- •1 Литературный обзор
- •1.1 Перспективы развития и современное состояние переработки подсырной сыворотки
- •1.1.2 Современное состояние производства и использования подсырной сывортки
- •1.1.3 Инновационные способы переработки подсырной сыворотки
- •1.2 Анализ ароматобразующих веществ
- •1.2.1 Современные методы анализа ароматобразующих веществ
- •1.3.1 Анализ рынка плавленых сыров
- •1.3.2 Тенденции производства обогащенных и функциональных плавленых сыров
- •2 Методы и методики экспериментальных исследований
- •2.2 Материально-техническое обеспечение
- •2.3 Методы экспериментальных исследований
- •3 Результаты исследований
- •3.1 Обоснование выбора компонентов
- •3.2.2 Оптимизация массы модификаторов электродов пьезосенсора
- •3.2.3 Оценка чувствительности пленок модификаторов пьезосенсоров к ароматобразующим веществам подсырной сыворотки
- •3.2.4 Оценка качества подсырной сыворотки и микропартикулята сывороточных белков
- •3.3 Разработка рецептуры и совершенствование технологии плавленого сыра с улучшенными потребительскими свойствами
- •4 Экономическая часть
- •4.1 Бизнес-план
- •4.2 Расчет производственной мощности
- •4.3 Калькулирование себестоимости товарной продукции
2.3 Методы экспериментальных исследований
Для сенсорометрического анализа равновесных паровых фаз легколетучих ароматобразующих веществ подсырной сыворотки и микропартикулята сывороточных белков использовали пьезокварцевый резонатор. Поверхность Аl-электродов пьезокварцевого резонатора АТ-среза (диаметр 5 мм) с собственной частотой колебаний 8 – 10 МГц, предварительно обезжиренную этанолом, модифицировали равномерным нанесением хроматографическим микрошприцем вместимостью 10 мкл раствора сорбентов с последующим удалением растворителя в сушильном шкафу (40 – 45 0С, 20 – 30 мин) и охлаждением в эксикаторе. Объем раствора модификатора (концентрация 1,0 мг/см3) регулировали в соответствии с оптимальной массой сорбента на электродах в зависимости от его свойств. Полноту удаления растворителя контролировали по стабильности работы сенсора. Показатель стабильности – сдвиг частоты колебаний в течение 1 мин, не превышающий 2 Гц.
При выборе оптимальных растворителей сорбентов учитывали их соответствие следующим требованиям: химическая инертность к сорбционным фазам, отсутствие прочных сольватов, летучесть, высокая растворяющая способность в отношении сорбентов [8]. Для приготовления растворов модификаторов применяли хлороформ, этанол, ацетон и воду (табл. 11).
Таблица 11 - Характеристика растворителей
Растворитель |
tкип., 0С |
Плотность при 20 0С, г/см3 |
Показатель преломления при 20 0С, 103, Пас |
Вязкость, nD 20 |
ацетон |
56,2 |
0,784 |
0,304 |
1,356 |
этанол |
78,4 |
0,785 |
1,078 |
1,360 |
хлороформ |
61,2 |
1,479 |
0,540 |
1,443 |
вода |
100,0 |
0,997 |
0,894 |
1,333 |
Для подготовки проб анализируемые ароматобразующие вещества, подсырную сывортку и микропартикулят сывороточных белков предварительно выдерживают при комнатной температуре в течение 15-20 мин. Их помещают в химические стаканы. Содержимое стаканов тщательно перемешивают стеклянной палочкой до однородной массы. Градуированной пипеткой отбирают 3,00 см3 образца и помещают в стеклянные маркированные бюксы с притертой пробкой и полиуретановой мембраной, плотно закрывали бюкс и выдерживали 3 – 5 мин при комнатной температуре для насыщения газовой фазы ароматом соответствующей пробы.
Закрепляют сенсоры (предварительно подобранные для этих исследований) в ячейке детектирования, закрывают крышку и включают программу.
Перед измерениями проверяли стабильность работы сенсоров. Затем в ячейку детектирования шприцем инжектировали определенный объем пробы. После измерений ячейку и пленки модификаторов регенерировали продувкой системы осушенным лабораторным воздухом. При сорбции изменяется масса модификатора и, как следствие, частота колебаний пьезосенсора (абсолютный отклик Fсmах). Частоту сенсоров фиксировали цифровым измерительным комплексом и выводили на дисплей монитора.
Условия сорбции: температура в ячейке детектирования 20 1 оС, масса пленки сорбента на электродах mпл = 15 5 мкг, объем вводимой пробы 2 см3.
