автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.04, диссертация на тему: РАЗРАБОТКА ПУТЕЙ РАЦИОНАЛЬНОГО И КОМПЛЕКСНОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПАХТЫ НА ОСНОВЕ ПРОЦЕССА УЛЬТРАФИЛЬТРАЦИИ

Автореферат диссертации по теме "РАЗРАБОТКА ПУТЕЙ РАЦИОНАЛЬНОГО И КОМПЛЕКСНОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПАХТЫ НА ОСНОВЕ ПРОЦЕССА УЛЬТРАФИЛЬТРАЦИИ"

ЛЕНИНГРАДСКИМ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ ХОЛОДИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

На правах рукописи УДК 637.247

Для служебного полюонання

ОЖГИХИНА НИНА НИКОЛАЕВНА

Разработка путей рационального и комплексного использования пахты на основе процесса ультрафильтрации

05.18,04 — технология мясных, молочных и рыбных продуктов

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Работа выполнена но Всесоюзном научно-исследовательском институте маслодельной и сыродельной промышленности НПО «Углич».

Плучпын руководитель доктор технических наук,

профессор Ф. А. Вышемнрский

Официальные оппоненты: доктор технических паук,

профессор А. Г, Храмцов, кандидат технических паук, доцент Л. А, Силантьева

Ведущее предприятие: Всесоюзный научно-исследовательский молочный институт

Защита состоится «Л^ » . , 1980 г. в tf4^. час.

на заседании специализированного Совета № 2 в Ленинградском ордена Трудового Красного Знамени технологическом институте холодильной промышленности (шифр К 063,02.02).

Ваш отзыв на автореферат в двух экземплярах, заверенный печатью учреждения, просим направить по адресу: 191002, Ленинград, ул. Ломоносова, 9, ЛТИХП, Ученому секретарю специализированного Совета № 2.

С диссертацией можно ознакомиться и библиотеке институт

Автореферат разослан « » . 198 £т.

Ученый секретарь специализированного Совета № 2,

кандидат технических паук, доцент

ОБДАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАШШ

Актуальность проблем. В соотостсгрии с ресгениями Продовольственной программы и Основными направлениям социального и эксно-тческого развития СССР на период до 1990 г. перед молочной про-ьгцмеиность» поставлена задача обеспечить рост объема. производства продукции на 15-20 % при одновременном расширении ее ассортимента, улучшении питательных к вкусовых достоинств, повышении комплексности использования молочного сырья.

Основным резервом увеличения производства продуктов молочной проиталеннооти и повышения эффектиэности производства является рациональная переработка сырья, в то» числе пахты.

Пахта является ценным молочным сырьем. Ресурсы ее составляет 1,8-2,0 млн. т. Объем промышленной пепеработки'пакты составляет около Ш однако на пищевые цели используется значительно шнь-ве (50 %). Учитывая высокую биологическую ценность пахты нельзя считать решенными вопросы рационального использования ее. Повы-генио з^йктивностя использования пахтн за счет интенсификации ее переработки еус;ествущю(и методами не представляется воэмоз-ним в виду специфики региональной дислокации маслодельного производства. В этой, связи изучение вопросов рационального и комплексного использования пахты на основе процесса ультрафильтрации актуально и предопределяет необходимость проведения исследований * в этом направлении. Ультрафильтрационная обработка пахты позволит не только сохранить все ценные свойства ее, но и повысить юс путам целенаправленного концентрирования.

Цель и задачи исследования. Изучить особенности ультр&фильтра-ции пахты, установить оптимальные параметры процесса, обеспечи-валдио максимальное сохранение и концентрирование содераищкхся в ней биологически активных веществ и использовать их для производства продуктов питания.

На основании поставленной цели сформулирована рабочая гипотеза, в основу которой положено предполоясение, что ультрафильтрационная обработка пахты позволит не только сохранить все.ценные свойства ее, но и повысить их и создать на их основе технологию высокобелковых продуктов с направленно регулируемая составом, повышенной биологической ценностью.

