Технологии продуктов с применением модифицированных форм творожной сыворотки

15-05-2014, 11:34

Разработка рецептур продуктов с применением модифицированных форм творожной сыворотки осуществлялась в соответствии с научно-техническим обоснованием и разработанной Е.И. Мельниковой концептуальной моделью создания безопасных продуктов функционального питания (рис. 19.13).
Для реализации модели предложена схема применения творожной сыворотки и ее модифицированных форм в технологии различных ассортиментных групп (рис. 19.14), которая позволяет получить традиционно востребованные продукты с повышенной пищевой, биологической ценностью и функциональностью за счет максимального использования вторичных ресурсов переработки молока. Одним из ведущих направлений развития отечественной отраслевой науки является разработка принципиально новых, оригинальных процессов и технологий рациональной переработки молочного сырья на основе глубокого фракционирования его компонентов.

Приоритетным направлением является внедрение мембранных технологий, предусматривающих эффективную переработку творожной сыворотки с целью последующего использования полученных полуфабрикатов в технологии новых пищевых продуктов. Ниже излагаются конкретные технологии продуктов питания и напитков, разработанные в соответствии с концептуальной моделью и схемой применения творожной сыворотки.
Безалкогольные напитки, обогащенные сгущенным или сухим углеводо-минеральным концентратом. Традиционные безалкогольные напитки, как правило, представляют собой растворенную в воде смесь сахарозы (или подсластителя), пищевых кислот (лимонной, виннокаменной, ортофосфорной), эссенций и красителей, характеризуются невысокой пищевой ценностью и не содержат функциональных ингредиентов. Пищевую и энергетическую ценность таких напитков определяют только углеводы. Они формируют полноту вкуса, создают консистенцию напитка, образуют сорбционные комплексы с ароматическими веществами, предотвращая изменение последних в процессе хранения. Однако сахар, потребляемый в рафинированном виде, создает нагрузку на системы организма человека, регулирующие его уровень в крови, приводит к гипергликемии и развитию обменных нарушений в организме.
Химический состав сгущенного углеводно-минерального концентрата (УМК) обусловливает его способность частично заменять сахарозу функциональным олигосахаридом лактозой, пищевые кислоты — молочной кислотой, повышать ценность напитков за счет обогащения их минеральными веществами и витаминами. УМК является источником функциональных ингредиентов: лактоза (16,5 %), микронутриентов — Ca, Р, Na, К, Mg, B1, B2, PP, С. Возможность применения углеводно-минерального концентрата в технологии безалкогольных напитков установлена при апробации двух групп напитков.

