Разработка технологии вареных колбасных изделий с использованием адаптированной изомеризованной деминерализованной молочной сыворотки

На правах рукописи

СТРЕЛЬЧЕНКО АЛИНА ДАМИРОВНА

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ВАРЕНЫХ КОЛБАСНЫХ ИЗДЕЛИЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ АДАПТИРОВАННОЙ ИЗОМЕРИЗОВАННОЙ ДЕМИНЕРАЛИЗОВАННОЙ МОЛОЧНОЙ СЫВОРОТКИ

Специальность: 05.18.04 – Технология мясных, молочных и рыбных

продуктов и холодильных производств

А В Т О Р Е Ф Е Р А Т

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Ставрополь 2012

Работа выполнена на кафедре технология мяса и консервирования ФГБОУ ВПО «Северо-Кавказский государственный технический университет»

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Шипулин Валентин Иванович

Официальные оппоненты: Запорожский Алексей Александрович

доктор технических наук, старший научный

сотрудник, ФГБОУ ВПО «Кубанский

государственный технологический университет»,

кафедра технологии мясных и рыбных

продуктов, профессор

Брацихин Андрей Александрович

доктор технических наук, доцент

ФГБОУ ВПО «Северо-Кавказский

государственный технический университет»,

кафедра технологии машиностроения и

технологического оборудования, профессор

Ведущая организация: ФГБОУ ВПО «Горский государственный

аграрный университет», г. Владикавказ

Защита диссертации состоится 18 мая 2012 г в 13-00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.245.05 при ФГБОУ ВПО Северо-Кавказском государственном техническом университете по адресу: 355028, г. Ставрополь, пр. Кулакова, 2, ауд. К 308

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Северо-Кавказский государственный технический университет». С авторефератом на сайтах СевКавГТУ www.ncstu.ru и ВАК РФ Министерства образования и науки РФ www.vak.ed.gov.ru/ru/dissertation/

Автореферат разослан « » апреля 2012 г.

Ученый секретарь

диссертационного Совета Д 212.245.05,

доктор технических наук, профессор Шипулин В. И.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Современные тенденции совершенствования и расширения ассортимента продуктов питания ориентированы на создание сбалансированной по пищевой и биологической ценности продукции, содержащей ингредиенты, способствующие улучшению и сохранению здоровья населения.

В этой связи требуется не только совершенствование технологии получения традиционных продуктов, но и создание широкого спектра пищевых продуктов нового поколения. Перспективным в реализации данного направления является широкое привлечение вторичных сырьевых ресурсов молочной промышленности, в частности, молочной сыворотки. Вопросам создания таких продуктов посвящены работы отечественных и зарубежных ученых: Астаниной В. Ю., Данс Л., Ким В. В., Конн Г. О., Жаринова А. И., Кочеткова А. А., Липатова Н. Н., Рогова И. А., Румянцевой Г. Н., Токаева Э. С., Уголева А. М., Харитонова В. Д., Храмцова А. Г., Шендерова Б. А., Щербаковой Э. Г., Dooley J., Honikel K. O., Kohwi L. D., Korhonen H., Lindley M. G., Potter D., Roberfroid M.

Однако, использование молочной сыворотки в колбасном производстве не получило широкого применения, так как при добавлении в естественном виде в мясную систему вносят не только определенное количество белков, лактозы и кальция, но и значительную часть одновалентных ионов – натрия и калия. Решением данной проблемы может служить деминерализация, которая позволит не только удалить часть минеральных веществ, содержащихся в сыворотке и оказывающих негативное влияние на ФТС сывороточных и мышечных белков, но и способствует ее частичному раскислению и переходу кальция в ионизированное состояние.

Еще одним перспективным направлением адаптации сывороточных компонентов для колбасного производства является изомеризация лактозы в лактулозу. В процессе изомеризации молочной сыворотки реагентом гидроксида кальция и последующей нейтрализацией лимонной кислотой приводит к повышению кальция в системе, в том числе в виде цитрата. Цитрат кальция используется в пищевой промышленности в качестве стабилизатора, консерванта, регулятора кислотности, фиксатора окраски и источника усваиваемого кальция.

Использование препаратов, содержащих сывороточные белки, кальций и лактулозу в рецептурах мясных продуктов, позволит обогатить их пребиотиком, снизить количество остаточного нитрита, что, несомненно, улучшит медико-биологические показатели готового продукта.

В этой связи, актуальным является проведение исследований по получению и использованию адаптированной изомеризованной деминерализованной молочной сыворотки в колбасном производстве.

Цель и задачи исследования. Целью настоящей работы является разработка технологии вареных колбасных изделий с пониженным введением нитрита натрия, с использованием деминерализованной молочной сывороткой, обогащенной лактулозой.

В соответствии с поставленной целью определены следующие задачи исследований:

• изучить влияния деминерализации и изомеризации молочной сыворотки с целью адаптации её свойств при использовании в технологии вареных колбас;
• на основании изменения динамики минерального состава в процессе деминерализации определить оптимальный уровень деминерализации молочной сыворотки и изучить её физико-химические и функциональные свойства;
• экспериментально обосновать, использование изомеризованной деминерализованной молочной сыворотки в технологии мясопродуктов для обогащения лактулозой, кальцием и улучшения ФТС фаршевых систем;
• на основании анализа влияния изомеризованной деминерализованной молочной сыворотки на свойства модельных фаршевых систем установить возможность снижения уровня введения нитрита натрия в рецептурах вареных колбас;
• обосновать оптимальное количество используемых в рецептуре компонентов: нитрита натрия и изомеризованной деминерализованной молочной сыворотки;
• изучить влияние изомеризованной деминерализованной молочной сыворотки на качественные характеристики готовых изделий;
• на основе анализа потенциальных рисков технологического процесса разработать и утвердить нормативную документацию на новый вид колбасных изделий;
• провести промышленную апробацию технологии нового вида вареной колбасы 1 сорта. Рассчитать экономическую эффективность готового продукта.

