Технология блочной молочной сыворотки с промежуточной влажностью (КМС-ПВ)

14-05-2014, 20:15

Исследование структурно-механических характеристик КМС-ПВ. Сдвиговые характеристики образцов концентрата молочной сыворотки были исследованы при скорости сдвига, варьируемой в интервале от 0 до 100 с-1 и фиксированных значениях температуры: 20; 40; 47,5; 55 и 65 °С. Анализ экспериментальных данных показал, что кривые течения с наиболее высоким коэффициентом корреляции аппроксимируются степенным уравнением Оствальда — де Виля и исследуемые концентраты можно классифицировать как псевдопластические жидкости, обладающие тиксотропными свойствами. Наиболее высоким коэффициентом корреляции отличаются концентраты с массовой долей CB 60 и 62 %. Кривые течения концентратов с содержанием CB 60% представлены на рис. 16.26.

Технология блочной молочной сыворотки с промежуточной влажностью (КМС-ПВ)

Изучена зависимость эффективной вязкости от содержания метилцеллюлозы и температуры (табл. 16.20).

Установлено, что внесение МЦ приводит к увеличению вязкости концентратов. При этом создаются условия для придания им более однородной и стабильной консистенции; лучшие характеристики имеют образцы с массовой долей CB 60% и содержанием МЦ 2 и 3%.
Исследование поверхностных и пенетрационных характеристик позволило охарактеризовать поведение концентратов в процессе хранения и создать более полное представление об их реологических свойствах. Изучены адгезионно-когезионная прочность (рис. 16.27), удельная адгезионно-когезионная работа (рис. 16.28), напряжение стандартной пенетрации (рис. 16.29), период релаксации.
Испытания образцов проводились в начальный период хранения (0,5 мес), в середине предполагаемого срока хранения (3 мес) и в конце хранения (6 мес) при наиболее вероятной температуре хранения (20 °С). Каждая серия испытаний проводилась в идентичных условиях и характеристиках прибора «Инстрон-1122», что обеспечило сопоставимость результатов исследований. Поверхностные характеристики (адгезионно-когезионная прочность, удельная адгезионно-когезионная работа) снимались после приложения постоянного усилия (P1 = 2 Н) и завершения релаксации напряжений в продукте.
Адгезионно-когезионная прочность рассчитывалась по формуле:

где: Pmax — максимальное усилие нормального давления в каждом опыте, Н;
R — радиус плоского индентора, R = 28,5*10в-3 м.
Удельная адгезинно-когезионная работа рассчитывалась по формуле:

где: Sx — площадь эпюры под кривой «усилие-деформация», Дж;
VOD = 10 мм/мин — скорость перемещения траверсы с индентором;
VE — 5 мм/мин — скорость перемещения ленты записывающего устройства.
Напряжение стандартной пенетрации рассчитывалось по формуле:

где: Pα — константа индентора с углом конуса 60 °, Kα = 0,214;
Pmax — максимальное усилие пенетрации в каждом опыте, Н;
h — глубина погружения индентора, h = 25*10в-3 м;
Vл — скорость ленты записывающего устройства, Vл = 10 мм/мин. Период релаксации напряжений рассчитывался по формуле:

где: Pmax — максимальное усилие пенетрации, Н;
P30 — усилие через 30 с после снятия нагрузки, Н.
Реологические исследования позволили определить эффективную вязкость концентратов в широком спектре скоростей сдвига при наиболее характерных температурах, выявить некоторые особенности изменения вязкости продукта, обусловленные внесением метилцеллюлозы. Установлено, что концентраты с массовой долей сухих веществ 60 % и содержанием МЦ 2 и 3 % наиболее стабильны при хранении и имеют наиболее однородную структуру (рис. 16.27). Поверхностные и пенетрационные характеристики дают дополнительные сведения о структуре, ее стабильности и поведении концентратов при хранении; подтверждают наличие у продукта тиксотропных свойств.

Обоснование оптимальных режимов технологического процесса. Изучение литературных источников и проведенные исследования на модельных образцах концентратов молочной сыворотки с различной массовой долей сухих веществ и количеством вносимого структурообразователя позволили обосновать оптимальные режимы технологического процесса и разработать технологию концентрированной молочной сыворотки с промежуточной влажностью. Установлено, что при соотношении массовой доли CB сгущенной сыворотки (61±1)% и количества вносимой МЦ (2,5±0,5)% микробиологическая и биохимическая стойкость продукта реализуется наилучшим образом.
Технологический процесс осуществляется по следующей схеме (рис. 16.28). Основные технологические операции, начиная с приемки сырья, и до внесения структурообразователя, осуществляются в соответствии с аналогичными операциями, применяемыми при производстве сгущенных концентратов молочной сыворотки, и уточнения не требуют. Исключение составляет только операция сепарирования сыворотки, которую необходимо проводить по той причине, что уровень активности воды в продуктах с промежуточной влажностью является оптимальным для окисления липидов. Если операцией выделения молочного жира из исходной сыворотки пренебречь, то в готовом продукте будут протекать окислительные процессы, которые могут привести к дестабилизации консистенции и ухудшению кочества продукта при хранении.

