Совершенствование технологии функциональных кисломолочных продуктов с лактулозой
На правах рукописи
Брацихина Мария Александровна СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ КИСЛОМОЛОЧНЫХ ПРОДУКТОВ С ЛАКТУЛОЗОЙ Специальность 05.18.04 – Технология мясных, молочных и рыбных продуктов и холодильных производств
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук
Ставрополь – 2013 2
Работа выполнена в ФГАОУ ВПО «Северо-Кавказский федеральный университет» Рябцева Светлана Андреевна, Научный руководитель – доктор технических наук, профессор Официальные оппоненты – Жидков Владимир Евдокимович, доктор технических наук, профессор, Технологический институт сервиса (филиал) ФГБОУ ВПО «Донской государственный технический университет» в г. Ставрополе, директор Жарникова Ирина Викторовна, доктор биологических наук, ФКУЗ «Ставропольский научно-исследовательский противочумный институт», ведущий научный сотрудник Ведущая организация – ФГБОУ ВПО «Волгоградский государственный технический университет» (ВолгГТУ), г. Волго град.
Защита состоится «08» июля 2013 г. в 1000 часов на заседании диссер тационного совета Д 212.245.05 на базе ФГАОУ ВПО «Северо-Кавказский федеральный университет» по адресу: 355009, г. Ставрополь, ул. Пушкина, 1, корп. 3, ауд. 506.
С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке ФГАОУ ВПО «Северо-Кавказский федеральный университет» по адресу: 355009, г.
Ставрополь, ул. Дзержинского, д. 120.
Автореферат разослан «» 2013 г.
Ученый секретарь диссертационного совета, доктор технических наук, профессор В.И. Шипулин
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность работы. Важнейшим направлением государственной политики Российской Федерации является сохранение и укрепление здоровья населения, профилактика заболеваний, обусловленных неполноценным и не сбалансированным питанием. Эта задача может быть решена за счет развития производства пищевых продуктов функционального назначения, которые оказывают регулирующее действие на организм в целом или на отдельные органы и способны заменить многие лекарственные препараты.
Существенный вклад в развитие технологии продуктов функциональ ного питания внесли отечественные ученые Г.Б. Гаврилов, Н.Б. Гаврилова, В.И. Ганина, И.А. Евдокимов, Л.А. Забодалова, З.С. Зобкова, В.В. Крючкова, С.А. Рябцева, В.Ф. Семенихина, Н.А. Тихомирова, В.А. Тутельян, В.Д. Хари тонов, Д.В. Харитонов, А.Г. Храмцов, Б.А. Шендеров и др., а также зарубеж ные ученые R. Fuller, G.R. Gibson, T. Mitsuoka, J. Milner, E. Montgomery и др.
Среди полезных для здоровья продуктов питания особый интерес представляют ферментированные продукты, обогащенные веществами пре биотического действия. Наиболее изученным пребиотиком является лактуло за, которая признана классическим бифидус-фактором.
В последние годы в нашей стране появилось довольно много работ, по священных разработке различных молочных и комбинированных продуктов с лактулозой и лактулозосодержащими бифидогенными добавками. При этом для получения кисломолочных продуктов применяется широкий спектр за квасок и разных пищевых добавок, взаимодействие которых может быть до статочно сложным и пока недостаточно изучено. Так как имеющиеся в лите ратуре данные о влиянии лактулозы на свойства заквасочной микрофлоры и кисломолочных продуктов являются отрывочными и противоречивыми, ис следования в этой области являются актуальными.
Целью диссертационной работы является изучение влияния лактуло зы на метаболизм заквасочной микрофлоры, процессы получения и свойства кисломолочных продуктов, как основы совершенствования их технологии.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи ис следований:
изучить влияние лактулозы на активность кислотообразования • заквасочной микрофлоры, продолжительность сквашивания и постокисление кисломолочных продуктов;
изучить влияние лактулозы на сахаролитические свойства заква • сочной микрофлоры и углеводный состав продуктов;
изучить влияние лактулозы на протеолитическую активность за • квасочной микрофлоры;
изучить влияние лактулозы на способность заквасочной микро • флоры к синтезу экзополисахаридов;
изучить влияние лактулозы на структурно-механические свой • ства сгустка и на консистенцию кисломолочных продуктов;
изучить влияние лактулозы на выживаемость заквасочной мик • рофлоры в неблагоприятных условиях и сроки хранения кисломолочных продуктов;
определить оптимальные параметры производства кисломолоч • ных продуктов с лактулозой;
усовершенствовать технологию производства кисломолочных • продуктов с лактулозой;
разработать техническую документацию на кисломолочные про • дукты, провести ее промышленную апробацию;
изучить состав и свойства полученных кисломолочных продуктов;
провести оценку экономической эффективности и безопасности • разработанных технологий.