Научная новизна. Для адаптации свойств молочной сыворотки к использованию в мясных фаршевых системах теоретически обоснованы и экспериментально подтверждены технологические приемы обработки вторичного молочного сырья. На основании полученных данных обоснован уровень деминерализации молочной сыворотки как компонента фаршевых систем. Результаты проведенных исследований химического состава, физико-химических и функционально-технологических показателей изомеризованной деминерализованной молочной сыворотки (ИДМС) позволили установить степень ее влияния на свойства фарша для вареных колбас и качественные характеристики готового продукта. Получены математические модели, описывающие зависимость физико-химических, структурно-механических, цветовых показателей колбасных изделий от уровня введения нитрита натрия и ИДМС. Технологически обосновано снижение количества нитрита натрия в рецептурах вареных колбас с использованием ИДМС.

Практическая значимость работы. Разработана технология вареной колбасы 1 сорта «Отдельная особая» и утверждена нормативная документация СТО 02067965-055-2011. Предложенная технология прошла промышленную апробацию на ООО «Импульс» (г. Ставрополь).

Результаты исследований отмечены дипломом научно-практической конференции Совета молодых ученых Ставропольского края «Научные разработки и инновационные идеи развитию инновационной экономики России» (Ставрополь, 2010).

Апробация работы. Основные положения, изложенные в работе, докладывались и обсуждались на региональных и международных научных конференциях: «Вузовская наука – Северо-Кавказскому региону» (Ставрополь, 2008 - 2010); «Вавиловские чтения - 2010» (Саратов, 2010 ), «Инновационные направления в пищевых технологиях» (Пятигорск, 2010 ), «Инновационные аспекты переработки мясного сырья и создания конкурентоспособных продуктов питания» (Москва, 2010), «Современные достижения биотехнологии» (Ставрополь, 2011 )

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 21 печатная работа, в том числе 3 статьи в реферируемых ВАК изданиях.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, обзора литературы, 5 глав экспериментальной части, выводов, списка литературы, содержащего 214 источников, 16 приложений. Работа изложена на 154 страницах машинописного текста, содержит 31 таблицу и 25 рисунков.

СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность выбранного направления исследований.

В первой главе рассмотрена роль белков животного происхождения в технологии мясопродуктов, проанализированы современные проблемы и перспективы производства комбинированных мясопродуктов с использованием МБУК. Осуществлен анализ научной информации по использованию молочной сыворотки для разработки новых видов колбасных изделий, теоретически обоснована целесообразность исследований в данной области с целью расширения ассортимента колбасных изделий с учетом использования вторичных продуктов переработки молока. Изучены особенности формирования цвета комбинированных мясопродуктов, содержащих белково-углеводный концентрат на основе молочной сыворотки.

Во второй главе приведены характеристики объектов исследований, представлена схема проведения эксперимента, комплекс изучаемых показателей, методы их определения.

Основными объектами, комплекс показателей которых изучался в ходе реализации схемы эксперимента, являлись мясной фарш, сыворотка деминерализованная с УД 35, 50, 90 %, сыворотка изомеризованная деминерализованная, готовый продукт – вареная колбаса «Отдельная» 1с по ГОСТ Р 52196-03 и колбаса вареная «Отдельная особая».

Последовательность выполнения этапов работы, исследуемые объекты представлены на рис.1.

В ходе экспериментальных исследований определяли следующие показатели: содержание влаги (1); содержание белка (2); содержание жира (3); содержание золы (4); определение массовой доли лактозы (5); индекс растворимости (6); водопоглощаемая способность (7); жиропоглощаемая способность (8); эмульгирующая способность (9); массовая доля сухих веществ (10); концентрация водородных ионов (11); содержание макро- и микроэлементов (12); содержание кальция (13); содержание фосфора (14); содержание калия (15); содержание натрия (16); содержание магния (17); содержание железа, цинка, меди, марганца (18); водосвязывающая способность (19); водоудерживающая способность (20); содержание хлористого натрия (21); выход готового продукта (22); предельное напряжение сдвига (23); степень пенетрации (24); цветовые характеристики (25); содержание нитрозопигментов и общего количества пигментов (26); переваримость белков in vitro (31); определение относительной биологической ценности (32).

Рисунок 1 – Схема проведения исследований

В третьей главе приведены результаты экспериментальных исследований физико-химических свойств молочной сыворотки и мясных фаршевых систем для определения оптимального уровня деминерализации (35, 50 и 90 %). Изучение минерального состава подсырной сыворотки в процессе деминерализации (табл. 1) показало, что при повышении УД содержание минеральных веществ в молочной сыворотке уменьшается.

