Разработка и исследование технологии производства комбинированных молочных жиросодержащих продуктов с кедровым орехом

Современные положения физиологии и биохимии питания диктуют необходимость разработки принципиально новых подходов к созданию продуктов многофункционального назначения, удовлетворяющих требованиям гигиены питания различных категорий населения и нейтрализующих вредные воздействия среды на организм.

Группой ведущих ученых и специалистов страны (Княжев В.А., Сизен-ко В.И., Рогов И. А., Большаков О. В., Тутельян В.А.) разработана концепция государственной политики в области здорового питания населения России. Концепция предусматривает основные принципы, направления и механизм реализации этой политики.

Согласно разработанной концепции необходимо развивать биотехнологию процесса переработки сельскохозяйственного сырья, получая новые виды пищевых продуктов с использованием ферментативных препаратов и биологически активных веществ, а также создавать технологии производства качественно новых пищевых продуктов с направленным изменением химического состава, соответствующим потребностям организма человека, в том числе продуктов лечебно-профилактического назначения.

Теоретические и практические основы создания многофункциональных комбинированных продуктов с регулируемым составом и свойствами изложены в трудах A.A. Покровского, И. А. Рогова, H.H. Липатова (ст.), А. Г. Храмцова, Н. С. Королевой, В. Г. Высоцкого, В. М. Позняковского, Н. П. Захаровой, H.H. Липатова (мл.) и многих других отечественных и зарубежных исследователей.

Одним из направлений получения таких продуктов является целенаправленное изменение их жирнокислотного состава путем внесения дополнительных жирсодержащих ингредиентов и максимальное приближение к задаваемому соотношению между насыщенными, мононенасыщенными и полиненасыщенными жирными кислотами.

Большие перспективы в этом отношении имеет проектирование комбинированных продуктов на базе использования молочного жира, что объясняется его жирнокислотным составом. В состав молочного жира входит большое количество насыщенных жирных кислот при малом содержании биологически активных полиненасыщенных кислот. Поэтому регулирование его состава путем использования продуктов, богатых растительными маслами, содержащих ненасыщенные жирные кислоты, является весьма актуальным.

В этом направлении выполнена настоящая диссертация, посвященная разработке научных и практических основ производства сливочных паст с регулируемым жирнокислотным составом.

Выбор в качестве объекта исследований сливочной пасты объясняется стремлением получить продукт, отличающийся от масла более низким содержанием жира. Это позволит понизить калорийность продукта, а также увеличить объем его выработки из единицы сырья.

Для регулировки жирнокислотного состава сливочной пасты и обогащения ее биологически активными веществами использовали ядро кедрового ореха. Кедровый орех обладает высокими пищевыми и профилактическими свойствами. Он содержит много жира, белков, других жизненно важных компонентов. Весьма своеобразен липидный и жирнокислотный состав кедровых орехов.

В выполненной работе исследован состав кедрового ореха с позиции его использования при выработке комбинированных молочных продуктов, а также отработаны способы его подготовки к технологической переработке. Исследованы различные вариации сливок и ореха при формировании продукта. Установлены их рациональные соотношения, позволяющие получать сливочные пасты с характерными органолептическими свойствами.

Отработаны основные технологические параметры выработки сливочной пасты с кедровым орехом. Изучено влияние режимов хранения на состав и свойства сливочных паст. Созданы их новые виды, что явилось практической реализацией результатов диссертации.

Считаем данную работу начальным этапом направления по использованию кедрового ореха и продуктов его переработки в производстве молочных продуктов.

1.4 ЗАКЛЮЧЕНИЕ ПО ОБЗОРУ ЛИТЕРАТУРЫ.

В последнее время уделяется все больше внимания «диетологическому фактору» питания, т. е. снижению калорийности за счет уменьшения содержания животных жиров, сахара, холестерина, повышения содержания белка (животного и растительного), клетчатки, витаминов в продуктах, в том числе молочных [23].

Одним из путей эффективного решения данной проблемы в современных условиях — создание комбинированных продуктов питания с направленно заданным составом и свойствами. При этом они должны соответствовать как современным медико-биологическим требованиям, так и сложившимся традициям и привычкам населения [18].

Проведенный анализ литературных данных показал, что с целью рационализации питания во многих странах ведутся исследования по разработке и освоению производства заменителей сливочного масла — продуктов со сбалансированным составом компонентов и повышенной питательной ценностью. При их производстве допускается частичная или полная замена молочного жира жирами немолочного происхождения или их композициями, использование вкусовых добавок, ароматизаторов, красителей, консервантов и т. д. Массовая доля жира в этих продуктах колеблется от 5 до 50%.

Главная цель создания подобных продуктов заключается в корректировке их белкового, липидного, минерального и витаминного составов, а также в обогащении продуктов биологически активными веществами.

