Размещено на http://www.allbest.ru/

Автореферат

Диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Разработка комплексной технологии молочных продуктов заданного уровня качества и функциональной направленности

Специальность: 05.18.04 - технология мясных, молочных, рыбных

продуктов и холодильных производств

На правах рукописи

Пономарёв Аркадий Николаевич

Воронеж - 2008

Работа выполнена в ФГОУ ВПО Воронежская Государственная Технологическая Академия, ФГОУ ВПО Воронежский Государственный Аграрный Университет имени К.Д. Глинки, ОАО Молочный комбинат «Воронежский».

Научный консультант: академик РАСХН, доктор технических наук, профессор, Харитонов Владимир Дмитриевич.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, заслуженный работник пищевой индустрии РФ Зобкова З.С.

доктор технических наук, профессор Евдокимов И.А.

доктор технических наук, профессор Ганина В.И.

Ведущая организация: Государственное научное учреждение научно-исследовательский институт детского питания (г. Истра).

Защита диссертации состоится «26» марта 2009 года в 13 ч на заседании диссертационного Совета ДМ 006.021.01 при ГНУ Всероссийском научно-исследовательском институте мясной промышленности им. В.М. Горбатова (ГНУ ВНИИМП) по адресу: 109316, Москва, ул. Талалихина, 26.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГНУ ВНИИМП им. В.М. Горбатова.

Автореферат разослан «___» ________2009 года

Ученый секретарь диссертационного Совета кандидат технических наук, с.н.с. А.Н. Захаров.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы Разработка и производство конкурентоспособных молочных и молокосодержащих продуктов с высокой потребительской, биологической ценностью и длительным сроком хранения является одним из перспективных направлений инновационного развития молочной промышленности. Наибольший интерес с этой точки зрения представляют пастеризованные продукты цельномолочной группы.

Одним из стратегических направлений работы переработчиков молока является повышение качества сырья и совершенствование технологии его переработки. В связи с этим несомненный интерес представляет разработка и совершенствование физических (бактофугирование, микрофильтрация и др.) и биотехнологических (использование лизоцима, натуральных антиоксидантов) методов, позволяющих улучшить микробиологическую чистоту сырья и, в конечном счёте, повысить качество и увеличить сроки хранения готового продукта.

Кроме того, ассортимент молочных и молокосодержащих продуктов со сложным сырьевым составом имеет устойчивую тенденцию к росту. Композиции пищевых ингредиентов при этом не всегда отличаются продуманностью, а производители, зачастую из - за экономических соображений, позиционируют указанную продукцию как натуральную. Традиционные физико-химические показатели, определяемые общепринятыми способами в этих случаях недостаточны для оценки качества сырья и молочных продуктов. Преодоление этих проблем возможно только с внедрением в лабораторную практику прецизионных инструментальных методов (хроматография, вискозиметрия, электронная сенсорика и т.д.) и с дальнейшим развитием системного подхода в изучении многофакторных систем, формирующих качество сырья и получаемых из него молочных продуктов.

Большой вклад в развитие физико-химических и биотехнологических основ производства молочных продуктов функционального назначения внесли: А.А. Покровский, А.М. Уголев, П.Ф. Дъяченко, Н.Н. Липатов (старший), Н.Н. Липатов (младший), В.Д. Харитонов, В.А. Тутельян, З.С. Зобкова, И.А. Радаева, Н.С. Королёва, Ф.А. Вышемирский, А.Г. Храмцов, В.Ф. Семенихина, К.К. Полянский, Л.А. Остроумов, И.А. Евдокимов, Н.А. Тихомирова, Л.А. Забодалова, Н.Б. Гаврилина, Н.И. Хамнаева, D. Potter и др.

Цель и задачи исследования Целью настоящей работы является разработка комплексной технологии молочных продуктов заданного уровня качества и функциональной направленности, на примере ОАО Молочный комбинат «Воронежский».

В соответствии с поставленной целью решались следующие задачи:

- провести сравнительное исследование физических и биологических способов, повышающих качество заготовляемого молока, поступающего на ОАО Молочный комбинат «Воронежский» и обосновать выбор направления оптимального его использования;

- разработать научно обоснованную технологию бактофугирования молока - сырья и его переработки;

- разработать научно-обоснованные технологические параметры производства пастеризованного молока с улучшенными функциональными свойствами и хранимоспособностью;

- на основе подбора заквасочных культур и стабилизаторов усовершенствовать технологию и освоить промышленное производство йогуртов с повышенным содержанием сывороточных белков и улучшенными функциональными свойствами;

- усовершенствовать метод контроля качества молочных продуктов с помощью системы «искусственного обоняния» (газовых сенсоров);

- разработать алгоритм оптимизации рецептурного состава жировой фазы, позволяющий при создании новых композиций молокосодержащих спредов и комбинированных жиров продуктов оперативно контролировать соотношение смешиваемых компонентов.

Научная концепция

Систематизация и оптимизация технологических операций по снижению бактериальной загрязненности молока на этапах его переработки, включая бактофугирование и использование ферментных препаратов, в сочетании с соответствующими термическими и механическими режимами обработки позволяет повысить сроки хранения пастеризованного молока и обоснованно подходить к их прогнозированию. Составным элементом повышения качества кисломолочных продуктов является направленное регулирование их структурных характеристик на основе углубленного анализа реологических показателей. В одной из основ идентификации повышения качества и потребительских свойств молокосодержащих продуктов и спредов является создание оперативной системы анализа и состава используемых жировых композиций.

