Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Информационно-аналитический обзор литературы 15
1.1. Питание рациональное и функциональное 15
1.1.1 Пробиотики и механизм их действия 23
1.2. Особенности усвоения лактозы 27
1.3. Диагностика и лечение больных с гиполактазией 32
1.4. Образование меланоидинов в молоке и молочных продуктах 35
1.5. Ферментативный гидролиз лактозы 45
1.6. Гидролиз лактозы в процессе сквашивания молока 53
1.7. Продукты функционального питания на основе микроорганизмов.. 57
1.8. Создание продуктов функционального питания на основе симбио-тических культур микроорганизмов 58
1.8.1. Понятие симбиоза микроорганизмов 60
1.8.2. Естественные симбиотические закваски 61
1.9. Новые тенденции в производстве молочных продуктов 64
1.10. Влияние жирнокислотного состава жиров на здоровье человека... 70
1.11. Характеристика жировых компонентов комбинированных продуктов. 75
1.12. Структура и качество сливочного масла 85
1.13. Анализ ассортимента сметаны 90
1.13.1. Физико-химические и биохимические основы производства сметаны.. 93
1.13.2. Микробиологические изменения сметаны в процессе хранения.. 101
1.14. Закваски и бактериальные препараты для сметаны 102
1.15. Общая характеристика видов мороженого и компонентов входящих в состав мороженого 110
1.15.1. Влияние компонентов мороженого на качество продукта 114
1.15.2. Технологический процесс производства мороженого 116
1.16. Новые решения в производстве мороженого 127
1.17. Принципы и основные методы получения эмульсий 129
1.17.1. Основные методы приготовления эмульсий 132
1.17.2. Физико-химические факторы, влияющие на образование эмульсий 136
1.18. Поверхностно активные вещества в производстве эмульсионных продуктов 139
1.19. Физический механизм гомогенизации при производстве молочных продуктов 148
1.20. Заключение к обзору литературы. Выбор направления исследований. 152
Глава 2. Методика постановки эксперимента, объекты и методы исследования 156
2.1. Постановка эксперимента. Объекты исследований 156
2.2. Методы исследования 157
Глава 3. Исследование и разработка функциональных молочных продуктов с низким содержанием лактозы 171
3.1. Криоскопическии метод определения степени гидролиза лактозы в молоке 171
3.2. Исследование кинетики и динамики ферментативного гидролиза лактозы в молоке 180
3.2.1. Влияние концентрации ионов водорода на ферментативный гидролиз лактозы 181
3.2.2. Влияние температуры и концентрации фермента на степень гидролиза лактозы 183
3.2.3. Исследование динамики процесса ферментативного гидролиза лактозы в молоке 186
3.3. Исследование и разработка технологии пастеризованного топлено го и стерилизованного низколактозного молока 189
3.3.1. Пастеризованное низколактозное молоко 189
3.3.2. Топленое низколактозное молоко 192
3.3.3. Стерилизованное низколактозное молоко 196
3.4. Исследование кристаллизации лактозы в сгущенных молочных консервах 199
3.5. Исследование и разработка технологии низколактозных кисломолочных напитков с заданными медико-биологическими свойствами... 203
3.5.1. Получение и характеристика симбиотической закваски 209
3.5.2. Природный симбиоз микроорганизмов настоя чайного гриба в качестве заквасочной микрофлоры 216
Глава 4. Разработка технологии комбинированного диетического масла, полученного методом сбивания сливочно - растительной дисперсии без удаления пахты 226
4.1. Выбор геометрических и динамических параметров экспериментальной установки 227
4.2. Изучение эффективности использования немолочных жиров и поверхностно - активных веществ при производстве комбинированного диетического масла 233
4.3. Определение режимов физического созревания сливочно-растительной смеси 250
4.4. Установление сроков годности комбинированного диетического масла 259
Глава 5. Основные теоретические и практические положения процесса гомогенизации 266
5.1.Физический механизм гомогенизации. Расчет среднего диаметра жировых шариков после гомогенизации 266
5.2. Определение коэффициента поверхностного натяжения на границе жир - водный раствор 271
5.3. Стабилизация и дестабилизация оболочек жировых шариков в сли-вочно-растительных смесях 274
5.4. Выбор способа приготовления и режимов гомогенизации для сли-вочно-растительной эмульсии 279
Глава 6. Исследование и разработка низколактозной сливочно- растительной сметаны 288
6.1. Исследование эффективности использования растительных масел при производстве сметаны 288
6.2. Подбор дозы и вида поверхностно-активных веществ при производстве сливочно-растительной сметаны 291
6.3. Выбор и обоснование технологических процессов производства низколактозной сливочно-растительной сметаны 295
6.3.1. Выбор последовательности технологических операций пастеризации и гомогенизации 295
6.3.2. Подбор заквасок для низколактозной сливочно-растительной сметаны 297
6.3.3. Подбор заквасок прямого внесения 306
6.4. Установление сроков годности низколактозной сливочно-растительной сметаны 313
Глава 7. Исследование и разработка низколактозного сливочно- растительного мороженого 322
7.1. Влияние жидких растительных масел на качество мороженого 323
7.2. Влияние вида и дозы стабилизатора-эмульгатора на качество низколактозного сливочно-растительного мороженого 325
7.3. Влияние продолжительности созревания смеси на качество низколактозного сливочно-растительного мороженого 328
7.4. Влияние массовой доли глюкозы на показатели качества мороженого. 331
7.5. Физико-химический механизм фризерования 335
7.6. Физико-математическая модель процесса фризерования 339
Заключение 344
Список литературы
- Диагностика и лечение больных с гиполактазией
- Исследование кинетики и динамики ферментативного гидролиза лактозы в молоке
- Определение режимов физического созревания сливочно-растительной смеси
- Стабилизация и дестабилизация оболочек жировых шариков в сли-вочно-растительных смесях
Введение к работе
Актуальность проблемы. В рамках концепции государственной политики РФ особое внимание уделяется решению проблемы здорового питания населения. В связи с этим актуальным является создание качественно новых функциональных продуктов, способствующих профилактике различных заболеваний, продлению жизни, повышению умственной и физической работоспособ-, ности.
