Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 Обзор литературы
1.1 Биологические и технологические аспекты в области создания пищевых продуктов нового поколения 6
1.2 Основные направления использования растительного белка в технологии молочных продуктов 9
1.3 Качественный состав пищевых жиров и масел и его влияние на организм человека 16
1.4 Основные тенденции в производстве масел испредовсо смешенным жировым составом 23
1.5 Заключение по обзору литературы 33
Глава 2 Методология проведения работы
2.1 Организация проведения исследований 36
2.2 Методы исследований 39
2.2.1 Методы исследования исходного сырья 39
2.2.2 Методы исследования спреда 41
Глава 3 Результаты исследований
3.1 Изучение состава и свойств семян арахиса 44
3.2 Разработка технологии получения арахисовой пасты 46
3.3 Изучение химического состава полученной арахисовой пасты.. 48
3.4 Изучение качества арахисовой пасты в процессе хранения 55
3.5 Изучение эмульгирующих свойств арахисовой пасты 59
3.6 Разработка технологии производства спреда из молочно-растительного сырья 64
3.6.1 Подбор эмульгаторов 64
3.6.2 Оптимизация соотношений основных сырьевых компонентов при выработке спреда 68
3.6.3 Определение регрессионной зависимости У=fi(x) 73
3.7 Изучение влияния технологических факторов на качество вырабатываемых спредов 92
3.7.1 Разработка технологической схемы производства спреда из молочно - растительного сырья 96
3.7.2 Изучение качества спреда в процессе хранения 104
3.7.3 Исследование пищевой и биологической ценности спреда... 112
3.7.4 Расчет экономической эффективности 115
Выводы 116
Список используемой литературы 117
Приложения 136
- Основные направления использования растительного белка в технологии молочных продуктов
- Основные тенденции в производстве масел испредовсо смешенным жировым составом
- Методы исследования исходного сырья
- Разработка технологии производства спреда из молочно-растительного сырья
Введение к работе
Питание - важнейший фактор, определяющий здоровье человека. Рациональным принято считать питание, удовлетворяющее энергетическим, пластическим и другим потребностям организма и обеспечивающее при этом необходимый уровень обмена веществ. Нерациональное питания приводит к нарушениям обмена веществ. Нерациональное питание приводит к нарушениям обмена веществ и расстройству функционального состояния систем организма, особенно пищеварительной, сердечно-сосудистой и центральной нервной системы.
Современные представления о рациональном питании получили отражение в концепции сбалансированного питания, разработанной под руководством академика А.А. Покровского. Данная концепция указывает на то, что обеспечение нормальной жизнедеятельности организма возможно только при условии снабжения его достаточным количеством энергии и пищевых нутриентов, а также строго определенных соотношений между многими пищевыми и биологически активными веществами — аминокислотами, жирными кислотами, минеральными веществами, включая микроэлементы, витамины и др.
К одним из жизненно необходимых компонентов пищи, во многом определяющих ее биологическую ценность и вкусовые достоинства, относятся жиры и масла.
Молоко и молочные продукты относятся к незаменимым продуктам питания, В состав этих продуктов входят все необходимые для нормального развития организма вещества. Молочный жир по своим вкусовым и пищевым свойствам относится к лучшим животным жирам и характеризуется высокой усвояемостью. В то же время молочный жир имеет и ряд негативных свойств - дефицит незаменимых полиненасыщенных жирных кислот при высоком содержании насыщенных жирных кислот и холестерина, недостаточная пластичность.
