Инновационная технология плавленых сырных продуктов с использованием замораживания и криомеханодеструкции

Автор: Павлюк Р.Ю., Погарская В.В., Юрьева О.А., Наконечная Ю.Г.

Журнал: Вестник Алматинского технологического университета @vestnik-atu

Рубрика: Техника и технологии

Статья в выпуске: 4 (105), 2014 года.

Бесплатный доступ

Работа посвящена разработке инновационной технологии плавленых сырных продуктов, включающая использование комплексного воздействия на сырье замораживанием и криомеханодеструкцией, совместное влияние которых, при подготовке твердых сычужных сыров к плавлению приводит к деструкции параказеинаткальцийфосфатного комплекса, его механолизу до отдельных аминокислот, конформационным изменениям молекул белка, что позволяет исключить применение солей-плавителей. Разработана инновационная технология, технологическая схема, рецептуры сырно-овощных начинок для кондитерских изделий «ПанКейк», сырных соусов-дрессингов и пастообразных плавленых сыров без солей-плавителей.

Еще

Плавленные сырные продукты, замораживание, криомехано-деструкция, сычужные сыры, соли-плавители

Короткий адрес: https://sciup.org/140204759

IDR: 140204759

Текст научной статьи Инновационная технология плавленых сырных продуктов с использованием замораживания и криомеханодеструкции

Известно, что плавленые сыры пользуются большой популярностью у населения всех стран мира. Это связано с их высокими вкусовыми свойствами, пищевой ценностью и простой технологией производства. Они являются ценными источниками для организма человека важных функциональных нутриентов – полноценных белков, незаменимых аминокислот, липидов, минеральных веществ, витаминов группы В и др., однако они отличаются низким содержанием биологически активных веществ и сниженными сроками хранения. Ассортимент плавленых сыров с высоким содержанием БАВ в Украине ограничен. Трудности при их изготовлении с использованием в качестве сырья - сычужных сыров связаны с тем, что они имеют сложные слаборастворимые параказеинаткальцийфосфатные комплексы (ПККФК), в которых полипеп-тидные цепи настолько сильно переплетены между собой с помощью кальциевых мостиков, дисульфидных и фосфоамидных связей, водородных как внутримолекулярных, так и межмолекулярных и других связей, что препятствует их пептизации и растворению при плавлении сыров и получению однородной текучей массы. Кроме того, пептизацию белков замедляет высокое содержание липидов, которые с белком образуют сложные липидопротеиновые кальцийфосфатные комплексы. Одной из основных технологических операций при получении плавленых сыров является размягчение сыров, получение однородной текучей массы при нагревании в присутствии солей - плавителей. При этом одновременно происходит и пастеризация продукта. Традиционно при изготовлении плавленых сыров для увеличения пептизации ПККФК, размягчения и приобретения сырной массой текучести используют различные соли - плавители, такие как, соли лимонной кислоты, пирофосфаты, фосфаты и другие в количестве от 30 до 100 кг на 1 т. продукта, которые являются вредными веществами для организма человека. В связи с этим актуальным является поиск технологических приемов, направленных на дезагрегацию, деструкцию и гидролиз полипептидных цепочек ПККФК твердых сычужных сыров, увеличение их растворимости - пептизации, получение однородной текучей сырной массы с целью уменьшения количества солей - плавителей при производстве плавленых сыров. В качестве таких технологических приемов в работе использовали замораживание и низкотемпературное измельчение. В молочной промышленности при производстве плавленых сыров рассмотренные процессы ранее не использовались. Отсутствуют литературные данные по этому вопросу.

Научной школой проф. Павлюк Р.Ю. в течение 25 лет изучалось применение криогенного измельчения, процессов механоактивации (без применения холода) и замораживания в пищевой промышленности при получении мелкодисперсных порошков и гомогенных паст из фруктов, ягод, овощей, лекарственного и пряно-ароматического растительного сырья, продуктов пчеловодства. Впервые в мировой практике были обнаружены новые явления и эффекты, раскрыты механизмы, и показано, что процессы механоактивации и замораживания приводят к существенной деструкции и дезагрегации биологических комплексов -биополимер БАВ, а также биополимеров (белков, полисахаридов, пектиновых веществ), которые приводят к эффекту «обогащения» и более полному высвобождению из сырья низкомолекулярных БАВ, таких как: витамины, свободные аминокислоты, фенольные соединения моно- и дисахариды, растворимые пектиновые веществ и др. [2,3].