С этой целью используются различные физические и химические методы модификации состава и свойств молочного жира (фракционирование, текстурирование, переэтерификация, гидрирование и дегидрирование и др.). Наиболее широкое промышленное применение получил метод модифицирования молочного жира посредством комбинирования его с растительным маслом.

В настоящее время существует ряд наименований аналогов сливочного масла. В странах с развитой молочной промышленностью наметилась устойчивая тенденция создания и производства подобных продуктов. Для организации выпуска аналогов сливочного масла у нас в стране имеется необходимая научная и производственная база. Однако производство новых видов продуктов на основе молочного жира у нас осуществляется в незначительных количествах.

По прогнозам академика Липатова Н.Н.(ст.) приоритетным направлением в создании комбинированных молочных продуктов является сочетание молочной основы с сырьем растительного и животного происхождения [56]. Растительное сырье и продукты его переработки, обладающие хорошими органолептическими и ценными питательными свойствами, находят широкое применение при производстве молочных продуктов, в том числе продуктов на основе молочного жира.

Весьма перспективным растительным сырьем, обладающим высокими пищевыми и целебными свойствами, уникальным липидным составом и набором биологически активных веществ, является кедровый орех [1].

Сосна сибирская (кедр) дерево с широким спектром использования. До недавнего времени во многих областях Сибири «кедровые» деревья относились к категории орехоподобных и рубить их запрещалось. Семена (без скорлупы) сосны сибирской содержат до 65−70% жирного кедрового масла, прекрасного золотисто-желтого цвета, приятного вкуса, легко усвояемого организмом человека. Семена служат широко распространенным лакомством. Кроме того, из семян «кедра» в Сибири получали пищевое масло, делали «кедровые сливки» с очень своеобразным и многими ценимым вкусом [41,61]. Кроме жира, ядра орехов богаты белками, крахмалом, клетчаткой, микроэлементами, витаминами. Если бы имелась возможность давать детям и взрослым ежедневно по горсти орехов, то этим можно было бы значительно повысить устойчивость организма против ряда заболеваний, увеличить долголетие человека [7].

Учитывая пищевую, биологическую ценность, целебные и вкусовые свойства кедровых орехов учеными ведутся активные исследования по разработке дешевых, доступных, нетрудоемких способов отделения ядер от скорлупы на основании которых уже созданы устройства, основанные как на принципе механического разрушения скорлупы, так и погружением в жидкий азот и др.

Анализ состава и свойств ядер кедрового ореха, его промысловые запасы, наличие способов отделения ядер от скорлупы позволят считать целесообразным использование их в производстве комбинированных продуктов на основе молочного жира с регулируемым составом и свойствами.

Считаем, что при выборе направления создания новых видов продуктов необходимо руководствоваться следующими соображениями:

— продукт должен иметь повышенную биологическую ценность и сбалансированность компонентного состава;

— высокие органолептические показатели;

— технологичность;

— доступность и дешевизна сырья;

— стоимость продукта должна быть умеренной.

Учитывая вышеизложенное, целью настоящей работы является исследование технологических основ производства комбинированных молочных жиросодержащих продуктов с использованием кедрового ореха.

В соответствии с поставленной целью и рабочей гипотезой определены задачи исследований:

— обосновать целесообразность создания новых видов комбинированных молочных жиросодержащих продуктов с использованием кедрового ореха;

— исследовать состав и свойства ядер кедрового ореха в связи с использованием в производстве молочных продуктов;

— изучить влияние различных факторов на формирование структуры молочных жиросодержащих продуктов (использование стабилизаторов структуры, гомогенизация, созревание и другие);

— изучить влияние составных компонентов и технологических параметров на критерии получаемого продукта;

— установить основные закономерности, определяющие формирование комбинированного молочного жиросодержащего продукта с использованием кедрового ореха;

— разработать технологический регламент производства кедрово-сливочных паст;

— исследовать состав и свойства нового продукта.

2 МЕТОДОЛОГИЯ ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ 2.1 Организация работы.

Теоретические и экспериментальные исследования выполнены в Кемеровском технологическом институте пищевой промышленности.

Общая схема проведения исследований приведена на рисунке 2.1.

Весь цикл исследований состоит из нескольких взаимосвязанных блоков.

На первом этапе изучали состав, свойства и различные способы подготовки кедровых орехов в связи с использованием в производстве комбинированных молочных жиросодержащих продуктов.

Во втором блоке исследований изучали особенности формирования структуры сливочных паст. Определяли целесообразность использования различных пектинов в качестве стабилизаторов структуры сливочных паст. В эксперименте использовали пектины фирмы «Хебстрайт & Фокс»: Classic АВ — 401, АВ — 901- Гену пектин типа 104 AS — YAзостерин (пектин из морской травы) отечественного производства. Исследовали влияние указанных пектинов на титруемую и активную кислотность, вкус и запах, консистенцию, реологические показатели продукта.