Научная новизна. Проведены комплексные исследования влияния лактулозы на свойства микрофлоры заквасок для сметаны, творога, йогурта, пробиотика Lactobacillus rhamnosus и продуктов на их основе. Получены данные о влиянии концентрации лактулозы на постокисление кисломолоч ных продуктов и изменение их углеводного состава в процессе хранения. По казано, что лактулоза не влияет на протеолитическую активность исследо ванных штаммов Lactococcus lactis, однако способствует формированию мо лочнокислыми микроорганизмами полисахаридных капсул, увеличению вяз кости и улучшению консистенции кисломолочных продуктов. Установлено положительное влияние лактулозы на выживаемость микрофлоры заквасок для сметаны и йогурта в условиях хранения, замораживания, нагревания. По лучены уравнения регрессии, адекватно описывающие зависимость количе ства молочнокислых микроорганизмов в образцах, полученных с использо ванием сублимационной сушки, от концентрации лактулозы и времени хра нения. Представлены данные о влиянии лактулозы на свойства смеси для кисломолочного мороженого, полученного с использованием закваски для сметаны.
Определены оптимальные технологические параметры получения про стокваши, сметаны и кисломолочного мороженого, обогащенных лактулозой.
Новизна разработанных технологий подтверждена патентом РФ № «Способ производства кисломолочного продукта».
Практическая значимость работы. В результате выполнения работы усовершенствована технология производства кисломолочных продуктов с лактулозой;
разработана и утверждена техническая документация на просто квашу (СТО 02067965-003-2013 «Простокваша, обогащенная лактулозой»), сметану (СТО 02067965-004-2013 «Сметана, обогащенная лактулозой») и кисломолочное мороженое (СТО 02067965-005-2013 «Кисломолочное моро женое с лактулозой»). Технология производства кисломолочных продуктов с пребиотическими свойствами прошла положительную апробацию на ОАО «МК Ставропольский».
Апробация работы. Результаты работы были представлены на XII региональной научно-технической конференции «Вузовская наука – Се веро-Кавказскому региону» (г. Ставрополь, 2008), Международной научно практической конференции «Молочная индустрия - 2009» (г. Москва, 2009), XV региональной научно-технической конференции «Вузовская наука – Се веро-Кавказскому региону» (г. Ставрополь, 2011);
конкурсах «У.М.Н.И.К» (грант 2010 – 2011), «Золотой век инноваций» (2010), а также в ходе реализа ции Европейской программы Erasmus Mundus Action 2 в Университете Вроц лава (Польша).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 15 работ, в том числе 4 статьи в изданиях, рекомендованных ВАК РФ, получен 1 патент РФ на изобретение.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, литера турного обзора, экспериментальной и технологической части, выводов, спис ка литературы и приложений. Основное содержание работы
изложено на страницах, включая 15 таблиц и 44 рисунка. Список литературы включает 179 наименований, в том числе 50 зарубежных авторов.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении обоснована актуальность выбранного направления иссле дований.
В первой главе рассмотрены основные принципы создания функцио нальных пищевых продуктов, описаны свойства пребиотика лактулозы, представлен анализ существующих технологий кисломолочных продуктов с лактулозой, охарактеризованы основные факторы, влияющие на развитие за квасочной микрофлоры. На основании анализа литературных данных сфор мулированы цель и задачи исследований.
Во второй главе представлены основные методы и разработана схема проведения экспериментальных исследований (рисунок 1). Работа выполнена в лабораториях ФГАОУ ВПО Северо-Кавказского федерального университе та (ранее СевКавГТУ). В качестве объектов исследования были выбраны: за кваски для сметаны LAT CW L, КДс, ЛКД;
творога МСТ, LAT CW;
йогурта LAT BY;
пробиотических продуктов (Lactobacillus rhamnosus);
образцы кис ломолочных продуктов, приготовленных с применением перечисленных за квасок. В работе использовались промышленно выпускаемые сиропы лакту лозы, содержащие в 100 мл не менее 66,7 г пребиотика.