Массу пленки модификатора (mпл, мкг) вычисляли по уравнению Зауэрбрея (1):
, (1)
где Fпл (F0 – Fпл) – изменение частоты колебаний пьезорезонатора при формировании пленки, Гц; F0 – собственная частота колебаний кварца, Гц; Fпл – частота колебаний кварца, модифицированного пленкой сорбента, Гц; Kf – градуировочная константа пьезоэлектрических микровесов (при н.у. Kf = = – 2,3ּ10 -6ּсм2ּг -1); s – площадь электродов резонатора (0,3 см2).
Эффективность сорбции (Fmax, Гц) оценивали по величине аналитического сигнала (максимальное изменение частоты колебаний сенсора при сорбции) по уравнению (2):
, (2)
где Fсmах частота колебаний сенсора после сорбции, Гц.
Значения аналитических сигналов представлены в таблице 219.
Сорбционную емкость пленки модификатора а (Таблица 16) вычисляли по уравнению (3):
а = Fсmax /Fпл . (3)
Сигналы датчиков мультисенсорной системы группируются в общий (интегральный) выходной сигнал, который формирует узнаваемый «визуальный образ» запаха [8]. Для расчета площади «визуального образа» разработано программное обеспечение, позволяющее автоматизировать анализ интегрального выходного сигнала датчиков мультисенсорной экспериментальной установки.
При разработке технологии плавленого сыра с улучшенными потребительскими свойствами применяли стандартные методики физико-химического и микробиологического анализа (табл. 12), и модифицированные усовершенствованные методики.
Для определения целевых показателей, позволяющих комплексно оценить качество сырья и полученных продуктов пользовались многоуровневой схемой. Применяемые методы можно классифицировать на методы исследований органолептических и физико-химических свойств, структурно-механических характеристик, микробиологические методы исследования в изучаемых продуктах, а также методы определения пищевой, биологиеской и энергетической ценности разработанных рецептурных композиций и готовых продуктов.
Энергетическую и пищевую ценность определяли по методике А.А. Покровского [2]. Биологическую ценность оценивали по значению аминокислотного скора [3].
Таблица 12 – Стандартные и гостированные методики
Наименование определяемых показателей |
Название метода |
Определяющие методы испытаний |
1 |
2 |
3 |
Массовая доля сухих веществ -подсырной сыворотки и микропартикулята - сыра свежего - сыра плавленого |
Термогравиметрический Рефрактометрический метод Термогравиметрический То же
|
ГОСТ 3626 – 78
ГОСТ 5900 – 73 ГОСТ 28561 – 90
|
Массовая доля жира - подсырной сыворотки - микропартикулята - плавленого сыра |
Турбидиметрический метод То же Гравиметрический метод |
ГОСТ 29247– 91 ГОСТ 5867 – 90 ГОСТ Р 51471 - 99 |
Массовая доля лактозы -подсырной сыворотки и микропартикулята |
Рефрактометрический метод Поляриметрический метод
|
ОСТ 4963 – 85
|
Массовая доля белка - подсырной сыворотки и микропартикулята |
Формольное титрование Протолитометрия (Метод Кофрани) |
ГОСТ 25179 – 90
|
Плотность подсырной сыворотки и МП
|
Ареометрический метод
|
ГОСТ 3625 – 84
|
|
||
Продолжение таблицы 12 |
||
1 |
2 |
3 |
Титруемая кислотность микропартикулята
|
Протолитометрия
|
ГОСТ 5898 – 87
|
Активная кислотность -микропартикулята -плавленого сыра |
Потенциометрический метод
|
ГОСТ 5898 – 87 ГОСТ 26781-85 |
Органолептические показатели: запах, вкус, внешний вид, консистенция, цвет теста, вид на разрезе -микропартикулята -сыра плавленого |
Сенсорный анализ
|
ГОСТ 28283 – 89 ГОСТ 5897 – 90 |
Определение общего содержания минеральных веществ
|
Термогравиметрический метод |
ГОСТ 25555.4 – 91
|
Массовая доля кальция
|
Комплексонометрия |
ГОСТ 26570 – 95 |
Массовая доля фосфора |
Комплексонометрия |
ГОСТ 26657 – 97 |
Массовая доля хлористого натрия |
Гравимитрический |
ГОСТ 3627-81 |
Общее количество бактерий |
Посев на агаре с гидролизованным молоком |
ГОСТ 9225 – 84 |
Дрожжи и плесневые грибы |
Посев на среду Сабуро |
ГОСТ Р 50474 – 93 |
БГКП |
Посев |
ГОСТ 30518 – 97 |
Исследование аминокислотного состава
Аминокислотный состав определяли методом капиллярного электрофореза на приборе «Капель-105».
