44361

Выбор микропартикулята сывороточных белков для замены жиросодержащих компонентов плавленого сыра и диетической соли взамен поваренной

Дипломная

Химия и фармакология

Сыродельные предприятия располагают значительными резервами подсырной сыворотки, которая практически не используется в производстве натуральных сыров. Переработка сыворотки осуществляется по двум основным направлениям: первое- использование сыворотки натуральной в сгущенном или сухом виде

Русский

2013-11-13

9.67 MB

21 чел.

Содержание

Введение                                                                                                                   7                                                                                                                                                                                     

1Литературный обзор                                                                                              9

1.1 Перспективы развития и современное состояние переработки подсырной сыворотки                                                                                                                 9   

1.1.1 Подсырная сыворотка как ценное сырье для пищевой

промышленности                                                                                                     9                                                                                                                                     

1.1.2 Современное состояние производства и использования подсырной сывортки                                                                                                                 10                                                                                                

1.1.3 Инновационные способы переработки подсырной сыворотки               17                                                                                     

1.2 Анализ ароматобразующих веществ                                                               19       

1.2.1 Современные методы анализа ароматобразующих веществ                      19      

1.2.2 Применение сенсоров и мультисенсорных систем в анализе ароматобразующих веществ пищевых продуктов                                             29                                                                     1.3 Cостояние и перспективы производства плавленых сыров                          34             

1.3.1 Анализ рынка плавленых сыров                                                                  34

1.3.2 Тенденции производства обогащенных и функциональных плавленых  сыров                                                                                                                       38  

Заключение по литературному обзору                                                                49

2 Методы и методики  экспериментальных исследований                               52

2.1 Организация и объекты исследований                                                          52

2.2 Материально-техническое обеспечение                                                        54

2.3 Методы экспериментальных исследований                                                  61

3 Результаты исследований                                                                                  69

3.1 Обоснование выбора компонентов                                                                69                                                                             

3.2 Сенсорометрический анализ осмофорических компонентов подсырной сыворотки и микропартикулята сывороточных белков                                     75                                                            3.2.1 Газохроматографический анализ ароматобразующих веществ подсырной сыворотки                                                                                           75

3.2.2 Оптимизация массы модификаторов электродов пьезосенсора              79  

3.2.3 Оценка чувствительности пленок модификаторов пьезосенсоров к ароматобразующим веществам  подсырной сыворотки                                    82

3.2.4 Оценка качества подсырной сыворотки и микропартикулята        сывороточных белков                                                                                            89

3.3 Разработка рецептуры и совершенствование технологии плавленого сыра с улучшенными потребительскими свойствами                                                94                              

3.4 Исследование состава, показателей качества и хранимоспобности    плавленого сыра                                                                                                   105

4 Экономическая часть                                                                                       110

4.1 Бизнес-план                                                                                                    110

4.2 Расчет производственной мощности                                                           114

4.3 Калькулирование себестоимости товарной продукции                             114              

4.4 Расчет себестоимости товарной продукции                                               125                          

4.5 Результаты работы предприятия                                                                  127                                                                                                                  Заключение                                                                                                           130                                                                                          

Список использованных источников                                                                 133

Приложение А. Аппаратурно-технологическая схема производства            138

плавленого сыра     

Приложение Б. Экспликация технологического оборудования                     139                                                                                                                                                                                                                                                  

Приложение В. Производственный корпус                                                      140

Приложение Г. Экспликация помещений производственного корпуса        141

Приложение Д. Акт дегустационной комиссии                                               142

Приложение Е. ТУ сыр плавленый «Здоровье»                                               144

Приложение Ж. Акт апробации                                                                         159

 

Введение

К отличительным особенностям питания населения России, относится высокая энергоемкость пищевого рациона. С учетом снижения физических нагрузок населения, увеличивается тенденция к малоподвижному образу жизни, а также росту доли умственного труда. В связи с этим становится актуальной проблема избыточного потребления пищевых нутриентов, в частности жиров и углеводов. Согласно данным Всемирной организации здравоохранения отмечается неуклонный рост численности населения с прогрессирующими болезнями, такими как: ожирение, сахарный диабет, сердечно - сосудистые заболевания.

Поэтому ставится задача снижения калорийности пищевых рационов, в частности, за счет уменьшения потребляемых жиров и применением в качестве вкусового наполнителя диетической соли. Особое значение при этом приобретает поиск эффективных заменителей жира натурального происхождения, позволяющих максимально сохранить свойства нежирных продуктов. Особенно актуальна замена молочного жира, которая обусловлена не только высокой калорийностью жиросодержащих молочных продуктов, но и дефицитом молока-сырья.

Сыродельные предприятия располагают значительными резервами подсырной сыворотки, которая практически не используется в производстве натуральных сыров. Переработка сыворотки осуществляется по двум основным направлениям: первое- использование сыворотки натуральной в сгущенном или сухом виде, или после микробиологической обработки и второе - извлечение отдельных компонентов и использование их для выработки различных продуктов.  

Вместе с тем широкое применение подсырной сыворотки затруднено ее специфическим запахом. Ароматобразующие вещества формируют характерный запах – верный признак, как  свежести и качества, так и испорченности пищевых продуктов [23]. Актуальная задача состоит в идентификации и количественном определении ароматформирующих компонентов подсырной сыворотки, а также веществ, образующих с ними композиции с улучшенными органолептическими свойствами, либо маскирующих неприятный сывороточный запах. Решение задачи позволит получить новые  продукты.

В последние десятилетия в анализе пищевых продуктов возрастающее применение находят сенсорные системы. Такие определения характеризуются низкими пределами обнаружения, воспроизводимостью и надежностью результатов, экспрессностью получения аналитического сигнала [11].

1 Литературный обзор

1.1 Перспективы развития и современное состояние переработки подсырной сыворотки

1.1.1 Подсырная сыворотка как ценное сырье для пищевой промышленности

Подсырная сыворотка является побочным продуктом производства сыра. При этом в нее переходит от 47 до 52% сухих веществ от общего содержания их в цельном молоке, а также ценные для жизненных процессов биокатализаторы - фосфолипиды, ферменты, витамины. В подсырной сыворотке содержатся витамины А, С, Е, К1 , а также все витамины группы В, а витамин В13 впервые был получен из сыворотки [30]. Основным компонентом в подсырной сыворотке является лактоза. Молочный жир преимущественно представлен мелкими жировыми шариками, диаметром менее 2 мкм. В сыворотку почти целиком переходят из молока сывороточные белки и небольшое количество казеина. Сывороточные белки имеют повышенную биологическую ценность по сравнению с казеином. Они оптимально сбалансированы по аминокислотному набору, особенно ценны серосодержащие – цистин, метионин, способствующие регинирации белков печени, гемоглобина и белков плазмы крови. В состав углеводов подсырной сыворотки входят: моносахара (глюкоза); олигосахара (лактоза, лактулоза), серологически активные сахара, близкие к составу крови; аминосахара (нейраминовая  и сиаловая кислоты, кетопентоза).  Органолептические и физико- химические показатели подсырной сыворотки представлены в таблицах 1 и 2.

Таблица 1 - Органолептические показатели подсырной сыворотки

Наименование показателя

Харатеристика

Несоленая

Соленая

Внешний вид и консистенция

Однородная жидкость, допускается наличие белкового осадка

Цвет

Бледно-зеленый

Вкус и запах

Свойственный молочной сыворотке, сладковатый

Свойственный молочной сыворотке, солоноватый

Таблица 2 – Физико - химические показатели подсырной сыворотки

Наименование показателя

Норма для подсырной сыворотки

Несоленая

Соленая

Массовая доля сухих веществ, % не менее

5,6

7,0

Массовая доля лактозы, % не менее

4,0

Массовая доля жира, % не более

0,1

Массовая доля хлористого натрия, % не более

-

1,5

Титруемая кислотность, °Т не более

20

Температура, °C не выше

6

Плотность, кг/м3, не менее

1023

Содержание составных частей и биологические свойства подсырной сыворотки позволяют отнести ее к ценному промышленному сырью, которое можно переработать в различные пищевые продукты.

1.1.2 Современное состояние производства и использования подсырной сывортки

                                                                           

Проблема дефицита молочного сырья в России и повышение эффективности молочной промышленности может быть решена за счет использования подсырной сыворотки, ресурсы которой в нашей стране превышают 3,5 млн.т. в год [11].

Переработка  подсырной сыворотки в России составляет около 30 % от уровня ее промышленного производства. Динамика использования ресурсов подсырной сыворотки в РФ представлена в таблице 3.

Таблица 3 - Динамика использования ресурсов подсырной сыворотки в РФ в период 2002 - 2009 гг.

