Разработка способа холодильной обработки молока и творога с использованием жидкого азота

1. На правах рукописи

РАЗРАБОТКА СПОСОБА ХОЛОДИЛЬНОЙ ОБРАБОТКИ МОЛОКА И

ТВОРОГА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЖИДКОГО АЗОТА

05.18.04 – Технология мясных, молочных и рыбных

продуктов и холодильных производств

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Калининград – 2011

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования « Калининградский государственный технический университет» (ФГБОУ ВПО «КГТУ»)

Научный руководитель

доктор технических наук, профессор Серпунина Любовь Тихоновна

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Эрлихман Владимир Наумович

кандидат технических наук, доцент Харькин Александр Акимович

Ведущая организация

Калининградский филиал АНО ВПО ЦСРФ «Российский университет

кооперации»

Защита диссертации состоится « 28 » декабря 2011г. в 13 часов на заседании диссертационного совета Д 307.007.01 при Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Калининградский государственный технический университет» по адресу: 236022, г. Калининград, Советский проспект, 1, ауд. 225.

Факс 8(4012) 96-68-46.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО « Калининградский государственный технический университет».

Автореферат разослан « 25 » ноября 2011г.

Ученый секретарь диссертационного

совета доктор технических наук,

профессор Н. Л. Великанов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Молочная промышленность является одной из ведущих отраслей народного хозяйства, обеспечивающих доступными белковыми продуктами все группы населения. В последние годы в России потребление молока и молочных продуктов на душу населения составляет 250270 кг на человека и не отвечает рациональной норме в 392 кг. Основной оборот в группе молочных продуктов по-прежнему определяют традиционные продукты: молоко (31%), творог (15%), сметана и масло (19%) и другие (Discovery Research Group, 2011).

Одним из важных аспектов производства качественных молочных продуктов является сохранение уникальных свойств сырого молока, особенно в период интенсивной заготовки и переработки. Для первичной обработки сырого молока используются различные способы его консервирования, в том числе и в присутствии низкотемпературных хладагентов.

Творог является продуктом сезонного производства, поэтому для бесперебойного снабжения им потребителей часть изготавливаемого в летний период продукта резервируют. Одним из способов резервирования творога является замораживание. Существующие способы замораживания творога зачастую не позволяют получить качественный продукт, поскольку после дефростации органолептические показатели творога часто утрачиваются.

Большой вклад в изучение физико-химических и микробиологических свойств молока и молочных продуктов, их изменений под действием низких температур внесли российские ученые Н. Н. Липатов, Г. В. Твердохлеб, К. К. Горбатова, Г. В. Фриденберг, Б. Н. Семенов и др.

Высокий потребительский спрос на молочные продукты обусловливает интерес производителей к поиску новых способов их низкотемпературной обработки. В России использование жидкого азота охватывает лишь узкую группу пищевых продуктов и практически не исследовано в технологии молочной продукции. Длительное время отечественные ученые уделяли большое внимание конструктивному решению холодильной техники для молочных продуктов, а развитие новых способов и технологий происходило медленно. Для решения указанных актуальных проблем холодильной технологии молока и творога в настоящее время целесообразно применение экологически чистого агента – азота.

Цель и задачи исследования. Целью данной работы явилось совершенствование способов низкотемпературного охлаждения молока и замораживания творога с помощью жидкого азота. В соответствии с поставленной целью решались следующие задачи:

-систематизация и анализ научно-технической литературы и патентной информации по теме исследования;

-исследование микробиологических, органолептических и физико-химических показателей сырого молока при введении консервирующих агентов;

-определение влияния способов замораживания на изменение показателей качества творога в процессе холодильного хранения;

-изучение влияния продолжительности хранения на показатели качества, микробиологическую безопасность и биологическую ценность творога, замороженного с использованием жидкого азота;

-разработка способа замораживания творога с использованием криоагента жидкого азота;

-опытно-промышленная апробация усовершенствованной технологии резервирования творога с использованием жидкого азота;

-разработка технической документации на новый вид творога, замороженного жидким азотом;

- оценка экономической эффективности разработанного способа замораживания творога жидким азотом.

Научная новизна работы и теоретическое значение работы. Научно обоснована и экспериментально доказана целесообразность и эффективность применения жидкого азота для длительного сохранения микробиологических, технологических и потребительских свойства сырого молока и творога.

Выявлено, что использование криогенного агента для охлаждения молока тормозит развитие физико-химических и микробиологических процессов и продлевает бактерицидную фазу до 8 часов.

