INVESTIGATION OF THE PROCESS OF MELTING OF COTTAGE CHEESE RAW MATERIAL WHEN MANUFACTURING PROCESSED CHEESES
Abstract and keywords
Abstract (English):
Theoretical data on the process of rennet cheese melting and characteristics of cheese-melting salts used in the industry are given. It is shown that the process of melting of cottage cheese raw material differs from melting of rennet cheese that is connected with different forms of protein micelles of raw materials. The hypothesis of our research is the assumption that to melt cottage cheese raw material it is possible to use reagents, which influence active acidity of the environment, and also stabilize texture, connect moisture and improve the consistence of the finished product. The influence of cheese-melting salt (disodium phosphate Е339 ii), the acidity regulator (disubstituted sodium phosphate Е 500 ii) and "Stabilan CM1" and "Genulakt LRA-50" texture stabilizers on the melting ability of cottage cheese raw materials has been studied. Fat-free cottage cheese obtained with the method of acidity is used as dairy raw material. By results of a complete four-factorial experiment at two levels, the equations of regression have been obtained and graphic dependences of active acidity (рН) and an organoleptic assessment of the melted curds (melting ability) from the specified factors have been constructed. Cheese-melting salt and the regulator of acidity have the most essential impact on the change of specified parameters. The linear effect of influence of the regulator of acidity factor on рН is 1.5 times higher and that on the factor of melting ability is 13 times higher than for the factor of cheese-melting salt. When manufacturing processed cheeses based on cottage cheese raw material obtained with the method of acid coagulation it is possible to recommend the following composition of stabilization mix: 1.0% of sodium hydrogen carbonate and 0.5% "Genulakt LRA-50" texture stabilizer (in the ratio of 2:1). The developed protein and structural complex can be recommended for obtaining paste-like processed cheese with soft, easily spreadconsistency. Strict observance of the protein part to food additives ratio influencing the product texture will allow avoiding such defects as a non-uniform consistence, unmelted protein particles, and alkaline flavor. The use of cottage cheese raw material when manufacturing processed cheeses allow us to use dairy raw material rationally, to lower the cost of protein raw material production, to widen the assortment of processed cheeses and to smooth production seasonality.

Keywords:
Cottage cheese raw material, processed cheese, texture stabilizers, cheese-melting salt, acidity regulator
Text
Publication text (PDF): Read Download