После сгущения сыворотки до массовой доли сухих веществ (60±1) % она направляется в емкостной аппарат с термостатирующей рубашкой и перемешивающим устройством, куда вносится структурообразователь (метилцеллюлоза) в количестве (2,5±0,05) % от массы сгущенной сыворотки. Перемешивание полученной смеси осуществляется в течение 25 мин при температуре (70±2) °С. Продолжительность проведения этой операции и температура ее осуществления обусловлены несколькими факторами:
— обеспечение хорошего распределения структурообразователя по всей массе продукта с целью создания более однородной структуры;
— проведением тепловой обработки продукта для исключения возможности вторичного обсеменения при внесении структурообразователя.
Повышение температуры тепловой обработки при составлении смеси более 75 °С нежелательно, поскольку повышается вероятность денатурации сывороточных белков, что неизбежно приводит к ухудшению структуры конечного продукта. Понижение температуры ниже 65 °С не обеспечивает гарантированной тепловой обработки продукта и приводит к возрастанию вязкости смеси (тиксотропные свойства), что отрицательно сказывается на однородности структуры, так как ухудшаются условия перемешивания, и повышаются энергетические затраты на проведение этого процесса. Это подтверждается как результатами математической обработки эксперимента, так и результатами исследования физико-химических свойств и реологических характеристик модельных образцов.
После завершения составления смеси продукт в горячем виде расфасовывается в мешки с полиэтиленовыми вкладышами или ящики для сливочного масла с полиэтиленовыми вкладышами. Упаковка должна обеспечить герметичность продукта, так как при исследованиях было установлено, что при использовании полугерметичной упаковки возможна усушка продукта при хранении и повышается вероятность вторичного обсеменения, особенно в первые три месяца хранения, когда происходят процессы структурирования.
Хранение продукта может осуществляться в помещениях без поддержания определенного температурно-влажностного режима. Однако, повышение температуры хранения выше 25 °С следует признать нежелательным. При разработке технологии хранение испытуемых образцов осуществлялось в полимерной упаковке, разрешенной Минздравом РФ для контакта с пищевыми продуктами, в течение 6 мес. при наиболее вероятной температуре (20 ± 2) °С. При этом ежемесячно проводился контроль бактериальной обсемененности, наличие бактерий группы кишечной палочки и патогенной микрофлоры.
Рост микроорганизмов на протяжении всего срока хранения не отмечался. При параллельной закладке образцов в герметичной и полугерметичной таре, общая бактериальная обсемененность продукта не превышала значений, приведенных в табл. 16.21. Развитие бактерий группы кишечной палочки также не отмечалось. В образцах с массовой долей сухих веществ 58 % и содержанием метилцеллюлозы 1 %, при полугерметичной упаковке, наблюдался рост плесневых грибов на поверхности продукта после месячного хранения. В герметически упакованных концентратах развитие плесеней не было обнаружено.

Во всех образцах с содержанием метилцеллюлозы 4 % как при герметичной, так и полугерметичной упаковке происходило изменение цвета поверхностного слоя продукта от светлокремового до темно-кремового к концу периода хранения. Это, по-видимому, объясняется развитием реакций неферментативного потемнения и указывает на нежелательность выработки концентратов с содержанием метилцеллюлозы более 3 %.
Следует отметить, что жизнедеятельность токсичных бактерий, например, сальмонелл, подавляется понижением уровня активности воды ниже 0,9, а жизнедеятельность различных дрожжей прекращается с понижением уровня активности воды ниже 0,8. Поэтому вероятность развития этого вида микроорганизмов при выбранных оптимальных соотношениях массовой доли сухих веществ и содержания метилцеллюлозы в концентратах крайне мала. Исследования образцов в процессе хранения также подтвердили правильность выбора оптимального соотношения компонентов в продукте, поскольку микробиологическая и биохимическая стойкость его реализуется при этих соотношениях наилучшим образом.
По результатам исследований разработана аппаратурно-процессовая схема производства концентрата молочной сыворотки с промежуточной влажностью. Цифровые данные на схеме (рис. 16.29) соответствуют значениям режимов технологического процесса для получения 1 т продукта.
Состав, свойства концентрированной молочной сыворотки в плане ее возможного использования. Для производства концентрированной молочной сыворотки с промежуточной влажностью должны использоваться сыворотка молочная подсырная несоленая, метилцеллюлоза водорастворимая пищевая марок 35, 65, 100. Концентрированная молочная сыворотка предназначена для использования в хлебопекарной и кондитерской промышленности, в производстве безалкогольных напитков и кормов для сельскохозяйственных животных.

По органолептическим, физико-химическим и микробиологическим показателям получаемый продукт должен соответствовать требованиям, указанным в табл. 16.22.

