Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Національний університет харчових технологій

УДК 637.146:632.981.3

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Спеціальність 05.18.04 - Технологія м'ясних, молочних та рибних продуктів

Удосконалення технології кисломолочних десертів на основі сметани

Касьянова Надія Олександрівна

Київ - 2006

Дисертація є рукописом

Робота виконана в Національному університеті харчових технологій Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник: кандидат технічних наук Скорченко Тетяна Анатоліївна Національний університет харчових технологій, доцент кафедри технології молока і молочних продуктів

Офіційні опоненти: доктор технічних наук Кігель Наталя Федорівна Технологічний інститут молока і м'яса УААН, завідуюча відділом біотехнології кандидат технічних наук Чагаровський Вадим Петрович голова Ради Директорів Спілки молочних підприємств України

Провідна установа: Одеська національна академія харчових технологій Міністерства освіти і науки України

Захист відбудеться „21” червня 2006 р. о 10 годині на засіданні спеціалізованої Вченої ради Д 26.058.03 Національного університету харчових технологій за адресою: 01033, м. Київ-33, вул. Володимирська, 68.

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Національного університету харчових технологій за адресою: 01033, м. Київ-33, вул. Володимирська, 68.

Автореферат розісланий 18 травня 2006 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради В.М. Поводзинський.

Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. Актуальною проблемою в молочній галузі є розширення виробництва продуктів десертного призначення. Кисломолочні десерти на основі сметани, або сметанні десерти (СД), набувають все більшої популярності, оскільки вони добре засвоюються, мають високу енергетичну та харчову цінність. Вони мають підвищений попит споживачів завдяки різноманітному асортименту, який включає в себе креми, желе, соуси, пасти, заправки для салатів тощо.

В Україні технологія СД тільки починає впроваджуватись, тому її наукового обґрунтування ще немає. Відсутність наукових досліджень у цій галузі уповільнює розробку нових рецептур. Суть проблеми полягає не тільки в складності підбору стабілізаторів структури, що формують видові ознаки десертів, але також в прогнозуванні необхідних показників якості готових продуктів. Для отримання високоякісних СД необхідно, в першу чергу, визначити вплив кожного стабілізатора на формування структури цих продуктів. Нині для структурування сметанних десертів пропонуються, в основному, комплексні стабілізаційні системи, які складаються з багатьох компонентів різного походження, окрема роль яких у формуванні консистенції та структури десертних продуктів не визначена. Тому своєчасними є дослідження, направлені на обґрунтування технологічних параметрів при застосуванні окремих видів стабілізаторів структури та удосконалення технології СД.

Даний напрямок дає можливість цілеспрямовано використовувати моностабілізатори структури для виробництва якісних структурованих десертних продуктів, регулювати технологічні параметри для одержання сметанних десертів високої якості. Проведення досліджень у цьому напрямку є актуальною темою.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційну роботу виконано згідно тематики бюджетної науково-дослідної роботи кафедри технології молока і молочних продуктів Національного університету харчових технологій (НУХТ): „Удосконалення існуючих і розробка нових ресурсо-, матеріало-, енергоощадних технологій та високоефективного обладнання молочної промисловості” (1998-2001 рр.), „Удосконалення і розробка фізико-хімічних основ технологій молочних продуктів функціонального та десертного призначення” (2001-2004 рр.).

Мета і завдання дослідження. Метою роботи є наукове обґрунтування та вдосконалення технології кисломолочних десертів на основі сметани, зокрема желеподібних, кремів, соусів, пастоподібних продуктів. Для здійснення поставленої мети, на основі аналізу науково-технічної і патентної інформації, вирішувались наступні задачі: провести аналіз існуючих технологій продуктів на основі сметани; визначити види та дози моностабілізаторів структури для отримання різних текстур СД; розробити рецептури СД з урахуванням оптимальних доз внесення інгредієнтів; встановити вплив рецептурних компонентів на якісні показники СД; встановити технологічні параметри виробництва нових СД; порівняти текстури розроблених СД; вивчити форми зв'язків вологи в нових СД; провести аналіз мікроструктур СД; дослідити структурно-механічні показники нових СД; визначити здатність розроблених СД до зберігання; розробити нормативну документацію на нові види СД; провести апробацію удосконаленої технології десертів у виробничих умовах.