Несмотря на обширность ассортимента плавле- ных сыров, происходит постоянное его обновление. Это обуславливается необходимостью удовлетво- рения требований науки о питании, изменением потребительского спроса, а также наличием сырье- вых ресурсов и соображениями рентабельности того или иного вида сыра [1, 2]. Интерес потребителей к плавленым сырам вы- зван их способностью хорошо сохранять свои каче- ства во время длительного хранения (даже при плюсовых температурах), а также возможностью сочетания различных компонентов, в том числе немолочного происхождения, и получения продук- тов высокой пищевой и биологической ценности. Основным сырьем для получения плавленых сыров являются натуральные сычужные сыры. Их производство требует значительных затрат сырья, трудовых ресурсов и капитальных вложений. На одну тонну сыра в среднем расходуется 11-13 тонн молока. Высокие трудовые затраты и капитальные вложения связаны с необходимостью использова- ния камер созревания сыров с различными режи- мами, а также уходом за сыром во время созрева- ния, требующим значительного ручного труда. По- этому сычужные сыры относятся к дорогостоящим молочным продуктам. Кроме различных видов натуральных сыров при производстве плавленых сыров в качестве молоч- ного белка используются быстросозревающие сы- ры, предназначенные для плавления, творог с раз- личным содержанием жира. Именно белоксодер- жащие компоненты в комплексе с солями- плавителями участвуют в формировании каче- ственных показателей продукта. В процессе плав- ления происходит разрушение белковой матрицы исходного сырья и формирование нового белкового комплекса плавленого сыра. В конечном итоге кон- систенция готового продукта зависит от соотноше- ния многокомпонентной системы, основной «кар- кас» которой составляет белок. Жир, вода и раство- ренные в ней вещества равномерно распределены между белковыми структурными элементами. Наиболее хорошо изучен процесс плавления для сычужного сыра, который имеет следующее теоре- тическое обоснование. При плавлении сычужного сыра происходит взаимодействие солей-плавителей с мицеллами параказеинаткальцийфосфатного комплекса (ПККФК). Основным процессом при плавлении сыра является связывание кальция и образование параказеинат натрия. Соли-плавители взаимодей- ствуют в первую очередь со структурообразующим кальцием, который связывает отдельные мицеллы ПККФК между собой. В результате происходит разрушение параказеинового геля на отдельные мицеллы. В связи с тем, что они имеют более мел- кие размеры, повышается их растворимость. Круп- ные мицеллы ПККФК также разрушаются под воз- действием тепла со снижением их массы примерно в 20 раз, в результате образуется теплоустойчивый высококонцентрированный коллоидный раствор параказеината натрия. Одновременно со структур- ными изменениями параказеинового геля и мицелл ПККФК образуются соли кальция с соответствую- щими анионами солей-плавителей. Это подтвер- ждается микроструктурными исследованиями плавленых сыров [3-5]. Растворимость образованных кальциевых солей повышается при охлаждении плавленого сыра, и образовавшиеся ионы кальция снова связывают мицеллы ПККФК, образуя новый параказеиновый гель. Прочность этого геля будет зависеть от длины цепочек связанных между собой мицелл. Это в свою очередь зависит от правильно подобранной соли для плавления [6]. Структурные изменения мицеллы параказеина являются определяющими процессами при плавле- нии сыра. Они приводят к образованию параказеи- ната натрия, который обладает высокой раствори- мостью. Наряду с этим повышается дисперсность мицелл параказеина. Все это приводит к образова- нию высококонцентрированного белкового колло- идного раствора, устойчивого к нагреванию и со- храняющего свои свойства при многократном нагревании и охлаждении [7-10] . С.М. Барканом была представлена «адсорбци- онная теория», дающая объяснение процесса плав- ления. По этой теории для повышения растворимо- сти белков сыра необходимо усиление гидратации белковых мицелл. Это достигается увеличением их заряда в результате адсорбции многовалентного аниона соли-плавителя [1-3]. В процессе плавления сыра значительным структурным изменениям подвергается и его жиро- вая фракция. В натуральном сыре жир диспергиро- ван в белковой сети в виде жировых микрозерен, отличающихся от жировых шариков более круп- ными размерами. Размер жировых микрозерен пре- вышает средний размер жировых шариков в 2-4 раза и составляет для разных сыров 8-14 мкм. Характер изменения дисперсности жировых