Размещено на http://www.allbest.ru/

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

доктора технических наук

специальность 05.18.04 - технология мясных, молочных, рыбных продуктов и холодильных производств

Теоретическое обоснование и практическая реализация технологии производства соево-молочных концентратов

Решетник Екатерина Ивановна

Кемерово 2008

Краткое описание работы

Актуальность работы. Питание - это не только медицинская проблема, ее решение зависит от взаимодействия разных партнеров и, в первую очередь, от производителей продуктов питания ежедневного потребления. Продукты нового поколения должны быть ориентированы не только на количество пищевых ингредиентов, но и качественный их состав. Более 60 % населения в настоящее время питается неудовлетворительно, не получая, в частности, достаточного количества белка. Дефицит белка в питании людей является весьма важной проблемой и для России.

Существенное место в решении этой задачи занимает производство молочных продуктов, содержащих большинство необходимых человеку пищевых веществ, являющихся обязательной составной частью суточного рациона каждого человека. В молочной промышленности довольно широкое применение находят природные, в том числе растительные компоненты, позволяющие экономить молочное сырье, повысить биологическую ценность продуктов, придать им функциональную направленность и снизить себестоимость. Направление создания продуктов сложного сырьевого состава, которые по ряду показателей должны превосходить каждый из компонентов продукта в отдельности, является перспективным.

Теоретические основы создания продуктов сложного сырьевого состава заложены в трудах А.Н. Покровского, А.М. Уголева, И.А. Рогова, В.Г. Высоцкого, Н.Н. Липатова, А.М. Бражникова, В.Б. Толстогузова, В.М. Позняковского, В.В. Ключкина и реализовано применительно к молочной отрасли П.Ф. Крашенининым, Н.С. Королевой, А.М. Шалыгиной, А.Г. Храмцовым, Л.А. Остроумовым, М.С. Уманским, А.А. Майоровым, Н.П. Захаровой, Л.В. Гапоновой, Л.А. Забодаловой, М.Л. Доморощенковой, Н.И. Дунченко, И. С Хамагаевой, Н.Б. Гавриловой, Л.М. Захаровой и другими отечественными и зарубежными учеными.

Перспективным сырьем для создания молочно-растительных продуктов представляется соя и продукты ее переработки, так как по своему аминокислотному составу соевые белки максимально приближены к белкам животного происхождения, имеют полный набор незаменимых аминокислот, относятся к числу хорошо усвояемых.

Основная задача, затрудняющая широкое внедрение растительных белков, в частности соевых, состоит в их специфических органолептических свойствах. Поэтому, для получения молочно-растительных продуктов, предназначенных для массового потребления, необходимы исследования закономерностей технологических процессов; научно-экспериментальное обоснование и уточнение технологических режимов производства, доз белковых добавок. Кроме того, в технологический регламент производства должны быть включены операции по инактивации антипитательных компонентов растительного сырья. Немаловажное значение при этом приобретает качественный состав растительного сырья, зависящий от сорта и района произрастания культуры.

Амурская область является одной из зон массового соесеяния (более 60 % площадей посева сои в России сосредоточено в Амурской области), поэтому продукты переработки сои здесь широко распространены, востребованы и пользуются заслуженным спросом населения. Особо следует отметить, что соя в Амурской области произрастает в естественных условиях и не является генномодифицированной.

В связи с этим разработка научно обоснованных промышленных технологий соево-молочных концентратов, имеющих длительный срок годности и применяемых в производстве продуктов для улучшения структуры питания населения, является перспективным направлением развития отраслей пищевой промышленности.

Все это указывает на актуальность предлагаемой к обсуждению проблемы и ее значение для народного хозяйства. Реализация поставленных в диссертации вопросов позволит развить предлагаемое направление в отечественной промышленности.

Цель и задачи исследований. Цель диссертационной работы -исследование физико-химических и технологических особенностей получения, закономерностей формирования соево-молочных концентратов с повышенной хранимоспособностью и разработка концепции использования концентрата в производстве продуктов питания.

Для реализации поставленной цели при выполнении работы решались следующие основные задачи:

- исследовать состав и технологические свойства семян сои, произрастающей в Амурской области, с целью использования их в производстве сухих соево-молочных концентратов;

- изучить технологические приемы снижения олигосахаридов и остаточной активности энзимов семян сои;

- разработать технологический регламент производства соево-молочной основы, исследовать ее состав и микробиологические показатели с целью дальнейшего использования в технологиях сухих соево-молочных концентратов;

- обосновать технологию производства сухих соево-молочных концентратов и исследовать их функциональные свойства;

- разработать рекомендации по модернизации оборудования для производства соево-молочных концентратов;

- исследовать технологические свойства сухих соево-молочных концентратов с целью их использования в рецептурах пищевых продуктов;

- изучить хранимоспособность сухих соево-молочных концентратов;

- исследовать возможность использования антиоксидантов с целью увеличения сроков годности сухих соево-молочных концентратов;

- разработать научно обоснованную технологию производства сухого соево-молочного концентрата повышенной хранимоспособности;

- провести производственные испытания разработанной технологической схемы производства сухого соево-молочного концентрата и определить экономическую эффективность новой технологии.

Научная новизна работы. Исследован состав и технологические свойства семян сои, произрастающей в Амурской области, с целью использования их в производстве соево-молочных концентратов.

Предложены способы снижения содержания олигосахаридов и инактивации энзимов сои при производстве пищевой соевой основы. Определены и теоретически обоснованы особенности производства соево-молочных концентратов, установлены режимы их производства и разработаны рекомендации по усовершенствованию конструкций циркуляционных вакуум-выпарных и распылительных сушильных установок с целью получения продукта высокого качества.