Таблица 1 – Изменение минерального состава сухой подсырной сыворотки в зависимости от уровня деминерализации (n=3, V<16)

Вид сыворотки	Минеральный состав, мг/кг
	Макроэлементы					Микроэлементы
	Na	K	Ca	Mg	P	Zn	Fe	Mn
Сыворотка подсырная исходная	1482	370,5	776,6	70,85	636,5	1,21	5,37	21,85
Сыворотка с УД=35 %	973,4	218,4	702,2	67,80	545,3	0,99	5,11	18,10
Сыворотка с УД=50 %	651,0	127,0	510,0	65,23	359,0	0,98	4,98	17,61
Сыворотка с УД=90 %	299,3	52,3	402,0	14,6	131,6	0,16	2,0	3,5

Из приведенных в табл. 1 данных следует, что в процессе электродиализной обработки количество натрия уменьшается с увеличением уровня деминерализации, по сравнению с натуральной сухой сывороткой. Одновременно, происходит уменьшение концентрации двухвалентных ионов – Са2+ и Mg2+, а также анионов фосфора.

Результаты исследования химического состава и основных ФТС сухой сыворотки с разным УД (табл. 2) позволили, установить, что в зависимости от УД незначительно изменяется процентное содержание белка. Для ДМС с УД = 90 % его количество составляет 12 %, для 35 и 50 % 11 %.

Таблица 2 Химический состав и ФТС ДМС с УД (n=3, V< 16)

Показатели	Уровень деминерализации
	35 %	50 %	90%
Массовая доля, %:
влаги	3,0	3,0	3,0
жира	1,0	1,0	1,0
белка	11,0	11,0	12,0
лактозы	80,5	81,0	83,0
золы	4,5	4,0	1,0
Индекс растворимости, см3сырого осадка	0,5	0,8	1,0
Водопоглощающая способность (ВПС), %	128,0	130,7	129,6
Жиропоглощающая способность (ЖПС), %	134,4	135,8	134,8
Величина рН	6,41	6,54	6,51

Содержание лактозы, в ДМС с УД= 90 % составляет 83 %, с УД= 50 % 81,0 %, с УД = 35 % 80,5 %.

Установлено, что процесс деминерализации оказывает влияние на водопоглощающую способность, так наибольшей ВПС обладает молочная сыворотка с УД = 50 % (130,7 %), что объясняется большем значением рН (6,54), по сравнению с УД = 35 и 90 %. ДМС с УД = 50 % имеет также высокий уровень ЖПС, достигающий 135,8 %, по сравнению с УД = 35 и 90 %, которые на 1,4 % и 1 % меньше соответственно, что может способствовать стабильности фаршевых систем, предотвращать появление жировых отеков и уменьшить потери при тепловой обработке. Высокая ЖПС деминерализованной сыворотки коррелирует со значениями ее эмульгирующей способности.

Для изучения эмульгирующих свойств использовали 1%-ный по белку раствор. Стабильность эмульсий оценивали в системах после термообработки (рис. 2).

а) б)

в)

Рисунок 2 – Соотношение объемов фаз в системе «жировая фаза- дисперсия деминерализованной молочной сыворотки»: а) с УД = 35 %; б) с УД=50 %, в) с УД=90%.

Диаграмма стабильности эмульсий (рис. 2 а, б) свидетельствует о положительном влиянии процесса деминерализации на ЭС сывороточных белков молока и приводит к увеличению объема стабильной эмульсии. Максимальный объем стабильной эмульсии достигается при исходной доле жировой фазы 60 % для сыворотки с УД = 35 % и ЭС составляет 150,0± 5,1г масла на 1 г белка, с УД = 50 % – 233,3± 3,1г масла на 1 г белка. Это может быть обусловлено удалением из системы Na+, снижающего данный показатель. Однако, при УД = 90 % (рис. 2 в) происходит снижение объема стабильной эмульсии. ЭС составляет 125 ± 4,5г масла на 1 г белка, что по-видимому связано с удалением значительной части минеральных веществ, в процессе деминерализации (табл. 1).

С целью определения влияния ДМС с разным УД на качественные характеристики модельных фаршевых системы типа вареных колбас изучены физико-химические, структурно-механические характеристики.

В результате сравнительной оценки установлено, что контрольный образец обладал наименьшим значением рН по сравнению с опытными, что можно объяснить высоким значением рН используемой ДМС.

Внесение ДМС в мясную систему наряду с изменением рН приводит к повышению ВСС, что, по-видимому, связано с тем, что содержащийся в молочной сыворотке кальций, вступая во взаимодействие с миофибриллярными кальцийзависимыми белками, изменяет их пространственную структуру.

Показатель ПНС в модельных образцах, содержащих ДМС с разным УД, ниже, чем в контрольном образце. Глубина степени пенетрации опытных образцов выше, чем у контрольного, что свидетельствует о повышении нежности и сочности продукта.

На этапе определения оптимального уровня введения и оценки влияния УД на функционально-технологические свойства фаршевых систем проведена серия экспериментальных исследований, имеющая в качестве выходных параметров значения ПНС фарша (Yпнс), степени пенетрации (Yп), ВУС готового продукта (Yвус). Полученные результаты обрабатывали с помощью уравнения второго порядка по плану полного двухфакторного эксперимента. Параметры представлены в натуральном выражении в табл. 3.

Таблица 3 Параметры двухфакторного эксперимента

Уровни варьирования входных параметров		Наименование параметров, обозначение
		Уровень введения, Х1, %	Уровень деминерализации, Х2, %
Верхний		26,00	80,50
	Нижний	8,00	29,50
	Средний	17,00	55
	Звездное плечо +R	29,73	91,06
	Звездное плечо -R	4,27	18,94

Обработка полученных данных позволила получить уравнения регрессии в зависимости от количества уровня введения ДМС в системе и УД (рис. 3, 4, 5).