Некоторыми учеными было обнаружено, что криогенное измельчение желатина приводило к существенному изменению его исходных свойств и растворению при комнатной температуре. Выявлено также, что использование процессов механоактивации при измельчении полимеров приводило к снижению их молекулярной массы, образованию новых функциональных групп и цепочек, изменению их растворимости. В связи с этим можно было предположить, что использование процессов замораживания и криомеханодеструкции приведет к деструкции, дезагрегации, механолизу и пептизации сложных ПККФК твердых сычужных сыров, что будет способствовать их лучшему плавлению с уменьшенным количеством солей - плавителей. В молочной промышленности происходит непрерывный поиск технологических приемов, направленных на уменьшение количества солей – плавителей при производстве плавленых сыров. Ведущими учеными Украины и России удалось их количество уменьшить на 20% [2]. Целесообразность разработки технологии плавленых сыров и плавленых сырных продуктов с уменьшенным количеством солей-плавителей и обогащенных натуральными растительными БАВ сложилась благодаря работам таких отечественных и зарубежных ученых как: Шатнюк Л.Н., Спиричев Б.В., Павлюк Р.Ю., Погарская В.В., Безусов А.Т., Рудавская А.Б., Захарова Н.П., Остроумов Л. А. и др.

Работа посвящена изучению влияния замораживания и криомеханодеструкции на изменение параказеинаткальцийфосфатного комплекса твердых сычужных сыров, трансформацию связанных аминокислот белка в свободную форму, изучению конформационных изменений молекул белка при их подготовке к плавлению с целью уменьшения или исключения применения солей-плавителей в технологии производства плавленых сыров.

Объекты и методы исследований

Объекты исследований – технологические процессы производства плавленых сыров и сырных продуктов.

Методы исследований – стандартные химические, физико-химические, ионообменной хроматографии и математической обработки экспериментальных данных с использованием компьютерных технологий. Исследования проведены на кафедре технологий переработки плодов, овощей и молока ХГУПТ на базе лаборатории «Инновационных, крио- и нанотехнологий растительных добавок и оздоровительных продуктов», а также с использованием экспериментальной базы лаборатории оценки качества кормов и продукции животного происхождения Института животноводства лесостепи и полесья УААН, а также в производственных условиях ООО ПКГ «Лесная сказка», НПП «ФИПАР», НПП «КРИАС-1», СУИП «Полюс ЛТД».

Результаты и их обсуждение

В работе замораживание осуществляли традиционным способом в холодильной камере либо в скороморозильном аппарате до конечной температуры внутри продукта – 18°С. Измельчение (криомеханодеструкцию) проводили с использованием низкотемпературного измельчителя при температуре –10…–18°С до размера частиц 40…60 мкм и меньше, который контролировали с помощью бинокулярного микроскопа Granum R 5003 со шкалой в микрометровом и нанометровом диапазоне. Микроскоп снабжен видеокамерой и программным обеспечением.

Показано, что при замораживании и криомеханодеструкции происходит дезагрегация и деструкция липопротеиновых комплексов, механическое разрушение белков, увеличение массовой доли свободных аминокислот (в 1,1…2,9 раза) по отношению к их исходному количеству в ТСС (табл. 1, рис. 1).

