Разработка технологии молочно-растительных пастообразных биопродуктов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Разработка технологии молочно-растительных пастообразных биопродуктов

Общая характеристика работы

Актуальность работы. Одним из ведущих направлений пищевой технологии является разработка и организация промышленного производства новых продуктов здорового питания, имеющих высокую пищевую и биологическую ценность, сбалансированных в соответствии с физиологической потребностью человека (Тутельян В.А., Покровский В.М., Позняковский В.М., Уголев А.М.).

Рациональное и здоровое питание человека может быть достигнуто созданием комбинированных продуктов сбалансированного состава с прогнозируемыми свойствами (Липатов Н.Н., Кочеткова А.А., Зобкова З.С. и др.).

Поэтому в последние годы наметилась устойчивая тенденция создания комбинированных продуктов из молочного сырья с добавлением компонентов растительного происхождения. В молочной промышленности широко используются продукты переработки сои - соевая мука, соевые концентраты, изоляты и др.

Одним из перспективных видов растительного сырья является соевый нерастворимый остаток - окара. В настоящее время вопрос получения комбинированных молочно-растительных продуктов с использованием окары не достаточно изучен в теоретическом и практическом плане. Поэтому отсутствие научных данных по приготовлению таких пищевых продуктов сдерживает возможность разработки новых технологий и рецептур.

Изыскание рационального сочетания окары и молочных компонентов, изучение процесса сквашивания комбинированного сырья молочнокислыми бактериями, а также установление оптимальных параметров и режимов его обработки, являются актуальной задачей, решение которой позволит получить функциональный продукт с высокой пищевой и биологической ценностью.

Целью исследований является разработка технологии и рецептур молочно-растительных биопродуктов с прогнозируемым качеством, обладающих функциональными свойствами.

Для достижения поставленной цели необходимо решение следующих задач:

- изучить целесообразность создания молочно-растительных пастообразных продуктов питания с использованием соевого белково-углеводного компонента;

- обосновать оптимальные значения параметров и режимов получения белково-углеводной муки из окары, а также разработать технологию ее производства;

- выбрать вид и дозу закваски, вводимой в молочную белково-углеводную композицию с учетом кислотообразующей способности и сбалансированности роста заквасочных культур;

- разработать рецептуры и технологию молочно-растительных паст с прогнозируемыми показателями;

- на основе теоретических и экспериментальных исследований разработать пакет нормативной документации на новые кисломолочные продукты.

Научная новизна работы:

Научно обоснованы и экспериментально установлены параметры получения белково-углеводного компонента (окары). Изучена и обоснована целесообразность создания молочно-растительных паст с использованием соевого белково-углеводного компонента (окары) и наполнителей из ягод. Путем математического моделирования получены зависимости и обоснованы оптимальные значения параметров приготовления белково-углеводного компонента. Установлены закономерности формирования бинарных молочно-растительных сгустков. На основе экспериментальных исследований и математического моделирования обоснованы рецептуры и технология молочно-растительных паст с ягодными наполнителями. Получена совокупность новых научно обоснованных данных, позволяющая создать молочно-растительные продукты питания функционального назначения.

Практическая значимость работы заключается в решении проблемы рационального использования соевого белково-углеводного остатка - окары. Созданы научно-обоснованные технологии производства молочно-растительных продуктов питания в виде десертных паст.

Разработаны технические условия на муку соевую из окары - ТУ 9146-007-00668442-09 и пасты молочно-растительные «Армейские» - ТУ 9226-008-006688442-09.

Результаты исследований апробированы на предприятиях продовольственной службы Дальневосточного высшего военного командного училища, войсковой части 93647, военного госпиталя ФГУ «306 ВГДВО-МОРФ» и получены положительные заключения.

Апробация работы. Материалы диссертационной работы обсуждены в материалах конференций: «Молодежь 21 века: шаг в будущее» (Благовещенск, 2007), «Вопросы питания спецконтингентов» (Благовещенск, 2008), «Аграрная наука и образование на современном этапе развития: опыт, проблемы и пути их решения» (Ульяновск, 2009), «Безопасность и качество товаров» (Саратов, 2009), «Пищевая промышленность: состояние, проблемы, перспективы» (Оренбург, 2009), «Технология и продукты здорового питания» (Саратов, 2009), «Актуальные проблемы технологии живых систем» (Владивосток, 2009), а также на расширенном заседании лаборатории хранения и переработки сельскохозяйственной продукции ГНУ «Всероссийский научно-исследовательский институт сои Россельхозакадемии» (Благовещенск, 2009).