Установлено наличие корреляции между режимами распылительной сушки и качеством готового продукта. Определены параметры сушки соево-молочных смесей (t_вх = 150-170^оС, t_вых = 70-75^оС), позволяющие получить продукт с максимальной степенью растворимости.

Исследованы функционально-технологические свойства сухих соево-молочных концентратов с целью использования их в производстве пищевых продуктов. Изучено влияние микробиальных культур (Str. salivaris subsp. thermophilus; Lbc. acidophilus и смешанной йогуртовой культуры, состоящей из Str. salivaris subsp. Thermophilus и Lactobacillus delbrueskii bulgaricus) на процессы, происходящие в восстановленном соево-молочном концентрате.

Доказана возможность применения восстановленного соево-молочного концентрата в производстве кисломолочных напитков, майонезов, хлебобулочных изделий, термокислотных и термокальциевых низкожирных сыров. Установлены технологические параметры производства и предложены рецептуры выше перечисленных продуктов. Определено влияние дозы соевой основы в соево-молочных концентратах на органолептические и физико-химические показатели получаемых продуктов.

Теоретически и экспериментально обоснована целесообразность использования антиоксидантов с целью увеличения сроков годности сухих соево-молочных концентратов. Изучены антиоксидантные свойства пищевой добавки «Лавитол пищевой» в модельных соево-молочных системах. Разработаны математические модели, позволившие определить наиболее значимые факторы и оптимальные параметры технологии сухих соево-молочных концентратов с повышенной хранимоспособностью и обоснована доза введения антиоксиданта при производстве сухих соево-молочных концентратов.

Изучена пищевая, энергетическая и биологическая ценность, исследованы физико-химические, микробиологические и органолептические показатели сухих соево-молочных концентратов.

Практическая значимость работы. На основе выполненных теоретических и экспериментальных исследований предложена технология производства сухого соево-молочного концентрата повышенной хранимоспособностью. За счет введения в продукт природного антиоксиданта дигидрокверцетина срок годности продукта увеличен в 2 раза при сохранении его стандартного качества.

Разработаны технологии производства новых видов кисломолочных напитков, мягких сыров из восстановленного соево-молочного концентрата. Предложены технологии использования соево-молочного концентрата в производстве майонезов, хлебобулочных и кондитерских изделий. В целях усовершенствования технологии производства сухих соево-молочных концентратов для получения продукта высокого качества предлагается ряд конструктивных решений по модернизации оборудования и усовершенствованию процесса мойки распылительных установок. Предложена безразборная мойка дискового распылителя на сушильных установках РСМ-500 и А1ОРЧ.

Для снижения потребления пара в вакуум-выпарной установке предложено удалить пароэжекторный блок, включающий одно- и двухступенчатый эжекторы и заменить его на водокольцевой насос.

Для снижения потерь пара и горячего воздуха в сушильной установке произведена модернизация калорифера. На дисковых распылителях действующих сушильных установок заменен насос, в результате чего исключено попадание паров смазочных материалов, вызывающих изменение органолептических показателей продукта, распылитель в сушильной башне РСМ-500 модернизирован. На сушильной башне установки А1ОРЧ, предложено установить стукачи ударного типа вместо имеющихся индукционных - для предотвращения налипания соево-молочного концентрата на стенки сушильной башни.

Разработана технология, утверждена техническая документация на производство соево-молочных концентратов с различным соотношением соевых и молочных белков. Организовано промышленное производство сухого соево-молочного концентрата на ОАО «Завод сухого молока» в с. Поярково Амурской области.

По материалам исследований оформлены заявки и получены положительные решения на получение патентов РФ № 2007132372/13 «Способ получения сухого комбинированного сыра», № 2007132374/13 «Способ получения десертного мягкого сыра».

Полученные результаты исследований нашли отражение в 14 учебно-методических разработках и используются в учебном процессе при чтении лекций и проведении лабораторно-практических занятий по дисциплине «Технология детских и диетических молочных продуктов», а также в курсовом и дипломном проектировании на кафедре «Технология переработки продукции животноводства» Дальневосточного государственного аграрного университета.

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и получили соответствующее одобрение на симпозиумах, конгрессах, научных конференциях и семинарах различного уровня, в том числе: «Прогрессивные технологии и оборудование пищевых производств» (Санкт-Петербург, 1999); «Интеграция науки производства и образования: состояние и перспективы» (Юрга, 1999); «Теория и практика производства продуктов питания» (Владивосток, 2002); «Биологические ресурсы Российского Дальнего Востока» (Благовещенск, 2004); «Пища. Экология. Качество» (Новосибирск, 2004); «Современное хлебопекарное производство, перспективы его развития» (Екатеринбург, 2005, 2007); «Аграрная наука на рубеже веков» (Красноярск, 2006); «Природопользование на Дальнем Востоке России» (Хабаровск, 2006); «Аграрная наука сельскому хозяйству» (Барнаул, 2006, 2007); «Природноресурсный потенциал, экология и устойчивое развитие регионов России» (Пенза, 2006); «Актуальные проблемы животноводства на современном этапе» (Улан-Удэ, 2006); «Актуальные проблемы ветеринарии в современных условиях» (Краснодар, 2006); «Здоровое питание-основа жизнедеятельности человека» (Красноярск, 2006); «Качество продукции, технологий и оборудования» (Магнитогорск, 2007); «Агропромышленный комплекс: состояние, проблемы, перспективы» (Пенза, 2007); «Информационно-вычислительные технологии и их приложение» (Пенза, 2007); «Актуальные проблемы техники и технологии переработки молока» (Барнаул, 2007); «Технология производства и переработки сельхозпродукции» (Благовещенск, 2001, 2002, 2005, 2006, 2007, 2008).

