Влияние содержания различных доз сухого обезжиренного молока на структурно-механические свойства смесей мороженого и энергопотребление технологического оборудования при производстве мороженого "Пломбир"

Производство мороженого отличается значительным разнообразием видов выпускаемого ассортимента продукции. В течение года, особенно в периоды высокого потребительского спроса на мороженое, у предприятий возникает необходимость изменения рецептуры смеси для выпуска различных наименований мороженого. Изменение состава смеси влечет за собой корректировку некоторых параметрических характеристик, в первую очередь удельного расхода энергии технологического оборудования (кВт/ч), в том числе насосов для стабильной подачи смеси и фризера [13].

Важными физическими характеристиками смеси мороженого являются плотность и вязкость, которые, безусловно, зависят от химического состава. Использование методов оценки структурно-механических свойств смесей мороженого позволяет разрабатывать готовый продукт со стандартными характеристиками и высокими потребительскими свойствами. Одной из важнейших реологических характеристик, оказывающих существенное влияние на теплообмен и затраты потребляемой мощности при обработке смесей мороженого, является их вязкость [8]. Смесь мороженого является структурированной жидкостью с незначительной аномалией вязкости и предельным напряжением сдвига, поэтому ее можно условно принимать как ньютоновскую жидкость [10]. Для характеристики консистенции смеси мороженого используют величину условной вязкости.

Вязкость смесей мороженого зависит от состава смеси, температурных режимов обработки и других факторов [12]. Результаты исследования физико-механических и преимущественно реологических показателей смесей мороженого могут быть использованы при конструктивных расчетах технологического оборудования для производства мороженого [7]. При разработке и определении оптимальных условий работы оборудования необходимо исследовать физико-механические свойства обрабатываемого продукта с учетом тепловых и механических воздействий на него со стороны рабочих органов и теплопередающих поверхностей фризера [11].

Определение состояния структуры смеси для мороженого с помощью реологических характеристик, а именно изменения вязкости, позволит не только управлять процессом производства мороженого на этапе фризерования, но и контролировать этот процесс. Когда значения вязкости достигают определенной величины, рычаг датчика поворачивается и замыкает электрическую цепь, управляющую работой фризера [2].

Теоретически увеличение количества белка в мороженом должно улучшать как вкус, так и взбитость смеси, но, поскольку наиболее часто используемые сухое обезжиренное молоко и сухая сыворотка содержат большое количество лактозы, безграничное повышение количества белка может привести к увеличению ее содержания и возникновению порока «песчанистости» [6].

Цель настоящего исследования - изучение влияния внесения различных концентраций сухого обезжиренного молока на структурно-механические и органолептические свойства смесей мороженого и энергопотребление технологического оборудования при производстве мороженого «Пломбир» 15%-ной жирности.

Задачи исследования:

• –    определение условной вязкости и плотности каждого экспериментального образца;

• –    изучение влияния вязкости на энергопотребление технологического оборудования: кулачкового насоса фирмы «Альфа Лаваль» и фризера КМ-140 Crepaco (USA), установленных на базе ООО «Калинов Мост»;

• –    проведение оценки влияния внесения сухого обезжиренного молока на органолептические свойства образцов смесей мороженого.

Объекты и методы исследований

Исследования были выполнены на базе лабораторий кафедр «Товароведение и переработка продукции животноводства» и «Эксплуатация мобильных энергетических средств и 19

сельскохозяйственных машин» Нижегородской государственной сельскохозяйственной академии (НГСХА). Была проведена серия экспериментальных исследований, направленных на получение данных об условной вязкости и плотности смесей мороженого. Производственная апробация результатов исследования осуществлялась в условиях ведущего предприятия, выпускающего мороженое «Пломбир», – ООО «Калинов Мост» (договор о взаимном сотрудничестве № 4-17 от 25.11.2017).

Контрольный образец смеси мороженого с массовой долей жира 15 % готовили по ГОСТ 31457 [5]. Рецептура смеси представлена в таблице 1. В опытные образцы смеси добавляли различные дозы СОМ (ГОСТ 33629) [6], %: 2,5; 3,5; 5,5; 6,5 и 7,5.