Теоретические основы разработки функциональных продуктов питания заложены в трудах А.Н. Покровского, Н.Н. Липатова (ст), Н.Н. Липатова (мл), К.С. Петровского, И.А. Рогова, А.В. Гудкова, Ф.А.Вышемирского, В.Ф. Семенихиной, Л.А. Остроумова, Л.В. Терещук, Л.В Голубевой, И.В. Буяно-вой и др.
Анализ фактического питания населения России свидетельствует о ряде нарушений его структуры, выражающихся в дефиците полноценного белка, витаминов, минеральных веществ, пищевых волокон при избытке углеводов и жиров животного происхождения, что приводит к различным формам нарушения нормального состояния организма человека.
В связи с возрастающим распространением ферментопатии, в частности, лактазной недостаточности, значительная часть людей не может потреблять молочные продукты. Наиболее часто встречающаяся патология тонкой кишки с синдромом нарушенного всасывания, связанная с отсутствием или недостаточной активностью фермента - лактазы. По данным Всемирной Организации здравоохранения лактазной недостаточностью страдает от 10 до 80 % людей среди различных групп населения.
Среди основных требований при проектировании состава сбалансированных молочных продуктов является возможность регулирования их углеводного состава и изменения жирнокислотного состава липидной фракции молочного жира.
Согласно данным научно-технической и патентной литературы проводи-
лись исследования ферментативного гидролиза лактозы в молоке. Для гидролиза лактозы наибольшее распространение получили ферментные препараты (3-галактозидазы, выделенные из бактерий и плесневых грибов.
В последнее время одним из перспективных ферментных препаратов является дрожжевая p-D-галактозидаза. Опубликованные данные относительно дрожжевой Р-галактозидазы весьма разноречивы и в большинстве случаев относятся к синтетическим субстратам и чистым растворам лактозы, а не к естественному субстрату — лактозе, содержащейся в молоке.
Отсутствуют данные о влиянии образовавшихся моносахаридов на физико-химические свойства сырья и готового продукта, сбалансированного по жирнокислотному составу.
Недостаточно изучены условия гидролиза лактозы в молоке применительно к технологическим режимам производства пастеризованного, топленого, стерилизованного молока, сгущенного молока с сахаром вареного, кисломолочных напитков, сметаны и мороженого.
Для повышения лечебно-профилактических свойств кисломолочных напитков необходимо подбирать закваски, содержащие популяции микроорганизмов с управляемой активностью.
Что касается целенаправленного изменения жирнокислотного состава ли-пидной фракции молочного жира, наиболее весомые результаты были достигнуты благодаря внедрению технологии комбинированного масла на основе молочного и растительного сырья, позволяющей заменять молочный жир на растительный (Ф. А. Вышемирский Е. Mann, L. Stor и др.).
Эта технология отвечает мировым тенденциям увеличения доли потребления растительных масел, снижения доли животных жиров и сокращения трофических цепей в сторону аутотрофных организмов.
По известной технологии производства комбинированного масла методом сбивания сливочно-растительной смеси трудно прогнозировать и контролировать массовую долю составных частей молока, особенно фосфолипидов и других биологически активных веществ, которые удаляются вместе с пахтой.
Разработанные ранее технологии производства мороженого и сметаны с добавлением немолочных жиров не гарантировали сбалансированности продукта по жирнокислотному и углеводному составу.
Известны схемы приготовления сливочно-растительной эмульсии при производстве комбинированного масла, но отсутствуют рекомендации получения эмульсий смешанного типа для жидких и вязких молочных продуктов.
В процессе получения молочных продуктов из сливочно-растительной смеси недостаточно изучены механизмы стабилизации и дестабилизации оболочек жировых шариков, гомогенизации и фризерования.
Таким образом, проблема создания низколактозных молочных продуктов с регулируемым жирнокислотным составом является весьма актуальной.
