Разработка адаптированной технологии национального кисломолочного продукта катык из пермеата обезжиренного молока
Введение……………………………………………………….………………….. 4
Глава 1. Состояние вопроса, цель и задачи исследований……………………. 12
1.1 Современное представление основы теории питания………..…………… 12
1.2 Общая характеристика наиболее распространенных национальных
кисломолочных напитков стран Средней Азии.………………………………… 18
1.3 Применение концентрата белков молочной сыворотки в рецептуре
кисломолочных продуктов……………………….….……………………………. 29
1.4 Особенности применения баромембранных процессов для разделения
молочного сырья……………….………………….………………………………. 31
1.5 Цель и задачи исследования………………………………………………… 36
Глава 2. Организация эксперимента и характеристика объектов
исследования……………………………………………………………………………………………. 39
2.1 Организация и схема проведения исследований ………………………….. 39
2.2 Объекты и методы исследований …………………………………………… 41
2.3 Сырьё, лабораторно-аналитическое оборудование, используемое для
проведения экспериментальных исследований ………………………………. 44
Глава 3. Экспериментальная часть……………………………………………… 47
3.1 Определение органолептических и физико-химические показателей
катыка, выработанного традиционным способом из цельного
молока…………………………………………………………………………….. 47
3.2 Выработка экспериментального контрольного образца готового
национального продукта катык (НПК) ………………………………………… 54
3.3 Микрофильтрационная обработка молочного сырья для его
использования в производстве НПК ……………………………………….. … 58
3.4 Получение сублимированного пермеата молочной сыворотки и его
использование в качестве ингредиента обезжиренного молока (ОМ) при
выработке катыка ……..………………………………………………………… 87
3.5 Определение температурных режимов сквашивания НПК…………….. 93
3.6 Определение хранимоспособности готового продукта НПК …………… 96
Глава 4. Разработка адаптированной технологии получения НПК ………… 99
4.1 Технологическая схема производства НПК и продуктов на его основе ….. 99
4.2 Разработка рецептуры и определние органолептических показателей
кисломолочных напитков на основе НПК ……………………..……………….. 105
4.3 Экономические аспекты технологии производства НПК ……………..…… 112
Заключение………………………………………………………………………. 121
Список литературы…………………………………………………………….. 123
Приложения……………………………………………………………………… 141
Приложение А. Решение о выдаче патента на изобретение…………………… 141
Приложение Б. Заключение по результатам экспертизы……………………… 142
Приложение В.Технические условия…………………………………………… 143
Приложение Г. Протокол испытаний……………………….…………………… 144
Приложение Д. Результаты исследования комплексного процесса очистки и
сублимационной сушки молочной сыворотки…………………………………. 146
Приложение Е. Акт опытно-экспериментальной партии сублимированного
пермеата для молочных напитков……………………………………………… 156
Во введении обоснована актуальность выбранной темы, определены
цель и задачи исследований.
В главе 1 проведен анализ состояния производства национальных
кисломолочныхпродуктов.Обоснованацелесообразностьразработка
адаптированной технологии национального кисломолочного продукта катык
из пермеата обезжиренного молока. На основе результатов анализа
литературныхданныхисобственныхпоисковыхэкспериментов
сформулированы цель и задачи исследований.
В главе 2 представлены общая схема и методы проведения
исследований (рис. 1), перечень лабораторного оборудования.
Анализ состояния вопроса
Обоснование выбранного направления и постановка задач исследований
Подбор МФ мембран для получения пермеатаПодбор мембранного
обезжиренного молока (ГОСТ 31658-2012) (ОМ)оборудования
Выбор контрольного образца катыка, выработанного из молока
наиболее распространенных пород коров Ставропольского края
Определение параметров технологического процесса получения пермеата
при микрофильтрации обезжиренного молока (ОМ)
Оценка качественных показателей микрофильтрационного пермеата ОМ
Получение сублимированного пермеата молочной сыворотки в
качестве ингредиента в ОМ перед сквашиванием
Получение национального кисломолочного продукта катык (НПК)
«Катык-М»
Оценка качественныхРазработка аппаратурно-технологической схемы
показателей НПКполучения НПК и напитков на его основе
Разработка рецептуры кисломолочных напитков на основе НПК
Оценка экономической эффективности разработанной технологии
Рисунок 1 – Общая схема выполнения исследовательской работы
Объекты исследований: образцы катыка, выработанного традиционным
способом из молочного сырья; ОМ и его микрофильтрационный пермеат
(МФП); образцы катыка, выработанного по адаптированной технологии из
МФП наиболее распространенных пород коров Ставропольского края.
Предметыисследований:закономерностипроцессовмембранного
разделения ОМ, творожной сыворотки (СТ), технология получения НПК из
МФП на основе способа производства национального продукта катык.
В главе 3 представлены результаты сравнительных исследований
органолептических показателей и физико-химических свойств образцов
катыка: доставленных из различных регионов Средней Азии и РФ,
выработанных традиционным способом в лабораторных условиях, из
цельного молока, ОМ и МФП ОМ коров пород, получивших наибольшее
распространение среди поголовья в Ставропольском крае. Установлено, что
образец НПК, выработанный из ОМ коров породы «Красная степная»,
занимаетпромежуточноеположениемеждутакимиизвестными
кисломолочными продуктами, как кефир и айран (табл. 1), и может быть
выбран в качестве контрольного образца для изготовления готового продукта
на основе основных этапов традиционного для региона Средней Азии
способа его производства.
