Биотехнологические принципы производства функциональных молочных продуктов с применением полисахаридов

Вид материала

Автореферат

Содержание Глава 5. Изучение качественных характеристик продуктов фракционирования молочного сырья

Подобный материал:

• Технология производства и переработки молока, 7.71kb.
• Обоснование технологии производства молока и молочных продуктов в условиях введения, 915.78kb.
• Качество мяса африканского страуса и технология функциональных пищевых продуктов, 320.35kb.
• Программа вступительного экзамена в магистратуру по специальности 1-49 80 04 технология, 305.31kb.
• Методические рекомендации и контрольные задания по дисциплине сд 03. Технология и организация, 976.5kb.
• Совет Министров Республики Беларусь постановляет: Утвердить прилагаемые: Программу, 535.9kb.
• Тесты по теме: «Блюда из молока и молочных продуктов», 27.84kb.
• Теория и практика производства мясных продуктов биокоррегирующего действия путем системного, 837.22kb.
• Омский Государственный Аграрный Университет Факультет технологии молока и молочных, 19.47kb.
• Ехнологии, является быстрое снижение органолептических показателей при хранении из-за, 9.21kb.

Глава 4. Разработка биотехнологии фракционирования молочного сырья полисахаридами

В главе изложены закономерности взаимного влияния основных технологических факторов на фракционирование молочного сырья полисахаридами в поле центробежных сил. В соответствии с матрицей планирования экспериментов проведены исследования влияния молекулярной массы (Х₁), изменяющейся в пределах от 13,5 до 47 кД, массовой доли сухих веществ в растворе полисахарида (Х₂ ) от 2 до 8 %, массовой доли пектина в системе (Х₃) от 0,2 до 1 %, времени центрифугирования (Х₄) от 5 до 50 мин.

За функции отклика были приняты: массовая доля сухих веществ в КНК и СПФ, массовая доля белка в КНК в СПФ, выход КНК.

В результате исследований установлено, что изменение молекулярной массы пектина (Х₁) от 19,5 до 46,5 кД при одинаковой массовой доле сухих веществ в растворе пектина (Х₂ − 6%), времени разделения смеси (Х₄ −30 мин) и массовой доли пектина (Х₃ от 0,6 до 0,8 %) приводит к незначительному изменению массовой доли белка в СПФ (У₁ от 0,75 до 0,8 %).

При этом массовая доля сухих веществ в СПФ составляла (У₂ 6,5−6,7 %) (рис. 9, 10).

У₁= 6,6990 - 0,1642 х₁ + 0,0476 х₂ - 9,90952 х₃ +0,0117 х₄ + 0, 0012 х₁² - 0, 0054 х₂² +4,8302 х₃² -0, 0002 х₄² + 0.0011 х₁ х₂ + 0,1096 х₁ х₃ – 0,0001х₁ х₄ – 0,0281 х₂ х₃ + 0,003 х₂ х₄ - 0, 0054 х₃ х₄ (2)



Рисунок 9 ^_ Поверхность отклика для массовой доли белка в СПФ (У₁) в зависимости от массовой доли пектина в системе (х₃), сухих веществ в растворе пектина (х₂), при молекулярной массе 26,5 (х₁), времени центрифугирования 35 мин (х₄)

У₂= 9,7259 – 0,1215 х₁ + 0,5702 х₂ – 8,3437 х₃ + 0,0043 х₄ + 0,0018 х₁² – 0,03302 х₂² + 3,1335 х₃² + 0,0004 х₄² – 0,0062 х₁ х₂ + 0,1005 х₁ х₃ – 0, 0011 х₁х₄ + 0,1203 х₂х₃ + 0,005 х₂ х₄ – 0,0119 х₃ х₄



Рисунок 10 ^_ Поверхность отклика для массовой доли сухих веществ в СПФ (У₂) в зависимости от массовой доли пектина в системе (х₃), времени центрифугирования (х₄), при молекулярной массе 26,5 (х₁), массовой доли сухих веществ в растворе пектина 6 % (х₂)


Изменение массовой доли белка в КНК в большей степени зависит от изменения молекулярной массы пектина. При этом наблюдается смещение оптимальных значений массовой доли пектина в смеси: с 0,8 % до 0,4 % для пектинов с молекулярной массой 20 и 35 кД соответственно. Массовая доля белка в КНК (У₄) не менялась и составляла 15–16 % (рисунок 11).

