Гранулирование и окатывание молочной сыворотки в технологии быстрорастворимых напитков

15-05-2014, 11:39

На основе системных исследований по гранулированию с окатыванием А.М. Попов, с творческим коллективом последователей в составе школы проф. Л.A. Остроумова, реализовал линейку быстрорастворимых продуктов с использованием молочной сыворотки. Это совершенно новое направление, которое создано в отечественной пищевой индустрии. Научную основу приготовления быстрорастворимых продуктов (в зарубежной литературе — инстант-продукты) составляет физико-химическая механика дисперсных систем.
Рассмотрев особенности технологий быстрорастворимых продуктов и их классификацию, проведя анализ технологических систем их производства (по «мокрому» и «сухому» способам) А.М. Попов предложил систему технологий напитков на основе молочной сыворотки и растительных ингредиентов. Из творожной сыворотки, используя метод окатывания в тарельчатом грануляторе, получают гранулированную сыворотку. Показатели качества сухой гранулированной сыворотки приведены в табл. 19.39.

Сенсорная оценка сухой гранулированной молочной сыворотки показала, что по потребительским свойствам продукт не уступает аналогу, а именно сухой сыворотке распылительной и пленочной сушки.
Аминокислотный состав сухой гранулированной молочной сыворотки, приведен в табл. 19.40.

