Физико-химические аспекты и научное обоснование технологий сырных продуктов с растительными жирами

Причиной этого, по-видимому, является снижения активности воды вследствие ее связывания структурообразователями, что отрицательно отражается на развитии молочнокислых микроорганизмов. Результаты эксперимента по установлению влияния добавок структурообразователей на развитие молочнокислых микроорганизмов в массе сырных продуктов при хранении подтвердили обоснованность этого предположения: в сырных продуктах с добавками, содержащими водосвязывающие агенты, отмечалась тенденция к замедлению роста микроорганизмов - рис. 23.

Рис. 23 - Изменение количества МАФАнМ при хранении сырных продуктов

Обобщение и анализ результатов проведенных теоретических и экспериментальных исследований позволили выявить общие закономерности протекания физико-химических процессов структурообразования мягких сырных продуктов из восстановленного обезжиренного молока и растительного жира с использованием пищевых структурообразователей различной природы, послужившие научным обоснованием технологий их производства.

В главе 6 сформулированы технологические принципы производства сырных продуктов с растительными жирами, которые легли в основу нового ГОСТ Р 53512-2009 «Продукт сырный. Общие технические условия». Представлены технологические схемы производства полутвердых и мягких сырных продуктов.

Приведены исследования по установлению оптимальной массовой доли сухих веществ в восстановленном обезжиренном молоке (10 %), обеспечивающей технологичность изготовления и хорошее качество сырных продуктов.

На примере композиции из переэтерифицированного пальмового и частично гидрогенизированного подсолнечного масел применительно к роторному гомогенизатору со скоростью вращения ротора 15000 об/мин установлены оптимальные параметры эмульгирования, обеспечивающие высокую стабильность получаемой эмульсии: массовая доля жира в смеси с обезжиренным молоком 30 %, температура эмульгирования 50-55 °С, продолжительность эмульгирования 5-10 мин. Методика и результаты оптимизации легли в основу разработки Технологического регламента приготовления эмульсий растительного жира, рекомендуемого для практического использования на промышленных предприятиях, вырабатывающих пищевые продукты с растительными жирами.

Описан процесс составления молочно-растительных смесей и приведены примеры расчета необходимого количества компонентов для приготовления молочно-растительных смесей различного состава.

Приведены рекомендации по использованию структурообразователей, относящихся к низкомолекулярным эмульгаторам и водосвязывающим агентам.

Представлены частные технологии новых видов сырных продуктов с растительными жирами: полутвердого сырного продукта «Урожайный» (ТУ 9225-082-04610209-2000) с частичной заменой молочного жира растительным; полутвердого сырного продукта «Деревенский» (ТУ 9225-083-04610209-2000) с частичной заменой молочного жира растительным; полутвердого сырного продукта «Богатырь Кубани Лабинский» (ТУ 9225-140-04610209-2003) с частичной заменой молочного жира растительным; мягкого сырного продукта «Вираж» (ТУ 9225-173-04610209-2007) из сухого молока с растительным жиром.

Рассчитана пищевая ценность и биологическая эффективность сырных продуктов с растительными жирами, обусловленная увеличением содержания в жировой фазе полиненасыщенных жирных кислот. При замене молочного жира растительным на 30 % количество полиненасыщенных жирных кислот увеличивается в среднем в 2,3-2,7 раза, при 50 % замене - в 3,3-3,8 раза. В том числе количество эссенциальной линолевой кислоты, относящейся к семейству щ-6, при 30 % замене возрастает в 4-5 раз, при 50 % - в 6,5-8 раз. Таким образом, сырные продукты с растительными жирами следует рассматривать как продукты питания нового поколения, отвечающие принципам здорового питания.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Теоретически обоснована и экспериментально подтверждена гипотеза о необходимости корректировки технологий сырных продуктов по основным параметрам в зависимости от физико-химических свойств используемого жирового компонента;