Таблица 1 - Содержание связанных и свободных аминокислот белка твердого сычужного сыра после замораживания и криомеханодеструкции (n=3, P≥0,95)

Название аминокислоты

Связанные аминокислоты твердого сычужного сыра

Свободные аминокислоты твердого сычужного сыра

в исходном сыре, мг в 100 г

после заморажива ния и криомехано деструкции, мг в 100 г

% к исходному

увеличение к сходно му, раз

в исходном сыре, мг в 100 г

после замораживания и криомехано деструкции, мг в 100 г

% к исходному

увеличение к исходному, раз

Валин

450

1080

240,0

2,4

340

960

282,3

2,8

Изолейцин

920

2100

228,0

2,3

650

1250

192,0

1,9

Продолжение табл.1

Лейцин

2300

2550

111,0

1,1

130

250

192,0

2,0

Лизин

1240

3140

253,2

2,5

360

550

153,0

1,5

Метионин

1040

1120

108,0

1,1

400

600

150,0

1,5

Треонин

710

1240

175,0

1,7

120

240

200,0

2,0

Триптофан

700

700

100,0

1,0

400

400

100,0

1,0

Фенилаланин

1070

1480

138,0

1,4

230

640

278,0

2,8

Аргинин

1910

1300

67,9

-

430

870

202,0

2,0

Аспарагиновая кислота

1330

2310

174,0

1,7

200

490

245,0

2,5

Гистидин

1010

1240

123,0

1,2

80

150

188,0

1,9

Глицин

410

560

137,0

1,4

70

140

200,0

2,0

Глутаминовая кислота

4410

4700

107,0

1,1

1620

1790

110,0

1,1

Пролин

1720

2760

160,0

1,6

60

150

250,0

2,5

Серин

1100

1840

167,0

1,7

310

370

119,0

1,2

Тирозин

2210

1630

73,7

-

240

340

142,0

1,4

Цистин

300

300

100,0

1,0

540

420

-

-

Аланин

580

1200

207,0

2,1

90

260

289,0

2,9

ВСЕГО:

23410

31250

33,5

1,33

6270

9870

57,4

1,57

Рис. 1 - Изменение параказеинаткальцийфосфатного комплекса и трансформация связанных аминокислот белка твердых сычужных сыров в свободную форму под влиянием замораживания и криомеханодеструкции: 1, 2 –

твердый сычужный сыр исходный (1) и после замораживания и криомеханодеструкции (2).

Часть α-аминокислот из связанного состояния трансформируется в свободные аминокислоты. Так, количество свободных аминокислот таких как, аланин, валин, фенилаланин, увеличивается больше всего и составляет 2,8…2,9 раз, количество пролина и аспарагиновой кислоты в 2,5 раза, количество треонина, глицина, изолейцина, лейцина, гистидина и аргинина увеличивается в 1,9…2,0 раза. Наименьшее количество свободных аминокислот наблюдалось у глютаминовой кислоты, триптофана, серина и цистина. Разная степень образования различного количества аминокислот при механолизе белка связана, по-видимому, со специфичностью аминокислотного состава белков сычужных сыров. Механизм этого процесса связан, по-видимому, с повышенной устойчивостью ПККФК к нагреванию, гидролизу кислотами, растворению, пептизации, что обуславливается наличием в их составе Са и Р, которые в комплексах соединены при помощи кальциевых мостиков, фосфоамидных связей, а также связано со значительным количеством липидов, входящих в состав белково-липидных комплексов, что тормозит гидролиз белков до отдельных аминокислот.

Параллельно наблюдается более полное извлечение белка из липидо-протеиновых комплексов – на 30-35% (табл. 1). Показано, что замораживание и криомеханодеструкция твердых сычужных сыров существенно интенсифицируют процесс разрушения белково-липид-ных комплексов и способствуют механическому разрушению (механолизу) белков до отдельных свободных аминокислот т.е 55-57% аминокислот переходит в свобод-ную форму за счет отщепления низкомолекулярных соединений – аминокислот (рис. 1). Механизм этого процесса связан с тем, что при механическом измельчении в результате механокрекинга возникают такие критические энергетические напряжения в звеньях биополимерной цепи белка, которые приводят к разрыву, разрушению пептидных, а также водородных связей, разрыву кальциевых мостиков и частичному разрушению белковых молекул до свободных аминокислот, т.е происходит механодеструкция, пептизация, и истирание молекул белка сычужных сыров.

В работе изучено влияние замораживания и криомеханодеструкции на содержание в молекулах белка твердого сычужного сыра гидрофильных и гидрофобных остатков аминокислот (табл.2).