ресурсы

2002г

2003г

2004г

2005г

2006г

2007г

2008г

2009г

Получено подсырной сыворотки в произ-водстве всего,

тыс. т

2286,3

2447,0

2218,8

2185,8

2256,3

2800,0

2759,4

3000

Исполь-зовано на промыш-ленную перера-ботку, тыс. т

567,0

636,5

700,9

703,0

726,0

882,0

891,3

987,1

в % от ресурсов

24,8

26,0

31,6

32,1

32,2

31,5

32,3

32,9

Несмотря на многочисленные разработки в этой области она сдерживается по ряду известных причин [21].

Среди этих причин можно выделить:

- незначительные инвестиции в молочную промышленность;

- отсутствие средств на внедрение современных технологий и покупку оборудования;

- недостаточность информации о преимуществах продуктов из подсырной сыворотки и рекламы здорового образа жизни;

- отсутствие массового производства многофункциональных продуктов на основе подсырной сыворотки;

- либерализм экологической службы относительно сброса подсырной сыворотки в сточные воды.

Например, за рубежом считается, что организация производства по переработке подсырной сыворотки даже при высоком уровне стоимости энергоносителей выгоднее, чем экологические штрафы за ее слив без обработки в водоемы. Попадание подсырной сыворотки в системы канализации, а в аварийных случаях и непосредственно в водоемы, вызывает серьезные экологические проблемы. Установлено, что для окисления органических соединений, содержащихся в 50 т подсырной сыворотки требуется такое же количество кислорода, как для окисления хозяйственно - бытовых стоков города с населением 1,80 тыс. человек. Совокупный вред экологии, наносимый сбросом 1 т подсырной сыворотки, оценивается более чем в 1 млн. руб. В России, к сожалению, невысок уровень промышленного использования этого ценного белково-углеводного сырья [15]. За рубежом научно-исследовательские разработки по применению сывороточных ингредиентов с точки зрения инноваций являются главным приоритетом, что позволяет каждый год обновлять ассортимент кисломолочных продуктов, обогащенных функциональными ингредиентами.

Многообразие известных способов переработки и использования подсырной сыворотки можно условно разделить на четыре основных направления:

- использование ее без обработки;

- переработка и применение в виде концентратов;

- выделение и использование отдельных наиболее ценных компонентов;

- биологическая переработка [26].

        Подсырная сыворотка используется без технологической обработки на выпойку сельскохозяйственных животных; для производства сухого продукта, ЗЦМ и кормовых добавок для сельскохозяйственных животных. различных напитков и молочных коктейлей, молочного сахара, в хлебобулочных изделиях.

Натуральная подсырная сыворотка довольно широко используется при выпечке хлеба и хлебобулочных изделий. При этом хлеб обогащается ее полноценными компонентами, что улучшает его биологические и вкусовые качества. Кроме того, введение сыворотки улучшает процесс тестообразования и внешний вид изделий, замедляет процесс черствения, а также увеличивает до 3 % выход хлеба [2].

Предполагается дальнейшее развитие роста объемов производства напитков на основе подсырной сыворотки как одного из наиболее доступных, не требующих больших капитальных вложений и эксплуатационных (в первую очередь энергетических) затрат. Исследования в этой области в настоящее время направлены на расширение ассортимента. Производство напитков на основе подсырной сыворотки выгодно предприятиям еще и сезонным совпадением пиков ресурсов сырья и спроса на продукт.

Напитки из натуральной подсырной сыворотки представляют особую ценность, поскольку в них содержатся все ее составные части, обладающие определенными лечебно-профилактическими свойствами. К тому же их технология достаточно проста [18].

В настоящее время большое распространение на рынке прохладительных напитков получила подсырная сыворотка, обогащенная натуральными фруктовыми и ягодными наполнителями, богатыми углеводами, органическими кислотами, обладающими оригинальным вкусом и запахом. Добавление плодово-ягодных соков позволяет не только ослабить сывороточные тона во вкусе и запахе напитков, но и повысить их пищевую и биологическую ценность.

Высокая пищевая и биологическая ценность сывороточных напитков может быть усилена введением пробиотической микрофлоры. Дополнительное использование вкусовых и ароматических ингредиентов позволяет достичь требуемых характеристик по консистенции, вкусу, аромату и другим показателям, определяющим потребительские свойства напитков [28].

Сухую сыворотку используют в составе молочных, кондитерских, мясных изделий, рыбных паштетов, майонеза, маргарина, суповых концентратов, прохладительных напитков, молочном мороженом.

Сухие концентраты используют в кондитерской и хлебопекарной промышленности, в производстве молочных напитков и плавленых сыров, макаронных изделий, мороженого, майонеза, а также в составе заменителей цельного молока для молодняка сельскохозяйственных животных и стартерных комбикормов [29].

В странах с развитой молочной промышленностью принято считать, что  сушка подсырной сыворотки даже при  высоком уровне стоимости энергоносителей гораздо выгоднее, чем экологические штрафы [27].

Раздельное использование компонентов подсырной сыворотки позволяет получить:

- молочный жир в виде так называемых подсырных сливок, которые используют в     сыроделии и маслоделии;

- сывороточные белки - наиболее ценный ее компонент, так как он имеет наивысший коэффициент биологической ценности среди пищевых белков.           Перспективным является выделение сывороточных белков в неденатурированном виде методом ультрафильтрации. Такие белки максимально сохраняют свои ценные свойства, и сфера их применения может быть значительно расширена за счет использования в составе диетических, детских, лечебно-профилактических продуктов и продуктов специального назначения. Этот метод выделения сывороточных белков уже широко применяется за рубежом, однако в России пока еще не нашел достойного использования.

       Традиционный способ выделения сывороточных белков - тепловая коагуляция. Альбуминная масса – высококачественный белковый полуфабрикат, представляющий собой концентрат альбуминов и глобулинов. Технология термокоагуляции сывороточных белков достаточно проста и может быть освоена любым молочным предприятием. Масса альбуминная предназначена для использования в качестве белкового компонента-обогатителя при производстве творожных изделий, сырных паст, молочно-белковых десертов, натуральных и плавленых сыров, колбасных изделий, мясных и рыбных паштетов и др. [30].

Молочный сахар-лактоза - главный компонент в составе сухих веществ сыворотки. Разработана технология, принято участие в создании необходимого оборудования и оказана помощь промышленности в освоении девяти видов молочного сахара - от технического (сырца) до фармакопейного, используемого в производстве антибиотиков и фармпрепаратов, в том числе мелкокристаллического пищевого и рафинированного с размером кристаллов 4-5 мкм, используемого при выработке молочных консервов.

Молочный сахар находит широкое применение в производстве заменителей женского молока, продуктов детского и диетического питания, медицинских препаратов, кондитерских изделий, сухих соков, майонезов, быстрорастворимого кофе, жевательной резинки, сухих и стерилизованных взбитых смесей, овощных и фруктовых консервов, хлебобулочных и макаронных изделий, спиртных напитков.

Среди биологических методов переработки подсырной сыворотки наибольшим потенциалом обладает ферментативный гидролиз дисахарида лактозы до моносахаров глюкозы и галактозы. Этот метод уже нашел широкое применение в различных отраслях производства в ряде зарубежных стран (США, Франция, Финляндия, Австралия) [3].

         Определенный интерес представляет ферментативный гидролиз сывороточных белков, наиболее богатых незаменимыми аминокислотами.

Одним из перспективных направлений, расширяющих сферу использования подсырной сыворотки, является сквашивание ее различными видами молочнокислых микроорганизмов. При культивировании полезных микроорганизмов в подсырной сыворотке как питательной среде она в значительной степени обогащается ценными продуктами метаболизма, такими, как органические кислоты, ферменты, иммунные тела, витамины и другие биологически активные вещества. Присутствие в продукте полезной микрофлоры, находящейся в фазе активной жизнедеятельности, позволяет также использовать его для профилактики и лечения желудочно-кишечных заболеваний, подавлять развитие нежелательной микрофлоры [19].

Путем биологической конверсии компонентов подсырной сыворотки и в первую очередь лактозы возможно достаточно дешевым способом получение таких ценных производных, как лактулоза, лактитол, лактобионовая кислота, лактаты калия, натрия, кальция, органические кислоты (молочная, пропионовая и уксусная), витамины, этиловый спирт, биогаз и др.

За рубежом на основе переработки подсырной сыворотки выпускается широкий ассортимент продуктов энтерального питания, которые обеспечивают поддержание и реабилитацию пищевого статуса здоровых и больных людей [2].

Продукты из подсырной сыворотки обладают не только успокаивающим свойством, но и нормализуют нервно-психическое состояние и эмоциональную реактивность современного человека.