Научная новизна

- на основе установленных закономерностей изменения физико-химических, биологических свойств молока - сырья разработана системная технология переработки молока, а также научно обоснованы технологические операции и их режимы, позволяющие увеличить сроки хранения молока с сохранением его природных свойств;

- теоретически обоснован, экспериментально изучен и впервые в стране реализован в промышленных масштабах процесс бактофугирования молока - сырья, как один из наиболее эффективных, при производстве молока и молочных продуктов высокого качества;

- проведены исследования, обосновавшие целесообразность и практическую возможность внесения в продукт лизоцима и природного антиоксиданта с целью производства пастеризованного молока со сроком хранения свыше 15 суток;

- на основании проведенных экспериментальных исследований показана принципиальная возможность использования полупроводниковых газовых сенсоров для оценки органолептических показателей вырабатываемых молочных продуктов;

- предложен алгоритм оптимизации рецептурного состава жировой фазы спредов, позволяющий на компьютеризированной основе оперативно контролировать состав и оптимальное соотношение смешиваемых жиров.

Практическая значимость Полученные научные результаты послужили основой для разработки новых и усовершенствования существующих технологических решений, защищенных двенадцатью авторскими свидетельствами и патентами. Разработаны и утверждены в установленном порядке три комплекта технической документации на производство пастеризованного молока со сроком хранения 10-25 суток, а также пастеризованного молока функциональной направленности с использованием природных антиоксидантов.

По результатам научных исследований совместно с ОАО «Плавский машиностроительный завод «Смычка» разработана конструкция бактофуги для снижения бактериальной обсеменённости молока сырья.

Разработаны способы прогнозирования и контроля консистенции питьевых йогуртов на основе инженерной реологии и микроструктурных методов исследования.

Разработаны экспертная аналитическая система контроля качества молочных продуктов с помощью полупроводниковых газовых сенсоров.

Получены зависимости технико-эксплутационных свойств жиров от состава бинарных композиций, которые можно использовать при разработке рецептур жировой продукции с заданными свойствами.

Результаты исследований отражены в монографиях «Современные технологии молока пастеризованного», «Жиры. Химический состав и экспертиза качества» и учебном пособии «Современные технологии и оборудование для производства питьевого молока». Работы автора используются при обучении студентов ВУЗов пищевого профиля и при переподготовке кадров молочной промышленности.

По результатам работы национальной специализированной выставки 3-7 сентября 1997 года в г. Москва автор награжден почетным дипломом III степени за разработку технологии молока пастеризованного «Особое», дипломом администрации Воронежской области за научную работу «Разработка и научное обоснование технологии молока длительного срока хранения с функциональными свойствами» № 1050 от 21 декабря 2006 года.

Апробация работы Основные результаты работы в период с 1989 по 2008 гг. доложены, обсуждены, опубликованы на 25 международных, Всесоюзных, Всероссийских, республиканских научно-практических конференциях, форумах и конгрессах, а также на ежегодных отчётных научных конференциях Воронежской государственной технологической академии (2001 - 2007 гг.) и Воронежского государственного аграрного университета (2004 - 2007 гг.).

Публикации По материалам диссертации опубликовано 78 научных трудов, в том числе 2 монографии, 1 учебное пособие в том числе 41 статья в изданиях, рекомендованных ВАК РФ, получено 12 патентов и авторских свидетельств.

Структура и объём работы Диссертация состоит из введения, 5 глав, выводов, списка литературы (294 работ отечественных и зарубежных авторов). Работа изложена на 258 страницах машинописного текста, содержит 42 таблицы, 95 рисунков, приложения.

Основные положения, выносимые на защиту На защиту выносятся следующие основные положения:

- оригинальные результаты изучения показателей качества и безопасности молока (физико-химические, микробиологические, биологические и др.) на различных этапах его обработки с применением современных физических и биологических методов;

- научное обоснование и разработка технологии бактофугирования молока-сырья;

- научное обоснование и разработка технологии пастеризованного молока длительного хранения;

- научное обоснование и разработка технологии повышения срока хранения пастеризованного молока за счет внесения лизоцима и природных антиоксидантов;

- научное обоснование и разработка технологии творога с повышенным содержанием термолабильных белков и йогуртов с повышенным содержанием сывороточных белков, улучшенными функциональными свойствами и прогнозируемыми реологическими характеристиками;

- научное обоснование и разработка компьютеризированной системы оценки оперативного определения состава жиров при разработке рецептур продуктов со сложным жировым составом.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, сформулированы цель, задачи исследований и основные положения, выносимые на защиту.

Глава 1. Анализ состояния проблемы и задачи исследований Проанализировано состояние и перспективы развития молочной отрасли. Отмечено, что одной из основных проблем является качество молока - сырья. В этой связи определено значение различных операций обработки молока для улучшения его микробиологических и физико-химических показателей. Рассмотрены источники микробиологического загрязнения пастеризованного молока и способы его снижения. Приведена сравнительная характеристика способов очистки молока, их недостатки и достоинства. Выполнен анализ существующих технологий производства пастеризованного молока, кисломолочных продуктов, спредов.