Об'єкт дослідження - технологія СД.

Предмети дослідження - дози внесення желатину, карагенану, пектину, ксантанової камеді; вміст плодових і ягідних соків; желе, креми, соуси, пастоподібні продукти з їх використанням.

Методи досліджень. Під час виконання дисертаційної роботи були використані стандартні, загальновідомі та модифіковані методи дослідження. Активну кислотність, титровану кислотність та мікробіологічні показники визначали за стандартними методиками. Мікроструктурний аналіз проводили за допомогою мікроскопіювання приготовлених препаратів з подальшою фіксацією видимих структур шляхом мікрофотографування; ступінь синерезису - методом центрифугування; густину СД визначали за формулою адитивності; реологічні показники СД визначали за допомогою ротаційного віскозиметра Reotest-2; дослідження форм зв'язку води - комплексним методом термічного аналізу: диференціально-термічним та термогравіметричним; енергетичну цінність СД визначали розрахунково; умовний показник ефективної в'язкості СД - на приладі „Instron”; кінетику охолодження СД - у приладі Жукова.

Автором модифіковано визначення вологоутримуючої здатності (ВУЗ) СД методом центрифугування та розроблено методику оцінки текстури СД.

Наукова новизна одержаних результатів.

• Науково обґрунтовано можливість удосконалення технології кисломолочних десертів на основі сметани за рахунок підбору моностабілізаторів структури для забезпечення різної текстури СД: желе, кремів, соусів і пастоподібних.

• Обґрунтовано залежність текстури кисломолочної системи СД від виду та дози внесення стабілізаторів структури, зокрема, желатину, карагенану, пектину та ксантанової камеді.

• Обґрунтовано доцільність використання в рецептурах СД натуральних плодових або ягідних соків у кількості до 45 %, що забезпечує отримання продуктів з високою харчовою цінністю (комплексний показник харчової цінності - 0,98) та задовільними органолептичними властивостями.

• Встановлені вміст вологи різних форм зв'язку у СД та вплив різних видів стабілізаторів структури на її кількість.

• Вперше проведений порівняльний аналіз мікроструктури СД з різними видами стабілізаторів структури.

• Досліджено кінетику охолодження СД, визначено критичні температури застигання при структуроутворенні СД, що дало можливість встановити режими фасування.

• Розроблено класифікацію СД за мірою здатності десертів зберігати свою форму.

• 3 урахуванням принципів кваліметрії розроблений комплексний показник якості нових СД.

Обґрунтованість і достовірність наукових положень, висновків, рекомендацій. Обґрунтованість і достовірність наукових положень, отриманих результатів, висновків і рекомендацій забезпечена тим, що при проведенні експериментальних досліджень використані сучасні прилади та методи досліджень з використанням відповідних ДСТУ (ГОСТ), математичної обробки результатів досліджень на ПЕОМ. Достовірність висновків підтверджена виробничими випробуваннями.

Практичне значення отриманих результатів. На основі проведених комплексних досліджень удосконалена технологія СД: обґрунтовані режими теплової обробки та режими фасування СД в залежності від виду стабілізатору структури. Розроблено проект нормативної документації на нові види продуктів на основі сметани (Желе, креми, соуси, заправки кисломолочні. ТУ У 15.5-02070938-043-2003). Результати досліджень та розробок перевірені у промислових умовах ВАТ „Лубенський молочний завод”, ВАТ „Жашківський маслозавод” та АТВТ „Святошино”. За результатами досліджень отримані деклараційні патенти України на винаходи: „Спосіб виробництва молочно-білкової основи для десертів” (Пат. 34115 А), „Спосіб виробництва кисловершкового десерту” (Пат. 35457 А), „Спосіб виробництва кисловершкового десерту” (Пат. 35458 А), „Кисломолочний десерт” (Пат. 62306 А), „Закусочний кисломолочний соус” (Пат. 61554 А), „Пастоподібний кисломолочний продукт” (Пат. 62606 А).