Технология получения концентрированной молочной сыворотки с промежуточной влажностью, отработанная на модельных системах из подсырной сыворотки и метилцеллюлозы, была опробована также на творожной сыворотке и осветленной, получаемой при производстве сырной массы «Кавказ» и концентрата альбумино-казеинового. На основании проведенных исследований разработана техническая документация (НТД) на концентраты молочной сыворотки с промежуточной влажностью.
Способ получения концентратов молочной сыворотки по разработанной технологии защищен авторскими правами [41] и прошел промышленную апробацию на маслосырзаводе «Александровский», которая показала возможность осуществления данной технологии в производственных условиях, а концентрат, упакованный и хранившийся 6 мес. в соответствии с технологической инструкцией, выдержал тест на соответствие требованиям.
На пиoекомбинате «Ставропольский» была проведена выработка пряников «Северный», в которых 12% сахарозы было заменено концентратом. Комиссия, проводившая выработку, отметила хорошее качество получаемого продукта и возможность использования концентрата при производстве пряников взамен части сахара.
Анализ разработанной технологии показывает ее преимущества и перспективность. Концентраты имеют длительные сроки хранения без видимой порчи, удобны в транспортировании и хранении. Это позволило расширить границы используемого сырья, пищевых и кормовых добавок, усовершенствовать основные моменты технологии для повышения качества продуктов, расширить их ассортимент и сферы использования. Возможные виды сырья, материалов и основные направления использования представлены на схеме (рис. 16.30).

В соответствии с приведенной схемой предусматривается использование в качестве сырья не только молочной сыворотки различных видов, но и обезжиренного молока, пахты и различных комбинаций их с сывороткой. При этом предусматривается выделение молочных белков в виде копреципитатов с последующим их использованием в качестве структурообразователя конечного продукта.
Для реализации технологии новых видов молочных концентратов с промежуточной влажностью был разработан технологический регламент, в котором сырьем являются: молочная сыворотка (подсырная и творожная), обезжиренное молоко и пахта. Три вида продуктов, предусмотренных регламентом, выработанные на молкомбинате «Ставропольский», получили положительную оценку и рекомендованы к внедрению. На основании промышленной апробации разработан проект технической документации.
Возможность получения концентратов с промежуточной влажностью была опробована на мелассе молочного сахара в цехе лактозы Ипатовского ОАО «Сыродел». Получены положительные результаты, использованные при разработке бизнес-плана по проекту «ЭКОЛАKT — ИПАТОВО», предусматривающего переработку молочной сыворотки в молочный сахар, молочно-белковые концентраты и бифидогенную кормовую добавку в виде блока из мелассы молочного сахара для молодняка сельскохозяйственных животных. Кормовой продукт из мелассы был адаптирован в НТД на «Бифидогенные концентраты из молочной сыворотки и продуктов ее переработки».
Результаты проведенных исследований и производственной апробации получения концентратов молочной сыворотки с промежуточной влажностью предполагается использовать при разработке молочной основы для комплексных хлебопекарных улучшителей. Основные положения работы изложены в учебном пособии.
Технико-экономическая и экологическая оценка технологии. Экономический эффект от внедрения в ценах 1992 года составляет: при выработке концентрата из подсырной сыворотки — 105,7 руб/т, концентрата из творожной и осветленной сыворотки — 95,8 руб/т.
Сброс в канализацию таких продуктов, как молочная сыворотка и меласса молочного сахара, приводит к ухудшению экологической ситуации в стране. На Ипатовском ОАО «Сыродел» в сентябре 1996 года был проведен экологический мониторинг по утилизации мелассы, который показал, что ущерб экологии от слива в канализацию молочной сыворотки или адекватного количества мелассы при мощности завода 100 т переработки молока в сутки составляет 128,95 млн. руб. (в ценах на 01.10.1996 г.). Экономическая эффективность производства блочной кормовой добавки на основе мелассы, с учетом ущерба окружающей среде и прямых затрат на утилизацию, составляет — 392,7 млн. руб.
Развитие технологии концентратов с промежуточной влажностью требует разработки высокоэффективных методов определения активности воды, как интегрального показателя хранимоспособности и вероятности микробиологической порчи готового продукта. К.К. Полянским с сотр. разработана технология пасты из подсырной сыворотки имеющей следующий состав (%): сухих веществ — 75, в том числе лактозы — 50, белка — 5, жира — 3, минеральных солей — 8. Предложен гравиметрический метод определения активности воды в концентратах молочной сыворотки.
Имеются разработки по блочной молочной сыворотке натуральной Сибирского филиала ВНИМИ и ВНИИМС. Сотрудниками Сибирского филиала ВНИМИ и Омского государственного аграрного университета предложена технология получения структурированного концентрата молочной сыворотки за счет повышенного содержания сухих веществ. Концентрат рекомендован для использования в хлебопекарной, кондитерской промышленности, при производстве макаронных изделий и майонезов. Специалистами ВНИИМС разработана технология концентрата в брикетах на основе соленой молочной сыворотки и отрубей. Концентрат предназначен для использования в пищевой промышленности или в качестве кормового средства в виде блоков-лизунцов.