2. Установлено влияние растительного жира, зависящее от его массовой доли в жировой фазе молочно-растительной смеси, на процессы сычужного свертывания и синерезиса геля, выражающееся:

- в замедлении процесса сычужного свертывания на стадиях агрегирования и коагуляции белков при увеличении доли растительного жира: полная замена молочного жира растительным увеличивает продолжительность ферментативной стадии на 40±2 %, коагуляционной - на 20±2 %;

- в выявленной тенденции к уменьшению количества выделяющейся сыворотки из геля при синерезисе (на 5 % при полной замене молочного жира растительным), которая меняет направленность при повышении температуры во время обработки сырного зерна, в результате чего продолжительность обработки зерна сокращается на 15-20 мин.

3. Методом электронного микроскопирования выявлены отличия в микроструктуре гелей с молочным и растительным жиром. Гели с молочным жиром характеризуются пространственной структурой с выраженным белковым каркасом и встроенными в него жировыми шариками, имеющими размеры в диаметре в среднем около 2 мкм, с вторичной белковой оболочкой. В геле с растительным жиром, жировые глобулы в среднем имеют диаметр около 8 мкм. Большинство жировых глобул не имеют на своей поверхности белковых оболочек, вследствие этого они не встроены в белковый каркас геля. В структуре самой глобулы растительного жира не наблюдается слоистость, характерная для молочных жировых шариков.

4. Установлено, что сырные продукты с растительным жиром при созревании лучше удерживают влагу в своей структуре. Потери влаги при 30 % замены молочного жира растительным уменьшаются на 1,5-2,0 %, при 50 % - на 3-4 %, при 100 % - на 5 %. Присутствие растительного жира в жировой фазе сырных продуктов не оказывает влияния на процесс молочнокислого брожения лактозы. Впервые выявлено наличие минимума на реограммах комплексного модуля сдвига (G*), модуля упругости (G') и модуля потерь (G") сырных продуктов на 10-15 сутки созревания, совпадающего с максимальной активной кислотностью сырной массы.

5. Установлен допустимый предел замены молочного жира растительным в жировой фазе полутвердых сырных продуктов: 50 %, гарантирующий хорошие органолептические показатели.

6. Обоснованы преимущества использования растительных жиров в сочетании с восстановленным обезжиренным молоком в межсезонье и в регионах с дефицитом молочного сырья для производства мягких несозревающих сырных продуктов. Определены микроструктурные отличия смеси из восстановленного обезжиренного молока и эмульсии растительного жира от цельного молока, заключающиеся в меньшей дисперсности жировой фазы (D_ср = 2,7 мкм и Me = 2,4 мкм против D_ср = 0,8 мкм и Me = 0,5 мкм в цельном молоке), большом разбросе в распределении белковых частиц по размерам (от 10 до 200 нм с отдельными агрегатами мицелл диаметром до 500 нм), в наличии менее прочных белковых оболочек толщиной 40ч130 нм на поверхности глобул растительного жира.

7. Реологическими исследованиями установлено замедление процесса сычужного свертывания смеси из восстановленного обезжиренного молока и эмульсии растительного жира в сравнении со смесью из цельного и обезжиренного молока на всех стадиях: продолжительность ферментативной стадии увеличивается в 1,5 раза, стадии агрегирования - в 3,5 раза, время достижения гель-точки - в 2 раза, интенсивность нарастания модуля упругости снижается в 5 раз. Показано, что в процессе гелеобразования важную роль играет не только состояние белковой фазы системы, формирующей структурную основу геля, но и жировая фаза, взаимодействующая с этой основой через оболочки, находящиеся на поверхности жировых глобул.

8. Установлено влияние структурообразователей, относящихся к классу эмульгаторов (моно- и диглицериды жирных кислот) и водосвязывающих веществ (каррагинан, камеди, крахмалы), на характеристики эмульсий растительного жира в восстановленном обезжиренном молоке, выражающееся в формировании более дисперсной и однородной жировой фазы. Получены математические модели распределения глобул растительного жира по диаметрам и площадям занимаемых поверхностей в зависимости от вида используемого структурообразователя.

