Теоретическая часть

Технология получения гелеобразного продукта

Цель работы: освоение технологии приготовления поликомпонентных продуктов на молочной основе и методики расчета рецептуры.

Наименование продукта – гелеобразный продукт из молочной сыворотки и черной смородины.

Теоретическая часть

Поликомпонентные молочные продукты –это продукты, изготовленные из молочных и немолочных компонентов. Молочная составляющая в этих продуктах не менее 20% в сухих веществах. Поликомпонентные молочные продукты полезны для здоровья, повышают сопротивляемость организма к заболеваниям, улучшают многие физиологические процессы в организме.

Основные факторы, влияющие на консистенцию молочных продуктов, - химический состав молока; режим тепловой обработки, гомогенизации; свойства закваски; гидромеханическое воздействие при перемешивании, охлаждении, перекачивании, розливе и расфасовке.

При создании поликомпонентных молочных продуктов из разных посвойствам видов сырья требуется введениестабилизационных систем для связывания воды, жира: загустителей, гелеобразователей, желирующих агентов, пенообразователей, эмульгаторов, стабилизаторов белка, пены.

Стабилизационные добавки вносят в молочные продукты несколькими путями: в сухом виде или в смеси с другими сухими компонентами при интенсивном перемешивании до получения однородной суспензии, в виде паст после предварительного набухания в небольшом количестве молока либо воды, или растворенными в небольшом количестве молока либо воды при оптимальном перемешивании.

Стабилизирующие добавки могут быть внесены в холодную либо подогретую молочную смесь перед или после пастеризации. В первом случае стабилизирующие добавки холоднорастворимые или набухающие должны быть термоустойчивы и не взаимодействовать с белком; во втором – растворимы при нагревании.

К поликомпонентным молочным продуктам относятся кисели, желе, пудинги, пасты, муссы. В основе их изготовления лежит процесс гелеобразования.

Гелеобразование – важное свойство некоторых волокон, позволяющее изменять консистенцию и структуру пищевых продуктов.

Гели (желе) представляют собой дисперсные двух- и более компонентные системы, состоящие из дисперсной фазы, распределённой в дисперсионной среде. Дисперсионной средой является жидкость. В пищевых системах это обычно вода, и поэтому гель носит название гидрогеля. Дисперсной фазой является гелеобразователь, полимерные цепи которого образуют поперечно сшитую сетку и не обладают той подвижностью, которая есть у молекул загустителя в высоковязких растворах. Вода в такой системе физически связана и тоже теряет подвижность. Следствием этого является изменение консистенции пищевого продукта. Структура и прочность пищевых гелей, полученных с использованием разных гелеобразователей, могут сильно различаться.

Начало гелеобразования сопровождается замедлением броуновского движения частиц дисперсной фазы (возрастанием вязкости), их гидратацией и образованием полимерной сетки. Способность полимеров образовывать полимерную сетку зависит от длины и числа линейно ориентированных участков их молекул, а также наличия боковых цепей, создающих стерические затруднения при межмолекулярном взаимодействии. Механизмы образования гелей могут сильно различаться, в настоящее время выделяют три основных механизма; сахарокислотный (высокоэтерифицированные пектины), модель "яичной упаковки" (например, низкоэтерифицированные пектины) и модель двойных спиралей (например, агар).

В качестве загустителей при приготовлении гелеобразного продукта на основе молочной сыворотки можно рекомендовать карбоксиметилцеллюлозу или пектин.

Карбоксиметилцеллюлоза (КМЦ), или натриевая соль КМЦ (Е466), используется как стабилизатор консистенции. Чистый продукт представляет собой белые или кремовые волокнистые гранулы или порошок, которые гигроскопичны, не имеют запаха, устойчивы, растворимы в воде и нерастворимы в кислоте, метиловом спирте, этаноле, бензоле, хлороформе и других органических растворителях. КМЦ не подвержена воздействию животных или растительных масел яркого света.

Традиционно эту добавку используют в технологиях хлебобулоч­ных и кондитерских изделий, молочных и обезжиренных эмульсион­ных продуктов, безалкогольных напитков, где они выступают в каче­стве эмульгаторов и стабилизаторов многокомпонентных дисперсных систем, суспензий и эмульсий, обеспечивают необходимые консис­тенцию и вкусовые свойства.

Преимущества КМЦ перед другими стабилизаторами — это ее эффективность при незначительных концентрациях, способность значительно улучшить консистенцию, существенно снизить влияние термических перепадов, полная совместимость со всеми компонентами продуктов, в том числе и с другими гидроколлоидами.