Для определения содержания всех аминокислот [4], кроме триптофана, в 4 фарфоровые чашки помещали по 10 см3 молочной сыворотки и выпаривали. В две чашки вводили окислительную смесь (Н2О2 : НСООН = 1 : 9) и вновь выпаривали на водяной бане при 60 оС до сухого остатка. К сухим остаткам в 4 чашках добавляли по 10 см3 HCl и количественно переносили в виалы для проведения кислотного гидролиза.
Растворы после кислотного гидролиза охлаждали, отфильтровывали, дозаторами отбирали в бюксы по 50 мм3 гидролизатов и выпаривали в струе теплого воздуха. Сухой остаток смачивали 50 мм3 дистиллированной воды, добавляли раствор карбоната натрия, перемешивали, вводили изопропанольный раствор фенилизотиоцианата, перемешивали до растворения осадка и оставляли на 35 мин при 25 0C. Затем содержимое бюксов выпаривали в струе теплого воздуха, сухие остатки растворяли в 500 мм3 дистиллированной воды, дозаторами отбирали по 450 мм3 в пробирки Эппендорфа.
Для определения содержания всех аминокислот, кроме цистеиновой, аспарагиновой и глутаминовой, первые две пробы анализировали при 30 0С в течение 15 мин, = 254 нм. При определении цистеиновой, аспарагиновой и глутаминовой кислот пробы анализировали в течение 9 мин при тех же условиях. Электролит – фосфатный буферный раствор с добавлением -циклодекст-рина, рН = 6,8.
Определение триптофана. В 2 чашки для проведения щелочного гидролиза помещали по 5 см3 молочной сыворотки, добавляли кристаллогидрат Ba(OH)28H2O, герметично закрывали и устанавливали в термоблок при температуре 110 0С на 16 ч. После щелочного гидролиза пробы помещали в мерные колбы вместимостью 10 см3, добавляли каплю этанольного раствора метилового красного и нейтрализовали раствором серной кислоты с мас. долей 10 % до перехода желтой окраски в розовую. Отбирали 0,5 см3 нейтрализованного гидролизата в пробирку Эппендорфа и анализировали 10 мин при 40 0С, = 219 нм. Электролит – боратный буферный раствор, рН = 8,8.
Исследование реологических свойств
Основные реологические показатели определяли на структурном ротационном вискозиметре «Реотест-2». Реологические свойства исследовали в цилиндрическом измерительном устройстве 5, 6.
Анализируемый продукт находится в кольцеобразном зазоре системы соосных цилиндров. В наружный стационарный цилиндр с радиусом R, оформленный в виде мерного бачка, помещали анализируемый продукт. С целью регулирования температуры цилиндр помещали в рубашку, предназначенную для присоединения термостата с циркуляцией жидкости. Измерительный вал соединял вращающийся на постоянной угловой скорости внутренний цилиндр (радиус r , длина l) c цилиндрической винтовой пружиной. Отклонение пружины – мера вращающегося момента М, действующего на внутреннем цилиндре. Отклонение звена пружины измеряли потенциометром сопротивления, расположенным в мостовой схеме; изменение диагонального тока мостика пропорционально вращающемуся моменту М звена пружины.
Касательное напряжение τ r и градиент скорости γ r для системы соосных цилиндров – величины не постоянные в кольцевом зазоре, поэтому при их расчете учитывают радиус r внутреннего цилиндра. Оптимальное соотношение радиусов r/R=1.
Между показаниями прибора и реологическими параметрами использовалось следующее соотношение:
τ= z • α, (4)
где τ – касательное напряжение, Па;
z – константа цилиндра, Па•1/дел. шкалы;
α – значение, отсчитанное со шкалы индикаторного прибора.
Константа цилиндра указана в удостоверении об испытании каждого измерительного устройства отдельно по диапазонам 1 и 2 касательных напряжений.
Падение скорости в кольцеобразном зазоре указывает градиент напряжения на срез γ (с-1), который часто называют и скоростью деформации. Он зависит от системы цилиндров и пропорционален числу оборотов вращающегося цилиндра, его значения указаны в удостоверении об испытании ротационного вискозиметра для всех ступеней числа оборотов и для всех измеряемых устройств.
Отклонение частоты тока в сети от 50 Гц корректируют по формуле (5):
γк = γ•V/50, (5)
где γк – коррегированный градиент напряжения на срез (с-1);
γ – градиент напряжения на срез из обзора ступеней (с-1).
Из измеряемого касательного напряжения и градиента напряжения на срез γ можно вычислить динамическую вязкость:
η = (τr/γ)•100, (6)
где τr – касательное напряжение, Па;
γ – градиент скорости деформирования, с-1.
В случае неньютоновских жидкостей таким исчислением получают кажущуюся вязкость измеряемого вещества.
Реологические измерения проводили при следующих скоростях сдвига, с-1: 0,5; 2,7; 13,5.