Таблица 1

Рецептура контрольной смеси мороженого «Пломбир» с массовой долей жира 15 %

Наименование сырья	Расход сырья на 1000 кг, кг
Вода питьевая	555,38
Масло сливочное	180,00
Сахар-песок	140,00
СЦМ	75,00
СОМ	45,00
Стабилизатор «Кремодан»	4,50
Экстракт ванили	0,12

При проведении исследования использовался комплекс общепринятых стандартных методов исследования. Эксперименты проводились в пятикратной повторности. Обработка результатов измерений проводилась с помощью известных методов математической статистики с использованием программы MS Excel.

Плотность смесей мороженого определяли ареометрическим методом при помощи оборудования согласно ГОСТ 18481 [2]. Исследуемую смесь температурой 20 °С хорошо перемешали и налили в стеклянный цилиндр диаметром 50 мм по стенке во избежание образования пены. При опускании ареометра АОН-2 1080-1160 в смесь между его корпусом и стенками цилиндра оставалось 5 мм. Ареометр медленно погрузили в смесь до деления смеси 1,100 и оставили свободно плавать. Когда ареометр установился, отсчитали показания по верхнему краю мениска.

Исследование условной вязкости смеси проводили с помощью вискозиметра типа ВЗ-246 в соответствии с ГОСТ 9070 [1]. Для определения условной вязкости образцов смеси мороженого применялось сопло диаметром 2 ± 0,012 мм. Вискозиметр поместили в штатив и с помощью уровня установили в горизонтальном положении. Под сопло вискозиметра поставили сосуд. Для определения вязкости жидкости выбрали эталонную жидкость, вязкость которой является известной величиной. Отверстие сопла закрыли пальцем, смесь мороженого налили в резервуар прибора с избытком, до образования выпуклого мениска над верхним краем резервуара. Избыток смеси и образовавшиеся пузырьки воздуха удалили при помощи стеклянной палочки, сдвигаемой по верхнему краю воронки в горизонтальном направлении таким образом, чтобы не образовалось воздушной прослойки. Открыли отверстие сопла и одновременно с появлением испытываемой смеси мороженого из сопла включили поверенный секундомер «Агат 4282». В момент первого прерывания струи испытуемой смеси секундомер остановили и отсчитали время истечения.

Органолептические свойства контрольного и экспериментальных образцов смесей мороженого осуществляли согласно ГОСТ Р ИСО 22935-2 [4]. Подбор экспертов осуществлялся в соответствии с рекомендациями ГОСТ 22935-1 [3]. С целью наиболее объективной оценки смесей мороженого комиссией была разработана 60-балльная шкала оценки: вкус и запах – 30 баллов, консистенция – 25, цвет – 5 баллов.

Для исследования увеличения или снижения номинальной мощности электродвигателей кулачкового насоса и фризера применяли ваттметр марки APPA A18 Plus.

Результаты исследования и их обсуждение

Результаты влияния вносимой концентрации сухого обезжиренного молока на условную вязкость и плотность смесей мороженого – пломбира ванильного с массовой долей жира 15 % - приведены в таблице 2.

Таблица 2

Влияние вносимой концентрации сухого обезжиренного молока на условную вязкость и плотность смесей мороженого

Образец смеси	Содержание сухого обезжиренного молока в смеси на 1000 кг, %	Вязкость смеси при температуре 4 ° С, мПа - с	Плотность, кг/м3
№ 1	2,5	3,17	1068,52
№ 2	3,5	4,43	1082,15
Контрольный	4,5	5,70	1093,72
№ 3	5,5	6,79	1106,61
№ 4	6,5	7,95	1118,16
№ 5	7,5	9,79	1129,60

Как следует из данных, представленных в таблице 2, при изменении дозы СОМ условная вязкость и плотность повышаются от 3,17 до 9,79 мПа - с и от 1068,52 до 1129,60 кг/м³ соответственно. При уменьшении дозы СОМ на 1 и 2 % по сравнению с контрольным образцом вязкость смеси уменьшилась на 22,3 и 44,4 %, плотность - на 1,1 и 2,3 % соответственно. При увеличении дозы на 1, 2 и 3 % - на 19,1, 39,5, 71,8 % и на 1,2, 2,2, 3,3 % соответственно.