Показано, что для повышения качества и дальнейшего расширения ассортимента производимых видов питьевого пастеризованного молока требуется решение задач, связанных с повышением сроков его годности, которое должно основываться на комплексном системном подходе к вопросам регулирования свойств перерабатываемого сырья и готового продукта на всех этапах производства на основе использования современных методов исследований.

Обоснована необходимость совершенствования технологии и методов контроля кисломолочных продуктов для обеспечения их заданного уровня качества и функциональных свойств.

Приведен обзор существующих методов анализа жировой фазы спредов и отмечена необходимость их совершенствования.

На основе многоступенчатого комплексного анализа современного состояния проблемы сформулированы задачи собственных исследований.

Глава 2. Методология выполнения работы

Теоретические и экспериментальные исследования выполнены в 1994 - 2008 г.г. в соответствии с поставленными задачами в ОАО Молочный комбинат «Воронежский», Воронежской государственной технологической академии, Воронежском государственном аграрном университете им. К.Д. Глинки, Воронежском государственном университете. Общая схема исследований представлена на рис. 1. Основными объектами исследований являлись: молоко - сырье, получаемое в сырьевой зоне ОАО «Молочный комбинат «Воронежский» (ОАО «МКВ»); побочные продукты переработки молока (обезжиренное молоко, сыворотка и т.п.); ингредиенты, используемые при производстве молочных продуктов (пищевые добавки и функциональные компоненты: антиокислители, стабилизаторы и подсластители); молоко пастеризованное; йогурты; творог; спреды; образцы которых отбирали как по ходу технологических процессов, так и после осуществления всех завершающих операций по производству молочной продукции.

Для определения характеристик объектов исследования использовались общепринятые ГОСТы, модифицированные и оригинальные методы физико-химических и микробиологических анализов, удовлетворяющих целям исследований.

При оценке показателей использовались методы математического моделирования и компьютерной обработки экспериментальных данных с использованием программ Borland Delphi, Math Cad, Statistica v.6 0, MS Excel XP.

Глава 3. Разработка и научное обоснование технологии производства молока питьевого с заданными свойствами из бактофугированного молока - сырья

Разработка и научное обоснование производства молока питьевого с заданными свойствами из молока-сырья осуществлялось в соответствии со схемой, представленной на рисунке 2.

На начальном этапе исследований была произведена комплексная оценка свойств молока - сырья, осуществлено изучение динамики негативных изменений качества «сборного» молока во времени, выявлены определяющие факторы, оказывающие отрицательное воздействие на его качественные показатели. В ходе эксперимента были проанализированы показатели кислотности (рис. 3), термоустойчивости (рис. 4) и бактериальной обсемененности по сезонам года. Отмечено, что в среднем около 60 % поступающего сырья термоустойчиво по алкогольной пробе и лишь 10 % молока выдерживает тепловую пробу.

Рис. 1 - Схема экспериментальных исследований

Рис. 2 - Схема исследований качества молока в процессе переработки

Как показали исследования на ОАО «МКВ» поступает сырое молоко низкого бактериологического качества: 50 % молока соответствует III классу, 22 % соответствует II классу, 18 % - I классу и лишь 10 % - высшему классу по редуктазной пробе.

а б

Рис. 3 - Кислотность молока поступающего на ОАО «МКВ» а) в летний период; б) в зимний период

Базируясь на полученных данных были проведены исследования, (рис 5) показавшие, что молоко с бактериальной обсемененностью III класса пригодно для производства пастеризованного молока (термоустойчиво по III группе) лишь в течение 6-7 часов хранения при 4-6 ?С. Молоко, поступившее на предприятие II класса по редуктазной пробе, стало непригодным для пастеризации через 12-13 часов хранения, тогда как, молоко высшего и I классов (с начальным содержанием бактерий до 400 тыс. КОЕ/мл) сохраняло термоустойчивость в течение всего периода хранения (24 ч).

Установлено, что повышение бактериальной обсеменённости молока, сопровождается снижением его термоустойчивости. Эксперименты также показали, что смешивание партий стандартного по показателям молока - сырья с партиями, обладающими повышенной бактериальной обсемененностью приводит к существенным негативным изменениям качества. При этом в результате хранения подобных партий молока происходит снижение термоустойчивости и коллоидной стабильности и, как следствие, уменьшение степени использования компонентов молока и ухудшение биологических и органолептических свойств молока.

Попыткой дать объяснение различной интенсивности развития микроорганизмов в молоке явилось сравнительное изучение аминокислотного состава белков молока (табл.1), которое выявило его сезонные различия.

Так в осенне-летний период в молоке создаются наиболее благоприятные условия для развития микроорганизмов, что в определенной степени, улучшает использование молока, но делает его менее стойким при транспортировке и резервировании. Учет этого обстоятельства при разработке технологий переработки молока позволяет осуществлять обоснованный подбор сырья для производства функциональных продуктов.

Необходимость резервирования такого сырья для обеспечения бесперебойной и эффективной работы производства подтверждает необходимость его контроля бактериальной обсеменённости, которая может изменить состав и свойства сырого молока до пастеризации, прямо или косвенно влияя на его термоустойчивость.

