Авторефераты по всем темам  >>  Авторефераты по техническим специальностям  

На правах рукописи

Пашина Елена Юрьевна

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ КИСЛОМОЛОЧНЫХ НАПИТКОВ  ИЗ ВТОРИЧНОГО МОЛОЧНОГО СЫРЬЯ С ПОНИЖЕННЫМ СОДЕРЖАНИЕМ ЛАКТОЗЫ

Специальность:	05.18.04 - Технология мясных, молочных и рыбных продуктов и холодильных производств

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Ставрополь - 2012

Работа выполнена на кафедре прикладной биотехнологии

ФГБОУ ВПО Северо-Кавказский государственный

технический университет

Научный руководитель:	доктор технических наук, профессор, академик Россельхозакадемии Храмцов Андрей Георгиевич
Официальные оппоненты:	Петров Андрей Николаевич доктор технических наук ГНУ Всероссийский научно-исследовательский институт консервной и овощесушильной промышленности Россельхозакадемии, директор Милошенко Василий Васильевич доктор сельскохозяйственных наук, профессор ФГБОУ ВПО Ставропольский государственный аграрный университет, кафедра частной зоотехнологии, профессор
Ведущая организация:	ФГБОУ ВПО Кубанский государственный аграрный университет, г. Краснодар

Защита состоится л30 марта 2012 г. в 14 ч. 00 мин. на заседании диссертационного совета Д 212.245.05 Северо-Кавказского государственного

технического университета (СевКавГТУ) по адресу: 355028, г. Ставрополь, пр. Кулакова, 2, ауд. К 308

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО Северо-Кавказский государственный технический университет. С авторефератом диссертации можно ознакомиться на сайтах СевКавГТУ www.ncstu.ru и ВАК РФ Министерства образования и науки РФ www.vak.ed.gor.ru/ru/dissertation/

Автореферат разослан л___ __________ 2012 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 212.245.05

доктор технических наук, профессор  В.И. Шипулин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ1

Актуальность темы. Переработка вторичного  молочного сырья в последние десятилетия является одной из приоритетных задач молочной промышленности. Использование творожной сыворотки и обезжиренного молока как сырья для производства напитков приобретает все большую актуальность. В связи с широким распространением первичной и вторичной лактазной недостаточности среди разных групп населения особую роль играют разработки технологий, предусматривающие производство продуктов с пониженным содержанием лактозы.

Среди способов  получения низколактозных напитков из вторичного молочного сырья выделяется метод ферментативного гидролиза лактозы.  Данный процесс не требует сложного аппаратурного оформления, а также больших материальных и энергетических затрат. Продукты, получаемые в результате ферментативного гидролиза, по своим качествам можно отнести к функциональным, так как они позволяют обеспечить полноценное питание людям с лактазной недостаточностью.

Работа основана на трудах отечественных и зарубежных ученых:  Ю. Я. Свириденко, Э. Ф. Кравченко, А. Г. Храмцова,  И. А. Евдокимова, М. С. Коваленко, В. В. Василисиной, Н. Г. Чеботаревой,  Л. А. Остроумова, Л. В. Голубевой, К. К. Полянского, И. С. Хамагаевой, С. Г. Козлова, J. Zadow,  E. Murray, O. Braun,  K. Hicks,  T. Mizota, Y.Tamura, M. Tomita и др.

Исходя из  вышеизложенного,  было выбрано направление работы,  основанное на  использовании творожной сыворотки и обезжиренного молока для производства напитков с пониженным содержанием лактозы. Данное направление является перспективным, так как позволяет заполнить нишу молочных продуктов для людей с непереносимостью лактозы и в то же время решает вопросы безотходной переработки молочного сырья.

Цель и задачи исследований. Целью диссертационной работы является изучение процессов ферментативного гидролиза лактозы и последующей ферментации вторичного молочного сырья с разработкой технологии кисломолочных низколактозных напитков. В соответствии с целью исследования решались следующие задачи:

• изучить процессы  направленного ферментативного гидролиза лактозы в творожной сыворотке и обезжиренном молоке с помощью препаратов -галактозидазы;
• провести математическую обработку полученных результатов и установить оптимальные параметры гидролиза лактозы во вторичном молочном сырье;
• обосновать выбор заквасочной микрофлоры для сквашивания вторичного молочного сырья с частично гидролизованной лактозой;
• изучить состав, качество, физико-химические и органолептические показатели новых продуктов;
• разработать рецептуры и  технологии производства кисломолочных напитков из вторичного молочного сырья с пониженным содержанием лактозы;
• провести анализ экономической эффективности производства низколактозных напитков и исследования безопасности разработанных продуктов.

