Разработка и исследование технологии комбинированного масла сбалансированного липидного состава

Питание — важнейший фактор, определяющий здоровье человека. Рациональным принято считать питание, удовлетворяющее энергетическим, пластическим и другим потребностям организма и обеспечивающее при этом необходимый уровень обмена веществ. Нерациональное питание приводит к нарушениям обмена веществ и расстройству функционального состояния систем организма, особенно пищеварительной, сердечно-сосудистой и центральной нервной системы.

Современные представления о рациональном питании получили выражение в концепции сбалансированного питания, разработанной под руководством академика А. А. Покровского, утверждающей, что обеспечение нормальной жизнедеятельности организма возможно только при условии снабжения его достаточным количеством энергии, белка и соблюдения строго определенных соотношений между многими пищевыми и биологически активными веществами — аминокислотами, жирными кислотами, минеральными веществами, включая микроэлементы, витаминами и др. Особое значение придается сбалансированности незаменимых, так называемых эссенциальных веществ, не синтезируемых в организме человека или синтезируемых с недостаточной скоростью или в ограниченном количестве.

К одним из жизненно необходимых компонентов пищи, во многом определяющим ее биологическую ценность и вкусовые достоинства, относятся липиды. Основным фактором, характеризующим эффективность использования пищевых липидов организмом, является сбалансированность их жирнокислотного состава. Особая роль в составе липидов принадлежит эссенциальным полиненасыщенным жирным кислотам, не синтезируемым в организме человека.

Молоко и молочные продукты относятся к незаменимым продуктам питания, используемым человеком во все периоды его жизни. В составе этих продуктов представлены все необходимые для нормального развития организма вещества в сбалансированном состоянии. Молочный жир по своим вкусовым и биологическим свойствам относится к лучшим животным жирам и характеризуется высокой (до 98%) усвояемостью. В то же время он имеет и ряд негативных свойств — дефицит незаменимых полиненасыщенных жирных кислот при избыточном содержании насыщенных жирных кислот и холестерина, недостаточная пластичность (способность к намазыванию) при температуре комнатного холодильника.

Исследования по повышению пищевой и биологической ценности молочного жира стали основой создания новой группы продуктов с модифицированной жировой фазой на основе комбинирования молочного и композиций немолочных жиров. Подбор жиров для этой цели должен осуществляться, базируясь на научных принципах, разработанных Институтом Питания. Основу их составляет требование о сохранении пищевой ценности молочных продуктов и их органолептических показателей с возможной коррекцией негативных свойств молочного жира. Рациональное комбинирование нескольких источников липидов при разработке новых видов молочных продуктов имеет большое значение с экономической точки зрения, так как позволяет предприятиям минимизировать затраты на сырье, а также снизить зависимость производства от сезонных колебаний поступления молока.

Целью настоящей работы явилось создание комбинированного масла на основе композиции молочного жира и рафинированных дезодорированных растительных масел в соотношениях, рассчитанных в соответствии с требованиями современной концепции сбалансированного питания.

1 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ.

ВЫВОДЫ.

1. Изучена возможность создания молочно-растительных жировых композиций с заданным соотношением основных жирнокислотных фракций. Установлено, что замена на 40% молочного жира подсолнечным высокоолеиновым маслом при производстве комбинированного масла позволяет в значительной степени скорректировать жирнокислотный состав его липидной составляющей в соответствии с современными требованиями концепции сбалансированного питания.

2. Исследовано влияние отдельных технологических факторов, таких как массовая доля жира в продукте, количество вносимых эмульгаторов и температура диспергирования молочно-растительной смеси на свойства комбинированного масла. Полученные данные позволили установить оптимальные технологические параметры, позволяющие вырабатывать продукт с хорошими органолептическими свойствами и высокой степенью обращения фаз жировой дисперсии: массовая доля жира в продукте от 72%), температура диспергирования молочно-растительной жировой смеси 35−48 °С и количество эмульгаторов 0,75−1%.

3. Установлено, что включение в рецептуру комбинированного масла композиции эмульгаторов, представляющей собой смесь лецитина и монои диглицеридов жирных кислот в соотношении 1:1 в значительной степени способствует упрочнению его структуры, а также придает продукту хорошую термоустойчивость и способствует удержанию свободного жидкого жира в его структурной решетке.

4. На основании результатов исследований разработана технология производства комбинированного масла, включающая в себя последовательное осуществление следующих технологических операций: приемку, сортировку и первичную обработку молока, получение сливок средней жирности, их тепловую обработку, получение высокожирных сливок, растворение эмульгаторов в растительном масле, смешение рецептурных компонентов, нормализацию и диспергирование смеси, ее пастеризацию, преобразование смеси в масло и его фасовку.