Рисунок 3 – Поверхность отклика и изолинии ее сечения для ПНС фарша модельных фаршевых систем типа вареных колбас

Yпнс = 528,313– 4,785Х1 –14,383 Х2 – 10,492Х12 –48,230Х22 +9,525Х1Х2 (1)

Рисунок 4 – Поверхность отклика и изолинии ее сечения для пенетрации модельных фаршевых систем типа вареных колбас

Yп = 4,001+ 0,135Х1 + 0,415Х2 +0,343Х12+ 1,267Х22– 0,1Х1Х2 (2)

Рисунок 5 – Поверхность отклика и изолинии ее сечения для пенетрации модельных фаршевых систем типа вареных колбас

Yвус = 79,918+ 0,545Х1 – 0,732Х2 – 1,303Х12 – 6,326Х22 – 0,075Х1Х2 (3)

Сравнительный анализ поверхностей отклика и изолиний их сечений (рис. 3-5) свидетельствует, что оптимальными значениями варьируемых факторов являются: уровень деминерализации молочной сыворотки – 50 %, уровень введения деминерализованной молочной сыворотки – 15 %.

На следующем этапе в соответствии с задачами исследований изучено влияние изомеризации на свойства ДМС.

Исследования минерального состава ДМС и ИДМС (табл. 4), свидетельствуют, что процесс изомеризации существенно не повлиял на количественные показатели минерального состава сыворотки. В ИДМС определены практические все макро- и микроэлементы молока. Увеличение содержания ионов кальция в 1,4 раза в ИДМС, связано с его внесением в систему в процессе изомеризации как основного реагента в виде Ca(OH)2. При этом можно полагать, что нейтрализация ИДМС лимонной кислотой приводит к образованию цитрата кальция. Расчеты показали, что масса цитрата кальция может составлять 3,24 г на 1 литр концентрата ИДМС (СВ= 20-24 %).

Таблица 4 – Минеральный состав ДМС и ИДМС (n=3, V<12)

Вид сыворотки	Минеральный состав, мг/кг
	Макроэлементы					Микроэлементы
	Na	K	Ca	Mg	P	Zn	Fe	Mn
ДМС	651,0	127,0	510,0	65,23	359,0	0,98	4,98	17,61
ИДМС	634,0	129,0	695,0	61,18	353,0	0,961	4,987	17,59

На следующем этапе проведены исследования по изучению сравнительной характеристики физико-химических показателей ДМС и ИДМС (табл. 5).

Таблица 5 – Физико-химические показатели сухой ДМС и ИДМС (n = 3, V < 12)

Наименование показателя	Характеристика сыворотки молочной
	ДМС с УД 50 %	ИДМС с УД 50 %
Массовая доля влаги,%.	3,0	2,8
Массовая доля белка, %	11,0	11,0
Массовая доля лактозы, %,	81,0	68,4
Массовая доля лактулозы, %,	-	12,3
Массовая доля жира, %,	1,0	1,0
Массовая доля золы, %,	4,0	4,5
Индекс растворимости, см3сырого осадка	0,8	0,9
Водопоглощающая способность, %	130,7	132,7
Жиропоглощающая способность, %	135,8	138,9
Эмульгирующая способность, г жира на 1 г белка	233,3	245,6
Величина рН	6,54	6,55

Из приведенных в табл. 5 данных следует, что содержание лактозы в ИДМС в 1,2 раза меньше, чем в ДМС (81,0 %), что обусловлено частичной изомеризацией лактозы в лактулозу. Количество лактулозы в ИДМС составляет 12,3 % и может обеспечивать стимуляцию развития бифидофлоры в кишечнике человека при употреблении готового продукта.

В связи с тем, что содержание белка (11,0 %) в ИДМС незначительно, препарат практически не образует гели, но является эффективным эмульгатором. Установлено, что после изомеризации эмульгирующая способность молочной сыворотки увеличилась в незначительных пределах и составляет 245,6 ± 4,5г жира на 1 г белка, что видимо, зависит от изменения минерального состава в процессе изомеризации, в частности повышения содержания кальция.

Для оценки влияния ИДМС на функционально-технологические свойства фарша проведены исследования модельных фаршевых систем типа вареных колбас.

В качестве контроля служили образцы из 60 % говядины 1 сорта, 25 % свинины полужирной и 15 % шпика. В опытные образцы вносили деминерализованную сыворотку (УД = 50 %) и изомеризованную с уровнем деминерализации 50 %. В опытных образцах заменяли 15 % говядины, равным количеством гидратированной (1:2) молочной сыворотки. Во все образцы вводили 2,5 % поваренной соли и сверх рецептуры 15 % воды к массе основного сырья.

Результаты исследования физико-химических, структурно-механических показателей модельных фаршей и качественных характеристик готового продукта, полученного с ДМС и ИДМС (табл. 6) позволили установить, что введение ИДМС в мясной фарш приводит к увеличению рН до 6,28 ед. Это обусловлено тем, что в составе ИДМС входит цитрат кальция, который способствует сдвигу этого показателя в область более высоких значений, что повышает ВСС. Так для образцов с ИДМС этот показатель составляет 99,6 %, что на 3,9 % больше, чем для опытного образца с ДМС. Полученные значения ВСС фарша коррелируют с величиной ВУС готового продукта и составляют для опытного образца с ИДМС 81,9 %, для образца с ДМС – 79,9 %.