Одним из рациональных путей регулирования углеводного состава является ферментация лактозы, а жирнокислотного состава - частичная замена молочного жира растительными маслами, что имеет важное социальное значение.
Цель работы — развитие теоретических основ и разработка технологий низколактозных молочных продуктов с регулируемым жирнокислотным составом.
Задачи исследования - разработать теоретические основы гидролиза лактозы молочных продуктов дрожжевой р-галактозидазой и регулирования жирнокислотного состава их липидной фракции;
- разработать экспресс-метод определения степени гидролиза лактозы в
молоке и молочных продуктах;
исследовать кинетику гидролиза лактозы в молоке в присутствии дрожжевой (3-галактозидазы и установить основные параметры протекания процесса, обеспечивающие оперативное определение требуемых условий гидролиза;
- определить стадии внесения ферментного препарата (3-галактозидазы
при производстве пастеризованного, стерилизованного, топленого молока,
сгущенного молока с сахаром вареного, кисломолочных напитков, сметаны и мороженого;
подобрать рафинированные дезодорированные растительные масла и поверхностно-активные вещества при производстве комбинированного масла, низколактозных сметаны и мороженого, обеспечивающие высокое качество готовых продуктов;
обосновать режимы физического созревания сливочно-растительной смеси, позволяющие получить комбинированное масло методом ее сбивания без удаления пахты;
исследовать физико-химический механизм процесса гомогенизации смесей с молочным и растительным жиром, механизм стабилизации и дестабилизации жировых шариков в сливочно-растительных смесях с эмульгатором;
выбрать способ эмульгирования сливочно-растительной смеси при производстве жидких и вязких молочных продуктов с целью получения стабильной эмульсии;
подобрать состав заквасок и установить оптимальные режимы технологического процесса для производства низколактозных кисломолочных напитков с заданными медико-биологическими свойствами и низколактозной сливочно-растительной сметаны с длительным сроком годности;
исследовать физико-химический механизм процесса фризерования смесей, содержащих молочный и растительный жир, и установить параметры технологического процесса получения готового продукта высокого качества;
разработать технологию и определить сроки годности новых функциональных продуктов питания;
разработать техническую документацию на новые виды продуктов, внедрить их в производство и учебный процесс.
Научная новизна. На основании выполненных комплексных теоретических и экспериментальных исследований получены следующие научные результаты:
установлены зависимости степени гидролиза лактозы в молоке в присутствии дрожжевой Р-галактозидазы от активной кислотности, концентрации фермента, температуры и продолжительности процесса гидролиза, позволяющие регулировать технологический процесс получения низколактозных молочных продуктов с заданными свойствами;
подобраны новые комбинации культур и природный симбиоз для низколактозных кисломолочных напитков с регулируемым жирнокислотным составом, обладающие множественной фармакологической активностью;
установлены закономерности влияния состава масла, полученного методом сбивания сливочно-растительной смеси без удаления пахты, на органолеп-тические, физико-химические, микробиологические и реологические показатели, структуру и консистенцию готового продукта;
научно обоснован физико-химический механизм стабилизации и дестабилизации жировых шариков в эмульсиях смешанного типа; предложена математическая модель процесса гомогенизации сливочно-растительных смесей; получено уравнение, позволяющее рассчитать диаметр жировых шариков в зависимости от состава, свойств гомогенизируемой смеси и параметров процесса;
научно обоснован состав сливочно-растительных композиций для производства комбинированного масла, низколактозной сметаны и мороженого. Определены соотношения между молочным жиром и жидкими растительными маслами, позволяющие получить продукты, приближенные по жирнокислотно-му составу к физиологическому идеалу;
предложен способ приготовления эмульсии из сливочно-растительной смеси для вязких продуктов; обоснованы количество вносимых поверхностно-активных веществ, соотношение компонентов закваски, параметры технологического процесса производства продуктов с растительными маслами;
на основании предложенной теплофизической модели процесса фризерования получена формула для определения продолжительности фризерования низколактозной сливочно-растительной смеси мороженого.
Новизна предлагаемых технических решений подтверждена авторскими
свидетельствами и патентами.
Основные положения, выносимые на защиту
Теоретическое и экспериментальное обоснование разработанных технологий низколактозных молочных продуктов с регулируемым жирнокислотным составом.
Особенности использования нетрадиционных и комбинированных заквасок в производстве функциональных ферментированных молочных продуктов.
Критерии эффективности новой безотходной технологии комбинированного масла, полученного методом сбивания сливочно-растительнои смеси.
Научные основы выбора состава сливочно-растительных смесей, параметров технологического процесса получения из них низколактозных кисломолочных напитков, сметаны и мороженого,
Результаты теоретического и экспериментального изучения структуры оболочек жировых шариков низколактознои сливочно-растительнои смеси с использованием эмульгаторов.
Практическая значимость. На основании комплекса проведенных исследований разработана и утверждена техническая документация на низколак-тозное пастеризованное и стерилизованное молоко ТУ 9222-023-05300008-2000, ТУ 9222-018-05300008-99, технология внедрена на ООО «Санкт-Петербургский молочный завод «Пискаревский».