К первой группе относятся газированные сокосодержащие напитки, например, напиток «Яблоко». Ко второй группе — сильногазированные напитки на ароматизаторах, состоящие из сахара, лимонной кислоты, вкусоформирующей композиции, колера. К этой группе относится напиток «Лимонад». Эти напитки использовали как основу для разработки новых видов напитков, обогащенных сгущенным углеводно-минеральным концентратом УКМ-ОО.
На основании разработанных рецептур и балльных оценок напитков, установлено оптимальное содержание углеводно-минерального концентрата в напитках: 12,1-14,1 мас.%, что позволяет осуществить замену 20-25% сахарозы. Введение в состав рецептуры напитков УМК-00 придает последним специфический качественный состав и свойства. К важным физико-химическим показателям напитков относится стойкость, которая характеризует их способность противостоять помутнению или образованию осадка (опалесценции). Различают биологическую и коллоидную (физико-химическую) стойкость. Биологическая стойкость характеризует продолжительность выдержки напитка в бутылке от розлива до определения его, как не соответствующего требованиям нормативно-технической документации вследствие изменений органолептических и физико-химических свойств, вызванных жизнедеятельностью микроорганизмов. Применение сгущенного УМК в качестве рецептурного ингредиента повышает биологическую стойкость напитков.
Многие технологические показатели, обеспечивающие создание высококачественных напитков зависят от активной кислотности (pH) пищевой системы, в частности, образование компонентов вкуса и аромата, влияют на микрофлору, обеспечивая биологическую стойкость продукта. Активная кислотность напитков, содержащих УМК-ОО, находится в пределах: 2,7-3,3 (для сокосодержащих напитков), 3,6-3,8 (для сильногазированных на ароматизаторах). Кислая среда напитков имеет важное физиологическое значение, т. к. активизирует перистальтику кишечника; стимулирует секрецию пищеварительных соков; влияет на формирование определенного состава кишечной микрофлоры путем снижения pH; тормозит развитие гнилостных процессов в кишечнике. Микробиологические показатели напитков с УМК-ОО находятся на уровне 56-60 КОЕ/см3, что соответствует требованиям стандарта.
Коллоидная стойкость напитков — продолжительность выдержки его (в бутылке) от розлива до выпадения осадка, не вызванного жизнедеятельностью микроорганизмов. В связи с этим важное значение приобретает совместимость компонентов, входящих в состав напитка. Коллоидную стойкость напитков при хранении определяют по изменению их оптической плотности через каждые сутки хранения. Установлено, что обогащение напитков УМК-ОО незначительно повышает оптическую плотность и не вызывает помутнения и образования коллоидов, т.к. гидрофильные вещества низкомолекулярной структуры, присутствующие в концентрате, выполняют функции поверхностно-активных соединений и повышают стабильность системы. Напитки проявляют коллоидную стойкость в течение 14 суток.
Углеводо-минеральный концентрат характеризуется хорошей пенообразующей способностью, поэтому напитки, приготовленные на его основе, также образуют стойкую пену, что подтверждается экспериментальными данными. Исследована зависимость высоты столба пены и пеностойкость от количества УМК-ОО в напитках (рис. 19.15).

Присутствие УМК-ОО улучшает пенообразующую способность напитков: высота столба пены увеличивается в 5-6 раз и пеностойкость на 50-60 с, что повышает освежающий эффект напитков.
Технологическое совершенствование производства безалкогольных напитков на основе УМК-ОО заключается в модификации рецептур, предусматривающих частичную замену сахарозы и лимонной кислоты с полным сохранением последовательности и режимов традиционной технологии. Полная замена лимонной и виннокаменной кислот на УMK-OOC нецелесообразна, т.к. повышенное содержание концентрата в напитках приводит к появлению горько-соленого вкуса, сывороточного запаха и не обеспечивает необходимой кислотности.
Сухой углеводо-минеральный концентрат УМК-ООС, обладает высокой пенообразующей (высота отстоя пены почти вдвое выше, чем в напитке, выработанном по традиционной технологии) и увеличивает пеностойкость напитков на 50-60 с, что связано с присутствием в концентрате поверхностно-активных веществ, понижающих поверхностное натяжение и способствующих пенообразованию.
Пенообразующая способность и пеностойкость являются серьезной проблемой при получении сухих шипучих напитков. Пена, создаваемая гидрокарбонатом натрия, имеет низкую пеноудерживающую способность. Бинарная смесь гидрокарбонат натрия — сухой УМК при совместном использовании проявляет синергетический эффект и обеспечивает образование стойкой пены в напитке, что повышает освежающий эффект напитков. Это позволяет использовать УМК-ООС в технологии сухих шипучих напитков, растворяющихся в воде с образованием нестойкой пены.
За основу при разработке новых видов напитков использовали рецептуру концентратов сухих шипучих напитков «Барбарисовый» и «Освежающий». Установлено, что 1 г лимонной кислоты эквивалентен по кислотности 5,5 г сухого УМК, a 1 г виннокаменной кислоты — 4,7 г сухого УМК. При замене лимонной и виннокаменной кислот на концентрат наблюдается увеличение массовой доли сухих веществ в напитках, что способствует появлению более насыщенного вкуса. Лучшими органолептическими показателями характеризуются напитки, рецептуры которых предусматривают замену 62-75 % лимонной, 25-26 % виннокаменной кислот и 10,4-13% сахара. Разработанные рецептуры концентратов сухих шипучих напитков «Барбарис» и «Свежесть», содержащих УМК-ООС, позволяют сократить расход дорогостоящих рецептурных ингредиентов при одновременном обогащении напитков физиологически ценными нутриентами молочного сырья.
При разработке рецептуры концентрата сухого киселя, содержащего УМК-ООС, в качестве дополнительного источника хемиопревенторов, применяли порошкообразный яблочно-паточный полуфабрикат, который характеризуется широким набором физиологически ценных нутриентов, низкой влажностью и кислотностью. Эти качества гарантируют микробиологическую стойкость продукта в процессе хранения.
Пищевая ценность напитков и киселя рассчитана по методике А.А. Покровского согласно формуле сбалансированного питания (табл. 19.30).