У₄ = - 5,0895 + 0,5368 х₁ + 0,6174 х₂ + 35,8353 х₃ + 0,0316 х₄ – 0,0044 х₁² – 0,0446 х₂² – 21, 8347 х₃² – 0,0016 х₄² – 0, 0182 х₁ х₂ – 0,4298 х₁ х₃ +0,0021 х₁ х₄ + 0,2219 х₂ х₃ + 0,0068 х₂ х₄ + 0.04 х₃ х₄




Рисунок 11 ^_ Поверхность отклика для массовой доли белка в КНК (У₄) в зависимости от массовой доли пектина в системе (х₃), молекулярной массы (х₁), при времени центрифугирования 35 мин (х₄), массовой доли сухих веществ в растворе пектина 6 % (х₂).


Анализ экспериментальных данных показал также, что при изменении массовой доли сухих веществ в растворе пектина от 2 до 10 % при постоянной молекулярной массе пектина 25,5 кД и времени разделения 30 мин. Наилучший эффект разделения наблюдался при концентрации пектина в смеси 0,5−0,7 %. Массовая доля белка при этом в КНК изменялось от 14 до 16 %. При этом массовая доля сухих веществ в КНК (У₅) увеличивается до 22,5−24 % (рис. 12).


У₅ = 11,1263 + 0,1111 х₁ – 0, 1143 х₂ + 36,9296 х₃ + 0, 0105 х₄ – 0, 007 х₁² + 0, 0340 х₂² – 32, 1362 х₃² – 0, 0025 х₄² – 0,0192 х₁ х₂ - 0,1784 х₁ х₃ + 0, 0036 х₁ х₄ + 0,2016 х₂х₃ + 0.009 х₂х₄ + 0,1327 х₃ х₄



Рисунок 12 ^_ Поверхность отклика для массовой доли сухих веществ в КНК в зависимости от массовой доли сухих веществ в растворе пектина (х₂), молекулярной массы (х₁), при времени центрифугирования 35 мин (х₄), массовой доли пектина в системе 0,6% (х₃).


Изучено влияние времени разделения на процесс фракционирования белков молока раствором пектина. При постоянном молекулярной массе 26,5 кД и массовой доле сухих веществ в растворе пектина 6 % было установлено, что при концентрации пектина в смеси 0,4; 0,6; 0,8 % стабильное разделение происходит в течение 30−45 мин с момента центрифугирования, при концентрации 0,2 и 1 % от 35 до 55 мин. Массовая доля белка в КНК при этом в первых образцах: 15−16,4 %, во вторых 12,2−13,7 %. При увеличении или уменьшении времени центрифугирования происходит уменьшение массовой доли белка в КНК и увеличение его концентрации в СПФ.

С использованием модуля по приготовлению растворов полисахаридов была установлена возможность приготовления растворов пектина с массовой долей сухих веществ в пределах 3−10 %. Отмечено, что оптимальной является массовая доля сухих веществ в растворе пектина 5−7 % и концентрация пектина в смеси 0,5−0,65 %. При этом массовая доля белка в СПФ изменялось от 0,8 до 1,1 %, а массовая доля белка в КНК от 13,8 до 16,6 %.

Увеличение содержания полиуронидов от 50 до 80 % при одинаковой молекулярной массе пектина приводит к снижению концентрации пектина в смеси от 0,6 до 0,45 %, а также увеличению массовой доли белка в КНК с 12,5 до 13,8 % и снижению массовой доли белка в СПФ с 1,02 до 0,87 %.

Таким образом, важнейшим технологическими параметрами, определяющими процесс фракционирования являются: молекулярная масса пектина, полиуронидная составляющая, концентрация пектина в смеси, массовая доля сухих веществ в растворе пектина.