Важное место в структуре питания занимает сливочное масло. Однако, в последние годы в России наблюдается тенденция снижения его потребления. С одной стороны, это связано с критикой молочного жира, как фактора повышенного содержания холестерина в крови и стимулирующего развитие различных форм атеросклероза С другой стороны, сливочное масло еще вчера, являясь продуктом массового потребления широких групп населения, сегодня выпускается не в достаточном количестве из-за снижения объемов переработки молока. В связи с этим, требования к пищевой ценности и составу сливочного масла в настоящее время несколько трансформированы. В концепции развития ассортимента масла и спредов выделяют ряд направлений, приоритетными из которых являются: направленное регулирование жирно-кислотного состава масла, посредством частичной замены молочного жира растительными маслами или композициями немолочных жиров; снижение калорийности, за счет изменения соотношения между жиром и не жировыми компонентами в пользу последних, с целью повышения биологической ценности и диетических свойств продукта; допустимость и целесообразность использования улучшителей качества масла и спредов, в том числе стабилизаторов структуры, основные принципы выбора которых в первую очередь ориентированы на группу соединений природного происхождения, обладающих максимальной функциональностью.
Отечественной и зарубежной промышленностью разработан и освоен широкий ассортимент сливочного масла и его аналогов. Теоретические и практические основы производства сливочного масла и его аналогов. Теоретические и практические основы производства сливочного масла и его разновидностей изложены в трудах П.А. Ребиндера, Н.Н. Казанского, Г.В. Твердохлеб, А.П. Бело-усова, Ф.А. Вышемирского и многих других показателей.
Основные направления использования растительного белка в технологии молочных продуктов
Среди многочисленных проблем социально-экономического развития одной из наиболее важных является проблема, связанная с дефицитом белка в питании. Снижение употребления белка с пищей соответствует современным мировым тенденциям снижения степени обеспеченности населения земли белком. Общий дефицит белка на планете оценивается в 10-25 млн. т. в год [89Д14].
Особенности белковой проблемы заключаются в особой роли белка в жизни человека как одного из основных пластических макронутриентов; качественном аспекте белкового дефицита, связанном с нехваткой ряда незаменимых аминокислот; сложности и долговременное формирования белковых продовольственных ресурсов, наиболее полноценными и дорогостоящими из которых являются белки животного происхождения [30].
Изыскание новых растительных источников пищевого белка и разработка технологии получения белковых добавок для обогащения продуктов питания массового спроса, не вызывающих ухудшение вкусовых характеристик изделий является одной из актуальных задач решения проблемы белкового дефицита [137].
В формировании фонда пищевого белка важное значение имеют белки растительного происхождения. Их ведущая роль определяется следующими причинами; современные достижения в области селекции, генетики позволяют создавать новые высокобелковые сорта растений, продуцирующих белки с определенным аминокислотным составом, что позволяет растительным белкам успешно конкурировать по своей биологической ценности с белками животного происхождения; функциональные свойства растительных белков разнообразны, что позволяет широко использовать их в пищевой промышленности, в составлении регулируемых рационов питания (диетического, детского и т.д.), соответствующих потребностям организма человека [48].
Животные и растительные белки отличаются по биологической ценности. Аминокислотный состав животных белков близок к аминокислотному составу белков человека. Животные белки наиболее полноценны. Лимитирующий аминокислотой молока является лишь метионин (аминокислотный скор 97%) [89,114].
Большинство растительных белков содержат недостаточное количество двух-трех незаменимых аминокислот [137,138].
С использованием данных по содержанию лимитирующих кислот можно составлять сбалансированный белковый рацион, комбинируя белки различного происхождения в целях дополнения их аминокислотного состава. Белки пшеницы, например, содержат недостаточное количество лизина и треонина, но эти аминокислоты в избытке присутствуют в казеине молока. С другой стороны, нехватка в казеине серосодержащих аминокислот компенсируются содержанием их в белках пшеницы [89].
Комбинация молочного сырья и продуктов переработки пшеницы широко используют в производстве молочных продуктов [81].
Сочетание в рецептуре животных и растительных обусловлено и тем, что при избыточном потреблении животных продуктов, вместе с белком в организм поступает насыщенные жирные кислоты и холестерин [114].