В соответствии с химическим составом разработанных напитков изучена их адекватность требованиям, предъявляемым к функциональным продуктам (табл. 19.31).

Полученные напитки и кисель характеризуются повышенной пищевой ценностью и функциональностью. Так, например, сокосодержащий напиток на основе УМК-ОО может быть отнесен к функциональным по содержанию олигосахарида лактозы и микронутриентов, таких как, кальций, калий и рибофлавин (удовлетворение суточной потребности 124, 38, 26 и 31 % соответственно). Сильногазированный напиток, содержащий УМК-ОО также относится к категории функциональных по наличию лактозы, кальция и рибофлавина (удовлетворение суточной потребности 114, 29 и 26% соответственно).
Технологический процесс получения напитков, содержащих УМК-ООС, отличается от традиционной технологии тем, что сахар после измельчения на мельнице поступает на сита рассева, затем в смеситель, где тщательно перемешивается с сухим углеводо-минеральным концентратом. Затем в смеситель добавляют остальные рецептурные ингредиенты (измельченную кислоту, гидрокарбонат натрия, яблочный полуфабрикат, крахмал, сухую эссенцию). После тщательного перемешивания смесь направляют на автоматические весы, а затем на пакеторасфасовочную машину.
Совершенствование производства напитков на основе сухого УМК заключалось в модификации рецептур, предусматривающих замену сахарозы 13-25% и пищевых кислот 25-75%. Микробиологические показатели напитков, выработанных на основе УМК, находятся на уровне контрольных образцов (КМАФАнМ, КОЕ/г не более 3*10в4). Срок хранения сухих напитков с УМК-ООС установлен 6 месяцев при температуре 10-12 °C и влажности воздуха не более 75%.
Кисломолочные напитки с сухим углеводо-минеральным концентратом. Высокое содержание лактозы и молочной кислоты в сухом углеводо-минеральном концентрате создает предпосылки для его использования в технологии кисломолочных напитков как ускорителя технологического процесса сквашивания молока и стабилизатора консистенции.
Наилучшая органолептическая оценка кисломолочных напитков, обогащенных сухим УМК, и полученных по традиционной технологии простокваши термостатным способом, была в образцах с массовой долей УКМ-ООС 4-5 %. Внесение этого количества концентрата позволило сократить технологическую операцию сквашивания на 1-1,5 ч. Кроме того, кисломолочные напитки с УМК характеризуются увеличением эффективной вязкости (рис. 19.16).

Наиболее структурированным является образец, содержащий 6% УМК-ООС, что коррелирует с более высокими прочностными свойствами, определяемыми органолептическим путем: сгусток плотный, тягучий, без следов газообразования и выделения сыворотки.
Соответствие кривых течения напитков с УМК основным реологическим законам позволяет утверждать, что течение сгустков по трубам при их транспортировке в ходе технологического процесса не будет отличаться от характера течения сгустка контрольного образца (простокваши). Это исключает необходимость пересмотра аппаратурного оформления технологии кисломолочных напитков с применением сухого УМК, например, напитка «Донской».
Алкогольные напитки с ультрафильтратом творожной сыворотки. Изучена возможность применения ультрафильтрата творожной сыворотки в технологии алкогольных напитков различных групп (аперитивы, пунши, джины).
Органолептические свойства алкогольных напитков на основе ультрафильтрата творожной сыворотки улучшаются за счет появления специфических сывороточных тонов во вкусе и запахе, обусловленных присутствием пептидов, свободных аминокислот, альдегидов, кетонов, летучих жирных кислот. Кроме того, лактоза, способная адсорбировать запахи, усиливает травяные ароматы настоев растительного сырья и придает напиткам более сладкий вкус. В табл. 19.32 приведены органолептические и физико-химические показатели некоторых видов алкогольных напитков, вырабатываемых с ультрафильтратом творожной сыворотки.