На международных выставках «Российский Фермер (1998г) и «Роспрод-торг» (1999г) низколактозное молоко удостоено золотой и серебряной медалей.
Разработана и утверждена техническая документация на комбинированный молочный продукт «Масло фермерское» ТУ 9221-101-00334534-97, технология внедрена на Санкт-Петербургском ООО «Митра».
Разработана и утверждена техническая документация на сливочно-растительную сметану с длительным сроком хранения ТУ 9220-001-56298885-
2001, технология внедрена на ООО «Лакто-Новгород», ОАО «Кингисеппский молочный комбинат», ОАО «Лодейнопольский молочный завод».
На выставке МНТК в 2001 г «Низкотемпературные и пищевые технологии 21 века» сливочно-растительная сметана отмечена грамотой.
Разработана и утверждена техническая документация на производство мороженого с использованием растительных масел ТУ 9226-126-00419762-04, технология внедрена на Санкт-Петербургском ООО «Рекондор-Мороженое», ООО «Талосто-Волхов» Ленинградской области.
Предложен модифицированный метод определения коэффициента поверхностного натяжения на границе раздела жидкость - жидкость. Разработан экспресс-метод определения степени гидролиза лактозы в молоке.
Результаты работы нашли применение в учебном процессе: курсовом, дипломном проектировании, учебно-исследовательской работе студентов, лабораторном практикуме, курсах лекций «Биотехнология комбинированных продуктов и аналогов», «Технология комбинированных продуктов питания», «Технология продуктов смешанного сырьевого состава»
Практическая значимость результатов работы подтверждена соответствующими документами.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на всесоюзных, международных научных, научно-практических конференциях и симпозиумах: Всесоюзной конференции «Холод - народному хозяйству» (Ленинград, 1991), «Экология человека: проблемы и состояние лечебно- профилактического питания» (Пятигорск , 1993), Межрегиональном семинаре «Современные технологии в пищевой промышленности» (Санкт-Петербург, 1994), Международной конференции «Проблемы и пути повышения качества пищевых продуктов, консервируемых холодом» (Санкт-Петербург, 1995), Международной конференции «Холод и пищевые производства» (Санкт-Петербург, 1996), Международной конференции «Техника и технология пищевых производств» (Могилев, 1998), Международной конференции
« Ресурсосберегающие технологии пищевых производств» (Санкт-Петербург, 1998), Всероссийской конференции «Интеграция науки, производства: состояние и перспективы» (Юрга, 1999), Всероссийской конференции «Прогрессивные технологии и оборудование пищевых производств» (Санкт-Петербург, 1999), Международной конференции «Индустрия продуктов здорового питания - третье тысячелетие» (Москва, 1999), Международной конференции «Продовольственный рынок и проблемы здорового питания» (Орел, 1999), Международной специализированной выставке «Мороженое. Молочные технологии» (Санкт-Петербург, 2000), Международной конференции «Низкотемпературные и пищевые технологии в 21 веке», (Санкт-Петербург, 2001), Ш Международной специализированной выставке «Мороженое. Молочные технологии» (Санкт-Петербург, 20002), Международной конференции «Технология и техника пищевых производств» (Санкт-Петербург, 2003), Международной конференции «Перспективы производства продуктов питания нового поколения» (Омск, 2003), Международной конференции, посвященной 300-летию Санкт-Петербурга (Санкт-Петербург, 2003), Международной конференции «Проблемы пищевой инженерии и ресурсосбережения в современных условиях» (Санкт-Петербург, 2003), Российской конференции, посвященной 60 летию МГУПБ (Москва,2005), Международной конференции «Техника и технология пищевых производств», (Могилев, 2005), Московском международном конгрессе «Биотехнология: состояние и перспективы развития» и международной выставке, «Мир биотехнологии». Международной конференции «Биотехнология. Вода и пищевые продукты» (Москва 2008).
Публикации. Основные положения диссертации изложены в 72 работах, в том числе 2 авторских свидетельствах, 5 патентах, 1 монографии, учебном пособии с грифом УМО, 1 брошюре обзорной информации. Основные материалы диссертации представлены 17-ю статьями в журналах, рекомендованных ВАКом, а также в трудах Международных конференций, сборнике Известия СПб ГУНиПТидр.
Объем и структура работы. Диссертация включает 7 глав. Библиографический список состоит из 413 наименований, из них 97 иностранных источников.
Диссертация изложена на 275 страницах машинописного текста, 70 таблицах, 58 рисунках, а также 21 приложении.
Диагностика и лечение больных с гиполактазией
Одним из наиболее корректных методов определения непереносимости лактозы является дыхательный водородный тест. Водородный тест основан на определении градиента бактериальной продукции водорода в толстой кишке при поступлении в
нее нерасщепленной лактозы. Образование водорода в толстой кишке человека происходит при бактериальной ферментации пищевых волокон, сложных углеводов, облигатной и факультативной анаэробной кишечной микрофлоры. Водород всасывается в кровь и, не вступая в метаболические процессы, выделяется легкими.