Важную роль подсырная сыворотка играет в борьбе с развитием скрытых форм витаминной недостаточности, которая может способствовать формированию и развитию ряда патологических состояний - атеросклероза, сердечно-сосудистых заболеваний, нервно-эмоциональных расстройств, неврозов и стрессов.

Для современных условий, сложившихся в России, характерен полный набор неблагоприятных факторов, влияющих на нормальное функционирование пищеварительной системы человека. Экологическое неблагополучие, возрастание стрессовых воздействий, бесконтрольное применение антибиотиков и различных химиотерапевтических препаратов, повышенный радиационный фон и неполноценное питание. Это привело к массовому возникновению дисбактериозов, принявшему в России угрожающий характер. Эффективное купирование дисбактериоза может быть достигнуто включением в рацион питания функциональных продуктов, в основе которых пробиотические микроорганизмы и функциональные ингредиенты, в том числе и из подсырной сыворотки.

Поскольку здоровье всегда было одной из насущных проблем человечества независимо от культуры и страны, спрос на здоровые продукты питания растет [20]. Это неизбежно диктует необходимость все более тесного переплетения исследовательских работ с изучением различных аспектов питания человека. Актуальным является создание и внедрение в производство новых продуктов для функционального питания.

         1.1.3 Инновационные способы переработки подсырной сыворотки

В исходной форме из-за малой концентрации подсырная сыворотка почти не имеет ценности, но  ее компоненты применимы в качестве добавок в продукты питания, корма для животных и как промышленное сырье для других отраслей [25].

Использование мембранных процессов позволяет решить проблему переработки подсырной сыворотки и получать высококачественные пищевые продукты.

При мембранной фильтрации пермеат продавливается за счет межмембранного давления через пористый фильтр (мембрану). В зависимости от размера пор, мембрана задерживает жир, белок, сахар или даже соли в так называемом ретентате. Они образуют на мембране слой, который смывается параллельным потоком, что предотвращает закупорку фильтра. Этот принцип называют мембранной фильтрацией в тангенциальном потоке. Мембранные модули могут иметь различные конфигурации и быть изготовлены из разных материалов. На установках переработки подсырной сыворотки применяются в основном полимерные полиэфирсульфоновые, полиамидные и поливинилиденфлюридные мембраны.

Из соображений экономии производственных площадей и инвестиций при переработке подсырной сыворотки используют в основном модули спирального типа из полимерных мембран. Для концентрирования сывороточного белка обычно применяют ультрафильтрацию для задержания частиц массой 10 кДа. Нанофильтрация (граница разделения 200 Да) используется для удаления солей и нейтрализации (табл. 4). С помощью обратного осмоса можно сконцентрировать всю подсырную сыворотку, пермеат (лактоза и соли) или оставшиеся после нанофильтрации соли, получается прозрачная обессоленная вода. Кроме того, предварительно подсырную сыворотку можно полностью обезжирить на установке микрофильтрации с керамическими модулями.

Таблица 4 - Состав сыворотки в сравнении с молоком

Компоненты

Содержание, %

Размер (масса) частицы

Тип фильтрации

в молоке

в сыворотке

Жиры

3-3,5

0,2

0,1 – 15 мкм

Микрофильтрация

Казеин

2,7

0,005

Более 0,2 мкм

Ультрафильтрация

Молочные белки

0,45

0,45

15 -900 Да

Ультрафильтрация

Лактоза

4,6

4,6

342,3 Да

Нанофильтрация

Витамины

0,01

0,01

100 – 500 Да

Нанофильтрация

Зола(минеральные элементы)

0,7

0,55

20 – 100 Да

Обратный осмос

Одним из направлений применения ультрафильтрации является получение белковых концентратов из подсырной сыворотки, которые затем используют в производстве различных молочных продуктов. Другим важным направлением является получение новых продуктов из подсырной сыворотки на основе концентратов с высоким содержанием сывороточных белков [3].

Ультрафильтрация подсырной сыворотки позволяет получать белковые концентраты с содержанием белка от 30 до 95 %. В ходе концентрирования происходит также отделение раствора лактозы и солей. При переработке концентрируют подсырную сыворотку в цельном виде или ее отдельные компоненты. Чем выше степень отделения компонентов и уровень гигиены, тем ценнее получаемый продукт. Но увеличивающиеся инвестиции и расходы на поддержание оборудования делают рентабельным отдельные ступени мембранного разделения, только начиная с определенных объемов подсырной сыворотки.

При переработке концентрируют сыворотку в цельном виде или ее отдельные компоненты. Чем выше степень отделения отдельных компонентов и уровень гигиены, тем ценнее получаемый продукт. Но увеличивающиеся инвестиции и расходы на поддержание оборудования делают рентабельным отдельные ступени мембранного разделения, только начиная с определенных объемов сыворотки.

Мощность установок может быть любой, это зависит от того, какую поверхность фильтрации она имеет. Как рентабельные рассматриваются фильтрующие установки производительностью от 5 до 50 м3/ч. Минимальная производительность установки для нанофильтрации и обратного осмоса - 3 м3/ч.

В последние годы большое внимание уделяется глубокой переработке подсырной сыворотки и получению производных из ее отдельных компонентов.

Раздельное использование компонентов сыворотки позволяет получить молочный жир в виде так называемых подсырных сливок, которые используют в     сыроделии и маслоделии. Данный ингредиент, помимо оказания пребиотических свойств, выступает еще для замены жирового компонента в продукте [17].

          Следует подчеркнуть, что только при комплексной промышленной переработке подсырной сыворотки возможно решение проблемы рационального ее использования, о чем свидетельствует как мировой, так и передовой отечественный опыт.

          

          1.2 Анализ ароматобразующих веществ

          1.2.1 Современные методы анализа ароматобразующих веществ

Ароматобразующие вещества в отдельности или в различных сочетаниях даже в незначительных количествах формируют характерный запах, восприятие которого обусловлено обонятельными ощущениями в результате раздражения рецепторов носа. В основе первичных процессов обоняния находится сорбция молекул ароматобразующих веществ на хеморецепторной мембране. Активные центры мембраны способны образовывать непрочные связи с молекулами, атомами или ионами ароматобразующих веществ. Механизм обоняния работает по комбинаторному принципу, основанному на процессах распознавания и обработки сигналов запаха [23]. Запах органических соединений хорошо воспринимается при комнатной температуре, если их молекулярная масса не превышает 300. Сильные обонятельные ощущения вызывают соединения, содержащие группы –ОН, –СНО, –СООR, –СN, –NR2, –NО2, –CCl, –CBr, –SR, –SH. Интенсивность запаха ослабевает при увеличении числа пространственно расположенных функциональных групп. Сила и характер запаха ароматобразующих соединений зависят от их строения и концентрации.

       Ароматобразующие вещества служат источником информации о свежести и качестве (содержании посторонних веществ, применении недоброкачественного или фальсифицированного сырья) пищевых продуктов. Оценка запаха наряду со вкусом, как правило, превалирует в общей характеристике органолептических свойств, именно они в основном определяют качество продуктов [24].

Основные химические соединения, обусловливающие запах молока и молочных продуктов представлены в таблице 5.

Таблица 5 - Основные химические соединения, обусловливающие запах молока и молочных продуктов

Класс соединений

Количество соединений

Состав

Кислоты

43

Муравьиная, уксусная, пропионовая, масляная, капроновая, каприловая, каприновая, лауриновая, миристиновая, пальмитиновая, янтарная, яблочная, лимонная, молочная

Альдегиды

33

Формальдегид, ацетальдегид, пропионовый, масляный, изомасляный, валериановый, изовалериановый, капроновый, каприловый, кротоновый, бензойный, фенилуксусный, фурфурол, гептаналь, октаналь, нонаналь

Кетоны

28

Ацетон, винилпентилкетон, ацетоин, диацетил, бутанон-2, пентанон-2, гексанон-2, гептанон-2, октанон-2

Лактоны

28

Насыщенные и ненасыщенные d- и g- лактоны алифатических кислот

Эфиры

22

Эфиры этилового спирта, уксусной, масляной, капроновой и пировиноградной кислот

Спирты

16

Этиловый, пропиловый, бутиловый, изопентиловый

Сернистые соединения

14

Сероводород, метиональ, метилмеркаптан, меркаптоацетальдегид, диметилсульфид, диметилдисульфид, меркаптопропионовая кислота

Терпены

8

Гераниол, фес, ионон, линалоол, метилионон

Карбонильные соединения оказывают значительное влияние на формирование запаха молочных продуктов, многие из них характеризуются низкой пороговой концентрацией в молоке. Низшие насыщенные альдегиды отличаются сильным неприятным запахом: ацетальдегид и формальдегид – резким, специфическим; изомасляный и изовалериановый – солодовым и кормовым. Увеличение количества атомов углерода в карбонильных соединениях снижает резкость запаха.