Впервые установлено замедление процесса синерезиса после замораживания творога жидким азотом в течение 21 мес. хранения при температуре минус 18оС, что обусловливает сохранение его консистенции.

Впервые исследован аминокислотный состав белков творога, замороженного жид­ким азотом после 21 месяца холодильного хранения при температуре минус 18оС.

Практическое значение работы. Рекомендовано применение жидкого азота для получения качественного молока-сырья высшего и первого сорта в процессе хранения без дополнительного введения консервирующих веществ.

Показано, что замораживание в среде жидкого азота более результативно сохраняет микробиологическую безопасность, потребительские, технологические свойства и биологическую ценность творога по сравнению с воздушным замораживанием.

Впервые разработана балловая шкала органолептической оценки творога после низкотемпературной обработки.

Впервые разработан способ замораживания творога в потребительской таре с применением жидкого азота, обеспечивающий сохранение качества продукта и пролонгирование сроков его холодильного хранения до двух лет. Подана заявка на патент «Способ замораживания творога» и получено положительное решение от 06.09.2010, что подтверждено заявкой № 2406015.

Усовершенствована технологическая схема резервирования творога на основе способа его замораживания в потребительской таре жидким азотом, что обеспечивает ресурсосбережение, сокращение технологического цикла и снижение себестоимости продукции.

Разработан проект технической документации ТУ 9222-48752993-2010 «Творог замороженный «Морозко», который может быть использован на предприятиях, осуществляющих выпуск молочной продукции. На предприятии ОАО «Светлогорский» выработана опытная партия творога по разработанной технической документации. Проведены дегустации новой продукции и экспертиза с положительным заключением о соответствии ее качества установленным требованиям.

Защищаемые положения:

1. Комплексная оценка органолептических, микробиологических и физико-химических показателей, подтверждающая сохранность в течение 8 часов свежевыдоенного молока после обработки жидким азотом на уровне высшего и первого сорта.

2. Научное обоснование эффективности криогенного способа замораживания творога в потребительской таре в сравнении с воздушным способом.

3. Усовершенствованная технология резервирования замороженного жидким азотом творога в потребительской таре, обеспечивающая сохранение качества продукта и пролонгирование сроков его холодильного хранения до двух лет.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы были представлены и обсуждены на международных научных конференциях: «Низкотемпературные и пищевые технологии в 21-м веке» (Санкт- Петербург, 2007), «Инновации в науке и образовании» (Калининград, 2008, 2010), «Олимпиада 2014» (Краснодар, 2009). Работа в 2011 г. представлялась на конкурс и вошла в число номинантов премии Калининградской области "Эврика".

Личное участие автора в получении результатов, изложенных в диссертации. В период с 2005 по 2011 г. автор лично участвовал в сборе, обработке и анализе экспериментальных материалов по низкотемпературной обработке контрольных и опытных партий молока и творога и проведении органолептических, микробиологических и физико-химических исследований их качества, самостоятельно разработал идею замораживания творога в потребительской упаковке, провел статистическую обработку эмпирических данных, проанализировал полученные результаты, сделал выводы, дал практические рекомендации.

Публикации. По теме исследования опубликовано 11 научных работ, в том числе 2 в изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки России. Подана заявка в «Роспатент» на новый способ замораживания творога.

Структура и объем работы. Работа состоит из введения, 7 глав, заключения, списка литературы и приложений. Диссертация изложена на 128 печатных страницах, содержит 37 таблиц и 26 рисунков. Список литературы включает 119 наименований работ отечественных и зарубежных авторов.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Во введении обоснована актуальность, научная новизна, практическая значимость диссертационной работы, сформулированы цель и задачи исследования, представлены защищаемые положения.

Глава 1. Аналитический обзор по проблемам консервирования сырого молока и творога. На основе обобщения и критического анализа опубликованных литературных данных, отражающих современное состояние сырьевой базы молочной промышленности в Калининградской области, а также проблемные вопросы о первичной обработке молока и замораживании творога, доказаны преимущества криогента жидкого азота для низкотемпературной обработки данных продуктов.

Глава 2. Объекты и методы исследования. Объектом исследования служило коровье молоко, полученное в летний период. Из этого молока также изготавливали творог жирностью 9% в соответствии с ТУ 9222-180-00419785-04. Для низкотемпературной обработки молока и творога использовали жидкий азот, полученный на установке «ЗИФ 500». Структурная схема исследования представлена на рис. 1.