С учетом оценки стойкости и прозрачности (отсутствие признаков опалесценции или осадка), а также микробиологических показателей установлены сроки хранения напитков на основе ультрафильтрата творожной сыворотки (аперитивы и пунш — 2 мес., джин — 6 мес.), что соответствует хранимоспособности алкогольных напитков, относящихся к группам аперитивов, пуншей и джинов.
Технологический процесс производства алкогольных напитков на основе ультрафильтрата сыворотки включает следующие стадии:
- подготовка рецептурных компонентов (водно-спиртовых экстрактов растительного сырья);
- получение ультрафильтрата творожной сыворотки и молочно-растительного экстракта стевии;
- приготовление белого инвертного сиропа;
- приготовление купажа напитков холодным способом;
- фильтрование и охлаждение купажа до (18 ± 2) °С;
- розлив, укупорка, маркировка напитков.
Предложенная технология позволяет получать напитки с качественно новыми органолептическими свойствами, содержащими ценные компоненты молочной сыворотки (лактозу, макро- и микроэлементы, витамины), а также физиологически активные вещества растительного сырья, оказывающие позитивное действие на организм человека. Эффективность предложенных технических решений по производству алкогольных напитков на основе ультрафильтрата творожной сыворотки представлена в табл. 19.33.

Низкокалорийные десертные продукты с ультрафильтратом творожной сыворотки.
Ультрафильтрат творожной сыворотки апробирован в качестве ингредиента в технологии некоторых десертных молокосодержащих продуктов, заменяющего воду в их рецептурах и повышающего пищевую ценность.
Низкокалорийное плодово-ягодное мороженое. В качестве базовой основы для разработки нового вида мороженого, характеризующегося повышенной пищевой ценностью и функциональной направленностью, применяли плодово-ягодное мороженое, обязательным компонентом которого является сахароза. При разработке рецептуры мороженого, обогащенного биологически активными веществами, произведена частичная замена сахарозы концентратом стевии. Основной компонент концентрата — стевиозид относится к природной биологической пищевкусовой добавке натурального происхождения и придает функциональную направленность продуктам. Он низкокалориен, в 300 раз слаще сахарозы, не требует для усвоения выделения инсулина, снижает уровень содержания сахара в крови, нормализует белковый, углеводный и минеральный обмены, не вызывает кариеса и диатезов. Важное значение имеет также способность стевиозида модифицировать и усиливать запах ароматизирующих композиций, поскольку в мороженом ароматическая составляющая имеет принципиальное значение.
Кроме того, вместо воды (одного из основных рецептурных ингредиентов плодово-ягодного мороженого) предложено использовать ультрафильтрат творожной сыворотки. Введение в рецептурную композицию мороженого ультрафильтрата восполняет недостаток сухих веществ, образующийся из-за частичной замены сахарозы на концентрат стевии, улучшает структуру продукта, органолептические свойства и повышает пищевую ценность.
Совершенствование производства низкокалорийного мороженого на основе ультрафильтрата заключается в модификации рецептуры, предусматривающей замену воды (100%), сахарозы (55-60%) и лимонной кислоты (75%), введение дополнительной стадии получения ультрафильтрата с полным сохранением последовательности и режимов традиционной технологии. В качестве плодово-ягодного наполнителя используется варенье черничное. Показатели качества мороженого «Черничка» приведены в табл. 19.34.