Таблица 6 Качественные показатели модельных фаршевых систем (n = 3, V < 16)

Показатели	Контроль	ДМС	ИДМС
		15%	15%
сырой фарш
Содержание влаги, %	68,2	68,6	68,1
Величина рН	5,9	6,29	6,28
ВСС фарша, % к общей влаге	92,90	95,70	99,60
ПНС фарша, Па	570,3	518,8	550,2
термообработанные образцы
Содержание влаги, %	62,5	63,3	63,0
Величина рН	6,12	6,48	6,46
ВУС готового продукта, % к общей влаге	66,9	79,9	81,9
Степень пенетрации, мм	3,9	4,2	4,0
Выход, % к массе не соленого сырья	110,1	112,7	113,0
Органолептическая оценка, балл	4,1	4,7	4,8

Увеличение количества кальция в системе, в том числе и в виде цитрата определяет изменение структурно-механических свойств сырого фарша. Происходит увеличение ПНС до 550,2 Па, по сравнению с образцом с ДМС, а степень пенетрации составляет 4,0 мм, по-видимому, это связано с тем, что Са 2+ вступает во взаимодействие с миофибриллярными белками и лактальбумином способствует образованию и стабилизации белковой матрицы и увеличивает данные показатели.

Экспериментальная проверка влияния вариации количества нитрита натрия и ИДМС в рецептурах вареных колбас на цветовые характеристики готовых изделий послужила основанием для определения количества этих компонентов в рецептуре вареной колбасы.

В качестве контроля принята рецептура колбасы вареной «Отдельная» 1 сорта состоящая из 60 % говядины 1 сорта и 25 % свинины полужирной, 15 % шпика. В 3-х опытных образцах для цветообразования использовался нитрит натрия с разным уровнем введения: в образце № 1 рекомендуемый уровень введения по рецептуре 6,4 г, в образце № 2 4,4 г, в образце № 3 2,4 г наряду с 15 %-ой заменой говядины ИДМС гидратированной в соотношении 1:2.

Установлено, что использование в рецептуре изделий ИДМС приводит к образованию более интенсивного цвета опытных образцов вареных колбас, о чем свидетельствует инструментальная оценка цвета, представленная в виде спектральных кривых (рис. 6). Наименее интенсивный цвет отмечен в контрольном образце с рекомендуемым введением нитрита натрия. Следует отметить, что количество вносимого в фаршевую систему ИДМС, также влияет на изменении цветовые характеристики готового продукта.

Рисунок 6 – Спектры отражения образцов вареных колбас

Введение ИДМС в мясные фарши приводит к повышению относительного содержания нитрозопигментов и уменьшению остаточного нитрита натрия в вареных колбасах (табл. 7).

Таблица 7 – Цветовые характеристики вареных колбас (n = 3, V < 16)

Показатели	Контроль	Опытные образцы
		№1	№2	№3
Цветовой модуль, G	100,3	97,7	94,1	90,1
Содержание нитрозопигментов, % к общему количеству пигментов	76,7	82,1	81,9	80,2
Остаточный нитрит, мг%	3,5	2,7	1,3	0,5

Так, в контрольном образце содержание нитрозопигментов составляет 76,7% к общему пигменту, тогда как в опытных образцах №1, № 2 и № 3 значение данного показателя повышается и достигает 82,1, 81,9 и 80,2 % соответственно. Это может быть связано с тем, что лактоза, входящая в состав ИДМС, приводит к более интенсивным оксиредукционным изменениям нитрита натрия с восстановлением до оксида азота и образованию большего количества нитрозопигментов. Снижая при этом вероятность получения нитрозаминов.

В четвертой главе с целью определения оптимального соотношения в рецептурах нитрита натрия и ИДМС, гарантирующих цветовых характеристик вареных колбас, проведено математическое планирование эксперимента с использованием матрицы двухфакторного эксперимента по униформ-ротатабельному плану. В качестве варьируемых факторов использовали следующие компоненты: нитрит натрия, ИДМС, согласно параметрам двухфакторного эксперимента (табл. 8).

Таблица 8 – Параметры двухфакторного эксперимента

Уровни варьирования входных параметров	Наименование параметров, обозначение
	ИДМС, Х1, мг%	Нитрит натрия, Х2, мг%
Верхний	24,90	7,01
Нижний	5,10	1,59
Средний	15,00	4,3
Звездное плечо +R	22,00	6,22
Звездное плечо -R	8,00	2,38

Обработка полученных данных с помощью приложения Excel позволила получить уравнения регрессии для выходных параметров Yнн – содержание остаточного нитрита натрия, Yпн – содержание нитрозопигментов и Yх – доля красного цвета, рассчитанных по спектрам отражения, полученных экспериментальным путем, а также получить их трехмерные изображения, представленные на рис. 7, 8, 9.