В соответствии с рабочей гипотезой определены основный задачи исследований:

- изучить аагсиздарности разделения компонентов пахты мотвдсм

ЦНБ МСХА фонд научной литературы

ультра^-нльтрацнн и научно обссноиать о:1г::;.*алыпго рогиг-гг процесса;

- поучить хилшеский ссстлз л сьсйстса бзлксиого концентрата к ^и.-.ьтрата пахтu, получаема при со -ультра][.:1льтрац!'л1 it определить пут» их рационального использования при произьодсгде продуктов питания;

- разработать технологии ьоыд в i;c оьобел ко них просчетов с использованием концентрата шссти с noui^inac^.i биологической ценностью t: диетическита сзо^стэсиги.

' Научна* нов;;зня тботи. Ноучсш зоконетерностн и установлены олткгдльтго pexuurj ультргфйн/грацки пахты, позволялся концентрировать 53 со цо!£Ш.о ксиоионгп ее включая фос^олипидн. При этом сил ь лево, что белок пахги но претерпевает функциональных изменений, а диспергируется.

Установлено, что белкэвий концентрат пахты характеризуется лсшлгешшй биологической ценностью с сл еле те ко вис о ко го содерта-нкл белка, фос^-олипкдов, ПЬЖ.

¡'.«учло обоснована целесообразность использования белкового концентрата пахти в натуральное виде для производства нових вц-еоксбелкояюс продуктов с улуч^еюнл'и диоютескт'и свойствами, а таххе е качество белкового наполнителя для улучшения биологической ценности и свойств тра; сданных молошеде продуктов*

Доказано, что использование белкового концентрата пахты при производстве-с>*отану с no!i;ii:cn;uoi содорхашсн хнра, позволяет полнить продукт повиленной биологической цешюсти, по качественна показах ел г" не уступающий тргцищношюЯ «Вотане.

Козизна работы подтоср^у.сиа рессниеи государствemioft научта-техничеедой экспергияы изобретений о вндгдш авторских свидетельств на способ производства продуктов из млецентрата пахти: белкового и сквазеиного напитков и с (К та та ¡A 7С8553, » 501921 и S- 810967,

Псду-тиисс1;ая значиуссть. Разработана технология стетакы (столовой), обогащенной белковым концентратом пахты с повьлзнлини пицевей í: биологической, ценность»» предназначенной для питания различии*: групп населения. Утверэдона Кннкясогюлпромом СССР нор- . Уйти впо-техническая документация на производство столовой сУетз-ни: техно лог::чесаая инсгрукция, Изменение № I к ОСТ 49 189-82 О'отаиа с наполнителем.

Разработка! и угверауики техгичоекке условия на пахту-сырье (ТУ 49 1178-85).

АлрсСлцня работы. Результата исследований обсуждели на лауч-Я2-тс^н;:ческих ксн^ерешумх о г.г. Вологде (1080), Каунасе

U9öa>, Ставрополе (1SSÄ), Москве (1933). Диссертации d цело»* докладывалась, обсуцдалась к получила одобрение на секции Ученого соьета КЕм'.МС по вопросам маслоделия 4.12.05 г.

Пуо'лнктл:и. Осьовш;е полскеш:л диссертации с г.убли^о б ¡им в II печат;ок работах» в том число X азторскса свидетельство,

С"РУ ■;о5ъо't р.чДоти. Д::ссортшр'л состой?.из введс1йм, четь-тех глав, скаодов, списка испсльэосашой лптератури и прило-ÄCHitil. Основное содеркшше работ» кэло-енэ на 89 стр. мсзинопис-ного текста, содержит 41 таблицу, 21 рисунок и б приложений. Список использованной литература включает 211 наиуеиаБ&ш"*, в том число 55 зарубежных публикаций.