бактофугированный молоко сырье питьевой



Молоко, не термоустойчивое по алкогольной пробе (указать группу)

Молоко, поступившее с кислотностью выше 19 °Т

Молоко, термоустойчивое по III группе (выдерживающее алкогольную пробу 72%)

Рис. 4 - Сезонные изменения термоустойчивости молока, поступающего на ОАО «МКВ» в период 2006-2007 гг.

Рис. 5 - Сезонные изменения бактериальной обсемененности молока

Таблица 1 - Зависимость аминокислотного состава молока от сезона года

Аминокислота	Сезон года
	зима	весна	лето	осень
лизин	2,22	2,29	1,82	2,62
гистидин	0,79	1,13	1,54	2,34
аргинин	1,27	1,12	0,75	1,28
пролин	2,30	2,01	3,95	4,15
глицин	0,49	1,15	0,65	0,74
аланин	1,02	1,23	1,16	1,21
валин	1,55	1,49	1,58	1,91
изолейцин	1,78	1,72	1,34	1,65
тирозин	1,79	1,46	1,86	2,77
фенилаланин	1,46	1,46	3,30	1,65
лейцин	2,78	2,33	2,76	3,23
треонин	1,19	1,31	1,22	1,61
серин	2,42	2,41	1,58	1,93
глютаминовая кислота	4,39	3,46	5,54	5,84
Итого	27,51	26,31	29,57	35,07
	78%	75%	84%	100%

С целью оперативного управления процессом резервирования нами изучались совокупные изменения термоустойчивости сырого молока по алкогольной и тепловой пробам в зависимости от степени обсеменённости микроорганизмами при кислотности 17-18 ?Т, что отражено на рис. 6.



Рис. 6 - Изменение бактериальной обсемененности и термоустойчивости сырого молока в процессе его хранения: а - молоко, термоустойчивое по алкогольной и тепловой пробам (II группа); б - молоко, термоустойчивое по алкогольной пробе (III группа); в - молоко не термоустойчивое (не пригодное для производства пастеризованного молока)

Эффективным способом быстрого сокращения числа бактерий и спор является бактофугирование. Исследования по оценке эффективности очистки нормализованной смеси по микробиологическим показателям при использовании сепараторов-молокоочистителей и бактериоотделителей фирмы «Вестфалия Сепаратор» осуществлялись при температурах от 56 до 74 ?С.

Установлено, что наиболее высокая эффективность бактофугирования достигается при температурах (65+5) °С и ускорении 11 000 g. Она составляет 84,5-84,9 % при оценке общей бактериальной обсемененности и 92,9-93,2 % при определении количества аэробных и 99,3-99,4 % анаэробных спор.

Для установления влияния очистки нормализованной смеси на бактериальную обсемененность готового продукта вырабатывали молоко пастеризованное с использованием сепаратора-молокоочистителя (контроль) при температуре процесса 40-45 °С и сепаратора-бактериоотделителя при температуре смеси (65±5) °С (рис 8,9).

Рис. 7 - Изменение КОЕ при производстве молока пастеризованного: 1 нормализованная смесь; 2 - нормализованная смесь после очистки; 3 - пастеризованное молоко.

Рис. 8 - Изменение КОЕ в процессе хранения молока пастеризованного

Проведенные исследования позволяют сделать весьма важный вывод о том, что процесс бактофугирования позволяет в существенной степени снизить бактериальную обсеменённость молока - сырья, что создает предпосылки для усовершенствования всего технологического процесса производства продуктов с улучшенными качественными показателями.

Однако существенным аспектом при этом является выявление эффективности функционирования сепараторов-бактериоотделителей по отношению к очистке молока от различного вида бактерий. В этой связи проведены сравнительные исследования степени очистки молока с использованием двух типов бактофугирования: традиционная система очистки с периодическим сбросом бактофугата и рециркуляционная система, при которой фаза молоко + бактерии постоянно циркулирует в бактофуге. Исследованию подвергалось молоко 2 и 3 класса по редуктазной пробе при температуре 50 - 60 ?С с частотой вращения барабана бактофуги равным 4500 об/мин (табл. 2,3).

Таблица 2 - Эффективность очистки от бактерий на бактофуге с традиционной системой очистки

Класс молока по редуктазной пробе	КМАФАнМ в молоке, КОЕ/см3	Спорообразующие аэробы, КОЕ/см3	Спорообразующие анаэробы, КОЕ/см3
	До бактофуги -рования, ( х106)	После бактофуги-рования, (х103 )	Эффект %	До бактофуги -рования	После бактофуги-рования	Эффект %	До бактофуги- рования	После бактофуги-рования	Эффект %
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
II	1,7	1,1	99,94	200	15	83,33	5,2	0,02	99,62
	2,2	2,5	98,85	80	12	85,30	12,3	0,03	99,76
	1,1	2,1	99,98	300	22	91,18	5,6	0,02	99,64
	1,0	17,0	98,30	190	15	92,11	7,2	0,02	99,72
	4,7	172,0	96,40	200	15	92,50	10,3	0,04	99,61
	0,9	13,1	98,55	190	16	90,52	6,4	0,02	99,69
II/среднее	1,9	34,6	98,67	193	16	91,60	7,8	0,03	99,67
III	6,1	6,0	99,02	280	23	91,78	20	0,02	99,90
	3,4	5,5	99,84	380	42	88,94	8	0,02	99,75
	3,9	1,1	99,98	190	17	91,05	15	0,03	99,83
	6,4	10,5	99,43	420	51	87,85	16	0,02	99,88
	22,5	129,5	99,84	150	15	90,00	25	0,04	99,82
	6,8	62,5	99,10	280	24	91,42	26	0,03	99,85
III/среднее	8,2	35,9	99,09	283	28	90,09	18	0,03	99,83