Анализ состояния вопроса Обоснование направления, постановка целей и задач исследования Изучение влияния лактулозы на развитие заквасочной микрофлоры, процессы получения и свойства кисломолочных продуктов Str.thermophilus и Lb.bulgaricus Lac.lactis spp. Lb.rhamnosus Активность кислотообразования Продолжительность микрофлоры сквашивания, постокисление Сахаролитические свойства Углеводный состав продукта микрофлоры Структурно-механические Протеолитическая активность свойства сгустка микрофлоры Органолептические Способность микроорганизмов к показатели продукта синтезу экзополисахаридов (консистенция, вкус, запах) Выживаемость микроорганизмов Определение срока хранения продукта в неблагоприятных условиях Особенности получения хранение замораживание кисломолочного мороженого сублимацион- тепловое ная сушка воздействие Выбор оптимальных параметров для совершенствования технологии кисломолочных продуктов с лактулозой Простокваша Сметана Кисломолочное мороженое Апробация технологии, анализ полученных продуктов Патентование, разработка и Оценка безопасности и утверждение технической экономической эффективности документации технологии Рисунок 1 – Схема проведения исследований При проведении экспериментальной части работы применяли стан дартные общепринятые методы исследований для определения физико химических, микробиологических и органолептических показателей сырья и готовой продукции. Определение содержания углеводов, в частности лакту лозы в кисломолочных продуктах проводили методом газожидкостной (ГЖХ) и высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ). Все ис следования проведены в трех- пятикратной повторности. Обработку полу ченных экспериментальных данных выполняли с использованием пакета прикладных программ: «Microsoft Office Professional», «Statistica 6.0», «MathCad Professional», «Компас 3D V-13».
В третьей главе представлены результаты экспериментальных иссле дований, целью которых было установление влияния лактулозы на метабо лизм заквасочной микрофлоры, процессы получения и свойства готовых кис ломолочных продуктов.
Исследование влияния лактулозы на активность кислотообразования заквасочной микрофлоры, продолжительность сквашивания и постокисление кисломолочных продуктов. Для проведения эксперимента были приготовле ны опытные образцы кисломолочных продуктов, содержащие 1, 3 или 5 % лактулозы, а также контрольные без добавления пребиотика. Измерение рН и титруемой кислотности проводилось каждые 2 часа в процессе сквашивания, а также в ходе хранения образцов, в течение 14 суток. Установлено, что до бавление лактулозы независимо от ее концентрации не оказывает существен ного влияния на продолжительность сквашивания и постокисление кисломо лочных продуктов, приготовленных с использованием заквасок для сметаны LAT CW L, КДс, ЛКД, творога МСТ и LAT CW и йогурта LAT BY. При культивировании пробиотической культуры Lb.rhamnosus внесение (3 – 5) % лактулозы увеличивало продолжительность сквашивания примерно на 1 час.
Исследование влияния лактулозы на сахаролитические свойства заква сочной микрофлоры и углеводный состав кисломолочных продуктов. Содер жание лактулозы, лактозы и галактозы в образцах кисломолочных продуктов, приготовленных с использованием заквасок для сметаны LAT CW L, йогурта LAT BY и пробиотической культуры Lb.rhamnosus определяли через 14 суток хранения. На рисунке 2 представлены результаты, полученные при использо вании закваски для сметаны LAT CW L.
2,5 Sлл, % 5, 5,5 1, 5 y = 0,3x + 0, Содержание лактулозы, г/100см R2 = 0, 4,5 0, 4 1 2 3 4 Слл, % 3,5 2, 3, 2, 1, 1, 1, 0, 0, Опыт 1 % Опыт 3 % Опыт 5 % До сквашивания Через 14 суток Рисунок 2 – Зависимость содержания лактулозы и степени ее усвоения (Sлл) от исходной концентрации пребиотика в образцах (Слл), сквашенных LAT CW L, через 14 суток хранения Согласно данным экспериментальных исследований в образцах кисло молочных продуктов с исходной концентрацией лактулозы 3 и 5 % через суток хранения содержание пребиотика снизилось на 47 и 48 % соответ ственно. Выявлена линейная зависимость между концентрацией внесения лактулозы и степенью ее усвоения микроорганизмами закваски для сметаны.
Аналогичная закономерность наблюдалась при использовании закваски для йогурта, микроорганизмы которой способны усваивать лактулозу на (30 – 65) %. Для культуры Lb.rhamnosus содержание лактулозы в процессе хранения снизилось на (44 – 70) %. Отмечено, что лактулоза не влияет на ме таболизм лактозы и галактозы. Установлено также, что на процесс усвоения лактулозы молочнокислыми микроорганизмами практически не влияет со держание жира в нормализованной смеси.
Исследование влияния лактулозы на протеолитические свойства заква сочной микрофлоры. Объектами исследований являлись 2 штамма Lactococ cus lactis pNZ45subC и pNZ48CE. При проведении экспериментов использо валась система NICE (nisin-controled gene expression) и метод с применением субстрата казеина. Результаты влияния лактулозы (лл), а также лактозы (л) и глюкозы (гл) на протеолитическую активность штамма Lac.lactis pNZ45subC представлены на рисунке 3. При использовании Lac.lactis pNZ48CE получе ны аналогичные результаты.