Публикации. По материалам исследований опубликовано 11 печатных работ, в том числе 3 статьи в журналах, рекомендованных ВАК - «Хранение и переработка сельхозсырья», «Вестник КрасГАУ» и «Техника в сельском хозяйстве».

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, описания объектов и методов исследования, результатов собственных исследований, выводов, списка литературы и приложений. Работа изложена на 160 страницах машинописного текста, содержит 27 рисунков, 38 таблиц и 5 приложений.

Список литературы включает 196 наименований российских и зарубежных авторов.

Содержание работы

Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цель и задачи исследований.

В первой главе представлен аналитический обзор отечественной и зарубежной научной, а также патентной литературы по теме диссертации. Показаны современные подходы к созданию комбинированных молочно-растительных продуктов питания с использованием соевых ингредиентов (молока, «тофу», муки, масла, белка, изолятов и др.), в том числе функционального назначения. Обоснована необходимость проведения исследований по разработке и созданию новых кисломолочных продуктов сбалансированного состава с использованием соевого белково-углеводного компонента - окары.

Во второй главе изложены направления исследований, информация об объектах, методах и условиях проведения исследований.

Методология подхода к проведению исследований в виде общей схемы приведена на рис. 1.



Рисунок 1 - Общая схема проведения исследований

Исследования проводились в лабораториях ГНУ Всероссийского НИИ сои Россельхозакадемии (ГНУ ВНИИ сои), испытательном лабораторном центре Роспотребнадзора по Амурской области, ФГУ «Амурский ЦСМ», производственной лаборатории ООО «Соевые технологии» (г. Благовещенск).

Объектами исследований являлись: молоко коровье обезжиренное; семена сои сорта «Лазурная» по ГОСТ 17109-88 «Соя. Требования при заготовках и поставках»; фруктоза по ТУ 9111-046-46715365; ягоды - брусника свежая по ГОСТ 20450-75, голубика по ГОСТ Р 50521-93 и клюква свежая по ГОСТ 19215-73; производственные культуры S.thermophilus и L.acidophilus по ТУ 10-02-02-489-65-91; соевая белково-углеводная мука из окары, полученная по разработанной технологии; молочно-растительные продукты, изготовленные по разработанным технологии и рецептурам.

Отбор проб исследуемых объектов проводили в соответствии с требованиями нормативных документов.

Общий химический состав объектов исследований определяли стандартными методами, аминокислотный состав белков - с помощью инфракрасного сканера NIR - 4250. Для органолептической оценки качества получаемой продукции использовали метод балльных шкал. Микробиологические исследования проводили в соответствии с ГОСТ 9225-84. Реологические характеристики сгустков исследовали с помощью ротационного вискозиметра «Реотест 2».

Для обработки экспериментальных данных и построения графических зависимостей использовали стандартную специализированную программу Origin (v.2.0) для Windows ХР, для статистической и графоаналитической обработки опытных данных использовались ПЭВМ с пакетами прикладных программ Office Pro (Excel), программы Statistica 6.0.

В третьей главе обоснованы параметры получения белково-углеводного компонента для создания молочно-растительных паст.

При производстве соевого «молока» в качестве побочного продукта в большом количестве образуется окара - нерастворимый соевый остаток, который является ценным пищевым полуфабрикатом. Установлено, что окара при влажности 9,4 % содержит, %: белков - 28,1, жиров - 13,5, углеводов - 45,1 и минеральных веществ - 3,9. Энергетическая ценность составляет - 414,3 ккал. Имеются сведения о целесообразности использования окары в производстве мясных, рыбных и других продуктов питания. Однако широкое использование окары сдерживается отсутствием рациональной технологии получения сухой добавки на её основе.

При разработке технологии сухого белково-углеводного компонента использовали окару из проросших семян сои, которые богаты биологически активными веществами.