В данном блоке контролем служили модельные смеси и продукт без добавления пектина. Доза пектина была принята с учетом литературных и собственных экспериментальных данных.

Полученные результаты использовали для дальнейших исследований.

Третий этап исследований заключался в определении роли технологических и сырьевых факторов (массовой доли жира в сливках, дозы кедровых орехов, температуры пастеризации) на органолептические и реологические показатели сливочных паст.

Диапазон исследуемых факторов устанавливали по результатам, полу.

Блоки исследований Изучаемые факторы Контролируемые параметры.

Рис. 2.1 Схема проведения исследований ченным в предыдущих блоках исследований.

Массовую долю жира в сливках варьировали в пределах от 30 до 50% с шагом 10%, дозу кедровых орехов — от 8 до 20% с шагом 6%, температуру пастеризации — от 70 до 90 °C с шагом 10 °C.

Варианты опытных выработок продукта подбирали, применяя метод математического планирования эксперимента, путем построения соответствующей матрицы.

Полученные результаты обрабатывали методом регрессионного анализа, в результате чего получали математические модели, описывающие зависимость результирующих параметров от изучаемых факторов.

Для проведения анализа полученных результатов построенные поверхности отклика рассекали линиями одинакового уровня и получали их графическое изображение. Следствием обработки полученных результатов явились данные, характеризующие качество готового продукта при рациональных технологических параметрах.

Заключительный этап работы состоял в разработке технологии комбинированных сливочных паст.

Изучали изменение органолептических, физико-химических и микробиологических показателей готового продукта в процессе хранения в течение 18 суток при температуре (4+2) °С с целью уточнения сроков его реализации.

В заключение исследований разрабатывали нормативную документацию на новый вид сливочной пасты с кедровым орехом.

2.2 Методы исследований.

В соответствие с поставленной задачей исследований решение ее осуществляли использованием общепринятых как стандартных, так и частных методов.

Химический состав кедровых орехов определяли в ядре зрелых орехов без пленки.

Определение влажности ядер кедровых орехов проводили методом высушивания до постоянной массы навесок в сушильном шкафу при температуре 100 — 105 °C. Для определения влажности брали навеску материала около 5 г, взвешивали на весах второго класса с записью результата до четвертого десятичного знака. Первое взвешивание проводили после высушивания материала в течение 1 часа, последующие — через полчаса. За постоянную принимали массу, которая отличается от предыдущей на величину, не превышающую 0,0004 г. Затем по величине потери влаги рассчитывали влажность семян.

Количественное определение Сахаров проводили методом хроматографии на бумаге. Разделение веществ этим методом основано на различном распределении их между двумя несмешивающимися жидкостями, одной из которых служит вода, другой — органический растворитель. Идентификацию Сахаров проводят хроматографией испытуемой смеси совместно с искусственно составленной смесью чистых Сахаров — «свидетелей» .

Содержание липидов в кедровых орехах (ядро) определяли экстракционным методом. При изучении структуры жирных кислот полученные с помощью ацетилхлорида метиловые эфиры жирных кислот анализировали методами газожидкостной хроматографии на набивной колонке.

Определение общего азота проводили по Кьельдалю (модификация). По количеству общего азота вычисляли содержание «сырого» белка, используя коэффициент — 6,25.

Золу определяли методом, основанным на озолении навески растительного материала в точно взвешенном тигле и доведении ее при повторном прокаливании до постоянной массы.

Содержание витаминов определяли методом высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ). Этот метод является наиболее перепективным, так как позволяет одновременно разделять, идентифицировать и количественно определять различные витамины и их биологически активные формы. ВЭЖХ значительно сокращает время проведения анализа.

Микрои макроэлементарный состав определяли методом атомно-адсорбционной спектрофотометрии на приборе АА8−1.

Массовую долю жира в сливках и сливочных пастах определяли кислотным методом Гербера по ГОСТ 5867–90;

Титруемую кислотность определяли по ГОСТ 3624– — 92.

Активную кислотность определяли электрометрически на потенциометре рН-121 в диапазоне измерений от 3 до 8 единиц рН по ГОСТЗ624−92.

Определение состава жирных кислот в сливках и сливочно-кедровых пастах проводили с предварительным выделением липидов по методу Фолча [129].

