Разработка технологии обезжиренного творога с использованием микрогранулированного белка

1. Анализ состояния вопроса

1.1 Характеристика молочного сырья, используемого при производстве для творожных продуктов

1.2 Способы производства творога

1.3 Способы совместного осаждения казеина и сывороточных белков

1.4 Цели и задачи исследований

2. Экспериментальная часть

2.1 Организация проведения экспериментов и объекты исследований

2.2 Исследования состава и свойств сырья

2.3. Исследование влияния количества вносимого микрогранулированного белка (МГБ) в смесь для творога на выход и показатели готового продукта

2.4 Исследование влияния температуры второго нагревания сгустка на выход и качество готового продукта

2.5 Анализ результатов эксперимента

3. Технологическая часть

3.1 Разработка технологии обезжиренного творога с использованием микрогранулированного белка Заключение Литература

Во все времена проблема полноценной и здоровой пищи была одной из самых важных, стоящих перед человеческим обществом. Ухудшение в последние десятилетия экологической обстановки в мире и связанный с этим высокий уровень загрязненности продуктов питания радионуклидами, токсичными химическими соединениями, тяжелыми металлами, биологическими агентами, микроорганизмами способствует нарастанию негативных тенденций в состоянии здоровья населения. Поэтому, наряду с традиционным подходом к роли пищевых продуктов в здоровье человека в последние годы получило развитие новое направление — функциональное питание. Питание должно удовлетворять не только физиологическим потребностям, но и выполнять профилактические задачи. Сегодня не вызывает сомнение обоснованность обогащения пищи витаминами, микроэлементами, корректирующими имеющийся дисбаланс, характерный в питании большинства современных людей.

В конце ХХ века во всех развитых странах мира вопросы здорового питания возведены в ранг государственной политики. Доказано, что правильное питание обеспечивает нормальный рост и развитие детей, способствует профилактике заболеваний, повышению работоспособности и продлению жизни людей, создает условия для адекватной адаптации их к окружающей среде.

Интерес к функциональным продуктам, которые оказывают регулирующее действие на организм в целом или на отдельные органы и способны заменить многие лекарственные препараты, стремительно растет во всем мире.

В целях улучшения структуры питания населения предлагается увеличить долю продуктов массового потребления, в том числе на 20−30% продуктов, обогащенных белком, бифидогенным фактором, витаминами и минеральными веществами. Среди большого разнообразия продуктов питания одно из ведущих мест занимает творог. Наука о питании признает творог как высокопитательный, биологически полноценный, легкоусвояемый продукт.

Белковый компонент творога включает весь комплекс аминокислот, в том числе незаменимые, которые не синтезируются в организме человека. Творог является богатейшим источником кальция и фосфора.

На основании анализа экономических и технологических особенностей выработки различных видов творожных продуктов считается, что на данном этапе развития весьма перспективными являются технологии, в которых на производство творога высокой пищевой и биологической ценности эффективно используется сырье. Известно, что при производстве белковых, в том числе творожных продуктов 80 — 85% молочного сырья (молочной сыворотки) не в достаточном количестве используется в пищевых целях. В отечественной и зарубежной практике известны разработки по использованию сывороточных белков в производстве сыров, сырных паст. Представляется целесообразным использование комплексов сывороточных белков и казеина получаемых из молока и сыворотки в производстве творога и творожных продуктов, что является особо актуальным и представляющим как научный, так и практический интерес. Целью работы является разработка ресурсосберегающей технологии обезжиренного творога с применением микрогранулированного сывороточного белка.

1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА

1.1 Характеристика молочного сырья, используемого при производстве для творожных продуктов

С точки зрения коллоидной химии, молоко представляет собой полидисперсную систему. Дисперсные фазы молока находятся в ионно-молекулярном (минеральные соли, лактоза), коллоидном (белки, фосфат кальция) и грубодисперсном (жир) состоянии. Водная фаза молока является дисперсной средой (таблица 1.1).

При переработке молока происходят некоторые изменения состава и свойств составляющих его компонентов. Поэтому в процессе производства необходимо учитывать количество отдельных компонентов молока, а также характер их изменений под воздействием технологических факторов.

Таблица 1.1 Дисперсный состав молока

В зависимости от назначения молоко оценивают по различным показателям. Если молоко используют как непосредственный продукт питания, то главными показателями являются санитарно-гигиенические и экономические. В случае применения молока в качестве сырья для молочной и пищевой промышленности наряду с вышеназванными показателями большое значение приобретают его физико-химические свойства.

Молоко состоит из воды и сухого остатка, включающего жир, фосфатиды, стерины и другие азотистые вещества, белки, молочный сахар, минеральные соли, а также микроэлементы, газы, витамины, ферменты, гормоны.

Наряду с молоком в качестве сырья для изготовления кисломолочных продуктов используется и молочная сыворотка различных видов. Она является естественным побочным продуктом при производстве сыров, творога и молочно-белковых концентратов. Объёмы получаемой сыворотки достигают 90% и более от объёма перерабатываемого на белково-жировые концентраты молока. В ней содержится около 50% сухих веществ молока, 70% которых приходится на лактозу. Молочная сыворотка относится к наиболее распространенным и дешёвым видам сырья.

Состав и свойства молочной сыворотки должны соответствовать требованиям действующего в настоящее время ОСТ 10 213 — 97 «Сыворотка молочная».

По физико-химическим показателям сыворотка должна соответствовать требованиям, указанным в таблице 1.2.

Таблица 1.2 — Физико-химические показатели молока и молочной сыворотки

В молочной сыворотке более 30 макро-, микрои ультрамикроэлементов. В нее переходят практически все витамины молока и в первую очередь водорастворимые, а некоторые (например, холин) даже накапливаются.