Известно, что предварительное гранулирование объекта высушивания обеспечивает высокие функционально-технологические свойства продукта. Поэтому в процессе анализа и поисковых опытов были выделены наиболее значимые факторы, существенно влияющие на процесс гранулирования, который зависит: от влажности окары после отжима - W_o, %; давления прессования - Р, МПа; эквивалентного диаметра измельченных частиц- d_э, мм; высоты слоя окары - Н_сл., мм.

После реализации экспериментальных исследований по изучению влияния указанных факторов на эффективность гранулирования проведена обработка результатов и построена математическая модель процесса отжима влаги из окары в виде уравнения регрессии:

(1)

Адекватность полученной модели (1) подтверждается неравенством F_T>F_R с доверительной вероятностью Р=0,95 при коэффициенте корреляции R = 0,951. В результате решения данной задачи определены оптимальные значения факторов: давление прессования - 0,712 МПа; диаметр частиц окары - 0,232 мм; высота отжимаемого слоя окары - 104,8 мм. При установленных параметрах процесса отжима влажность окары составляла 30,7 %, при которой гранулы из окары хорошо формуются и не теряют свою форму.

Обоснование оптимальных значений параметров процесса получения сухих гранул из окары вели с учетом наиболее значимых факторов: температуры - t, ⁰С и продолжительности сушки - Т, мин; начальной влажности гранул, W_н, %, которые влияют на конечную влажность - W_к, % компонента.

На основании экспериментальных данных построена математическая модель процесса сушки гранул из окары:

(2)

Адекватность модели (2) оценена с помощью критерия Фишера, неравенством F_R > F_T. Путем решения данного уравнения определены оптимальные значения параметров процесса сушки гранул из окары: температура сушки - 110⁰С; продолжительность сушки - 41,2 мин; начальная влажность гранул окары - 31,48 %. При указанных параметрах сушки конечная влажность гранул окары составляла - 7,96 %.

На основании выполненных исследований разработали технологическую схему производства сухой белково-углеводной добавки, которая представлена на рис. 2.

Рисунок 2 - Схема процесса производства соевой белково-углеводной добавки

Характеристика соевой муки из окары приведена в таблице 1.

Таблица 1 - Характеристика соевой муки из окары (Х=m; m ? 0,05)

Показатели	Характеристика
Органолептические свойства:
Внешний вид	однородная мелкодисперсная сыпучая масса, без посторонних включений
Вкус	приятный, слегка бобовый привкус, без посторонних привкусов
Запах	приятный, ореховый, без посторонних запахов
Цвет	желтый с оттенками
Физико-химические показатели, %:
Вода	7,5
Белки, Nх6,25	29,2
Липиды	12,8
Углеводы	46,3
Минеральные вещества	4,2
Микробиологические показатели:
КМАФАнМ, КОЕ/г, не более	2,5 . 104
БГКП (колиформы)	0,1
S. aureus	0,1
патогенные, в т.ч. сальмонелллы	25
Сульфитредуцирующие клостридии, КОЕ/г, не более	10

В четвертой главе исследован процесс получения бинарных молочно-растительных сгустков с прогнозируемыми свойствами.

Состав бактериальных заквасок является важным фактором, определяющим не только вкус кисломолочных продуктов, но и структурно-механические свойства. Путем комбинирования различных видов молочнокислых бактерий в заквасках можно получить сгустки (кисломолочные продукты) с заданными свойствами.

Для создания закваски использовали молочнокислые бактерии Streptococcus thermophilus Lactobacillus и acidophilus в соотношении 1:1, которые широко применяются в молочной промышленности. Оптимальное соотношение культур в комбинированной закваске было выбрано с учетом их кислотообразующей способности и сбалансированного роста микроорганизмов. Условия заквашивания и сквашивания были приняты в соответствии с требованиями технологической инструкции на производство пасты ацидофильной.

В дальнейших исследованиях ферментировали и оценивали сгустки из молочно-растительной композиции, содержащей разные количества соевой белково-углеводной муки (БУМ). Основными критериями определения оптимальной дозы соевой БУМ выступали вкус и запах.

Выявлено, что добавление соевой белково-углеводной муки в количестве от 5 до 15% от массы исходной смеси позволяет получить продукт без привкуса сои, пастообразной консистенции с небольшим отделением сыворотки при центрифугировании.