Публикации. Результаты работы опубликованы в двух монографиях: «Научное обоснование и технологические аспекты производства соево-молочного концентрата» (5, 0 усл. п. л.) и «Применение соево-молочного концентрата в производстве продуктов питания» (9, 0 усл. п. л.); материалах конференций, симпозиумов, форумов, научных трудах институтов, описаниях патентов, а также в журналах «Молочная промышленность», «Пищевая промышленность», «Хранение и переработка сельхозсырья», «Масложировая промышленность», «Вестник ВНИИЖ», «Маслоделие и сыроделие», «Известия вузов. Пищевая технология», «Вестник ДальГАУ», «Ползуновский альманах» (всего в 66 публикациях).

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения и 9 глав, в том числе аналитического обзора, обоснования направлений исследований, методологического раздела, результатов собственных исследований и их анализа, выводов, списка использованных литературных источников и приложений. Основной текст работы изложен на 303 страницах машинописного текста, содержит 114 таблиц, 47 рисунков, 326 литературных источников и приложений, отражающих масштабы практической реализации работы.

Основные положения, выносимые на защиту:

- результаты экспериментального изучения биохимического состава, технологических свойств семян сои различных сортов, используемых в производстве соево-молочных концентратов;

- результаты исследований по изучению влияния технологических факторов производства на формирование физико-химических, структурно-механических, микробиологических характеристик и функционально-технологических свойств соево-молочных концентратов;

- концепция производства продуктов питания на основе восстановленных соево-молочных концентратов, обладающих широкой функциональной направленностью;

- предложения по аппаратурному оформлению процессов производства сухих соево-молочных концентратов;

- теоретическое обоснование создания технологии сухих соево-молочных концентратов с повышенной хранимоспособностью за счет использования антиоксидантов.

Основное содержание работы

соевый молочный концентрат питание

Введение. Обоснована актуальность проблемы на современном этапе развития молочной промышленности, показана научная новизна работы, ее практическая значимость, сформулированы основные положения диссертации, выносимые на защиту.

Глава 1. Теоретические и технологические аспекты создания сухих соево-молочных концентратов. Обобщены литературные сведения, научная информация и экспериментальные материалы отечественных и зарубежных авторов по обсуждаемой проблеме и проведен их анализ.

Теоретические исследования направлены на изучение следующих вопросов: роль белков в питании человека, их классификация, химическое строение, биологическая ценность, функциональные свойства, характеристика белков молока и их физиологическая роль в питании человека; характеристика соевого белка, как альтернативы молочного белка в производстве продуктов сложного сырьевого состава, анализ существующих технологий продуктов с использованием соевого белка; особенности консервирования продуктов высушиванием, физико-химическая сущность процесса сушки.

Анализ научной литературы подтверждает актуальность выбранной тематики, что позволило определить основные направления исследований.

Глава 2. Обоснование основных направлений исследований, их цель и задачи. Обоснованы направления исследований в решении проблемы, поставленной в работе, сформулирована концепция производства продуктов питания на основе восстановленных соево-молочных концентратов, обладающих широкой функциональной направленностью; сформулирована цель и определены задачи собственных исследований автора.

Глава 3. Методология проведения исследований. Теоретические и экспериментальные исследования выполнены в Дальневосточном государственном аграрном университете и в ОАО «Завод сухого молока» в с. Поярково Амурской области.

Общая схема проведения исследований представлена на рис. 1.

На первом этапе проведен анализ влияния природно-климатических условий Амурской области на состав и технологические свойства семян сои разных сортов, произрастающих в Амурской области.

На втором этапе изучены возможности снижения содержания в семенах сои олигосахаридов и инактивации энзимов семян сои, обоснована целесообразность использования соевых семян для производства продуктов сложного сырьевого состава.

На третьем этапе разработан технологический регламент производства соево-молочной основы: изучен состав и свойства, микробиологические показатели соево-молочной основы, установлены режимы термообработки и предложено аппаратурное оформление технологического процесса.

На третьем этапе выполнен цикл исследований, посвященных разработке технологии сухих соево-молочных концентратов, проведено ее теоретическое обоснование.



С этой целью исследованы технологические параметры процессов сгущения и сушки, разработаны рекомендации по модернизации оборудования. На этом же этапе изучены функциональные свойства сухих соево-молочных концентратов: жироудерживающие и жироэмульгирующие свойства, стабильность эмульсии, растворимость (смачиваемость, проникаемость, скорость растворения).

На пятом этапе исследованы технологические свойства сухих соево-молочных концентратов с целью их дальнейшего использования в производстве пищевых продуктов. Изучены особенности культивирования различных микроорганизмов в соево-молочных смесях, на основании чего разработана технология йогуртных напитков. Разработаны технологические схемы производства майонезов и хлебобулочных изделий с использованием сухих соево-молочных концентратов, предложены рецептуры на эти продукты, показаны органолептические и физико-химические характеристики новых продуктов, определена их пищевая и энергетическая ценность. Изучены процессы термокислотной и термокальциевой коагуляции восстановленных соево-молочных смесей, на основании чего разработана технология сырных продуктов и определены их физико-химические и органолептические характеристики.

На шестом этапе исследованы технологические факторы, влияющие на стойкость сухих соево-молочных концентратов в процессе хранения. Изучены режимы хранения, исследованы органолептические, физико-химические и микробиологические характеристики продукта в процессе хранения. Для увеличения сроков годности сухих соево-молочных концентратов предложено использовать антиоксиданты. Разработана технологическая схема производства сухих соево-молочных концентратов с дигидрокверцетином. Проведены исследования влияния режимов сушки, дозы соевого компонента в концентрате и дозы антиоксиданта на продолжительность хранения продукта. В результате установлены сроки годности продукта с дигидрокверцетином при условии их хранения при разных температурных условиях. Изучен состав, органолептические и физико-химические характеристики продукта с повышенной хранимоспособностью.