Белки, содержащиеся в молочной сыворотке, по своему составу относятся к наиболее ценным белкам животного происхождения, являясь источником незаменимых аминокислот. Лактоза представляет собой уникальный вид углевода, играющего важную физиологическую роль в организме, который в природе больше нигде кроме молочного сырья не встречается.

Анализ белкового, углеводного и липидного комплексов свидетельствует о высокой ценности молочной сыворотки как пищевого сырья, промышленная переработка которого необычайно перспективна и экономически целесообразна.

В трудах многих врачей далекого прошлого имеются рекомендации и утверждения о лечебных свойствах пахты, молочной сыворотки и обезжиренного молока. Уже в древности были известны и определены преимущества этих продуктов при назначении диетического питания больным, страдающим сердечно-сосудистыми заболеваниями и ожирением.

Одним из наиболее ценных компонентов молока являются сывороточные белки, содержание которых достигает в сыворотке 1%. Сывороточные белки (альбумины и глобулины) обладают ценнейшими биологическими свойствами, они содержат оптимальный набор жизненно необходимых аминокислот и с точки зрения физиологии питания приближаются к аминокислотной шкале «идеального» белка, т. е. белка, в котором соотношение аминокислот соответствует потребностям организма. Содержащиеся в сыворотке полипептиды используются при построении белков организма.

В молочной сыворотке присутствует в небольшом количестве жир (0,1 — 0,2%), однако его ценность состоит в том, что он диспергирован до шариков с диаметром менее 2 мкм. Молочная сыворотка отличается высоким содержанием минеральных солей, макрои микроэлементов. На основе молочной сыворотки можно производить множество биологически полноценных продуктов и напитков.

Использование сывороточных белков позволяет получить натуральный молочный продукт. Особенно это актуально при производстве комбинированных продуктов. Белки подчеркивают свойства заквасок: продукт приобретает более выраженный вкус и аромат. Их применение повышает вязкость продукта, улучшает структуру сгустка и снижает способность к синерезису.

Для решения проблемы обеспечения населения полноценными, доступными и безопасными продуктами питания в настоящее время усиленно проводятся исследования и научные работы в целях создания новых видов молочных продуктов. Для их разработки используется молочное белково-углеводное сырье, поскольку в него переходит значительное количество веществ, которые с точки зрения биологических потребностей организма человека, имеют важное физиологическое значение.

Совершенствование технологических процессов, а также широкая переработка молочного белково-углеводного сырья способствует повышению пищевой ценности продуктов питания при одновременном решении ряда вопросов рационального использования сырья и охраны окружающей среды. В связи с этим, исследования, направленные на разработку и внедрение в производство продуктов питания на основе принципов комплексной безотходной переработки молока, являются актуальными.

1.2 Способы производства творога

Производство творога традиционным способом

По методу образования сгустка различают два способа производства творога: кислотный и сычужно-кислотный. Первый основывается на только на кислотной коагуляции белков путем сквашивания молока молочнокислыми бактериями с последующим нагреванием сгустка для удаления излишней сыворотки. Таким способом изготавливают творог нежирный и пониженной жирности, так как при нагревании сгустка происходят значительные потери жира в сыворотку. Кроме того, этот способ обеспечивает выработку нежирного творога более нежной консистенции. Пространственная структура сгустков кислотной коагуляции белков менее прочная, формируется слабыми связями между мелкими частицами казеина и хуже выделяют сыворотку. Поэтому для интенсификации отделения сыворотки требуется подогрев сгустка.

При сычужно-кислотном способе свертывания молока сгусток формируется комбинированным воздействием сычужного фермента и молочной кислоты. Под действием сычужного фермента казеин на первой стадии переходит в параказеин, на второй — из параказеина образуется сгусток. Казеин при переходе в параказеин смещает изоэлектрическую точку с рН 4,6 до 5,2. Поэтому образование сгустка под действием сычужного фермента происходит быстрее, при более низкой кислотности, чем при осаждении белков молочной кислоты, полученный сгусток имеет меньшую кислотность, на 2−4 ч ускоряется технологический процесс. При сычужно-кислотной коагуляции кальциевые мостики, образующиеся между крупными частицами, обеспечивают высокую прочность сгустка. Такие сгустки лучше отделяют сыворотку, чем кислотные, так как в них быстрее происходит уплотнение пространственной структуры белка. Поэтому подогрев сгустка для интенсификации отделения сыворотки не требуется.

Сычужно-кислотным способом изготовляют жирный и полужирный творог, при котором уменьшается отход жира в сыворотку. При кислотном свертывании кальциевые соли отходят в сыворотку, а при сычужно кислотном сохраняются в сгустке. Это необходимо учитывать при производстве творога для детей, которым необходим кальций для костеобразования.

В качестве сырья используют доброкачественное свежее молоко цельное и обезжиренное кислотностью не выше 20 0 Т. По жиру молоко нормализуют с учетом содержания в нем белка, что дает более точные результаты. Нормализованное и очищенное молоко направляют на пастеризацию при 78−80 0С с выдержкой 20−30с. Температура пастеризации влияет на физико-химические свойства сгустка, что, в свою очередь, отражается на качестве и выходе готового продукта. Так при низких температурах пастеризации сгусток получается недостаточно плотным, так как сывороточные белки практически полностью отходят в сыворотку, и выход творога снижается. С повышением температуры пастеризации увеличивается денатурация сывороточных белков, которые участвуют в образовании сгустка, повышая его прочность и усиливая влагоудерживающую способность. Это снижает интенсивность отделения сыворотки и увеличивает выход продукта. Путем регулирования режимов пастеризации и обработки сгустка, подбором штаммов заквасок можно получать сгустки с нужным реологическими и влагоудерживающими свойствами.

Г. Н. Мохно было предложено температуру пастеризации смеси для творога повысить до 90 0С, чтобы полностью осадить сывороточные белки и повысить выход творога на 20−25%; при этом не возникает трудностей при отделении сыворотки от сгустка.