Выявлена линейная зависимость между количеством водорода, образующегося в кишечнике, и его концентрацией в выдыхаемом воздухе. Содержание водорода в выдыхаемом воздухе определяют с помощью газовой хроматографии или электрохимическим методом. Для выявления нарушения всасывания лактозы определяют содержание водорода в выдыхаемом воздухе при нагрузке 50 г для взрослых и 2 г/кг массы тела для детей. Уровень его выше 20 ррт (»19мл/мин) считается достаточным критерием лактазной недостаточности.
Методика проведения дыхательного водородного теста.
Пробы выдыхаемого воздуха собирают в герметичные пластиковые пакеты на фоне спокойного дыхания средней глубины. Воздух из пакета сразу вводят в газовый анализатор объемом 2 мл. Содержание водорода в выдыхаемом воздухе у пациентов определяют методом газовой хроматографии и через каждые 30 минут в течение 3,5 часов после нагрузки 50 г лактозы, разведенной в 200 мл теплой воды. Содержание водорода в образцах воздуха рассчитывают по формуле /171, 173/: обр стан-Побр -ГІстан где С0бр— концентрация водорода в образцах воздуха больного, ррт;
Сстан - концентрация водорода в стандартной смеси водорода и воздуха, ррт; Нста„ - высота пика водорода стандартной смеси на хромотаграмме, мм; Нобр - высота пика водорода в образцах на хромотаграмме, мм.
Концентрация водорода у здоровых находится в пределах от 0,4 до 15 ррт и не повышается после нагрузки лактозой, а при лактазной недостаточности концентрация водорода становится значительно выше 20 ррт.
Определяя выделения водорода в выдыхаемом воздухе после употребления молока и эквивалентных количеств лактозы, удалось установить, что молоко лучше переносится, чем эквивалентные количества лактозы пациентами с лактазной недостаточностью. Изучая выделения водорода в выдыхаемом воздухе после употребления молочных продуктов с различным содержанием лактозы, авторы показали, что уменьшение лактозы на 60% в исходном продукте обеспечивает хорошую его переносимость пациентами с первичной лактазной недостаточностью /323/. Результаты этих исследований в дальнейшем были использованы для установления оптимальной степени гидролиза лактозы в молоке.
Врачи Ессентукского курорта разработали методические рекомендации по лечению больных с лактазной недостаточностью. В основу методики была заложена комплексная терапия в сочетании с методом специфической субстратной индукции (постепенным увеличением потребления лактозы), которая способствует частичному восстановлению толерантности к лактозе /412/.Этот метод лечения лактазной недостаточности оказался эффективным, однако достаточно сложным из-за длительности лечения и необходимости размещения в стационаре.
Наиболее распространенным методом коррекции лактазной недостаточности является использование молочных продуктов, практически не содержащих лактозу (сыры), или с низким ее содержанием (творог). Молоко применяют в небольших количествах в смеси с другими продуктами, небольшими порциями до 200 мл в течение дня (в составе каш, запеканок, в овощном пюре).
В 70-80 годы прошлого века началось изготовление молочных продуктов с ограниченным содержанием лактозы /310/. В настоящее время безлактозные молочные продукты /318, 348, 351, 363, 377, 391, 403/ производятся в большинстве стран Западной Европы, в Аргентине, Австралии, Канаде, Японии, Малайзии, Новой Зеландии, Соединенных Штатах Америки, Финляндии. В этих странах выпускают коммерческие препараты лактазы, выделенные из штаммов микроорганизмов, например из Aspergillus oryza. Добавление таблетированной лактазы к молоку улучшают его переносимость. В частности, в Соединенных Штатах Америки в конце 90-х годов компания "McN-PPC, Inc" выпустила се рию ферментных препаратов под торговой маркой "Lactaid": - "Lactaid drops" - ферментный препарат Р-галактозидазы в каплях, пред назначенный для гидролиза лактозы непосредственно в молоке; -"Lactaid original strength caplets", "Lactaid extra strength caplets", "Lactaid ultra" - ферментные препараты для употребления пиррорально с пищей содержащей лактозу; - Lactaid milk"- молоко с пониженным содержанием лактозы. В Западной Европе налажен выпуск безлактозных сухих смесей: «AL ПО Vegababy", "Vegalact В", "Vegalact С", "Nutramigene", «Козилат», «Эншур», «Нугрилон», «Портаген», «Хумана-низколактозная» ,"Neutralacf , "Kid s Formula "кальций плюс", а также соевые смеси: «Алсой», «Энфамил-соя», «Изомил», «Нурсой».