Научная новизна работы:

• установлены зависимости степени гидролиза лактозы в обезжиренном молоке и творожной сыворотке от температуры и продолжительности процесса, позволяющие регулировать технологический процесс получения низколактозных напитков с заданными свойствами;
•   получены математические модели, описывающие закономерности ферментативного гидролиза лактозы в обезжиренном молоке и творожной сыворотке;
• произведен подбор заквасочной микрофлоры для низколактозного вторичного молочного сырья на основании кислотообразующей способности, а также органолептических и физико-химических показателей;
• изучено влияние ферментативного гидролиза лактозы и последующего сквашивания на углеводный состав готовых продуктов.

Новизна предлагаемых технических решений подтверждена положительным решением о выдаче патента на изобретение Способ производства напитка  из молочной сыворотки (заявка № 2010143040/10 (061873) от 20.10.2010 г.).

Практическая значимость работы. Разработана техническая документация на кисломолочные напитки из вторичного молочного сырья с пониженным содержанием лактозы - СТО 02067965-005-2011. Произведены опытно-промышленные выработки напитков из обезжиренного молока (ОАО Молочный комбинат Ставропольский, г. Ставрополь) и творожной сыворотки (ООО МЕГА ПрофиЛайн, г. Ставрополь). Результаты работы используются в курсовом и дипломном проектировании студентов специальностей Технология молока и молочных продуктов и Пищевая биотехнология СевКавГТУ.

Инновационные приоритеты работы:

- исследование закономерностей и разработка способа  ферментативного гидролиза лактозы в творожной сыворотке и обезжиренном молоке;

- подбор культур молочнокислых микроорганизмов для ферментации низколактозного вторичного молочного сырья;

- разработка рецептур и инновационных технологий производства кисломолочных напитков на основе вторичного молочного сырья с пониженным содержанием лактозы.

Апробация работы. Основные результаты работы доложены и обсуждены на различных международных, всероссийских и региональных научно-технических  конференциях: международной научно-практической конференции Современный взгляд на производство творога, творожных паст и сыров: расширение ассортимента, совершенствование технологии и оборудования (г. Ставрополь, 2008); всероссийской конференции Инструментальные методы для исследования живых систем в пищевых производствах (г. Кемерово, 2009); научно-практической конференции Инновационные технологии и оборудование в молочной промышленности (г. Москва, 2010). На конкурсной основе получено финансирование по программе У.М.Н.И.К., проект Разработка технологии напитка из молочного белково-углеводного сырья с пониженным содержанием лактозы.  Работа отмечена в номинации Град Наград (СевКавГТУ, 2008).

Публикации. Основное содержание диссертации отражено в 17 публикациях, в том числе  в 3 статьях в журналах, рекомендованных ВАК РФ, а также в положительном решении на выдачу патента РФ.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, списка литературы, содержащего 142 наименования, в том числе 41 иностранное, и приложений. Работа изложена на 150 страницах машинописного текста, содержит 40 таблиц, 34 рисунка  и 8 приложений.

СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность и цель работы, сформулированы основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе Анализ состояния вопроса и задачи исследования рассмотрены проблемы переработки вторичного молочного сырья, обоснована актуальность производства низколактозных напитков из молочной сыворотки и обезжиренного молока. Исследован рынок продуктов с пониженным содержанием лактозы. Представлен обзор способов снижения содержания лактозы в молочных продуктах. Охарактеризованы ферментные препараты -галактозидзы, используемые для гидролиза лактозы в молочном сырье.  В соответствии с проведенным анализом научной литературы и поставленной целью сформулированы задачи научной работы.

Во второй главе Организация проведения экспериментов, объекты и методы исследований представлена схема исследований (рисунок 1), описаны объекты, физико-химические и биохимические методы исследования. Дано описание выбранных ферментных препаратов для гидролиза лактозы. Приведены данные о математическом планировании и обработке результатов экспериментов.

  Рисунок 1 - Структурная схема проведения  исследований

В третьей главе Исследование закономерностей ферментативного гидролиза лактозы во вторичном  молочном сырье изучена активность выбранных препаратов -галактозидазы для ферментативного гидролиза лактозы в творожной сыворотке - Лактоканесцин Г20х и обезжиренном молоке - На-Lactase. Изложены результаты исследований процесса ферментативного гидролиза  лактозы в  выбранном вторичном  молочном сырье.

Используя априорную информацию для препарата кислой  -галактозидазы Лактокансцин  Г20х, дозу внесения фермента  установили равной 0,65 г на 1 л творожной сыворотки. Гидролиз лактозы  проводили при различных температурах: 45, 50, 55 С. Степень гидролиза лактозы определяли криоскопическим методом.