микро- зерен в процессе плавления одинаков для различ- ных солей-плавителей и отличается лишь количе- ственно [6, 7, 12]. В основном при выработке плавленых сыров используют соли-плавители: фосфаты и цитраты натрия, а также их смеси. Фосфатные добавки «Фонакон» и «Полифан» представляют собой смесь триполифосфата натрия и кислого пирофосфата натрия с примесью фторо- фосфатов и других конденсированных фосфатов. Такой состав обеспечивает высокую эффективность этих солей-плавителей [8, 10]. «Фонакон» и «Полифан» обладают достаточной буферной емкостью, высокой кальцийотнимающей и пептизирующей способностью, что позволяет использовать их для переработки сырья различной степени зрелости. Данные соли-плавители прини- мают активное участие в структурообразовании плавленых сыров, образуя сшивку между белковы- ми цепями, придавая дополнительную прочность и вязкость белковому каркасу. Они способствуют получению систем с однородной, гомогенной структурой и равномерно распределенными макро- и микрочастицами. Для выработки плавленых сыров ряд предприя- тий используют натрий фосфорнокислый двузаме- щенный двенадцативодный как наиболее простую в применении и дешевую соль-плавитель. Однако во многих случаях плавленые сыры, выработанные с динатрийфосфатом, имеют пороки вкуса и конси- стенции: щелочной, мыльный вкус при переработке незрелого сычужного сыра; грубую, колющуюся консистенцию с наличием не растворившихся частиц. Это объясняется их слабой декальциниру- ющей и пептизирующей способностью [3, 4]. Цитраты натрия (натриевые соли лимонной кислоты) издавна считаются лучшими в оте- чественной и мировой практике производства плавленых сыров. Эти соли-плавители обладают сильной декальцинирующей и пептизирующей способностью, отличаются хорошей буферной ем- костью, поэтому могут применяться для плавления сырья различной степени зрелости. Структура плавленого сыра, выработанного с цитратом натрия, характеризуется однородностью, тонкой дисперсностью белковой, водной и жировой фаз. Использование рассмотренных солей- плавителей оправдано лишь в том случае, если в качестве белкового сырья для плавления применя- ются сычужные сыры, допускается лишь их час- тичная замена творогом. В случае полной замены сычужного сыра на творог использование данных солей дает неудовлетворительные результаты. Творожное сырье отличается по характеристи- кам от сычужных сыров. Для перевода его в рас- творимое состояние необходимо изменение актив- ной кислотности (рН) в щелочную сторону, нет необходимости использовать реагенты, которые связывают ионы кальция, как это происходит при плавлении сычужных сыров [6]. Особенность плав- ления творожного сырья заключается в том, что для перевода белка (казеина) в растворимое состояние необходимо изменение заряда белковых частиц при изменении реакции среды. Химические процессы замещения ионов кальция в параказеинате на анио- ны солей-плавителей, имеющие место при плавле- нии сычужных сыров, в данном случае практически не протекают. Это связано с разными формами белка в кислотном твороге и сычужном сыре. Белок сычужного сыра представлен параказеи- ном, который образуется из отдельных фрагментов пара-каппа-казеина, соединенных между собой ионами кальция. Чтобы увеличить подвижность молекул ПККФК, необходимо разрушить кальцие- вые мостики этого комплекса. Такое их разрушение имеет место при плавлении сычужных сыров [5, 7]. Структурными элементами кислотного творога являются электронейтральные мицеллы казеина, агрегировавшие в процессе кислотной коагуляции. Поэтому для плавления творожного сырья можно использовать реагенты, которые влияют на актив- ную кислотность среды, а также стабилизируют структуру, связывают влагу и улучшают конси- стенцию готового продукта [11]. Представленная рабочая гипотеза положена в основу проведения данных экспериментальных исследований. Цель исследования заключалась в изучении влияния соли-плавителя, регулятора кислотности и стабилизаторов структуры на способность творож- ного сырья к плавлению и выбору оптимальных реагентов для его плавления. Объекты и методы исследования Объектами исследования в работе являлись: обезжиренный творог, полученный методом кислотной коагуляции; гидрокарбонат натрия (Е500 ii,); фосфат натрия двузамещенный (Е339 ii); стабилизатор структуры «Стабилан СМ1»; стабилизатор «Генулакт LRA-50». Содержание влаги в обезжиренном твороге со- ставляло (80±1) %. Гидрокарбонат натрия (бикарбонат) применяет- ся в молочной промышленности для регулирования кислотности