КМЦ имеет следующие характеристики: легко растворяется в воде, способствует загустению всех водных растворов; вязкость не изменяется в течение длительного времени; удерживает воду; обладает устойчивыми стабилизирующими и связывающими свойствами; проявляет эффект синергизма с биополимерами белковой природы (казеин, соевый протеин); образует прозрачную и прочную пленку; не растворяется в органических растворителях, маслах и жирах; не имеет запаха и вкуса, физиологически безвредна и признана безопасной пищевой добавкой.

Пектины(Е440) представляют собой группу высокомолекулярных полисахаридов, входящих в состав клеточных стенок и межклеточных образований совместно с целлюлозой, гемицеллюлозой и лигнином.

Фрагменты молекул пектовой (а) и пектиновой (б) кислот представлены на рисунок 1. Соли пектовой кислоты получили название пектаты, пектиновой — пектинаты. Гомогенную структуру пектино­вой цепи, кроме рамнозы, нарушают также боковые цепочки нейт­ральных Сахаров, в построении которых участвуют галактоза, арабиноза и ксилоза.

Рисунок 1. Фрагменты пектиновых молекул: а – пектовая кислота; б – пектиновая кислота; в – амидированный пектин

Пектины — пищевые растительные волокна, которые сорбируют и выводят из организма токсичные продукты обмена, радионуклиды, тяжелые металлы, шлаки; нормализуют работу желудочно-кишечного тракта, сердечно-сосудистой системы; снижают уровень глюкозы в крови.

Наибольшее количество пектина содержится в плодах и корнеплодах. В пищевой промышленности пектин получают из яблочных выжимок, из свекловичного жома и корзинок подсолнечника. Цитрусовые пектины вырабатывают из выжимок цитрусовых плодов: апельсинов, лимонов и т. п. К пектиновым веществам относят: пектовые кислоты — остатки галактуроновой кислоты, связанные a-1,4-гликозидной связью в длинные цепи, они малорастворимы в воде, не обладают студнеобразующей способностью; пектаты — соли пектовой кислоты; пектиновые кислоты — это пектовые кислоты, у которых небольшая часть карбоксильных групп этерифицирована метиловым спиртом; пектинаты — соли пектиновых кислот; протопектин — пектиновые кислоты, у которых значительная часть карбоксильных групп этерифицирована метиловым спиртом. Именно протопектин обладает желирующей способностью.

Гелеобразующая способность пектина зависит от молекулярной массы (20 тыс.–50 тыс.), а также от количества метильных групп, входящих в состав молекулы, и содержания свободных карбоксильных групп и замещения их металлами. В зависимости от степени этерификации карбоксильных групп различают низкоэтерифицированные и высокоэтерифицированные пектины, полученные из исходного сырья либо кислотной или щелочной экстракцией, либо путем ферментативного расщепления. Лучшие пектины получают из кожуры цитрусовых и яблок, а пектины из свекловичного жома отличаются более низким качеством.

Высокоэтерифицированный (высокометоксилированный) пектин применяется в кондитерской промышленности главным образом для приготовления фруктовых изделий (мармелада, пастилы, желе, джемов), ароматизированных составными частями естественных фруктов или синтетическими ароматизаторами. Пектин с высоким содержанием метоксильных групп является хорошим стабилизатором для пенообразных кондитерских изделий: пастилы, зефира, сбивных конфетных масс. Высокоэтерифицированные пектины применяют в качестве студнеобразующего вещества в производстве фруктовых соков, мороженого, рыбных консервов и майонеза.

Низкоэтерифицированные пектины применяют при изготовлении овощных и фруктовых желе, паштетов и студней. Этот вид пектина, не требующий добавления кислоты для студнеобразования, применяется для получения желейных изделий и начинок (например, желейных изделий с мятным или коричным вкусом), в которых неприемлем низкий диапазон рН, необходимый для студнеобразования высокометоксилированного пектина. Низкоэтерифицированный (низкометоксилированный) пектин при низких концентрациях может придавать кондитерским начинкам тиксотропную текстуру. При повышенных концентрациях можно получать холодное студнеобразование, если происходит диффузия ионов кальция в начинку.