Избыточное потребление белков, особенно животного происхождения, обычно сочетается с повышенным содержанием нуклеиновых кислот и способствует накоплению в организме мочевой кислоты. Соли мочевой кислоты могут откладываться в суставах, хрящах и других тканях. В результате увеличивается вероятность заболевания подагрой и заболеванием суставов, мочекаменной болезни. Избыток животного белка в питании ведет к ожирению, так как излишнее его количество после соответствующих превращений отчасти используется для синтеза жиров [133].
За последние годы разработан широкий ассортимент молочных и молочно - жировых продуктов с использованием масличных культур и продуктов их переработки (шротов, концентратов, изолятов). [45,46,137,52,79]. Аминокислотный состав эталонного белка молока и основных масличных культур представлен в таблице 1.1.
Основные тенденции в производстве масел испредовсо смешенным жировым составом
Современный этап развития отечественного маслоделия предусматривает наряду с производством традиционных видов сливочного масла освоение и расширение ассортимента масел с измененным соотношением между массовой долей жира и не жировой составляющей, в сторону увеличения последней, а также с комбинированной жировой фазой за счет частичной замены молочного жира композициями немолочных жиров.
В соответствии с требованиями международных стандартов, предъявляемых к сливочному маслу, а также с учетом положений действующего государственного стандарта [37] при выработке традиционных видов сливочного масла, вырабатываемого исключительно из коровьего молока, перечень добавок весьма органичен и включает использование: поваренной соли ( при производстве кислосливочного масла); бактериальной закваски ( при производстве ки-слосливочного масла), Р - каротин в качестве красителя [15,16].
Продукт, соответствующий вышеизложенным требованиям считается эталонным сливочным маслом. Вместе с тем, в настоящее время формируются новые запросы и вкусы. Особенно это характерно для продуктов питания, в том числе и сливочного масла [16]. В нашей стране и за рубежом разработаны новые разновидности сливочного масла. Основными тенденциями в этом направлении являются: - повышение биологической ценности масла за счет снижения его калорийности и количества холестерина, повышение содержания полиненасыщенных жирных кислот и других биологически активных веществ; - снижение ресурсоемкости по коровьему молоку - сырью и привлечение нетрадиционных источников сырья и пищевых добавок; - разработка новой группы продуктов - спредов, аналогов сливочного масла с регулируемым жирнокислотынм составом за счет фракционирования молочного жира и последующего направленного использования отдельных фракций его либо за счет частичной замены молочного жира в готовом продукте растительными, богатыми полиненасыщенными жирными кислотами [16].
Применение растительных масел для регулирования жирнокислотного состава и улучшения консистенции сливочного масла известно давно. На этой основе за рубежом разработан широкий ассортимент спредов - заменителей сливочного масла. В ряде стран с 60-70-х годов начато их промышленное производство, что послужило основанием для Международной молочной федерации создать документ, санкционирующий их производство - Codex Stan IDE № 166 1993. Это стало фактом признания продуктов типа сливочного масла со смешанной жировой фазой (молочный жир/растительное масло) и их перспективности на будущее [17].
Впервые в работе ВНИИМСа, выполненной в 1982 году совместно с Институтом питания РАМН при разработке технологии масла «Диетического» была использована частичная замена (20%) молочного жира подсолнечным или кукурузным маслом [16].
При разработке технологии комбинированных масел ВНИИМСом использованы многолетние достижения в области маслоделия.
В технических условиях на масло комбинированное представлена рецептура для 9 вариантов комбинирования с внесением в смесь немолочного жира в пределах от 15 до 85% от общего количества жира с интервалом 5 и 10% по каждому виду продукта. Предусмотрено 6 видов масла комбинированного с массовой долей масла жира и влаги соответственно: 99,0 и 1,0% с характерным специфическим видом и запахом вытопленного молочного жира, плотной, твердообразной, гомогенной консистенцией, от светло-желтого до желтого цвета; «Городское» масло с массовой долей жира от 50 до 80% (воды соответственно от 46,0 до 18,5%), с характерным для коровьего сливочного масла вкусом и запахом, с привкусом пастеризованных сливок, пластичной консистенцией при 12 + 2С, цветом от белого до светло-желтого, представляющее дисперсную систему «вода в масле» [73]. В зависимости от массовой доли жира выделены городское масло традиционного состава - жира 80%, облегченное - жира 70%, легкое - жира 60%, и сверхлегкое - жира 50%, влаги соответственно не более 18,5; 27,5; 36,5 и 46,0%.