Таблица 3 - Эффективность очистки от бактерий на бактофуге с рециркуляционной системой очистки

Класс молока по редуктазной пробе	КМАФАнМ в молоке, КОЕ/ см3	Спорообразующие аэробы, кое/ см3	Спорообразующие анаэробы,кое/ см3
	До бактофуги-рования, ( х106)	После бактофугирования, (х103 )	Эффект %	До бактофуги-рования	После бакто-фугирования	Эффект %	До бактофуги-рования	После бакто-фугирования	Эффект %
II	1,3	1,70	86,92	240	32	86,61	5,4	0,04	99,20
	1,6	2,50	84,38	200	22	89,30	7,0	0,05	99,30
	3,5	4,72	86,51	170	26	84,25	6,8	0,04	99,40
	2,3	1,90	91,73	108	18	83,33	7,2	0,07	99,40
	2,8	2,56	90,85	82	18	78,04	6,4	0,03	99,50
	1,9	2,30	87,89	178	28	84,32	11,3	0,06	99,46
II/среднее	2,2	2,61	88,05	171	24	85,25	7,4	0,05	99,37
III	7,3	5,60	92,33	238	20,2	86,67	8,3	0,02	99,76
	3,9	6,20	84,10	364	20,8	90,00	15,4	0,04	99,74
	23,5	11,05	95,32	411	36,7	85,88	6,2	0,03	99,52
	18,6	8,56	95,43	158	17,2	75,04	12,3	0,02	99,84
	3,4	4,10	87,94	425	35,2	84,39	7,6	0,02	99,74
	15,4	12,00	92,20	246	14,9	89,98	24,3	0,06	99,87
III/ среднее	12,0	7,90	91,22	289	29,8	85,39	12,4	0,03	99,73

Исследования показали, что молоко с начальной высокой степенью обсеменённости после бактофугирования имело бактериальную обсеменённость, соответствующую высшему классу.

При этом бактофуга с традиционной системой имеет эффективность очистки выше, чем бактофуга с рециркуляционной системой. Кроме того, на бактофуге с традиционной системой степень очистки молока III класса (по редуктазной пробе) с более высоким содержанием микроорганизмов незначительно ниже, чем молока II класса. Этот факт свидетельствует о стабильности данного метода очистки молока бактофугированием, независимо от его бактериальной обсеменённости.

Параллельно совместно с ОАО «Плавский машиностроительный завод «Смычка» были проведены опытно-конструкторские работы по разработке и испытаниям отечественной бактофуги производительностью 5 - 10 т/ч, показавшие положительные результаты (эффективность очистки - 98 %), послужившие основанием для организации серийного выпуска подобного оборудования. Данные исследования свидетельствуют о высокой эффективности процесса, как по спорообразующим аэробам, так и по анаэробам, причем для последних эти показатели существенно выше.

При этом приемлемым режимом пастеризации для получения молока повышенной стойкости является температура 78±2 ?С.

Достигнутые результаты исследований позволили разработать технологию производства питьевого пастеризованного молока со сроком хранения продукта 10 суток по технологической схеме, представленной на рис. 9.



Рис. 9 - Технологическая схема производства молока питьевого пастеризованного (контроль)

С целью определения влияния режимов пастеризации на микрофлору бактофугированного молока были проведены исследования в более широком интервале температур. Интервал температуры варьировал от 78 до 95 ?С, время выдержки 4 с и 20 с. Учитывая, что биохимическое изменение составных частей молока сопряжено с действием ферментных систем микроорганизмов, проводили определение качественного и количественного состава микрофлоры, параллельно определяли степень инактивации ферментов. Наилучший эффект пастеризации достигается при температуре 95 ?С. Причём, как при выдержке 4 с, так и 20 с, эффект теплового воздействия одинаков, так как при данной температуре за 4 с погибают практически все вегетативные формы.

Что касается нежелательных ферментных систем, то было установлено, что при тепловой обработки выше 85 ?С в молоке инактивируется щелочная фосфатаза, гамма-глутамилтрансфераза и пероксидаза. При температуре 95?С и выдержке 4 с не обнаруживается и липаза. Таким образом, с целью уничтожения вегетативных форм микроорганизмов и некоторых ферментов предпочтителен режим тепловой обработки с температурой 95±2 ?С и выдержкой 20 и/или 4 с.

Дальнейшая оптимизация технологических параметров проводилась в соответствии с вариантами, представленными на рис. 10.