Таблица 2 - Содержание гидрофильных и гидрофобных остатков аминокислот в молекулах белка твердого сычужного сыра после замораживания и криомеханодеструкции (n=3, P≥0,95)

Аминокислота

Массовая доля связанных аминокислот белка, %

<

о «

s

Степень гидрофобности связанных аминокислот белка (ΔF кДж/моль)

исходный твердый сычужный сыр

твердый сычужный сыр после замораживания и криомеханодеструкции

исходный твердый сычужный сыр

твердый сычужный сыр после замораживания и криомеханодеструкции

Гид

рофильные остатки аминокислот

Аланин

2,48

3,84

3,05

7,56

11,71

Аргинин

8,16

4,16

3,05

24,89

12,69

Цистин

1,28

0,96

2,71

3,47

2,60

Глутаминовая к-та

18,84

15,04

2,50

47,10

37,60

Аспарагиновая к-та

5,68

7,39

2,26

12,84

16,70

Треонин

3,03

3,97

1,84

5,58

7,30

Серин

4,7

5,89

0,17

0,80

1,00

Глицин

1,75

1,78

0,0

0

0

Сумма:

45,92

43,03

102,24

89,60

Гидрофобные остатки аминокислот

Валин

1,92

3,46

7,06

13,55

24,43

Изолейцин

3,93

6,72

12,4

48,73

83,33

Лейцин

9,82

8,16

10,10

99,18

82,42

Лизин

5,3

10,05

6,27

33,23

63,01

Метионин

4,44

3,58

5,45

24,20

19,51

Триптофан

3,0

2,24

12,50

37,50

28,0

Фенилаланин

4,57

4,74

11,10

50,73

52,61

Гистидин

4,31

3,97

5,85

25,21

23,22

Пролин

7,35

8,83

10,85

79,75

95,80

Тирозин

9,44

5,22

12,00

113,28

62,64

Сумма:

54,08

56,97

525,37

534,97

Гидрофильные и гидрофобные остатки аминокислот

Сумма:

100,0

100,0

627,61

624,57

Отношение суммы гидрофильных к сумме гидрофобных остатков аминокислот

0,85

0,76

Установлено, что при замораживании и криомеханодеструкции параллельно с деструкцией части белка до отдельных аминокислот и простых пептидов происходит уменьшение в молекулах белка массовой доли гидрофильных остатков аминокислот (С n ), увеличение гидрофобных остатков (С нn ) и уменьшение соотношения между ними (С n / С нn ).

Полученные результаты позволили провести сравнение размера и формы белковых молекул твердого сычужного сыра исходного и после замораживания и низкотемпературно-измельченного согласно теории Нобелевского лауреата Е.Г.Фишера (табл. 3).

Таблица 3 - Сравнительная характеристика белковых молекул исходного и замороженного и низкотем-пературноизмельченного твердого сычужного сыра (n=3, P≥0,95)

Показатель

Твердый сычужный сыр

исходный

после обработки

Содержание полярных остатков аминокислот, С n , %

45,92

43,03

Содержание неполярных остатков аминокислот, С нn , %

54,08

56,97

Соотношение С n / С нn

0,85

0,76

Радиус молекулы, r o , мкм

0,2265∙10-2

0,2474∙10-2

Радиус ядра молекулы, r, мкм

0,1765∙10-2

0,1974∙10-2

Объем молекулы, V, мкм3

0,04∙10-6

0,08∙10-6

Показатель заполнения ядра молекулы гидрофобными остатками, b (по графику)

0,90

0,45

Форма белковой молекулы

вытянутый эллипсоид (b > b s )

надмолекулярные структуры (b < b s )

Установлено, что замораживание и криомеханодеструкция приводят к увеличению радиуса, объема белковой молекулы, радиуса ее ядра, а также к уменьшению показателя заполнения ядра гидрофобными остатками. Кроме того, изменяется форма белковых молекул. Согласно теории Е.Г. Фишера, молекулы исходного твердого сычужного сыра имеют вид вытянутых эллипсоидов, а после замораживания и криомеханодеструкции приобретают вид надмолекулярных структур (табл. 3), что способствует увеличению доступности, растворимости, пептизации белковых молекул при подготовке твердого сычужного сыра к плавлению и получения однородной текучей сырной массы. Модельными опытами установлено, что комплексное использование замораживания и криомеханодеструкции позволяет не только уменьшить количество солей-плавителей, а вообще их исключить. Указанные технологические приемы замораживания и криомехано-деструк-ции были использованы при разработке технологии плавленых сырных продуктов (сырно-овощных начинок для кондитерских изделий «ПанКейк», сырных соусов-дрессин-гов, пастообразных плавленых сыров).