Пастеризованное молоко охлаждают до температуры сквашивания (в теплое время года до 28−30, в холодное — до 30−32 0С) и направляют в специальные ванны для выработки творога. Закваску для производства творога изготовляют на чистых культурах мезофильных молочнокислых стрептококков и вносят в молоко в количестве от 1 до 5%. Некоторые специалисты рекомендуют вводить в закваску Str. аcetoinicus. Продолжительность сквашивания после внесения закваски составляет 6−8ч.

При ускоренном способе сквашивания в молоко вносят 2,5% закваски, приготовленной на культурах мезофильного стрептококка, и 2,5% термофильного молочнокислого стрептококка. Температура сквашивания при ускоренном способе повышается в теплое время года до 35, в холодное — до 38 0С. Продолжительность сквашивания молока сокращается на 2−3,5ч, при этом выделение сыворотки из сгустка происходит более интенсивно.

Для улучшения качества творога желательно применять беспересадочный способ приготовления закваски на стерилизованном молоке, что позволяют снизить дозу внесения закваски до 0,8−1% при гарантированной ее чистоте.

При сычужно-кислотном способе производства творога после внесения закваски добавляют 40%-ный раствор хлорида кальция (из расчета 400 г безводной соли на 1 т молока), приготовленного на кипяченой и охлажденной до 40−45 0С воде. Хлорид кальция восстанавливает способность пастеризованного молока образовывать под действием сычужного фермента плотный, хорошо отделяющий сыворотку сгусток. Немедленно после этого в молоко в виде 1%-ого раствора вносят сычужный фермент или пепсин из расчета 1 г на 1 т молока. Сычужный фермент растворяют в кипяченой и охлажденной до 35 0С воде. Раствор пепсина с целью повышения его активности готовят на кислой осветленной сыворотке за 5−8 ч до использования. Для ускорения оборачиваемости творожных ванн молоко сквашивают до кислотности 32−35 0 Т в резервуарах, а затем перекачивают в творожные ванны и вносят хлорид кальция и фермент.

Готовность сгустка определяют по кислотности (для жирного и полужирного творога должна быть 58−60, для нежирного — 75−80 0Т) и визуально — сгусток должен быть плотным, давать ровные гладкие края на изломе с выделением прозрачной зеленоватой сыворотки. Сквашивание при кислотном методе продолжается 6−8 ч, сычужно-кислотном — 4−6 ч, с использованием активной кислотообразующей закваски — 3−4 ч. Важно правильно определить конец сквашивания, так как при недосквашенном сгустке получается кислый творог мажущейся консистенции.

Чтобы ускорить выделение сыворотки, готовый сгусток разделяют специальными проволочными ножами на кубики с размером граней 2 см. При кислотном методе разрезанный сгусток подогревают до 36−38 0С для интенсификации выделения сыворотки и выдерживают 15−20 мин, после чего ее удаляют. При сычужно-кислотном — разрезанный сгусток без подогрева оставляют в покое на 40−60 мин для интенсивного выделения сыворотки.

Для дальнейшего отделения сыворотки сгусток подвергают самопрессованию и прессованию. Для этого его разливают в бязевые и лавсановые мешочки по 7−9 кг (на 70% вместимости мешка), их завязывают и помещают несколькими рядами в пресс-тележку. Под воздействием собственной массы из сгустка выделяется сыворотка. Самопрессование происходит в цехе при температуре не выше 16 0С и продолжается не не менее 1ч. Окончание самопрессования определяется визуально, по поверхности сгустка, которая теряет блеск и становится матовой. Затем творог под давлением прессуют до готовности. В процессе прессования мешочки с творогом несколько раз встряхивают и перекладывают. Во избежание повышения кислотности прессование необходимо проводить в помещениях с температурой воздуха 3−6 0С, а по его окончании немедленно направлять творог на охлаждение дл температуры не выше 8 0С с использованием охладителей различных конструкций; наиболее совершенным из них является двухцилиндровый.

Готовый продукт фасуют на автоматах в мелкую и крупную тару. Творог фасуют в чистые, пропаренные деревянные кадки или чистые алюминиевые, стальные, луженые широкогорлые фляги или картонные ящики с вкладышами из пергамента, полиэтиленовой пленки. В мелкую упаковку творог фасуют в виде брусков массой 0,25; 0,5 и 1 кг, завернутых в пергамент или целлофан, а также в картонные коробочки, пакеты, стаканы из различных полимерных материалов, упакованные в ящики массой нетто не более 20 кг.

Творог хранят до реализации не более 36 часов при температуре камеры не выше 8 0С и влажности 80−85%. Если срок хранения будет превышен из-за непрекращающихся ферментативных процессов, в твороге начинают развиваться пороки.

Творогоизготовители с прессующей ванной используют для выработки всех видов творога, при этом трудоемкий процесс прессования творога в мешочках исключается.

Творогоизготовитель состоит из двух двустенных ванн вместимостью 2000 л с кранном для спуска сыворотки и люком для выгрузки творога. Над ваннами закреплены прессующие ванны с перфорированными сетками, на которые натягивают фильтрующую ткань. Прессующая ванна при помощи гидравлического привода может подниматься вверх или опускаться вниз почти до дна ванны для сквашивания.

Соответственно подготовленное молоко поступает в ванны. Здесь в него вносят закваску, растворы хлорида кальция и сычужного фермента и так же, как и при обычном способе выработки творога, оставляют для сквашивания. Готовый сгусток разрезают ножами, входящими в комплект творогоизготовителя, и выдерживают в течение 30−40 мин. За это время выделяется значительное количество сыворотки, которую удаляют из ванны отборником (перфорированный цилиндр, обтянутый фильтрующей тканью). В его нижней части есть патрубок, вдвигающийся в патрубок ванны. Отделившаяся сыворотка через фильтрующую ткань и перфорированную поверхность поступает в отборник и по патрубку выходит из ванны. Такое предварительное удаление сыворотки повышает эффективность прессования сгустка.

