Разработка технологии производства напитков на основе импульсного электронно-пучкового способа воздействия

Using of impulse electron-beam decontamination as the basic technological operations in the production of milk drinks, allows to destroy pathogen microflora. In a basis of this method lies electron-beam treatment of object by uniformly directed monochromic electron beams (rays). One of essential advantages of the given method is that heat treatment of the milk is not observed, resulting in the change of its touch sensitive properties.

Проведенные ранее исследования по изучению влияния импульсного электронного пучка на свойства молочного сырья показали, что воздействие пучком поточным способом способствует сохранению качественных показателей молока и молочной сыворотки.

Тем самым целью настоящей работы явилась разработка технологии производства напитков на основе импульсного электронно-пучкового способа воздействия.

Для реализации поставленной цели были определены следующие задачи:

• -    выбор режима импульсной электронно-пучковой обработки молока и молочной сыворотки;

• -    исследование влияния режима импульсной электронно-пучковой обработки на молекулярную структуру компонентов молока и молочной сыворотки;

• -    изучение хранимоспособности молока и молочной сыворотки, обработанных импульсным электронным пучком;

• -    разработка технологии производства напитков на основе импульсного электроннопучкового способа воздействия.

Выбор режима импульсной электронно-пучковой обработки молока и молочной сыворотки осуществлялся с учетом снижения общей микробной обсемененности молока и молочной сыворотки при подаче сырья в упаковки и в потоке. Снижение КМАФАнМ было изучено с использованием двухфакторного эксперимента.

На основе регрессионного анализа, проведенного методами математической статистики, получены следующие уравнения регрессии снижения микробной обсемененности, КМА-ФАнМ (ln N):

у 1 = 14,201 – 1,227 ∙ х 1 + 0,025 ∙ х 2 — уравнение регрессии снижения микробов при обработке молока в упаковке;

у 2 = 14,684 – 0,817 ∙ х 1 + 0,024 ∙ х 2 — уравнение регрессии снижения микробных клеток при обработке молока в потоке;

у 3 = 10,713 – 0,726 ∙ х 1 + 0,019 ∙ х 2 — уравнение регрессии снижения микробов при обработке молочной сыворотки в упаковке;

у 4 = 10,495 – 0,705 ∙ х 1 + 0,022 ∙ х 2 — уравнение регрессии снижения микробных клеток при обработке молочной сыворотки в потоке.

В качестве варьированных факторов выбраны: х 1 – доза воздействия, кГр; х 2 – кислотность, ⁰Т.

Полученные плоскости представляют собой математические модели снижения общей бактериальной обсемененности молока и молочной сыворотки при обработке в упаковке и в потоке в зависимости от дозы воздействия и кислотности (см. рис. 1).

Кислотность, 0 _Т

□ 0-2 □ 2-4 □4-6 □ 6-8 □8-10 □10-1 2 □12-14 □14-16

Кислотность, 0 _Т

□ 0-2 о 2-4 □4-6 □ 6-8 □8-10 □10-12 □12-14 □14-16

а ln N

Кислотность, 0 Т

Доза, кГр

□ 0-2 □ 2-4 □ 4-6 □ 6-8 □8-10 □10-12 □ 12-14

б

Кислотность, 0 _Т

□ 0-2 □ 2-4 □4-6 □ 6-8 □8-10 □10-12 □ 12-14

г

в

Рис. 1. Снижение общей микробной обсемененности а – при обработке молока в упаковке; б – при обработке молока в условиях потока; в – при обработке молочной сыворотки в упаковке; г – при обработке молочной сыворотки в потоке

Согласно рисункам 1а и 1б более резкий изгиб плоскости у второго рисунка свидетельствует о том, что обработка молока в потоке позволила максимально снизить микробиологическую обсемененность с 106 до 2∙10 КОЕ/см3 дозой 9,5 кГр. Пологость изгиба плоскости первого рисунка свидетельствует, что при обработке в упаковке несколько выше число микробов при дозе в 9,5 кГр - 1,6∙103 КОЕ/см3, чем при обработке в упаковке.

При изучении влияния импульсного электронного пучка на органолептические показатели молока было выявлено, что молоко, обработанное в упаковке, приобретает привкус и запах упаковочного материала, а при обработке в потоке сохраняет свои свойства.

В ходе дальнейших исследований выявлено, что воздействием пучком позволило снизить обсемененность молочной сыворотки в упаковке с 105 до 1,2∙102 КОЕ/см3 при 8,5 и 9,5кГр, а обработка в потоке - до 2,5∙102 КОЕ/см3 при дозе в 9,5 кГр. Это видно из рисунков 1в и 1г.