Десертное масло с массовой долей жира 52 и 57% (влаги 29,5 и 27,5%) с характерным для сливочного масла сливочным вкусом и цветом используемых вкусовых ингредиентов, пластичной консистенцией при 12 + 2С, представляющее дисперсную систему «вода в масле» с использованием молочно-белковътх добавок и без них, содержание сахарозы соответственно 10 и 5,5% [17,35].
«Славянское» масло (несоленое и соленое) рекомендуется для использования в кулинарных целях, а также в натуральном виде. Его вырабатывают из смеси натуральных сливок и жировой дисперсии растительных масел ( в том числе подвергнутых переэтерификации) методами сбивания и преобразования высокожирных сливок. При выработке используют ароматизатор (сливочный), Р- каротин, поваренную соль [68].
Масло «Детское» предназначено для использования в натуральном виде для детского, диетического и лечебного питания. Благодаря повышенному содержанию молочного белка (5,96%), лактозы (до 6,65%), полному набору незаменимых аминокислот, масло «Детское» является продуктом повышенной биологической ценности. Содержание линолевой кислоты в нем составляет 10-11%, т.е. приближается к содержанию ее в виде женского молока [128].
Основой технологии масла «Детского» является получение высокожирных сливок с массовой долей жира 72,5-82,5%, в которые вносят заранее приготовленные наполнители; дезодорированное и рафинированное растительное масло (подсолнечное и кукурузное), белковые наполнители, вкусовые добавки и др. [68,128].
Сырьем для производства сливочного масла «Дальневосточное» являются молочный жир с массовой долей жира 99,8%, рапсовое масло и сливки жирностью 30% в качестве плазмы. Особенность технологии заключается в подготовке эмульсии (молочный жир, растительное масло, сливки) заданного состава, соответствующего составу масла. Молочный жир предварительно подогревают до 40-45С, смешивают с другими компонентами при той же температуре, пастеризуют смесь при 72-75 С в течении 20 минут гомогенизируют при давлении 80-120 Мпа и направляют в маслообразователь [68].
Методы исследования исходного сырья
Массовую долю жира в сливках определяли кислотным методом Гербера по ГОСТ 5867-90; - массовую долю сухих веществ в сливках определяли по ГОСТ 3626 -73; - титруемую кислотность сливок определяли по ГОСТ 3624 - 92; - бактериальную обсемененность сливок определяли пробой на редук-тазу по ГОСТ 9225-84; - общий белок в сливках определяли методом Кьельдаля по ГОСТ 23327 -78; - термоустойчивость сливок определяли пробой на кипячение по ГОСТ 25228 - 82; - физико-химические константы молочного жира и растительного масла определяли в соответствии с методиками [4,37]; - перекисное число растительного масла определяли йодометрическим методом по ГОСТ 26593 - 2000. Исследование химического состава арахиса и продуктов его переработки проводили с использованием современных физико- химических методов анализа Жирнокислотный состав как исходных, так и полученных продуктов определяли методом газожидкосной хроматографии. Для этого использовали хроматограф ЛХМ-80 с плазменно-ионизационым детектором и программированием температуры от 20 до 300С. Анализ проводился в условиях: колонка насыпная, металлическая с внутренним диаметром 3 мм, длинной 3 м; неподвижная фаза - хроматон N - AW DMS (фракция 0,16ч-0,20 мм), содержащий 15% полиэтиленгликольсукцината; температура термостата колонок 175С, температура испарителя 225С; объем вносимой пробы - микро литр. Измерения производили при усилении 20х10"ш. Полученные хроматограммы метиловых эфиров жирных кислот идентифицировали и рассчитывали количественное содержание жирных кислот по площадям пиков в процентах, используя стандартную методику [41].