Для прессования перфорированную ванну быстро опускают вниз до соприкосновения с поверхностью сгустка. Скорость погружения прессующей ванны в сгусток устанавливают в зависимости от его качества и вида вырабатываемого творога. Отделившаяся сыворотка проходит через фильтрующую ткань и перфорированную поверхность и собирается внутри прессующей ванны, откуда ее каждые 15−20 мин откачивают насосом.

Движение прессующей ванны вниз прекращается нижним конечным выключателем, когда между поверхностями ванн остается пространство, заполненное отпрессованным творогом. Расстояние это устанавливают при опытных выработках творога. В зависимости от вида вырабатываемого творога продолжительность прессования составляет 3−4 ч для жирного творога, 2−3 ч для полужирного, 1−1,5 ч для нежирного. При ускоренном методе сквашивания продолжительность прессования жирного и полужирного творога сокращается на 1−1,5ч.

По окончании прессования перфорированную ванну поднимают, а творог выгружают через люк в тележки. Тележка с творогом подается подъемником наверх и опрокидывается над бункером охладителя, откуда охлажденный творог поступает на фасование.

Механизированная линия Я9-ОПТ-5 производительностью по молоку 5000 л/ч наиболее совершенна и используется для выработки полужирного, «Крестьянского» и нежирного творога. Готовый сгусток перемешивается в течение 2−5 мин и винтовым насосом подается прямоточный подогреватель с рубашкой. Здесь сгусток быстро (4,5−7мин) подогревается до температуры 42−54 0С (в зависимости от вида творога) подачей горячей воды (70−90 0С) в рубашку. Подогретый сгусток охлаждается до 8−12 0С в охладителе водой (25−40 0С) и направляется в двухцилиндровый обезвоживатель, обтянутый фильтрующей тканью. Содержание влаги в готовом твороге регулируется изменением угла наклона барабана обезвоживателя или изменением температуры нагрева и охлаждения сгустка.

Готовый творог направляется на фасование и затем в холодильную камеру для охлаждения.

С целью резервирования творога в весенний и летний периоды года его замораживают. Качество размороженного творога зависит от метода замораживания. Творог при медленном замораживании приобретает крупитчатую и рассыпчатую консистенцию вследствие замораживания влаги в виде крупных кристаллов льда. При быстром замораживании влага одновременно замерзает в виде мелких кристаллов льда во всей массе творога, которые не разрушают его структуру, и после размораживания восстанавливаются первоначальные, свойственные ему консистенция и структура. Наблюдается даже устранение после размораживания нежелательной крупитчатой консистенции вследствие разрушения крупинок творога мелкими кристаллами льда. Замораживают творог в фасованном виде — блоками по 7−10 кг и брикетами по 0,5 кг при температуре от — 25 до — 30 0С в термоизолированных морозильных камерах непрерывного действия до температуры в центре блока — 18 и — 25 0С в течение 1,5−3 ч. Замороженные блоки укладывают в картонные ящики и хранят при этих же температурах в течение соответственно 8 и 12 мес. Размораживание творога проводят при температуре не выше 20 0С в течение 12ч.

Производство творога раздельным способом

При этом способе производства молоко, предназначенное для выработки творога, подогревают в пластинчатом аппарате до 40−45 0С и сепарируют с получением сливок с массовой долей жира не менее 50−55%. Сливки пастеризуют в пластинчатой пастеризационно-охладительной установке при 90 0С, охлаждают до 2−4 0С и направляют на временное хранение.

Обезжиренное молоко пастеризуют при 78−80 0С с выдержкой 20 с, охлаждают до 30−34 0С и направляют в резервуар для сквашивания, снабженный специальной мешалкой. Сюда же подаются закваска, хлорид кальция и фермент, смесь тщательно перемешивают и оставляют для сквашивания до кислотности сгустка 90−100 0 Т, так как при сепарировании сгустка с меньшей кислотностью сопла сепаратора могут засориться.

Полученный сгусток тщательно перемешивается и насосом подается в пластинчатый теплообменник, где вначале подогревается до 60−62 0С, а затем охлаждается до 28−32 0С, благодаря чему он лучше разделяется на белковую часть и сыворотку и творог.

При выработке жирного творога обезвоживание сепарированием проводят до массовой доли влаги в сгустке 75−76%, а при выработке полужирного творога — до массовой доли влаги 78−79%. Полученную творожную массу охлаждают на пластинчатом охладителе до 8 0С, растирают на вальцовке до получения гомогенной консистенции. Охлажденный творог направляют в месильную машину, куда дозирующим насосом подаются пастеризованные охлажденные сливки, все тщательно перемешивается. Готовый творог фасуют на автоматах и направляют в камеру для хранения.

По изложенной технологии получают жирный, полужирный, «Крестьянский», мягкий диетический, мягкий диетический плодово-ягодный творог.

Мягкий диетический творог вырабатывают путем сквашивания пастеризованного (85−90 0С) обезжиренного молока чистыми культурами молочнокислых стрептококков с удалением части сыворотки сепарированием с последующим добавлением части к нежирному творогу сливок. Для этого в пастеризованное и охлажденное до 28−34 0С обезжиренное молоко вносят при перемешивании закваску, хлорид кальция и раствор сычужного фермента (1−1,2 г/т). Смесь сквашивают до кислотности сгустка 90−110 0 Т (рН 4,3−4,5) или до 85−90 0 Т (сквашивание ускоренным методом). Готовый сгусток тщательно перемешивается мешалкой (5−10 мин) и с помощью насоса направляется в пластинчатый теплообменник, где он сначала нагревается до 60−62 0С для лучшего отделения сыворотки, а затем охлаждается до 28−32 0С. Далее сгусток дробиться с помощью сетчатого фильтра и поступает на сепаратор-творогоизготовитель для получения нежирного творога.