Исследованиями органолептических показателей молочной сыворотки показано, что сыворотка, обработанная в упаковке, также приобретает привкус и запах упаковочного материала, а при обработке в потоке сохраняет свои свойства.

Тем самым, наиболее предпочтительным режимом импульсной электронно-пучковой обработки как молока, так и молочной сыворотки выбран поточный режим дозой воздействия в 9,5 кГр, т.к. он позволяет сохранить его органолептические, физико-химические показатели и снизить общую микробиологическую обсемененность молока и молочной сыворотки.

Также было изучено влияние доз импульсного электронного пучка на инактивацию фосфатазы, результаты представлены в таблице 1.

Таблица 1

Влияние доз импульсного электронного пучка на инактивацию фосфатазы

Доза, кГр	Молоко, обработанное		Молочная сыворотка, обработанная
	в упаковке	в потоке	в упаковке	в потоке
4,5	+	+	+	+
5,5	+	+	+	+
6,5	+	+	+	+
7,5	+	+	+	+
8,5	-	-	-	-
9,5	-	-	-	-

Как видно из данных, приведенных в таблице 1 при определении фосфатазы, ее отсутствие было выявлено при дозах 8,5 и 9,5 кГр, что свидетельствовало об инактивации фосфатазы молока и молочной сыворотки. При тепловой же обработке она инактивируется при 70 -750С.

Высокая чувствительность фермента к ионизирующему излучению при дозе 8,5 и 9,5 кГр может быть связана с денатурацией его белковой структуры за счет изменения его нативной конформации.

Далее методом ИК-спектроскопии исследовано влияние выбранного режима обработки на молекулярную структуру компонентов молока и молочной сыворотки и проведено сравнение с термическим воздействием.

Полученные ИК-спектры представлены на рисунках 2 и 3.

При сравнении спектров молока и молочной сыворотки видно, что для спектров молока характерны многочисленные пики с большим процентом пропускания, чем для молочной сыворотки. Это свидетельствует о том, что изменения в химической структуре компонентов молока, как при тепловом, так и импульсном электронно-пучковом воздействии, в основном связаны с казеиновой частью. Тогда как в молочной сыворотке казеин не содержится и таких пиков не наблюдается.

Рис. 2. ИК-спектры образцов молока:

1 - сырое молоко; 2 - молоко, обработанное импульсным электронным пучком;

3 - пастеризованное молоко

кшнжое чис.ю, см

Рис. 3. ИК-спектры образцов молочной сыворотки:

1 – сырая молочная сыворотка; 2 – молочная сыворотка, обработанная импульсным электронным пучком; 3 – пастеризованная сыворотка

Сравнительный анализ спектров образцов молока (см. рис. 2) позволил сформулировать следующее. Спектр обработанного пучком молока по колебаниям и по проценту пропускания схож со спектром сырого молока. Тогда как на спектре пастеризованного молока видны интенсивные пики с бóльшим процентом пропускания. Это говорит о том, что при термической обработке химическая структура компонентов молока в значительной степени подвергается изменениям, чем при импульсном электронно-пучковом воздействии.

При проведении исследований молочной сыворотки все три образца дали одинаковые спектры по колебаниям и проценту пропускания с незначительными отклонениями.

Таким образом, приведенные сравнительные данные свидетельствуют о том, что используемая импульсная электронно-пучковая обработка является более щадящей в сравнении с тепловым воздействием и не приводит к изменениям молекулярной структуры компонентов молока и молочной сыворотки. Это может быть принято как одно из преимуществ такой обработки перед традиционным термическим способом.

Задачей дальнейших исследований было изучить хранимоспособность молока и молочной сыворотки, обработанных импульсным электронным пучком. Результаты исследований представлены в таблицах 2 и 3.

Как видно из данных, представленных в таблице 2, молоко, обработанное пучком, обладает стабильными органолептическими показателями в течение 5 суток хранения. Величина титруемой кислотности за 120 часов хранения возросла на 10Т. Содержание КМАФАнМ за период изменилось с 1,6∙103 до 5∙103 КОЕ/см3.

Таблица 2

Качественные показатели молока, обработанного импульсным электронным пучком

Показатели	Продолжительность хранения, t=4-60С , час
	24          48          72         96        120
Органолептические:
Внешний вид и консистенция Вкус и запах Цвет	однородная жидкость без осадка и хлопьев чистый, без посторонних привкусов и запахов белый
Физико-химические:
Титруемая кислотность, 0Т	19            19            19          19          20
Микробиологические:
КМАФАнМ, КОЕ/см3	1,6∙103         2,5∙103        3,3∙103       4,3∙103       5∙103
БГКП (колиформы) в 0,01 см3	отсутствовали
Патогенные в 25 см3, в том числе сальмонеллы	отсутствовали
S. aures, в 1,0 см3	отсутствовали

Согласно данным, приведенным в таблице 3, молочная сыворотка, обработанная импульсным электронным пучком, сохраняет органолептические характеристики в течение 180 часов хранения. Величина титруемой кислотности за 180 часов хранения возросла на 1 0Т. Содержание КМАФАнМ увеличилось с 2,5∙103 до 6,5∙103 КОЕ/см3.