Содержание серы и азота определяли на приборах американской фирмы «LEGO» анализаторе «SC-432 и CYN-1000, инфракрасном, цифровом приборе с компьютерной обработкой результатов (приложение 5,6). Определение влаги, золы и летучих веществ арахисовой пасты проводили на термогравиметрическом анализаторе «TGA-501». Макроэлементы Р, Na, К, Mg, Са, Си, Fe определяли с помощью атомно-эммисионного анализатора на приборе «Plasma 1000» фирмы «Perkin Elmer». Прибор оснащен автоматическим пробоотборником и совмещен с ЭВМ. Температура индуктивно-связанной плазмы- 8000-10000С. Для определения Р рекомендована линия 178,29 нм, для Na - 588,99 нм, Са - 317,93 нм, К - 766,49 нм, Mg - 279,09 нм, Fe - 259.94 нм. Содержание Си, Ni определяли с помощью атомно-абсорбционного спектрометра «5100- ZL» фирмы «Perkin Elmer» (США), оснащенного графической печатью «HGA-2500». Физическую основу метода составляет процесс избирательного поглощения оптического излучения атомными парами химических элементов. Для проведения атомно-абсорбционного анализа вещество пробы переводится в атомарное состояние, затем через атомарный пар пропускается излучение внешнего источника света и измеряется изменение светового потока, соответствующего одной из резонансных линий (обычно наиболее интенсивной) определяемого элемента. Это изменение при определенных условиях пропорционально концентрации атомов данного элемента. Расчеты истинных количеств элементов выполняла ЭВМ. Органолептическую оценку спреда проводили по 20-балъной шкале, в том числе при максимальной оценке вкуса и запаха 10 баллов, консистенции 5 баллов, внешний вид 3 балла, цвета 2 балла. (Приложение 1). Температуру плавления жира определяли при помощи капилляра по методике [ 4 ]. Определение массовой доли твердых триглицеридов проводили: дилатометрически и на спектрометре ЯМР «Druker РС/20». Метод применим для твердых триглицеридов в интервале от 5 до 50%. Титруемую кислотность молочной плазмы определяли по ГОСТ 3624-92 титрованием раствором щелочи в присутствии фенолфталеина. Общую кислотность выражали в градусах Кеттсторфера (К). Под градусом Кеттсторфера понимают количество 0,1 н раствора едкого натра, необходимого для нейтрализации 10 г комбинированного масла. Метод основан на нейтрализации свободных жирных кислот, белков, фосфорнокислых и лимоннокислых солей раствором щелочи в присутствии фенолфталенина. Для анализа транс-изомерного состава продукта применяли метод ИК-спектрометрии. Исследования проводились на ИК-спектрометре с Фурье-преобразователем BOMEN-MB102. Использовалась кювета КВг толщиной 0,005 см. Содержание транс-изомеров (С аыс-изомеров) рассчитывали по формуле; Д - оптическая плотность образца; С - концентрация образца, (333,33 г/л); L - толщина кюветы, см; Kjp - коэффициент экстинкции триэлаидина Кроме этого для определения рациональных параметров ведения процесса применялись методы математического планирования многофакторных экспериментов [45,46,190,191]. Массовую долю жира определяли методом Гербера по ГОСТ 5867 -90; - массовую долю влаги определяли по ГОСТ 3626 - 73; - титруемую кислотность молочной плазмы определяли по ГОСТ 3624-92. Степень деэмульгирования жира определяли по следующей методике: в жиромер для молока отвешивали 1 г исследуемого молока, наливали в него 21 см воды при температуре 20-23 С и, закрыв пробкой, помещали в водяную баню при 65 С на 10 минут. Затем жиромер центрифугировали 10 минут и вновь выдерживали в водяной бане при 65С 10 минут, после чего отсчитывали количество выделившегося молочного жира. Степень деэмульгирования жира рассчитывали по формуле:
Разработка технологии производства спреда из молочно-растительного сырья
Представленные в литературном обзоре данные показывают, что эмульгирующие и стабилизирующие системы являются крайне существенными и необходимыми ингредиентами в производстве эмульсионных продуктов различной жирности. Правильный подбор и методика их применения чрезвычайно важны для достижения оптимальных результатов, связанных с образованием и стабилизацией молочно-жировых эмульсий, кристаллизацией жира, агломерацией жировых капель.