глюкоза Протеолитическая активность, ед/см лактулоза лактоза лл лл гл гл гл лл л л л ль % % % ро % % % % % % нт 0, 2, 0, 2, 0, 2, Ко Рисунок 3 – Зависимость протеолитической активности штамма Lac.lactis pNZ45subC от вида и концентрации углеводов Наивысшая протеолитическая активность наблюдалась при культиви ровании штаммов Lac.lactis pNZ45subC и pNZ48CE в среде М-17 с добавле нием 10 % обезжиренного молока и (0,5 – 1) % глюкозы. Добавление в среду для культивирования лактозы и лактулозы способствовало снижению про теолитической активности обоих штаммов Lac.lactis, следовательно, внесе ние лактулозы не будет активизировать протеолитическую активность мо лочнокислых лактококков и, как следствие, вызывать связанные с этим свой ством пороки продуктов.
Исследование влияния лактулозы на формирование заквасочной мик рофлорой экзополисахаридных капсул. В образцах кисломолочных продук тов, приготовленных с использованием заквасок для сметаны и йогурта, определение содержания полисахаридов проводили после их выделения и многоступенчатой очистки методом, основанным на цветной реакции угле водов с антроновым реактивом. Результаты представлены в таблице 1.
Таблица 1 – Содержание полисахаридов в исследуемых образцах кис ломолочных продуктов Образец Содержание полисахаридов, мг/см Закваска для сметаны LAT CW L контроль 0,13±0, 1 % лактулозы 0,25±0, 3 % лактулозы 0,22±0, 5 % лактулозы 0,11±0, Закваска для йогурта LAT BY контроль 0,32±0, 1 % лактулозы 0,45±0, 3 % лактулозы 0,30±0, 5 % лактулозы 0,25±0, Экспериментальные данные свидетельствуют о том, что в присутствии лактулозы микроорганизмы заквасок для сметаны и йогурта образуют боль ше полисахаридов, по-видимому, формирующих капсулы, что заметно при просмотре препаратов с негативной окраской.
Исследование влияния лактулозы на структурно-механические свой ства сгустка и консистенцию кисломолочных продуктов. Для проведения эксперимента использовался ротационный вискозиметр «Реотест-2», а также вискозиметр «Брукфильд DV-E». На рисунке 4 представлены графики зави симости напряжения сдвига образцов, сквашенных закваской для сметаны и содержащих разные количества лактулозы, от градиента скорости и концен трации полисахаридов, определенной ранее.
120 Напряжение сдвига, мПа y = 409,93x + 25, 120 R = 0, 110 100 90 Напряжение сдвига, мПа 0,1 0,12 0,14 0,16 0,18 0,2 0,22 0,24 0, Концентрация полисахаридов, мг/см 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 Градиент скорости, с- Контроль (К) 1 % лактулозы (лл) 3 % лактулозы (лл) 5 % лактулозы (лл) Рисунок 4 – Зависимость напряжения сдвига образцов, приготовлен ных с использованием закваски для сметаны LAT CW L и различным коли чеством лактулозы, от градиента скорости и от концентрации полисахаридов Результаты, полученные в ходе исследования, позволили сделать вывод о том, что внесение лактулозы в количестве (1 – 3) % способствует увеличе нию значений напряжения сдвига и эффективной вязкости. Выявлена линей ная зависимость между напряжением сдвига, характеризующим вязкость кисломолочных продуктов, и концентрацией в образцах полисахаридов, наибольшее количество которых было отмечено в пробах с 1 и 3 % лактуло зы. Аналогичная закономерность наблюдалась при использовании закваски для йогурта LAT BY.
Данные, полученные с помощью вискозиметра Брукфильда, подтвер дили положительное влияние лактулозы на вязкость образцов, что проявля ется при формировании более однородной и плотной консистенции кисломо лочных продуктов, сквашенных заквасками для сметаны и йогурта. Выяв ленный эффект играет немаловажную роль при производстве продуктов с пониженным содержанием жира.
Исследование влияния лактулозы на выживаемость заквасочной мик рофлоры в неблагоприятных условиях и сроки хранения кисломолочных продуктов. Результаты исследования влияния различной концентрации лак тулозы на жизнеспособность микрофлоры закваски для сметаны LAT CW L в условиях холодильного хранения представлены на рисунке 5.
lg N 11, Контроль 10, 1 % лактулозы 10, 3 % лактулозы 9,5 5 % лактулозы 9, 8, 8, 7, 7, 6, 6, 5, 5, После сквашивания 7 суток 14 суток Рисунок 5 – Влияние концентрации лактулозы на жизнеспособность микрофлоры закваски для сметаны LAT CW L Анализ полученных данных позволил сделать вывод о том, что внесе ние лактулозы способствует повышению выживаемости клеток микрофлоры закваски для сметаны LAT CW L в процессе хранения: так, через 14 суток количество клеток в образцах с 1 и 3 % лактулозы было выше по сравнению с контролем на 1 – 2 порядка (15 и 30 % соответственно). Аналогичный эффект наблюдался при применении других заквасок для сметаны (КДс и ЛКД). Од нако при использовании в таких же экспериментах заквасок для творога МСТ и LAT CW, отличающихся штаммовым составом молочных лактококков, установлено, что внесение лактулозы не оказало существенного влияния на их жизнеспособность.