9. Раскрыт механизм и предложена концепция формирования оболочек на поверхности глобул растительного жира, согласно которой формирование оболочек не заканчивается по завершению технологической операции эмульгирования, а является динамичным процессом, продолжается на протяжении всего цикла изготовления сырного продукта и зависит от вида структурообразователя, присутствующего в системе. Добавление моноглицеридов в жировую фазу эмульсии вызывает конкурентную адсорбцию белков и эмульгатора с постепенным вытеснением эмульгатором белка с поверхности жировых глобул, сопровождающимся утолщением оболочек до 300 нм. Водосвязывающие агенты провоцируют послойную адсорбцию структурообразователя и белков с образованием слабых оболочек толщиной не более 50 нм. Структурообразователи комплексного состава из эмульгаторов и водосвязывающих агентов, взаимодействующих с белком, формируют плотные гранулярные оболочки толщиной от 120 до 180 нм, сильно связанные с поверхностью жировых глобул.

10. Доказано, что низкомолекулярные эмульгаторы (моно- и диглицеридов жирных кислот), вносимые в жировую фазу перед эмульгированием, ускоряют процесс сычужного свертывания и не влияют значимо на синерезис геля. Агрегирование белков начинается сразу после внесения сычужного фермента, гель-точка наступает раньше на 4-5 мин, время достижения гелем необходимых реологических параметров (G* = 80ч100 Па) сокращается на 12-15 %. Водосвязывающие агенты, добавленные в водную фазу смеси перед сычужным свертыванием, замедляют процесс гелеобразования на 15-20 % и уменьшают количество выделившейся сыворотки на 3-5%, повышая тем самым влагосодержание продукта на 6-15 % и выход в целом на 5-10 %.

11. По кривым течения установлена принадлежность сырных продуктов к псевдопластичным реологическим телам. В процессе хранения в течение 10 суток происходит уплотнение структуры с увеличением комплексного модуля сдвига (G*), модуля упругости (G') и модуля потерь (G") в 10 раз. Использование структурообразователей,содержащих в своем составе водосвязывающие вещества, препятствуют уплотнению структуры: динамические модули за 10 суток увеличиваются только в 3 раза.

12. На основании результатов теоретических и экспериментальных исследований физико-химических процессов структурообразования разработаны научно-практические основы производства новой видовой группы продуктов сыроделия - сырных продуктов с растительными жирами. Сформулированы общие технологические принципы производства, проведена оценка социального и экономического эффекта, разработаны частные технологии полутвердых и мягких сырных продуктов. Технологии внедрены на 15 предприятиях России и ближнего зарубежья с экономическим эффектом не менее 800 тыс. руб. в год и 2600 руб. на тонну продукта. Результаты проведенных исследований использованы при разработке нового ГОСТ Р 53512-2009 «ПродуктЫ сырныЕ. Общие технические условия».

ПО МАТЕРИАЛАМ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ СЛЕДУЮЩИЕ РАБОТЫ

Монография

1. Лепилкина О.В. Сырные продукты с растительными жирами. - М.: Изд-во Россельхозакадемии.- 2009.- 182 с.

Статьи в периодических изданиях, рецензируемых ВАК

2. Использование растительных жиров в производстве твердых сыров / О.В. Лепилкина, И.А. Шергина, А.В. Чубенко, Г.Б. Бухарина // Сыроделие и маслоделие.- 2002.- № 4.- С. 30-33.

3. Лепилкина О.В., Чубенко А.В., Шергина И.А. Особенности технологии сыров с растительными жирами // Сыроделие и маслоделие.- 2004.- № 5.- С. 29-30.

4. Лепилкина О.В. Фальсификация состава молока и продуктов сыроделия и маслоделия: методы контроля / Сыроделие и маслоделие.- 2005.- № 6.- С. 20-21.