Приведенные данные показывают, что соотношение незаменимых аминокислот в сухой гранулированной сыворотке близко к стандартной формуле ФАО. В незначительном дефиците содержатся метионин и валин. Остальные незаменимые аминокислоты, такие как лизин, лейцин, треонин и триптофан находятся в продукте в количествах, превышающих их содержание в стандартном белке.
Биологическая ценность белков определяется сбалансированностью аминокислотного состава и атакуемостью белков ферментами пищеварительного тракта. Кроме этого, она зависит от соотношения лейцина и изолейцина в большей степени, чем от их абсолютного содержания, при этом соотношение данных аминокислот должно стремиться к 1,8. В сухой гранулированной молочной сыворотке, соотношение лейцина к изолейцину составляет 9,05 : 5,81 - 1,6 что свидетельствует о высокой биологической ценности белков продукта.
Гранулированная молочная сыворотка характеризуется повышенным содержанием витаминов, особенно С. Минеральный состав представлен органическими (0,1-0,4 %) и неорганическими (0,6-0,7 %) соединениями. Из микроэлементов наибольший удельный вес занимают цинк — 190 мг/кг, железо — 0,17 мг/кг и кобальт — 0,49 мг/кг.
Установлено, что при хранении продукта в условиях низкой отрицательной температуры (t = -18 °С, W= 85%), в холодильной камере (t от +4 до +6 °С, W= 55%) или при комнатной температуре и повышенной влажности (t от +18 до +20 °С, W=80%) сыворотка остается пригодной по уровню влажности и остальным показаниям в течение двух лет.
Сухая гранулированная молочная сыворотка по составу, свойствам, биологической и пищевой ценности отвечает требованиям, предъявляемым к продуктам функционального назначения. Если ее рассматривать, как сырье для последующей переработки, то она представляет собой продукт, имеющий все необходимые компоненты для нормального развития микроорганизмов после ее восстановления.
Технология гранулирования сывороткосодержащих композиций. Разработана технология гранулированного плодово-ягодного напитка, обогащенного сывороткой, которая позволяет организовать безотходную переработку плодово-ягодного сырья, обеспечить высокую пищевую ценность получаемого напитка, за счет использования шрота и молочной сыворотки и, кроме того, упростить наиболее сложный этап при получении сухой сыворотки — этап сушки.
Основное преимущество предлагаемой технологии заключается в том, что для производства сухих гранулированных сывороткосодержащих смесей используется не сухая, а сгущенная сыворотка. Концентрированная сыворотка гранулируется вместе с ягодной мукой в тарельчатом грануляторе с активатором. Ввиду большой влагоемкости ягодной муки (водоудерживающая способность клетчатки различных ягод может достигать до 23,7 г воды/г клетчатки) и, следовательно, высокой рабочей влажности гранулирования, становится возможным вырабатывать композиции с содержанием сыворотки (в пересчете на сухое вещество) от 10% до 50%. Полученный гранулят имеет однородный состав, хорошую сыпучесть и прочность, достаточную для реализации процесса сушки в сушилках любых типов. При этом легко удается добиться щадящего режима сушки и максимального сохранения пищевой ценности продукта.
Гранулирование сыворотки с наполнителями из плодово-ягодного жома имеет свои особенности. Во-первых, схема гранулирования по «сухому» способу в этом случае не эффективна, вследствие пылеобразования и малой скорости пропитки, особенно при увлажнении концентрированной сывороткой. Капиллярная пропитка смеси сыворотки со шротом ягоды показала, что для его гранулирования предпочтительней использовать «полумокрый» способ гранулирования с предварительным увлажнением смеси. По нему смесь порошков (сахара, крахмала, муку из жома ягод) увлажняется перед поступлением в гранулятор до влажности 70-80 % от оптимальной для окатывания. Остальное количество влаги вносится непосредственно при гранулировании путем напыления раствора из сгущенной молочной сыворотки, что позволяет регулировать процесс гранулирования. Предварительное увлажнение и смешивание позволяет повысить однородность гранул и интенсифицировать процесс. Влажный гранулят имеет однородный состав, хорошую сыпучесть и прочность, достаточную для реализации процесса сушки в сушилках любых типов. При этом легко удается добиться щадящего режима сушки и максимального сохранения пищевой ценности продукта. В качестве наполнителей используют муку из жома, образующегося при отделении сока из ягод.
При имеющихся технологиях сокоотделения, в сок переходит не все имеющееся в ягоде количество водорастворимых веществ, часть остается в жоме. Плодовый (ягодный) жом можно, подобно молочной сыворотке, расценивать не как отход, а как ценное сырье, содержащее клетчатку, крахмал, протопектин, жирорастворимые пигменты и витамины. Жом ягоды высушивается до остаточной влажности не более 14 % (для прекращения развития микрофлоры и приостановления биохимических процессов) при температуре не более 60-65 °С (с целью максимального сохранения биологически активных составляющих) и подвергается измельчению на мельнице тонкого помола до крупности, когда мука проходит через сито с размером ячеек 0,25x0,25 мм. Обладая значительной влагоемкостью и практически не имея в составе водорастворимых веществ, мука жома ягод позволяет «связать» при гранулировании до 2 весовых частей сгущенной молочной сыворотки на одну весовую часть муки ягодного жома. Таким образом, вырабатываются плодово-ягодные композиции с содержанием сыворотки от 10% до 50%., которые могут быть использованы как пищевые добавки функционального назначения в кондитерской, хлебопекарной промышленности и при создании напитков. На основе таких композиций были разработаны и внедрены технологии быстрорастворимых киселей.
Гранулы сухих продуктов обладают капиллярно-пористой структурой, которая существенно влияет на свойства готового изделия. На пористость сухих молочных продуктов особое влияние оказывает температура и влажность. При поглощении паров воды структура гранул претерпевает существенные изменения. Это объясняется тем, что повышение содержания влаги в грануляте приводит к возникновению ряда процессов, обусловленных, главным образом, частичным растворением сахарной пудры, поглощением влаги крахмалом, а также переходом лактозы из аморфного состояния в кристаллическое, а части белка — в коллоидное. В результате этих процессов значительно изменяется пористость гранул киселя на основе молочной сыворотки. Кристаллизация лактозы вызывает появление новых пор, капилляров, трещин. При поглощении влаги крахмалом и белком происходит их набухание, а, следовательно, часть пор, капилляров и трещин частично закрывается. Этот процесс преобладает, в результате чего пористость гранул быстрорастворимых киселей вследствие их увлажнения существенно уменьшается. По мере расплавления сахарной пудры пористость гранул быстрорастворимых киселей уменьшается. С увеличением диаметра гранул наблюдается уменьшение их пористости. Оптимальный размер гранул, должен находиться в интервале от 0,5 до 2,5 мм.
Исследование закономерностей кинетики инстантирования для быстрорастворимого гранулированного черничного киселя показало, что в интервале температур 20-90 °С происходит увеличение скорости инстантирования. Это происходит вследствие уменьшения вязкости воды, в результате чего она более легко проникает в капилляры гранулы киселя, а также увеличения скорости растворения сахарной пудры. Увеличение температуры от 70 °С до 95 °С характеризуется также увеличением степени набухания (скорости клейстеризации) картофельного крахмала, таким образом, это приводит к двум противоположно направленным (взаимодополняющим) процессам: с одной стороны быстрое растворение сахарной пудры, а с другой -мгновенное набухание (клейстеризация) крахмала. В результате практически мгновенного образования геля скорость растворения сахарной пудры резко снижается, это приводит к образованию желеобразного продукта с включениями плодово-ягодной мякоти.
При изучении влияния температуры на структурообразование черничного киселя в процессе его восстановления было установлено, что в интервале температур 65-70 °С происходит резкое увеличение скорости набухания крахмала. При этом вязкость киселя продолжает плавно увеличиваться до температуры 85 °С, дальнейшее увеличение температуры восстановления до 100 °С приводит к снижению вязкости киселя. Это объясняется тем, что под воздействием высокой температуры происходит разрыв очень слабых водородных связей, поэтому в интервале температур 85-100 °С и наблюдается снижение вязкости напитка.
Оптимальной температурой восстановления быстрорастворимых гранулированных киселей является температура 85 °С, но так как в процессе заваривания киселя происходит частичная потеря тепла необходимо обеспечить первоначальную температуру приготовления продукта в пределах 95-100 °С.
Для готового продукта установлены режимы хранения: в условиях низкой отрицательной температуры (t = -18 °С, W=80 %), в холодильной камере (t от +4 до +6 °С, W=55 %) или при комнатной температуре и повышенной влажности (t от +18 до +20 °С, W=70%) в течение 6 мес. На протяжении всего срока хранения органолептические показатели гранулированного молочного киселя практически не менялись.
Следует отметить, что на данной методологической базе и изложенных выше результатах, в КемТИПП проведена целая серия разработок гранулированных продуктов. Исследования продолжаются. Хотелось бы надеяться, что молочная сыворотка в гранулированном виде станет типовой составляющей природного происхождения всех напитков и киселей в жидком и сухом видах.