Исследования показали, что максимальные значения температур замерзания установились при продолжительности протекания процесса  180 минут и составили: при 45 С - (-0,8500,003) С, при 50 С - (-0,9160,003) С, при 55 С - (-0,9320,005) С. Полученные данные явились основанием для определения степени  гидролиза лактозы в сырье, а также для графического описания процесса.

Кинетические закономерности ферментативного гидролиза лактозы в  творожной сыворотке представлены на рисунке 2, зависимость максимальной степени гидролиза от температуры - на рисунке 3.

Рисунок 2 - Влияние температуры и продолжительности процесса на степень гидролиза лактозы в творожной сыворотке

Приведенные данные свидетельствуют о том, что гидролиз лактозы в творожной сыворотке идет при всех выбранных режимах. При повышении температуры степень гидролиза лактозы увеличивается,  достигает максимума при 50 С и составляет не менее 90 %.

Рисунок 3 - Зависимость степени гидролиза лактозы в творожной сыворотке от температуры ( = 180 минут)

Дальнейшее увеличение температуры приводит к частичной инактивации ферментного препарата. В результате этого степень гидролиза снижается.

Гидролиз лактозы в обезжиренном молоке проводили при температурах 30, 35, 40 и 45 С. Дозу внесения фермента На-Lactase считали равной  0,5 мл на 1 л обезжиренного молока Эксперимент проводился аналогично эксперименту по определению степени гидролиза лактозы в творожной сыворотке. Анализ полученных данных показал, что максимальные значения температур замерзания установились при продолжительности протекания процесса  210 минут и составили: при 30 С - (- 0,7740,002) С, при 35 С - (-0,7400,004) С, при 40 С - (-0,7630,004) С, при 45 С Ц  (-0,6900,005). Полученные данные явились основанием для определения степени  гидролиза лактозы в сырье, а также для графического описания процесса.

Кинетические закономерности ферментативного гидролиза лактозы в  обезжиренном молоке представлены на рисунке 4,  зависимость максимальной степени гидролиза от температуры - на рисунке 5.

По результатам исследований влияния продолжительности процесса  на степень гидролиза лактозы  установили, что степень гидролиза возрастает во времени и достигает максимума при всех температурных режимах через  (180 - 210) минут.

Рисунок 4 - График изменения степени гидролиза лактозы

в обезжиренном молоке во времени

Рисунок 5 - График зависимости степени гидролиза лактозы в обезжиренном молоке от температуры ( = 210 минут)

Анализ коэффициентов уравнений и графических зависимостей показывает, что при выбранных температурных режимах ферментации процесс в основном заканчивается через (180 - 210) минут. Причем во всех случаях коэффициенты аппроксимации максимально приближены к единице, что указывает на достоверность проведенных исследований.

Полученные данные позволяют сделать вывод о том, что гидролиз лактозы в обезжиренном молоке идет при всех выбранных температурных режимах. Степень гидролиза достигает максимума при 30 С и составляет не менее 75 %. Дальнейшее увеличение температуры приводит к частичной инактивации ферментного препарата. В результате этого степень гидролиза снижается.

Результаты исследований послужили основой для планирования двухфакторного эксперимента с целью установления оптимальных параметров ферментативного гидролиза лактозы в творожной сыворотке и обезжиренном молоке.

В качестве варьируемых факторов Х1 и Х2 были выбраны температура (С) и продолжительность (минут) процесса соответственно. В качестве выходного параметра Y была выбрана степень гидролиза лактозы в творожной сыворотке (Yc)  и обезжиренном молоке (Yo), %.

По результатам двухфакторных экспериментов получили математические модели  процесса в виде уравнений регрессии для творожной сыворотки (1) и обезжиренного молока (2):

Yc = 89,46 - 3,145ХX2 - 11,099ХX21 - 12,599 ХX22 - 6,425  (1)

Yo = 59,56 + 3,78ХX1 - 4,499ХX2 - 7,749ХX21 - 5,674 ХX22  (2)

Для определения оптимальных параметров процесса были построены поверхности отклика выходного параметра и их сечения (рисунки 6, 7).

Рисунок 6 - Поверхность отклика выходного параметра Yc  и еe сечение

В результате проведения экспериментов сделаны следующие выводы:

- процесс ферментативного гидролиза лактозы ферментным препаратом -галактозидазы (Лактоканесцин Г20х) в творожной сыворотке в основном заканчивается через (160 - 190) минут.

- оптимальные условия воздействия ферментного препарата галактозидазы (Лактоканесцин Г20х) для получения творожной сыворотки с пониженным содержанием лактозы: температура ферментативной реакции - (50 2) С; продолжительность ферментации  (165 - 185) минут, при этом степень гидролиза лактозы составляет (80 - 90) % от исходной концентрации лактозы в сырье.