Полученный творог насосом подается сначала на трубчатый охладитель, где охлаждается до 8 °C и подается на смеситель-дозатор для смешивания с пастеризованным (85−90°С с выдержкой 15−20 с) и охлажденными до 10−17°С) сливками с массовой долей жира 50=55%.

Мягкий диетический творог должен содержать массовую долю жира не менее 11%, влаги не менее 73%; кислотность его должна быть не выше 210°Т. Творог должен иметь чистый кисломолочный вкус, нежную однородную консистенцию, слегка мажущуюся, белый с кремовым оттенком цвет, равномерный по всей массе.

1.3 Способы совместного осаждения казеина и сывороточных белков

Процесс осаждения сывороточных белков совместно с казеином подробно изучен. В его основе лежит способность сывороточных белков вступать в реакцию комплексообразования с мицеллами казеина. В зависимости от условий проведения процесса, доминирующими взаимодействиями могут быть, как было отмечено в предыдущем разделе, кальциевые мостики, дисульфидные связи или неспецифическая ассоциация.

Молочные белки имеют различную термоустойчивость, так температура коагуляции мицелл казеина составляет 140−200 оС, в — лактоглобулина 70−90 оС, б — лактоальбумина 72−114 оС, иммуноглобулинов 60−70 оС. В диапазоне температуры молока около 80 оС наступает денатурация в — лактоглобулина, которая приводит к активации свободных сульфгидрильных групп, способных вступать в межмолекулярные реакции тиолдисульфидного обмена. Причем молекулы в — лактоглобулина в основном образуют дисульфидные связи с к — казеином и, возможно, с бs2 — казеином.

Установлено, что кроме в — лактоглобулинов с мицеллами казеина связываются б — лактоальбумины и другие сывороточные белки. Комплексообразование начинается уже при 72 оС.

Кинетика процесса комплексообразования тесно связана с количеством белковых частиц. Анализ степени взаимодействия показал, что при избытке в — лактоглобулина реакция комплексообразования происходит между двумя молями в — лактоглобулина и одним молем кказеина. В молоке на одну мицеллу казеина, содержащую 700−800 молекул к — казеина, приходится около 1000 молекул в — лактоглобулина или 1500 молекул сывороточных белков. Электронная микроскопия показала, что мицеллы казеина, выделенные из нагретого молока, окружены оболочкой, состоящей из денатурированных сывороточных белков, полимеризовавшегося казеина и фосфатов кальция. По мере повышения температуры нагревания молока содержание сывороточных белков уменьшается в нем в 2−3 раза, а размер мицеллы казеина увеличивается на 10−35%.

Если молоко выдержать 20−30 минут при температуре 90 оС, то при подкислении до рН 4,6 практически все сывороточные белки выпадут в осадок вместе с казеином, а в сыворотке остается только протеозо-пептонная фракция. Этот метод выделения белков молока лег в основу кислотного способа производства копреципитатов. Для подкисления молока используют минеральные кислоты или кислую сыворотку, при необходимости раскисления молока предлагается метод электроактивации.

Полностью осадить белковый комплекс молока можно за счет внесения 0,06% СаСl2 с последующим нагреванием до 90оС. В этом случае механизм образования комплексов будет иным. Преобладающим взаимодействием становится связывание мицелл казеина с сывороточными белками через кальциевые мостики.

Процесс взаимодействия казеина и сывороточных белков при термокислотной обработке изучался польскими учеными. Ряд авторов исследовали физико-химические характеристики белковых комплексов из сырого молока, пастеризованного при 90 оС и осажденного кислотным способом, и пастеризованного при 90 оС в присутствии 3,6 М СаСl2. Анализ электронной микроскопии показал, что в сыром молоке мицеллы казеина занимали 36% всей поверхности изображения микропрепарата, а пастеризованного 48%. Водоудерживающая способность сгустка из сырого молока составляла 1,9 г воды на 1 г белка, из пастеризованного в присутствии кальция — 1,67 г воды на 1 г белка. Буферная емкость белкового комплекса пастеризованного молока в присутствии кальция, была выше, чем у сырого и пастеризованного молока, а сгусток, образующийся после коагуляции, имел более компактную структуру.

Кислотная коагуляция возможна как при воздействии молочнокислого брожения, так и в результате воздействия химических веществ (добавление к молоку кислоты). Происходящие при этом процессы основаны на осаждении казеина в изоэлектрической точке при рН 4,6 — 4,7.

Казеин как амфотерный электролит в результате диссоциации амино и карбоксильных групп получает заряд, знак которого зависит от рН, температуры, ионной силы, состава растворителей. Так, при рН выше изоэлектрической точки (что характерно для свежего молока) казеин имеет отрицательный зарядNH2 — R — COO -, при рН ниже изоэлектрической точки — положительный заряд NH3+ - R — COOH. В изоэлектрической точке казеин находится в виде электронейтральной молекулы с одинаковым количеством положительных и отрицательных зарядов.

Сущность кислотной коагуляции казеина заключается в потере заряда его частицами при приближении рН к изоэлектрической точке казеина. При этом растворимость, вязкость и набухание казеина минимальны. Изоэлектрические точки разных фракций казеина неодинаковы. Для б-, в-, гказеина они составляют соответственно 4,7; 4,9; 5,8−6,0.

Следовательно, при подкислении молока до рН 4,6−4,7 полностью коагулируют все фракции, составляющие мицеллу казеина (данные Вебба).

Сывороточные белки молока (в-лактоглобулин илактоальбумин) в силу особых условий гидратации переходят в сыворотку.