5. Изучен химический состав комбинированного маслаполученные данные позволили дать характеристику его пищевой ценности и биологической эффективности. Установлено, что использование подсолнечного высокоолеинового масла способствует значительному повышению биологической эффективности липидной составляющей продукта (коэффициент использования липидов 0,78), снижению содержания в нем холестерина и транс-изомеров жирных кислот, а также повышению содержания токоферолов. Включение в состав продукта лецитина, позволило увеличить содержание в нем фосфолипидов, что также способствовало повышению его биологической ценности.

6. На основании результатов исследования изменения органолептических, физико-химических и микробиологических показателей комбинированного масла в процессе хранения при различных температурных режимах установлены гарантийные сроки его реализации: при температуре -10±2 °С — 30 суток, при температуре 4 + 2 °C — 25 суток.

Разработана технология и нормативная документация комбинированного масла «Новое» (ТУ 9221−061−2 068 315 -02).

1.5 ЗАКЛЮЧЕНИЕ ПО ОБЗОРУ ЛИТЕРАТУРЫ И ЗАДАЧИ.

ИССЛЕДОВАНИЙ.

Анализ литературных данных показывает, что наиболее простым и доступным для осуществления методом корректировки жирнокислотного состава молочных продуктов является комбинирование молочного жира с жирами немолочного происхождения, в частности с растительными маслами, обладающими очень высоким содержанием полиненасыщенных жирных кислот.

На основе этого метода во многих странах разработан и освоен метод в производстве широкий ассортимент продуктов. Молочно-жировые продукты со сбалансированным жирнокислотным составом предназначены для питания людей всех возрастных групп, нуждающихся в профилактике нарушений липидного обмена, а также для диетического питания различных категорий больных.

Основу технологии всех вырабатываемых молочных продуктов с комбинированной жировой фазой составляет получение однородной молочно-жировой эмульсии. Для получения прочных концентрированных эмульсий необходимо введение в систему специальных стабилизирующих веществ — эмульгаторов, которые снижают поверхностное натяжение и образуют на поверхности капелек механически прочные защитные слои адсорбционного происхождения.

Основные принципы выбора традиционных пищевых добавок связаны сегодня с ориентацией на группу безвредных соединений природного происхождения или их синтетических аналогов, наиболее перспективны из которой добавки, обладающие комплексом технологических свойств и высокой эффективностью действия. В этом случае совокупность всех технологических функций, необходимых для создания конкретного продукта с заданными потребительскими свойствами будет обеспечена введением максимально ограниченного числа добавок в минимальных концентрациях.

Большой интерес в отношении использования в качестве эмульгаторов представляют фосфолипиды и монои диглицериды жирных кислот, относящиеся к группе безопасных добавок, применяемых без ограничений. Особенность эмульгирующих свойств данных групп эмульгаторов заключается в способности образовывать и поддерживать в однородном состоянии как прямые, так и обратные эмульсии, что распространяет их использование на все виды пищевых эмульсий. Препараты фосфолипидов, кроме того, обладают высокой биологической эффективностью, связанной с уменьшением содержания холестерина в организме, улучшения функции печени и состояния центральной и периферической нервной систем, торможением процессов старения и нормализацией иммунобиологической реактивности организма.

Целью настоящей работы явилось создание комбинированного масла на основе композиции молочного жира и рафинированных дезодорированных растительных масел, жирнокислотный состав которого был бы максимально приближен к составу эталонного липида, разработанного Институтом Питания РАМН. Для достижения поставленной цели были определены следующие задачи:

— осуществить подбор растительного масла с целью его использования для корректировки жирнокислотного состава комбинированного масла и провести расчет оптимального соотношения молочного жира и растительного масла с учетом требований современной концепции сбалансированного питания;

— изучить влияние основных технологических факторов на свойства комбинированного масла и на основании результатов исследований уточнить рецептуру продукта и установить оптимальные технологические режимы его производства;

— исследовать влияние отдельных технологических факторов на структурно-механические характеристики продукта;

— изучив химический состав комбинированного масла, дать характеристику его пищевой ценности и биологической эффективности;

— на основании результатов проведенных исследований разработать технологическую схему производства комбинированного масла;

— провести исследование изменения качества комбинированного масла в процессе хранения с целью установления оптимального срока его реализации;

— разработать нормативную документацию на новый вид комбинированного масла.

2. МЕТОДОЛОГИЯ ПРОВЕДЕНИЯ РАБОТЫ.

2.1 ОРГАНИЗАЦИЯ ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ.

Экспериментальные исследования проводили в соответствии с поставленными задачами в Кемеровском технологическом институте пищевой промышленности. Общая схема и последовательность выполнения экспериментальных исследований приведена на рисунке 2.1.