Особистий внесок здобувача. Автор особисто сформулював мету і завдання досліджень, програму досліджень, яка включає проведення експериментів, аналіз та інтерпретацію отриманих результатів, підготував до публікації результати теоретичних та експериментальних досліджень, а також брав участь у впровадженні розроблених продуктів у виробництво.

Дослідження проводились в лабораторних умовах кафедри технології молока і молочних продуктів НУХТ. Дослідження мікроструктури СД проведено разом з співробітниками Інституту молекулярної біології і генетики НАНУ та Інституту мікробіології і вірусології НАНУ ім. Д.К. Заболотного; комплексний термоаналіз зроблено на базі Інституту колоїдної хімії і хімії води ім. Думанського; умовні показники ефективної в'язкості визначені на базі Технологічного інституту молока та м'яса УААН; реологічні дослідження СД проводились у науково-дослідних лабораторних умовах кафедри технології м'яса, м'ясо- та олієжирових продуктів НУХТ.

Аналіз та узагальнення результатів досліджень проведено спільно з науковим керівником к.т.н., доц. Скорченко Т.А.

Особистий внесок здобувача підтверджується поданими документами і науковими публікаціями. Автор особисто брав участь у розробленні рецептур, обґрунтуванні технологічних параметрів технології виробництва СД, у дослідженні їх властивостей, у розробленні проекту нормативної документації та підготовці заявок на винаходи.

Апробація результатів роботи. Основні результати роботи доповідались на 64-й студентській науковій конференції УДУХТ (Київ, УДУХТ, 1998р.), на 65-й студентській науковій конференції УДУХТ (Київ, УДУХТ, 1999р.); на VI міжнародній науково-технічній конференції „Проблеми та перспективи створення і впровадження нових ресурсо- та енергоощадних технологій, обладнання в галузях харчової і переробної промисловості” (Київ, УДУХТ, 2000р.); на міжнародній науково-практичній конференції „Сучасні напрямки технології та механізації процесів переробних та харчових виробництв” (Харків, ХДТУСГ, 2003р.); на науковій конференції молодих вчених, аспірантів і студентів „Розроблення, дослідження і створення продуктів функціонального харчування, обладнання та нових технологій для харчової та переробної промисловості” (Київ, НУХТ, 2003р.); на 2-му міжнародному спеціалізованому семінарі „Наповнювачі для морозива і кисломолочних продуктів. Нові тенденції розвитку і перспективи” (Рівне, 2003р.); на 69-й науковій конференції молодих вчених, аспірантів і студентів НУХТ (Київ, НУХТ, 2003р.), на 70-й науковій конференції молодих вчених, аспірантів і студентів НУХТ (Київ, НУХТ, 2004р.), на 71-й науковій конференції молодих вчених, аспірантів і студентів НУХТ (Київ, НУХТ, 2005р.)

Публікації. За матеріалами дисертаційної роботи опубліковано 21 наукову працю, у тому числі 4 статті у фахових наукових виданнях, перелік яких затверджено ВАК України, 4 статті у спеціалізованих виданнях, 6 деклараційних патентів України на винаходи, 7 тез доповідей наукових конференцій.

Структура та обсяг дисертації. Дисертаційна робота викладена на 139 сторінках друкованого тексту і складається із вступу, 6 розділів, висновків, списку використаних джерел з 230 найменувань та 2 додатків. Роботу ілюстровано 18 таблицями та 38 рисунками.

Основний зміст роботи

У вступі обґрунтовано актуальність та доцільність роботи, визначені мета та завдання досліджень, сформульовані наукова новизна та практична цінність дисертаційної роботи.

У першому розділі „Літературний огляд” проведено аналіз сучасного стану виробництва продуктів із застосуванням стабілізаторів структури. Наведено фізико-хімічні показники основних видів стабілізаторів, які використовуються в молочній промисловості. Наведено сучасний стан виробництва СД.

У другому розділі „Організація, об'єкти і методи досліджень” наведено схему проведення експерименту, подано характеристику об'єктів та методів досліджень, що використовувались у дисертаційній роботі. Розробка нових рецептур, удосконалення технології СД та вивчення властивостей одержаних продуктів проводились з використанням органолептичних, фізико-хімічних, технологічних, реологічних, диференціально-термічних, термогравіметричних, мікробіологічних методів аналізу; проведено дослідження мікроструктури СД. Приведено модифіковану методику визначення вологоутримуючої здатності СД.