При нагревании молока значение показателя рН изоэлектрической точки казеина увеличивается, что вероятно, обусловлено образованием связи между ним и денатурированными сывороточными белками. Если температура молока во время подкисления находится в пределах 1 — 10 оС, то рН молока может понижаться до изоэлектрической области без видимой коагуляции казеина. Несмотря на то, что это свойство казеина давно известно и уже применяется на практике для непрерывного получения сгустка, процессы, происходящие при этом, не изучены. Между тем именно при непрерывном способе подкисления особенно важно знать, сразу ли происходит реакция при низкой температуре между добавляемой кислотой и составными частями молока и сколько времени необходимо для того, чтобы система достигла равновесия. При обычных условиях сквашивания, т. е. при температуре молока выше 15 — 20 оС, казеин очень чувствителен к изменению рН. Он начинает осаждаться уже при подкислении рН 5,2 — 5,3. При этом рН частицы казеина недостаточно стойки и некоторые из них коагулируют.

Одним из факторов, обусловливающих стойкость коллоидной системы, является солевое равновесие, которое, в свою очередь, зависит о концентрации ионов водорода. При постепенном введении в молоко ионов водорода от казеинового комплекса отщепляется кальций, в результате чего ускоряется коагуляция белков молока.

Схематично кислотную коагуляцию казеина можно представить следующим образом:

Вследствие увеличения концентрации ионов водорода фосфат кальция постепенно отщепляется от мицеллы. В изоэлектрической точке казеина фосфат кальция полностью теряет связь с ней. Установлено, что мицеллы казеина начинают осаждаться при рН 5,2−5,3, когда еще содержат кальций. Это обстоятельство усложняет выделение казеина, свободного от минеральных веществ.

В процессе кислотной коагуляции изменяется дисперсность частиц казеинового комплекса. Доказано, что по мере увеличения активной кислотности путем добавления в молоко молочной кислоты дисперсность частиц комплекса изменяется в две стадии. Сначала до рН 5,85 наблюдается увеличение дисперсности частиц, затем при дальнейшем повышении кислотности дисперсность уменьшается. Величина рН, характеризующая разделение этих стадий, значительно отличается от изоэлектрической точки и характеризует начало появления крупных частиц казеинового комплекса, из которых при последующем нарастании кислотности образуется пространственная гелевая структура молочного сгустка. Заметное образование гелевой структуры наблюдается при рН 5,2.

Для получения однородного сгустка при подкислении иногда применяют нейтральные водорастворимые ацидогенные вещества, которые способны медленно гидролизоваться, образуя при этом соответствующую кислоту. Применение кислот и ацидогенных веществ для подкисления молока позволяет интенсифицировать процесс кислотной коагуляции белков молока с целью непрерывного получения сгустка.

В нашей стране разработана технология осаждения копреципитатов с различным содержанием кальция, что достигается регулированием значения рН процесса коагуляции и количеством вносимого СаСl2.

В выделяемом белке содержание кальция находится в пределах 0,1−2% и более (к сухому веществу продукта).

В последние годы разработан ряд методов выделения комплекса молочных белков из смеси молочной сыворотки и обезжиренного молока.

В Германии внедрен в промышленность способ коагуляции белков, предусматривающий нейтрализацию кислой сыворотки раствором NaOH до рН 6,2−6,3, смешивание ее с молоком в соотношении 1:1, нагревание до 100 оС с выдержкой 5 минут, подкисление до значения рН 4,6, охлаждение и отделение белков. Процесс осуществляется в потоке, легко поддается автоматизации, а степень выделения белков составляет более 80%.

Элнас П.П. предложил следующий способ выделения белка из творожной сыворотки. Кислую сыворотку, раскисляют до рН 6,7 — 6,9, добавляют 10% обезжиренного молока, нагревают смесь до 90−92 оС, подкисляют до рН 4,5−4,6 или добавляют 0,125−0,220% CaCl2.

Большинство разработанных способов совместного осаждения белков обезжиренного молока и молочной сыворотки предусматривают их смешивание, образование комплексов между белками, а затем их осаждение.

Примеры использования сывороточных белков при производстве сыров были известны давно. Вырабатывался сыр чеддер с добавлением в исходное молоко сывороточных белков в количестве 3 — 15% в жидком или сухом виде. Белок добавляли в молоко или в готовое зерно. В результате выход продукта увеличивался на 17%, но качество продукта при этом ухудшалось.

Во Франции разработан способ выделения растворимых белков путем доведения рН сыворотки до 4,6 — 4,7 в сочетании с тепловой денатурацией, причем сыворотку перед подогревом концентрировали. Затем полученный таким образом белок вносили в молоко, предназначенное для выработки сыра. Другой известный способ во Франции предусматривает внесения в молочную сыворотку микроорганизмов, которые в процессе жизнедеятельности превращают лактозу в молочную кислоту и микробную плазму. Затем ее вносят в сырный сгусток и получают новый сыр, обогащенный ценным компонентом молочной сыворотки.

Сывороточные белки, особенно в последние годы, нашли достаточно широкое применение в производстве натуральных сыров: мягких и полутвердых.

В США вырабатывают сыр рикотта на основе молочной сыворотки, получаемой при производстве сыров чеддер, хаскер, монтерей, джен, мозарелла и швейцарского с добавлением некоторого количества цельного или сухого обезжиренного молока, причем соотношение этих компонентов составляет от 90:10 до 97:3.

Сыр, полученный из смеси сыворотки и сухого обезжиренного молока, отмечается большим содержанием белка, чем сыр из смеси сыворотки и сухого цельного молока. В последнем случае рикотта обладает более выраженным вкусом.

В США также была исследована возможность получения сыра рикотта с использованием сгущенной сыворотки. Сыворотку из-под сыра мозарелла сгущали до концентрации сухих веществ 10,3; 14,9; 18,0; 20,9; 25,1; 28,7 и 37,9%. Консистенция сыров существенно ухудшалась с повышением содержания сухих веществ в сгущенной сыворотке более 20%. Наиболее качественные сыры были получены с применением сыворотки с концентрацией сухих веществ 18−19%.