Рисунок 7 - Поверхность отклика выходного параметра Yo и ее сечение

В результате проведения экспериментов сделаны следующие выводы:

- процесс ферментативного гидролиза лактозы ферментным препаратом -галактозидазы (На-Lactase) в обезжиренном молоке  в основном заканчивается через (185 - 215) минут.

- оптимальные условия воздействия ферментного препарата галактозидазы (На-Lactase)  для получения обезжиренного молока с пониженным содержанием лактозы:  температура ферментативной реакции - (31 2) С; продолжительность ферментации  (190 - 210) минут, при этом степень гидролиза лактозы составляет (70 - 80) % от исходной концентрации лактозы в смеси.

С целью подтверждения данных были проведены  исследования, отражающие влияние гидролиза лактозы на физико-химические и органолептические характеристики творожной сыворотки и обезжиренного молока. В процессе работы были опрошены респонденты, которые провели оценку гидролизованного вторичного молочного сырья по пяти органолептическим показателям: вкус, запах, цвет, сладость, внешний вид. Минимальное количество (ноль) баллов присуждалось показателю, характерному для данного вида сырья, максимальное (десять) - несвойственному. Результаты опроса приведены на рисунке 8.

Рисунок 8 - Органолептические профили исследуемого сырья

По результатам опроса установлено,  что значительных изменений в органолептических показателях сырья не было, за исключением усиления сладости. Данное изменение оказывает положительное влияние при производстве напитков из вторичного молочного сырья, так как имеется возможность использовать сахарозу в меньшем количестве. Были изучены физико-химические показатели творожной сыворотки и обезжиренного молока до процесса гидролиза и после него. Результаты исследований приведены в таблицах 1 и 2 соответственно.

Таблица 1 - Сравнительный состав творожной сыворотки до и после процесса гидролиза лактозы

Наименование	Вид сырья
	Творожная сыворотка	Гидролизованная творожная сыворотка
Плотность, кг/м3	10230,1	10230,1
Кислотность, Т	655	655
Массовая доля сухих веществ, %	6,00,2	6,00,2
Массовая доля лактозы, %	4,20,1	0,60,1
Массовая доля глюкозы, %	0,040,005	1,80,1
Массовая доля галактозы, %	0,150,05	1,60,1

Таблица 2 - Сравнительный состав обезжиренного молока  до и после процесса гидролиза лактозы

Наименование	Вид сырья
	Обезжиренное молоко	Гидролизованная обезжиренное молоко
Плотность, кг/м3	10290,1	10290,1
Кислотность, Т	171	171
Массовая доля сухих веществ, %	8,10,2	8,10,2
Массовая доля лактозы, %	4,60,1	0,90,1
Массовая доля глюкозы,%	0,050,005	1,90,1
Массовая доля галактозы, %	0,20,05	1,70,1

Исследования показали, что физико-химические показатели творожной сыворотки и обезжиренного молока в результате проведения ферментативного гидролиза лактозы практически не меняются. Исключением является изменения в содержании массовой  доли углеводов (метод ГЖХ). В обоих случаях содержание лактозы уменьшилось, а глюкозы и галактозы  возросло. Однако общее содержание углеводов, определенное  йодометрическим методом,  в сырье осталось прежним.

В четвертой главе Исследование технологических процессов получения кисломолочных напитков из вторичного молочного сырья с пониженным содержанием лактозы осуществлен побор заквасок для низколактозных обезжиренного молока и творожной сыворотки. Мировая практика показывает, что наибольшее распространение при производстве кисломолочных напитков получили такие культуры молочнокислых микроорганизмов, как: Str. thermophilus, Lbm. delbrueskii subsp. bulgaricum, Lac. lactis subsp. lactis.

Подбор заквасочной микрофлоры для низколактозных творожной сыворотки и обезжиренного молока осуществлялся на основании исследования кислотообразующей активности микроорганизмов, а также физико-химических и органолептических показателей опытных образцов напитков. В процессе выбора вида закваски для производства кисломолочных напитков из вторичного молочного сырья с пониженным содержанием лактозы использовали  следующие культуры микроорганизмов: Lbm. delbrueskii ssp. bulgaricum (БК-Углич-Б), Str. thermophilus (БК-Углич-ТНВп), Lac. lactis ssp lactis (КМС-сух, Барнаульская биофабрика).