Результаты сенсорной оценки при использовании 60-балльной шкалы для всех органолептических свойств образцов смесей мороженого, выработанных по рецептуре (табл. 1) с установленными дозами СОМ, указаны в таблице 3.

Таблица 3 Сравнительный анализ органолептических свойств образцов контрольной и экспериментальных смесей мороженого

Образец смеси	Содержание СОМ, % на 1000 кг	Словесная оценка с указанием баллов			Сумма баллов
		вкус и запах	консистенция	цвет
1	2	3	4	5	6
№ 1	2,5	чистый, характерный для данного вида смеси, со слабым эффектом пастеризации 26,7	консистенция слабовязкая, однородная 18,7	слабо-кремовый, равномерный по всей массе 4,7	50,1
№ 2	3,5	чистый, характерный для данного вида смеси, с легким эффектом пастеризации 25,2	консистенция слабовязкая, однородная 19,8	слабо-кремовый, равномерный по всей массе 4,6	49,6
Контроль-ный	4,5	чистый, характерный для данного вида смеси, с легким эффектом пастеризации 27,5	консистенция характерная для смеси, однородная с едва заметной крупитчатостью 22,6	белый цвет со слабо-кремовым оттенком 5,0	55,1
№ 3	5,5	чистый, характерный для данного вида смеси, с эффектом пастеризации 28,4	консистенция характерная для смеси, однородная со слабозаметной крупитчатостью 23,8	белый цвет со слабо-кремовым оттенком 5,0	57,2

Продолжение таблицы 3

1	2	3	4	5	6
№ 4	6,5	чистый, характерный для данного вида смеси, с эффектом пастеризации 27,8	консистенция вязкая, однородная со слабозаметной крупитчатостью 22	белый с кремовым оттенком 4,5	54,3
№ 5	7,5	чистый, характерный для данного вида смеси, с эффектом пастеризации 24,8	консистенция вязкая, однородная с заметной крупитчатостью 21,5	белый с кремовым оттенком 4,3	50,6

Как следует из исследования органолептических свойств, приведенных в таблице 3, все образцы смесей мороженого в основном имеют чистый, характерный для смеси вкус, с легким эффектом пастеризации, в разной степени однородную вязкую консистенцию. Цвет у образцов - от слабо-кремового до белого с кремовым оттенком. Согласно мнению всех 13 специалистов-дегустаторов образец № 3 по органолептическим показателям наиболее приближен к контрольному. По итогам балльной оценки образцы получили 55,1 и 57,2 балла соответственно.

Результаты изучения влияния вязкости смеси на электропотребление технологического оборудования представлены на рисунке.

Вязкость смеси, мПа∙с

Рисунок – Влияние вязкости смесей мороженого на энергопотребление кулачкового насоса при перекачке и фризеровании образцов смесей мороженого

Из рисунка следует, что с увеличением вязкости значения потребляемой энергии увеличиваются пропорционально, но незначительно, в среднем на 4,3 %. С экономической точки зрения данные изменения не оказывают значительного влияния на себестоимость продукции.

Выводы

На основании выполненных исследований установлено, что при увеличении дозы вносимого СОМ в рецептуру смеси мороженого с 2,5 до 7,5% условная вязкость и плотность изменяются от 3,17 до 9,79 мПа ⋅ с и от 1068, 52 до 1129,60 кг/м³ соответственно.

Доказано, что увеличение содержания сухих веществ в смеси мороженого не приводит к значительным энергозатратам основного оборудования: кулачкового насоса («Альфа Лаваль») и фризера КМ-140 (Crepaco), в среднем на 4,3 %.

Установлено, что повышение концентрации СОМ в смеси не ухудшает органолептических свойств смеси.

На основании изучения сенсорных характеристик смеси для мороженого и энергозатрат основного оборудования установлена возможность внедрения в производство технологии мороженого с повышенным содержанием сухих веществ.