5. Свириденко Ю.Я., Шергина И.А., Лепилкина О.В. Сыры и сырные продукты функционального назначения // Сыроделие и маслоделие.- 2007.- № 2.- С. 18-19.

6. Лепилкина О.В., Кушаков Н.М., Шутов В.Е. Гелеобразование в сырных продуктах на основе сухого молока и растительных жиров // Сыроделие и маслоделие.- 2008.- № 1.- С. 38-41.

7. Новые технологии в области сыроделия / И.А. Шергина, О.В. Лепилкина, В.А. Мордвинова, И.Н. Делицкая // Сыроделие и маслоделие.- 2009.- № 2.- С. 14-15.

8. Лепилкина О.В. Реологические свойства жиров и их влияние на технологию сыра // Сыроделие и маслоделие.- 2008.- № 5.- С. 32-33.

9. Лепилкина О.В., Чубенко А.В., Шутов В.Е. Особенности производства сырных продуктов с растительным жиром // Сыроделие и маслоделие.- 2008.- № 6.- С. 34-35.

10. Лепилкина О.В. Методы анализа жировой фазы продуктов, содержащих растительные жиры // Сыроделие и маслоделие.- 2009.- № 1.- С. 52-53.

11. Мордвинова В.А., Лепилкина О.В. Технологические аспекты производства сырных продуктов // Сыроделие и маслоделие.- 2010.- № 4.

12. Лепилкина О.В. О пищевой ценности сырных продуктов с растительными жирами // Сыроделие и маслоделие.- 2010.- № 4.

Статьи в отраслевых периодических изданиях

13. Лепилкина О.В. Сырные продукты с растительными жирами: особенности технологии и методы контроля // Переработка молока. 2005. №7 (68). С. 29-30.

14. Лепилкина О.В. Фальсификация состава молока и продуктов сыроделия и маслоделия: методы контроля // Переработка молока.- 2006.- №1.- С. 30-31.

15. Лепилкина О.В., Чубенко А.В., Шергина И.А. Использование растительных жиров в сыроделии // Переработка молока.- 2006.- № 1.- С. 32-33.

16. Сырные продукты - новая видовая группа продуктов сыроделия / О.В. Лепилкина, И.Т. Смыков, Н.М. Кушаков, А.В. Чубенко, В.Е. Шутов// Переработка молока.- 2006.- №9.- С. 32-33.

17. Лепилкина О.В., Шутов В.Е. Особенности композиционных продуктов сыроделия // Переработка молока.- 2007.- №10.- С. 14-15.

Материалы конференций, форумов, семинаров

18. Разработка технологии натуральных сыров с использованием сырья немолочного происхождения/ Н.Ф. Горелова, Г.Д. Перфильев, В.А. Морозов, А.В. Чубенко, И.Л. Остроухова, Н.А. Полянина, О.В. Лепилкина// Материалы науч.-практ. конф. «Прогрессивные, экологически безопасные технологии хранения и комплексной переработки сельхозпродукции для создания продуктов питания повышенной пищевой и биологической ценности». -М.- 1998.- С. 102-103.

19. Исследование процесса созревания твердых сычужных сыров с комбинированной жировой фазой / О.В. Лепилкина, А.В. Чубенко, И.А. Шергина, Г.Б. Бухарина // Материалы науч.-техн. конф. «Современные технологии пищевых продуктов нового поколения и их реализация на предприятиях АПК».- Углич.- 2000.- С.264-266.

20. Свириденко Ю.Я. Шергина И.А., Лепилкина О.В. Использование пищевых и биологически активных добавок в сыроделии // Материалы междунар. науч.-практ. конф. «Проблемы и перспективы совершенствования производства пищевых продуктов с высокими потребительскими свойствами на основе улучшения качества животноводческого сырья».- Волгоград.- 2002.- С. 160-166.

21. Лепилкина О.В. Использование растительных жиров в сыроделии. Особенности технологии и методы контроля // Материалы Всероссийской науч.-практ. конф. «Производство пищевых продуктов в соответствии с требованиями концепции здорового питания и другие вопросы».- Волгоград.- 2004.- С. 43-45.

