Научно-технические решения структурирования в концентратах молочной сыворотки

14-05-2014, 11:21

Н.С. Евдокимовым предложена модель получения концентратов молочной сыворотки (КМС), представленная на рис. 8.6.

Для ее реализации применен метод категориальных рядов проф. В.И. Разумова. Схема позволяет выявить ключевые факторы получения KMC, влияющие на качество продукта и определить основные точки контроля на основных стадиях технологического процесса: сбор и резервирование — исходная сыворотка; фильтрация, пастеризация и сгущение — сгущенная сыворотка; структурообразование (термообработка, охлаждение, перемешивание, выдерживание) — структурированная система в случае соответствия продукта запланированным показателям. Завершают процесс упаковывание и маркировка.
Сгущенная сыворотка выступает в роли центрального элемента категориального ряда, до достижения которой, как правило, при производстве концентратов не возникает затруднений на практике, при условии соблюдения требований к качеству исходной сыворотки. Структурирование продукта за счет операций термообработки, охлаждения, перемешивания и выдерживания происходит внутри его массы и остается скрытым вплоть до получения готового геля.
При проведении операций структурообразования эффект остается скрытым вплоть до их завершения: либо образование структурированной системы продукта (гель), либо неструктурированной — хаотической системы. В последнем случае на производстве требуется проведение дополнительных операций структурообразования для попытки перевода хаотической структуры в упорядоченную. В случае неудачи результат определяют как брак. Отсутствие параметров контроля структурообразования снижает его качество, что отражается на получении конечной системы.
Анализ факторов, влияющих на структурирование, позволяет выделить в качестве ключевого механизма формирования структуры KMC процесс гелеобразования. Он обусловливает формирование внутренней пространственной структуры продукта за счет сывороточных белков и лактозы, а, следовательно, определяет направление всего процесса производства KMC и формирования ряда показателей качества.
Структурирование регламентируется температурами нагревания, охлаждения, временем выдерживания при этих температурах, скоростью перемешивания продукта. Соблюдение заданных параметров должно обеспечить надлежащее структурирование. В технологии концентратов молочной сыворотки можно условно выделить основные этапы формирования структуры: сгущение сыворотки, термообработка сгущенной сыворотки, охлаждение и перемешивание, выдерживание продукта.
Для формирования структуры продукта сгущение является подготовительной операцией, определяющей дальнейшее протекание процесса гелеобразования. Операции термообработки, охлаждения и перемешивания определяют сущность процесса структурообразования, и позволяют под действием внешних факторов (температуры и механического воздействия) сформироваться определенной структуре.
Термообработка направлена на изменение основных компонентов сыворотки — белка и лактозы. При этом белок в результате денатурирует, высвобождает химические связи, образуя пространственную сетку геля, а лактоза при охлаждении образует кристаллы, удерживаемые сформированной белком структурой. Эффектом этих двух основных процессов становится формирование системы с определенной структурой. Тип структуры и механические свойства продукта определяют его консистенцию, которая является одним из важнейших показателей качества.
Для получения продукта заданного качества необходимо иметь четкое представление о физико-химических, органолептических и технологических свойствах исходного сырья, о причинах и последствиях их качественных изменений. Свойства сгущенной сыворотки и концентрата по окончанию операций структурообразования наиболее полно характеризуют изменения компонентов KMC Температура термообработки и время выдерживания продукта после охлаждения являются основными факторами, обусловливающими процесс формирования структуры. В качестве параметра качества концентрата молочной сыворотки может быть использована величина предельного напряжения сдвига.
Установлено, что при температуре 62-68 °С концентрат молочной сыворотки с массовой долей сухих веществ (54+2) % имеет твердообразную структуру, является псевдопластичным телом. При выдерживании продукта при температуре 68 °С величина предельного напряжения сдвига (ПНС) увеличивается: в течение 15-180 минут — от 200 до 330 Па; в течение 12 ч ПНС продукта достигает 350 Па и в дальнейшем стабилизируется.
Процессы возникновения и разрушения структуры сывороточных концентратов происходят во времени. Для управления этими процессами в технологии KMC изучены кинетические закономерности разрушения продукта, определена константа скорости разрушения и энергия активации разрушения. Все оригинальные решения являются «ноу-хау» авторов, запатентованы (подтверждение приоритета и новизны) и реализованы в конкретных нормативных документах с учетом требований TP на молочную продукцию. На этой методологической и экспериментальной базе предложена математическая модель контроля качества КМС.