При разработке технологии молочно-растительной пасты важным этапом является определение реологических показателей. С этой целью изучали структурно-механические свойства полученных сгустков. Известно, что на структуру сгустков значительное влияние оказывает их компонентный состав.

На рисунках 3 и 4 представлены зависимости отражающие изменение эффективной вязкости сгустков и напряжения сдвига с различным количеством компонента при последовательном увеличении и уменьшении скорости сдвига.

Из рисунков видно, что с увеличением дозы соевой белково-углеводной муки значения эффективной вязкости и напряжения сдвига повышаются.

В результате математической обработки зависимости з= f(M_м) и г = f(М_м) при различных значениях влажности аппроксимированы выражениями следующего вида:

Рисунок 3 - Зависимость эффективной вязкости з от массовой доли соевого белково-углеводного компонента, (М_м) при различной влажности: 1 - 87,2%; 2 - 82,1%; 3 - 77,5%

Рисунок 4 - Зависимость напряжения сдвига г от массовой доли соевого белково-углеводного компонента (Мм) при различной влажности: 1 - 87%; 2 - 82%; 3 - 78%

- для влажности сгустка W=87,2%:

 ^{; (3)}

- для влажности сгустка W=82,1%:

^{; (4)}

- для влажности сгустка W=77,5%:

^{; (5)}

На следующем этапе исследований обоснованы параметры и режимы получения молочно-растительных сгустков. На основе предварительно проведенных поисковых опытов обоснованы факторы и интервалы их варьирования: содержание соевой муки из окары - М_м, %, массовая доля закваски - М_з, % и продолжительность сквашивания - t_c, ч, с целью последующего получения моделей и оптимальных значений параметров технологии. За критерий оптимизации была принята титруемая кислотность - Т, ⁰Т.

В результате обработки полученных данных построена математическая модель, характеризующая процесс сквашивания молочной белково-углеводной композиции.

(6)

Адекватность модели оценена с помощью критерия Фишера, неравенством F_R > F_T.

В результате решения задачи получены оптимальные значения факторов: массовая доля соевой муки из окары - 10,0 %; массовая доля закваски - 4,0 %; время сквашивания - 4,3-5,0 ч.

При этих значениях параметров титруемая кислотность сгустка составляла 97,6 ⁰Т.

В пятой главе разработаны технология и рецептуры молочно-растительных паст с ягодными наполнителями.

Включение в состав молочного сырья соевой белково-углеводной муки и сквашивание полученной смеси будут существенно влиять на органолептические показатели готовой молочно-растительной пасты.

В этой связи на основании поисковых опытов определены наиболее значимые факторы, влияющие на сенсорные свойства разрабатываемых МРП (общую органолептическую оценку - N₁, N₂, N₃) и уровни их варьирования. Такими факторами являются: массовые доли ягодного наполнителя - М_н, %, и фруктозы - М_ф, %, а также продолжительность интенсивного перемешивания - ф, мин.

Посредством математической обработки данных и регрессионного анализа полученных зависимостей построены математические модели обоснования рецептур разрабатываемых МРП:

а) на основе брусники

(7)

б) на основе голубики

(8)

в) на основе клюквы

(9)

На основании анализа полученных моделей определены оптимальные значения факторов: массовые доли ягодного наполнителя - 5,0-5,1%; и фруктозы - 4,86-5,65%; продолжительность активного перемешивания 10-13 мин.

Таким образом, на основании выполненных исследований разработаны рецептура (табл. 2) и технологическая схема молочно-растительной пасты с различными наполнителями (рис. 5). Качественная характеристика продукта представлена в табл. 3.

Таблица 2 - Рецептуры МРП с ягодными наполнителями (на 1000 кг)

Компоненты	МРП с ягодными наполнителями, кг
	брусничным	голубичным	клюквенным
Бинарная молочно-растительная композиция	860	860	860
Закваска	40	40	40
Брусничное пюре	50	-	-
Голубичное пюре	-	50	-
Клюквенное пюре	-	-	50
Фруктоза	50	50	50

