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.