На заключительном этапе работы изучена пищевая, биологическая и энергетическая ценность сухих соево-молочных концентратов, показана возможность организации безотходной технологии, проведен расчет экономической эффективности производства.

На разных этапах работы объектами исследований являлись: соевые семена по ОСТ 10-212-97; молоко коровье цельное и обезжиренное, соответствующее требованиям ГОСТ Р 52054-2003; молочно-соевые смеси с различным содержанием соевого компонента; дигидрокверцетин в форме «Лавитол пищевой» по ТУ 2455-033-48375962-04; разработанные сухие соево-молочные концентраты.

При выполнении работы использовались общепринятые, стандартные и оригинальные методы исследования, в том числе физико-химические, реологические, микробиологические и биохимические, а также методы математической обработки результатов исследований. Исследования проводились в пяти-десятикратной повторностях. Все результаты обработаны методом математической статистики и являются достоверными.

Глава 4. Исследование состава и технологических свойств семян сои. Амурская область является основной зоной возделывания сои в России. При этом следует отметить, что соя в регионе выращивается в естественных условиях, без применения генных технологий. Данные об объемах производства сои в Амурской области представлены на рис. 2.

В настоящее время в Амурской области выращивают около 10 сортов сои, из которых на пищевые цели рекомендуется использовать четыре: «Октябрь-70», «Аврора», «Смена», и «ВНИИС-1». Исследования химического состава четырех районированных сортов сои (табл. 1) позволили сделать обобщенную оценку амурской сои, которая содержит от 38, 0 до 45, 0 % белка и от 18, 0 до 20, 0 % жира.

Таблица 1. Химический состав семян сои, районированных в Амурской области

Сорт семян сои	Массовая доля влаги, % в исх. вещ.	Массовая доля жира, % на а. с. в-во	Массовая доля сырого протеина, % на а.с.в-во	в том числе	Содержание углеводов, %	Содержание ингибитора трипсина,
				альбумины, % к общему протеину	глобулины, % к общему протеину	общее количество растворимых углеводов	в том числе олигосахаридов
Октябрь-70	5, 72	19, 73	38, 7	35, 9	45, 3	25, 3	5, 3	22, 1
Аврора	8, 72	19, 80	40, 5	39, 4	40, 8	28, 4	7, 2	20, 4
Смена	7, 23	18, 83	42, 1	37, 3	42, 1	27, 9	6, 8	23, 8
ВНИИС-1	6, 12	19, 77	44, 9	36, 8	43, 4	30, 1	8, 5	20, 9

Суммарное содержание альбуминов и глобулинов превышает 80 %, количество растворимых углеводов 25, 3-30, 1 %. Как видно из приведенных в табл. 1 данных, наиболее высокие показатели содержания жира и белка имеют семена сорта ВНИИС-1.

Аминокислотный состав белка соевых семян довольно широк и представлен 18 аминокислотами, в том числе, полным набором незаменимых.

Жирнокислотный состав соевых семян представлен насыщенными, мононенасыщенными и полиненасыщенными жирными кислотами. Анализ жирнокислотного состава соевых семян показал, что более 65 % приходится на полиненасыщенные жирные кислоты, которые, как известно, в молочных продуктах содержатся в весьма незначительных количествах. Это еще раз подтверждает целесообразность обогащения молочных продуктов продуктами переработки сои.

Для сои характерна высокая активность ингибиторов пищеварительных протеиназ - трипсина, хемотрипсина и фитогемаглютенина. Тепловая обработка инактивирует большую часть этих белков, но в зависимости от сортовой специфики и условий обработки, какая-то доля трипсиноингибирующей активности может сохраняться, это ведёт к потере питательных свойств.

В связи с этим изучены свойства сои, оказывающие дальнейшем влияние на особенности ее использования в технологическом процессе. К таким свойствам относятся: длительность послеуборочного дозревания; повреждаемость семян в процессе транспортировки и хранения; отделяемость оболочки; размолоспособность; водопоглотительная способность семян; экстрагируемость.

Результаты исследований по этим показателям представлены в табл. 2.

Таблица 2.Технологические свойства семян сои, районированных в Амурской области

Наименование сорта	Длительность послеуборочного дозревания, сут	Размолоспособность (средний диаметр дробленки, мм)	Повреждаемость, %	Водопоглотительная способность, %	Отделяемость оболочки, %	Экстрагируемость, мин
Октябрь	25 - 26	5, 4 5, 2	-	3, 3	15, 6	57
Аврора	40 - 76		26, 6	2, 8	10, 2	50
Смена	36	5, 1	-	2, 6	6, 7	-
ВНИИС-1	-	4, 3	-	4, 0	18, 9	-

С этих позиций наиболее перспективными представляются семена сои сорта «ВНИИС-1». Этот сорт пригоден для производства продуктов без послеуборочного дозревания. Кроме того, семена этого сорта практически не повреждаются при перевозке и хранении, что значительно сокращает потери сырья. Они довольно хорошо поглощают влагу, имеют высокую размолоспособность.

Важным этапом при производстве соево-молочных концентратов является замачивание - операция, во время которой происходит поглощение воды соевыми семенами, набухание соевых семян и диффузный переход основной части олигосахаридов в водную фазу.

Результаты определения водопоглотительной способности сортов сои, районированных в Амурской области: Октябрь 70, Аврора, Смена, ВНИИС-1, представлены в табл. 3.

Как видно из приведенных в таблице данных кинетика поглощения воды во время длительного (от 2-х до 16 часов) замачивания одинакова для всех исследованных сортов. Наибольшее поглощение жидкости наблюдается через 8 часов замачивания. При этом коэффициенты объемного расширения (степень набухаемости) для всех сортов примерно одинаковы и составляют (2, 50, 4) %.