Мороженое «Черничка» характеризуется высокой пищевой ценностью и относится к продуктам, обогащенным функциональными ингредиентами: пищевые волокна (18%), лактоза (16%), Ca (51%), К (5%), витамины B2 (4%), С (18%). Низкокалорийный: энергетическая ценность мороженого составляет 62 ккал/100 г.
Низкокалорийное молокосодержащее желе. Продукты желеобразной консистенции относятся к оптимальным объектам для обогащения физиологически ценными функциональными нутриентами молочного сырья. Структурно-механические свойства желе способствуют заключению микронутриентов вносимого компонента в «решетку», что способствует их максимальной сохранности и частично предотвращает реакции, изменяющие органолептические и физико-химические показатели готового продукта.
При разработке рецептурных композиций низкокалорийного молокосодержащего желе проводили полную замену традиционных ингредиентов желе (вода, лимонная кислота) ультрафильтратом творожной сыворотки, сахара — концентратом сладких веществ стевии.
Совершенствование производства низкокалорийного желе на основе ультрафильтрата заключается в модификации рецептур, предусматривающих замену воды (64-77 %), сахарозы (100%) при одновременном обогащении ингредиентами молочного и растительного сырья, в т.ч. и функциональными, введении дополнительных стадий получения ультрафильтрата и пюре дайкона с полным сохранением последовательности и режимов традиционной технологии, Разработано два вида низкокалорийного желе «Вояж» и «Новинка», показатели качества которых приведены в табл. 19.35.

Молочно-растительный десертный продукт мусс «Загадка». Изучена возможность использования УФ-концентрата творожной сыворотки в технологии структурированных десертов при разработке рецептурной композиции нового комбинированного молочно-растительного мусса «Загадка». При разработке рецептуры нового продукта повышенной биологической ценности в качестве растительного наполнителя использовали пюре дайкона. Результаты аминокислотного анализа УФ-концентрата творожной сыворотки и пюре дайкона, выполненного методом капиллярного электрофореза, показали, что молочная и растительная системы дополняют друг друга по составу аминокислот, повышая биологическую ценность комбинированного продукта (рис. 19.17).

Для стабилизации консистенции десертного продукта применяли бинарную смесь структурообразующих веществ (желатин-пектин), которые при совместном использовании проявляют синергический эффект и обеспечивают гомогенную устойчивую структуру мусса на протяжении всего срока хранения.
С целью оптимизации количества овощного наполнителя в продукте исследовали рецептурные композиции с содержанием пюре дайкона от 10 до 30 мае. %. Массовая доля стабилизатора при этом оставалась постоянной (3 мае. %). Продукт взбивали в течение 5 минут при частоте вращения мешалки 5 с-1 [t = (4-6) °С]. При оценке дисперсности (рис. 19.18) установлено, что в рецептурных композициях с содержанием пюре дайкона до 25 мае. % большинство пузырьков воздуха (около 80 %) имеют средний размер менее 40 мкм. В продукте, содержащем 30 мас.% овощного пюре, образуется неравномерная пена, в которой 60-65 мас.% пузырьков такого размера, остальные размером 80 мкм и выше.

С учетом органолептических и физико-химических показателей модельных рецептурных композиций оптимальное содержание овощного наполнителя в комбинированной молочнорастительной системе составляет 20%.
При соотношении желатин: яблочный пектин 2:1 и 1:1 средний размер пузырьков воздуха около 40 мкм, увеличение содержания пектина приводит к появлению крупных пузырьков воздуха и ухудшает качество взбитого десерта.
Предельное напряжение сдвига (прочность), а также вязкость — объективные показатели, характеризующие способность продукта сохранять структуру. Излишне плотная консистенция характерна для продукта при прочности от 900 до 1500 Па и градиенте скорости сдвига от 1 до 145 с-1 При прочности 150-500 Па и градиенте скорости сдвига от 1 до 145 с-1 продукт плохо сохраняет консистенцию, принимает кремообразную форму. С увеличением градиента скорости сдвига снижается эффективная вязкость продукта, разрушается его структура. Процесс обработки продукта необходимо осуществлять при сравнительно небольшой скорости сдвига, это уменьшает разрушение структуры и должно быть учтено при выборе технологических параметров производства продукта.
Взбитый молокосодержащий десерт занимает промежуточное положение между жидкими и твердыми системами, является их сложной композицией и характеризуется вязкостью, пластичностью, упругостью. Добавление растительного сырья повышает предельное напряжение сдвига системы и является фактором упрочнения структуры продукта.
При изучении влияния овощного пюре на реологические свойства продукта установлено, что увеличение массовой доли пюре дайкона с 10 до 15 % незначительно изменяет структурно-механические свойства системы. Увеличение массовой доли овощного наполнителя с 10 до 30 маc. % увеличивает вязкость с 20 до 55 Па*с. Максимальная эффективная вязкость достигается при содержании желатина 3 мае. % и составляет 68 Па*с при 4 °С и 55 Па*с при 20 °С.
Лучшими органолептическими и структурно-механическими показателями характеризуется продукт, содержащий 3 мас.% стабилизатора и 20 мае. % овощного пюре, т.е. соотношение желатин: яблочный пектин равно 1:1. При этом эффективная вязкость составляет 50 Па*с, что обеспечивает консистенцию, удовлетворяющую требованиям к данной ассортиментной группе продуктов.
Органолептические и физико-химические показатели мусса «Загадка» приведены в табл. 19.36.