В Италии вырабатывают сыр рикотта, отличающийся от американского более пластичной консистенцией за счет внесения желатина.

Во Франции разработан способ производства сыра рикотта, позволяющий максимально выделить сгусток из смеси с одновременным сокращением продолжительности процесса производства, с контролем и регулированием качества получаемого сырного сгустка.

По данному способу, сыворотку, получаемую при выработке мягкого сыра, нагревают в теплообменнике до 65 оС и до 95 оС — пароконтактным способом, подкисляют до рН 4,7, выдерживают, охлаждают до 35 оС и пропускают через саморазгружающийся сепаратор. Полученную жидкую массу, обогащенную белком с содержанием сухих веществ 12−20%, используют для производства сыра.

В бывшей Югославии также, как и в США был разработан способ производства сыра с применением сгущенной сыворотки, полученной при выработки сыров типа трапис или гауда, которую концентрировали до 13,5−13,8%. Осаждение белков производили путем нагревания сыворотки с кислотностью 55 оТ до температуры 85−95 оС в течение 5−10 мин с использованием 25%-ного раствора ацетата натрия. Полученный белок использовали как в качестве низкожирного (100 кал/кг) диетического продукта, так и в качестве добавки при производстве различных видов сыров.

Определенный опыт по использованию сывороточных белков при производстве сыров накоплен и в нашей стране.

Так, например, сырную массу «Кавказ», которую относят к группе мягких сыров, вырабатывают из несепарированной подсырной сыворотки с содержанием соли до 1,5% с добавлением обезжиренного молока или пахты.

Известен также альбуминный творог и альбуминные сырки, которые вырабатывают из подсырной сыворотки кислотностью 14−18 оТ. Ее нагревают до 93 оС вносят кислую сыворотку из расчета повышения кислотности до 30−35 оТ. Полученную таким образом, смесь выдерживают при температуре 93−95 оС в течение 1−2 ч, а затем охлаждают до 30−40 оС. Осветленную сыворотку осторожно сливают. Выделившиеся хлопья белка выкладывают в бязевые или лавсановые мешки для самопрессования в течение 3−4 ч (до содержания сухих веществ 26%). Вырабатывают альбуминный творог и сырки с добавлением вкусовых и ароматических наполнителей. Их хранят при температуре не выше 8 оС не более 36 ч.

Анализ технологических особенностей сыра рикотта и сырной массы «Кавказ» позволил ученым ФГУП НИИКИМ и Северо-Кавказского государственного технического университета предложить способ производства мягкого сыра, который предусматривает двухстадийную температурную обработку несепарированной подсырной сыворотки при температуре 70 оС и цельного молока при 95 оС, дальнейшее их смешивание, добавление 0,1% хлористого кальция, подкисление осветленной кислой сывороткой до рН 4,6−5,0 с выдержкой 10−15 минут. Содержание молока в смеси 30−40%. При этом способе степень выделения белков, в частности сывороточных, достигает до 60 — 65%. Это в свою очередь повышает пищевую и биологическую ценность сыра.

Механизм коагуляции протекает по следующей схеме:

— мицеллы казеина играют роль центров коагуляции сывороточных белков и способствуют их агрегации и более полному осаждению;

— одновременно с коагуляцией сывороточных белков происходит кислотная коагуляция казеина, наряду с образованием межмолекулярных связей между казеином и сывороточными белками, имеющих химическую и физико-химическую природу.

При этом первые процессы преобладают при соотношении молока и сыворотки до 8:2, а вторые до 1:1.

Альбуминный творог получают также следующим образом. Подкисленную (творожную) сыворотку, кислотностью 25−30 оТ отваривают в ваннах или в других устройствах, снабженных подогревом при температуре 90−95 оС, продолжительность процесса 2−3 ч.

При отваривании сыворотки, сывороточные белки образуют хлопья, которые осаждаются или частично всплывают. После удаления сыворотки альбуминную массу охлаждают до 25−28 оС. Затем в нее вносят 3% закваски, приготовленной на обезжиренном молоке, тщательно перемешивают, после стекания сыворотки ее помещают на 3−5 ч под пресс. Отпрессованную массу охлаждают до 5−7 оС.

В Грузии из сыворотки, получаемой при производстве сыра сулугуни, имеретинского вырабатывают творог «Надуги», для его производства используют сыворотку с массовой долей жира 0,8% и кислотностью не выше 35 оТ. Отваренную и охлажденную альбуминную массу прессуют до содержания влаги не более 74%, при выработке «Надуги» с мятой содержание влаги должно быть не выше 73%[15].

Таким образом, применение совместной коагуляции молока и сыворотки в производстве сыров и других белковых продуктов позволяют полнее использовать основные компоненты молока и тем самым увеличивать выход готовых продуктов примерно на 7−10%, и повысить их биологическую ценность.

1.4 Цели и задачи исследования

Задачей данной дипломной работы является исследование возможности использования микрогранулированного белка в технологии обезжиренного творога, изучение его влияния на физико-химческие и органолептические показатели готового продукта, а также изучение влияния вносимого белка на выход готового продукта. Для этого, учитывая нетрадиционность сырья, необходимо изучить его состав и свойства; исследовать процесс ферментации обезжиренного молока с добавлением микрогранулированного белка, органолептические показатели готового продукта, оценить изменение выхода готовой продукции; на основании полученных экспериментальных данных разработать технологию производства обезжиренного творога с использованием микрогранулированного белка.

2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

2.1 Организация работы и методы проведения исследований

Исследования проводились на кафедре прикладной биотехнологии Северо-Кавказского государственного технического университета. Объектом исследований был обезжиренный творог, вырабатываемый по классической технологии, с внесением микрогранулированного белка (производство компании CP Kelco (USA); содержание белка 50−53%). Схема проведения исследований приведена на рисунке 2.1.