Сведения об ароматических веществах, обусловливающих специфический вкус и запах подсырной сыворотки (побочный продукт при производстве – сыра), отсутствуют. По некоторым данным, это комплекс разнородных по химической природе веществ, образующихся в результате биохимического воздействия на компоненты молока при производстве сыра. В сыворотке, полученной прямым подкислением молока или при разделении обезжиренного молока полисахаридами, специфический сывороточный запах отсутствует [9].

Вещества, участвующие в формировании запаха подсырной сыворотки, характеризуются различной летучестью, поэтому невозможно существенно улучшить ее органолептические показатели известными методами деаэрации, дезодорации или сгущением под вакуумом.

      Вместе с тем, специфический запах подсырной сыворотки сдерживают ее применение в производстве пищевых продуктов. В этой связи актуальность приобретает идентификация и количественное определение ароматобразующих компонентов подсырной сыворотки, а также установление веществ, образующих с ними композиции с улучшенными органолептическими свойствами, либо маскирующих неприятный сывороточный запах. Решение задачи позволит получить дополнительную продукцию и исключить загрязнение окружающей среды [32].   

      Для анализа органолептических свойств пищевых продуктов широко применяется дегустационный метод, позволяющий быстро оценить комплексное влияние отдельных компонентов на аромат продукта, не требующий специальных устройств и реактивов.

Однако известные дегустационные методы оценки органолептических характеристик продуктов нельзя признать достаточно объективными, поскольку острота обоняния, восприятие интенсивности запахов во многом зависят от индивидуальных особенностей дегустатора (пол, возраст, состояние здоровья). Органолептический анализ имеет существенное значение для оценки качества продуктов, но он должен быть обязательно подтвержден инструментальными методами, особенно при установлении недоброкачественной или фальсифицированной продукции. Заключение дегустатора необходимо сопоставить с результатами, полученными современными физико-химическими методами.

Сложности определения ароматобразующих соединений связаны с их разнообразием и незначительным содержанием в пищевых продуктах, лабильностью и летучестью [33]. Дополнительные трудности возникают при установлении влияния отдельных компонентов на качество того или иного продукта. Определение летучих веществ затрудняют компоненты, оказывающие сильное физиологическое действие, влияющие на аромат, но не участвующие в его формировании [32].

Для извлечения и концентрирования ароматобразующих веществ применяют в основном методы паровой и низкотемпературной вакуумной дистилляции, вымораживания, абсорбции, адсорбции и экстракции. Наиболее распространены дистилляция и экстракция. Для отделения в смеси веществ одного класса от другого применяют химические методы. Большинство ароматобразующих соединений, содержащихся в молочных продуктах, закипают при относительно низких температурах, поэтому возможности экстракции органическими растворителями весьма ограничены. Дистилляция – длительный процесс, кроме того, соотношение летучих веществ в дистилляте может быть неидентичным их соотношению в продукте.

Обнаружение и идентификация ароматобразующих веществ в пищевых продуктах является непрерывным процессом, непосредственно связанным с пределами обнаружения и селективностью современных методов анализа.

Для определения летучих и нелетучих компонентов пищевых продуктов с целью контроля их аутентичности, качества и безопасности широкое распространение получили хроматографические методы вследствие универсальности, низких пределов обнаружения, экспрессности [1].

       Для анализа пищевых продуктов применяются высокоэффективная жидкостная, ионная, газовая, сверхкритическая и тонкослойная хроматография, капиллярный электрофорез, мицеллярная электрокинетическая, иммуноаффинная, перфузионная хроматография. Отдельная область применения газовой хроматографии – анализ состава аромата пищевых продуктов. Обнаружены тысячи летучих компонентов, из которых лишь несколько десятков обусловливают характер запаха, остальные придают запаху индивидуальность. Большинство ароматобразующих соединений термолабильны и могут разрушаться при использовании металлических колонок, поэтому газохроматографические определения проводят в капиллярных стеклянных колонках с инертным газом.

       Методом жидкостной хроматографии определяют термолабильные    компоненты запаха и нелетучие компоненты вкуса. Для разделения и количественного определения аминокислот и углеводов, формирующих запах и вкус продукта, применяют ионообменную хроматографию, для разделения и анализа многокомпонентных смесей летучих веществ – газожидкостную хроматографию, возможности которой расширяются при получении летучих    производных нелетучих соединений [29].

       Хроматографическими методами анализируют мясо и мясные изделия, рыбу и другие морепродукты, растительные и животные масла, молоко и  молочные продукты, зерновые культуры, хлеб, яйца, овощи, фрукты, спиртосодержащие и безалкогольные напитки, пиво, соки, ягоды, джемы, мед, орехи, чай, кофе, какао, приправы, специи и многое другое. Так, для анализа летучих компонентов, определяющих аромат чая, применяют газовую хроматографию с пламенно-ионизационным детектором. Соединения, определяющие аромат чая, идентифицируют методами газовой хроматографии – масс-спектрометрии с предварительным концентрированием "head-space" (анализ равновесного пара). Компоненты в составе чая анализируют методом капиллярного электрофореза, в основном применяют зонный капиллярный электрофорез и мицеллярную электрокинетическую капиллярную хроматографию, реже – хроматографию в тонком слое и на бумаге. Хроматографию на бумаге применяют также для идентификации карбонильных соединений, обусловливающих окисленный вкус молочного жира.

 Для идентификации компонентов запаха применяют комбинированные методы: газовая хроматография – масс-спектрометрия; высокоэффективная жидкостная хроматография – масс-спектрометрия; газовая хроматография – инфракрасная спектроскопия; жидкостная хроматография – инфракрасная спектроскопия; жидкостная хроматография – ядерный магнитный резонанс [4]. Так, для идентификации жирных кислот применяют хромато-масс-спектрометрию, сочетающую газовую хроматографию летучих производных жирных кислот с получением масс-спектров разделенных компонентов. Данные хромато-масс-спектрометрии служат основой для идентификации жирных кислот методом газовой хроматографии [10].

Смеси жирных кислот анализируют хромато-масс-спектрометрически в виде их флюоресцирующих производных с дансилгидразином. Искусственные смеси кислот, а также льняного масла анализируют методами обращенно-фазной ВЭЖХ и микроколоночной обращенно-фазной ВЭЖХ.

Термически неустойчивые и относительно нелетучие соединения определяют методом сверхзвуковой хромато-масс-спектрометрии, ввод сверхзвукового молекулярного пучка и ионный источник сочетаются с портативным масс-спектрометром. Информацию о масс-спектрах получают в результате электронной ионизации холодных молекул в пучке.

Хромато-масс-спектрометрия – сложный и дорогостоящий метод (стоимость хроматографа 10,000 – 50,000 $, хромато-масс-спектрометри-ческого детектора 150,000 – 250,000 $), что ограничивает его применение для серийных анализов, как и некоторых других комбинированных методов [1]. Отметим перспективность капиллярного электрофореза – высокоселективного и относительно недорогостоящего метода определения жирнокислотного состава: эффективность разделения отдельных компонентов (1 млн. теоретических тарелок) на порядок выше, чем на лучших капиллярный колонках для газовой хроматографии. К достоинствам капиллярного электрофореза относятся также малый расход реактивов (мкл), отсутствие твердого сорбента в капилляре исключает возможность его "старения", химической и физической деструкции.

В настоящее время для определения жирнокислотного состава молока, масел, сыров широко применяется метод капиллярной газожидкостной хроматографии. Парофазная приставка к газовому хроматографу позволяет получать хроматограммы летучих компонентов [14]. Парофазный анализ повышает надежность идентификации, выполненной по жирно-кислотному составу, поскольку летучие компоненты животных и растительных жиров достаточно специфичны.

Альтернативный метод идентификации пиков и точного количественного определения жирных кислот в различных системах – ВЭЖХ.
С применением хемилюминесцентного детектора достигаются низкие пределы обнаружения.

Известно определение карбоновых кислот (уксусной, пропионовой, масляной, валериановой, гексановой) в виде п-нитрофенациловых эфиров. Анализ основан на получении производных п-нитрофенацилбромида, разделении дериватов методом ВЭЖХ с обращенными фазами на колонке размером 150х4,6 мм, заполненной сорбентом Inertsil ODS-2, в потоке смеси ацетонитрил – вода (1:1), образовании свободных радикалов в результате гидролиза при смешивании с 0,4 моль/дм3 раствором NaOH и детектировании методом электронного парамагнитного резонанса [15].