Рисунок 1 - Схема экспериментальных исследований

Отбор и подготовку проб для лабораторных исследований осуществляли согласно требованиям ГОСТ 3622, ГОСТ 13928 и ГОСТ 26809. Органолептическую оценку качества сырого молока и творога проводили с использованием стандартных методов по ГОСТ Р 52054, ГОСТ 28283, ГОСТ Р 52096. Для органолептической оценки творога после дефростации разработали десятибалльную шкалу и комплексную оценку органолептического качества (КООК) с учетом коэффициентов весомости показателей (Е.В. Шепелева, 2008). Определение кислотности осуществлялось согласно ГОСТ 3624-92. Микробиологические показатели устанавливали в соответствии с ГОСТ 9225-84. Термоустойчивость молока анализировали согласно ГОСТ 25228-82, наличие соматических клеток по ГОСТ 23453-90, влажность творога по ГОСТ 3626-73. Анализ аминокислотного состава выполнялся методом ионообменной хроматографии на аминокислотном анализаторе «Shimadzu  10-Avp» в ФГУ «Ленинградская межобластная ветеринарная лаборатория». Результаты исследований проводились 3-кратным измерением и обрабатывались методами статистического анализа с помощью программ Microsoft Office Excel 2007 при доверительной вероятности 95%. Апробация и внедрение результатов проведены в условиях ОАО «Светлогорский».

Глава 3. Исследование влияния способов низкотемпературной обработки на показатели качества сырого мо­лока. Органолептические пока­за­тели мо­­лочных продуктов в значитель­ной мере определяют­ся качественными особенностя­ми сырого молока. Наибольшему изменению в процессе хранения и транспортирования по­д­­вер­га­ются запах и вкус сырого молока, по их изменению судят о снижении его качества.

Мгновенное охлаждение свежего коровьего молока жид­ким азотом без допол­нительного введения ингибиторов и стаби­лизаторов обеспечивает сохра­нение его свежести (рис. 2).

Партия молока, обработанного криогентом, имела «отличное» и «хо­ро­шее» качество в течение вось­ми­ча­со­вого хранения.

Технологические характеристики молока существенно зависят от показателей титруемой кислотности (а) и КМАФАнМ (б) (рис. 3). Значительное нарастание кислотно­сти с 17,0 до 19,2 оТ и КМАФАнМ с 2104 до 4106 КОЕ/см3 отмечено в образцах, ко­торые охлаждали с применением емкостного охладителя (медленное охлаждение). В конце хранения данное молоко соответствовало второму сорту.

Консервирование молока путем введения антибиотиков запрещено российским законодательством, но производители применяют их негласно. Использование в каче­стве дополнительного барьерного фактора порчи и скисания антибиотика «Низин» позволяло стабилизировать кислотность и КМАФАнМ в экспериментальной партии молока-сырца. Присутствие «Низина» автоматически снижало сортность молока до второго и исключало переработку дан­ного сырья на кисломолочные продукты.

Отсутствие патогенной и условно патогенной микрофлоры, низкое содержание соматических клеток во всех исследуемых партиях молока подтвердили высокое качество сырья и санитарное состояние молочной фермы (табл.1).

Таблица 1 - Микробиологические показатели молока в процессе хранения

Продолжительность хранения, ч	Партия молока
	Контрольная			1-я опытная (антибиотик «Низин»)			2-я опытная (охлажденное азотом)
	КМАФАнМ, КОЕ/ см3	Патогенные, в т.ч. сальмонеллы (не допус­каются в 25,0 г)	Содержание соматических клеток в 1 см3 не более	КМАФАнМ, КОЕ/ см3	Патогенные, в т.ч. сальмонеллы (не допус­каются в 25,0 г)	Содержание соматических клеток в 1 см3 не более	КМАФАнМ, КОЕ/ см3	Патогенные, в т.ч. сальмонеллы (не допус­каются в 25,0 г)	Содержание соматических клеток в 1 см3 не более
0	2·104	Не обнаружено	2·105	2·104	Не обнаружено	2·105	2·104	Не обнаружено	2·105
2	3·104		2·105	2·104		2·105	2·104		2·105
4	4·105		2·105	2·104		2·105	2·104		2·105
6	5·105		2·105	2·105		2·105	3·105		2·105
8	4·106		2·105	3·105		2·105	3·105		2·105