Работа состоит из нескольких взаимосвязанных этапов.

На первом этапе эксперимента проводился подбор компонентов жировой основы комбинированного масла с направленным жирнокислотным составом, регулируемым в соответствии с требованиями современной концепции сбалансированного питания. Была изучена возможность создания молочно-растительных жировых композиций с заданным жирнокислотным составом. С целью частичной замены молочного жира в разрабатываемом продукте были апробированы различные растительные масла — подсолнечное, подсолнечное высокоолеиновое, соевое, кукурузное, оливковое и рапсовое. Расчет оптимального соотношения компонентов жировой основы комбинированного масла был произведен на ЭВМ с использованием методов линейного программирования.

На втором этапе исследований было исследовано влияние массовой доли жира в разрабатываемом продукте, температуры диспергирования молочно-растительной смеси и дозы эмульгаторов на свойства комбинированного масла. С целью исследования влияния указанных факторов на органолептические свойства готового продукта и на степень завершенности обращения фаз в процессе маслообразования был проведен трехфакторный эксперимент. Варианты опытных разработок комбинированного масла были подобраны в соответствии с рекомендациями математической теории планирования эксперимента. В результате обработки экспериментальных данных методом регрессионного анализа были получены уравнения, описывающие зависимость контролируемых параметров от изучаемых.

Этапы Изучаемые Контролируемые исследований факторы параметры.

Рис. 2.1. Общая схема выполнения экспериментальных исследований факторов.

На основании полученных зависимостей была уточнена рецептура комбинированного масла и выбраны оптимальные технологические параметры для его производства.

Третий этап работы состоял в определении основных реологических характеристик исследуемого продукта. На основании полученных данных были построены реограммы, описывающие поведение комбинированного масла в условиях сдвиговой деформации.

На четвертом этапе исследований был проведен анализ химического состава комбинированного масла и дана характеристика его биологической эффективности и пищевой ценности.

Заключительный этап работы состоял в исследовании изменения органолептических, физико-химических и микробиологических показателей комбинированного масла в процессе хранения при различных температурных режимах. По результатам проведенных исследований были установлены оптимальные сроки реализации продукта.

Число опытов на всех этапах эксперимента определяли, исходя из требований точности результатов проводимых исследований, но не менее, чем в трех повторениях.

2.2 МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ.

В соответствии с поставленными задачами исследований их решение осуществляли с использованием общепринятых как стандартных, так и частных методов.

2.2.1 Методы исследования исходного сырья.

Массовую долю жира в сливках определяли кислотным методом Гербера по ГОСТ 5867– — 90;

— массовую долю сухих веществ в сливках определяли по ГОСТ 3626– —73;

— титруемую кислотность сливок определяли по ГОСТ 3624– — 92;

— бактериальную обсемененность сливок определяли пробой на редуктазу по ГОСТ 9225– —84;

— общий белок в сливках определяли методом Кьельдаля по ГОСТ 23 327–78;

— термоустойчивость сливок определяли пробой на кипячение по ГОСТ 25 228–82;

— содержание фосфолипидов в сливках определяли колометрическим методом [127];

— физико-химические константы молочного жира и растительного масла определяли в соответствии с методиками [127];

— перекисное число растительного масла определяли йодометрическим методом по ГОСТ 26 593– — 85.

2.2.2 Методы исследования комбинированного масла.

Массовую долю жира определяли методом Гербера по ГОСТ 5867–90;

— массовую долю влаги определяли по ГОСТ 3626– — 73;

— титруемую кислотность молочной плазмы определяли по ГОСТ 3624– — 92.

Степень деэмульгирования жира определяли по следующей методике: в жиромер для молока отвешивали 1 г исследуемого молока, наливали в него 21 см³ воды при температуре 20−23 °С и, закрыв пробкой, помещали в водяную баню при 65 °C на 10 минут. Затем жиромер центрифугировали 10 минут и вновь выдерживали в водяной бане при 65 °C Юминут, после чего отсчитывали количество выделившегося молочного жира. Степень деэмульгирования жира рассчитывали по формуле: п^Щ лоо% ж, где Д — степень деэмульгированния жира, %;

Ж1 — содержание жира в исследуемом продукте, %;

Ж2 — отсчет выделившегося жира в образце продукта с водой после центрифугирования, % [23].

Оценку стойкости эмульсий проводили в соответствии с ГОСТ Р 5 017 393, согласно которому определение прочности эмульсий состояло из двух частей:

1) Центрифужную пробирку емкостью 10 мл и ценой деления 0,1 мл заполняли эмульсией до верхнего деления, затем пробирку помещали в электрическую центрифугу и центрифугировали в течение 5 минут с частотой вращения 1500 мин" 1.