Повторність досліджень трьох-, п'ятикратна. Математичну обробку результатів проводили за допомогою комп'ютерної програми Microsoft Exel та символічної комп'ютерної математики „Маple”.

У третьому розділі „Дослідження впливу стабілізаторів структури на текстуру СД” визначено вплив стабілізаторів структури на текстуру сметани, як сировини для СД. При досліджені впливу желатину, карагенану, пектину і ксантанової камеді на синеретичні властивості сметани доведено, що використання даних стабілізаторів структури дає змогу знизити ступінь синерезису мінімум в 2 рази, цим самим підвищити ВУЗ продукту (для сметани цей показник складає 50%, а при використанні карагенану, пектину, ксантанової камеді зростає в 1,7...2,0 разів, желатину - в 1,2...1,4 разів). Як видно з рис.1 внесення в сметану понад 0,3% пектину значно підвищує ВУЗ, а саме в 1,9 рази. Органолептичні дослідження текстури показали, що внесення пектину в кількості 0,7...1,0% забезпечить СД густу соусоподібну консистенцію; 0,7...1,0 % желатину або 0,9...1,1 % карагенану - желеподібну; 0,5...0,8 % карагенану - кремоподібну; 0,3...0,5 % ксантанової камеді - пастоподібну. Для модельних сметанних десертів (МСД) знайдено залежність напруження зсуву від швидкості деформації та дози внесення стабілізатору, визначені значення граничного напруження зсуву (ф₀), при якому продукт піддається незворотним деформаціям - течії (табл. 1). Всі МСД мали ф₀>0, тому класифікуємо їх як твердоподібні тіла з перехідною консистенцією при температурі 20 °С - концентровані, самостійно повільно текучі дисперсні системи. Знайдені залежності ефективної в'язкості від швидкості деформації (на рис.2 представлена залежність для МСД з пектином), які дають змогу проаналізувати показники в'язкості практично незруйнованих систем. Найбільшою вона є в зразках з карагенаном, що, пов'язано з особливостями будови його молекул (наявність в молекулярному ланцюгу карагенану від'ємно заряджених сульфатних груп обумовлює його взаємодією з казеїновими міцелами сметани).

Таблиця 1. Вплив масової частки стабілізаторів структури на граничне напруження зсуву

Для виявлення впливу фактору часу на структуроутворення СД досліджували модельні зразки сметанних кремів з використанням 1 % карагенану при температурі 20°С.

Як видно з отриманих значень (рис. 3 та табл.2), в сметанному кремі перші дві години спостерігається збільшення граничного напруження зсуву, очевидно, за рахунок утворення фізико-хімічних зв'язків між макромолекулами. Але, оскільки протягом наступних двох годин цей показник зменшується, такі зв'язки, очевидно, короткочасні. Після п'ятої години структуроутворення граничне напруження зсуву знову дещо зростає.

Таблиця 2. Вплив фактору часу на граничне напруження зсуву СД

Отже, процес зміцнення структури СД за рахунок утворення додаткових фізико-хімічних зв'язків між макромолекулами потребує певного часу. На утворення короткочасних зв'язків система витрачає кінетичну енергію, що веде до зменшення міцності зв'язків у готовому продукті, а це, в свою чергу, негативно впливає на його текстуру. Тому, для запобігання цьому у виробничих ситуаціях допоміжною технологічною операцією є повільне перемішування. Отже, при виробництві СД слід враховувати, що формування просторової матриці СД залежить від температури (зниження температури інтенсифікує цей процес) і є кінетичним процесом, що розвивається з часом.

Структуру СД в значній мірі визначає їх основа - сметана, підтвердженням цьому є проведені дослідження мікроструктури. Внесення стабілізаторів в сметану змінює її мікроструктуру, оскільки додатковий гелеутворюючий або загущуючий компонент формує нову структуру, пов'язану з утворенням комплексних або змішаних гелів, які відрізняються підвищеними показниками в'язкості і вищою ВУЗ, що є важливим при формуванні кінцевої структури СД. В зразках одразу після охолодження (на рис. 4 наведено мікроструктуру СД з пектином та ксантаном) маємо ще не повністю сформовану структуру СД - наявні повітряні кульки, найбільші їх розміри - в зразках СД з ксантаном, в зразках з карагенаном - вони майже відсутні. Це пояснюється механічною обробкою десертної суміші в процесі виготовлення СД.