РгЗУЛЬТАТи ИОЯВДШгИЙ И ИХ 0ЕСКЗД32(Е Схс^а проводсшш исследований приведена на рис. I

ОПТЮ'ЛЛЬШ.'С режим пах-тч

|Концакт рат - й.-льт-рат

Диагетр пор те Убран, давлениеt фактор концентрации, тешература

Исследование: проницаемость, селективность, ко-хи;.мчес:;ио свойства, никро-"^юлогц^рыю

Исследование: хиг^ическиЯ состав, ол: 4орсз белка, микреструктура, техно л^ ческио свойства

йредлся^нлл но ислольэовеикэ

Концентрат и натуральном виде, в пачессве * наполнителя

Налитки: свсг.лй, кнслсузлсчш'НГ Сметана еголовая

Рис. I. Схема проводеюш исследований

%.!;-7ог,г, исследований. При вьятолнепик работы применяли стандар-тиэоиашн/! и обцег.ринлтие ^гтоднки определения <i изи ко-хну.w с ких сполете голока и уолоч1дк нрздуктоз, а также атоу;ic -а б с ор с и -нуга xpei'acorpü^no, рккроструктур:*. анализ и др. методы,

Мат^атиисскал обработка зкекеригентадыал дашалс пригодилась

истодами дисперсионного и корреляционного анализов на УВК СМ-4,

Изучение особенностей пропрссд ультт?;ильтртрти пахт».

с о ста г а и свойств полуцаспгс ^рдкщ*» с цолыэ

рационального излользоцпннн их на продукты питания

Устаноолениз оптимальных параметров процесса. Изучение влияния диаметра пор собран от 15 до 100 нм при ультрафнльтрацик пахты на их проницаемость и селективность лрл постоянных тс'-етерптуре л давлении показало, что оптимальный интервал значений диаметра пор мембран -50-60 им, проницаемость иг при этом составляет 35-38 л/м^.ч, селективность по балку всегда больш или равна 90 %. При использовании мембран с диаметром пор менее 40 1М селективность по белку достигает 9597 уЕ, а проницаемость падает до £0 л/м^.ч, асдидметрсм лор более 60 ну селективность по белку снижается до 85-67 что сникает в цело» эффективность концонтрацки белков.

Изучение влияния давления процесса от 0,2 до 0,6 ШТа и фактора концентрации пахты до 6:1 на проницаемость и селективность мембран при постояшшх температуре и диаметре пор 1.и?.*бран показало, что при давлештх процесса 0,6, 0,4 и 0,2 МЕ1а проницаемость мембран составляет соответственно 54,46 и 38 л/м^.ч, то есть с увеличением давления прошщасмость увеличивается. Давлеш)е процесса не оказывает влияния на селективность мембран. С увеличо-1ием фактора концентрации пахта проницаемость мембран уменьшает-сл и тем интенсивнее, чем больше давление. Получены зависимости проницаемости мембран ( <? ) от фактора концентрации пахты (С) , при разни давлениях: д «41,0'С-0'37 (при давлении 0,2 Ша); Я«4В,6'СГ0»57 (при давлении 0,4 КПа); О -52,7'С"0»63 (при давлении 0,6 МПа).

При факторе концентрации пахтц - 6:1 и давлении процесса 0.2-0,6 МПа прошщаемость мембран сниааетсл до 18-7 л/и^.ч.то есть проводить процесс ультра^ильтрации пахты не элективно из-за большое энергозатрат.'

Изучение влилжш темгаратури процесса 10, 30 и 55 °С на проницаемость к селективность мембран при пос;ояннкх давлеш(и к диаметре пор мембран показало, что оптимальной является температура 55 °С. С уменьшением температур» процесса слияается проницаемость мембран за счет увеличения вязкости концентрата (рис-1).

С увеличением сухих осцостз ч концентрате до 26 % вязкость его увеличивается независимо от температур». Однако при 10 °С вязкость в 4,5 раза больно, а проницаемость в 5 раз меньше, чем

при 55 °С. Следовательно, вести процесс ультрафильтрации пахты при 10 °С но эффективно, тек как повышение вязкости продукта резко сшпщот проницаемость мембран.