В Российской Федерации разработан новый низколактозный продукт «Алактозит Н» для вскармливания детей 1-го года жизни с лактазной недостаточностью. Продукт характеризуется введением сывороточных белков и казеина в соотношении 60 : 40, модификацией жирового состава за счет сочетания молочных и растительных жиров и практически полным отсутствием лактозы (0,01 г на 100 мл). Безлактозные молочные продукты используются в питании детей 1-го года жизни с лактазной недостаточностью и диареями, а также в составе смесей для зондового питания. Другой кисломолочный низколактозный продукт «Гномик» предназначен для питания детей с шестимесячного возраста /189/. Углеводный компонент продукта модифицирован путем частичной ферментации молочнокислыми бактериями лактозы и обогащен глюкозой и низко-осахаренной патокой.
Хорошо переносится пациентами с лактазной недостаточностью йогурт, содержащий Lactobacillus bulgaricus и Streptococcus thermophillus. Хорошая его переносимость объясняется гидролизом лактозы в просвете кишечника за счет Р-галактозидазы бактерий, содержащихся в нем. Увеличение активности лакта-зы слизистой оболочки тонкой кишки при длительном употреблении йогурта не наблюдалось /375/.
Исследование кинетики и динамики ферментативного гидролиза лактозы в молоке
Слабые кислотообразователи. Медленно размножаются в молоке, повышают кислотность молока до 70 - 100 Т со скоростью 1,0 - 2,5 Т/ч. Свёртывают молоко при инокуляции 1 % через 18-48 часов, при 3 % - через 14 - 36 часов с образованием сгустка с наличием пузырьков газа, кисломолочным, слегка щиплющим, иногда сладковатым вкусом, специфическим запахом, обусловленным накоплением диацетила. Введение культур этой группы в закваски позволяет стабилизировать процесс ароматообразования при выработке молочных продуктов.
Lc. lactis subsp. cremoris (сливочный стрептококк). Клеточные популяции сливочного стрептококка представлены грамположительными кокковидными клетками со средним диаметром 5-10 мкм. В клеточных популяциях большинства культур Lc. lactis subsp. cremoris преобладают клетки, объединённые в цепочки различной длины. Оптимальная температура развития культур Lc. cremoris 22 - 30 С, максимальная 39 - 40 С, минимальная 8-10 С. Сливочный стрептококк сбраживает лактозу с образованием молочной кислоты, изменяя титруемую кислотность молока со скоростью 2,0 - 4,5 Т/ч до предельной кислотности 95 — 120 Т. Свёртывают молоко при инокуляции 1 % за 8 - 16 часов, при 3 % за 4 - 9 часов. Образуют сгустки ровной сметанообразной консистенции с чистым, кисломолочным вкусом и запахом.
В отличии от других разновидностей лактококков большинство культур сливочного стрептококка чувствительны к повышенной температуре, концентрации хлорида натрия, имеют наиболее сложные питательные потребности.
Лейконостоки (Leukonostoc).
Гетероферментативные мезофильные микроорганизмы, сбраживающие глюкозу с образованием не только молочной кислоты, но и этанола, уксусной кислоты, углекислого газа. Сбраживая лактозу и цитраты, лейконостоки образуют ацетоин и ацетальдегид. Они способны также производить перераспределение продуктов обмена веществ, образуемых лактококками. При совместном развитии с лактококками стабилизируют содержание диацетила, снижают уровень ацетальдегида, увеличивают уровень уксусной кислоты и этанола. Таким образом, лейконостоки оказывают существенное влияние на вкусо- и аромато-образование в молочных продуктах. Лейконостоки нередко включают в бак-концентраты и бактериальные закваски как газо- и ароматообразующий компонент. Обладая специфическими протеолетическими свойствами, лейконостоки могут снижать накопление горьких пептидов в сырах. Среди лейконостоков часто обнаруживаются культуры, обладающие антагонистическим действием на бактерии группы кишечной палочки.
Микроорганизмы этого рода имеют сложные питательные потребности. Они нуждаются в комплексе факторов роста, витаминов, аминокислот, пептидов. Поэтому в молоке они развиваются медленно и слабо. Скорость кислото-образования менее 1 Т/ч, предельная кислотность колеблется в интервале от 40 до 80 Т. Обогащение молока факторами роста (содержащимися, например, в биопрепарате Актибат-Углич), интенсифицирует размножение кислото-, газо-, и ароматообразование лейконостоками. Оптимальная температура развития -20 - 30 С, минимальная - 8 - 14 С, максимальная - 35 - 39 С /285/
Морфологически культуры лейконостоков представляют собой грампо-ложительные клетки различной формы (от шарообразной до яйцевидной и удлинённой), соединённые в пары и цепочки различной длины. В составе заква-сочной микрофлоры различных видов молочных продуктов используют следующие виды и разновидности: Leuc. lactis, Leuc. mesenteroides subsp. cremoris, Leuc. mesenteroides subsp. dextraktum.