Після завершення процесу структурування, через 12 годин, (рис. 5) маємо нову вже сформовану структуру СД, яка характеризується наявністю просторової матриці, що складається з ланцюгів молекул стабілізатору та залежить від його виду. Зразки СД із карагенаном, желатином та ксантановою камеддю мають матрицю грубу і пористу, з пектином густу і однорідну. Слід зазначити, що внесення карагенану та желатину веде до утворення об'ємної волокнистої (фібрілярної) мікроструктури, а при використанні ксантану - ниткоподібної. Причому, волокна довгі, без вільних кінців.

При зберіганні СД небажаним явищем є синерезис. Синерезис залежить від кількості та величини комірок трьохмірної системи. Найбільші за розмірами комірки притаманні зразкам СД з желатином і карагенаном, найменші - утворюються при структуруванні пектином. Отже, при зберіганні СД слід враховувати, що більше здатні виділяти сироватку СД з карагенаном та желатином. кисломолочний десерт текстура сметана

Наступними дослідженнями визначили, як впливає вид стабілізатору структури на перерозподіл зв'язків води в СД. На рис. 6 представлена дериватограма МСД з пектином, якісну оцінку якої проводили на основі кривих DТА (крива диференційно-термічного аналізу ентальпії) і DТG (крива диференційно-термічного аналізу втрати ваги).

Піки кривої DТG свідчать про процеси, які відбуваються із зменшенням ваги. Втрата ваги дослідних зразків пов'язана з видаленням води. Всі максимуми кривих DТА і DТG мають відношення до розривання фізико-механічних та фізико-хімічних зв'язків води в СД. Проектуючи мінімуми кривої DТG на криву ТG (крива втрати маси) для всіх МСД визначено кількість зв'язаної води. Для дериватограм всіх МСД характерним є наявність п'яти температурних діапазонів (табл. 3), кожен з яких пов'язаний з видаленням вологи з різною міцністю зв'язку. В сметані без стабілізатору структури спостерігали наявність одного піку при температурі 108 °С, який, має відношення до руйнування фізико-хімічних зв'язків води з молочними компонентами.

Таблиця 3. Аналіз дериватограм структурованої сметани

При внесенні в сметану стабілізаторів структури, відбувається перерозподіл зв'язків вологи: зменшується кількість вільної та слабко зв'язаної води (фізико-механічний зв'язок) та зростає кількість міцно зв'язаної води. Причому, за тенденцією перерозподілу спостерігається подібність зразку з ксантаном до зразку з пектином - сумарна кількість міцно зв'язаної води в них складає 49,2 та 51,4 % відповідно (діапазон ІІІ і ІV), тоді як в сметані - 36,8 %. В зразках з желатином та карагенаном дещо збільшується кількість слабко зв'язаної води (діапазон ІІ), хоча теж відбувається зростання кількості міцно зв'язаної води: 40,8 % - при використанні карагенану; 37,2 % - желатину.

У четвертому розділі „Розроблення рецептур та визначення впливу наповнювачів на якісні характеристики сметанних десертів” проведено підбір компонентів для створення різних рецептур СД. Першочергово були визначені оптимальні дози внесення цукру - 6,5...7,5 % та солі - 0,5...1,0 %. Підбір смакових наповнювачів при розробці СД базувався не тільки на наданні продуктам приємного смаку, але й на можливості підвищити їх корисну дію на організм людини. Нами виявлено, що в якості смакового наповнювача для СД доцільно використовувати плодово-ягідні соки. Внесення соків у кількості 20...45 % забезпечує у готовому продукті приємний смак і аромат того чи іншого соку. Були досліджені МСД з яблучним та яблучно-сливовим соком, максимальний вміст яких становив 40 %.