Таблица 3 - Качественная характеристика МРП

Показатели	Характеристика
1	2
Органолептические: - внешний вид и консистенция - вкус и запах - цвет	Однородная, пастообразная, в меру плотная. Допускается наличие единичных частиц наполнителя; Чистые, кисломолочные с выраженным вкусом и ароматом ягодных наполнителей; Обусловленный цветом добавленного наполнителя, равномерной по всей массе.
Физико-химические, %: - влага - белок - жир - углеводы - зола	58-60 14,3-15,2 2,7-2,8 22,4-23,1 2,6-3,2
Кислотность, 0 Т	160-180
Количество молочно-кислых микроорганизмов, не менее, КОЕ в 1г на конец срока годности	1106
БГКП, в 0,001 г S. aureus в 0,1 г Патогенные, в том числе сальмонеллы в 25 г Дрожжи, кое/г, не более Плесени, кое/г, не более	Не допускаются Не допускаются Не допускаются 50 50

Рисунок 5 - Технологическая схема получения МРП «Армейские»

Как свидетельствуют данные табл. 3 внесение ягодных наполнителей повышает потребительские свойства молочно-растительных паст.

Исследования биологической ценности молочно-растительных паст и изменение качественных показателей продукта в процессе их хранения, представлены в табл. 4 и на рис. 6 соответственно.

Результаты сопоставления аминокислотного состава МРП с «идеальным» белком, несмотря на дефицит метионина, дают основание считать их биологически полноценными продуктами.

Таблица 4 - Сравнительная биологическая ценность молочно-растительных паст

Незаменимые аминокислоты	Шкала ФАО/ВОЗ	Содержание и аминокислотный скор МРП
	г/100 г белка	г/100 г белка	аминокислотный скор
Изолейцин	4,0	5,5	137,5
Лейцин	7,0	8,6	122,9
Лизин	5,5	6,0	109,1
Метионин + цистин	3,5	3,2	91,4
Треонин	4,0	4,6	115,0
Валин	5,0	5,6	112,0
Фенилаланин + тирозин	6,0	9,0	150,0
Триптофан	1,0	1,5	150,0
? НАК	36,0	44,0	122,2

При оценке адекватности белкового компонента МРП установили коэффициент рациональности аминокислотного состава - 0,829 и показатель «сопоставленной избыточности» - 3,46, которые свидетельствуют об их высокой биологической ценности.

Одним из важнейших критериев качества разрабатываемых продуктов является их способность сохранять свои свойства в процессе хранения.

МРП хранили при температуре (6±2⁰С) в течение 48 суток. В качестве критериев оценки были выбраны органолептические показатели, титруемая кислотность, количество санитарно-показательных микроорганизмов.

Исследованиями установлены зависимости титруемой кислотности (Т) и органолептической оценки (N) от продолжительности хранения (t_хр). Данные зависимости представлены на рис. 6.

Анализ зависимостей выявил, что титруемая кислотность за 48 суток увеличилась на 4,5⁰Т, органолептические показатели оценены на 23,5 балла по условно принятой 25 балльной шкале для показателя - вкус и запах.

Рисунок 6 - Зависимость титруемой кислотности МРП (⁰Т) от продолжительности хранения (t_хр) при t = 6±2⁰С

В течение всего срока хранения образцы молочно-растительной пасты соответствовали нормам, установленным в СанПин 2.3.2.1078 - 01.

В результате математической обработки зависимость титруемой кислотности (Т) от продолжительности хранения молочно-растительных паст (t_хр) аппроксимирована следующим уравнением:

⁰Т = 138,5+0,104 t_хр [⁰Т], (10)

где [⁰Т] - допустимая по технологическим требованиям титруемая кислотность.

В то же время, изменения органолептической оценки молочно-растительных паст в зависимости от продолжительности хранения, как установлено в опытах, подчиняется следующей зависимости:

N= 23,7 - 0,0170 t_х[N], (11)

где [N] - допустимое по технологическим требованиям значение органолептической оценки.

Таким образом, результаты органолептической оценки показали, что в опытных образцах МРП в течение 36 суток хранения органолептические, физико-химические показатели качества практически не изменились. Дальнейшее хранение привело к появлению излишне кислого вкуса.

Поэтому на основании анализа экспериментальных данных установлены гарантированные сроки хранения МРП с учетом запаса прочности в течение 36 суток при температуре (6±2⁰С).

Выводы

1. В результате проведенных исследований разработана технология молочно-растительного биопродукта, обладающего функциональными свойствами.