творога в процессе плавления. Фосфат натрия двузамещенный (динатрий фос- фат) относится к самым распространенным солям- плавителям, используемым при производстве плав- леных сыров. В состав стабилизатора структуры «Стабилан СМ1» входят ксантановая камедь (Е415), натриевая соль карбоксиметилцеллюлозы (Е466), агар-агар (Е406). В состав стабилизатора структуры «Генулакт LRA-50» входят каррагинаны. Стабилизаторы структуры, применяемые в ра- боте, разрешены к использованию в пищевой про- мышленности и соответствуют требованиям, предъявляемым к пищевым добавкам согласно ТР ТС 029/2012 «Требования безопасности пищевых добавок, ароматизаторов и технологических вспо- могательных средств. Содержание влаги определяли по ГОСТ 3626. Измерение рН проводили на рН-метре «рН- 221». Показатель плавимости определяли визуально по 5-бальной шкале. Повторность исследований - трехкратная. Эксперимент проводили следующим образом. В подготовленный обезжиренный творог вводи- ли реагент, в соответствии с матрицей эксперимен- та, тщательно вымешивали и оставляли для созре- вания при температуре 20-22 ºС на 30 минут. Затем полученную смесь подвергали плавлению при тем- пературе (80±2) ºС в течение (10±5) минут. После охлаждения расплавленную массу оценивали по шкале, представленной в табл. 1. Таблица 1 Баллы Словесная характеристика консистенции тво- рожного сырья после плавления 5 Однородная, стекловидная, пластичная, без крупинок белка 4 Однородная, стекловидная, пластичная, с единичными частицами нерасплавленного белка (до 10-ти) 3 Однородная, имеется много нерасплавленных частиц белка (до 50-ти) 2 Неоднородная, крошливая, с вкраплениями многочисленных нерасплавленных частиц белка, без выделения сыворотки 1 Грубая, несвязная, выделение сыворотки, коагуляция частиц белка Шкала балловой оценки консистенции расплавленной творожной массы По результатам эксперимента получены уравне- ния регрессии и построены графики зависимости активной кислотности (рН) и органолептической оценки расплавленной творожной массы (плави- мости (Пл)) от названных факторов. Проведен ана- лиз влияния факторов на изучаемые параметры, незначимые члены уравнений исключены. Уравнение регрессии результатов эксперимента для показателя активной кислотности (рН) в коди- рованных переменных выглядит следующим об- разом Результаты и их обсуждение Для решения поставленной цели был проведен полнофакторный эксперимент на двух уровнях, план эксперимента представлен в табл. 2. уl=5,52+0,41хl+0,65х2 (1) Графическая зависимость влияния дозы ДФ и БК на показатель активной кислотности расплав- ленной творожной массы представлена на рис. 1. План эксперимента Таблица 2 Уровни варьирования Факторы Х1 Х2 Х3 Х4 Основной интервал 0,45 0,25 0,25 0,25 варьирования (0) Верхний (+) 0,9 0,5 0,5 0,5 Нижний (-) 0 0 0 0 Основными факторами являлись: Х1 - доза фосфата натрия двузамещенного (ДФ), Х2 - доза гидрокарбоната натрия (БК), Х3 - доза стабилиза- тора «Генулакт LRA-50» (LRA-50), Х4 - доза ста- билизатора «Стабилан СМ1» (СМ1). В качестве параметров оптимизации определяли рН и органо- лептическую оценку расплавленной творожной массы - плавимость (Пл). Матрица и результаты эксперимента представ- лены в табл. 3. Таблица 3 № опыта Факторы рН уl Пл, балл у2 Х1 Х2 Х3 Х4 1 0 0 0 0 4,29 1 2 0,9 0 0 0 5,26 2 3 0 0,5 0 0 5,66 5 4 0,9 0,5 0 0 6,48 5 5 0 0 0,5 0 4,38 2 6 0,9 0 0,5 0 5,33 2 7 0 0,5 0,5 0 5,74 4 8 0,9 0,5 0,5 0 6,49 5 9 0 0 0 0,5 4,53 1 10 0,9 0 0 0,5 5,35 3 11 0 0,5 0 0,5 5,85 5 12 0,9 0,5 0 0,5 6,59 5 13 0 0 0,5 0,5 4,52 1 14 0,9 0 0,5 0,5 5,35 3 15 0 0,5 0,5 0,5 5,9 5 16 0,9 0,5 0,5 0,5 6,59 5 Матрица и результаты эксперимента Рис. 1. Влияние дозы фосфата натрия двузамещенного и дозы гидрокарбоната натрия на активную кислотность расплавленной творожной массы Коэффициент корреляции для данного уравне- ния равен 0,98. Коэффициент адекватности по кри- терию Фишера - 220,3. Из уравнения 1 и рис. 1 следует, что наибольшее влияние на повышение активной кислотности творожного сырья оказывает гидрокарбонат натрия (регулятор кислотности). В исследуемом интервале варьирования факторов при введении БК рН изменялась от (4,3±0,03) до (5,66±0,03). При введении ДФ в творожное сырье рН изменялась от (4,3±0,03) до (5,26±0,03). При использовании стабилизаторов структуры «СМ1» и «LRA-50» рН творожного сырья также смещалась в щелочную сторону, но незначительно. Так для «СМ1» изменения составили 0,2 ед. рН, для «LRA- 50» - 0,1 ед. рН. Таким образом, существенное влияние на ак- тивную кислотность