За результатами досліджень на Reotest-2 побудовані первинні реограми для МСД (структурованих желатином) з 40 % яблучного соку, 40 % яблучно-сливового, МСД без додавання соку (традиційне солодке желе) та контроль (зразок сметанного желе із 40 % води) (рис.7). Оскільки, МСД з соками мають т₀>0, вони проявляють властивості твердоподібних тіл. Як видно із залежностей рис. 8, при збільшенні швидкості деформації в МСД зменшується ефективна в'язкість, що свідчить про руйнування структури. Нами виявлено, що зразки МСД з соками руйнуються менше, ніж контроль. Це можна пояснити тим, що сухі речовини соку приймають участь у формуванні структури. Ця ж тенденція спостерігається при визначенні ВУЗ: контроль - 47 %, зразок з 40 % яблучного соку - 53 %, з 40 % яблучно-сливового соку - 50 %. Отже, заміна в рецептурах СД 40 % сметани на плодово-ягідний сік суттєво впливає на реологічні показники готового продукту. Отримані модельні десерти мають в 1,5 рази меншу ВУЗ та піддаються незворотнім деформаціям при напруженнях зсуву в 2,1-2,8 рази менших, ніж МСД без соку, але в 5,2 разів більше, ніж сметана. На нашу думку, це обумовлено внесенням значної кількості соку, вміст води в якому сягає до 8 %.

Апробовано використання сухих концентратів соків, вміст яких в готових продуктах коливається від 2 до 5 %. Для створення солоних СД пропонується використовувати сухі смако-ароматичні суміші, наприклад, шинки, бекону, лісових грибів, часнику, цибулі тощо.

Для оцінювання СД різного типу застосовано загальний комплексний показник якості другого рівня, в який увійшли такі групи показників: харчова цінність - К₁, органолептична оцінка - К₂, структурно-механічні властивості - К₃. Математичне рівняння першого рівня має вигляд: К₀=М₁К_1і+М₂К_2і+ М₃К_Зі, де М₁=0,4, М₂=0,3, М₃=0,3 - коефіцієнти вагомості кожної з груп показників: К_1і, К_2і, К_Зі.

Харчову цінність визначали за вмістом білків, жирів, вуглеводів у продукті та його енергетичною цінністю. За базовий зразок (контроль) при визначенні харчової цінності було обрано сметану масової частки жиру 20 %, в яку внесено цукор (7 %). Енергетичну цінність СД визначали розрахунково. Виявлено, що зразок СД з соком має найнижчу енергетичну цінність (157,9 ккал/100г). Нами була розроблена комплексна органолептична оцінка, яка дає змогу порівнювати властивості різних видів СД: желе, кремів та соусів. Відмінність її від відомих систем оцінювання полягає в тому, що оцінювання текстури СД проводили за розробленою п'ятибальною шкалою для показників консистенції, структури продукту та змащувальних властивостей.

Результати оцінювання текстури різних десертів наведені на рис.9. При дослідженні комплексного показника структурно-механічних властивостей СД досліджували їх ВУЗ. Найбільша здатність системи утримувати вологу, до 100 %, спостерігається в кремах і соусах, для виробництва яких було використано високомолекулярні полісахариди. За рахунок внесення значної кількості соку, плодово-ягідне желе має невисокий показник ВУЗ - 53 %. В якості другої складової структурно-механічних властивостей використовували показник ефективної в'язкості. Щоб дослідити в'язкі властивості СД, не руйнуючи утвореної структури, використовували метод реологічного зондування. Дані досліджень, представлені на рис. 10, свідчать про залежність в'язкості СД від виду стабілізатору структури. Це ще раз доводить, що текстуру СД в значній мірі визначає вид обраного структуроутворювача.

Отже, використання желатину, карагенану, пектину та ксантанової камеді при виробництві СД, забезпечує високий рівень якості готових продуктів за сукупністю властивостей, що її характеризують (табл. 4). Причому, найвищий показник якості мають желе та крем. Сметанні желе з використанням соків мають високу харчову цінність та задовільні органолептичні властивості, тому збагачення СД натуральними плодовими або ягідними соками доцільне.

Таблиця 4. Комплексна оцінка якості сметанних десертів