2. Экспериментальными исследованиями обоснованы параметры получения соевой белково-углеводной муки: давление прессования - 0,7 МПа; средний эквивалентный диаметр частиц окары - 0,2 мм; высота слоя окары - 100-105 мм; начальная влажность гранул - 31-32%; температура и продолжительность сушки гранул - 110^оС и 40 мин.

3. Установлено, что наибольшая эффективность процесса сквашивания молочной белково-углеводной композиции наблюдается при использовании 4% комбинированной закваски с соотношением культур Str. thermophilus L. acidophilus 1:1.

4. Выявлены зависимости изменения эффективной вязкости и предельного напряжения сдвига молочной белково-углеводной композиции от массовой доли белково-углеводного компонента. Показано, что добавление 10 % муки способствует формированию необходимых органолептических свойств.

5. Обоснована рецептура молочно-растительных паст с ягодными наполнителями. Показано, что высокие органолептические показатели имеют пасты с добавлением 5,0-5,1% ягодного наполнителя, фруктозы - 4,9-5,6% при продолжительности перемешивания 10-12 мин. На основе полученных данных разработана технология кисломолочных белково-углеводных сгустков необходимой влажности.

6. Получены эмпирические зависимости титруемой кислотности и органолептических показателей от продолжительности хранения, на основании которых обоснован срок годности готовых продуктов - 36 суток. На данный ассортимент молочно-растительных паст разработан пакет нормативной документации.

По материалам диссертации опубликованы следующие работы

молочный растительный паста

Павлов В.П. О формировании стратегии развития вузов в рыночных условиях // Материалы VIII межвузовской научно-практической конференции «Молодежь XXI века: шаг в будущее» : -Благовещенск, 2007. - С. 69-70.

Скрипко О.В., Павлов В.П., Седых В.В. Рекомендации по использованию сои в поликомпонентных продуктах питания / - Благовещенск, 2007. -17 с.

Павлов В.П. Дефицит белка в питании военнослужащих // Материалы научно-практической конференции ДВВКУ «Вопросы питания спецконтингентов». -Благовещенск, 2008. -С. 7-9.

Павлов В.П., Доценко С.М., Скрипко О.В., Соболев Р.В. Обоснование параметров технологии производства муки из нерастворимого соевого остатка // Хранение и переработка сельхозсырья. - 2009. - №8. - С. 52-53.

Соболев Р.В., Доценко С.М., Волков С.П., Павлов В.П., Вараксин С.В. Обоснование параметров технологии и технических средств производства соевых белковых продуктов // Техника в сельском хозяйстве. - 2009. - №4. - С. 17-18.

Павлов В.П., Доценко С.М., Скрипко О.В. Технология и рецептуры молочно-растительных продуктов функционального питания и биотехнология их получения // Вестник КрасГАУ. - 2009. - №10. - С. 141-144.

Павлов В.П., Доценко С.М., Скрипко О.В Молочно-растительные продукты функционального питания и биотехнология их получения // Материалы международной научно-практической конференции «Аграрная наука и образование на современном этапе развития: опыт, проблемы и пути их решения». - Ульяновск, 2009. - С. 203-205.

Павлов В.П., Доценко С.М., Скрипко О.В Технология производства муки из нерастворимого соевого остатка // Сборник материалов III международной научно-практической конференции «Безопасность и качество товаров». - Саратов, 2009. - С. 74-76.

Павлов В.П., Доценко С.М., Скрипко О.В Биотехнология молочно-растительных продуктов питания с использованием муки из «окары» //Сборник материалов международной научно-практической конференции «Пищевая промышленность: состояние, проблемы, перспективы». - Оренбург, 2009. - С. 225-228.

Павлов В.П., Доценко С.М., Скрипко О.В. Технология получения молочно-растительных продуктов питания функционального назначения // Сборник материалов III Международной научно-практической конференции «Технология и продукты здорового питания». - Саратов, 2009. - С. 103-106.

Павлов В.П., Доценко С.М., Скрипко О.В. Биотехнологические аспекты разработки молочно-растительных продуктов питания функционального назначения // Материалы III международной научно-технической конференции молодых ученых «Актуальные проблемы технологии живых систем». - Владивосток, 2009. - С. 28-29.

Размещено на Allbest.ru

...