2) После центрифугирования эту же пробирку помещали в кипящую водяную баню на 3 минуты, а затем снова центрифугировали 5 минут при той же частоте вращения.

Выражая количество выделившегося жира в процентах от общего содержания жира в образце, прочность эмульсии рассчитывали по формуле:

X=(Vxl00)/10, где X — прочность эмульсии, %;

V — объем неразрушенной эмульсии, мл;

10 — объем образца эмульсии, мл.

Коэффициент разбрызгивания для комбинированного масла определяли путем прямого взвешивания массы продукта, разбрызгиваемого при нагревании с определенной площади при температуре 170+2 °С, улавливаемого с помощью фильтровальной бумаги, по отношению к массе взятого для анализа образца [142].

Реологические характеристики определяли вискозиметрически на ротационном вискозиметре «Reotest — 2». Напряжение сдвига (0, Па) определяли по формуле:

Q-Z-a, где Z — константа цилиндра (Si/S или S2/S или H/h) — ос — показания прибора.

Эффективную вязкость (г|эф) вычисляли по формуле: 0 У где Т|эф— скорость сдвига, с" 1.

Кривые течения описывали уравнением Гершеля-Балкли, имеющим вид: е = о0+ку где 0О — предельное напряжение сдвига, Пак — коэффициент консистенции, Па • су — скорость сдвига, с" 1- п — индекс течения.

Коэффициенты уравнения Гершеля-Балкли находили графически, методом построения касательной к кривой течения: 0О — участок оси абсцисс, отсекаемый касательнойп — тангенс угла наклона касательной к кривойк.

Термоустойчивость определяли методом термостатирования образца масла (цилиндра диаметром и высотой по 20 мм) при температуре 30 ± 1 °C в течение 2 часов. Мерой термоустойчивости служило отношение начального диаметра исследуемого образца к среднему диаметру основания образца после его термостатирования [23];

— вытекание свободного жидкого жира определяли по следующей методике: пробу масла в форме кубика с длиной ребра 3,5 см помещали на 5 слоев фильтрованной бумаги, уложенной в чашку Петри и выдерживали в термостате при 25 °C в течение 30 минут, после чего удаляют с бумаги остатки масла. Количество вытекшего жира определяли по формуле: где а, в, с — масса чашки Петри с фильтровальной бумагойс фильтровальной бумагой и кубиком маслас пропитанной жиром фильтровальной бумагой и свободно вытекшим жиром соответственно [23].

— жирнокислотный состав определяли по ГОСТ Р 51 483 — 99;

— жирнокислотный скор и коэффициент эффективности липидов рассчитывали по методике [124];

— перекисное число определяли по ГОСТ 26 593– — 85;

— количество МАФАМ, БГКП и патогенных микроорганизмов определяли по ГОСТ 9225– — 84;

— для определения оптимальных технологических параметров выработки продукта применялись методы математического планирования многофакторного эксперимента [89]. эффективная вязкость при скорости сдвига у = 1с" 1. в-а.

3 РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ АНАЛИЗ.

3.1 ПОДБОР КОМПОНЕНТОВ ЖИРОВОЙ ОСНОВЫ КОМБИНИРОВАННОГО МАСЛА С НАПРАВЛЕННЫМ ЖИРНОКИСЛОТНЫМ СОСТАВОМ.

На данном этапе работы была изучена возможность создания молочно-растительных жировых композиций с заданным жирнокислотным составом, регулируемым в соответствии с современными требованиями концепции сбалансированного питания. Для научно-обоснованного подбора компонентов жировой основы комбинированного масла были использованы данные жирнокислотного состава молочного жира и наиболее распространенных растительных масел — подсолнечного, подсолнечного высокоолеинового, кукурузного, оливкового, соевого и рапсового, представленные в таблице 3.1. Биологическая эффективность рассчитываемых композиций оценивалась по степени приближения их жирнокислотного состава к оптимальной в биологическом отношении формуле сбалансированности жирных кислот: 20−40% насыщенных, 50−60% мононенасыщенных и 10−20% полиненасыщенных жирных кислот.

Расчет оптимальных соотношений жировых компонентов был осуществлен с использованием методов линейного программирования — путем нахождения экстремума линейной целевой функции при ограничениях, заданных системой линейных неравенств. В общем случае задача линейного программирования формулируется следующим образом: определить значения хь х2,., хп, при которых целевая функция (Ц.Ф.) достигает экстремума с, л", +с2×2 +. + спхп —" min (max)Z/..

11*1 + а12Х2 + •¦¦ + апХп ^6,.

21*1 +о22×2+. + а2 пх&bdquo- =Ъ2.