Таблица 1 – Физико-химические показатели образцов катыка, кефира
(МКС) и айрана «Чабан» (Нальчикский молочный комбинат) (р=0,95)
Наименование показателяНПК ОМКефирАйран
Масс. доля сухих веществ, в том числе6,98,29,7
Белки, %2,63,12,8
Лактоза, %4,24,04,4
Жир, %0,112,5
Кислотность, ºТ95-98106-110115-120
Следуя парадигме комплексного подхода (рис. 2) в определении путей
решения проблемы повышения эффективности переработки ОМ на основе
его мембранного разделения, этап его микрофильтрационной обработки для
выделения части казеина, используемой для выработки различных
творожных и сырных продуктов, рассматривается как начальная стадия
последовательного разделения цельного молока на отдельные фракции.
Вторичное молочное сырье (обезжиренное молоко)
Стандартизация для промышленной переработки
ПастеризацияНормализация по белку (микрофильтрация)
Ультрафильтрация (УФ)Нанофильтрация (НФ)
УФ – ретентатУФ – пермеатНФ – ретентатНФ – пермеат
На дальнейшую переработку, производство полуфабрикатов и готовых продуктов
Рисунок 2 – Основные этапы переработки обезжиренного молока
Результаты анализа открытых публикаций и данных собственных
экспериментальных исследований показали, что для микрофильтрационного
выделения части казеиновой фракции ОМ можно использовать мембраны
марки BioMax с условным диаметром пор (УДП) 0,1÷0,5 мкм. На основании
оценки органолептических показателей и основных физико-химических
свойств образцов катыка (рис. 3, табл. 2 и 3), выработанного из МФП ОМ,
полученного на мембранах с УДП от 0,1 мкм до 0,5 мкм, сделали заключение
о целесообразности использования мембран BioMax с УДП 0,3 мкм и 0,4
мкм для микрофильтрации ОМ.
Рисунок 3 – Образцы НПК: 0 – контрольный образец, 1 – МФП 0,5 мкм, 2 –
МФП 0,4 мкм, 3 – МФП 0,3 мкм, 4 – МФП 0,2 мкм, 5 –МФП 0,1 мкм
Таблица 2 – Органолептическая оценка НПК, полученного из МФП
Номера образцов НПК
Показатель
012345
Цвет444433
Вкус555443
Запах555544
Консистенция554433
Общие баллы4,754,754,54, 253,53,25
Таблица 3 – Основные физико-химические свойства катыка, полученного из
МФП (р=0,95)
Катык
НаименованиеМФП, полученный через мембрану с УДП (мкм)
показателя
0,10,20,30,40,5
Массовая доля сухих
5,86,36,37,07,2
веществ, в том числе:
Белки, %1,21,72,12,22,4
Лактоза, %4,14,14,24,24,3
Кислотность, ºТ85-9087-9290-9293-9597-100
МембранноеразделениеОМпроводилиприварьировании:
продолжительности (τ) процесса, величины рабочего давления (Р), скорости
циркуляции (V), массовой доли сухих веществ (Ссв.) и температуры (t)
разделяемой системы в канале аппарата. Экспериментальные данные
микрофильтрации ОМ в виде Q=f(τ), φ=f(τ), Q=f(Р), φ=f(Р), Q=f(V), φ=f(V),
Q=f(Ссв.), φ=f(Ссв.), Q=f(t), φ=f(t) показаны на рисунках 4-8.
Следует принять во внимание, что по технологическим требованиям
повысить температуру ОМ в контуре микрофильтрационной установки
можно только до tmax = 30÷35 0С, так как при этом в нём создаются
благоприятные условиядляразвитиямикрофлоры,в том числе и
патогенной. Исходя из этого процесс микрофильтрации ОМ в условиях
промышленной переработки такого сырья следует осуществлять при более
низкой температуре (около 15÷18°С).
34,0
Селективность мембран φ, %
Проницаемость мембран Q, кг/м2·час.
Q = 37,068e-0,021τ75
R² = 0,9538φ= 34,193e0,0198τ
29,0R² = 0,965
24,0
19,0
14,035
Q = 27,494e-0,021τφ = 31,094e0,0181τ
R² = 0,9511R² = 0,9735
9,025
010203040010203040
Длительность τ, (минут)Длительность τ, (мин)
Рисунок 4 – Зависимости Q и φ мембран BioMax (■ – 0,3 мкм, ▲ – 0,4
мкм) от τ (Р = 0,15÷0,2 МПа, t = 8÷14 °С, V = 0,1÷0,14 м/с, Ссв. = 8,0÷8,2 %)
1465
Q = -128,47P2 + 59,775P + 4,5237φ= 387,9P2 – 140,98P + 61,153
R² = 0,9655R² = 0,9711
1260
Проницаемость мембран Q, кг/м2·час
Селективность мембран φ, %
1055
645
Q=-110,23P2+ 52,93P + 2,8876φ = 261,42P2 – 106,48P + 53,134
R² = 0,9568R² = 0,9635
030
00,10,200,10,2
Давление Р, МПаДавление Р, МПа
Рисунок 5 – Зависимости Q и φ мембран BioMax (■ – 0,3 мкм, ▲ –
0,4 мкм) от Р (t = 8÷14 °С, V = 0,1÷0,14 м/с, С = 8,0÷8,2 %, τ = 35÷40 мин.)
45,060
Проницаемость мембран Q, кг/м2·час
Q=107,82V2 – 25,703V + 31,347Q = -47,563V2 – 7,4829V + 59,149
Селективность мембран φ, %
R² = 0,9735
R² = 0,9679
40,055
35,050
30,045
25,040
Q = 92,818V2 – 33,593V + 26,786Q = -58,847V2 + 5,113V + 49,06
R² = 0,959R² = 0,9685
20,035
00,10,20,30,40,500,20,4
Скорость циркуляции потока V, м/сСкорость циркуляции потока V, м/с
Рисунок 6 – Зависимости Q и φ мембран BioMax (■ – 0,3 мкм, ▲ –
0,4 мкм) от V (t = 8÷14 °С, P= 0,1÷0,15 МПа, С = 8,0÷8,2 %, τ = 35÷40 мин.)
55,0065
Q = 13,519ln(t) + 1,1999φ = 0,0146t2 – 0,8964t + 67,91
Проницаемость мембран Q, кг/м2·час
R² = 0,9707R² = 0,959
Селективность мембран φ, %
50,00
45,00
40,00
35,00
30,00
Q = 14,877ln(t) – 9,0653φ = 0,0153t2 – 0,9161t + 62,29
R² = 0,9555R² = 0,9644
25,0040
1020304010203040
Температура t, ̊ СТемпература t, ̊ С
Рисунок 7– Зависимости Q и φ мембран BioMax (■ – 0,3 мкм, ▲ – 0,4
мкм) от t (V = 0,2÷0,25 м/с, Р = 0,1÷0,15 МПа, С = 8,0÷8,2 %, τ = 35÷40 мин.)
Q= 5,7143C2 – 110,81C + 558,72φ= -2,9911C2 + 60,964C – 249,72
Проницаемость мембран Q, кг/м2·часR² = 0,9644R² = 0,9696
Селективность мембран φ, %
3560
25
Q = 5,5804C2 – 107,22C + 534,76φ = -4,1518C2 + 79,857C- 332,51
R² = 0,9691R² = 0,9654
1535
88,599,51088,599,510
Массовая доля сухих веществ С, %Массовая доля сухих веществ С, %
Рисунок 8 – Зависимости Q и φ мембран BioMax (■ – 0,3 мкм, ▲ – 0,4 мкм)
Сс.в. (V = 0,2÷0,25 м/с, Р = 0,1÷0,15 МПа, τ = 35÷40 мин., t=12÷15 °С)
В результате анализа экспериментальных данных установлено, что при
микрофильтрации ОМ для последующего его использования при выработке
НПК целесообразно применять мембраны с УДП в диапазоне 0,3÷0,4 мкм.
При этом показатели основных рабочих параметров процесса должны быть
следующими: для BioMax 0,3 мкм: Р=0,1÷0,15 МПа, V=0,2÷0,25 м/с, t= 12÷14
°С, Ссв. не более 9,4÷9,6 %, τ=20 ÷25 минут; для BioMax 0,4 мкм:
Р=0,075÷0,125 МПа, V=0,15÷0,2 м/с, t=13÷15 °С, Ссв. не более 9,0÷9,2 %, τ=30
÷35 минут.
В состав традиционно используемой закваски для приготовления
катыка включают дрожжи. Их присутствие в рабочей смеси способствует
повышению интенсивности утилизации лактозы в результате спиртового
брожения, но может угнетать молочнокислое, негативно влиять на
органолептическиепоказателиготовогопродукта.Этообусловило
целесообразность добавления в МФП сублимированного пермеата молочной
сыворотки (УФПН) в количестве, обеспечивающем величину показателя
массовой доли лактозы около 6,5 % в сырье для производства готового
продукта.На способ получения УФПН получено положительное решение
на выдачу патента «Способ получения сывороточного полуфабриката для
производствамолочныхбезалкогольныхпродуктовпитания»(№
2020141142; заявл. 14.12.2020 – 9 с.).
Для предварительной очистки молочной сыворотки использован
концентрат сока корней солодки голой (КС), промышленного производства
(«Флора Кавказа» ОАО, Россия). В результате анализа результатов
экспериментальныхисследованийустановлено,чтоприсмешивании
молочной сыворотки и КС (75:25 объемных единиц), происходит разделение
смеси на две фазы: белковоуглеводный комплекс и осветлённую молочную
сыворотку. При этом массовая доля сухих веществ в сыворотке возрастает до
6-8 %, из них около 70-73 % составляют компоненты углеводного комплекса.
Такая предварительная очистка способствует интенсификации процессов
последующего баромембранного разделения молочной сыворотки.Для
экспериментальной проверки этой гипотезы были использованы полимерные
мембраны с порогами задержки (ПЗ) 100 и 300 кДа. В полученных УФ-
пермеатах (УФП-100 и УФП-300) содержание белка не превышало 0,01÷ 0,02
%. Анализ экспериментальных данных последующего нанофильтрационного
концентрирования УФП-100 и УФП-300 показал, что при использовании
мембран Alfa Laval NF 200 Da значение С с.в.=23÷25 % в ретентате следует
считать предельным. Пермеат молочной сыворотки, полученный методом
ультрафильтрации ОМ и сконцентрированный нанофильтрацией, направляли
на сублимационную сушку, распределяли равномерным слоем в 5÷6 мм и
замораживали при t = – 20÷25 ºС. Диапазоны времени этапов сублимации и
досушивания были определены путем анализа экспериментальных данных:
τсублимации = 10÷10,5 часов (τс), τдосушивания = 1,5÷2 часа (τд).
Результаты изучения органолептических показателей (табл. 4, 5)
образцов УФПН (5-бальная шкала), физико-химических свойств сухого
УФПНиближайшиханалоговпоказали,чтоонпоосновным
характеристикам превосходит их.
Таблица 4 – Органолептическая оценка образцов высушенного УФПН
Оценка образца, балл
Показатель
№ 1 (8 ч)№ 2 (9 ч)№ 3 (10 ч) № 4 (11 ч)
Цвет4454
Вкус4553
Запах3453
Консистенция4544
Общая оценка3,754,54,753,5
Таблица 5 – Физико-химические свойства сухого УФПН и аналогов
ПоказателиУФПН № 3 LACTALIS INDUSTRIE Компания «МОЛ»
Массовая доля, %:
Лактозы89±0,280±0,285±0,2
Влаги4,0±0,54,0±0,54,5±0,5
Белка (N x 6,38)0,4 ±0,0014,5±0,0012,0±0,001
Минеральных в-в6,1±0,29,5±0,27,0±0,2
Плотность
544,0 ± 2,0611,0 ± 2,0619,0 ± 2,0
(насыпная), кг/м3
Плотность (с
715,0 ± 2,0 731,0 ± 2,0725,0 ± 2,0
уплотнением), кг/м3
Средний размер
54,0 ± 2,079,0± 2,081,7 ± 2,0
частиц, мкм
Для определения необходимого количества УФПН, добавляемого в
исходную смесь (МФП с традиционной закваской, основными компонентами
которой являютсяацидофильная палочка и Streptococcus thermophilus),
изучали физико-химические показатели получаемого НПК (табл. № 6).
Таблица № 6 – Основные физико-химические показатели НПК с
добавлением УФПН (р=0,95)
Количество сублимированного УФПН, % масс.
Показатели
0,51,01,52,02,53,0
Массовая доля сухих в-в, % 6,87,17,68,08,59,0
Лактозы, %4,24,44,65,05,55,9
Белка, %2,22,22,22,22,22,2
Полисахариды (пектин), % 0,050,10,150,20,250,3
Кислотность, ° Т959698100103105
Органолептическая оценка4,54,85,05,04,54
Установлено,чтодобавлениевМФПдо1,5÷2%(масс.)
сублимированного УФПН повышает общую органолептическую оценку
готового НПК до 5 баллов, что может быть обусловлено повышением
количества углеводов за счет включения в состав готового продукта
полисахаридов (пектина) и вкусоароматических веществ, содержащихся в
КС. Таким образом в результате выполненного этапа экспериментальных
исследований установлено, что предварительное осветление молочной
сыворотки следует проводить осаждением её белковых компонентов с
использованием КС в соотношении около 75:25 объемных единиц, при
последующембаромембранномразделенииОМосновныерабочие
параметрысоответствующихпроцессовнеобходимоподдерживатьв
диапазонах: Руф=0,45÷0,5 МПа, Рнф=1,8÷2,7 МПа;Vнф=0,2÷0,25 м/с;
τнф=55÷60 мин.; Ссв.нф=23÷25 %, также определено τ суб. сушки=14,5-15,5 часов.
При определении необходимой температуры сквашивания НПК
использовали МФП с добавлением 1,9÷2 % УФПН и традиционную закваску,
содержащую в качестве основных компонентов ацидофильную палочку и
Streptococcus thermophilus. Контролем послужили образцы, полученные с
использованием комбинации обезжиренного молока и закваски(КОМЗ).
Анализ данных (табл. 7) экспериментальных исследований показал, что при
температуре сквашивания до 30 °С в катыке из МФП молочнокислых
палочек и молочнокислых стрептококков содержится на порядок меньше в
сравнении с использованием в качестве закваски КОМЗ. С повышением
температуры до 32 °С в опыте увеличивается концентрация молочнокислых
палочек – с 106 до 107 КОЕ/см3 , а в контроле -с 107 до 108 КОЕ/см3. При
температуре около 36 °Сконцентрация молочнокислых палочек и
молочнокислых стрептококков находится на уровне образца и контроля,
полученных при температуре близкой к 32 °С. А при 40 °С оба показателя
снижаются как при использовании в качесве сырья МФП, так и КОМЗ. Таким
образом, есть основания полагать, что требуемую температуру сквашивания
МФП можно варировать в диапазоне 32÷36 °С.
Таблица 7 – Количественный состав микрофлоры НПК
Концентрация, КОЕ/см3
Наименование
Температура,
Молочнокис-Уксусно-
Молочнокис-Дрожжи
°С
лыекислые
лые палочки
НПК
стрептококкибактерии
МФП1,2×1061,3×1060,6×102-
30772
КОМЗ1,1×101,2×101,5×100,9×105
МФП1,4×1071,1×1060,9×102-
32872
КОМЗ1,2×101,2×101,8×101,1×105
МФП1,6×1071,4×1071,2×102-
36882
КОМЗ1,4×101,3×102,5×101,3×105
МФП1,7×1061,2×1061,0×102-
КОМЗ1,6×1071,6×1072,5×1021,5×105
При определении предельно допустимых сроков годности готового
продуктавэкспериментальныхобразцахНПК,выработанныхв
лабораторныхусловиях,контролироваликоличествомолочнокислых
микроорганизмов,титруемуюкислотность,органолептическиеи
микробиологические показатели (табл. 8-10). Исследуемые образцы: НПК
выработанный из МФП (СТО 02067965-002-2021) и КОМЗ.
Таблица 8 – Количество молочнокислых микроорганизмов в НПК и
КОМЗ
Количество молочнокислых микроорганизмов, КОЕ/г
Наименование
образца
Продолжительность хранения, суток
Фон
(после выработки)3579
НПК(7-8) ×107(4-5)×108(1-4)×109(2-3)×108(1-3)×107
КОМЗ(3-5) ×108(1-3)×109(2-3)×109(1-3)×108(2-3)×107
Таблица 9 – Титруемая кислотность и органолептические показатели
готового продукта НПК при его хранении
Продолжитель-Титруемая
ность хранения,кислотность,Органолептические показатели
суток°Т
Фон (сразу послеСгусток ненарушенный, в меру плотный,
выработки)без газообразования, на поверхности
3115незначительное выделение сыворотки.
5128Приятныйкисломолочный,без
посторонних привкусов и запаха. Цвет
7140молочно-белый, слегка кремоватый.
Вкус и запах резкий кисломолочный,
кисловатыйпривкус;консистенция
11144
неоднородная, с заметным отделением
сыворотки, цвет белый.
Таблица 10 – Микробиологические показатели готового НПК и КОМЗ
на 7-е сутки хранения
Микробиологические показатели
НаименованиеБГКПКоличество
Дрожжи,
образца(колиформы) вмолочнокислых
КОЕ/г
0,1 г продуктамикроорганизмов, КОЕ/г
НПКне обнаружено8×107104±2
КОМЗне обнаружено1×10126±2
Анализ полученных экспериментальным путём данных показал, что,
выработанные в лабораторных условиях образцы готового продукта НПК по
органолептическим показателям при хранении достаточно стабильны в
течении 7-8 суток. По микробиологическим показателям НПК на конец
срока его хранения вполне отвечает требованиям ТР ТС 033/2013 «О
безопасности молока и молочной продукции». Таким образом, с учетом (1,5
коэффициента запаса) гарантированный срок хранения готового продукта
НПК при температуре (4±2) °С в условиях, принятых для обычной
молочнокислой продукции, следует принять равным 7 суток.
В главе 4 представлены результаты разработки технологической
схемы производства НПК и продуктов на его основе (рис. 9).
Сырье – свежее натуральное цельное молоко с жирностью 4,5÷5%, не
ниже первого сорта, принимают по ГОСТ 26809.1-2014, массе и качеству
(Блок 1). Подогретое доt = (35±2) оС молоко направляют в сепаратор-
сливкоотделитель (Блок 2) или иное, предусмотренное для этих целей
специальное оборудование и обезжиривают до 0,1%. После сепарирования
молоко пастеризуют при t=(85-90) ºС в течение τ=15÷20 секунд (Блок 3),
охлаждаютиразделяютмикрофильтрацией:Р=0,075÷0,125МПа,
V=0,15÷0,20 м/с; t=13÷15°С; τ=30÷35 мин; Ссв.=9,0÷9,2 % (Блок 4). Ретентат с
Ссв.=9,6±0,2 % (Блок 5) направляют на резервирование (Блок 8) до 24 часов
при t=(5±2) ºС или сразу в производство некоторых видов сыра, творога и т.п.
(Блок 9). МФП (Блок 6) идёт на резервирование (Блок 7) до 24 часов при
t=(5±2) ºС. Далее МФП, после добавления в него сублимированного УФПН в
количестве (1,5-2 %) масс., сквашивают (Блок 10) традиционной закваской
(вносимой не менее, чем 8÷10 % масс. от количества заквашиваемого сырья),
приготовленной на основе композиции из ацидофильной палочки и
Streptococcus thermophilus, в резервуаре для кисломолочных напитков с
о
мешалкой и охлаждаемой рубашкой.Смесь(при33÷36)С
перемешивают18÷20 минут, сквашивание проводится до значения
о
титруемойкислотности готового продукта 85÷90Т, после чего его
упаковывают в маркируемую потребительскую тару (Блок 11) и направляют
в холодильную камеру для созревания и охлаждения при температуре (8÷10)
о
С в течение 7-8 часов перед отправкой на реализацию. НПК может быть
направлен на производство кисломолочных продуктов сдобавлением
натурального подсластителя (стевиозид) (Блок 13), сублимированных
фруктов (Блок 14), соков (Блок 15) или КСП (Блок 16). Готовые продукты
направляют на розлив, упаковку, маркировку и реализацию (Блок 17). НПК и
продукты, выработанные на его основе (таблица 11), должны соответствовать
требованиям ТУ 10.51.21.120-005-30553890-2021.
1. Приемка молока. Входной контроль молочного сырья
(титруемая кислотность не более 23,0 °Т, рН – не менее 6,3, t – не более
30,0°С, Ссв. – не более 12,9 %)
2. Сепарирование молока (при температуре – 33±5°С,
массовая доля жира после сепарирования – не более 0,1 %)
3. Пастеризация t= (85-90) ºС, τ=15÷20 сек.
4. Микрофильтрация, УДП=0,4 мкм, Р=0,075÷0,125 МПа, V=0,15÷0,20
м/с; t=13÷15°С; τ=30÷35 мин; Ссв.=9,0÷9,2 %
5. Ретентат (Ссв. = 9,6±0,2 %)6. Пермеат (Ссв. = 5,1±0,1 %)
8. Резервирование t= (5±2) ºС, до 17. Резервирование t= (5±2)
сутокºС, до 1 суток
9. Дальнейшая переработка
10. Получение НПК: внесение сухого УФПН в количестве 1,5-2 % от
общей массы смеси в МФП t=33÷36 °С) и добавление закваски в
количестве 8-10 % масс., перемешивание смеси прекращают через
18÷20 минут и сквашивают в течение 7÷8 часов до образования сгустка
и достижении требуемого уровня кислотности (80÷85 °Т)
12. Приготовление кисломолочных11. Розлив, упаковывание,
напитков на основе НПКмаркировка, реализация
13. С натуральным14. С сублимированными15. С фруктовым
подсластителемфруктамисоком
17. Розлив, упаковывание, маркировка, реализация16. С КСП
Рисунок 9 – Блок-схема производства НПК и продуктов на его основе
Таблица11-Рецептурыиорганолептическиепоказатели
кисломолочных напитков, приготовленных на основе НПК и стевиозида
НПК со стевиозидом и апельсиновым соком
Наименование сырьяНорма, Органолептические показатели
кг/100 кг
НПК70Цвет светло-желтый опалесцирующий,
Апельсиновый сок15консистенция не нарушена.
концентрированныйНезначительное выделение сыворотки.
Стевиозид10Кисломолочный вкус с апельсиновым
Консерванты,5привкусом.
добавки пищевые
НПК со стевиозидом и сублимированным яблоком
НПК75Сгустокненарушенный,вмеру
Сублимированное18плотный, без газообразования, на
яблокоповерхности незначительное выделение
Стевиозид5сыворотки. Чистый, кисломолочный
Консерванты,2вкус, сладковатый с ярким ароматом
добавки пищевыеяблока. Цвет молочно-желтый, с
вкраплениями фруктовых частиц.
НПК со стевиозидом и КСП
НПК73Сгусток плотный, ненарушенный, без
КСП20газообразования,наповерхности
Стевиозид5незначительное выделение сыворотки.
Консерванты,2Чистый,кисломолочный,вкус
добавки пищевыесладковатый. Цвет молочно-желтый, с
вкраплениями фруктовых частиц.
ВЫВОДЫ
1.Установлено,чтосамуювысокуюоценку(4,75)по
органолептическимпоказателямимееткатык,выработанныйиз
обезжиренного молока коров породы «Красная степная» (одной из
распространенных в Ставропольском крае): массовая доля белка – 2,5±0,01
%, массовая доля жира – 0,1 ±0,01 %, титруемая кислотность – 98 °Т.
2. Получены расчетные зависимости, описывающие влияние основных
рабочихпараметровмикрофильтрацииобезжиренногомолокана
проницаемость и селективность полимерных мембран: для BioMax (УДП=0,3
мкм): Р=0,1÷0,15 МПа, V=0,2÷0,25 м/с; t=12÷14°С; τ =20÷25 мин; Ссв =9,4÷9,6
%; для BioMax (УДП=0,4 мкм): Р=0,075÷0,125 МПа, V=0,15÷0,20 м/с;
t=13÷15°С; τ=30÷35 мин; Ссв.=9,0÷9,2 %.
3. Установлено, что требуемая степень предварительного осветления
молочной сыворотки достигается при ее смешивании с концентратом сока
корней солодки в соотношении около 75:25 объемных единиц. Основные
рабочие параметры процессов получения сублимированного пермеата
молочной сыворотки, используемого в качестве ингредиента в ОМ перед
сквашиванием: Руф=0,45÷0,5 МПа, Рнф=1,8÷2,7 МПа;Vнф=0,2÷0,25 м/с;
τнф=55÷60 мин.; Ссв.нф=23÷25 %; τ суб. сушки=14,5-15,5 часов.
4. Предложены основные этапы адаптированной технологии для
выработки из пермеата обезжиренного молока кисломолочного продукта
катык и разработана аппаратурно-технологическая схема его производства.
5. Выработанный из микрофильтрационного пермеата обезжиренного
молока по адаптированной технологии катык (tсквашивания=33÷36 °С, массовая
доля: белка – 2,1÷2,6 %, лактозы – 4,2÷4,3 %, титруемая кислотность – 90÷95
°Т, срок хранения 7 суток при t=2÷6 °С)по органолептическим
характеристикам соответствует ТР ТС 021/2011 и ТР ТС 033/2013.
6. Разработаны рецептуры кисломолочных напитков на основе
выработанного по адаптированной технологии из микрофильтрационного
пермеата обезжиренного молока катыка с различными ингредиентами:
стевиозид,концентратсывороточныхпротеинов,фруктовыесоки,
сублимированные фрукты. Получено положительное решение по заявке на
патент № 2020141142 «Способ получения сывороточного полуфабриката для
производства молочных безалкогольных продуктов питания» с приоритетом
от 14.12.2020 г. Утверждена техническая документация: ТУ 10.51.21.120-002-
30553890-2021 «Национальный продукт кисломолочный – катык».
7.Рассчитаныосновныеэкономическиепоказатели(уровень
рентабельности 23-27 %, чистая прибыль за 1 тонну готового продукта
составляет 23390,4-41404,00 рублей).
Актуальность избранной темы. В настоящее время большинство
людей уделяют необходимое внимание сохранению своего здоровья, что
обусловлено не только негативным влиянием урбанизированной
окружающей среды, но и стремлением к полноценному активному
долголетию1. В этой связи постоянное потребление функциональных
продуктов питания, выработанных на основе натурального, особенно
молочного, сырья в сочетании с разумной физической активностью
становится альтернативой постоянно растущим в цене медицинским
услугам23. Это подтверждается и растущим спросом на пищевые продукты, в
том числе и на содержащие нативные молочные белки продукты питания,
изготовленные по принципу «clean label», то есть содержащие только
натуральные ингредиенты без искусственных добавок. Вместе с тем надо
отметить, что новый технологический этап в развитии мирового сообщества
обусловил резкое снижение доли тяжелого физического труда. А рацион
питания при этом сместился в сторону высококалорийной пищи, что
способствует значительному увеличению количества людей с избыточной
массой тела, страдающих от сопутствующих этому явлению недугов
(атеросклероз, диабет, гипертония и т.п.).
Анализ сферы потребления населением пищевой продукции показал,
что за последнее десятилетие в значительной мере изменились представления
Трушина А.С. Низкоаллергенные кисломолочные напитки // Современные наукоемкие
технологии. 2014. № 5-1. С. 116-118.
2
Оносовская Н.Н. Кисломолочные напитки на основе пахты и молочной сыворотки //
Переработка молока. 2019. № 9 (239). С. 40-45.
3
Полянский К.К. Кисломолочные напитки с частичной заменой молока пастеризованной
сывороткой // Сыроделие и маслоделие. 2021. № 2. С. 41-44.
людей о рационе питании и его влиянию на состояние здоровья45. Тренд
предпочтений сместился в сторону низкокалорийных и особенно
кисломолочных продуктов с повышенной биологической ценностью и
выраженными функциональными свойствами. Такие хорошо известные
продукты как йогурт с различными наполнителями, кефир, ряженка, творог
превалируют в торговом ассортименте магазинов. Наметилась явная
тенденция к росту покупательского спроса на национальные
кисломолочные продукты, отличающиеся высокими органолептическими
показателями и высоким качеством. Это обуславливается, прежде всего,
веками сложившимися культурными и гастрономическими традициями
многонационального народа нашей страны, а также географическим
положением и климатическими особенностями, например, регионов Средней
Азии67. Кухня народов Таджикистана ассоциируется с широко
распространенными у них кисломолочными продуктами типа курт, катык,
дугоб и т.п. Как для народов Северного Кавказа привычен айран, так и в
Таджикистане хорошо известен катык, который широко применяется в
пищевом рационе в качестве базовой основы готовых блюд. Особым спросом
он пользуется в жаркое время года при приготовлении самых разнообразных
по рецептуре кисломолочных прохладительных напитков. Сквашенное
аналогичным способом молоко называют катыком и в тюркоязычных странах
Среднего и Ближнего Востока. Надо отметить, что систематическое
употребление в пищу катыка, прежде всего, нормализует работу всего
желудочно-кишечного тракта человека и способствует очищению организма
от токсических метаболитов, а также активизирует работу микробиоты.
Сазонова О.В. Изучение соблюдения принципов рационального питания различными
профессиональными группами, проживающими в Российской Федерации и республике
Таджикистан // Наука и инновации в медицине. 2020. Т. 5. № 3. С. 154-158.
5
Чижикова О.В. Правильное питание – основа здорового образа жизни // Международный
студенческий научный вестник. 2021. № 2. С. 53.
6
Арутюнов С.А. Традиционная пища как выражение этнического самосознания. Москва, 2001.
С. 293
7
Галимова А.М. Молочные функциональные продукты питания // Международная научно-
практическая конференция, посвященная памяти Василия Матвеевича Горбатова. Республика
Казахстан, 2014. № 1. С. 43-44.
Основой дальнейшей диверсификации отечественной
молокоперерабатывающей отрасли пищевой промышленности является
расширение ассортимента производимой продукции за счет разработки
адаптированных технологий и совершенствования рецептур традиционных
национальных кисломолочных продуктов. Это позволит не только сохранить
богатейшее культурно-бытовое наследие многонационального населения
нашей страны, но и будет способствовать реализации государственной
программы импортозамещения путём конкуренции с торговой экспансией
зарубежных товаропроизводителей.
Таким образом, научно-исследовательская работа, целью которой
является создание адаптированной технологии национального
кисломолочного продукта катык из пермеата обезжиренного молока,
является актуальной и имеют большое социально-экономическое значение.
Степень разработанности избранной темы.
Научным исследованиям в сфере совершенствования технологии
переработки натурального молочного сырья при его использовании в
производстве различных видов кисломолочных продуктов посвящены
работы ученых Всероссийского научно-исследовательского института
молочной промышленности (ФГАНУ ВНИМИ), Северо-Кавказского
федерального университета (ФГАОУ ВО СКФУ), Воронежского
государственного университета инженерных технологий (ФГБОУ ВО
ВГУИТ), а также Кемеровского государственного университета (ФГБОУ ВО
КемГУ) и Ярославского государственного института качества сырья и
пищевых продуктов (ГБУ ЯО ЯГИКСПП).Большой научно-практический и
теоретический вклад в развитие и дальнейшее совершенствование разработок
по этой тематике внесли отечественные ученые: Н.Н. Липатов, В.Д.
Харитонов, А.И. Гнездилова, Л.А. Остроумов, К.К. Полянский, А.Г.
Храмцов, И.А. Евдокимов, В. Е. Жидков, С. П. Бабенышев, С. А. Рябцева,
Г.Б. Гаврилов, Е. И. Мельникова, А. Д. Лодыгин, и многие другие.
Основные исследования выполнены, и диссертация подготовлена на
кафедре «Пищевых технологий и инжиниринга» факультета пищевой
инженерии и биотехнологий ФГАОУ ВО СКФУ. Экспериментальные данные
получены в рамках выполнения гранта Президента Российской Федерации
(договор № 075-15-2020-487 от 14.04.2020).
Цель и задачи исследований.
Целью диссертационной работы была поставлена разработка
адаптированной технологии национального кисломолочного продукта катык
из микрофильтрационного пермеата обезжиренного молока.
Для достижения поставленной цели исследований были
сформулированы следующие основные научные задачи:
– изучить физико-химические свойства и органолептические
показатели национального кисломолочного продукта катык,
приготовленного традиционным способом из молока наиболее
распространенных в Ставропольском крае пород коров;
– определить диапазоны основных рабочих параметров
технологического процесса микрофильтрационной подготовки
обезжиренного молока для производства катыка;
– определить диапазоны основных рабочих параметров процессов
получения сублимированного пермеата молочной сыворотки, используемого
в качестве ингредиента в ОМ перед сквашиванием;
– установить основные этапы адаптированной технологии для
выработки из микрофильтрационного пермеата обезжиренного молока
кисломолочного продукта катык и разработать аппаратурно-технологическая
схему его производства;
– определить основные физико-химические характеристики,
органолептические показатели, температуру сквашивания и
хранимоспособность национального кисломолочного продукта катык,
выработанного по адаптированной технологии из микрофильтрационного
пермеата обезжиренного молока;
– разработать рецептуры кисломолочных напитков на базовой основе
национального кисломолочного продукта катык, изготовленного из
микрофильтрационного пермеата обезжиренного молока;
– определить ожидаемый экономический эффект от внедрения
разработанной технологии.
Научная новизна работы:
– получены расчетные зависимости, дающие возможность определить
диапазоны значений рабочего давления, скорости циркуляции, массовой
доли сухих веществ, температуры разделяемой системы и
продолжительности микрофильтрации обезжиренного молока, как сырья для
приготовления национального кисломолочного продукта катык;
– установлено соотношение при смешивании концентрата сока корня
солодки и молочной сыворотки для её предварительного осветления перед
последующим получением сублимированного пермеата, используемого в
качестве ингредиента в обезжиренном молоке перед его сквашиванием для
производства катыка;
– определены основные физико-химические свойства,
органолептические показатели, температура сквашивания и срок хранения
национального кисломолочного продукта катык, изготовленного из пермеата
обезжиренного молока.
Теоретическая и практическая значимость работы:
– выполнен подбор молока распространенной в Ставропольском крае
породы коров в качестве исходного сырья для производства кисломолочного
продукта катык;
– предложены основные этапы адаптированной технологии для
выработки из микрофильтрационного пермеата обезжиренного молока
кисломолочного продукта катык и разработана аппаратурно-технологическая
схема его производства;
– разработаны рецептуры кисломолочных напитков на основе
выработанного по адаптированной технологии из микрофильтрационного
пермеата обезжиренного молока катыка с различными ингредиентами,
новизна предлагаемого способа их производства подтверждена
положительным решением по заявке на патент № 2020141142 «Способ
получения сывороточного полуфабриката для производства молочных
безалкогольных продуктов питания» с приоритетом от 14.12.2020 г
(Приложение А).
Методология и методы диссертационного исследования.
Диссертационные исследования базируются на основных принципах
методологии научно-технической деятельности, в своей основе опираются на
результаты известных разработок зарубежных и отечественных ученых в
областях, связанных с тематикой выполненной работы. Обработка
результатов экспериментов проводилась с использованием стандартных
приложений Microsoft office 2010, Statistica 12.0, апробация – на базовой
кафедре технологии молока СКФУ при АО «Молочный комбинат
«Ставропольский» (МКС) и в экспериментальном цехе ОАО «Северное
Молоко» г. Вологда.
Положения, выносимые на защиту:
– подбор исходного сырья для получения национального
кисломолочного продукта катык из обезжиренного пермеата натурального
молока;
– зависимости проницаемости и селективности мембран от основных
рабочих параметров (рабочее давление, скорость циркуляции, массовая доля
сухих веществ и температура разделяемой системы, длительности процесса)
микрофильтрации обезжиренного молока;
– основные физико-химические свойства и органолептические
показатели национального кисломолочного продукта катык, выработанного
по адаптированной технологии;
– общая технологическая и аппаратурно-процессовая схемы
производства национального кисломолочного продукта катык из
обезжиренного пермеата натурального молока.
Степень достоверности результатов.
Все эксперименты проведены в 3-5 кратной повторности с
применением специального лабораторного оборудования, стандартных и
общепринятых методик. Статистическая обработка полученных
экспериментальным путём данных, выполнена при доверительной
вероятности 0,95 с применением стандартных программ ПЭВМ.
Апробация результатов.
Основные научно-практические результаты исследований,
выполненных в рамках диссертационной работы, опубликованы в печатных
материалах: XIX Международной научно-практической конференции
«Современные достижения биотехнологии. Техника, технологии и упаковка
для реализации инновационных проектов на предприятиях пищевой и
Публикации автора в научных журналах
Помогаем с подготовкой сопроводительных документов
Хочешь уникальную работу?
Больше 3 000 экспертов уже готовы начать работу над твоим проектом!