В состав комбинированных заквасок для сметаны включают термофильные молочнокислые бактерии, а точнее — термофильный стрептококк (Lacto-coccus salivarius subsp. ihermophilus). Оптимальная температура развития - 40 -46 С, максимальная - 53 - 55 С, при температуре ниже 15 большинство куль тур не растёт. При оптимальной температуре свёртывают молоко за 10 - 16 часов при инокуляции 1 % и за 4 - 6 часов при инокуляции 3 % с образованием ровного плотного сгустка, иногда слизистой вязкой консистенции, без следов газа и пептонизации, с чистым кисломолочным вкусом. Скорость кислотообра-зования в молоке составляет 2,0 - 3,0 Т/ч, предел кислотообразования ПО -120 Т
У большинства культур клетки круглые, диаметром 0,7 - 1,0 мкм; у некоторых культур клетки сферической формы. В культурах термофильного стрептококка обнаруживаются как одиночные клетки, так и соединённые в цепочки различной длины, скопления неправильной формы, диплококки.
От вида микроорганизмов, входящих в состав закваски, и от их соотношения в случае смешивания, зависят структурно-механические свойства сметаны.
Биохимические и структурно-механические показатели тесно связаны друг с другом. Включение в состав закваски штаммов энергичных кислотообра-зователей приводит к получению более прочного сгустка, а малоэнергичной по кислотообразованию ароматобразующей микрофлоры - к образованию более нежного сгустка.
Формирование консистенции сметаны, очевидно, связано с различной протеолитической активностью отдельных видов молочнокислых бактерий. В результате гидролиза белков образуются азотосодержащие соединения разного молекулярного веса. По данным И.И. Климовского, наибольшее количество аминокислот и пептидов с относительно высоким молекулярным весом продуцируют Lc. lactis, затем следует Lc. diacetilactis /139/. Установлено, что при производстве сметаны с применением многоштаммовой закваски основная роль в улучшении её консистенции принадлежит Lc. lactis.
Определение режимов физического созревания сливочно-растительной смеси
Цель физического созревания (низкотемпературной подготовки) сливочно-растительной смеси - перевести часть жира (не менее 30 - 35 %) в твердое состояние. Важное значение для формирования твердой фазы в сливках, имеют режимы их подготовки к сбиванию, обусловливающие возможность регулирования степени отвердевания жира в различные периоды года.
Основными задачами, которые должны решаться при правильно подобранном режиме подготовки смеси сливок и дисперсии растительного масла в молочной плазме к сбиванию, являются: - содействие успешному протеканию процессов маслообразования при сбивании сливочно-растительной смеси; - обеспечение нормальной консистенции масла, включая способность к намазыванию /85/; - упрочнение оболочки жирового шарика с растительным жиром с целью повышения устойчивости эмульсии, необходимой для формирования кристаллического каркаса, который должен хорошо удерживать жидкий жир, содержащийся в большем количестве в масле с комбинированным жиром; - создание прочного кристаллического каркаса, способного обеспечить пластичность продукта и предупредить появление пороков консистенции.
Молочный жир представляет собой в жидком состоянии гомогенный расплав низкоплавких и высокоплавких триглицеридов жирных кислот и других компонентов: небольших количеств каротиноидов, холестерина, жирорастворимых витаминов и свободных жирных кислот. Известно, что молочный жир представляет собой смесь различных глицеридов с разной температурой плавления и застывания. Часть их содержится в растворенном виде в других глице-ридах; поэтому температура плавления и застывания молочного жира непостоянная и зависит от температуры плавления и застывания глицеридов, входящих в их состав.
Жир отвердевает в сливках тем быстрее, чем больше в нем высокоплавких глицеридов, и тем медленнее, чем больше низкоплавких, имеющих наиболее низкие температуры отвердевания. Медленное отвердевание жира при физическом созревании сливок объясняется его плохой теплопроводностью и наличием на поверхности жировых шариков адсорбционного слоя. Теплообмен между жиром и окружающей плазмой протекает медленно, и степень отвердевания зависит от температуры охлаждения и продолжительности ее воздействия.
При выборе режимов физического созревания сливочно-растительной смеси учитывают закономерности процесса кристаллизации глицеридов в молочном жире, влияние химического состава молочного жира на скорость отвердевания молочного жира, вида вырабатываемого масла. В выполненных ранее работах по производству масла с комбинированным жиром было принято понижать температуру сливок при физическом созревании и увеличивать продолжительность выдержки. Так при производстве диетического и славянского масла пастеризованную сливочно - растительную смесь рекомендовано охлаждать до температуры 2 - 5 С в весенне - летний и 5 -7 С в осенне - зимний период года, при этом продолжительность физического созревания должна составлять не менее 5 и 10 часов соответственно. /55/.
С целью выявления режимов физического созревания для сливочно-растительной смеси, смесь охлаждали в различные (в весенне - летний и осенне - зимний ) периоды года, до температуры 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 С , продолжительность выдержки для каждой температуры соответствовала числовому значению температуры, а также на один час меньше и больше числового значения температуры . В ходе эксперимента было отмечено, что в весенне - летний период года при температуре 3, 4 и 5С и выдержке 6, 7 и 8 ч соответственно, а в осенне - зимний период года при температуре 7, 8 и 9 С и выдержке 8, 9 и 10 ч соответственно масло имело пластичную консистенцию. При более низких режимах наблюдалась крупитчатость, более высоких — мягкая консистенция. С целью подтверждения продолжительности выдержки сливочно - растительной смеси во время физического созревания, были проведены наблюдения за ходом отвердевания глицеридов в сливках (контроль) и в смеси с комбинированным жиром с массовой долей жира 52 (опытный). Наблюдение проводили по изменению температуры сливок/смеси в процессе физического созревания, которая повышалась за счет тепла, выделяемого в результате кристаллизации глицеридов и полиморфных превращений жира /176/.