Таблица 3. Кинетика поглощения воды семенами сои в процессе замачивания

Сорт	Количество поглощенной влаги, %
	2 часа	4 часа	8 часов	16 часов
Октябрь 70	186	233	244	223
Аврора	179	240	248	241
Смена	185	230	240	240
ВНИИС-1	188	235	242	230

Для оценки полноты извлечения из исходного сырья низкомолекулярных углеводов и анализа компонентного состава отработана методика извлечения и очистки фракции моно- и олигосахаридов и проведен хроматографический анализ, данные которого представлены в табл. 4.

Таблица 4. Компонентный углеводный состав соевых семян после замачивания

Продолжительность замачивания, час.	Моносахариды, %	Сахароза, %	Раффиноза, %	Стахиоза, %	Всего, %
0 (исходный) 1 (с обол.) 6 (с обол.) 12 (с обол.) 24 (с обол.)	0, 6 0, 6 0, 5 0, 5 0, 1	8, 5 8, 5 8, 0 5, 1 4, 1	1, 0 1, 0 1, 0 0, 8 0, 4	3, 3 3, 3 3, 3 2, 3 1, 7	13, 4 13, 4 12, 8 8, 7 6, 3
1 (без обол.) 24 (без обол.)	0, 3 0, 2	5, 7 4, 3	0, 4 0, 3	1, 4 1, 1	7, 8 5, 9

Как видно из приведенных в табл. 4 данных, скорость удаления различных олигосахаридов из семян различна. Максимальное уменьшение содержания сахарозы происходит в интервале 6-12 часов после начала замачивания, тогда как основные изменения содержания раффинозы и стахиозы наступают только через 12 часов замачивания.

Установлено, что влагопоглощение соевых семян при температуре 20^оС происходит равномерно. Замачивание сои не оказывает влияния на снижение активности нежелательных ферментов. Остаточная активность ингибитора трипсина снижается с 20, 1 до 4, 4 после термообработки (при температуре 120^оС и давлении 1, 2 атм. с выдержкой 5 мин.) предварительно замоченных семян сои.

Однако такая термическая обработка ведет не только к снижению активности ингибитора трипсина, но и к ухудшению растворимости белков и другим нежелательным воздействиям, в частности, к нарушению функциональных свойств белков. В связи с этим исследован эффект инактивации энзимов при более низких температурах. Полученные данные показали, что при обработке сои в течение 15 минут полная инактивация липоксигеназы наблюдалась при температуре 80^оС, уреазы - при 90^оС, ингибитора трипсина - при 100^оС.

Увеличение продолжительности термообработки позволяет снизить температуру воздействия. Результаты исследований снижения активности энзимов при разных температурах в течение часа показано в табл. 5.

Таблица 5. Остаточная активность энзимов сои после термообработки

Остаточная активность, %	60оС	65оС	70оС	75оС
Липоксигеназа	20	5	0	-
Уреаза	60	48	32	0
Ингибитор трипсина	94	88	62	0

Как видно из табл. 5 полная инактивация нежелательных энзимов происходит при температуре 75^оС в течение часа. Такой режим инактивации позволяет сохранить около 94 % водорастворимого белка, что подтверждает минимальное на них воздействие.

Глава 5. Разработка технологического регламента производства соево-молочной основы. При производстве сухого соево-молочного концентрата используют пищевую соевую основу и цельное или обезжиренное молоко в различных соотношениях. Основными определяющими факторами при выборе соотношения компонентов явились:

* экономия молочного сырья;

* снижение себестоимости продукта;

* улучшение функциональных свойств продуктов.

Пищевая соевая основа производится на основании ТУ 10-4731297-100-92 «Основа соевая пищевая» и рекомендована в качестве сырья для выработки продуктов лечебно-профилактического и массового питания. Она представляет собой однородную жидкость белого с кремовым оттенком цвета со свойственным соевым продуктам привкусом и запахом, содержит не менее 40, 0 % протеина, 20, 0 % жира в пересчете на сухое вещество, имеет рН от 7, 0 до 8, 0. По содержанию токсичных элементов (тяжелых металлов и мышьяка), хлорорганических соединений и микотоксинов пищевая соевая основа отвечает медико-биологическим требованиям и санитарным нормам качества продовольственного сырья. Микробиологические показатели пищевой соевой основы, выработанной из амурской сои (мезофильные аэробные и факультативно-анаэробные микроорганизмы, бактерии группы кишечных палочек, сульфитредуцирующие клостридии, патогенные микроорганизмы, в том числе сальмонеллы), отвечают всем необходимым требованиям.

Проведенные исследования функционально-технологических свойств сои, произрастающей в Амурской области, и разработанные приемы снижения содержания олигосахаридов и инактивации энзимов позволили получить продукт с характеристиками, указанными в табл. 6.

Технологический процесс производства пищевой соевой основы состоит из следующих операций:

- приемка и подготовка сырья и основных материалов;

- сухая очистка соевых семян;

- мойка соевых семян;

- замачивание;

- измельчение;

- влаготепловая обработка с целью инактивации ферментов соевых семян с одновременной экстракцией растворимых компонентов сои;

- отделение нерастворимого осадка;

- стерилизация;

- охлаждение.

Таблица 6. Массовая доля олигосахаров и активность ингибитора трипсина в пищевой соевой основе

Наименование показателя	Норма	Значение
Массовая доля олигосахаров в сухом веществе, %, не более	2, 0	1, 7±0, 1
Активность трипсинового ингибитора, мг/г сухого вещества	5, 0	4, 8±0, 2

Очистка соевых бобов осуществляется в устройстве с калиброванными ситами. Откалиброванные семена моются и замачиваются в воде для набухания при соотношении не менее 1:3 (соевые бобы: вода) и не более 1:6.