Установлено положительное влияние лактулозы на жизнеспособность микрофлоры закваски для йогурта в условиях холодильного хранения. Так, к 14 суткам количество клеток в контроле снизилось до 106 КОЕ/см3, в то вре мя как в пробах с (1 – 5) % лактулозы этот показатель был выше на (14 – 27) % и сохранялся на уровне (107 – 108) КОЕ/см3. В случае использова ния пробиотической культуры Lb.rhamnosus внесение (1 – 3) % лактулозы также способствовало меньшей гибели клеток в процессе хранения.
Следующая серия экспериментов была посвящена влиянию лактулозы на выживаемость заквасочной микрофлоры в условиях замораживания при температуре (-18±2)°C в течение 24 ч. На рисунке 6 представлены результа ты, полученные при использовании закваски для сметаны LAT CW L.
11,0 lg N 10, 10, 9, 9, 8, 8, 7, 7, 6, 6, 5, 5, Контроль 1 % лактулозы 3 % лактулозы 5 % лактулозы После сквашивания После замораживания Рисунок 6 – Влияние концентрации лактулозы на жизнеспособность микрофлоры при замораживании образцов с закваской LAT CW L После замораживания наименьшая гибель клеток была отмечена в об разце с 3 % лактулозы, количество микроорганизмов в котором было практи чески на 2 порядка (22 %) выше, чем в контроле. В пробах, содержащих 1 и 5 % пребиотика, содержание клеток превышало контроль на 15 %. Анало гичные результаты были получены при использовании заквасок для сметаны КДс и ЛКД. В случае заквасок для творога подобного эффекта выявлено не было. Внесение (1 – 5) % лактулозы способствовало также более высокой выживаемости клеток закваски для йогурта, однако не повлияло на жизне способность Lb.rhamnosus.
На следующем этапе образцы кисломолочных продуктов, сквашенных заквасками для сметаны LAT CW L и йогурта LAT BY, а также культурой Lb.rhamnosus, с добавлением лактулозы и без пребиотика были высушены методом сублимационной сушки. Полученные образцы хранились в течение 2,5 лет при температуре (4±2) С. Результаты учета жизнеспособных клеток в процессе хранения образцов были использованы для получения уравнения регрессии, адекватно описывающего зависимость количества молочнокислых микроорганизмов от концентрации лактулозы и времени хранения образцов.
Уравнение, поверхности отклика и изолинии их сечений для эксперимента с закваской для сметаны LAT CW L представлены на рисунке 7.
Анализ графиков на рисунке 7 показывает, что внесение лактулозы оказывает положительное влияние на сохранность жизнеспособных клеток закваски для сметаны, причем, чем выше концентрация лактулозы, тем больше этот эффект. Так, через 1 год хранения количество молочнокислых микроорганизмов в образцах с содержанием лактулозы от 1 до 5 % было вы ше по сравнению с контролем без пребиотика на lgN = (1 – 3) КОЕ/см3.
Как видно на обобщенной для разных видов заквасочной микрофлоры диаграмме (рисунок 8), аналогичный эффект был получен при использовании закваски для йогурта, но не выявлен для Lb.rhamnosus. Данные результаты могут быть использованы в технологии бактериальных концентратов.
lg N = 5,732+1,475·Слл - 0,0036· - 0,162·Слл2+2,574·10-5·Слл· +4,581·10-7· а) б) а) б) Рисунок 7 – Зависимость количества клеток (N, КОЕ/см3) в сухой за кваске для сметаны LAT CW L от продолжительности хранения (, сут.) и концентрации вносимой лактулозы (Слл, %): а) поверхность отклика, б) изо линии ее сечений lgN 9, Контроль 8,0 1 % лактулозы 3 % лактулозы 7, 5 % лактулозы 6, 5, 4, 3, 2, 1, 0, Сметана LAT CW L Йогурт LAT BY Lb.rhamnosus Рисунок 8 – Влияние концентрации лактулозы на выживаемость мик рофлоры различных заквасок через 360 суток хранения На следующем этапе было установлено положительное влияние лакту лозы на выживаемость микрофлоры закваски для сметаны LAT CW L в усло виях нагревания при температуре (90±2)°C в течение 3 мин. После тепловой обработки содержание клеток в контрольных образцах закваски LAT CW L снизилось на lgN=7,8, в то время как в образцах, содержащих 1, 3 и 5 % лактулозы, содержание молочнокислых микроорганизмов уменьшилось на lgN=5,8, lgN=4,9 и lgN=4,8 соответственно. Аналогичный эффект наблюдался при использовании закваски для йогурта LAT BY. Полученные результаты могут быть использованы в технологии термизированных кисло молочных продуктов, а также продуктов распылительной сушки.