Липиды экстрагировали смесью хлороформ-этанола. Экстракт отмывали от водорастворимых примесей. 10 г продукта помещали в делительную воронку на 250 мл, добавляли 100 мл смеси хлороформ-этанола в соотношении 2: 1 и перемешивали в течение 3 минут. После разделения жидкости на хлороформную (нижнюю) и водную (верхнюю) части, нижнюю часть сливали в колбу для отгонки растворителя. К оставшейся верхней части добавляли 100 мл той же смеси хлороформа с этанолом и вторично проводили экстракцию липидов. Хлороформенный слой сливали в ту же колбу для отгонки. После отгонки растворителя при вакууме оставшиеся липиды отмывали от водорастворимых веществ. Для этого жир из отгонной колбы количественно переносили в делительную воронку путем смыва ди-этиловым эфиром, количество диэтилового эфира в воронке доводили до 40 мл и добавляли 10 мл 1,5%-ного раствора поваренной соли. После тщательного встряхивания в течение 3 минут, отстаивания и полного расслоения жидкостей отбрасывали нижнюю часть, а верхнюю эфирную сливали в высушенную до постоянной массы отгонную колбу. Растворитель отгоняли, оставшийся чистый прозрачный жир использовали для дальнейших исследований.

Для исследования жирнокислотного состава продукта применяли метод выделения, разделения и идентификации жирных кислот, разработанный P.A. Перкель [76].

Выделение и концентрирование жирных кислот проводилось в следующей последовательности. В стеклянную пробирку с притертой пробкой на 10 мл вносили 2 мг расплавленного жира, навеску растворяли в 2 мл гексана (диэтилового эфира), добавляли 0,1 мл 2 н раствора метилата натрия в метаноле. После перемешивания в течение 2 минут смесь фильтровали. Фильтрат непосредственно использовали для хроматографического анализа. Метиловые эфиры жирных кислот подвергали разделению на газожидкостном хроматографе с использованием стальной набивной колонки 3,7 м. Сорбент 5% ПДЭГС на хроматоне N — AW. Режимы: температура колонок термостата — 170 °C, температура детекторов — 200 °C. Детекторплазменно-ионизационный, газ носитель — азот. Идентификацию жирных кислот выполняли используя стандартные смеси. Количественный расчет проводили, применяя метод внутренней нормировки площадей [51].

Методом спектрального анализа в ультрафиолетовой области спектра определяли полиненасыщенные жирные кислоты. При измерении на спектрофотометре СФ-26 использовали кварцевые односантиметровые кюветы. Вычислив коэффициенты поглощения изомеризованных проб определяли количество линолевой, линоленовой, арахидоновой кислот и их общее содержание.

Аминокислотный состав белков определяли на автоматическом анализаторе аминокислот Ш-1200Е после предварительного гидролиза белков. Для этого пробу с продуктом обезжиривали ацетоном и эфиром, затем заливали соляной кислотой (1:400) и помещали на 24 часа в термостат при температуре 110 °C [91]. Полученный гидролизат охлаждали, фильтровали и упаривали при 80 °C. Сухую пробу аминокислот растворяли в изопропи-ловом спирте и вводили в анализатор. Идентификацию проводили с использованием стандартного набора аминокислотСодержание триптофана определяли калориметрически с парадиметилламинобензальдегидом.

Биологическую ценность определяли расчетом аминокислотного скора и сравнением его с аминокислотным скором условного «идеального» белка по методам, приводимым A.A. Покровским [87]:

— аминокислотный скор рассчитывали по формуле: aj.

Aj =. 100%, aj3 где Aj — скор jой аминокислоты, %- aj — массовая доля j-ой аминокислоты в исследуемом объеме, г/100 г белка (или %) — aj0 — массовая доля j-ой аминокислоты в «идеальном» белке, г/100 г белка (или %);

Микробиологические показатели сливок и сливочных паст (количество мезофильных аэробных и факультативно-анаэробных микроорганизмов, бактерии группы кишечной палочки, патогенные микроорганизмы, в том числе сальмонеллы, микроскопические грибы, дрожжи) определяли по ГОСТ 9225–84.

Оценку органолептических показателей сливочных паст проводили по 20-балльной шкале (приложение А).

Физико-химические свойства жиров и отдельных фракций триглице-ридов определяли количественным соотношением входящих в их состав жирных кислот (йодное число, число Рейхерта-Мейссля) по общепринятым методикам.

Реологические показатели сливочных паст определяли (эффективную вязкость, предельное напряжение сдвига, твердость, степень восстанавливаемости структуры) по методикам применительно к сливочному маслу.

Результаты исследований обрабатывали методами статистического и регрессионного анализа.

3 РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ АНАЛИЗ.

3.1 Изучение состава и свойств кедровых орехов в связи с их использованием в производстве комбинированных молочных продуктов.

3.1.1 Химический состав кедровых орехов.

В связи с растянутостью периода созревания, отличающимися климатическими и территориальными условиями произрастания, разнокачест-венность орехов кедровой сосны сильно велика.

Материалом для наших исследований были взяты семена кедра сибирского, произрастающие на территории Кемеровской области, урожаев 1996 и 1997 годов.

Химический состав изучали в ядре зрелых орехов без пленки. Результаты исследований приведены в таблице 3.1.