расплавленной творожной массы оказывают доза ДФ и доза БК. Более интен- сивное влияние на изменение рН оказывает БК (бо- лее, чем в 1,5 раза). На основании уравнения 1 можно определить дозу гидрокарбоната натрия, необходимую для по- вышения активной кислотности творожной массы на единицу рН. Отсюда можно рассчитать коли- чество реагента для повышения рН, которое долж- на быть в процессе плавления творожного сырья 5,9-6,0. Увеличение дозы гидрокарбоната натрия сверх указанного значения может привести к появ- лению в продукте неприятного щелочного или да- же мыльного привкуса. Уравнение регрессии результатов эксперимента для показателя органолептической оценки расплав- ленной творожной массы (плавимость) в кодиро- ванных переменных выглядит следующим образом у2=3,43+0,36хl+1,48х2+0,18х3 - 0,20 хlх2 (2) Зависимость влияния дозы фосфата натрия двузамещенного (ДФ) и дозы гидрокарбоната натрия (БК) на показатель плавимости творожной массы представлена на рис. 2. Фиксированное значение дозы «Генулакт LRA-50» выбрано на нижнем уровне. Рис. 2. Влияние дозы фосфата натрия двузамещенного и дозы гидрокарбоната натрия на показатель плавимости творожной массы Коэффициент корреляции для данного уравне- ния равен 0,98. Коэффициент адекватности по кри- терию Фишера - 25. Как видно из уравнения, БК оказывает наибольшее влияние на показатель плавимости, причем его вклад в увеличении балловой оценки консистенции, по сравнению с ДФ, больше при- мерно в 13 раз. Таким образом, гидрокарбонат натрия лучше расплавляет творожную массу, чем фосфат натрия двузамещенный. Рис. 3. Влияние дозы стабилизатора «Генулакт LRA-50» и дозы гидрокарбоната натрия на показатель плавимости творожной массы Зависимость влияния дозы БК и LRA-50 на по- казатель плавимости творожной массы представлена на рис. 3. Фиксированное значение дозы ДФ (0,9 %) установлено на верхнем уровне. Коэффициент корреляции для данного уравне- ния равен 0,96. Коэффициент адекватности по кри- терию Фишера - 13. В уравнении 2 значимыми являются факторы Х1, Х2, Х3 и взаимодействие факторов Х1, Х2. На плавимость творожного сырья оказывают влияние дозы БК, ДФ, LRA-50, причем при одновременном увеличении дозы реагентов БК и ДФ плавимость творожного сырья снижается. Хорошие результаты плавимости показали об- разцы под номерами 3, 4, 8, 11, 12, 15, 16 (табл. 3). Во всех этих образцах присутствовал гидрокарбо- нат натрия. Причем более упругую консистенцию имели образцы с использованием стабилизаторов. Использование только ДФ при плавлении творож- ного сырья не привело к улучшению плавимости творожной массы. Следует отметить, что включение фосфатов в состав стабилизационных смесей для плавления сырья сдвигает равновесие между кальцием и фос- фором в готовом продукте в сторону фосфора, что не соответствует формуле сбалансированного пи- тания. Это дает основание для выбора компонентов в стабилизационной смеси, не содержащих фосфор. Наилучший результат получен при использова- нии регулятора кислотности гидрокарбоната натрия и стабилизатора структуры «Генулакт LRA-50». В состав стабилизатора «Генулакт LRA-50» входят каррагинаны, являющиеся полисахаридами, способными формировать плотную, хорошо наре- заемую структуру. Причиной широкого примене- ния каррагинанов при производстве плавленых сы- ров является их способность взаимодействовать с молочным белком и в результате образовывать ге- ли. Использование каррагинанов позволяет значи- тельно улучшить консистенцию плавленого сыра, снизить его себестоимость и откорректировать по- роки сырья [12]. На основании экспериментальных данных при производстве плавленых сыров на основе творож- ного сырья, полученного методом кислотной коа- гуляции, можно рекомендовать следующий состав стабилизационной смеси: гидрокарбонат натрия - 1,0 % и стабилизатор структуры «Генулакт LRA- 50» - 0,5 % (в соотношении 2:1). Разработанный белково-структурный комплекс можно рекомендовать для получения пастообраз- ных плавленых сыров с нежной мажущейся конси- стенцией. Строгое соблюдение соотношения между белковой частью и пищевыми добавками, влияю- щими на структуру продукта, позволит избежать следующих пороков: «неоднородная консистенция, не расплавившиеся частицы белка», а также «ще- лочной привкус». Использование творожного сырья при получе- нии плавленых сыров позволит рационально ис- пользовать молочное сырье, снизить затраты на производство белкового сырья при получении плавленых сыров, расширить их ассортимент и сгладить сезонность производства.
References