Заключение, выводы

Таким образом, показано, что использование замораживания и интенсивного измельчения (криомеханодеструкции) твердых сычужных сыров приводит к значительной деструкции и дезагрегации гелевой структуры белка, разрушению белково-липидных комплексов, интенсификации разрушения белка и существенному увеличению массовой доли отдельных свободных α-кислот за счет механолиза белка, конформационным изменениям молекулы белка, что приводит к исключению применения солей-плавителей в технологии производства плавленых сыров и плавленых сырных продуктов.

На основе проведенных теоретических и экспериментальных исследований научно обоснована и разработана технология плавленых сыров и плавленых сырных продуктов, которая включает использование комплексного влияния на сырье замораживания и криомеханодеструкции, совместное влияние которых при подготовке твердых сычужных сыров к плавлению приводит к деструкции параказеинаткальцийфосфатного комплекса, конформационным изменениям молекул белка, что дает возможность исключить применение солей-плавителей и получить однородную гомогенную сырную массу при плавлении.

На новые виды плавленых сыров и плавленых сырных продуктов разработана нормативная документация, проведена апробация в производственных условиях. Новые виды сырно-овощных начинок для кондитерских изделий «ПанКейк» внедрены в серийное производство.

Список литературы Инновационная технология плавленых сырных продуктов с использованием замораживания и криомеханодеструкции

  • Павлюк Р.Ю. Розробка технологiї консервованих вiтамiнних фiтодобавок i їх використання в продуктах харчування профiлактичної дiї: дис. … д-ра техн. наук/Р.Ю. Павлюк. -ОДАХТ: Одеса, 1996. -446 с.
  • Павлюк Р.Ю. Товароведение и инновационные технологии переработки лекарственно-технического растительного сырья: Учебное пособие/Р.Ю. Павлюк, В.В. Погарская и др. -Харьк. гос. ун-т пит. и торговли. -Х., 2013. -429 с.
  • Погарська В.В. Наукове обґрунтування технологiї каротиноїдних i хлорофiлвмiсних дрiбнодисперсних рослинних добавок: дис. … д-ра техн. наук/В. В. Погарська. -ОДАХТ: Одеса, 2012. -472 с.
  • Павлюк Р.Ю. Новые технологии витаминных углеводсодержащих фитодобавок и их использование в продуктах профилактического действия: моногр./Р. Ю. Павлюк, А. И. Черевко и др. -Х. -К., 1997. -285 с.
  • Веркин Б.И. Технология криогенного измельчения сырья при получении порошкообразных концентратов для безалкогольных напитков/Б. И. Веркин, Р. Ю. Павлюк, Г. И. Максименко и др.//Обзорная информация. Серия 22. Пивоваренная и безалкогольная промышленность. -АгроНИИТЭИПП. -М. -1988. -Выпуск 8. -28 с.
  • Павлюк Р.Ю. Освоение новых безотходных технологий витаминных фитодобавок и новых продуктов для имунопрофилактики населения/Р. Ю. Павлюк//Обзорная информация. Серия 22. Пивоваренная и безалкогольная промышленность. -АгроНИИТЭИПП. -М. -1996. -Выпуск 2. -24 с.
  • Павлюк Р.Ю. Нанотехнологiї заморожених крiопаст iз плодiв та овочiв з унiкальними характеристиками -добавок для функцiональних молочних продуктiв/Р. Ю. Павлюк, В. В. Погарська та iн.//Молокопереробка. -2010. -№1. -С. 24-29.
Еще
Статья научная