Рисунок 7 – Поверхность отклика для остаточного содержания нитрита натрия модельных фаршевых систем типа вареных колбас при введении нитрита натрия и ИДМС

Yнн=0,00150,00042Х1 + 0,0012Х2 +0,00031Х12 + 0,00078Х22 0,0002Х1Х2 (4)

Рисунок 8 – Поверхность отклика для содержания нитрозопигментов модельных фаршевых систем типа вареных колбас при введении нитрита натрия и ИДМС

Yнп =83,519+2,79Х1–0,926Х2–3,115Х12–2,140Х22+0,175Х1Х2 (5)

Рисунок 9 – Поверхность отклика для доли красного цвета х модельных фаршевых систем типа вареных колбас при введении нитрита натрия и ИДМС

Yх = 0,486 +0,0008Х1 + 0,0007Х2 – 0,0045Х12 –0,0068Х22 –0,0026Х1Х2 (6)

Сравнительный анализ поверхностей отклика показал, что наиболее интенсивная окраска вареных колбас имеет место при следующих оптимальных значениях варьируемых факторов: количество нитрит натрия – 2,9 мг%, количество гидратированной ИДМС – 15 %.

В пятой главе в соответствии с проведенными исследованиями ФТС исследуемой сыворотки и модельных фаршевых систем, предложены рецептура колбасы вареной 1 сорта (табл. 9).

Таблица 9 Рецептура вареной колбасы с ИДМС

Наименование сырья и пряностей	Контроль*	Опытный образец
Сырье, кг на 100 кг сырья
Говядина 1 сорт	60	45
Свинина полужирная	25	25
Шпик свиной	15	15
ИДМС	–	5
Вода на гидратацию ИДМС	–	10
Итого:	100	100
Пряности и материалы, г на 100 кг сырья
Соль поваренная пищевая	2500	2500
Нитрит натрия	6,4	2,9
Сахар	150	–
Перец черный	100	100
Чеснок	60	60

*Контроль – колбаса вареная «Отдельная» 1 сорта по ГОСТ Р 52196-2003

Результаты исследования свойств сырых фаршей и качественных показателей готового продукта (табл. 10), свидетельствуют, что введение в мясные фарши ИДМС приводит к снижению остаточного нитрита натрия в вареных колбасах. Это не отражается на визуальной оценке их окраски. Содержание остаточного нитрита в опытном образце в 8 раз меньше, чем в контрольном. Можно полагать, что ИДМС, содержащая лактозу, лактулозу и цитрат кальция, способствует более полной трансформации нитрита натрия, чем обеспечивает повышение уровня безопасности готового продукта.

Анализ кривых свидетельствует о незначительном различии в цвете контрольного и опытного образцов. Спектры отражения находятся практически на одинаковом уровне, а цветовые модули их равны G=100,25 и G=92,83 соответственно.

Таблица 10 – Показатели сырых фаршей и качественные характеристики готовых образцов колбасы вареной, выработанных с ИДМС (n = 3, V < 16)

Показатели	Контроль	Опытный образец
сырой фарш
Содержание влаги, %	67,9	68,1
Величина рН	5,9	6,27
ВСС фарша,% к общей влаге	92,2	99,6
ПНС фарша, Па	570,4	552,1
термообработанный фарш
Содержание влаги, %	61,9	62,1
Величина рН	6,12	6,42
ВУС готового продукта,% к общей влаге	66,9	82,0
Степень пенетрации, мм	3,9	4,0
Цветовой модуль, G	100,25	92,83
Содержание нитрозопигментов, % к общему количеству пигментов	74,7	81,2
Остаточный нитрит, мг %	3,2	0,4
Выход, % к массе несоленого сырья	110,0	113,1
Органолептическая оценка	4,78	4,87

Опытно-промышленная проверка предлагаемых решений проведена в условиях мясоперерабатывающего предприятия ООО «Импульс» при выработке вареной колбасы «Отдельная особая»1 сорта с ИДМС.

В качестве контрольного образца (№1) была принята рецептура колбаса вареная «Отдельная» 1 сорта (ГОСТ Р 52196-03). В опытные образцы в качестве цветообразующего компонента использовали нитрит натрия. В образце №2 в количестве 6,4 г, а в образце № 3 – 2,9 г, в каждом опытном образце производилась 15 % замена говядины, гидратированным в соотношении 1: 2 ИДМС.

Результаты исследования показали, что наименьшее содержание нитрозопигментов отмечено в образце №1 (контрольном), и составляет 76,7 % к общему количеству пигментов, тогда как наибольшее значение наблюдается в опытных образцах № 2, № 3 и составляет 82,7 %, 81,5 % соответственно. Это обусловлено наличием ИДМС, которая содержит лактозу, обладающую высокими редуцирующими свойствами и лактулозу оказывающую положительное влияние на процесс цветообразования, что согласуется с ранее полученными данными.

Использование пониженного количества нитрита натрия совместно с ИДМС позволяет получить более безопасный продукт с низким содержанием остаточного нитрита натрия – 0,34 мг%, в контрольном образце этот показатель составляет – 2,9 мг%.

С целью изучения влияния длительности хранения вареных колбас на устойчивость окраски, готовый продукт хранили при температуре 6оС в течение 21 суток. Установлено, что на устойчивость окраски исследуемых образцов не зависит от количества нитрита натрия, если в рецептуре используется ИДМС.

Микробиологические исследования показали, что снижение количества нитрита натрия в рецептуре и наличие ИДМС не влияет на микробиологические показатели готовых колбасных изделий.

Сравнительный анализ биологической ценности продукта позволил установить, что введение в состав фаршевых систем ИДМС улучшает переваримость готового продукта и повышает ОБЦ на 134,2 % по сравнению с контролем.