Низкая энергетическая ценность продукта позволяет использовать мусс для диетических, в частности, диабетических рационов питания.
Динамика изменения активной и титруемой кислотности, микробиологических показателей мусса в процессе хранения позволяет прогнозировать стабильность этих показателей в течение семи суток хранения готового продукта. При хранении мусса в течение семи суток незначительное изменение органолептических свойств не приводит к ухудшению качества продукта.
Технологическая схема производства предусматривает использование серийно выпускаемого оборудования, не усложняет процесс производства продукта и включает следующие операции:
- очистку творожной сыворотки от казеиновой пыли, ее ультрафильтрацию и получение УФ-концентрата;
- подготовку рецептурных ингредиентов — приготовление инвертного сахарного сиропа, подготовка желатина и яблочного пектина, получение пюре дайкона;
- составление молочно-растительной смеси;
- пастеризацию смеси;
- охлаждение, желирование, взбивание и расфасовку смеси.
При выборе режимов пастеризации молочно-растительной смеси необходимо учитывать низкую термоустойчивость сывороточных белков в составе УФ-концентрата с целью предотвращения их денатурации. Порог тепловой денатурации белков УФ-концентрата соответствует 55-60 °С, однако видимое хлопьеобразование начинается при (80 ± 2) °С и объем осадка резко возрастает. Максимальная тепловая денатурация белков происходит при 85-100 °С.
Принимая предельно допустимое значение степени денатурации белков 10 %, установили режимы пастеризации УФ-концентрата: (70 + 2) °С с выдержкой 20 с; (65 ± 2) °С с выдержкой 5 мин; (60 ± 2) °С с выдержкой 10 мин. Для повышения термоустойчивости сывороточных белков и применения более жестких режимов тепловой обработки с целью улучшения микробиологических показателей готового продукта в УФ-концентрат вводят яблочный пектин (от 1 до 5 маc. %), который повышает термоустойчивость сывороточных белков до 85-90 ”С без видимого хлопьеобразования. Для молочно-растительной смеси принят температурный режим пастеризации (68 ± 2) °С в течение 30 мин. Мусс «Загадка» хранят при 4-6 °С в течение 7 сут.
Химический состав и пищевая ценность мусса приведен в табл. 19.37.

Мусс «Загадка» характеризуется высокой пищевой и биологической ценностью, относится к функциональным продуктам (показатели функциональности — лактоза, аскорбиновая кислота), т.к. обогащен функциональными ингредиентами (аминокислоты, Ca, К, Mg, B1, B2, пектин).
Эффективность предложенных технических решений по производству желеобразных продуктов с применением модифицированных форм творожной сыворотки представлены в табл. 19.38.
Организация производства продуктов с применением модифицированных форм творожной сыворотки позволяет повысить эффективность использования вторичного молочного сырья, снижает себестоимость и повышает конкурентоспособность продукции из натуральных компонентов.