Анализ и обобщение полученных результатов фракционирования молочного сырья позволяет сделать заключение, что рассмотренные в качестве флокулянтов биополимеры − пектины, Nа-КМЦ, полисахариды микробного происхождения, альгинаты пригодны для фракционирования обезжиренного молока. Наиболее перспективным является использование природных полисахаридов, в частности пектинов.

Широкий диапазон свойств пектинов позволяет подобрать оптимальные параметры биотехнологии фракционирования обезжиренного молока раствором полисахарида с учетом его минимального расхода, оценить функциональные свойства КНК и СПФ и дальнейшие направления их использования в производстве продуктов.

Установлены следующие требования к организации биотехнологии фракционирования молочного сырья полисахаридами.

1. Внесение полисахаридов в обезжиренное молоко в сухом виде нецелесообразно:

а) затруднено приготовление системы и ее отстаивание

б) при перемешивании происходит частичная гомогенизация белков обезжиренного молока, что приводит к уменьшению плотности осадка и меньшей концентрации белка в белковом концентрате

в) несколько увеличивается содержание белка в сывороточно-полисахаридной фазе. Объёмная доля СПФ уменьшается, массовая доля белка в ней 0,9–1,5 %, в КНК 4–9 %.

2. Необходимо внесение пектина в обезжиренное молоко в виде 5–7 % водного раствора.

а) возможно быстрое приготовление системы с использованием специального оборудования или обычной мешалки

б) концентрирование казеинового комплекса происходит быстрее. Концентрат натурального казеина более плотный. По объёму белковый концентрат составляет до 15 % от объёма приготовленной системы

в) сывороточно-полисахаридная фаза занимает до 85 % от общего объёма системы.

3. Кислотность обезжиренного молока должна быть 16−18 °Т.

4. Свежеприготовленный КНК можно подвергать тепловой обработке при температуре 65−100 °С.

5. Сывороточно-полисахаридную фазу можно сгущать при температуре 45−60 °С и далее сушить (лучше в смеси с обезжиренным молоком).

6. Возможно использовать сгущенную СПФ (КСП) для фракционирования молока. В верхней фазе увеличивается массовая доля белка в соответствии с кратностью использования полисахарида.

На основании проведённых исследований путем оптимизации процесса была получена математическая модель процесса фракционирования молочного сырья (в условиях разделения в поле гравитационных и центробежных сил).

При использовании молочного сырья с определённым содержанием жира, возможно получение белково-жирового концентрата натурального казеина в жидком виде из цельного или нормализованного молока.

При повторном использовании пектина для фракционирования молока в виде КСП полученный КНК имеет следующий состав: массовая доля сухих веществ 23−25 %, белка 15−17 %, лактозы 5−6 %, минеральных веществ 2,0−2,3 %. В СПФ массовая доля сухих веществ составляла 10−12 %, белка 1,2−1,5 %, лактозы 7−8 %.

Проводили исследования обратимости осаждения казеинового комплекса из водного раствора. КНК, полученный переосаждением, имеет следующий состав: массовая доля сухих веществ 12−18 %, белка 9−17%, лактозы 0,5−1 %, минеральных веществ 0,7−1 %. В водной фазе массовая доля сухих веществ составляла 1,5 %, белка 0,5 %, лактозы 1 %.

Решая вопросы получения белковых концентратов специального назначения, можно получить казеин с минимальным содержанием лактозы и минеральных веществ.

Операторная модель фракционирования молочного сырья раствором полисахарида представлена на рисунке 13.

Таким образом, основные преимущества фракционирования молочного сырья полисахаридами по сравнению с традиционными методами:

1. Высокий выход, полное использование белков на пищевые цели.
   
2. Исключение денатурирующих изменений в системе.
   
3. Низкие энергетические затраты.
   
4. Сохранение высоких биологических и функциональных свойств, получаемых фракций.
   
5. Обратимость процесса концентрирования макромолекулярных компонентов (белков и полисахаридов) и возможность регулирования получения продуктов с заданными физико-химическим составом и функциональными свойствами уже на стадии фракционирования биополимеров.
   
6. Высокая чистота, получаемых фракций (нет сопутствующих неорганических компонентов и др. веществ).
   

Рисунок 13 – Операторная модель фракционирования молочного сырья раствором полисахарида

Содержание