Рис. 10 - Варианты комбинаций технологических операций

При комбинировании различных операций обработки молока определяли его физико-химические, биологические, сенсорные свойства, сравнивая их с показателями сырого молока и молока в контроле. При анализе физико-химических показателей молока пастеризованного после комплексного воздействия отмечено снижение рН молока, что очевидно связано с образованием коллоидного фосфата кальция, сопровождающимся выделением водородных ионов. Наибольшее изменение рН происходит в вариантах 1 и 3. Кроме того, наблюдается снижение окислительно-восстановительного потенциала в ряду: вариант 3 < вариант 2 < вариант 1 Возможно, это обусловлено улетучиванием кислорода и разрушением витамина С. Комплексообразование в белковой фракции, о чём свидетельствует увеличение размеров частиц казеина, приводит к увеличению вязкости, повышению потерь сухих веществ при бактофугировании и тепловом воздействии, к снижению плотности на 0,2 кг/м3 во всех вариантах обработки.

Исследованиями также установлено, что природные иммунные тела, защищающие организм от внедрения болезнетворных агентов, разрушаются уже после 1-ой тепловой обработки, в результате чего молоко утрачивает свои бактерицидные свойства, что негативно сказывается на его биологических свойствах.

Дополнительные исследования свидетельствуют о том, что осуществление процесса по второму варианту позволяет в сочетании с бактофугированием обеспечить минимальные изменения аминокислотного и витаминного состава молока, а также содержание всех фракций сывороточных белков. Полученные данные представлены на рис. 11, 12 и табл. 4.



Рис. 11 - Изменение аминокислотного скора незаменимых аминокислот при тепловой обработке молока

Рис. 12 - Содержание отдельных фракций сывороточных белков в молоке

Таблица 4 - Влияние различных режимов пастеризации молока на содержание витаминов

Вариант обработки	Содержание витаминов в молоке, мг/кг
	A	E	C	B2	B1	B6	B12
Сырое молоко	0,3	0,9	20	1,5	0,4	0,5	4
Вариант 1	0,204	0,56	12,9	1,26	0,24	0,48	3,2
Вариант 2	0,24	0,9	12,6	1,43	0,37	0,5	3,2
Вариант 3	0,06	0,33	4,2	0,8	0,18	0,4	2,6

Выявленные закономерности по влиянию температурного фактора в сочетании с длительностью его воздействия на молоко позволяют сделать заключение, что для сохранения основных физико-химических, сенсорных и биологических свойств молока и эффективного воздействия на состав его микрофлоры целесообразно проводить пастеризацию при температуре (95±2)?С в течение 4 с. Такое сочетание высокой температуры с непродолжительной выдержкой обусловлено тем, что живые клетки микроорганизмов более восприимчивы к действию тепла, чем компоненты молока. Модифицированная технологическая схема производства молока представлена на рис. 13.



Рис. 13 - Технологическая схема производства пастеризованного молока

В ходе отработки этой схемы в процессе производства проводили дифференцированное определение состава микроорганизмов, сохраняющих свою жизнеспособность на различных этапах технологического процесса.

Как показали результаты исследований, предложенная модифицированная технологическая схема позволяет добиться значительных результатов в снижении микробной обсеменённости молока и может стать основой для производства молока длительного срока хранения. Наибольший эффект оказывает бактофугирование с последующей пастеризацией (количество микроорганизмов уменьшается в 105 раз). При дальнейшем резервировании число микроорганизмов несколько повышается, однако вторая пастеризация позволяет существенно уменьшить их количество.

Для установления возможных сроков хранения питьевого молока, выработанного согласно модифицированной схеме исследовали динамику изменения его органолептических, физико-химических и микробиологических показателей при температурах 2-4 ?С и 6-8 ?С в течение 35 дней.

Основной причиной, ограничивающей сроки хранения молока, полученного по предложенной технологии, является доминирование в составе его микрофлоры спорообразующих бактерий. С целью минимизации этого фактора были проведены исследования по использованию ферментов бактериолитического действия, в частности термостабильного яичного лизоцима.

Для проверки действия лизоцима в молоке ставили модельный опыт с использованием чистых культур граммположительных спорообразующих бактерий B.subtilis, которыми заражалось молоко. Количество спор составляло от 10 до 80 ед/см3, что соответствовало количеству микроорганизмов (главным образом спорообразующих), присущих пастеризованному молоку при асептических условиях транспортирования в резервуар. Препарат лизоцима вносили из расчёта от 0,5 до 2,5 г на 1000дм? молока, предварительно растворив его в небольшом количестве воды или молока. Часть проб хранили в обычных условиях резервирования (при 4-6 ?С), а часть в ухудшенных - (при повышенной температуре 18-20 ?С). Время выдержки меняли от 60 до 360 мин с шагом варьирования 60 мин.

В пробах контролировали количество споровых бацилл. Для определения остаточного количества лизоцима использовали реакцию лизиса Micrococcus lysodeikticus. В пробах без внесения лизоцима, хранившихся при температуре 4-6 ?С, через 6 часов хранения отмечено увеличение числа клеток В.subtilis в 1,7 раз, в то время как внесение лизоцима в концентрации 0,5 мг/дм? вызывало лизис до 13% клеток, а при концентрации 1, 1,5 , 2 и 2,5 мг/дм?- до 20%. Стабильный эффект действия фермента в концентрациях 1-2,5 мг/дм? делает нецелесообразным увеличение его дозировки. Заметного изменения концентрации лизоцима в молоке при хранении в этом режиме также не происходит. Влияние исследуемого фермента на бактерицидные свойства молока отражено в таблице 5 и рис. 14.