На основании экспериментальных исследований проведена адаптация системы ХАССП применительно к производству вареной колбасы «Отдельная особая» 1 сорта и разработан план ХАССП.

ВЫВОДЫ

1. Научно обоснована и экспериментально подтверждена целесообразность деминерализации и изомеризации молочной сыворотки для адаптации её свойств с целью производства вареных колбас.

2. На основании изменения динамики минерального состава в процессе деминерализации, физико-химических и функционально-технологических свойств определен оптимальный уровень деминерализации молочной сыворотки (УД=50%).

3. Установлено, что изомеризация деминерализованной молочной сыворотки позволяет повысить ФТС фаршевых систем и качественные характеристики готового продукта и обогатить лактулозой и кальцием мясные продукты.

4. На основании анализа влияния ИДМС на свойства модельных фаршевых систем предложено снизить уровень введения нитрита натрия в рецептуры вареных колбас без снижения цветовых характеристик продукта. При этом общее снижении количества остаточного нитрита натрия в готовом продукте составляет 0,34 мг%.

5. Математическая обработка экспериментальных данных позволило оптимизировать количество используемых в рецептуре компонентов нитрит натрия – 2,9 мг%; ИДМС – 15 % на 100 кг мясного сырья.

6. Показано, что использование ИДМС оказывает положительное влияние на качественные характеристики готовых изделий, обогащает продукт ценными макроэлементами и улучшает микробиологические показатели продукта в процессе хранения.

7. Анализ потенциальных рисков технологического процесса производства нового вида вареной колбасы «Отдельная особая» 1 сорта, позволил выявить девять критических контрольных точек, в соответствии с разработанным планом ХАССП.

8. Проведена опытно-промышленная проверка технологии нового вида вареной колбасы 1 сорта. Разработана и утверждена нормативная (СТО 02067965-055-2011) документация продукта. Расчетная экономическая эффективность составила 34,1 тыс. руб. на 1 тонну готового продукта.

По теме диссертации опубликованы следующие работы:

1. Ахметшина, А. Д. Влияние деминерализованной молочной сыворотки на функционально-технологические свойства белковых систем [Текст] / В. И. Шипулин, Н. Н. Некрасова, А. Д. Ахметшина, К. А. Скрипник // Материалы XII региональная научно-техническая конференция «Вузовская наука - Северо-Кавказскому региону». Ставрополь. 2008. С. 219.

2. Ахметшина, А. Д. Проблемы создания и использования в колбасном производстве КСБ из деминерализованной сыворотки [Текст] / В. И. Шипулин, А. Д. Ахметшина // Материалы ХХХVII научно-технической конференции по результатам работы ППС СевКавГТУ за 2008 год. Ставрополь: СевКавГТУ. 2009. С. 245.

3. Ахметшина, А. Д. Перспективы производства обогащенных кальцием мясопродуктов на основе современных технологий [Текст] / В. И. Шипулин, Н. Н. Некрасова, А. Д. Ахметшина // Сборник научных трудов Северо-Кавказского государственного технического университета. Серия «Продовольствие», №5. Ставрополь: СевКавГТУ. 2009. С. 51 - 55.

4. Ахметшина, А. Д. Инновационная технология вареных колбас с использованием молочного белково-углеводного концентрата на основе деминерализованной молочной сыворотки [Текст] / В. И. Шипулин, И. А. Евдокимов, Н. Н. Некрасова, А. Д. Ахметшина // Сборник докладов 12 Международной научной конференции памяти В. М. Горбатова (8-9 декабря 2009 г.). – Москва. – 2009. – с.274-279

5. Ахметшина, А. Д. Оценка влияния деминерализации молочной сыворотки на фукционально-технологические свойства белковых систем [Текст] / В. И. Шипулин, А. Д. Ахметшина, О. Н. Назарова // Материалы ХIII научно-технической конференции «Вузовская наука Северо-Кавказскому региону», т. 1. Ставрополь: СевКавГТУ. 2009. С. 163-164.

6. Ахметшина, А. Д. Использование деминерализованной молочной сыворотки в биотехнологии мясопродуктов [Текст] / В. И. Шипулин, А. Д. Ахметшина. // Материалы ХХХХ научно-технической конференции по результатам работы ППС СевКавГТУ за 2009 год. Ставрополь: СевКавГТУ. 2009. С. 168-169.

7. Ахметшина, А. Д. Изучение влияния комплекса белковых препаратов на основе молочных и соевых белков на функционально-технологические свойства фаршевых систем [Текст] / В. И. Шипулин, А. Д. Ахметшина. // Сборник научных трудов Северо-Кавказского государственного технического университета. Серия «Продовольствие». – Ставрополь: СевКавГТУ, 2010. - №6. – С.50-53.

8. Ахметшина, А. Д. Современное решение использования молочной сыворотки [Текст] / В. И. Шипулин, А. Д. Ахметшина. // VIII международный форум «Молочная индустрия -2010». Материалы научно-практической конференции. 16-19 марта 2010 г. – Москва. – С.13.

9. Ахметшина, А. Д. Изучение аминокислотного и минерального состава молочной сыворотки для создания функциональных мясных продуктов [Текст] / В. И. Шипулин, А. Д. Ахметшина. // Материалы международной научно-практической конференции факультета биотехнологии, товароведения и экспертизы товаров «Современные технологии производства продуктов питания: состояние, проблемы и перспективы развития». – по. Персиановский, ДонГАУ, 2010. – С.37-40.