В формировании консистенции пищевой системы важное значе­ние имеет величина рН, с которой, в частности, связана эффектив­ность действия добавки, вводимой для решения технологической за­дачи формирования заданных реологических свойств продукта. От величины рН пищевой массы, а также от ее изменений в ходе техно­логического процесса формирования готового пищевого продукта за­висит эффективность эмульгатора, стабилизатора, загустителя или гелеобразователя, введенного в пищевую систему.

Изменение рН достигается введением подкисляющих или подще­лачивающих веществ. Кислоты, основания и соли могут применяться не только с целью изменения рН пищевой системы (среды или продукта), но также для изменения буферных свойств продукта или придания ему кислого вкуса, кислотного или щелочного гидролиза пищевого сырья при по­лучении конкретного продукта.

Лимонная кислота (Е330) — продукт лимоннокислого брожения сахаров. Обладает наиболее мягким вкусом по сравнению с другими пищевыми кислотами и не оказывает раздражающего действия на слизистые оболочки желудочно-кишечного тракта. Соли лимонной кислоты — цитраты. Регуляторами рН пищевых систем являются цитраты натрия (Е331), калия (Е332), кальция (Е333), магния (Е345) и аммония (Е380). Лимонную кислоту и ее соли вводят отдельно или в комбинациях. Лимонную кислоту применяют в кондитерской промышленности, при производстве безалкогольных напитков и некоторых видов рыбных консервов.

Свойства лимонной кислоты:

^* – при 25ºС; ^** – при 20ºС.

Сырьем для приготовления гелеобразного продукта в данной лабораторной работе являются молочная сыворотка, ягодное пюре, гелеобразователь, регулятор кислотности, сахар-песок.

Сыворотка является продуктом с естественным набором жиз­ненно важных минеральных соединений. Минеральные соли и мик­роэлементы способствуют утолению жажды и поддержанию водно-солевого баланса организма. По содержанию и составу минераль­ных солей сыворотка приближается к минеральным водам, но по питательности значительно их превосходит. По сравнению с моло­ком вещества, растворенные в сыворотке, всасываются организмом легче, поскольку диффузия электролитов из водных растворов про­текает быстрее, чем из жировых эмульсий.

Состав и свойства молочной сыворотки обусловлены видом основного продукта (творога, сыра, казеина и т. д.) и особенно­стями технологии его получения, а также аппаратурным оформле­нием процесса.

Состав молочной сыворотки колеблется в значительных пре­делах. Состав подсырной сыворотки зависит от вида вырабаты­ваемого сыра и его жирности; творожной — от способа производства творога и его жирности; казеиновой — от вида вырабатывае­мого казеина. Основные показатели молочной сыворотки приведены в таблице 1.

Таблица 1. Основные показатели молочной сыворотки.

Исходя из среднего состава молочной сыворотки можно сде­лать расчет содержания основных компонентов в сухом веществе. Состав компонентов сухих веществ молочной сыворотки приве­ден ниже:

г/100 мл %

Лактоза 4,66 71,7

Белковые вещества 0,91 14,0

Минеральные вещества 0,50 7,7

Жир 0,37 5,7

Прочие 0,06 0,9

Итого 6,50 100

Основной объем сухих веществ молочной сыворотки занимает лактоза (около 70%). На долю других компонентов (не сахаров) приходится 30%.

В молочной сыворотке в среднем содержится 0,134 мг/100 мл азотистых соединений, из которых около 65% являются белковы­ми азотистыми соединениями, а 35% — небелковыми.

В состав аминокислот молочной сыворотки входят аминокис­лоты белковых веществ и свободные аминокислоты.

Аминокислотный состав казеина и сывороточных белков не­сколько различен. В альбумине содержание триптофана в 4 ра­за больше, чем в казеине, содержание незаменимой аминокисло­ты (содержащей серу) цистина в глобулине — почти в 7 раз, а в альбумине — в 19 раз больше, чем в казеине. В альбумине и гло­булине также больше незаменимой аминокислоты лизина, кото­рая играет определенную роль в защитных реакциях организма. Такое содержание аминокислот важно для биологических процес­сов, происходящих в организме.

В молочной сыворотке содержатся все незаменимые аминокис­лоты (табл. 2).

Таблица 2. Общее содержание аминокислот в молочной сыворотке, мг/л

В молочной сыворотке содержится 0,05—0,45% жира, что
обусловлено его содержанием в исходном сырье и технологией
выработки основного продукта; в сепарированной сыворотке —
0,05—0,1%. Молочный жир в сыворотке диспергирован больше,
чем в молоке, что положительно влияет на его усвояемость.