Массовая доля сухих веществ, % I - 55 °С, П - 30 °С, Я - Ю °С

Рис. I. Шшгшдо тедаратуры процесса на проницаемость мембран и вязкость концентрата

к р о биологическим исследованиями установлено, что независимо от темпоратури процесса с увеличением содержания сухих веществ в концентрате пахтн поаю-аетсл. содержание общего ко-лпчсс.'Еа жизнеспособных клеток, Наибольший прирост их наблюдается пр:: тсга*р1турв 30 °С (табл. I).

Пр:г температуре процесса 55 °С угеныаенио бактерий группы китгчиой полочки происходит значительно быстрое, чел концентрация кх при тета-грату^с 30 °С, при тег.*перйтуре 10 °С происходит незначительное увеличение их ( ф общего количества книна-спсссбиих клеток в I ил исход:».! пахты - 2,48, а ¿р бактерий группу килйчсой палочки - 1,71>). Поэтому с этой точки зроиия и

опт ие нссти процесса в целей оптимальноЯ является температура (;-, О"

'¿електпзиость ь'сгбрак нэ зависит от те^.ературы прсцесса.

Влияние гетературп процесса на ьжкробио-логические показатели концентратов

Наигеновашю !Фактор ! общего кздичест-! количоег-ва кио-продукта ,концелт-,ви кизнеспособщпс ¡неспособна: бакте-•рациц по'клсток в 1 га при рпД группы игсеч-!объему !температурах !лоЯ палочки в X кд ! 1__' I пря тсупературду

_( I 55 > 30 I 10 ( 55 ! 30 1 10

Бедноецй концентрат пахт« с ^ас-совой долей с^-Х1пс вс^зств, %

15-16 3:1 2,98 3,06 2,99 1,58 2,65 2,26 •

£0-21 4:1 3,20 А,са 3,2$ 0,95 2,95 2,47

25-20 5:1 3,40 5,32 3,50 0»47 4,26 2,79

Изучение химического состав« л а х т и н во фракция. С увеличением массовой доли сухих веществ в оо концентрате увеличивается содержание всех коиюнентов (табл. 2). Однако в кснцен?рлто пахты с кассовой долой сух;ос веществ 25-20 % соотнолени» белок:лактоэп составляет 2,8:I против 0,6:1 в исходяоЯ пахте, а фосфолипидшхоясстерин 9:1 против 5:1 соответственно. Пропорционально увеличения жира в концентрате паггы увеличивается с од ерзание поакнвнасащенних гаршос кис пот (ПНШ), а пропорционально уведцчегвя! белка - сб-цео количество аминокислот, в том число незамеглвтес. Увеличение в концентрате гахты лизина, легко разрушающегося при дончтуращгд белка, свидетельствует, что при ультрафильтрации пахты не происходит денатурировать белка. Электрофорегра..М1 казеина похтн и концентрата имеют аналогишый характер, следовательно, >г* происходит функциональных игкененнП белка.

Микроструктур!вдй «калиэ концентрата" пахты показал, что в процессе ультраф:1льтрации в результате теркомахашчоского воздействия происходи? диспергирование хнра с образованием отдель-конглоуератов, состоящих нэ белкосо-дипоцаншс частиц.

Стумраг пахты содержит в среднем 5,0-5,2 % сухих веществ, з тон число 4,£-4,3 % приходится на лактозу, остальное '- белки в юшеральние вещества.

Состав белкового концентрата и фильтрата пахты

Показателя I Мае сопл я доля сухдас помести%_

- Шсходная!Болкопий концентрат! Фильтра* ? пахта _!__1.