10. Стрельченко, А. Д. Сравнительное изучение эмульгирующей способности белков молочной сыворотки с разным уровнем деминерализации [Текст] / В. И. Шипулин, А. Д. Стрельченко, О. Н. Лагута // Материалы XIV научно-технической конференции «Вузовская наука – Северо-Кавказскому региону». Том первый. Естественные и точные науки. Технические и прикладные науки. – Ставрополь: СевКавГТУ. – 2010. – С.233.

11. Стрельченко, А. Д. Использование белково-углеводных препаратов на основе деминерализованной молочной сыворотки в технологии мясопродуктов функционального питания [Текст] / В. И. Шипулин, А. Д. Стрельченко // IV Международная научная конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Научный потенциал студенчества в XXI веке». – Ставрополь: СевКавГТУ. – 2010. – С.253.

12. Стрельченко, А. Д. Перспективы использования изомеризации молочной сыворотки для создания продуктов функционального назначения [Текст] / В. И. Шипулин, А. Д. Стрельченко, С. В. Макарова // Материалы XL научно-технической конференции по итогам работы профессорско-преподавательского состава СевКавГТУ за 2010 год. – Ставрополь: СевКавГТУ. – 2010. – С.212-213.

13. Стрельченко, А. Д. Использование вторичного молочного сырья в производстве мясопродуктов [Текст] / А. Д. Стрельченко, О. Н. Назарова, А. В. Савенко, О. Н. Лагута // II Международная научная конференция «Молодежная наука - пищевой промышленности». – Ставрополь: СевКавГТУ. – 2010. – С. 154-156.

14. Стрельченко, А. Д. Инновационные пути использования вторичных продуктов переработки молока в технологии мясопродуктах [Текст] / В. И. Шипулин, А. Д. Стрельченко // Материалы международной научно-практической конференции «Вавиловские чтения» / Саратов: ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ». – 2010. – С.172-173.

15. Стрельченко, А. Д. Сравнительное изучение молочной сыворотки с разным уровнем деминерализации [Текст] / В. И. Шипулин, А. Д. Стрельченко // Материалы IV Международной научно-практической конференции «Инновационные направления в пищевых технологиях» / Пятигорск. – 2010. – С. 236-238.

16. Стрельченко, А. Д. Использование белково-углеводных препаратов на основе изомеризованной деминерализованной молочной сыворотки в колбасном производстве [Текст] / В. И. Шипулин, А. Д. Стрельченко // Вестник Сев-КавГТУ. Ставрополь: Сев-КавГТУ. – 2011. – №2 (27).– С.141-143.

17. Стрельченко, А. Д. Пути снижения рекомендуемого уровня введения нитрита натрия в мясные фаршевые системы [Текст] / В. И. Шипулин, А. Д. Стрельченко // Сборник материалов международной научно-технической конференции «Современные достижения биотехнологии» и международного научно-практического семинара «Феномен молочной сыворотки: синтез науки, теории и практики» Ч. 2, М: НОУ «Образовательный научно-технический центр молочной промышленности». – Ставрополь. – 2011. – С.146-147.

18. Стрельченко, А. Д. Изучение показателей модельных фаршевых систем, содержащих изомеризованную деминерализованную молочную сыворотку [Текст] / В. И. Шипулин, А. Д. Стрельченко // Сборник материалов международной научно-технической конференции «Современные достижения биотехнологии» и международного научно-практического семинара «Феномен молочной сыворотки: синтез науки, теории и практики» Ч. 2, М: НОУ «Образовательный научно-технический центр молочной промышленности». – Ставрополь. – 2011. – С.148-149.

19. Стрельченко, А. Д. Сравнительная оценка функционально-технологических свойств белков молочной сыворотки с разным уровнем деминерализации [Текст] / В. И. Шипулин, А. Д. Стрельченко // Сборник материалов международной научно-технической конференции «Современные достижения биотехнологии» и международного научно-практического семинара «Феномен молочной сыворотки: синтез науки, теории и практики» Ч. 1, М: НОУ «Образовательный научно-технический центр молочной промышленности». – Ставрополь. – 2011. – С.130-131.

20. Стрельченко, А. Д. Разработка и использование адаптированного к мясным системам белково-углеводного концентрата на основе молочной сыворотки / В.И. Шипулин, А. Д. Стрельченко // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета (Научный журнал КубГАУ) [Электронный ресурс]. – Краснодар: КубГАУ, 2011. – №10(74). С. 765 – 774.

21. Стрельченко, А. Д. Адаптация углеводно-белковых компонентов молочной сыворотки для технологии мясопродуктов [Текст] / В. И. Шипулин, А. Д. Стрельченко, Нелепов Ю. Н., Слюсарев Г. В. // Вестник Сев-КавГТУ. Ставрополь: Сев-КавГТУ. – 2011. – №5.– С.76-78.

Список сокращений, приведенных в работе: МБУК – молочный белково-углеводный концентрат; УД – уровень деминерализации; ДМС – деминерализованная молочная сыворотка; ИДМС – изомеризованная деминерализованная молочная сыворотка; СВ – сухие вещества; ФТС – функционально-технологические свойства; ВПС – водопоглащаемая способность; ЖПС – жиропоглащаяемая способность; ЭС – эмульгирующая способность; ВУС – водоудерживающая способность; ВСС – водосвязывающая способность; ПНС – предельное напряжение сдвига; ОБЦ–общая биологическая ценность.