Для определения 11 жирных кислот (C2 – C20) в виде фенациловых эфиров применяют микроэмульсионную электрокинетическую капиллярную хроматографию (напряжение 15 кВ); микроэмульсия состоит из 10 ммоль/дм3 боратного буферного раствора (87,93 % мас.), холата (4,87 % мас.), гептана (0,66 % мас.) и бутилового спирта (6,55 % мас.), pH 10,2; УФ-детектирование при 243 нм. Продолжительность определения менее 30 мин.

Для разделения и определения алифатических и ароматических кислот (щавелевой, лимонной, винной, яблочной, янтарной, фумаровой, муравьиной, уксусной, галловой, фталевой, протокатеховой, гентизиновой, бензойной,
n-гидроксибензойной,  ванилиновой, кумариновой, ферулиновой) применяют ионоэксклюзионную хроматографию в потоке  (элюент – раствор ацетонитрила с концентрацией 7,5 % мас. с добавкой 5 ммоль/дм3 раствора H2SO4) при 50 °C; = 200 нм [14]. Колонку заполняют полистиролдивинилбензольной смолой Aminex HPX-87H. Механизм удерживания включает ионоэксклюзионные и гидрофобные взаимодействия. Продолжительность разделения первых 15 из перечисленных кислот 60 мин, всех 17 кислот – 116 мин. Способ применен для анализа экстрактов гороха, побегов и корней клевера, пшеницы.

         Эфиры жирных кислот определяют методом высокоэффективной газовой хроматографии при температурах до 400 – 480 °C. Высокая разрешающая способность метода и возможность сочетания с различными детекторами позволяют надежно идентифицировать эфиры свободных жирных кислот.

Для определения жирных кислот в растительных маслах и животных жирах применяют подкритическую флюидную хроматографию [29]. Колонку размером 4,6 х 250 мм заполняют сорбентом C18-СГ ODS, элюируют CO2 (давление 200 атм, температура 10 – 25 °C), пламенно-ионизационный детектор. Экологическая безопасность элюента (CO2) – большое преимущество метода.

Для идентификации и количественного определения альдегидов в образцах минеральной воды из различных источников применяют ВЭЖХ с УФ- и масс-спектрометрическим детекторами [35]. Для достижения низких пределов обнаружения анализ включает стадию концентрирования.

Известно определение альдегидов (формальдегид, ацетальдегид, пропионовый, н-бутиральдегид) в водопроводной и минеральной водах методами капиллярной газовой хроматографии равновесной паровой фазы на кварцевой колонке PTE-5 (30 м x 0,25 мм) и масс-спектрометрии с химической ионизацией и регистрацией отрицательных ионов.

Для разделения и определения низкомолекулярных альдегидов (ацет-альдегид, акролеин, пропионовый, масляный, изомасляный, валериановый, изовалериановый, кротоновый, капроновый альдегиды, фурфурол) без предварительного получения производных применяют сольватационную газовую хроматография; насадочная капиллярная колонка (внутренний диаметр 250 мкм) заполнена пористым силикагелем, модифицированным OV-275; подвижная фаза – СО2; пламенно-ионизационный детектор. Продолжительность разделения на колонке длиной 1,57 м при 150 °C и давлении CO2 19,25 МПа – 6 мин; на колонке длиной 0,5 м при программировании температуры и давления – 1 мин [24].

Упаковочные материалы – обязательный компонент в производстве пищевых продуктов. Упаковка необходима для защиты продуктов от микро-организмов, химических и биологических изменений при хранении, она продлевает сохранность пищевых продуктов. В качестве упаковочных материалов применяют более 30 пластиков. Полимерные упаковочные материалы влияют на аромат пищевых продуктов. Загрязнения в пище от упаковки (хлористый винил, бензол, пластификаторы) определяют с применением газовой хроматографии – масс-спектрометрии, ВЭЖХ.

В последние десятилетия наметилась тенденция к миниатюризации хроматографической аппаратуры [4]. Портативные хроматографы с аналитическими характеристиками стационарных приборов незаменимы в полевых условиях, однако они все чаще применяются и в лабораториях, так как потребляют меньше электроэнергии, газов-носителей или растворителей, имеют небольшой вес и габариты. Однако несмотря на очевидные преимущества хроматографических методов, следует учитывать, что они связаны с использованием сложного и дорогостоящего оборудования, которое должно обслуживаться высококвалифицированным персоналом .

Устойчивые летучие ароматобразующие вещества в пищевых продуктах идентифицируют химическими методами. Микроколичества неустойчивых легколетучих ароматобразующих компонентов определить этими методами не удается.

          1.2.2 Применение сенсоров и мультисенсорных систем в анализе ароматобразующих веществ пищевых продуктов

            Разработка экспрессных, легковыполнимых и экономически целесообразных способов и средств анализа пищевых продуктов – актуальная аналитическая задача. В связи с этим в последние десятилетия в анализе пищевых продуктов и напитков возрастающее применение находят сенсоры и сенсорные системы. Разработаны различные по механизму и аналитическим характеристикам типы сенсоров – масс-чувствительные, электрохимические (потенциометрические, кондуктометрические, вольтамперо-метрические), термические, оптические, электрические (полупроводниковые). Наибольшее распространение получили сенсоры на основе электрохимических, электрических, оптических и масс-чувствительных преобразователей [7]. Каждая группа сенсоров имеет свои достоинства и ограничения, все они широко применяются в мультисенсорных системах для классификации и распознавания интегральных характеристик (сложных химических «образов») запахов. Работа таких устройств («электронный нос») аналогична функции носа человека, содержащего большое число неспецифичных рецепторов и способного различать многие запахи. Первые работы по созданию системы детектирования запахов выполнены в начале 60-х годов 20 века, концепция «электронного носа» предложена в 1982 г., на рубеже 90-х годов термин стал общепринятым [17].

       «Электронный нос» включает массив химических сенсоров с парциальной  специфичностью и связанную с ним обработку данных (сигналов сенсоров), способную распознавать простые и сложные запахи. Сенсорные системы характеризуются низкими пределами обнаружения, воспроизводимостью и надежностью результатов, компактностью и экспрессностью получения аналитического сигнала, не требуют специальной подготовки персонала. С их применением получают точные качественные и количественные характеристики многокомпонентных сред. Сенсорный анализ проводят без каких–либо предварительных операций [15].

       Массивы сенсоров предназначены для оперативной идентификации состава сложных газовых сред с целью их классификации по качественным признакам, например «вкус», «свежесть», «аромат», «доброкачественность» и применяются для решения разнообразных задач экологического контроля, анализа качества продуктов, их подлинности и безопасности, а также в медицине, парфюмерии.

       «Электронный нос» применяют для оценки органолептических свойств и   контроля качества продуктов и напитков, например, запаха различных сортов пива, модифицированного куриного жира, оливкового масла, черного и зеленого чая, для определения сорта и качества зерен кофе, в контроле процесса обжаривания зерен кофе, для установления свежести молока, вина, рыбы, мяса. «Электронный нос», состоящий из 15 сенсоров, применяют для тестирования запаха помидоров при изучении влияния радиации на овощи. Аналогичный прибор применяют для определения свежести филе трески.  

       Показаны возможности «электронного носа» в экспресс – контроле качества пластиковой тары для питьевой воды [16].

       При идентификации запаха пищевого продукта с целью установления его принадлежности к определенной группе, качества и безопасности интегральные (обобщенные) показатели оценивают с применением «электронного носа».

       Для получения объективной экспресс–информации о стадиях биохимических превращений при производстве молочнокислых продуктов разработана мультисенсорная система на основе 8 полупроводниковых газовых сенсоров кондуктометрического типа, специфичных к молочным продуктам, сигналы сенсоров обрабатывают методом главных компонент. Система апробирована при сертификации молочных продуктов, а также в контроле качества пищевых продуктов на различных стадиях производства.  

Для определения качества пищевых ароматов предложена матрица на основе 14 полупроводниковых датчиков модели SnO2 с последующей обработкой данных каскадной нейронной сетью с радиальной и линейной базисными функциями. Система обеспечивает низкие пределы обнаружения ароматобразующих веществ и способна различать одно- и многокомпонентные запахи при детектировании в реальном масштабе времени [4].

        Массив сенсоров с последующей обработкой данных многопараметрическими статистическими методами применяют в контроле качества исходного сырья и полуфабрикатов, в частности для анализа зерен какао в производстве ароматизированного шоколада, «букета» красных вин, для оптимизации состава новых пищевых продуктов.

Показана принципиальная возможность экспрессной оценки ароматов соков, нектаров, безалкогольных и алкогольных напитков, кофе, ароматных масел, хлебобулочных и кондитерских изделий, определения степени окислительного прогоркания животного жира с применением кинетических «визуальных отпечатков» матрицы пьезосенсоров.