1 6,0 ! 15-16 ! 25-26 1 5,0 I Г>,2

белка 2,57+ О^О-Г 8,78+ 0,06" 26.44+ 0,09

0,26+ 0,0-Г 0,20+ 0,0о

лактоуц 4,44+ о;от- 4,84»- 5,98+ о.атт 4,17+ 0,09" 4,30+ 0,07"

имнералышх сес^сстп о|ог 0,63+ о^ог- 0,9в+ . 0,03" 0,55+ о|ог 0,60+ 0,0'Г

Иссосал доля, % *20-з

бос^олишуш 135,0+ 496,0+ 847,0+

холестерин 26,0+ 48,0+ 100, 3+

12Ц£К, а т.ч. 10,55+ 38,9-1+ 81,80*

лу.ног.оеол 7,93+ 20.49+ 59,85+

линолоновая 2,57+ 10,45+ 21,95+

Нзз&мепюдо аии- 778,4+ 2673,1+ 51X7,4+

нокислоты, в т.ч. 2,1

лизин 221,4+ 4,71+ 1447,6+

здкрозлементи 373,5+ 567,0+ 626,8+ . 165,2+ 277.8«-

Из учо «но коагуляционных и сине-ретичооких свойств белкового концеиграта. С увеличением содержания сухюс всцесто в концентрате пахты боль-п« расходуется молочной кислоты :1а его коагуляции (.рис. 2). сто лелягтел следствием высокой буерной емкости концентрата пахти, обусловлено?! наличном в нем ряда Су^ерюсс систем.

С5ъем вудслиегзйся сыворотки з результате сниереэиса уменьшается с увеличение?.* белка в концонтрато, обладающего высокой всдссоязиваэ^ой способностью.

8 10 12 14 1Ь 18 20 22 24 26 Кассовая доля сухих веществ, % I - фактический расход молочной кислоты П - способность я синерезису

Рис. 2. Влияние гассовой доли сухих веществ в концентратах пахты на их хоагуляциоюше свойства и способность к синерезису

Результата исследований 'состава и свойств белкового ко!гцент-рита пахты характеризувт его как продукт повышенной биологической ценности с хороаигш технологическими свойствами и его следует пели ос ты) иеасдьзовать на пицевьге цели в натуральном вцсе или после незначительной технологической обработки (рис. 3).

В к&турхлЪпон виде |

Предложения по использования

/Х.:олочн1;й сахар освежающие налитки

Рис. 3. Схема рационального использования ^раиуШ лахти

Разработка трхнологкп продуктов с испэль-ao»atim.'M ослкского концентрата пахтн

Особенности состава и свойств белкового концентрата пахты позволили определить два направления его использования: в натуральном вино для создания но вех пыесхобелкових продуктов и в качестве бол ко и о го наполнителя для улучшения биологической ценности и свойств традиционных молочных продуктов.

Оптимальная кассовая доля сухих веществ в концентрате пахты при использовании ого в натуральном виде составляет 14-Ю в качестве белкового наполнителя при производстве ere таны - 1*1-10?, масла - 24-20 %.

Использование tí о л к о в о г о концентрата пахти в натуральном виде. Изучено влияние торупчоской обработки при тст-лературах от СО до ICO °С в интервале через каудаге 10 °С без выдержки н с сидер-лксП по отдельном вариантам 15, 30, СО, 120 ICO мин. на органолелтичес-гие показатели продукта. Наиболее приемлемой является термическая обработка белкового концентрата при 100 °С с вщерккой 15 мин. Данный реши обусловливает образование в готовом продукте чистого молочного вкуса и запаха с пиратсеннкм привнес'! пастеризации, . срок реализации его с «смента выработки 5 суток при температуре 4-6 °С.

Изучено влияние биологического сквдаивания заквасками на ке- ■ <£нрных грибках, ацидофильной, чистых культурах молочнокисла стрептококков, сухого о'акконцентрата для сметаны, творога и прсстокваз: на органолептичеекпе показатели кнеломолочнего продукта. Наиболее приемлемой для скваянвания ^л косого концентрата пахти является закваска чистых культур молочнокислых стрептококков в количестве от 1,0, до 3,0 Прэдукт при этом характеризуется чистим кисломолочным вкусo?í и ароматом, в »'еру вязкой, cvc-танообразноЯ консистенцией. Срок реализации его с момента сира-ботки 48 ч при температуре 4-G °С.