Экстрагируемость основных компонентов сои зависит от степени измельчения при производстве соевой пищевой основы. В связи с этим исследованы процессы диспергирования семян в сухом виде и в водной среде. Опробованы аппараты различного действия, в том числе ударного (дезинтегратор), разделяющего (планетарно-центробежная мельница - режим больших ускорений), истирающего (планетарно-центробежная мельница - режим малых ускорений), ударно-истирающего (конусная инерционная дробилка КИД) и ударно-режущего действия (роторный диспергатор).

Для получения соево-молочного концентрата рекомендовано использовать аппараты, работающие по принципу мокрого измельчения. Наиболее пригодными для получения пищевых соевых дисперсий являются измельчители-пастеризаторы типа ИП-100. позволяющие получать мелкую фракцию (65-70 %) с размером частиц до 1, 0 мм. Кроме того, использование выше названного оборудования не требует предварительного измельчения семян сои и позволяет одновременно проводить тепловую обработку соевых дисперсий с целью уничтожения микроорганизмов и инактивации ферментов.

Исследовано изменение количества микрофлоры в пищевой соевой основе с содержанием сухих веществ: 10 % и 15 % до и после тепловой обработки.: пастеризация при температуре 85-88^оС с различной выдержкой (15, 60, 120 секунд) и стерилизация при температуре 121^оС и давлении 1 атм с выдержкой 20 минут и температуре 130^оС, давлении 2, 5 атм с выдержкой 30 секунд.

При пастеризации общая обсемененность снижалась в 5-10 раз, содержание БГКП уменьшалось на 1-2 порядка. Однако указанный вид тепловой обработки позволяет достигать желаемого эффекта микробиологической безопасности продукта только при выдержке 120 секунд.

Стерилизация при исследуемых режимах обеспечивает микробиологическую чистоту пищевой соевой основы. Следует отметить, что стерилизация при температуре 130^оС, давлении 2, 5 атм. с выдержкой 30 секунд позволяет экономить энергоресурсы и поддерживать поточность производства.

Полученную соевую основу перед процессом сушки смешивают с цельным или обезжиренным молоком, руководствуясь следующим принципом: оптимальное соотношение между животными и растительными белками должно соответствовать соотношению 55:45 (согласно рекомендациям Института питания РАМН). Такое соотношение достигается в продукте при смешивании соевой основы и обезжиренного молока в соотношении 50:50 и позволяет получить соево-молочный концентрат с приемлемыми органолептическими свойствами при высокой их функциональности. Следует отметить, что повышение функциональных свойств соево-молочных концентратов возможно при увеличении доли сои в концентрате до 60 - 70 %. Увеличение соевого компонента в смеси приводит к снижению себестоимости, экономии ценного молочного сырья и не оказывает существенного влияния на потребительские свойства продуктов питания, в рецептурах которых используется соево-молочный концентрат.

Глава 6. Разработка технологии сухих соево-молочных концентратов и ее теоретическое обоснование. Научные исследования по разработке технологии сухого соево-молочного концентрата проводили в условиях производства ОАО «Завод сухого молока» в с. Поярково Амурской области.

На основании изученных условий увлажнения семян сои, снижения активности ингибитора трипсина, снижения содержания олигосахаридов, экстракции, установления оптимальных соотношений соевого молока и коровьего цельного или обезжиренного молока, параметров измельчения семян сои и их тепловой обработки разработана технологическая схема процесса получения соево-молочного концентрата, включающая следующие технологические операции: подготовка сырья и материалов; замачивание семян сои; измельчение семян сои; центрифугирование; стерилизация; охлаждение; составление смеси: соевой основы и молока; сгущение; сушка; расфасовка, упаковка и хранение.

При производстве сухих соево-молочных продуктов сушке предшествует процесс сгущения, так как соево-молочный концентрат, полученный из жидкой соево-молочной смеси без предварительного сгущения, по качеству хуже, чем сухой продукт, выработанный из сгущенного. Кроме того, при сушке на удаление 1 кг влаги расходуется примерно в 10 раз больше тепла, чем при сгущении.

Физико-химические свойства и качество как сгущенного, так и сухого соево-молочного концентрата зависят от степени и температуры сгущения молока. Общей закономерностью является снижение растворимости сухого соево-молочного концентрата при повышении температуры сгущения, концентрации сгущенного молока и продолжительности процесса сгущения.

Температура сгущения концентрата зависит в значительной степени от вида или типа используемых вакуум-выпарных установок и необходимой степени сгущения.

При повышении степени сгущения концентрата изменяются свойства и качество соево-молочного концентрата. При увеличении содержания сухих веществ в сгущенном концентрате от 30 до 38% количество частиц самой мелкой фракции в сухом концентрате уменьшается почти в два раза, а объем их - более чем в восемь раз. Следует отметить, что при снижении степени сгущения концентрата частицы сухого концентрата становятся более пористые.

При производстве сухих соево-молочных продуктов следует учитывать, что по мере увеличения концентрации сухих веществ в сгущенной соево-молочной смеси увеличивается ее вязкость. Это приводит к необходимости использования специальных насосов для подачи сгущенного молока из вакуум-аппарата в сушильную установку. Кроме того, увеличение вязкости сгущенного концентрата усложняет процесс распыления.

Вязкость сгущенной соево-молочной смеси зависит от степени и температуры сгущения. При повышении концентрации сухих веществ в сгущенном концентрате от 15 до 30 % вязкость увеличивается: соево-молочной смеси на основе обезжиренного молока - в 5, 3 раза, цельного молока - в 5, 2 раза. При снижении температуры сгущения от (50 - 55) ^оС до (20 - 25)^оС вязкость концентрата (концентрация сухих веществ 15 - 30 %) уменьшается в 1, 2 раза.

Процессы сушки и сгущения молока довольно хорошо изучены и широко опубликованы. Сгущение и сушка соевых и соево-молочных смесей имеет определенные сложности, поэтому необходимы уточнения технологических параметров и модернизация существующего оборудования.