При обнаружении микроколичеств ароматобразующих веществ для устранения некачественной продукции широко используются биосенсоры, основанные на применении ферментов [7].

Для идентификации ароматобразующих веществ предложен высокочувствительный сенсор – пьезокварцевый резонатор АТ-среза с частотой 9 МГц, поверхность Au-электродов модифицируют трехслойным покрытием из нейлона, углерода и липидов. Резонатор располагают в проточной термостатируемой ячейке. Прибор более чувствителен к запахам, чем нос человека.

Термосканирование полупроводникового SnO2Pd моносенсора («single sensor») с последующей обработкой результатов нелинейными методами (искусственные нейронные сети) применяют для идентификации различных сортов чая.

Химические сенсоры в сочетании с многомерным анализом главных компонент применяют для идентификации безалкогольных напитков. Так, в системе с масс-спектрометрическим детектором анализируют равновесную газовую фазу различных образцов газированных вод (например, «Пепси-кола», «Кока-кола»). Продолжительность анализа одного образца 3 – 4 мин [8].

Сенсоры, основанные на принципах пьезокварцевого микровзвешивания и представляющие собой пластину из пьезокварца, на поверхности которой размещены несколько пар электродов, применяют для определения компонентов в газовых или жидких средах. Параметры каждой пары электродов (площадь, толщина) выбирают в зависимости от решаемой задачи и одновременно определяют компоненты анализируемых проб.

Многоканальные пьезокварцевые микровесы, представляющие собой матрицу из 4-х пьезокварцевых резонаторов с частотой 10 МГц, сформированных на одной пьезокварцевой пластине размером 22х22 мм, применяют для многокомпонентного анализа. Конфигурация микровесов обеспечивает независимость работы каждого резонатора. Оценена селективность, чувствительность и стабильность пьезосенсоров. Для исследований поверхностных структур применяют растровую электронную микроскопию. Эффективность пьезосенсоров обусловлена надежным определением изменений свойств модификаторов электродов [35].

Для идентификации и количественного определения газовых компонентов в жидких средах, применяемых в пищевой и косметической промышленности, предложено устройство, включающее проточную ячейку с набором полупроводниковых сенсоров. Предусмотрен модуль контроля                                                  скорости ввода проб в ячейку. Аналитические сигналы матрицы сенсоров  обрабатывают в специальном компьютерном блоке.

          Разработан новый способ пробоотбора и контроля качества питьевой воды. Пробоотбор осуществляют распылением пробы воды (это облегчает перевод примесей летучих органических соединений из жидкой в газообразную фазу) и поглощением их сорбентом. Затем аналиты выделяют в газовую фазу путем термической десорбции и регистрируют металлооксидными газовыми сенсорами [34].

          В мультисенсорном анализе для обработки результатов, полученных от массива сенсоров, применяются методы, основанные на современных достижениях в изучении искусственного интеллекта, в частности, методы распознавания веществ по характерным визуальным отображениям («образам»), специфичным для смеси паров (линейно-дискриминационный анализ, корреляционный анализ, искусственные нейронные сети), а также методы многопараметрических градуировок.

          Метод распознавания «образов» заключается в нахождении или прогнозировании свойств объекта, которые непосредственно не измеряются, но косвенно связаны с измеряемыми параметрами неизвестными соотношениями. Распознавание «образов» обычно включает две стадии. Сначала выходные сигналы массива сенсоров при измерениях образцов известного состава разделяются на набор дескрипторов (классов), составляющих базу данных (направленное обучение). Затем отклик от неизвестного образца сравнивают с базой данных и относят анализируемый объект к определенному классу [35].

           Одним из наиболее перспективных является метод искусственных нейронных сетей (ИНС) – непараметрический метод распознавания «образов», основанный на компьютерной имитации взаимодействующих нейронов человек. Понятие «искусственные нейронные сети» включает различные структуры и парадигмы, объединенные одним фундаментальным свойством – способностью к обучению. Условно всю совокупность ИНС можно разделить на три класса: формальные ИНС, нелинейные динамические структуры, нейроимитаторы. В устройствах «электронный нос» и «электронный язык» применяются следующие нейросетевые парадигмы: многослойный персептрон с числами входов n и выходов m, определяемых количеством различаемых веществ, включая эталонное; самоорганизующаяся сеть Кохонена с числом нейронов m; нейроимитаторы любых разновидностей – чаще всего ART-сети [35]. Искусственные нейронные сети способны обрабатывать массивы нелинейных данных, учитывать влияние шумов и временных дрейфов, они характеризуются лучшей прогнозирующей способностью, чем хемометрические методы и служат основой для создания эффективных систем оценки ароматов.

         

          1.3 Состояние и перспективы производства плавленого сыра

           1.3.1 Анализ рынка плавленых сыров

          Российский рынок сыров является неотъемлемой частью рынка молочной продукции в России. Количество производителей плавленого сыра  постоянно увеличивается за счет появления мелких и средних предприятий, мощностью от 1- до 100 тонн в год. Ежегодное производство плавленых сыров за последние 6-7 лет составляло в среднем 300 тонн. Максимальные объемы производства были зафиксированы в 2006 году, в 2007 году производство было минимальным за последние семь лет (Рис. 1).

                   

                  

      Рисунок 1 – Производство плавленых сыров в России

      По регионам страны выпуск плавленых сыров распределен неравномерно. Области с наибольшим производством представлены в таблице 6. Предприятия - лидеры по производству плавленых сыров представлены в таблице 7.

Таблица 6 - Области с наибольшим производством плавленых сыров

Регион

Объем производства плавленых сыров в 2009 г., тыс. т.

Воронежская обл.

37,8

Московская обл.

34,4

Рязанская обл.

16,8

Алтайский край

16,3

Ивановская обл.

11,2

Москва

10,9

Тамбовская обл.

8,1

Омская обл.

6,8

Псковская обл.

6,8

Краснодарский край

6,1

Республика Татарстан

6,1

Таблица 7 - Предприятия - лидеры по производству плавленых сыров

Предприятие

Объем производства, т

2009 г. к 2008 г., %

ЗАО «Янтарь» (Воронежская обл.)

36175

100

ООО «Хохланд Руссланд» (Московская обл.)

27002

131

ОАО « Рязанский завод плавленых сыров»

16522

104

ЗАО «Московский завод плавленых сыров «Карат»

12118

106

ОАО «Орбита» (Тамбовская обл.)

8101

102

ОАО «Маслосырзавод  «Порховский» (Псковская обл.)

5852

122

ОАО «Вамин - Татарстан» (Республика Татарстан)

5837

113

ООО «Омский завод плавленых сыров» (Омская обл.)

5731

81

ООО «Лакталис Истра» (Московская обл.)

5319

145

Тимашевский молочный комбинат (Краснодарский край)

4673

144

Большая доля продаж плавленого сыра приходится на восемь основных производителей - вместе они производят 2/3 продукции данного сегмента рынка. Первенство удерживают: ЗАО «Янтарь» (Воронеж, «Городской, «Янтарный, «Орбита»), Ноhland AG (Германия, ООО «Хохланд Руссланд», Московская обл., «Hohland», «Almette»), ОАО «Рязанский завод плавленых сыров (Рязань, «Переяславль»), ЗАО «Московский завод плавленых сыров «Карат» («Дружба», «Янтарь», «Коралл»), ОАО «Орбита» (Тамбовская обл.), ОАО «Маслозавод «Порховский» (Псковская обл.), ООО «Омский завод плавленых сыров» (Омск, «Омичка»), ООО «Лакталис Истра» (Московская обл., «Президент»).

Следует отметить, что существовавшее несколько десятилетий соотношение твердые: плавленые сыры 2:1 изменилось в пользу плавленых и составляет 1,4:1 [10]. Наблюдаемый рост объемов выпуска плавленых сыров объясняется изменившейся ситуацией в отрасли, характеризуемой возникновением новых производств по инициативам, которые продиктованы желанием получить быстрый результат, а особенности технологии плавленых сыров обеспечивают эту возможность. Поэтому интерес к их производству вполне обоснован.

В 2009 г. плавленый сыр поставлялся в 14 стран, причем самые большие объемы в Украину и Казахстан (табл. 8).

Таблица 8 - Страны экспортеры плавленых сыров

Страна- получатель

Экспорт плавленых сыров в 2009 г.

Количество, т

Стоимость, тыс. долл.