Сопоставление данных, полученных в ходе проведенных исследова ний, позволило сделать вывод о том, что влияние лактулозы на метаболизм заквасочной микрофлоры и свойства кисломолочных продуктов зависит от видового и штаммового состава заквасок, а также от концентрации внесения пребиотика.
На основании комплекса проведенных исследований установлено, что наибольший положительный эффект лактулоза оказывает на мезофильную микрофлору заквасок для сметаны, что может быть объяснено влиянием лак тулозы на формирование капсулообразующими штаммами экзополисахари дов, которые защищают клетки от неблагоприятных воздействий и способ ствуют улучшению консистенции кисломолочных продуктов. При этом оп тимальной дозой внесения лактулозы можно считать 3 %.
Данные, полученные при замораживании, показали возможность ис пользования лактулозы в смесях для кисломолочного мороженого. Установ лено, что лактулоза оказывает положительное влияние на выживаемость кле ток смеси, сквашенной закваской для сметаны, как после фризерования, так и в процессе хранения, способствует улучшению консистенции и органолепти ческих показателей кисломолочного мороженого.
В пятой главе разработаны рецептуры и технологии кисломолочных продуктов с лактулозой: простокваши, сметаны и мороженого. На основе принципов системы HACCP определены критические контрольные точки разработанных технологий, которые показаны на аппаратурно-процессовой схеме. Особенностью технологии кисломолочных продуктов с лактулозой, по сравнению с традиционными, является операция внесения перед пастериза цией лактулозы в количестве 3 % от массы смеси. Блок-схема алгоритма производства простокваши, обогащенной лактулозой, представлена на ри сунке 9.
На кисломолочные продукты с лактулозой разработана и утверждена техническая документация: СТО 02067965-003-2013 «Простокваша, обога щенная лактулозой», СТО 02067965-004-2013 «Сметана, обогащенная лакту лозой», СТО 02067965-005-2013 «Кисломолочное мороженое с лактулозой».
Апробация разработанных технологий проводилась на ОАО «Молоч ный комбинат Ставропольский». Результаты анализа полученных кисломо лочных продуктов с лактулозой по физико-химическим и микробиологиче ским показателям, представлены в таблице 2.
Таблица 2 – Характеристика кисломолочных продуктов с лактулозой Наименование Значение показателей показателя Простокваша Сметана Кисломолочное мороженое Массовая доля 2,5±0,1 10,0±0,1 3,5±0, жира, % Массовая доля 3,4±0,1 2,7±0,1 3,2±0, белка, % углеводов, % 5,1±0,2 4,5±0,2 17,1±0, в том числе:
лактозы, % 2,6±0,1 2,2±0,1 2,6±0, лактулозы, % (2,51,6)* (2,31,6)* (2,51,7)* Кислотность, °Т (7585) (7085) (6575) Количество молоч нокислых микроор- (710103108)* (4,510102108)* (2,31091,5107)* ганизмов, КОЕ/см Объем продукта, в котором не обна- 0,01 0,001 0, ружены БГКП, см Дрожжи и плесени не обнаружены не обнаружены не обнаружены в1г * - значение показателя в начале и в конце срока хранения НАЧАЛО 1 Приемка и оценка качества сырья S – способ производства 2 S = 1 – резервуарный способ Нормализация и S = 2 – термостатный способ перемешивание Гомогенизация, t = (55-60)°С, р = (12,5-17,5) МПа Внесение лактулозы из рас Пастеризация, t = (90-92)°C, чета 3 % от массы смеси = (2-8) мин.
Охлаждение до t = (30±2)°С 7 Внесение закваски, заквашивание и перемешивание нет 8 S=1 S= да да Розлив заквашенной смеси в Сквашивание, t = (30±2)°C, потребительскую тару, К = (75±5)°Т, ( = 6-8 часов) упаковка, и маркировка Охлаждение t = (14±2)°С 15 Сквашивание t = (30±2)°C, К = (75±5)°Т 11 Розлив в потребительскую ( = 6-8 часов) тару, упаковка и маркировка Доохлаждение, t = (4±2)°С;
хранение, реализация КОНЕЦ Рисунок 9 – Блок-схема алгоритма производства простокваши, обога щенной лактулозой Результаты органолептической оценки показали, что кисломолочные продукты с лактулозой, по сравнению с аналогами, обладают более высоки ми вкусовыми характеристиками, однородной плотной консистенцией, кроме того, они содержат в своем составе лактулозу в рекомендуемых для положи тельного эффекта на здоровье дозах и нормируемое стандартами количество молочнокислых микроорганизмов до конца срока хранения. С учетом коэф фициента резерва, предусмотренным для скоропортящихся продуктов, сроки годности составили: 16 суток – для простокваши и сметаны, обогащенных лактулозой;
90 суток – для кисломолочного мороженого с лактулозой.