22. Лепилкина О.В. Сырные продукты с растительными жирами: особенности технологии и методы контроля // Сб. материалов III науч.-практ. конф. «Развитие масложировой, маслодельной и сыродельной промышленности».- М.- 2005.- С. 28-32.

23. Лепилкина О.В. Фальсификация состава молока и продуктов сыроделия и маслоделия: методы контроля // Материалы междунар. семинара «Техническое регулирование и современные аспекты совершенствования технологий молочных и молокосодержащих продуктов».- М.- 2005.- С. 12-15.

24. Шергина И.А., Делицкая И.Н., Лепилкина О.В. Изменение вязкости сырной пасты под действием стабилизаторов // Сб. материалов науч. чтений «Кафедре технологии молока и молочных продуктов МГУПБ 60 лет».- М.- 2005.- С. 171-173.

25. Лепилкина О.В., Смыков И.Т. Приоритетные направления научных исследований в области физической химии сыроделия и маслоделия // Материалы науч.-практ. конф. «Приоритетные направления комплексных научных исследований в области производства, хранения и перереработки сельскохозяйственной продукции». - Углич. - 2005. - С. 211-215.

26. Лепилкина О.В. Сырные продукты: особенности технологии и методы контроля // IV Междунар. молочный форум. Материалы науч.-практ. конф. «Молочная индустрия 2006».- М.- 2006.-С. 80-81.

27. Сырные продукты - новая видовая группа продуктов сыроделия / О.В. Лепилкина, И.Т. Смыков, Н.М. Кушаков, А.В. Чубенко, В.Е. Шутов// Сб. материалов межд. специализированного науч.-практ. семинара «Прогрессивные технологии и современное оборудование в сыроделии России».- Углич.- 2006.- С. 71-73.

28. Свириденко Ю.Я., Шергина И.А., Лепилкина О.В. Создание технологий сыров и сырных продуктов функционального назначения / V Междунар. молочный форум. Материалы науч.-практ. конф. «Молочная индустрия 2007».- М.- 2007.- С. 141-143.

29. Лепилкина О.В. Сырные продукты - новая видовая группа продуктов сыроделия // Defelopment of foods with higher quality and biological value and investigation of their impact on the human health: Materials International Scientific Conference.- Kaunas.- 2007.- Р. 42-45.

30. Влияние структурирующих пищевых добавок на процесс образования сгустка при производстве сырных продуктов из восстановленного молока и растительного жира / О.В. Лепилкина, В.Е. Шутов, Н.М. Кушаков, Г.Б. Бухарина, Н.В. Васильева, А.В. Чубенко // Defelopment of foods with higher quality and biological value and investigation of their impact on the human health: Materials International Scientific Conference.- Kaunas.- 2007.- Р.45-48.

31. Сырные продукты из сухого обезжиренного молока и растительного жира. Вопросы структурообразования/ О.В. Лепилкина, И.А. Шергина, И.Т. Смыков, В.Е. Шутов, А.В. Чубенко // Материалы междунар. науч.-практ. конф. «Современные технологии производства и перереботки сельскохозяйственного сырья для создания конкурентоспособных пищевых продуктов».- Волгоград.- 2007.- С. 265-268.

32. Лепилкина О.В., Шутов В.Е. Исследование влияния структурирующих пищевых добавок на процесс сычужного свертывания при производстве сырных продуктов из сухого молока с растительным жиром // Сб. материалов науч.-практ. конф. «Интеграция фундаментальных и прикладных исследований - основа развития современных аграрно-пищевых технологий».- Углич.- 2007.- С. 189-192.

33. Лепилкина О.В. Новая видовая группа продуктов сыроделия - сырные продукты // Сборник материалов науч.-практ. конф «Современные аспекты молочного дела в России».- Вологда.- 2007.- С. 43.