После проведения  ферментативного гидролиза лактозы творожная сыворотка и обезжиренное молоко подвергались  нагреванию до (80 2) С  с целью инактивации фермента. Затем проводилось заквашивание и сквашивание низколактозного  вторичного  молочного сырья  различными заквасочными культурами. Заданная продолжительность сквашивания составила 4 часа. Исследования динамики нарастания кислотности проводились через каждые 30 минут. В качестве контроля использовались творожная сыворотка и обезжиренное молоко, не подвергнутые гидролизу лактозы. Результаты экспериментальных исследований  представлены на рисунках 9 и 10.

Рисунок 9 - Значение кислотности творожной сыворотки и гидролизованной творожной сыворотки, сквашенных различными заквасками (продолжительность сквашивания, = 4 часа)

Рисунок 10 - Значение кислотности обезжиренного молока и гидролизованного обезжиренного молока, сквашенных различными заквасками (продолжительность сквашивания, = 4 часа)

Для низколактозных творожной сыворотки и обезжиренного молока наиболее подходящей является комбинированная закваска на основе культур Str. thermophilus и Lbm. bulgaricum в соотношении 1:2. Данные молочнокислые микроорганизмы вызывают интенсивное кислотообразование до 80 Т за (3,5 - 4) часа. Процесс сквашивания низколактозного сырья идет быстрее, чем негидролизованного (рисунок 11), что позволяет сократить время технологического процесса. Органолептические и физико-химические показатели опытных образцов соответствуют требованиям, предъявляемым к кисломолочным напиткам.

Рисунок 11 Ц  Динамика нарастания кислотности творожной сыворотки (а) и обезжиренного молока (б) под действием  закваски на основе Str. thermophilus и Lbm. bulgaricum (1:2), t = 43 С

Также был исследован углеводный состав образцов низколактозных творожной сыворотки и обезжиренного молока  после процесса ферментации молочнокислыми микроорганизмами методом газо-жидкостной хроматографии. Хроматограммы опытных образцов напитков представлены на рисунке 12.

Рисунок 12 - Хроматограммы углеводного состава образцов  низколактозных творожной сыворотки (а) и обезжиренного молока (б) после процесса сквашивания ( = 4 часа)

Анализ хроматограмм показывает,  что содержание глюкозы и лактозы в образцах низколактозных кисломолочных напитках уменьшилось. Массовая  доля галактозы осталась прежней в обоих случаях. Содержание углеводов в  низколактозной творожной сыворотке после процесса сквашивания: галактоза - 1,6 %, глюкоза - 0,6 %, лактоза - 0,05 %. Содержание углеводов в низколактозном обезжиренном молоке: галактоза - 1,7 %, глюкоза - 1 %, лактоза - 0,08 %.

По результатам исследований установили, что сочетание ферментативного гидролиза  лактозы со сквашиванием молочнокислыми бактериями позволяет получать кисломолочные продукты с низким содержанием молочного сахара, которые целесообразно рекомендовать для включения в рацион питания людей, не переносящих лактозу.

Целью данной главы являлось также определение оптимального соотношения между гидролизованными творожной сывороткой и обезжиренным молоком, подвергнутым предварительной ферментации, чтобы продукт соответствовал требованиям к молочным напиткам по органолептическим и физико-химическим показателям.

Низколактозные обезжиренное  молоко  и творожную сыворотку сквашивали закваской на основе Str. thermophilus и Lbm. bulgaricum в соотношении 1:2, до кислотности 80 Т. В сквашенное гидролизованное молоко вносили 10 %, 20 %, 30 %, 40 % и 50 % сквашенной творожной сыворотки. После смешения проводили диспергирование продукта с целью исключения процесса синерезиса. Результаты экспериментальных исследований представлены в таблицах 3 и 4.

Таблица 3 - Физико-химические показатели опытных образцов напитка

Наименование показателя	Содержание творожной сыворотки в смеси, %
	10	20	30	40	50
Титруемая кислотность, Т	80	80	80	80	80
рН	4,5	4,48	4,42	4,4	4,34
Содержание сухих веществ, %	7,91	7,88	7,75	7,37	7,18

Таблица 4 - Органолептические показатели опытных образцов напитка

Содержание сыворотки в смеси, %	Наименование показателя
	Внешний вид и консистенция	Вкус и запах	Цвет
10	Однородная консистенция	Чистый кисломолочный, немного сладковатый	Белый
20	Однородная консистенция	Чистый кисломолочный, мягкий, сладковатый	Белый
30	Однородная консистенция	Кисломолочный, мягкий, с еле ощутимым привкусом сыворотки, сладковатый	Белый
40	Однородная, слегка жидкая консистенция	Кисломолочный с привкусом и запахом сыворотки	Белый,  слегка прозрачный
50	Однородная жидкая консистенция	Кисломолочный с ощутимым привкусом сыворотки	Белый,  слегка прозрачный

Для получения продукта с хорошими органолептическими и физико-химическими  показателями возможно  составление смеси, содержащей до  30 %  ферментированной низколактозной творожной сыворотки. В этом случае продукт обладает чистым кисломолочным вкусом и запахом, молочным белым цветом и однородной консистенцией.