Азербайджан

900

1952,5

Армения

96

354,6

Болгария

104

329,6

Грузия

159

355,5

Казахстан

1877

6285,5

Киргизия

233

890,0

Молдавия

107

398,9

Монголия

77

310,7

США

33

149,8

Таджикистан

42

25,5

Туркмения

37

32,3

Узбекистан

33

58

Украина

1794

6586,9

Прочие

1

4,5

Всего

5492

17763,9

Одновременно осуществляется импорт плавленого сыра в Россию, лидирует здесь Финляндия, на ее долю приходится более 2/3 (72 %) от общего объема поставок, далее - Франция (16 %), Украина (8 %) и Польша (2%). Доля других стран не превышает 2 %.

Для дальнейшего увеличения выработки плавленых сыров имеются все предпосылки. В частности, достаточность производственных мощностей и наличие необходимого оборудования на российском и зарубежных рынках, обширный ассортимент плавленых сыров как по составу, так и по вкусу и консистенции, что обусловливает потребительский спрос [10].

Основной фактор, препятствующий дальнейшему наращиванию объемов производства плавленых сыров, ограниченность сырьевых ресурсов и прежде всего сычужных сыров. В то же время темпы роста объемов производства плавленых сыров опережают темпы роста объемов сычужных (рис. 2).

                

           Рисунок 2 – Производство сыров в России

           Следовательно, есть резерв увеличения выработки плавленых сыров без значительного наращивания объемов сычужных[33].                  

             1.3.2 Тенденции производства обогащенных и функциональных плавленых сыров

Объемы производства плавленого сыра в стране растут быстрыми темпами. Причем при выработке плавленого сыра все шире применяют сырье немолочного происхождения (ягоды, фрукты, овощи, зерновое и дикорастущее сырье, продукты морских промыслов, мясопродукты и др.). Использование нетрадиционного растительного и животного сырья повышает пищевую и биологическую ценность продукта, а также может придавать ему лечебно-профилактические свойства. Поэтому одна из задач при получении таких продуктов обеспечение предпочтительного набора и соотношения компонентов, максимально приближенных к физиологическим потребностям организма [7].

Сырье, используемое в производстве плавленого сыра, должно отвечать следующим требованиям:

  •  гарантировать гигиеническую безопасность получаемого продукта;
  •  не придавать продукту выраженных неприятных оттенков вкуса и запаха;
  •  балансировать составные компоненты продукта в соответствии с требованиями сбалансированного питания;
  •  обеспечивать получение продукта с хорошим товарным видом;
  •  обогащать продукт биологически активными веществами.

Следует выделить основные группы, включающие сырье немолочного происхождения, которое можно использовать при производстве плавленых сыров [7].

Первая группа — плодово-ягодное сырье (фрукты, ягоды, орехи и их производные). За счет этих продуктов в плавленых сырах можно регулировать содержание витаминов, сахаров, минеральных солей, пектиновых, ароматических, а также липидных веществ, других биологически активных соединений.

Вторая группа — овощное сырье, а также продукты, получаемые при его переработке. Плавленый сыр обогащается пектинами, витаминами, микроэлементами и другими полезными веществами.

Третья группа — дикорастущие растения. Многие из них обладают антибиотическими, бактерицидными, иммуномодулирующими и антимутагенными свойствами. Включение в рецептуру плавленых сыров различного дикорастущего растительного сырья позволяет корректировать в продукте содержание отдельных аминокислот, углеводов, витаминов, микроэлементов, эфирных масел и многих других соединений. Сырье этой группы является перспективным, а его запасы в стране очень велики и многообразны [8].

Четвертая группа - злаковое сырье (отруби, зародыши и др.). Оно отличается уникальным биохимическим составом, в том числе в него входят пищевые волокна, полиненасыщенные жирные кислоты, витамин Е.

Пятая группа — морские продукты. Их использование позволяет корректировать в сырах содержание липидных компонентов, ненасыщенных жирных кислот, жирорастворимых витаминов, макро- и микроэлементов (особенно йода).

Шестая группа — продукты пчеловодства. Известно, что мед является уникальным продуктом питания, так как он содержит большое количество биологически активных веществ.

Седьмая группаразличные обогатители пищевых продуктов лечебно-профилактического назначения. Это витаминные премиксы, минеральные добавки, пектины, регуляторы жирнокислотного состава и др.

Приведенная классификация не является окончательной. Ее можно совершенствовать, расширять и обновлять по мере получения новых научных сведений. Вместе с тем она показывает широкие возможности создания новых видов различных плавленых сыров [12].

Технология сыров из творога дает возможность расширить ассортимент выпускаемой продукции, увеличить объём переработки творога и снизить сезонность производства на заводах и в цехах плавленых сыров.

В качестве основного сырья используется творог с широким диапазоном физико-химических показателей, а также после резервирования путем замораживания и последующих дефростаций. Количество творога может составлять до 70% от общего компонентного состава.

Применение широкой гаммы вкусоароматических добавок позволяет получить продукт с оригинальным вкусом (от острого до сладкого), способным удовлетворить самые разнообразные и изысканные вкусы.

Несмотря на отсутствие в рецептурах сыра, готовый продукт имеет нежную пластичную консистенцию, свойственную пастообразному плавленому сыру, что возможно благодаря использованию в качестве стабилизатора белка структурообразователя биологической природы, который позволяет сохранить пищевую ценность исходного сырья, а также улучшить органолептические показатели готового продукта.

Сыры из творога в герметичной упаковке выдерживают двухмесячный режим хранения без ухудшения вкусовых показателей, что выгодно отличает их от других изделий из творога, имеющих ограниченный срок хранения - до 36 часов.

Плавленые сыры «Атлант», «Тонус», «Антошка», «Степашка» лечебно-профилактического назначения - продукты повышенной биологической ценности, которые, наряду с высокими питательными свойствами, оказывают специфическое защитное воздействие на организм человека [13].

Технология их производства основана на направленном подборе молочного сырья, вкусовых ингредиентов, использовании экологически чистых структурообразователей, что способствует получению высококачественного готового продукта с широкой гаммой вкусовых оттенков и разнообразной консистенцией.

Лечебный эффект достигается за счет обогащения сыров биологически активными добавками - лизоцимом.

Питательные свойства сыров обусловлены значительным содержанием легкоусвояемого молочного белка (13,5 - 20,5%), молочного жира (16,5 - 22,5%), жизненно важных минеральных веществ Са, Р, К, Na, в соотношениях, соответствующих требованиям науки о питании.

Плавленые сыры «Атлант», «Тонус», «Антошка», «Степашка» рекомендуются детям старше полутора лет, беременным и кормящим женщинам, взрослому населению для профилактики желудочно-кишечных заболеваний (дисбактериоз, дисфункции кишечника) при утомлении, снижении иммунитета, при экстремальных и неблагоприятных условиях. А также после приёма антибиотиков для предупреждения инфекционных осложнений на фоне интенсивной терапии, а также для диетического питания больным при лечении дисбактериозов, дисфункций функций кишечника, острых кишечных инфекций, острых и хронических воспалительных заболеваний органов пищеварения [17].

Новые виды высокожирных плавленых сыров «Славянский» и «Русич»  – пастообразные продукты с умеренно выраженным сырным вкусом и запахом с привкусом пастеризации. Сыр «Славянский» - с нежной, пластичной, мажущейся консистенцией. Консистенция сыра «Русич» – пластичная, однородная, допускается плотная.

Отличительной особенностью данной технологии по сравнению с другими видами сыров этой группы является замена крупных сыров с высокой температурой второго нагревания в смеси для плавления менее дорогостоящими и дефицитными полутвердыми сырами и сыром российским.

Эти сыры предлагаются взамен пастообразного сыра «Янтарь». Новая технология реализуется на имеющемся оборудовании и не требует особых условий для ее осуществления.

Отличительной особенностью новых видов плавленых сыров «Луговой» и «Солнышко» является полная замена сахара-песка смесью низкокалорийных подсластителей [10].

Плавленые сыры «Луговой» и «Солнышко» предназначены для диетического питания. Их диетические свойства обусловлены комплексом вкусовых наполнителей: в сыре «Луговой» – смесью подсластителей и цикорием, в сыре «Солнышко» – смесью подсластителей и мякотью тыквы.

Наличие в составе этих продуктов низкокалорийных подсластителей взамен сахара-песка делает возможным использование плавленых сыров «Луговой» и «Солнышко» в рационе питания больных сахарным диабетом. Цикорий усиливает диетические свойства, т.к. содержит в своем составе сладкое вещество – инулин, широко применяемое в питании диабетиков и заменяющее им крахмал и сахар. Кроме того, цикорий способствует повышению аппетита и улучшению пищеварения, успокаивает нервную систему и положительно влияет на работу сердца. Мякоть тыквы является источником пищевых волокон, оказывающих положительное влияние на процесс пищеварения. Использование мякоти тыквы или тыквенного напитка в составе плавленого сыра «Солнышко» придает продукту оригинальный вкус и аромат. А нежная, пластичная консистенция делает привлекательным использование этих сыров в питании как взрослых, так и детей.