В процессе исследований в производственных условиях проведена модернизация используемого на Поярковском заводе сухого обезжиренного молока оборудования и разработаны рекомендации по особенностям сушки соево-молочных смесей.

Двухкорпусные установки типа «Виганд», наиболее распространенные в промышленности, потребляют большое количество пара при работе. В основном пар расходуется для поддержания заданного разряжения в корпусе вакуум-аппарата, для чего используется одно и двухступенчатые эжекторы. Удалив из схемы вакуум-выпарной установки эжекторы и применив для создания разряжения водокольцевой вакуум-насос, получена значительная экономия пара, при незначительном повышении потребления электроэнергии. Кроме того, к водокольцевому насосу добавлена функция конденсатного насоса, что создает возможность его исключения из схемы вакуум-выпарной установки.

Сушильная распылительная установка представляет собой сложный агрегат. В его состав входят сушильная башня с воздухораспределительными и воздухоотводящими устройствами, распылителями, а также устройства для выгрузки продукта и его обработки на выходе из башни, транспортирования, возврата циклонной фракции в сушилку, очистки воздуха, поступающего и отводимого из башни, калорифера и вентилятора.

В процессе работы калорифера происходит частичная потеря пара и горячего воздуха. В целях устранения этих потерь и предупреждения травм во время проведения ремонтных работ (в случае прорыва паронитовых прокладок) предложена модернизация калорифера. Для этого каждая секция калорифера была снята и опрессована гидравлическим прессом давлением 15 кг/см². Затем фланцы соединений были отторцованы. Фланцы калачей также были срезаны, калачи отторцованы для дальнейшей приварки к патрубкам секций калорифера с помощью электросварки и ацетиленовой сварки.

Схема модернизации узла соединений ячеек представлена на рис. 3.

Секции в калорифере с прямоточной подачей воздуха устанавливаются последовательно на металлический лист толщиной 8 мм по размерам собранного калорифера. На металлический лист уложены два асбестовых жгута диаметром 20 мм, на которые устанавливаются секции калорифера. Жгуты препятствуют выдуву воздуха из полости калорифера и пропитаны жидким стеклом. На рис. 4 представлена схема нагрева воздуха перед сушкой.

Воздух, поступающий в калорифер, сначала проходит секцию, в которой в качестве теплоносителя используется конденсат. Далее воздух проходит в секцию, которая обогревается отработавшим паром, и затем в секцию, которая нагревается острым паром.

При пуске сушильной установки в работу, при прогреве калорифера во избежание гидравлических ударов и прорывов паропроводов, последовательность открываний вентилей следующая: сначала открывается вентиль II, затем вентиль III и медленно, не допуская гидроударов, вентиль I. При включенном вентиляторе 1 и достижении температуры воздуха на выходе из калорифера 80-90^оС открывается вентиль IV, закрывается II и III. В этом случае секции 1, 2, 3 и другие будут обогреваться конденсатом. Схема компоновки секции калорифера распылительной сушильной установки РСМ-500 представлена на рис. 5.

Распылительные сушильные установки РСМ-500 и А1-ОРЧ имеют дисковые распылители, оснащенные насосными установками системы смазки, в состав которых входит: насос Г II-IIА, бачок масляный, кран, фильтр, система маслопроводов.

При разогреве сушильной башни и собственно распылителя при высушивании насос Г II-IIА, производительностью 5 дм³/мин и высотой всасывания 0, 9 м, не выполняет своих функций по откачке масла из сборной емкости в нижней точке распылителя. Масло теряет вязкость, что приводит к попаданию его в сушильную камеру.

Для предотвращения проникновения запаха нефтепродуктов в готовый продукт насос Г II-IIА заменен на отечественный масляный шестеренчатый насос НШ-10, с приводом от электродвигателя 1500 об/мин, мощностью 1, 1 кВт. Применение НШ-10 приводит к увеличению высоты всасывания, т.е. к более полному удалению масла из нижней точки (ванночки) распылителя

Проведена модернизация посадочного конуса сушильной башни установки РСМ-500, так как его конструктивные особенности не позволяли получить соево-молочный концентрат с высокими органолептическими показателями из-за попадания паров смазочного масла при сушке в готовый продукт.



Распылитель И7-ОРБ имеет удлиненный посадочный конус. При применении его в сушильной башне РСМ-500 для сушки соево-молочного концентрата предложено посадочный конус башни снять и удалить 1/3 снизу, что позволило исключить попадание в сухой готовый продукт смазочных материалов, вызывающих нежелательные изменения органолептических показателей.

На характер изменения влагосодержания соево-молочных концентратов влияют условия и режимы сушки, поэтому особый интерес представляло изучение процесса в реальных условиях промышленного производства.

Для качественной оценки протекания процесса сушки используются кривые скорости сушки, выражаемые следующей функцией

dw/d = f(w)

где: w - соответственно влагосодержание, %;

ф - продолжительность процесса, час.

По характеру изменения локальных влагосодержаний в течение времени можно судить об особенностях процесса сушки соево-молочных концентратов. Анализ изменения влагосодержания позволяет выявить периоды постоянной и падающей скорости, а также величину критического влагосодержания. Это дает возможность выбрать наилучший режим с учетом технологических свойств высушиваемого соево-молочного концентрата.

Скорость сушки определена путем графического дифференцирования кривой сушки или разбивкой ее на равные по времени участки с последующим делением величины убыли влаги в этих отрезках на продолжительность процесса.

Однако снятие кривой сушки в распылительных сушилках весьма затруднено, что связано с особенностями процесса. Диспергированный продукт, состоящий из капель размером 20 - 30 мкм, которые движутся по сложной криволинейной траектории, высыхает за несколько секунд.