В результате исследований по хранимоспособности продуктов были определены микробиологические, физико-химические и органолептические показатели образцов напитков через 3, 7, 10 и 14 суток после изготовления. Данные эксперименты позволили установить гарантированный срок годности кисломолочных напитков из вторичного молочного сырья с пониженным содержанием лактозы, который составляет 7 суток при температуре (4 2) оС. В таблице 5 представлены микробиологические показатели  опытных образцов напитков

Таблица 5 - Микробиологические показатели образцов низколактозных кисломолочных напитков (срок хранения 7 суток)

Наименование образца	Микробиологические показатели
	БГКП (колиформы) в 0,1 г продукта	Количество молочнокислых микроорганизмов, КОЕ/г	Дрожжи, плесени, КОЕ/г
Напиток из  творожной сыворотки	не обнаружено	1107	202, 182
Напиток из  обезжиренного молока	не обнаружено	1108	152, 102
Комбинированный напиток	не обнаружено	1108	232, 202

Исследования подтвердили, что микробиологические показатели низколактозных напитков на конец срока годности (7 суток) соответствуют требованиям действующего Технического регламента на молоко и молочную продукцию № 88-ФЗ и СанПиН 2.3.2 1078-01.

В пятой главе Разработка альтернативных вариантов технологии кисломолочных напитков из вторичного молочного сырья с пониженным содержанием лактозы и оценка их эффективности изложена реализация результатов исследований. При разработке технологии напитков из вторичного молочного сырья за базу были приняты установленные в исследованиях параметры основных процессов - температурные и временные характеристики гидролиза лактозы, а также результаты ферментативной обработки полученного сырья. Для обозначения новых видов низколактозных молочных продуктов творческим коллективом СевКавГТУ под руководством академика Россельхозакадемии А. Г. Храмцова, аналогично зарубежной торговой марке НYLA (лHydrolyzed Lactose), был предложен бренд МиЛа (Минимум Лактозы). В настоящей работе, в соответствии с данным предложением, разработано три вида кисломолочных напитков из вторичного молочного сырья с пониженным содержанием лактозы: из творожной сыворотки - МиЛа-С, из обезжиренного молока - МиЛа-О, из смеси творожной сыворотки и обезжиренного молока - МиЛа-ОС.

Технологический процесс производства кисломолочных напитков из вторичного молочного сырья с пониженным содержанием лактозы осуществляют в соответствии с блок-схемой, приведенной на рисунке 13.

               

Рисунок 13 - Блок-схема производства  кисломолочных напитков из вторичного молочного сырья с пониженным содержанием лактозы

На основе разработанной технологии были проведены опытные выработки низколактозных напитков из вторичного молочного сырья. Органолептические и физико-химические показатели качества опытных образцов представлены в таблице 6.

Таблица 6 - Показатели качества  низколактозных напитков из вторичного молочного сырья

Наименование показателя	Наименование продукта
	МиЛа-С	МиЛа-О	МиЛа-ОС
Массовая доля сухих веществ, %, не менее	6,0	8,0	7,5
Массовая доля лактозы, %, не более	1,0	1,0	1,0
Титруемая кислотность, Т	80 2	80 2	80 2
Внешний вид и консистенция	Однородная жидкость с незначительным осадком	Однородная вязкая жидкость	Однородная вязкая жидкость
Вкус и запах	Сывороточный, со вкусом и запахом внесенного наполнителя	Чистый кисломолочный со вкусом и запахом внесенного наполнителя	Чистый кисломолочный со вкусом и запахом внесенного наполнителя, допускается незначительный привкус сыворотки
Цвет	Характерный для внесенного наполнителя	Характерный для внесенного наполнителя	Характерный для внесенного наполнителя

Разработана аппаратурно-процессовая схема производства низколактозных напитков из вторичного сырья с использованием имеющегося в отрасли оборудования.

Определены риски и критические контрольные точки с использованием принципов ХАССП. Проведен мониторинг и анализ опасных факторов по каждой критической контрольной точке, подтвердившие безопасность продукции. Маркетинг низколактозных напитков показал актуальность и необходимость получения такого рода продуктов. Оценка экономической эффективности разработанной технологии подтвердила ее рентабельность и конкурентоспособность.