В связи с этим весьма важным является проведение исследований по подбору компонентного состава и созданию эмульгирующих композиций функционального назначения для молочно-жировых эмульсий имеющих жирность в достаточно широких пределах. При этом следует учитывать многообразие факторов: толерантность к разнообразному сырью и технологическим факторам проведения процесса; консистенцию конечного продукта, характеризующуюся различной степенью твердостью, физико-химические свойства, взаимодействие с отдельными компонентами молочно-жировой системы, пищевые достоинства.
Для оптимизации количественного состава компонентов эмульгирующе-стабилизирующей системы проводили моделирование двух-компонентной смеси.
Следует отметить, что функциональная композиция эмульгирующе-стабилизирующего действия подбиралась для комбинированных масел двух видов: высокожирных с жирностью 70-80% и низко жирных 50-60%.
Основание для выбора необходимого функционального ингредиента и диапазона варьирования количественных соотношений послужили литературные данные и собственные предварительные опыты. При производстве комбинированных масел жирностью 70-80% использовались: моноглицериды дистиллированные с йодным числом 2-3 г J г/100 г содержанием моноглицерида 80% (Е471); арахисовая паста.
Выбор моноглицеридов, характеризующихся высокой степенью насыщенности обусловлен тем, что в эмульгаторах такого класса существенно выражена способность оказывать влияние на кристаллическую решетку, которая укрепляет структуру кристалла и тем самым уменьшает или препятствует выделению жидкого растительного масла, что является весьма важным при производстве высокожирных комбинированных масел. Характеристики эмульгатора Е 471, наряду с содержание моноглицеридов и степень их не насыщенности необходимо контролировать: кислотное число (не более 3,0 мг КОН/г), температуру плавления (64-68 С), содержание свободного глицерина (до 1,5%),
При производстве низко жирных масел необходимо использование моноглицеридов с высокими эмульгирующими свойствами, которые состоят в стабилизации эмульсии посредством воздействия на поверхность соприкосновения фаз воды и жира. Для низко жирных масел (массовая доля жира 50-60%) требуется применение ненасыщенного эмульгатора с йодным числом 50-90г J2/100 г и содержанием моноэфира 40-60% [163].
Промышленность вырабатывает широкий ассортимент эмульгаторов на основе моно- и диглицеридов. Их характеристика представленна в таблице ЗЛО.
При производстве сливочного масла и спреда основой технологии является способность жировой фазы к изменению агрегатного состояния под влиянием температурного воздействия, разрушение устойчивой дисперсии жира в плазме масла под влиянием механического воздействия и образование дисперсии обратного типа.
При выработке разных видов сливочного масла и спредов с высокой массовой долей жира (70% и более) указанные выше процессы осуществляются достаточно устойчиво, обеспечивая получение продукта с хорошей консистенцией. При снижении в масле массовой доли жира до 61,5% и менее, устойчивость процесса маслообразования нарушается. Это влияет на формирование структуры готового продукта и снижает возможность получения масла с хорошей консистенцией и термоустойчивостью. Требования к консистенции масла. несмотря на значительное изменение его состава, остаются неизменными. Консистенция спреда при 12+2 С должна быть плотной, однородной, поверхность на срезе — сухой, глянцевой, допускается наличие одиночных капель влаги. Спред должен хорошо сохранять форму при сравнительно повышенной температуре (20-30 С). Все это указывает на необходимость внесения в молоч-но-жировые дисперсии моноглицеридов.