34. Об использовании растительных жиров и сухого обезжиренного молока в сыроделии / О.В. Лепилкина, И.А. Шергина, А.В. Чубенко, В.Е. Шутов // Сб. материалов науч.-практ. конф. «Современные аспекты молочного дела в России».- Вологда.- 2007.- С. 41.

35. Новые технологии ВНИИМС в области сыроделия / И.А. Шергина, О.В. Лепилкина, В.А. Мордвинова, И.Н. Делицкая // VI Междунар. молочный форум. Материалы международной науч.-практ. конф. «Молочная индустрия - 2008».- М.- 2008.- С. 98-100.

36. Суюнчев О.А., Лепилкина О.В. Изучение структурно-механических свойств мягких сыров - как фактора управления их качеством/ Сб. материалов междунар. науч.-практ. конф. «Современный взгляд на производство творога, творожных паст и сыров: расширение ассортимента, совершенствование технологии и оборудования».- Ставрополь.- 2008.-С. 50-51.

37. Лепилкина О.В. Исследование синерезиса сычужных гелей с растительным жиром / Материалы Всероссийской науч.-практ. конф. «Современные биотехнологии переработки сельскохозяйственного сырья и вторичных ресурсов».- Углич.- 2009.- С. 113-116.

38. Лепилкина О.В. Исследование влияния структурирующих пищевых добавок на процесс отделения сыворотки при производстве сырных продуктов из восстановленного обезжиренного молока и растительного жира/ Материалы Всероссийской науч.-практ. конф. «Современные биотехнологии переработки сельскохозяйственного сырья и вторичных ресурсов».- Углич.- 2009.- С. 116-118.

39. Лепилкина О.В. Сырные продукты с растительными жирами - продукты здорового питания / Материалы междунар. науч.-практ. конф. «Молокосодержащие продукты: технологии, ингредиенты, оборудование, упаковка, нормативная база». - Углич.- 2010. - С. 20-22

40. Лепилкина О.В., Мордвинова В.А., Чубенко А.В. Технологические особенности изготовления сырных продуктов / Материалы междунар. науч.-практ. конф. «Молокосодержащие продукты: технологии, ингредиенты, оборудование, упаковка, нормативная база». - Углич.- 2010. - С. 56-59.

41. Лепилкина О.В., Мордвинова В.А., Чубенко А.В. Мягкий сырный продукт из восстановленного молока / Материалы междунар. науч.-практ. конф. «Молокосодержащие продукты: технологии, ингредиенты, оборудование, упаковка, нормативная база». - Углич.- 2010. - С. 62-64.

42. Лепилкина О.В., Тетерева Л.И. Методы контроля содержания жира в молокосодержащих продуктах / Материалы междунар. науч.-практ. конф. «Молокосодержащие продукты: технологии, ингредиенты, оборудование, упаковка, нормативная база». - Углич.- 2010. - С. 125-126.

43. Лепилкина О.В. Инновационные ресурсосберегающие технологии сырных продуктов с растительными жирами / Материалы междунар. науч.-практ. конф. «Инновационные пути в разработке ресурсосберегающих технологий производства и переработки сельскохозяйственной продукции»: ч.2 Переработка сельскохозяйственного сырья и пищевых продуктов. - Волгоград: ИУНЛ ВолгГТУ, 2010. - С.256-259.

Патенты

44. Пат. 2383140 Российская Федерация, МПК А23С 19/055. Способ производства сырного продукта / Шергина И.А., Перфильев Г.Д., Мордвинова В.А., Чубенко А.В., Остроухова И.Л., Лепилкина О.В.; - № 2008107169/13; заявл. 26.02.2008; опубл. 10.03.2010, Бюл.№ 7.

45. Положительное решение о выдаче патента от 01.06.2010 по заявке № 2009110629/13 от 23.03.2009 «Способ производства сырного продукта» / Лепилкина О.В., Шутов В.Е., Демичева А.А.

Размещено на Allbest.ru