Выводы

1. На основании анализа современных тенденций развития молочной промышленности и пищевой биотехнологии обосновано применение творожной сыворотки и обезжиренного молока для производства низколактозных напитков.
2. В соответствии с особенностями вторичного молочного сырья подобраны ферментные препараты для проведения ферментативного гидролиза лактозы. Для творожной сыворотки - препарат грибной -галактозидазы Лактоканесцин Г20х, для обезжиренного молока - препарат дрожжевой -галактозидазы На-Lactase.
3. Получены математические модели, адекватно описывающие процесс ферментативного гидролиза лактозы в творожной сыворотке и обезжиренном молоке. Установлены оптимальные параметры протекания процесса гидролиза лактозы во вторичном молочном сырье. Рациональными рабочими режимами процесса ферментации, обеспечивающими (75 - 85) %-ю степень гидролиза, являются следующие: для творожной сыворотки  температура (50 2) С,  продолжительность процесса  3 часа; для обезжиренного молока - температура (31 2) С, продолжительность процесса  (3 - 3,5) часа.
4. Подобраны оптимальные  виды  молочнокислых микроорганизмов для сквашивания низколактозных творожной сыворотки и обезжиренного молока. Наиболее эффективной для данных видов сырья явилась комбинированная закваска на основе Str. thermophilus и Lbm. bulgaricum (1:2). Продолжительность сквашивания составила (3,5 - 4) часа до кислотности (80 2) Т. Установлено, что процесс сквашивания в  низколактозном вторичном молочном сырье протекает быстрее, чем в негидролизованном, за счет ускоренного кислотообразования в ходе сбраживания образовавшейся глюкозы.
5. Экспериментально подтверждено, что кисломолочные напитки из вторичного молочного сырья с гидролизованной лактозой отличаются минимальным содержанием молочного сахара (менее 0,1 %) и высокими органолептическими показателями.
6. Результаты экспериментальных исследований положены в основу разработки рецептур и технологии кисломолочных напитков из вторичного молочного сырья с пониженным содержанием лактозы. По результатам исследований и опытно-промышленных выработок разработан стандарт организации на производство кисломолочных напитков из вторичного молочного сырья с пониженным содержанием лактозы, а также получено положительное решение о выдаче патента на изобретение Способ производства напитка  из молочной сыворотки (заявка № 2010143040/10 (061873) от 20.10.2010 г.).
7. Определение рисков и критических контрольных точек с использованием принципов ХАССП для разработанных технологий подтвердили  их полную безопасность.
8. Маркетинговая и технико-экономическая оценка разработанных технологий низколактозных напитков из творожной сыворотки и обезжиренного молока подтвердила их безотходность и конкурентоспособность.

По теме диссертации опубликованы следующие основные работы:

1. Пашина Е. Ю. Сыворотка с пониженным содержанием лактозы, как сырье для получения ферментированных напитков [Текст] / Лодыгин А. Д., Пашина Е. Ю. // Материалы II Международной научной студенческой конференции Научный потенциал студенчества - будущему России. Том третий. Биотехнология, пищевая промышленность Ставрополь: СевКавГТУ, 2008.  - 180 с.
2. Храмцов А. Г. Исследование процесса сквашивания молочной сыворотки с гидролизованной лактозой различными культурами молочнокислых микроорганизмов [Текст]  / Храмцов А. Г. Лодыгин А. Д., Пашина Е. Ю. // Материалы XXXVII научно-технической конференции по итогам работы профессорско-преподавательского состава СевКавГТУ за 2007 год. Том первый. Естественные и точные науки. Технические и прикладные науки. Ставрополь: СевКавГТУ, 2008. - С. 93-94.
3. Храмцов А. Г. Технология низколактозного напитка из творожной сыворотки [Текст]  / Храмцов А. Г., Лодыгин А. Д., Пашина Е. Ю. // Сборник материалов международной научно-практической конференции Современный взгляд на производство творога, творожных паст и сыров: расширение ассортимента, совершенствование технологии и оборудования, М.:, НОУ Образовательный научно-технический центр молочной промышленности, 2008. - С. 144-145.
4. Пашина Е. Ю.  Технология получения ферментированного напитка на основе молочной сыворотки [Текст]  / Храмцов А. Г.,  Лодыгин А. Д., Пашина Е. Ю. // Материалы XII региональной научно-технической конференции Вузовская наука - Северо-Кавказскому региону. Том первый. Естественные и точные науки. Технические и прикладные науки. Ставрополь: СевКавГТУ, 2008. - С. 196-197.
5. Донской Н. С. Инновационные технологии низколактозных продуктов из молочного белковоЦуглеводного сырья [Текст]  /  Храмцов А. Г., Лодыгин А. Д., Варданян А. Г., Донской Н. С., Пашина Е. Ю. // Материалы Всероссийской НПК Трансформация научных исследований в производство - основа перехода молочной отрасли на инновационную модель развития. - Адлер: АПМП Кубаньмолоко, 2008. - С. 71-73.
6. Донской Н. С. Применение ферментативного гидролиза лактозы [Текст]  / Донской Н. С., Лодыгин А. Д., Варданян А. Г., Пашина Е. Ю., Храмцов А. Г. // Молочная промышленность №11, 2008 . - С. 74-75.
7. Пашина Е. Ю. Современное состояние и перспективы производства низколактозных напитков [Текст]  / Храмцов А. Г., Пашина Е. Ю. // Материалы III Международной научной студенческой конференции Научный потенциал студенчества в XX веке. Том первый. Естественные и точные науки. Технические и прикладные науки. г. Ставрополь: СевКавГТУ, 2009. - 278 с.
8. Пашина Е. Ю. Технологические аспекты выработки низколактозного напитка из молочной сыворотки [Текст]  / Храмцов А. Г., Лодыгин А. Д., Пашина Е. Ю. // Сборник научных трудов СевКавГТУ серия Продовольствие, 2009. - С. 31-33.
9. Храмцов А. Г. Применение криоскопического метода для определения степени гидролиза лактозы в молочном белково-углеводном сырье [Текст] / Храмцов А. Г., Лодыгин А. Д., Пашина Е. Ю., Варданян А. Г. // Инструментальные методы для исследования живых систем в пищевых производствах: Материалы Всероссийской конференции с элементами научной школы. Под общей ред. В. П. Юстратова; Кемеровский технологический институт пищевой промышленности. - Кемерово, 2009. - С. 4-5.
10. Храмцов А. Г., Изучение процесса ферментативного гидролиза лактозы в обезжиренном молоке [Текст] / Храмцов А. Г., Лодыгин А. Д.,  Пашина Е. Ю.,  Малько А. А.// Материалы XIII научно-технической конференции Вузовская наука - Северо-Кавказскому региону. Том первый. Естественные и точные науки. Технические и прикладные науки. Ставрополь: СевКавГТУ, 2009. - С. 146-147.
11. Храмцов А. Г. Применение ферментативного гидролиза лактозы при производстве напитков из вторичного молочного сырья [Текст]  / Храмцов А. Г., Лодыгин А. Д., Пашина Е. Ю. // Материалы XXXIX научно-технической конференции по итогам работы профессорско-преподавательского состава СевКавГТУ за 2009 год. Том первый. Естественные и точные науки. Технические и прикладные науки. Ставрополь: СевКавГТУ, 2010. - С. 158-159
12. Пашина Е. Ю. Результаты направленного ферментативного гидролиза лактозы в обезжиренном молоке [Текст]  / Храмцов А. Г.,  Лодыгин А. Д., Пашина Е. Ю. // Сборник научных трудов СевКавГТУ серия Продовольствие,  № 6, 2010. - С. 21-23.
13. Храмцов А. Г. Влияние гидролиза лактозы на процесс томления обезжиренного молока [Текст]  / Храмцов А. Г., Лодыгин А. Д., Пашина Е. Ю. // Сборник материалов научно-практической конференции Инновационные технологии и оборудование в молочной промышленности, М..; НОУ Образовательный научно-технический центр молочной промышленности, 2010. - С. 85-86.
14. Храмцов А. Г. Подбор видового состава закваски для производства напитка из обезжиренного молока с гидролизованной лактозой [Текст]  / Храмцов А. Г., Лодыгин А. Д.,  Пашина Е. Ю. // Научное обеспечение молочной промышленности. Сборник научных трудов. - М.: ГНУ ВНИМИ, 2010. - С. 225-229.
15. Храмцов А. Г. Основы технологии напитка из обезжиренного молока с гидролизованной лактозой [Текст]  / Храмцов А. Г., Лодыгин А. Д.,  Пашина Е. Ю. // Вестник Северо-Кавказского государственного технического университета № 3,  2011.  - С. 106-108
16. Пашина Е. Ю. Напитки из белково-углеводного сырья  [Текст] / Пашина Е. Ю., Храмцов А. Г., Лодыгин А. Д. // Молочная промышленность № 12,  2011. - С. 73-74.
17. Способ производства напитка  из молочной сыворотки /  Решение о выдаче патента на изобретение РФ (заявка № 2010143040/10 (061873) от 20.10.2010 г.  Храмцов А. Г., Лодыгин А. Д.,  Пашина Е. Ю.

---

1 Научный консультант экспериментальной части работы  к.т.н., докторант А. Д. Лодыгин

Авторефераты по всем темам  >>  Авторефераты по техническим специальностям