На следующем этапе была проведена оценка экономической эффектив ности разработанных технологий, рассчитана себестоимость и рассмотрены два варианта формирования цены на кисломолочные продукты с лактулозой.
Установлено, что при сохранении рентабельности производства на уровне аналогов удорожание кисломолочных продуктов с лактулозой составит: для простокваши – на 3,8 руб./450 г, сметаны – на 2,2 руб./400 г, мороженого – на 80 коп./65 г. Однако повышение цены является оправданным, поскольку кис ломолочные продукты с лактулозой обладают полезными свойствами и вы сокими качественными показателями.
ВЫВОДЫ 1. Лактулоза используется в метаболизме заквасочной микрофлоры и влияет на свойства кисломолочных продуктов, причем результат этого влия ния зависит как от видового и штаммового состава закваски, так и от концен трации лактулозы.
2. Внесение лактулозы в концентрации (1 – 5) % не оказывает суще ственного влияния на закономерности кислотообразования, продолжитель ность сквашивания и постокисление кисломолочных продуктов, приготов ленных с использованием заквасок для сметаны, творога, йогурта, однако снижает скорость кислотообразования Lb.rhamnosus.
3. Ферментативной активностью по отношению к лактулозе обладают все исследованные виды микрофлоры. Через 14 суток хранения количество лактулозы в образцах кисломолочных продуктов с исходной концентрацией пребиотика 3 % снизилось при использовании закваски для сметаны на 47 %, йогурта – на 63 %, Lb.rhamnosus – на 70 %. В случае заквасок для сметаны и йогурта выявлена линейная зависимость между концентрацией внесенной лактулозы и ее использованием заквасочной микрофлорой, в то же время на этот процесс практически не влияет содержание жира в нормализованной смеси. Не установлено влияния лактулозы на метаболизм лактозы и галакто зы.
4. Внесение лактулозы не влияет на протеолитическую активность штаммов Lactococcus lactis spp., следовательно, не будет вызывать пороки кисломолочных продуктов, связанные с распадом белка.
5. Добавление лактулозы в количестве (1 – 3) % приводит к увеличе нию значений напряжения сдвига, эффективной вязкости и получению более однородной плотной консистенции кисломолочных продуктов, приготовлен ных с использованием заквасок для сметаны и йогурта. Выявлена линейная зависимость между содержанием полисахаридов и напряжением сдвига в об разцах кисломолочных продуктов.
6. Добавление лактулозы способствует существенному (на 1 – 3 поряд ка) увеличению выживаемости микрофлоры заквасок для сметаны и йогурта в условиях холодильного хранения, замораживания, сублимационной сушки и нагревания, в то же время не оказывает влияния на жизнеспособность мик рофлоры заквасок для творога и Lb.rhamnosus. Получены уравнения регрес сии, адекватно описывающие зависимость количества молочнокислых мик роорганизмов в образцах, полученных с использованием сублимационной сушки, от концентрации лактулозы и времени хранения.
7. Положительные эффекты, наиболее выраженные в опытах с заквас ками для сметаны, могут быть объяснены влиянием лактулозы на формиро вание экзополисахаридов капсулообразующими штаммами лактококков и использованы в производстве кисломолочных продуктов и заквасок.
8. На основании полученных данных определены оптимальные пара метры процессов получения простокваши, сметаны и кисломолочного моро женого с лактулозой, которая вносится в количестве 3 % в смесь до пастери зации.
9. Разработана техническая документация на новые продукты, которая прошла промышленную апробацию на ОАО «Молочный комбинат Ставро польский». Изучение состава и свойств полученных кисломолочных продук тов свидетельствует о том, что они содержат рекомендуемую дозу функцио нального ингредиента – лактулозы, обладают высокими органолептическими показателями, однородной плотной консистенцией, имеют нормируемое стандартами содержание клеток молочнокислых микроорганизмов и про дленные сроки хранения.
10. Проведены расчеты себестоимости новых кисломолочных продук тов и оценка экономической эффективности их производства, предложены варианты рекламного сопровождения продуктов.
Список работ, опубликованных по материалам диссертации 1. Рябцева, С.А. Исследование влияния лактулозы на свойства заква сочной микрофлоры [Текст] / С.А. Рябцева, М.А. Брацихина // Материалы XXXVIII научно-технической конференции по итогам работы профессорско преподавательского состава СевКавГТУ за 2008год. Т.1. Естественные и точ ные науки. Технические и прикладные науки. Ставрополь: СевКавГТУ, 2009.
