Введение к работе
Актуальность проблемы. В соответствии с Концепцией развития аграрной науки и научного обеспечения агропромышленного комплекса России до 2025 года основными задачами, поставленными перед научно-исследовательскими организациями Российской академии сельскохозяйственных наук, являются углубление фундаментальных и приоритетных прикладных исследований для разработки конкурентоспособной научно-технической продукции и расширение инновационного участия науки в освоении научных разработок в производстве. Эти направления получили развитие в Доктрине продовольственной безопасности России, целью которой является обеспечение населения качественными и безопасными продуктами за счет наращивания собственного производства и сокращение зависимости от импорта.
В сыродельной отрасли молочной промышленности существуют проблемы, связанные с ограниченными ресурсами и сезонностью производства молока-сырья, высокой себестоимостью вырабатываемой продукции, которая отражается на цене. Как следствие, зачастую более качественная отечественная сыродельная продукция не выдерживает конкуренции с более дешевым импортом.
Одним из перспективных вариантов решения указанных проблем является привлечение в сыроделие нетрадиционных для него компонентов немолочного происхождения, в первую очередь, растительных жиров, заменяющих дорогостоящий молочный жир. В связи с этим производство сырных продуктов - молокосодержащих продуктов, изготовляемых по технологиям сыров, в настоящее время приобретает особую актуальность. Это позволит создать дополнительные ресурсы сырья, увеличить выпуск сыродельной продукции, в том числе, в межсезонье, снизить ее себестоимость, сократить импорт сыров в Россию.
Использование в сыроделии растительных жиров целесообразно и с позиций диетологии, поскольку растительные жиры по сравнению с молочным имеют повышенное содержание полиненасыщенных жирных кислот, представляющих собой эссенциальный фактор питания в профилактике и лечении нарушений липидного обмена, заболеваний сердечно-сосудистой системы.
Попытки использования растительных жиров в сыроделии предпринимались и ранее, но разработанные технологии не нашли практического применения из-за отсутствия на рынке пищевых ингредиентов бывшего СССР высококачественных заменителей молочного жира, которые в промышленных масштабах не вырабатывались и не импортировались. Как правило, вырабатываемые сыры с растительными жирами были низкого качества не только из-за низкого качества используемого жирового компонента, но и из-за отсутствия необходимого научного обоснования технологий их изготовления.
В настоящее время ситуация кардинально изменилась: на российском рынке присутствует широкий ассортимент жиров растительного происхождения хорошего качества, что представляется благоприятной предпосылкой для развития производства сырных продуктов.
Использование растительных жиров в сыроделии возможно в сочетании с сухим обезжиренным молоком, что позволит организовать производство сырных продуктов в регионах РФ с дефицитом или полным отсутствием натурального молочного сырья, а также избежать неравномерной загрузки предприятий в разные сезоны года.
Проблемой производства сырных продуктов является невозможность использования известных технологий сыров без корректировки их параметров в связи с изменением состава и свойств сырья, а также с необходимостью использования различных структурирующих пищевых добавок, прежде всего, эмульгаторов растительного жира, влияющих на процесс формирования структуры и консистенции. Исследований комплексного характера в этом направлении проводилось недостаточно.
Таким образом, исследование особенностей структурообразования сырных продуктов с растительными жирами, установление общих закономерностей протекания основных физико-химических процессов при их изготовлении с последующим распространением на частные технологии является актуальной задачей, решение которой позволит научно обосновать технологии производства, повысить качество и конкурентоспособность сырных продуктов.
Целью диссертационной работы является развитие теоретических представлений о структурообразовании сырных продуктов с растительными жирами для научного обоснования их технологий и повышения качества.
Научная концепция. В основу научной концепции, развиваемой в диссертационной работе, положена рабочая гипотеза, основанная на предположении, что изменение химического состава и физико-химических свойств сырья вследствие использования растительных жиров, сухого обезжиренного молока, структурообразователей требует корректирования технологий сыров по основным параметрам и является предпосылкой для создания новой видовой группы продуктов сыроделия – сырных продуктов.
Для достижения поставленной цели в соответствии с рабочей гипотезой определены следующие основные задачи исследований:
- провести сравнительные исследования и анализ физико-химических свойств различных жиров и жировых композиций - заменителей молочного жира и обосновать необходимость оптимизации технологий сырных продуктов по основным параметрам с учетом свойств используемого жирового компонента;
- установить влияние частичной и полной замены молочного жира растительным на процесс сычужного свертывания и синерезис геля при производстве сырных продуктов, вырабатываемых по технологиям полутвердых сыров;
- провести электронно-микроскопические исследования структуры гелей с молочным и растительным жиром, выявить отличия в характере структурирования жировой и белковой фаз;
- исследовать динамику изменения массовой доли влаги, массовой доли лактозы, величины рН и реологических параметров при созревании полутвердых сырных продуктов с различной массовой долей растительного жира в жировой фазе;
- установить влияние степени замены молочного жира растительным на органолептические показатели зрелых сырных продуктов и их изменение при хранении, определить допустимый предел замены молочного жира растительным в жировой фазе полутвердых сырных продуктов;
- обосновать целесообразность производства в межсезонье и в регионах с дефицитом молочного сырья сырных продуктов на основе восстановленного обезжиренного молока и эмульсий растительных жиров, провести электронно-микроскопические исследования структуры смеси данных компонентов в сравнении со смесью цельного и обезжиренного молока;
- провести реологические исследования процесса сычужного свертывания композиционных смесей из восстановленного обезжиренного молока и эмульсии растительного жира;
- исследовать возможность использования структурообразователей различной природы при производстве мягких сырных продуктов из восстановленного обезжиренного молока с растительным жиром, установить их влияние на структуру и свойства эмульсий растительного жира в восстановленном обезжиренном молоке, процесс сычужного свертывания, микроструктуру и синерезис гелей, динамику изменения физико-химических и органолептических показателей сырных продуктов в процессе хранения;
- обобщить результаты проведенных теоретических и экспериментальных исследований, сформулировать на их основе общие технологические принципы производства сырных продуктов с растительными жирами, разработать частные технологии, провести оценку их социальной и экономической значимости, внедрить в производство.