Внесение лизоцима в молоко с последующим хранением последнего при 18-20 ?С сопровождается полным лизисом клеток В. subtilis.

На основании проведённых исследований была разработана технологическая схема производства молока пастеризованного, предусматривающая внесение лизоцима в молоко перед его нормализацией.

Таблица 5 - Влияние лизоцима на бактерицидные свойства молока

Продолжительность резервирования, мин	Контролируемые показатели
	Содержание клеток В. subtilis, КОЕ/см?	Остаточное количество лизоцима, мг/дм?
	Дозировка вносимого в молоко лизоцима, мг/ дм?
	0	0,5	1,0	1,5	2,0	2,5	0,5	1,0	1,5	2,0	2, 5
	Температура 4-6 ?С
0	76	48	54	61	80	71	0,51	1,09	1,58	2,12	2,53
60	75	48	54	60	75	68	0,51	1,09	1,56	2,10	2,53
120	80	46	52	58	71	62	0,51	1,06	1,53	2,08	2,52
180	94	45	50	56	68	60	0,51	1,00	1,50	2,08	2,50
240	102	42	46	54	64	58	0, 49	1,00	1,50	2,06	2,50
300	126	41	44	50	65	57	0,49	0,98	1,50	2,03	2,47
360	134	41	42	47	64	57	0,49	0,99	1,50	2,03	2,47
Температура 18-20 ?С
0	68	73	68	80	74	64	0,51	1,04	1,52	2,05	2,51
60	92	21	17	26	19	18	0,49	1,00	1,52	2,05	2,50
120	108	5	10	8	5	3	0,49	1,00	1,46	1,92	2,48
180	90	6	2	2	4	2	0,49	0,96	1,46	1,92	2,45
240	220	3	2	Не обнаружено	Не обнаружено	Не обнаружено	0,49	0,96	1,45	1,92	2,45
300	315	4	Не обнаружено	Не обнаружено	Не обнаружено	Не обнаружено	0,48	0,96	1,45	1,92	2,45
360	360	Не обнаружено	Не обнаружено	Не обнаружено	Не обнаружено	Не обнаружено	0,48	0,96	1,45	1,92	2,45

Целесообразность внесения яичного лизоцима на этапе резервирования объясняется тем, что именно на этом этапе технологической обработки молока происходит рост числа микроорганизмов, сохранивших свою жизнеспособность после 1-ой пастеризации, и дополнительное обсеменение молока контаминирующей микрофлорой извне.

Внесение лизоцима снижает интенсивность этих процессов и увеличивает эффективность второй пастеризации без изменения её режимов.

Используя математические методы планирования эксперимента, в качестве основных факторов, влияющих на эффективность действия фермента, были выбраны: х1 -концентрация фермента, г/1000дм3, х2- время перемешивания, мин, х3- выдержка, мин, х4- температура резервирования, °С. Интервалы изменения факторов, выбирали исходя из условий резервирования.

Критерием оценки влияния этих факторов в выбранных пределах варьирования на качество молока служила общая микробная обсеменённость (Y) КОЕ/10см3 и, как следствие, продолжительность хранения молока.

Рис. 14 - Изменение КМАФАнМ при использовании лизоцима

В результате статистической обработки экспериментальных данных получено уравнение регрессии, адекватно описывающее данный процесс под влиянием исследуемых факторов:

Y = 84,393 - 1,379х1 - 5,005х2 - 1,863х3 + 2,171х4 - 1,606х1 х2 -

-0,494 х1х3 - 1,906х1 х4 - 0,369х2 х3 - 2,631х2 х4+

+ 0,431х3 х4 + 5,990х12 + 5,203х22 + 3,878х32 + 1,290х42

Полученные в результате математического метода планирования графики несут функцию номограмм, позволяя своевременно вносить коррекцию в технологический процесс для достижения желаемого результата. Сделанные расчёты свидетельствуют, что оптимальными условиями применения лизоцима являются: концентрация 1,0-1,5г/1000 дм?, время перемешивания 15-20 мин, время выдержки 60-70 мин, температура 4-3 ?С. В этом случае остаточная микрофлора имеет значение Y = 82,663 КОЕ/10см3.

Таблица 6 - Бактерицидные свойства молока

Исследуемый образец	Контроль	Пример 1	Пример 2
	Содержание лизоцима, мкг/см?	Бактерицидная активность, %	Содержание лизоцима, мкг/см?	Бактерицидная активность, %	Содержание лизоцима, мкг/см?	Бактерицидная активность, %
Сырое молоко	0,13	5	0,13	5	0,13	5
Молоко в процессе резервирования	0,05	1,9	0,965	74,5	1,47	86
Готовый продукт: начало хранения 42 сутки	0 0	0 0	0,946 0,449	74,09 38,5	1,44 0,73	85,3 43,1

Разработанная технология молока питьевого пастеризованного длительного срока хранения с внесением лизоцима позволяет сохранить ряд биологических свойств молока. В табл. 6 отражены изменения биологических свойств молока, выработанного по технологии с внесением лизоцима.