С. 171 – 172. ВЕЗДЕ ДОБАВИТЬ КОЛ-ВО п.л.
2. Храмцов, А. Г. Влияние лактулозы на заквасочные культуры [Текст] / С. А. Рябцева, Д. О. Мячина, Д. В. Харитонов, М. А. Брацихина // Сборник научных трудов. «Научное обеспечение молочной промышленности (ВНИМИ-80)». – М.: ВНИМИ, 2009. – С. 414 – 417.
3. Рябцева, С. А. Влияние лактулозы на свойства молочных продуктов / С. А. Рябцева, М. А. Брацихина // Материалы Международной научно практической конференции «Молочная индустрия - 2009». Москва, 2009. – С.84.
4. Брацихина М.А. Влияние пребиотика лактулозы на сроки хранения кисломолочных продуктов // Материалы III Международной научной сту денческой конференции «Научный потенциал студенчества в XX веке. Т 1.
Естественные и точные науки. Технические и прикладные науки. - Ставро поль: СевКавГТУ, 2009. – С. 152 – 153.
5. Рябцева, С. А. Сохранение жизнеспособности заквасочной микро флоры [Текст] / С. А. Рябцева, М. А. Брацихина, В. И. Ганина // Молочная промышленность. – 2010. – № 1. – С. 22 – 23.
6. Рябцева, С. А. Влияние лактулозы на заквасочную микрофлору [Текст] / С. А. Рябцева, М. А. Брацихина // Молочная промышленность. – 2010. – № 4. – С. 56.
7. Рябцева, С. А. Повышение выживаемости заквасочной микрофлоры при замораживании [Текст] / С. А. Рябцева, М. А. Брацихина // Переработка молока. – 2010. – № 8. – С. 46 – 47.
8. Рябцева, С. А. Обоснование способа производства кисломолочного продукта с лактулозой [Текст] / С. А. Рябцева, М. А. Брацихина // Сборник научных трудов СевКавГТУ. Серия «Продовольствие». – 2010. – № 6. – С. 6 – 9.
9. Рябцева, С. А. Влияние лактулозы на жизнеспособность заквасочной микрофлоры в условиях теплового воздействия [Текст] / С. А. Рябцева, М. А.
Брацихина, В. Р. Ахмедова // Материалы XV региональной научно технической конференции «Вузовская наука – Северо-Кавказскому регио ну».Т 1. Естественные и точные науки. Технические и прикладные науки.
Ставрополь: СевКавГТУ, 2011. – С. 89 – 90.
10. Рябцева, С. А. Повышение выживаемости заквасочной микрофлоры при замораживании [Текст] / С. А. Рябцева, М. А. Брацихина, М. В. Кобыше ва // Материалы XV региональной научно-технической конференции «Вузов ская наука – Северо-Кавказскому региону».Том первый. Естественные и точ ные науки. Технические и прикладные науки. Ставрополь: СевКавГТУ, 2011.
– С. 90 – 91.
11. Брацихина, М. А. Способы получения мороженого с функциональ ными компонентами [Текст] / М. А. Брацихина, В. Р. Ахмедова, И. В. Мишу стина // Материалы 41 научно-технической конференции по итогам работы профессорско-преподавательского состава СевКавГТУ за 2011 год. Том пер вый. Естественные и точные науки. Технические и прикладные науки. Став рополь: СевКавГТУ. – 2012. – С. 158 – 159.
12. Рябцева, С. А. Лактулоза в кисломолочных продуктах: новые разра ботки [Текст] / С. А. Рябцева, М. А. Брацихина // Переработка молока. – 2012.
– № 10. – С. 56 – 58.
13. Брацихина, М. А. Влияние углеводов на протеолитическую актив ность штаммов Lactococcus lactis [Текст] / М. А. Брацихина, С. А. Рябцева // Вестник Томского государственного университета. Биология, № 4 (20), Томск, 2012, С. 47 – 54.
14. Рябцева, С. А. Кисломолочное мороженое с лактулозой / С. А. Ряб цева, В. Р. Ахмедова, М. А. Брацихина // Молочная промышленность. – 2013.
– № 1. – С. 76 – 77.
15. Пат. 2426437 РФ, МПК A23C9/00. Способ производства кисломо лочного продукта [Текст] / А.Г. Храмцов, С.А. Рябцева, М.А. Брацихина;
за явитель и патентообладатель ГОУ ВПО «Северо-Кавказский государствен ный технический университет» (RU). – № 2009144808/10;
заявл. 02.12.2009;
опубл. 20.08.2011, Бюл. № 23.