Стабилизация и дестабилизация оболочек жировых шариков в сли-вочно-растительных смесях
Имеется довольно большое количество работ, посвященных вопросам гомогенизации, однако, как правило, не делается различия в изучении механизма гомогенизации жиров животного и растительного происхождения. В то же время физические свойства этих жиров и характер их взаимодействия с поверхностно-активными веществами различаются весьма существенно. Выдвигались различные гипотезы о природе гомогенизации, однако до настоящего времени нет однозначных представлений о физическом механизме процесса гомогенизации, позволяющем создать расчетные соотношения для определения диаметра жирового шарика. Нами получены соотношения для расчёта диаметра жировых шариков после гомогенизации на основе различных теоретических гипотез. Сравнение полученных соотношений с экспериментальными подтверждает справедливость этих гипотез и, в частности, показало:
1. Разрыв жировых шариков происходит в момент разгона смеси перед входом в щель за счёт наличия большого градиента скорости и приводит к неравенству давлений на переднюю и заднюю части жирового шарика (гипотеза Н.В. Барановского).
Рассмотрим разность давлений на переднюю и заднюю стороны жирового шарика в момент разгона перед входом в щель. Длина пути разгона смеси должна быть порядка ширины щели Н (м). На этом участке давление смеси должно упасть до атмосферного, то есть на участке длиной порядка Н давление падает на Ар (Па), что называют общим давлением гомогенизации. Задняя и передняя части жирового шарика отстоят друг от друга на расстояние d (м) - диаметр шарика. Таким образом, разность давлений на переднюю и заднюю стороны шарика должна составлять величину порядка (Apd)/H. Эта разность давле-ний приложена к площади сечения шарика порядка dr. Итого сила разрыва Fp (Н) составляет величину порядка /301/ F f- (5.1) С другой стороны, для того, чтобы шарик был разорван, необходимо, чтобы эта сила превышала силу поверхностного натяжения, составляющую порядка FH a- d (5.2) где а - коэффициент поверхностного натяжения на границе жир-окружающий его водный раствор, Н/м. Таким образом, объединяя (5.1) и (5.2) имеем: т- Ар от , , а Н ,с _ч F„=Fa; - d; _ (5.3)
Разумеется, соотношение (5.3) является весьма приближённым. Реально в нём должен стоять некоторый коэффициент, который, по-видимому, должен быть связан с конкретной конструкцией гомогенизатора. Однако характер зависимости от параметров процесса формулой (5.3) передаётся верно.
Вместе с тем необходимо учесть тот факт, что ширина щели Н и давление Ар не являются независимыми параметрами. Более того изменение ширины щели гомогенизатора позволяет регулировать давление Ар. Используемые в гомогенизаторах поршневые насосы имеют практически постоянный расход жидкости Q, равный произведению площади щели S и скорости жидкости в ней v: Q = S o L H р, (5.4) где L- длина щели, м; р - плотность смеси, кг/м3. Вывод (5.4) основан на законе Бернулли: АР = , (5.5) который в нашей ситуации выполняется лишь приближённо, так как не учитывает потерь энергии, используемой на нагревание. Согласно /208/ в промышленных гомогенизаторах эти потери составляют 15 - 20 % и нагревают смесь на несколько градусов. Поэтому в выражении (5.4) стоит приближенное равенст 268 во. Тогда подставляя (5.4) в (5.3), имеем: .1/2 .iOl/2 . „1/4 LU2 Ap3 d = K ГІ/2І л 3/4 С5 6) здесь /с - безразмерный коэффициент, зависящий от конкретной конструкции гомогенизирующей головки и определённый экспериментально.
Соотношение (5.6) показывает истинный характер зависимости среднего диаметра жировых капель от параметров процесса (в предположении истинности данной гипотезы о механизме процесса).
2. Разрыв жировых шариков происходит в момент разгона смеси перед входом в щель за счёт разности плотностей жира и воды. Возникают силы Архимеда в инерционном поле. Рассмотрим силу Архимеда Fapx, действующую на жировой шарик в инерционном поле в момент разгона. Она равна Fapx=Ap V a, (5.7) где Др - разность плотностей жира и воды, кг/м3 ; V = d3 - объём жирового шарика, м ; а - ускорение, приобретаемое каплей в момент разгона, м/с . Пола гая движение равноускоренным, получаем: _ АР а (5.8) 2# р Н где мы опять использовали закон Бернулли (5.5). Подставляя (5.8) в (5.7), получаем выражение для силы Архимеда:
