Состав молока (содержание сухих веществ, уровень белка)

На консистенцию кисломолочных гелей существенное влияние оказывает содержание в молоке сухих веществ или уровень белка. Особенно большое значение это имеет для нежирных и низкожир-ных продуктов, поскольку это практически основной фактор, определяющий качество структуры и ее стабильность.

Повышение СОМО в молоке способствует увеличению количества контактов и более интенсивному проявлению сил взаимодействия между частицами коагулирующего казеина на единицу объема дисперсионной среды. Это приводит к заметному увеличению вязкости продукта. Добавление к молоку до 2-4 % сухих веществ вызывает улучшение плотности йогурта и снижение тенденции к синерезису во время хранения.

Исследования показали, что вяз-кость кислотного сгустка повышается при увеличении содержания СОМО до 18-20 %. Этой концентрации соответствует экстремальная точка вязкости. При СОМО, равном 26 %, не было получено сгустка со сплошной структурой, образовывались лишь хлопья. Причина - повышение концентрации ионов кальция. После достижения их определенной концентрации декальцинирование под воздействием ионов водорода прекращается, и кислотный сгусток не образуется.

Количество добавляемого сухого или сгущенного молока для повышения сухих веществ нельзя однозначно установить с точки зрения обеспечения желаемой консистенции или количества белка в продукте. Консистенция в первую очередь обусловливается влиянием на вкусовые достоинства КМН, иходнородность. Предпочтительнее проводить нормализацию смеси до содержания СОМО не более 11- 12 % во избежание дефектов вкуса. Для увеличения сухих веществ в молоке используют также подсгущение (до 14-15 % СВ), ультрафильтрацию (до 12 % СВ и 5 % белка), обратный осмос (до 14-15 % СВ).

Получение йогурта из молока, в которое вносят до 1,4 % сывороточных белков (СБ), выделенных ультрафильтрацией, в значительной степени способствует улучшению консистенции продукта.

Существует несколько видов молочно-белковых концентратов (МБК) - казеинаты, копреципитаты (концентраты, состоящие из казеина и сывороточных белков), концентраты сывороточного белка (КСБ), используемых для увеличения содержания белка в исходном молоке.

Воздействие добавок, содержавших разные типы молочного белка, на реологические и синеретические свойства кисломолочного сгустка различно. Комплексные исследования йогурта, выработанного с двумя основными типами молочных белков - казеином (сухое обезжиренное молоко, казеинат натрия, белковый концентрат, полученный ультрафильтрацией) и сывороточными белками, полученными электродиализом, ионным обменом и ультрафильтрацией, - показали, что различия в прочности и способности к синерезису коррелируют с различиями в микроструктуре. Йогурт, приготовленный с казеином, был более прочным и с меньшим синерезисом. Микроструктура состояла из очень крупных мицелл, плотно, тесно спаянных между собой. Образец с сухим обезжиренным молоком имел некоторое отличие в микроструктуре: мицеллы более мелкие и соединены в цепи, связанные короткими тонкими звеньями. Йогурт, приготовленный с различными КСБ, был в основном менее прочным, наблюдался больший синерезис. Микроструктура его состояла из индивидуальных мицелл, окруженных мелкими частицами флоккулированного белка.

Установлено, что использование казеината натрия в производстве КМН способствует значительному

повышению их вязкостных показателей и упругости. Добавление его в количестве 1 % приводит к повышению релаксационной вязкости сгустка в 2,5 раза, модулей упругости - более чем в 2 раза. Результаты органолептической оценки показывают, что внесение более 1 % казеината натрия вызывает появление специфического привкуса. Наилучшие органолептические показатели получены при добавлении его в количестве 0,7 %. В этом случае вязкость полностью разрушенной структуры повышалась в 2 раза, была выше также механическая стабильность продукта, уменьшалась интенсивность отделения сыворотки. Однако удельный весь структурных связей, обладающих тиксотропными свойствами, был ниже на 20 %. При увеличении концентрации казеината натрия наблюдалось увеличение синерезиса и при добавлении 1 % белка был его максимум, причем синерезис наблюдался даже больше, чем у контрольных образцов, что не увязывалось с характером изменения вязкости сгустка.

Для повышения содержания белка в КМН и улучшения или модификации консистенции могут быть использованы концентраты сывороточных белков (КСБ). В этой области наиболее известны исследования и белковые микрокапсулированные добавки фирм DMV International (Нидерланды), Тhе Nutra-Sweet Ке1kсо Со (Великобритания) и др. Они содержат 51-85 % белка и рекомендуются для улучшения вязкости, повышения стабильности структуры КМН или ее модификации (придание мягкости, однородности) при производстве йогуртов с пробиотическими культурами.

Для достижения такой же вязкости КМН, как и при добавлении сухого обезжиренного молока, требуется внесение большего количества К.СБ. В отличие от казеината натрия КСБ стабильнее снижают риск синерезиса в готовом продукте. Добавление их в молоко в количестве 5-6,5 % от общего содержания белка в молоке способствовало улучшению органолептических свойств. Применение больших доз вызывало снижение плотности сгустка и ухудшение органолептических показателей.

Для повышения уровня белка в молоке используют также соевый белок. Оптимальное качество сгустка получено при добавлении 2 % соевого белкового концентрата.

Отмечается, что повышение концентрации сухих веществ в сквашиваемом молоке, добавление казеината натрия, копреципитата термокальциевого осаждения стимулирует развитие заквасочной микрофлоры, повышение ее биохимической активности.

Несмотря на достижения в производстве и применении МБК нормализация состава кисломолочных продуктов по белку в основном осуществляется путем добавления сухого или сгущенного молока, а также подсгушением молочного сырья перед сквашиванием. Технические решения, подобные ультрафильтрации и обратному осмосу, требуют значительных капитальных вложений.

Применение сухого или сгущенного молока для повышения содержания СОМО в КМН имеет также ряд ограничений, уменьшающих гибкость в управлении качеством готового продукта.

Значительное повышение содержания СОМО, необходимое для улучшения СМС, влечет за собой увеличение содержания лактозы, минеральных веществ, кислотности в молоке. Усиливается риск получения неоднородной, крупитчатой консистенции, ухудшения органолептических показателей КМН. Ухудшаются технологические качества молока: снижается его термостойкость, повышаются вязкость и адгезия и вследствие этого ухудшаются условия работы технологического оборудования (теплообменников, гомогенизаторов и др.). Повышаются стоимостные показатели продукта. Кроме того, отмечается, что повышение содержания СОМО мало меняет тиксотропность системы, которая имеет большое значение при резервуарном способе производства КМН.

Регулирование СМС кисломолочных напитков с помощью таких средств, как подбор режимов технологической обработки, заквасок, повышение содержания сухих веществ в молоке, не оказывает достаточного влияния при их крупнотоннажном производстве резервуарным способом.

Поиск других путей улучшения и стабилизации консистенции КМН показал, что использование компонентов немолочного происхождения, в частности загустителей и стабилизаторов, оказывает значительное влияние на их СМС. Поэтому представляет интерес рассмотреть степень влияния стабилизаторов, загустителей на формирование консистенции этих напитков.

Для улучшения консистенции КМН (в основном йогурта) и повышения их стойкости в хранении часто используют стабилизирующие добавки (гидроколлоиды) растительного и животного происхождения.

Основной стандарт идентификации сквашенного молока 163:1992 ММФ допускает в качестве необязательных применение следующих веществ, изменяющих структуру кисломолочных продуктов: агар-агара, каррагинана, гуаровой смолы, камеди рожкового дерева - не более 5 г/кг, натрийкарбоксиме-тил-иеллюлозы (одну или в комбинации), натриевых, калиевых или кальциевых альгинатов, ксантановой смолы, модифицированных крахмалов, разрешенных Codex Alimentarius (т. XI), - не более 10 г/кг, желатина, пектина, крахмалов нативных (в необходимых количествах).

Комиссия по Codex Alimentarius выделяет следующие функциональные классы пищевых добавок подобного рода: гелеобразователи (gelling agent) - текстурируют пишу путем образования геля; стабилизаторы (stabilizer) - позволяют сохранить однородную смесь (связующие, влагоудерживаюшие вещества, уплотнители, стабилизаторы пены); загустители (thickener) - повышают вязкость пищевых веществ (загустители, текстураторы); поверхностно-активные вещества (ПАВ), в частности эмульгаторы и пенообразователи.

Загустители образуют с водой высоковязкие растворы, студне-, гелеобразователи - гели. При этом одни и те же вещества могут выполнять роль как загустителя, так и геле- или студнеобразователя, в зависимости от концентрации или других факторов.

В химическом отношении стабилизаторы представляют собой полисахариды или белки (желатин). По происхождению различают натуральные гидроколлоиды животного (желатин) и растительного происхождения (пектин, альганаты, агар и агароиды, каррагинан, камеди, нативные крахмалы и т.д.) и получаемые искусственно, в том числе из природных объектов (гидроксиметилцеллюлоза, натрийкарбоксиметилиеллюлоза, микрокристаллическая целлюлоза, модифицированные крахмалы).

Вещества природного происхождения, являющиеся, как правило, пищевыми компонентами или полученные из растений, употребляемых в пищу, относительно безвредны для человека. Они имеют различную пищевую ценность. Так, желатин, нативные крахмалы обладают значительной пищевой ценностью и полностью усваиваются организмом, пектин - примерно только на 12 %. Пектин, агар, альгинаты, каррагинан, некоторые камеди, метил-целлюлоза с гигиенической точки зрения абсолютно безвредны как практически неметаболизируемые вещества, полностью выводящиеся из организма. Пектин и альгинат применяют в продуктах функционального назначения в качестве лечебно-профилактических добавок.

Вещества, получаемые искусственно, как правило, имеют ограничения к применению. Так, среди модифицированных крахмалов, Комитет экспертов по пищевым добавкам ФАО/ВОЗ рекомендовал применять только ферментно обработанные крахмалы. К другим видам химически обработанных крахмалов должны предъявляться более высокие в гигиеническом аспекте требования и проявляться повышенная осторожность в отношении их выбора и концентрации. Отмечено, что некоторые модифицированные крахмалы (картофельный желируюший марки Б, кукурузный фосфатный) вызывают снижение пищевой ценности продукта по сравнению с натуральными. В нашей стране разрешено использование только окисленного и диальдегидного модифицированного крахмала.

Для улучшения и стабилизации консистенции КМН применяют как отдельные гидроколлоиды, так и их смеси. При использовании смесей некоторых гидроколлоидов, проявляющих различные функциональные свойства, отмечается синергизм их действия. Применение отдельных стабилизаторов имеет свои недостатки. Это могут быть, например, реакции, вызывающие выпадение в осадок белков. Использование уравновешенных смесей позволяет избежать отрицательных Эффектов. В последнее время раз-личными фирмами разработано большое количество стабилизаторов и стабилизирующих систем, представляющих собой специально подобранные смеси гидроколлоидов и имеющих законодательное разрешение. При разработке оптимальной стабилизирующей, гелеобразуюшей системы используют методы компьютерного моделирования, основывающиеся на тщательном реологическом и сенсорном анализе текстуры. По количеству компонентов стабилизаторы для КМН можно подразделить на одно-, двух- и многокомпонентные. Все коммерческие стабилизаторы стандартизируются по желирующей способности в стандартном молочном геле путем добавления различных сахаров-наполнителей (лактозы, глюкозы, декстрозы и т.д.), иногда в их состав включаются эмульгирующие вещества.

Стабилизаторы, применяемые для стабилизации и улучшения консистенции КМН, относящиеся к гидроколлоидам, содержат гидрофильные группы, с которыми вступает во взаимодействие вода. У гелеобразователей (пектина, карраганана и т.д.) возможно обменное взаимодействие с неорганическими ионами, в особенности с ионами водорода и кальция, с меньшими органическими молекулами, например ионо- или олигосахаридами и т.п. Например, молекулы низкометоксилированного пектина взаимодействуют между собой за счет свободных карбоксильных групп, связываемых Са-ионами в прочный каркас. Такие студни называются ионносвязанными. Высокометоксилированный пектин образует студень за счет побочной валентности, т.е. водородных связей при участии недиссоциированных свободных карбоксильных групп. Эффективная стабилизация продукта пектином наблюдается при рН около 4,0. Уменьшение рН на 0,5 приводит к резкому снижению стабилизирующего эффекта. Пектин, как и каппа-каррагинан, относится к группе молочно-активных полимеров. Эффект стабилизации проявляется путем образования дополнительных связей между биополимерами в системе белок - полисахариды, т.е. желирующий эффект усиливается в результате дополнительного взаимодействия с молочными белками. Каррагинан в отличие от пектинов способен образовывать комплексы с отрицательно заряженными молекулами казеина также в отсутствие ионов кальция. Пектин и каррагинан проявляют свойства желеобразователей. Каррагинан, кроме того, является загустителем.

Желатин применяется как гелеобразователь. Самое важное его функциональное свойство - образование высокоэластичного термообратимого геля с точкой плавления, находящейся в пределах уровня температуры тела (менее 37 °С), ниже, чем у пектина, каррагинана, агара, дающих более хрупкие и менее эластичные гели. Эти свойства позволяют получать продукты с мягкой текстурой и более полными, выраженными вкусовыми ощущениями вследствие быстрого проявления аромата и вкуса. Гели желатина формируются за счет связей различной природы (водородных. гидрофобных, электростатических). Температура играет важную роль в процессе его гелеобразования. При колебаниях изменяются число либо природа связей, возникающих при контакте между частицами. Анализ температур плавления гелей желатина разных концентрации показал, что в низко-концентрированном геле все большую роль приобретают гидрофобные взаимодействия и температура, необходимая для его образования. При этом его прочность возрастает. На температуру плавления и прочность геля желатина в диапазоне концентраций от 1 до 20 г/100 мл оказывает влияние рН. При отклонении рН в кислую или щелочную сторону энтальпия гелеобразования несколько выше. По-видимому, для образования структуры одноименно заряженными макромолекулами необходимо больше энергии на моль контактов. Исследование развития трехмерной пространственной структуры гелей желатина по измерению предельного напряжения сдвига показало, что процесс гелеобразования - кинетический. развивающийся во времени. Нарастание прочности структуры при разрушении на разных этапах ее формирования свидетельствует о том, что в образовании гелей желатина участвуют различные связи. Необратимо разрушающиеся водородные связи возникают только в процессе спиральных конформаций макромолекул желатина. Эти связи и определяют в основном прочность 1 %-ного геля желатина. Гидрофобные взаимодействия тоже вносят свой вклад в структурно-механические свойства геля, хотя этот вклад в прочность структуры меньше, но он обеспечивает тиксотропность геля. Гели желатина с концентрацией до 3 г/100 мл частично тиксотропны. В них необходимо различать два типа структур: конденсационные, возникающие при охлаждении горячего раствора путем образования водородных связей между агрегатами макромолекул, и коагуляционные, возникающие после механического разрушения первоначальной конденсационной структуры. Образующаяся при восстановлении коагуляционная структура вполне тиксотропна, т.е. ее прочность обратимо восстанавливается после любого числа последовательных механических разрушений. Ее прочность обусловливается гидрофобными взаимодействиями между неполярными участками агрегатов макромолекул. Прочность геля желатина возрастает прямо пропорционально квадрату его концентрации и обратно пропорционально температуре. Вязкость увеличивается почти экспоненциально по мере увеличения концентрации желатина. Такой же характер носит ее изменение по мере снижения температуры.

Камеди (смолы) при довольно низкой концентрации (0,1- 1 %) образуют в воде вязкие растворы с псевдопластическим поведением, проявляют свойства эффективных загустителей и стабилизаторов в многофазных смесях. Растворы камедей устойчивы к небольшим сдвиговым напряжениям, имеют высокую тиксотропность. Вязкость растворов при невысоких температурах меняется незначительно. При нагревании от 20 до 40 °С она снижается примерно на 2 %, от 20до 80 °С - на 14 %. Ксантановая камедь - анионный полимер, не всегда может быть совместима с катионами. Ксантан устойчив к действию кислот и щелочей, высоких температур, совместим с другими загустителями и гелеобразователями и проявляет синергетический эффект в комбинации с гуаровой камедью, камедью рожкового дерева, агаром, каррагинаном, карбоксиметилцеллюлозой. В кислой среде камеди (гелановая, ксантановая) используют для формирования геля ионы кальция, в результате его прочность увеличивается. Вязкость растворов повышается с течением времени (до 24 ч), т.е. происходит набухание. Ее оптимум наблюдается при рН 8,0, при отклонении рН в ту или другую сторону вязкость снижается.

Альгинаты и агар проявляют похожие свойства. Кроме загустения и стабилизации обладают также желируюшей способностью. На реологические свойства гелей большое влияние оказывают ионы кальция. В сочетании с Са⁺⁺ они способны образовывать плотное желе при низких концентрациях. Альгинат кальция обладает мошной сорбирующей способностью по отношению к солям тяжелых металлов и радионуклидам.

Производные целлюлозы - загустители, стабилизаторы, эмульгаторы - образуют в воде растворы, вяз-кость которых зависит от степени полимеризации. Растворы псевдо-пластичны, тиксотроны, стабильны в широком диапазоне рН. Их вязкость зависит от температуры. При нагревании от 20 до 60 °С она уменьшается в 3-5 раз в зависимости от условий нагревания. Взаимодействуют с белками с образованием стабильного комплекса при рН от 3,5 до 5,5. При рН ниже 3,5 комплекс нестабилен и осадок разделяется, выше 6,0 образуется нерастворимый комплекс. Эта реакция зависит от присутствия ионов кальция. Карбоксиметиллеллюлоза, как и другие камеди, в определенных концентрациях и при нейтральном рН обратимо реагирует с протеина-ми молока с отделением сыворотки. Добавление небольшого количества каррагинана вызывает уменьшение или устранение явления разделения.

Нативные крахмалы в зависимости от вида и степени зрелости их источника представляют собой линейный полимер глюкозы - амилозу или разветвленный полимер - амилопектин, или содержат оба типа структур. Кроме того, в крахмалах картофельных кроме глюкозных остатков есть ортофосфаты, образующие конечные группы молекул. Вязкость и прочность желе, полученных фракциями с линейной цепью, зависят от молекулярной массы. Крахмалы с высоким содержанием амилопектина (восковые) образуют не прочные желе, а мягкие пасты, склонные больше к текучести, чем к разрыву при приложении растягивающего усилия.

Крахмалы (окисленные, фосфатные, гидроксипропиловые), модифицированные в результате разнообразных видов воздействия (физического, химического, биологического), отличаются по степени гидрофильности, способности к клейстеризации и студнеобразованию, образуют клейстеры пониженной вязкости, заданных структур и свойств. Полученные путем специальной обработки, они приобретают повышенную студнеобразующую (окисленный крахмал), а также загущающую, стабилизирующую и эмульгирующую в системах вода-белок, жир-вода и другие способности. Эта обработка повышает устойчивость этих систем к изменению кислотности среды, действию высоких температур, перемешиванию и перекачке. На реологические свойства клейстеров влияют, кроме вида, дозы крахмала, степень и условия его гидратации (температура, продолжительность нагревания, сдвиговые нагрузки), рН.

Крахмальные зерна при нагревании набухают. При обработке конечный продукт должен содержать максимальное количество неповрежденных, полностью набухших гранул крахмала. Это обеспечивает оптимальную вязкость, хорошую консистенцию, стабильность в хранении. Гомогенизация до набухания не приводит к разрушению структуры. При гомогенизации после клейстеризации есть риск разрушения крахмала, поэтому необходимо использовать высоко-устойчивые модификации. Степень гидратации (разваривания) крахмала повышается с увеличением температуры, длительности выдержки и усилия сдвига в определенных пределах.

Крахмалы не взаимодействуют с протеинами молока.

В системах, образованных гидроколлоидами, вода связывается водородными связями и фиксируется трехмерной сеткой, образующейся в результате меж- и внутримолекулярных связей между молекулами гидроколлоида и (или) между молекулами гидроколлоида и белка, что приводит к изменению текстуры системы. Смеси растворов белков, а также белков и полисахаридов, каковыми являются стабилизирующие вещества, при переводе их в гелеобразное состояние образуют смешанные или комплексные гели или и те и другие. Смешанные гели состоят из раздельных взаимопроникающих непрерывных сеток. Они образуются, когда между компонентами системы отсутствует взаимодействие. В этом случае ускорение и углубление процессов структурообразования происходит в результате действия эффекта исключенного объема и фактора энергетической несовместимости, благодаря которым раствор одного гидроколлоида является худшим растворителем для другого гидроколлоида по сравнению с водой. Комплексные гели образуются в результате взаимодействия компонентов системы. Термотропные комплексные гели возникают при понижении температуры, ионотропные - при изменении ионного состава или рН и взаимодействия с ионами металлов.

Стабилизаторы используют в производстве кисломолочных напитков, в основном йогурта, для предотвращения отделения сыворотки, улучшения консистенции и вязкости продукта, когда этого нельзя достичь применением адекватных технологических и технических средств.

Стабилизаторы вносят в молоко несколькими путями:

в сухом виде иди в смеси с другими сухими компонентами при интенсивном перемешивании до получения однородной суспензии;

в виде паст после предварительного набухания в небольшом количестве молока или воды;

растворенными в небольшом количестве молока или воды при оптимальном перемешивании.

Стабилизаторы могут быть добавлены в холодное или подогретое молоко перед пастеризацией, или в горячее молоко после пастеризации, или в молочный сгусток после сквашивания. В первом и третьем случаях стабилизаторы холоднорастворимые или набухающие должны быть термоустойчивы и не взаимодействовать с белком, во втором - растворимые при нагревании. Гидроколлоиды, осаждающие белки

(камедь рожкового дерева, гуаровая смола, высокометоксилированный пектин, карбоксиметилцеллюлоза и т.д.), добавляют только в сквашенное молоко.

Стабилизаторы КМН, внесенные в необходимых количествах, как правило, не ухудшают их вкус и не влияют на процесс сквашивания, поскольку вносятся до него. В то же время имеется информация, что такие стабилизаторы, как альгинат, каррагинан, камедь рожкового дерева, карбоксиметилцеллюлоза, агар, пектин, Вт ой или иной степени замедляют нарастание кислотности. Применение стабилизаторов устраняет необходимость повышения содержания СОМО в молоке. Они предупреждают агрегацию белка КМН, которая может происходить при добавлении фруктовых наполнителей, а также при термизации кисломолочного сгустка.

Резюмируя изложенное, следует отметить, что:

основными факторами, влияющими на консистенцию КМН, являются: химический состав молока; его тепловая обработка; гомогенизация; свойства закваски; гидромеханическое воздействие на сгусток при перемешивании, охлаждении, перекачивании, розливе; применение веществ, улучшающих структуру готового продукта;

гидроколлоиды, применяемые для стабилизации КМН, обладают различными функциональными свойствами. Использование их в смесях друг с другом целесообразно для расширения спектра функциональных свойств, а также с целью достижения синергизма их действия, являющегося дозозависимым;

на эффективность стабилизации консистенции КМН гидроколлоидами влияют также такие факторы, как состав и содержание сухих веществ молока, условия структурообразования (продолжительность, температура, рН, сдвиговые нагрузки);

качество текстуры КМН оценивают различными способами (органолептическими, реологическими, гистологическими). Для объективной оценки эффективности стабилизации консистенции КМН гидроколлоидами необходим комплексный подход;

использование стабилизирующих добавок способствует улучшению стойкости К.МН в хранении, что позволяет увеличить срок годности последних.

С целью совершенствования резервуарного способа производства кисломолочных напитков путем направленного улучшения и повышения стабильности консистенции готовых продуктов на протяжении увеличенного срока хранения за счет использования стабилизирующих добавок решались следующие задачи:

• определялись основные параметры технологического процесса, влияющие на структурно-механические характеристики (СМХ) кисломолочных напитков, вырабатываемых со стабилизаторами-гидроколлоидами;

• устанавливались основные закономерности и обосновывались аналитические зависимости, адекватно описывающие выявленную взаимосвязь;

• определялись закономерности изменения структуры кисломолочных напитков со стабилизирующими добавками в процессе хранения;

• оптимизировались рецептуры и разрабатывались технологические режимы производства кисломолочных напитков, обеспечивающие высокое качество их консистенции, стабильное в течение увеличенного срока хранения.

В качестве стабилизаторов консистенции КМН, вырабатываемых резервуарным способом, применяли следующие пищевые гидроколлоиды: гелеобразователь - желатин марки П-7 (РФ); загуститель – крахмал картофельный модифицированный фосфатный (РФ); смеси гелеобразователей и загустителей; лигомм АYS 63 - смесь желатина, низкометоксилированного пектина Е440 (фирма SKW, Франция), гриндстэд SВ 251 - смесь желатина, пектина Е440, модифицированного крахмала Е1422, нативного крахмала (фирма «Даниско культур», Дания), палсгаард 5805 – смесь желатина, модифицированного крахмала, моно-, диглицеридов Е471 (фирма «Палсгаард индустри», Дания), турризин РМ - смесь желатина, модифицированного крахмала Е1422, каррагинана Е407, агар-агара Е406 (фирма «БК Джулини Хеми ГмбХ Ко», Германия), хамульсион SМ – смесь желатина, гуаровой камеди Е412, хамульсион КАВВ - смесь желатина, гуаровой камеди Е412, модифицированного крахмала (фирма «Г.К.Ханн и Ко», Германия). Выбор данной группы гидроколлоидов обусловлен следующими причинами. Желатин и модифицированный крахмал наиболее дешевы и распространены на мировом рынке (около 50 % продаж). Они входят в состав практически любой стабилизирующей системы и представляют интерес в сравнении с многокомпонентными стабилизирующими смесями. Ряд других стабилизаторов, предлагаемых различными фирмами, давно зарекомендовавшими себя на мировом рынке гидроколлоидов, представляют собой специально подобранные для стабилизации кисломолочных напитков смеси двух, трех и более компонентов, наиболее распространенных, составленных в различных сочетаниях, стандартизированных по гелеоб-разующей способности. На основании литературных данных и предварительных исследований выбран диапазон дозы в молочной смеси каждой стабилизирующей добавки.

Сравнительную оценку влияния дозы различных стабилизаторов, оценку основных параметров технологического процесса и продолжительности хранения на структурно-механические, микробиологические, органолептические, физико-химические характеристики (СМХ), влагоудерживающую способность готового продукта проводили на примере кисломолочного напитка «базового» химического состава. Исследования вели в соответствии со стандартизованными, а также прописными методиками.

Основные результаты исследований представлены в таблицах 1-8.

Данные сравнительного анализа величины приращения кислотности (y, °Т) в образцах кисломолочного напитка, выработанных со стабилизаторами и без них, в процессе сквашивания представлены в табл. 1.

Данные сравнительного анализа количества молочнокислых микро-организмов (y, КОЕ/см' продукта) в образцах кисломолочного напитка, выработанных со стабилизаторами и без них, представлены в табл. 2.

Данные сравнительного анализа количества молочнокислых микро-организмов (у, КОЕ/см³ продукта) в образцах кисломолочного напитка, выработанных со стабилизаторами и без них, по истечению 21 суток хранения представлены в табл. 3.

Данные сравнительного анализа значений эффективной вязкости при единичной скорости сдвига (В₀) кисло-молочных напитков, вырабатываемых со стабилизирующими добавками, при температуре розлива 40±10 °С представлены в табл. 4.

Обозначения, приведенные в таблицах 1, 2, 3, 4:

у - среднеарифметические значения анализируемых показателей (у_к) в сравниваемых образцах

где т - число повторностей, k = 1 ÷ т - номер повторности опыта); Δу - разность средних значений анализируемых показателей (y₁,y₂) в сравниваемых образцах (Δу = у₁ – у₂); F_on - критерий оценки однородности дисперсий Фишера

где S²(y_ki) - оценка дисперсии единичного результата при числе степеней свободы

i - номер сравниваемых образцов (I, II); F_m(0,95,2,2) = 19,0 - табличное значение критерия Фишера при уровне значимости 0,05 и числе степеней свободы сравниваемых дисперсий fI, fII = 2; t_on - опытное значение критерия Стьюдента

где S²(у_k) - средневзвешенная оценка дисперсии единичного результата [S²(y_k)] = [S²(y_kI)f_I + S²(y_kII)f_II]/[ f_I + f_II]; t_m= (0,95,4) = 2,78 - табличное значение критерия Стьюдента при уровне значимости 0,05 и числе степеней свободы средневзвешенной оценки дисперсии единичного результата f=f_I+f_II = 4.

Критерии органолептической оценки консистенции кисломолочных напитков, вырабатываемых со стабилизирующими добавками (шкала балльной органолептической оценки), приведены в табл. 5.

«Эталонные» значения коэффициента эффективной вязкости (В₀) кисломолочных напитков с различной массовой долей жира, вырабатываемых со стабилизаторами, приведены в табл. 6.

На рисунке показана шкала соответствия коэффициента эффективной вязкости КСМ балльной органолептической оценке его консистенции.

В табл. 7 отражены среднестатистические характеристики образцов кисломолочного напитка «базового» химического состава, выработанных со стабилизаторами, получивших лучшие органолептические оценки консистенции в первый и последний день хранения при температуре продукта 4-6, 11-13, 17-19 °С.

«Эталонные» значения величин СМХ кисломолочных напитков, рекомендуемые расчетные величины давления гомогенизации нормализованных смесей и дозы стабилизирующих добавок приведены в табл. 8.

Как видно из данных таблиц 1-3, вид и доза стабилизирующих добавок не оказывают существенного влияния на основную микрофлору кисломолочных напитков в процессе их сквашивания и хранения. Характер и степень изменений органолептических показателей, значений сдвиговых СМХ и величины влагоудерживающей способности КМН, происходящих в процессе хранения, зависят только от вида и дозы присутствующего стабилизатора при прочих равных условиях (см. табл. 7).

Внесение определенных доз стабилизирующих добавок, обладающих необходимыми функциональными свойствами, способствует предотвращению снижения значений сдвиговых СМХ и влагоудерживаюшей способности готового продукта при повышении кислотности молочно-белкового сгустка даже выше критического значения (95 °Т). Интенсивное охлаждение продукта перед розливом целесообразно проводить до температуры не ниже 25 °С (см. табл. 4).

В результате экспериментальных исследований влияния величины дозы различных видов стабилизирующих добавок и давления гомогенизации нормализованной смеси на сдвиговые СМХ кисломолочных напитков определены описывающие взаимосвязь этих факторов эмпирические зависимости, анализ которых позволил выявить эффект синергизма. Аналитически получено уравнение для расчета рациональных величин давления (значительно меньших по сравнению с результатами теоретического гидродинамического моделирования процесса гомогенизации), обеспечивающих 93-95 % от максимально возможного приращения величин сдвиговых СМХ кисломолочных напитков при гомогенизации нормализованной смеси со стабилизирующими добавками. Полученное уравнение позволило определить рациональные величины рабочего давления гомогенизации нормализованных смесей со стабилизирующими добавками: с массовой долей жира 1,5-2,5 % - 15,5±1 МПа; 3,5 % - 18±1,5 МПа; 6 % - 20±0,5 МПа; 10%-25±1МПа.

В результате проведенных исследований получена аналитическая зависимость, позволяющая определить минимальные дозы стабилизирующих добавок, обеспечивающие стабильность величин сдвиговых СМХ кисломолочных напитков в зависимости от требуемой (от 7 до 21 сут) продолжительности хранения при незначительных изменениях в сенсорном восприятии их консистенции.

Разработаны балльная градация сенсорной оценки консистенции кисломолочных напитков по наиболее характерным органолептическим признакам и шкала ее соответствия фиксированным диапазонам изменений их СМХ (см. табл. 5, рисунок). Выбраны «эталонные» значения величин коэффициента эффективной вязкости при единичной скорости сдвига для высококачественных кисломолочных напитков при температуре 12 °С, при которой в наиболее полной мере проявляются вкусовые и текстурные признаки продукта, вырабатываемого со стабилизирующими добавками (см. табл. 6).

Получена комплексная математическая зависимость коэффициента эффективной вязкости (В₀) кисломолочных напитков от их химического состава, температуры и дозы внесенного стабилизатора. Исходя из полученной зависимости и «эталонных» значений В₀, приведенных в табл. 6, рассчитаны рекомендуемые дозы стабилизаторов для КМН различного химического состава (с массовой до-лей жира от О до 10%, СОМО-8,1 и 9,5 %), обладающих необходимыми функциональными свойствами, обеспечивающих заданное качество и стабильность консистенции продукта в хранении, отобранных из всех исследованных (см. табл. 8). В этой таблице также показаны рекомендуемые величины давления гомогенизации нормализованных смесей с отобранными стабилизирующими добавками

Предложен научно обоснованный способ направленного регулирования консистенции кисломолочных напитков путем внесения в нормализованные молочные смеси аналитически рассчитанных доз стабилизаторов - гидроколлоидов. Этот способ формализован в виде алгоритма и сервисной прикладной программы, используемой при решении оптимизационной задачи по расчету рецептур КМН, доз внесения стабилизирующих добавок и величин давления гомогенизации нормализованных смесей и гарантирует выработку продукции с заданным стабильно высоким уровнем качества и значениями СМХ, стремящимися к «эталонным».

Результаты выполненных комплексных исследований нашли отражение в технологии и технической документации на производство: йогурта «Лада» (ТУ10-02-02-789-170-94), йогурта-десерта (ТУ 10-02-02-789-150-94), кисломолочного напитка «Олимп» (ТУ 10-02-02-789-209-95), йогурта (ГОСТР51331-99иТУ 9222-217-00419785-00, разработанных соответствии с требованиями ГОСТа) с увеличенным до 14 суток сроком годности. Данные технологии востребованы более чем 400 предприятиями молочной промышленности.

Установлено, что возможность тепловой обработки сквашенного продукта определяется его физико-химическими показателями (рН, содержанием жира, белка, углеводов), видов стабилизирующих добавок, режимами тепловой обработки, а также способами обработки и др.

Определено, что чем ниже величина рН сквашенного продукта, тем вероятнее получить его без ухудшения консистенции. При рН ниже 4,0 практически почти все продукты можно пастеризовать без применения стабилизаторов. Чтобы получить продукт после тепловой обработки с хорошей консистенцией рекомендуется проводить его сквашивание не по требуемой величины рН, а чуть ниже регулировать лимонной кислотой. Оптимальная доза последней составляет 0,5 г на 1 кг сквашенного продукта. Сквашенные продукты, содержащие более 20 % жира, после тепловой обработки имеют гомогенную однородную консистенцию. Их можно пастеризовать при величине рН 4,6-4.7 без применения стабилизаторов, Установлено также, что минимальное содержание жира в кисломолочных продуктах, подвергаемых тепловой обработке, должно быть 1,5 %. Исследованиями определено, что проведение тепловой обработки сквашенных продуктов осложняется при высоком содержании в них казеина, который при этом может осаждаться, что приводит к получению термизированного продукта крупитчатой консистенции. При тепловой обработке сквашенных продуктов, содержащих более 3 % казеина, необходимо в большинстве случаев применять стабилизаторы. Пастеризация кисломолочных продуктов на основе творога и сливок с 60-75 % жира в сухом веществе не вызывает трудностей, так как в них содержание казеина обычно бывает более низким, чем в соответствующих обезжиренных продуктах. Расщепление белка некоторыми молочнокислыми культурами, как, например, L.del.subsp.bulgaricus, L.del.subsp.helveticus, облегчает тепловую обработку сквашенного продукта.

Пастеризация этих продуктов с высоким содержанием сахара также не вызывает трудностей. Поскольку не все продукты можно употреблять сладкими, для улучшения процесса их тепловой обработки лучше добавлять стабилизаторы.

Важным аспектом в получении стойких кисломолочных продуктов является тепловая обработка исходного молока. Например, при производстве кисломолочных напитков тепловая обработка при 85-87 °С с выдержкой 5-10 мин является достаточной. При этих режимах происходит агрегация полностью денатурированных частиц сывороточных белков, которые затем при сквашивании молока коагулируют вместе с казеином, образуя плотный сгусток, способный задерживать отделение сыворотки. Но при тепловой обработке сквашенных продуктов необходимо увеличить термоустойчивость сывороточных белков и казеина. Этого можно достичь, если исходное молоко нагреть до такой температуры, при которой не будет происходить денатурация сывороточных белков и в дальнейшем при тепловой обработке не будет наблюдаться отделения сыворотки. При производстве стойких кисломолочных продуктов путем тепловой обработки сгустка важную роль играет такой фактор, как продолжительность выдержки сквашенного продукта. Последняя предназначена для улучшения гидрофильных свойств частиц казеина. Для этой цёли сквашенный продукт с добавлением или без добавления стабилизаторов выдерживают в течение 1 ч при 20°С. Для стабилизации консистенции можно применять стабилизационные системы, в состав которых входят крахмалы, пищевые смолы, карбоксиметилцеллюлоза, желатин, пектин. Причем с учетом свойств конкретного стабилизатора стабилизационные системы можно вносить в исходное молоко и процесс сквашивания осуществлять вместе со стабилизирующей добавкой, а затем подвергать сквашенный продукт тепловой обработке. Для различных значений величины рН сквашенного продукта можно получить соответствующее стабилизирующее действие гидроколлоидов. Особенности химического строения пектиновых молекул, в частности степень этерификации (отношение числа этери-фицированных карбоксильных групп на каждые 100 карбоксильных групп пектиновой кислоты), определяют различия их физико-химических свойств, например гелеобразование. При степени этерификации более 50 % пектины относят к высокоэтерифицированным, менее 50 % - к низкоэтерифишфованным.

Для получения готового продукта, подвергнутого тепловой обработке в сквашенном виде, с гомогенной, однородной консистенцией, необходимо использовать высокоэтерифицированные пектины, которые образуют гели в присутствии кислот.

Каррагинаны оказывают положительное действие при рН выше 6,0. В кислой среде они вызывают образование хлопьев при тепловой обработке сквашенного продукта. Чтобы избежать комкования при растворении стабилизатора, необходимо смешивать его с сахаром, глюкозой или лактозой в сухом виде. Затем смесь можно вносить или в незаквашенное молоко, или в подготовленный для тепловой обработки сквашенный продукт в зависимости от вида стабилизатора. Внесение гидроколлоидов в сквашенное молоко перед тепловой обработкой является самым удобным, так как затем продукт подвергается тепловой обработке вместе со стабилизатором. Если гидроколлоид, добавляемый в сквашенный продукт, нельзя растворить в холодном состоянии, то его необходимо растворить в не-большой части подогретого сквашенного продукта и затем внести в остальной продукт. Минимальные температуры, необходимые для пастеризации сквашенного упакованного продукта, находятся в диапазоне от 55 до 75 °С при рН от 4,0 до 4.3. При нагревании продукта в потоке оптимальной является температура 66-76 ºС с выдержкой 30-40 с с учетом величины рН, вязкости сквашенного продукта и скорости протекания его через пластины пастеризатора. Установлено что, чем выше температура тепловой обработки, тем сильнее продукт прилипает к стенкам пастеризатора и пригорает. В результате он будет иметь мучнистую консистенцию. Предварительная тепловая обработка молока при производстве творога позволяет получить продукт хорошей консистенции после его пастеризации. При тепловой обработке молока при 76-78 °С с выдержкой 30 с и таких же режимах нагрева готового продукта (творога) возможно получение гомогенной однородной консистенции. Наилучшие результаты наблюдаются при рН творога 4,45-4,35 и содержании сухих веществ 18-20%.

Важным фактором является также величина рН фруктов, которые использу-1ОТ при выработке термизированного творога. Слишком низкое его значение, как, например, у черники, может быть причиной грубой, слегка мучнистой консистенции продукта после тепловой обработки.

С использованием различных стабилизирующих добавок и способов производства разработан ассортимент конкурентоспособных кисломолочных напитков и продуктов, стойких в хранении, представленный в табл. 9.

Консервирование пищевых продуктов: история вопроса, цели и задачи

Пищевые продукты, как правило, быстро портятся. Поэтому приходится использовать их немедленно или, если это невозможно, принимать меры для их сохранения, т.е. консервировать.