Минеральный состав мо­лочной сыворотки весьма разнообразен. В сыворотку переходят практически все соли и микроэлементы мо­лока, а также соли, вводи­мые при выработке основ­ного продукта, и соединения с поверхности оборудова­ния.

Абсолютное содержание основных зольных элемен­тов в сыворотке следующее:

Калия 0,09 – 0,19

Магния 0,009 – 0,02

Кальция 0,04 – 0,11

Натрия 0,03 – 0,05

Фосфора 0,04 – 0,1

Хлора 0,08 – 0,11

В целом молочная сыворотка является продуктом с естественным набором жизненно важных минеральных соединений.

Кроме минеральных веществ в сыворотку почти полностью пе­реходят водорастворимые и некоторая часть жирорастворимых витаминов. В подсырной сыворотке водорастворимых витаминов значительно больше, чем в творожной. Содержание витаминов в подсырной и творожной сыворотке показано в таблице 3.

Таблица 3. Содержание витаминов в молочной сыворотке, мкг/кг

Количество пиридоксина, холина и иногда рибофлавина в сы­воротке превышает их содержание в молоке, что обусловлено жизнедеятельностью молочнокислых бактерий.

Из органических кислот в сыворотке обнаружены молочная, лимонная, нуклеиновая и летучие жирные кислоты — уксусная, муравьиная, пропионовая, масляная. Молочная кислота образует­ся из лактозы в результате жизнедеятельности молочнокислых бактерий. Содержание витаминов в сыворотке колеблется и при хранении резко снижается. Однако в целом молочная сыворотка по набору и абсолютному содержанию витаминов является био­логически полноценным продуктом.

Из ферментов в сыворот­ке обнаружены ферменты типа гидролаз, фосфорилаз, ферменты расщепле­ния, окислительно-восстановительные, переноса и изомеризации.

Молочная сыворотка имеет следующие основные показатели (средние данные):

Плотность, кг/м³ 1018 – 1027

Вязкость, мПа с (1,55 – 1,66) 10^-3

Теплоемкость, кДж/кг К 4,8

Активная кислотность, ⁰Т 4,4 – 6,3

Буферная емкость, мл:

по кислоте 1,72

по щелочи 2,32

Оптическая плотность 10%-ного раствора 0,259

Мутность, см^-1 0,150 – 0,250

Температура кипения, ⁰С 101,5

Эти показатели, в зависимости от вида молочной сыворотки, температуры и других параметров, изменяются.

Энергетическая ценность молочной сыворотки несколько ниже, чем обезжиренного молока, а биологическая — примерно та же, что и обусловливает целесообразность ее использования для про­изводства пищевых продуктов диетического назначения.

Массовый сезон получения сыворотки (лето) совпадает с мак­симумом потребления напитков, что создает благоприятные усло­вия для их сбыта. Технология приготовления напитков на основе молочной сыворотки базируется на использовании ее составных частей в полном объеме или после выделения сывороточных бел­ков (осветления) мембранными методами или в результате тепло­вой денатурации. В молочно-сывороточных напитках сыворотку ис­пользуют совместно с другим молочным сырьем.

Напитки из цельной сыворотки (например, сыворотка молочная пастеризованная) представляют особую ценность, так как в них содержатся все составные части сыворотки. Эти на­питки непрозрачны, и в них возможно выпадение хлопьевидного осадка, но они обладают определенными диетическими и лечебны­ми свойствами. Технология приготовления напитков из цельной сыворотки достаточно проста. Для улучшения их вкуса и повыше­ния пищевой и биологической ценности применяют биологическую обработку и внесение наполнителей.

Выделение значительной части белков из сыворотки позволяет получить прозрачные освежающие напитки (например, сывороточный напиток с томатным соком). Белки увеличивают мутность, снижают стойкость при хранении и ослабляют освежаю­щий эффект. В осветленной сыворотке ослабляется специфический сывороточный привкус.

Также из молочной сыворотки изготавливают десерты , такие как кисели, сухие кисели, желе, пудинги, пасты, муссы.

Технология изготовления этих продуктов включает предварительную подготовку соответствующего желе- или студнеобразователя, смешивание с сыво­роткой, пастеризацию смеси, охлаждение, внесение плодово-ягодных наполнителей, фасовку, желирование, хранение. Рецептура приготовления приведена в табл. 4.

Таблица 4. Рецептура желе, пудингов, паст и муссов, кг на 1 т продукта