Для проведения экспериментальных исследований на различных этапах применялся комплекс физико-химических и биологических методов:

1) определение температуры — термометрически (термометр в оправе) по ГОСТ 9177–74;

2) определение массовой доли сухих веществ — рефрактометрически по ГОСТ 3626–83 и ГОСТ 8764–73;

3) определение титруемой кислотности — титрометрически по ГОСТ 8764–92 (по методикам для молочной сыворотки).

Рисунок 2.1 — Схема проведения исследований

2.2 Исследование состава и свойств сырья

В работе в качестве сырья использовалось обезжиренное молоко. Качество обезжиренного молока определяется сортностью цельного молока, условиями сепарирования, дальнейшей обработки и хранения. Исходя из этих положений, доброкачественное обезжиренное молоко по органолептическим показателям должно соответствовать требованиям, приведенным в таблице 2.1. Физико-химические показатели обезжиренного молока приведены в таблице 2.2.

Таблица 2.1- Органолептические показатели обезжиренного молока.

Таблица 2.2 — Физико-химические показатели обезжиренного молока

Согласно литературным данным, при производстве творожных продуктов 80 — 85% молочного сырья (молочной сыворотки) не в достаточном количестве используется в пищевых целях. При выработке творога получают два продукта — творог (как основной продукт) и творожную сыворотку (как побочный). Наибольшую ценность в творожной сыворотке представляют сывороточные белки, которые содержат весь набор незаменимых аминокислот.

Представляется целесообразным использование комплексов сывороточных белков и казеина получаемых из молока и сыворотки в производстве творога и творожных продуктов, что является особо актуальным и представляющим как научный, так и практический интерес.

Сывороточный белок SIMPLESSE 100 - это многофункциональная пищевая добавка, которая позволяет вернуть часть сывороточных белков в сгусток. Продукт изготовлен путем тепловой обработки концентрата сывороточного белка в условиях сильного сдвига для образования микрочастиц. Показатели состава SIMPLESSE 100 и влияние размера частиц на восприятие структуры приведены в таблицах 2.3 и 2.4.

Таблица 2.3 — Состав сывороточного белка SIMPLESSE 100

Таблица 2.4 — Влияние размера частиц на восприятие текстуры

2.3 Исследование влияния массовой доли микрогранулированного белка на выход, структуру и органолептические показатели творога

Для оценки влияния массовой доли микрогранулярного белка на выход, структуру и органолептические показатели творога была произведена выработка серии образцов с различным содержанием микрогранулированного белка.

Для изучения влияния концентрации вносимого микрогранулированного белка несколько образцов исследуемого сырья подвергались обработке при различных концентрациях:

— концентрация 0,3%;

— концентрация 0,5%;

— концентрация 0,7%;

— концентрация 1,0%;

— концентрация 1,3%.

При составлении смеси микрогранулированный белок растворялся в небольшом количестве обезжиренного молока при температуре 35−40 оС. Далее смесь вносилась в основной объем исследуемого образца и пастеризовалась при температуре 82±2 оС с выдержкой 10−15с. Образцы охлаждались до температуры 35 ± 2 оС и заквашивались чистой культурой молочнокислых микроорганизмов Lactococcus cremoris subsp. diacetylactis в количестве 3−5% от массы смеси. В охлажденную смесь вносился хлористый кальций в количестве 0,1% (40%-го раствора) от массы заквашиваемой смеси. Сквашивание проходило при температуре 35 ± 2 оС в течение 12−14 часов. По окончанию сквашивания сгусток разрезался на кубики с размером граней 2 мм и отваривался при температуре 72 ± 2 оС. После отваривания охлажденный до 20 оС сгусток обезвоживался в лавсановых мешочках.

В ходе эксперимента было проведено три повторности. Физико-химические и органолептические показатели творога и сыворотки представлены в таблицах 2.5, 2.6, 2.7 и на рисунке 2.2.

Таблица 2.4 — Повторность № 1

Таблица 2.5 — Повторность № 2

Таблица 2.6 — Повторность № 3

Рисунок 2.2 — Органолептическая оценка образцов творога Изменение выхода готового продукта определяли по формуле:

В=((СВ*Мтв)оп.обр./(СВ*Мтв.)контр) *100, %,

где В — выход готового продукта, %;

СВсухие вещества, %;

Мтв — масса творога, г;

Результаты расчетов выхода готового продукта представлены на рисунке 2.3.

Рисунок 2.3 — Изменение выхода творога от количества внесенного микрогранулированного белка.

По результатам проведенных исследований было определенно, что при внесении 0,3−0,7% микрогранулированного белка в смесь для творога не наблюдается существенных отличий опытного образца от контрольного по органолептическим и физико-химическим показателям. Оптимальной концентрацией микрогранулированного белка в смеси будет 1,0−1,3%. Внесение указанного количества белка позволяет существенно повысить выход готового продукта от 15 до 20%. По органолептическим и физико-химическим показателям полученный продукт значительно не отличается от традиционного. С увеличением массовой доли белка в продукте консистенция становится более нежной, а вкус становится сливочным, при этом массовая доля жира в продукте остается неизменной.

2.4 Исследование влияния температуры второго нагревания сгустка на выход и качество готового продукта

Учитывая необходимость второго нагревания сгустка при выработке творога, возникает проблема выбора режима второго нагревания. С этой целью был проведен эксперимент для выявления зависимости органолептических показателей творога от температуры второго нагревания сгустка.

Для изучения влияния температуры второго нагревания сгустка на органолептические показатели творога было проведено несколько выработок обезжиренного творога при различных режимах второго нагревания сгустка:

— температура 65−70 оС;

— температура 70−75 оС;

— температура 75−80 оС;