2003 р. - Київ, 2003. - с. 39-40.

Особистий внесок здобувача полягає в проведенні літературного аналізу з теми, опрацюванні власних та літературних даних, підготовки матеріалів до друку.

11. Тищенко Л.М. Уточнення технологічних режимів виробництва масла способом сколочування з урахуванням складу та властивостей молочного жиру // Розроблення та виробництво продуктів харчування, інноваційні технології та конструювання обладнання для перероблення сільгоспсировини, культура харчування населення України: мат-ли Міжн. наук.-техн. конф., 21-23 жовтня 2003 р., - Київ, 2004. - с 74.

Размещено на Allbest.ru

...