Нами сделана попытка оценки процесса сушки в распылительной сушилке по косвенным показателям: в первом периоде сушки при удалении свободной влаги расходуется постоянное количество теплоты, а во второй затраты энергии возрастают. Таким образом, по характеру изменения удельного расхода теплоты при удалении влаги из соево-молочных концентратов с различным влагосодержанием можно судить о картине протекания процесса сушки.

При этом фиксировались все параметры процесса, необходимые для расчета теплового и материального баланса. Опыты проводились при трех постоянных температурах воздуха, входящего в сушильную камеру, 150, 160 и 170°С. Влажность сухого соево-молочного концентрата, выгружаемого из камеры, менялась вследствие изменения расхода сгущенного продукта, подаваемого на сушку.

Для удобства расчетов баланса и анализа полученных результатов выявленные зависимости представлены в графическом виде (рис. 6).



На основании кривых и расчета теплового баланса процесса строится график g = f (w) (рис. 7 ), из которого следует, что при сушке соево-молочного концентрата до определенной влажности удельный расход теплоты не меняется. Следовательно, можно допустить, что при этом удаляется свободная влага. Однако, график отображает зависимость суммарного удельного расхода теплоты от конечной влажности готового продукта, поэтому на основании графиков (рис. 6 и 7) рассчитываются величины ?w/?Q_.

Анализ кривых, показанных на рис. 8 позволяет предположить, что функциональные зависимости (1) и (2) носят идентичный характер. Следовательно, можно выделить периоды постоянной и падающей скорости сушки, а также величину критического влагосодержания (на рис. 8 это точки А, Б, В). В нашем случае прослеживается влияние температуры теплоносителя на критическое влагосодержание, а также возможность расчета необходимого расхода теплоты на удаление влаги из продукта в распылительной сушилке в первый и второй периоды сушки.



В результате исследований выявлена функциональная зависимость ?w/?Q = f (w), характер изменения которой идентичен функции dw/d = f (w).

График функции ?w/?Q = f (w) позволяет выделить первый и второй периоды сушки, а также величину критического влагосодержания. Повышение температуры воздуха, входящего в сушильную камеру, с 150 до 170°С понижает критическое влагосодержание.

Для разработки научно обоснованных рекомендаций по использованию соево-молочных концентратов в производстве продуктов питания изучали функциональные свойства соево-молочных концентратов с различным соотношением растительного и молочного белков: водо- и жироудерживающие свойства, жироэмульгирующую способность, стабильность эмульсии, пенообразующую способность и некоторые другие.

Результаты исследований жироэмульгирующих и жироудерживающих свойствх сухих соево-молочных концентратов и их изменения в зависимости от дозы соевого молока в нормализованной смеси представлены в табл. 7.

Таблица 7. Функциональные свойства соево-молочных концентратов

Наименование образца	Жироудерживающая способность, %	Жироэмульгирующая способность, %	Стабильность эмульсии, %
Соево-молочный концентрат 50:50	101, 4	79, 5	75, 3
Соево-молочный концентрат 60:40	95, 2	70, 7	65, 8
Соево-молочный концентрат 70:30	93, 1	70, 5	65, 0
Сухое соевое молоко	87, 5	70, 5	64, 9
Сухое обезжиренное молоко	106, 4	80, 1	78, 9

Согласно данных таблицы все образцы по своим функциональным свойствам превосходили сухое соевое молоко, приближаясь к сухому коровьему молоку, наилучшими свойствами, сравнимыми с сухим молоком, обладает СМК с соотношением 50:50.

На следующем этапе работы исследованы растворимость в воде соево-молочных концентратов с различным соотношением соевого и молочного белка (50:50; 60:40; 70:30). Индекс растворимости сухих соево-молочных концентратов составляет не более 0, 2 см³ сырого осадка, что не превышает индекса растворимости сухого обезжиренного молока.

Глава 7. Исследование функционально-технологических свойств сухих соево-молочных концентратов для использования их в рецептурах пищевых продуктов. Для использования сухого соево-молочного концентрата в рецептурах различных пищевых продуктов исследовали функционально-технологические свойства концентрата, доминирующая роль среди которых отводится его способности к растворению. При этом следует учитывать, что растворимость сухого соево-молочного концентрата в процессе хранения изменяется в сторону уменьшения. Данные по исследованию растворимости сухого продукта в процессе хранения представлены в табл. 8.

Анализ полученных экспериментальных данных позволяет отметить, что при использовании сухого соево-молочного концентрата в производстве восстановленного соево-молочного концентрата необходимо учитывать снижение его способности к растворению с течением времени, а следовательно прогнозировать технологические потери.

Таблица 8. Растворимость сухого соево-молочного концентрата в процессе хранения

Продолжительность хранения, сут.	Растворимость, см3 сырого осадка	Относительная скорость растворения, %	Смачиваемость, с
30	0, 15	67, 0	19
60	0, 17	65, 0	20
90	0, 21	60, 5	22
120	0, 26	59, 0	26
150	0, 29	58, 5	30
180	0, 30	57, 0	36

Основная задача процесса восстановления соево-молочного концентрата - приближение его свойств и качественных показателей к традиционным молочным продуктам. Для формирования консистенции продуктов, в которых планируется использование сухого соево-молочного концентрата, определенное значение имеет вязкость восстановленного продукта. С этой целью исследовали кинематическую вязкость. Результаты исследований представлены на рис. 9.



Средние показатели кинематической вязкости молока цельного натурального при температуре 10^оС составляют от 2, 39 до 2, 52^.10^-3 м²/с. Сравнивая показатели кинематической вязкости восстановленного соево-молочного концентрата с этими показателями можно заключить, что только при выдержке восстановленного концентрата в течение 6-12 часов достигается нижний предел значений для молока натурального.