Использование белкового концентрата пахти в качестве наполнителя при производстве масла. Бнработка аналога сливочного масла с использованием бедкоиого концентрата пахти позвалила получить продукт с массовой долей кира 45 с чистим, мслочним, недостаточно выраженным ароматом, слегка сладковатьм вкусом; однородной, плзс-тичной, слегка мягкой консистенцией.

Разработка технологии смотаны с-

i: с п о л ь з о в а н я о и' б о л к о в о г о концентрата пахты. Изучена возможность использования белкового концентрата пахты при выработке сметан» 10, 12, 14 и 16 % жирности, Еь"работку опытных и контрольного (сметана 30 % япрпсети) сб-. раэцов проводили по традиционной технологии. Отличительна:» особенностями технологической схемы при этси являлись дополнительные операции получения белкового концентрата пахти и нормализация его по яиру сливками. С учетом этого изучено влияние массовой доли СШО на интенсивность кислотообразования, молочнокислого процесса и ароматосбразуш?« пецость в сметане. Нарастание титруемой кислотности в опытнах образцах сметаны в процессе сквашивания осуществляется более интенсивно и составляет в среднем 7,5 °Т/ч против-4,8 °Т/ч в контрольном. Еелаемая для сметаны кислотность (60-70 °Т) в опцтннх образцах сметаны получена после 9-10 часового термостатирования, а в контрольном - после 13-14 часового тер-исстатироеания. То есть использование белкового концентрата паггн интенсифицирует технологический процесс в целом. Активная кислотность огштша: и контрольного образцов различается незначительно, что является следствием повкаенного содержания белка в cnminoc образцах, обладавшего высокой буферностью. Изменение ее во время сквагиваккя в mtx происходит менее интенсивно, чем в контрольном, что обеспечивает б о,* ее благоприятные условия для развития молочнокислой микрофлоры. Прирост общего количества бактерий в опытных образцах смотаны на 50*10^ кизнеспособнах клеток в I га больше, чем в • контрольном, что указывает на интенсификацию молочнокислого процесса в них. Увеличение 1 вещества.

4. Научно обоснована рационалышз пути испольэ зання белкового концентрата и фильтрата пахты. Установлено, что белкоеий концентрат пахты с гассобой долей сухих ве^оста 14-18 % пригоден для использования на шицевио ц<?лн в натуральном виде, бел ко л 1;;*; концентрат пахты с массовой долей сухих веществ 24-26 % - в качестве белкового наполнителя при производстве масла.

Сильтрат пахты - для производства молочного сахара л освсязо-' щих налитков.

5. Доказано, что использование белкового концентрата пахты, при производство сметаны, позволяет получить продукт с улучшенными длетичоеккми свойствами и пищевой ценность», предназначенный для питания лодей различных возрастных категорий.

Опшныо образцы смотаны по сравнении с контрольны;'! содержат больше белка о 2,5-2,8 раза, фосфолютцдоо в 1,0-2*0 разя, минеральных веществ в 1,2-1,4 раза и теньке жира о 1,8-3,0 раза, холестерина - в 1,6-1,9 раза. Состав их в больгей степени соответствует фор><уло сбалансированного питания.

6. Использование белкового ко|щентрата пахты при производство сметаны посылает масеову» долю болка в ной, что интонсн£ицирует кислотообразеванио, колоаюкис-шЯ прсцссс во прокя биологического сквагз(5ания и технологический процесс п целом, стимулирует обра-эоваше ароматических ве^естз, способствуя получению в готовой продукте органолелтнасских показателей, свойственных традициои-*

7. Научно обосновано, что на формирование структуры огпдкьсх образцов сметали в процессе биологического скзазавания определяющее вгилние оказьяает белок, а в процессе £::з1гческого созревания кир. Связи гегду скоагулирозшшь2Ч1 белками более пречнче

и оказывают большее влияние на структуру О'етани. Огилтге образца сметаны имеют большую стойкость зьульсии по сравнения с традиционной и по структурно-механическим 'показателям не уступают ей.

8. Разработаны и утверхдены:

технические условия на пахту-сырье