Исследования показали отсутствие в пробах молока и молочной сыворотки в процессе хранения при температуре 4-6 0С патогенной и условно-патогенной микрофлоры.

На основании результатов проведенных исследований разработаны технологические схемы производства напитков на основе импульсного электронно-пучкового способа воздействия (см. рис. 4 и 5).

При разработке технологической схемы за основу была взята традиционная технология производства пастеризованного молока, где вместо термической обработки была использована импульсная электронно-пучковая обработка.

Таблица 3 Качественные показатели молочной сыворотки, обработанной импульсным электронным пучком

Показатели	Продолжительность хранения, t=4-60С , час
	36          72    1    108         144 п 180
Органолептические:
Внешний вид и консистенция Вкус и запах Цвет	однородная жидкость без посторонних примесей чистые, свойственные молочной сыворотке, кисловатые, без посторонних привкусов и запахов светло-желтый
Физико-химические:
Титруемая кислотность, 0Т	75          75     1     75          76          76
Микробиологические:
КМАФАнМ, КОЕ/см3	2,5∙103   1 4,0∙103 1 4,7∙103   1 5,6∙103   1 6,5∙103
БГКП (колиформы) в 0,01 см3	отсутствовали
Патогенные в 25 см3, в том числе сальмонеллы	отсутствовали
S. aures, в 1,0 см3	отсутствовали

Согласно предлагаемой технологической схеме натуральное молоко–сырье, принятое по ГОСТ Р 52054-2003, подвергается очистке ультрафильтрованием с помощью сепараторов-молокоочистителей для удаления механических примесей и микроорганизмов. После очистки молоко нормализуется по содержанию жира в потоке с использованием сепаратора-нормализатора при температуре 35-45 0С. Для предотвращения отстоя жира предварительно подогретое нормализованное молоко подвергают гомогенизации при температуре 62 – 63 0С и давлении 12,5 – 15 МПа. После гомогенизации молоко охлаждают до 25 – 35 0С.

Затем молоко обрабатывают импульсным электронным пучком в потоке дозой 9,5 кГр с использованием сильноточного ускорителя электронов.

Обработанное молоко охлаждают до 4 – 6 0С и разливают в полиэтиленовые пакеты вместимостью 0,25; 0,5; 1,0 л, направляют на временное хранение сроком не более 18 ч в холодильные камеры с температурой не выше 80С и влажностью 85 – 90 %.

По результатам исследований была разработана технологическая схема производства напитка из молочной сыворотки (см. рис. 5). За основу также была взята традиционная технология производства пастеризованной молочной сыворотки, где вместо термической обработки была использована импульсная электронно-пучковая обработка.

Сырая молочная сыворотка принимается по ОСТ 10213-97, затем нагревается до 35 – 40 0С. Нагретая сыворотка сепарируется для удаления казеиновой пыли.

Подготовленную сыворотку обрабатывают импульсным электронным пучком в потоке дозой 9,5 кГр с использованием сильноточного ускорителя электронов.

Обработанную молочную сыворотку охлаждают до 4 – 6 0С и разливают в полиэтиленовые пакеты вместимостью 0,25; 0,5; 1,0 л, направляют на временное хранение сроком не более 18 ч в холодильные камеры с температурой не выше 8 0С и влажностью 85 – 90 %.

Рис. 4. Технологическая схема производства напитка из молока

Выводы

• 1.    Доказано, что импульсный электронный пучок может быть использован для обработки молочного сырья. При этом целесообразно применять поточный способ обработки дозой 9,5 кГр, что позволяет сохранить органолептические, физико-химические показатели и снизить общую микробиологическую обсемененность молока и молочной сыворотки, которая соответствует требованиям НТД.

• 2.    Методом ИК-спектроскопии было доказано, что выбранный режим обработки не приводит к изменениям молекулярной структуры компонентов молока и молочной сыворотки.

• 3.    Установлено, что качественные показатели молока, обработанного импульсным электронным пучком, остаются стабильными в течение 120 часов хранения при температуре 4-6 ⁰С, а обработанной молочной сыворотки в течение 180 часов.

4. Разработаны технологические схемы производства напитков на основе импульсного электронно-пучкового способа воздействия.

Рис. 5. Технологическая схема производства молочного напитка из молочной сыворотки