1. Sviridenko, Yu.Ya. Sostoyanie i perspektiva proizvodstva plavlenyh syrov / Yu.Ya. Sviridenko, A.V. Dunaev // Syrodelie i maslodelie. - 2009. - № 4. - S. 7-11.

2. Rozdova, V.F. Nauchnye i prakticheskie aspekty povysheniya kachestva plavlenyh syrov / V.F. Rozdova // Syrodelie i maslodelie. - 2004. - № 2. - S. 14-16.

3. Barkan, S.M. Plavlenye syry / S.M. Barkan, M.F. Kuleshova. - M.: Pischevaya promyshlennost', 1967. - 282 s.

4. Guinee, T.P. The effect of calcium content of Cheddar-style cheese on the biochemical and rheological properties of processed cheese / T.P. Guinee, B.T. O`Kennedy // Dairy Science and Technology. - 2009. - № 89. - P. 317-333.

5. Elektronno-mikroskopicheskie issledovaniya transformacii parakazeina pod deystviem teplovogo i solevogo faktorov / N.P. Zaharova, I.T. Smykov, N.Yu. Sokolova, E.V. Kononova // Vklad nauki v razvitie maslodeliya i syrodeliya. - Uglich, 1994. - S. 98-99.

6. Sokolova, I.Yu. Vliyanie rossiyskih soley-plaviteley na kachestvo plavlenyh syrov / I.Yu. Sokolova // Syrodelie i maslodelie. - 2009. - № 4. - S.16-19.

7. Nauchnoe obosnovanie tehnologicheskih operaciy processa proizvodstva plavlenyh syrov / N.P. Zaharova, N.Yu. Sokolova, S.V. Kucherenko [i dr.] // Pererabotka moloka. - 2007. - № 10. - S.44-45.

8. Mayer, H. Bitterness in processed cheese caused by an overdose of specific emulsifying agent? / H. Mayer // Intern. Dairy. - 2011. - № 11.

9. Goyal, S. Analyzing shelf life of processed cheese by soft computing / S. Goyal, G.K. Goyal // Scientific Journal of Animal Science. - 2012. - № 1(3). - P. 119-125.

10. Silva, Rita C. S. N. Sensory and Instrumental Consistency of Processed Cheeses / Rita C. S. N. Silva, Valéria P.R. Minim, Márcia C. R. T. Vidigal, Alexandre N. Silva Andréa A. Simiqueli & Luís A. Minim // Journal of Food Research - 2012. - Vol. 1, No. 3. - P. 204-213.

11. Lupinskaya, S.M. Stabilizacionnaya smes' dlya plavleniya tvorozhnogo syr'ya pri proizvodstve pastoobraznyh plavlenyh syrnyh produktov / S.M. Lupinskaya, S.G. Chechko // Syrodelie i maslodelie. - 2014. - № 2. - S. 30-33.

12. Kashevarova, I.A. Novye resheniya dlya uluchsheniya tekstury i vkusa plavlenyh syrov i plavlenyh syrnyh produktov / I.A. Kashevarova // Molochnaya promyshlennost'. - 2012. - № 9. - S. 52.


Login or Create
* Forgot password?