При решении поставленных задач исходили из теоретических и практических основ создания продуктов сыроделия с использованием растительных жиров, сухого молока, структурообразователей, заложенных в трудах Липатова Н.Н., Вайткуса В.В., Остроумова Л.А., Забодаловой Л.А., Терещук Л.В., Уманского М.С., Неберта В.К., Харитонова В.Д., Зобковой З.С., Lablee J., Хилл А., Hofi A., Hansen B., Solorza F.I., Mackie A.R. и др.
Работа выполнялась в соответствии с заданием 10.03.01 Программы фундаментальных и приоритетных прикладных исследований по научному обеспечению развития АПК РФ на 2006-2010 г.г. «Разработать высокоэффективные технологии пищевых продуктов общего назначения с учетом региональных и демографических особенностей питания и фактического сырьевого обеспечения».
Основные положения, выносимые на защиту:
теоретическое обоснование необходимости оптимизации технологий сырных продуктов по основным параметрам с учетом физико-химических свойств используемого жирового компонента;
закономерности изменения параметров процесса сычужного свертывания, микроструктуры гелей, синерезиса и созревания сырной массы полутвердых сыров при замене в составе жировой фазы молочного жира растительным;
экстремальный характер изменения реологических параметров полутвердых сыров и сырных продуктов в процессе созревания;
концепция механизма формирования структуры оболочек на поверхности глобул растительного жира в присутствии структурообразователей;
математические модели распределения в эмульсиях жировой фазы по диаметрам и площадям поверхности жировых глобул в зависимости от вида используемого структурообразователя;
результаты экспериментальных исследований и теоретическое обоснование изменения скорости процесса сычужного свертывания молочно-растительной смеси под влиянием низкомолекулярных эмульгаторов и водосвязывающих агентов;
закономерности изменения показателей качества сырных продуктов при хранении;
общие технологические принципы производства сырных продуктов с растительными жирами;
частные технологии производства сырных продуктов с растительными жирами.
Научная новизна:
- теоретически обоснована необходимость оптимизации технологий сырных продуктов в зависимости от физико-химических свойств используемого растительного жира;
- установлены основные закономерности структурообразования сырных продуктов, вырабатываемых по технологиям полутвердых сыров с частичной и полной заменой молочного жира растительным и мягких сыров из сухого обезжиренного молока, на стадиях составления белково-жировой смеси, гелеобразования, синерезиса гелей, созревания сырной массы;
- впервые выявлено наличие минимума на кривых, описывающих динамику изменения реологических параметров при созревании полутвердых сыров и сырных продуктов, совпадающего с максимальной активной кислотностью, на 10-15 сутки созревания;
- разработана концепция механизма формирования структуры оболочек на поверхности глобул растительного жира в восстановленном обезжиренном молоке в присутствии структурообразователей различной природы;
- получены математические модели распределения глобул растительного жира в эмульсиях по диаметрам и площадям занимаемых поверхностей в зависимости от вида используемого структурообразователя;
- установлена способность низкомолекулярных эмульгаторов, внесенных в растительный жир перед эмульгированием, ускорять процесс сычужного свертывания и способность водосвязывающих веществ, добавленных в водную фазу смеси, замедлять процесс гелеобразования и препятствовать уплотнению структуры сырных продуктов во время хранения.
Новизна технических решений подтверждена 1 патентом РФ и 1 положительным решением о выдаче патента РФ.
Практическая значимость:
- создана новая видовая группа продуктов сыроделия «Сырные продукты с растительными жирами», характеризующаяся ресурсосберегающими технологиями и повышенной пищевой ценностью;
- сформулированы общие технологические принципы производства сырных продуктов с растительными жирами, на основе которых впервые разработан ГОСТ Р 53512-2009 «ПРОДУКТЫ СЫРНЫЕ. Общие технические условия»;
- разработаны и утверждены комплекты технической документации на новые виды полутвердых и мягких сырных продуктов: «Урожайный» (ТУ 9225-082-04610209-2000), «Деревенский» (ТУ 9225-083-04610209-2000), «Богатырь Кубани Лабинский» (ТУ 9225-140-04610209-2003), «Вираж» (ТУ 9225-173-04610209-2007).
Разработанные технологии позволяют экономить молочное сырье, снизить себестоимость, расширить ассортимент и избежать сезонности производства. 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 теоретических и экспериментальных исследований используются в лекционных материалах на постоянно действующих при ГНУ ВНИИМС международных курсах повышения квалификации работников предприятий молочной промышленности.
Апробация работы. Основные результаты работы доложены, обсуждены и получили одобрение на международных и всероссийских форумах, конференциях, семинарах и научных чтениях (Москва, 1998, 2005-2008; Каунас, 2007; Волгоград, 2001, 2004, 2007, 2010; Вологда, 2007; Ставрополь, 2008; Углич, 2000, 2005-2007, 2009, 2010).
Публикации. По материалам диссертации опубликованы 45 работ, в т.ч. 1 монография, 11 статей в периодических изданиях, рецензируемых ВАК Министерства образования и науки РФ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 6 глав, выводов, списка литературы, 17 приложений. Основное содержание работы изложено на 336 страницах, содержит 40 таблиц, 39 рисунков, список использованных источников из 265 наименований.