Для установления возможных сроков хранения продукцию, выработанную по технологии с внесением лизоцима, хранили при температуре 2-4 оС в течение полутора месяцев. Препарат лизоцима с активностью 70 000 ед был внесён за 1 час до повторной пастеризации из расчёта 1,5 г на 1000 дм? молока, хранившегося при температуре 4°С.

Результаты исследований представлены в таблице 7.

Таблица 7 - Изменение показателей качества питьевого пастеризованного молока в процессе хранения.

Срок хранения молока, сутки	Показатели качества молока
	КМАФАнМ, КОЕ/см3	Спорообразующие мезофильные аэробы, КОЕ/см3	Содержание лизоцима, мг/дм3	Кислотность, оТ	Оценка вкуса и запаха, баллы (максимум 5 баллов)
0	20	17	1,0	17	5
10	19	11	0,96	17	5
15	18	10	0,92	17	5
20	15	11	0,88	17	5
25	12	8	0,87	17	5
30	8	7	0,81	17	5
35	6	7	0,78	17	5
40	140	20	0,75	17	5
42	750	30	0,70	17	5
44	1020	40	0,50	17	5
46	22000	150	0,25	17	5
48	58000	140	0,10	18	5
51	103000	110	следы	18	4
55	10,2х106	210	следы	19	2

Известно, что в молоке, содержащем большое количество микроорганизмов, лизоцим быстро расходуется и довольно быстро утрачивает своё антибактериальное действие. В нашем опыте содержание лизоцима снижается до 0,7 мг/дм3 лишь на 42 сутки, что свидетельствует о довольно низкой бактериальной обсемененности исследуемого продукта. В течение 35 суток хранения фермент оказывал бактерицидное действие, так как количество определяемых микроорганизмов в этот период заметно снижалось. В течение последующих 10 суток наблюдалось увеличение обоих микробиологических показателей, причем следовые количества лизоцима оказывали меньшее действе на молочнокислую микрофлору, чем на спорообразующие мезофильно-аэробные микроорганизмы, что не противоречит литературным данным.

В целом проведенные исследования свидетельствуют о практической возможности производства пастеризованного молока со сроком хранения более 10 суток

На следующем этапе исследования были направлены на изучение применения современных упаковочных материалов, позволяющих обеспечить не только привлекательность для потребителя, но и увеличение сроков хранения готового продукта.

В работе проводились исследования динамики накопления микроорганизмов в пастеризованном молоке, упакованном в бутылки из полиэтилена низкого давления (ПЭНД) и подвергнутом пастеризации в них при различных режимах в автоклаве периодического действия “BARRIQUAND STERIFLOW”.

Обработка молока проводилась по следующим температурным режимам: - первый: 62 ?С с выдержкой 20 мин.; - второй: 74 ?С с выдержкой 15 мин.; - третий: 85 ?С с выдержкой 5 мин. Полученный готовый продукт хранили при температуре 3; 6 и 12 ?С. Через сутки с момента изготовления в течение 40 дней проводили контроль органолептических показателей и КМАФАнМ.

У продукта, обработанного при температуре 74 °С в течение 15 минут, не изменяются органолептические свойства в течение 30 суток при температуре 3 ?С, 20 суток при температурах 12 ?С и 6 ?С. При температуре хранения 12 °С наблюдалось наиболее интенсивное нарастание кислотности. Однако по истечении 40 суток у молока пастеризованного во всех вариантах значение рН не превышало 6,5 единиц.

Очевидно, что применение повторной пастеризации молока в таре замедляет процесс нарастания кислотности продукта, что обусловлено инактивацией ферментов, присутствующих в молоке, и снижением количества жизнеспособных форм микроорганизмов. Пастеризация при температуре 74 ?С с выдержкой 15 минут позволяет получать продукт со сроком хранения до 25 суток без изменения органолептических и физико-химических показателей при температуре хранения 3 - 6 °С.

Анализ микрофлоры показал, что во всех вариантах опыта в течение 25 суток хранения молоко отвечало требованиям СанПиНа. При более длительном сроке хранения молоко, пастеризованное при 62 ?С с выдержкой 20 минут и при температуре 85 ?С с выдержкой 5 минут по микробиологическим показателям не соответствовало установленным нормам, тогда как в молоке, пастеризованном при 74 ?С с выдержкой 15 минут количество микроорганизмов превышало нормативы только после 30 суток хранения. Таким образом, проведенные эксперименты позволили выявить оптимальные режимы пастеризации молока в таре с возможностью его длительного хранения.

С целью удлинения сроков его хранения (t=6±?C) было исследовано влияние натурального антиоксиданта «Origanox» на основе душицы обыкновенной на изменение микробиологических свойств молока, пастеризованного в таре. Антиоксидант вводился в количестве 0,05 и 0,15 % от массы молока. Контролем являлось пастеризованное молоко, изготовленное без антиоксиданта. Установлено, что для получения пастеризованного молока с увеличенным сроком годности до 25 суток целесообразно использование антиоксиданта в количестве 0,05 - 0,1 %.

Проведение исследований на различных значениях стойкости молока потребовало повышения объективности сенсорных исследований.

В целом запах молока и молочных продуктов может свидетельствовать об их свежести и качестве. Однако определение запаха органолептическим методом имеет субъективный характер и достаточно трудоемко. В настоящее время, в связи с появлением нового поколения аналитического оборудования - газовых сенсоров появилась возможность создания систем и...