Диетические свойства данных сыров подтверждены результатами клинической апробации. Плавленые сыры «Луговой» и «Солнышко» рекомендованы для питания больных сахарным диабетом.

Сыр плавленый «Янтарь», выработанный с использованием натуральной БАД вырабатывается из высококачественных сычужных сыров, масла и сливок из коровьего молока, сухого обезжиренного молока с добавлением специальных солей-плавителей. Сыр «Янтарь» обладает специфическими органолептическими характеристиками (пряным вкусом), что обусловлено использованием в его рецептуре сычужных сыров с высокой температурой второго нагревания. Однако, в связи с сокращением производства данной группы сыров в нашей стране, обеспечение производства упомянутой разновидности плавленых сыров стало проблематичным.

В связи с чем, во ВНИИМС разработана биотехнология быстросозревающей вкусоароматической добавки с физико-химическими и органолептическими показателями, близкими к таковым для твердых сыров с высокой температурой второго нагревания. Использование в рецептуре плавленого сыра «Янтарь» натуральной вкусоароматической добавки позволяет получить конечный продукт, аналогичный по органолептическим, физико-химическим и реологическим показателям плавленому сыру, выработанному с сырами с высокой температурой второго нагревания.

Применение вкусоароматической добавки взамен сыров с высокой температурой второго нагревания позволяет снизить себестоимость продукта примерно на 10% [27].

Плавленый сырный продукт «Полевой» представлен следующими разновидностями:

  •  колбасным, выработанным методом копчения дымом или с использованием ароматизатора копчености,
  •  ломтевым – с пряными ароматизаторами или с зеленью петрушки, укропа,
  •  пастообразным – десертного назначения.

Отличительной особенностью данной технологии является внесение в состав продукта белоксодержащих растительных компонентов – тофу, соевой муки, пшеничного зародыша.

С целью улучшения технологических свойств белоксодержащих растительных ингредиентов при переработке осуществляется подготовка перед процессом плавления специальными приемами. Использование растительных ингредиентов в рецептурах сырных продуктов в количестве 15% от общего состава позволяет экономить молочное сырье, сохраняя при этом показатели качества плавленых сыров, близкими к традиционным.

Наличие растительных ингредиентов обогащает состав сырного продукта полиненасыщенными жирными кислотами, минеральными веществами и естественным мягким пищевым адсорбентом – клетчаткой.

Пищевая ценность плавленого сырного продукта «Полевой» обусловлена наличием в его составе белка (24,5-25,5)%, молочного жира (12,36-13,5)%, жизненно важных минеральных веществ: Ca, K, Na, P[4].

Перспективным направлением в производстве обогащенных и функциональных плавленых сыров является замена молочного жира. Плавленый сырный продукт изготовляют по технологии плавленого сыра с использованием немолочного жира и (или) белка. Такой статус определен этой группе ГОСТ Р 52176—2003 «Продукты маслоделия и сыроделия. Термины и определения».

Этой группе продуктов, в основу технологии которых заложен принцип ресурсосбережения, принадлежит важнейшая роль в увеличении объемов производства продуктов отрасли плавленых сыров.

В основу производства плавленых сырных продуктов (ПСП) положен рецептурный принцип, позволяющий изменять компонентный состав сырья в широком диапазоне. В связи с этим не представляет труда осуществить полную или частичную замену молочного жира растительными и животными жирами в зависимости от поставленной цели.

Во ВНИИМСе созданы технологии ПСП повышенной биологической ценности, в которых осуществлялась корректировка жирнокислотного состава. К ним относятся плавленые сырные продукты для школьников («Белоснежка» и «Чебурашка»), часть молочного жира в которых заменена жидкими растительными маслами: подсолнечным и кукурузным. В пластифицированных сырных массах, рекомендуемых для профилактики и лечения нарушений липидного обмена («Ромашка», «Ягодка»), используется соевое масло. Рецептуры ПСП «Радуга» содержат в своем составе композицию из животных и растительных жиров, подобранную по принципу эталонного жира.

Сейчас на российском рынке представлен широкий спектр заменителей молочного жира (в основном импортные), что и выдвинуло задачу их отбора для использования в производстве ПСП [27].

Жиры немолочного происхождения подбирали по жирнокислотному составу, сочетаемости по органолептическим и физико-химическим показателям с сырной основой, температуре плавления и застывания, значению перекисного числа, а также безопасности, являющейся важной характеристикой пищевой ценности продуктов. На основании проведенного анализа отобраны жиры немолочного происхождения, которые по ряду показателей приближаются к молочному жиру и могут быть использованы в рецептурах плавленых сырных продуктов: ЗМЖ «Акобленд» (фирма Karlshamm); «Хилол» (Голландия); пальмовое масло отвержденное рафинированное (Нидерланды); масло соевое рафинированное дезодорированное. Предусмотрены варианты использования комбинаций отвержден-ных и жидких растительных масел.

Указанные жиры испытаны в составе ломтевых, в том числе колбасных и пастообразных ПСП, содержащих от 30 до 60 % жира в сухом веществе. На основании физико-химических показателей и органолептических характеристик плавленых сырных продуктов установлены оптимальные дозы растительных жиров в зависимости от массовой доли жира в продукте. Для ломтевых плавленых сыров 30 % - ной жирности замена молочного жира может составлять 80 %; 40 % - ной жирности - 70 %; пастообразных с массовой долей жира 45—60 % — не более 50 %.

Использование растительных жиров и масел в установленных дозировках не снижает органолептических характеристик плавленых сыров, кроме того, способствует повышению их пищевой ценности за счет обогащения полиненасыщенными жирными кислотами, достижения соотношения линолевая: линоленовая кислота 4,9:1 -5,6:1, а также снижения уровня холестерина.

Итогом проведенных исследований стала разработка технической документации на продукты сырные плавленые «Любительский» и технологическая инструкция по его производству), которые включают 13 видов без ароматизаторов и с ароматизаторами, придающими продуктам специфические привкусы и запахи копчения, чеснока, грибов, перца, кетчупа и т.д.[3].

В сырных продуктах с массовой долей жира 30% Акоблендом заменено 80% молочного жира, в сырных продуктах с массовой долей жира 40% - 70% молочного жира, в сырных продуктах с массовой долей жира 45, 55, 60% замена составляет 50%.

Использование немолочного жира в рецептурах позволяет получить продукты с умеренно выраженным сырным или кисломолочным вкусом, а также оригинальным привкусом, в случае использования ароматизаторов. Консистенция плотная, слегка упругая в плавленых сырных продуктах с массовой долей жира 30% и 40%; нежная, мажущаяся, маслянистая в сырных продуктах с массовой долей жира 45, 55 и 60%.

Замена части молочного жира Акоблендом позволяет:

  •  расширить ассортимент;
  •  сгладить сезонность;
  •  высвободить значительные объемы производства молочного жира;
  •  обогатить плавленые сырные продукты полиненасыщенными жирными кислотами.

Пищевая ценность сырных продуктов обусловлена наличием в их составе жира от 12,6 до 28,2%, в том числе немолочного от 10,1 до 14,1%. белка от 14,9 до 25,7%.

На основании изучения влияния жиров немолочного происхождения на органолептические и физико-химические показатели ПСП установлены оптимальные дозы внесения их в сырную смесь.

Замена молочного жира растительным жиром «Марго» (Россия) и пальмовым маслом составила 80% в плавленых сырных продуктах 30 % и 40%-ной жирности и 50% - в пастообразных 45—60 %-ной жирности.

По результатам исследований маргаринов «Универсальный» и «Эконом» установлена возможность их внесения в состав ПСП 30 %40 % -ной жирности (замена 60% молочного жира) и 45-60 % - ной жирности (замена 50 % молочного жира) [29].

Внесение растительных жиров в установленных дозах обогащает состав ПСП полиненасыщенными жирными кислотами: линолевой и линоленовой. Их содержание увеличивается в зависимости от вида и дозировки растительных жиров: в ломтевых продуктах в 4,3—8 раз, пастообразных в 3,5—5,5 раза.

При использовании для ЗМЖ аналога молочного жира и пальмового масла содержание транс - изомеров жирных кислот снижается в 2,5-3,5 раза в ломтевых продуктах и почти в 2 раза — в пастообразных [35].

Результаты исследований легли в основу разработки технической документации на сырный плавленый продукт «Мономах» и технологическая инструкция по его производству), включающий 12 видов, относящихся к ломтевой (в том числе колбасные) и пастообразной группам.

Проведенные во ВНИИМСе исследования по изучению возможности использования в производстве плавленых сырных продуктов двух разновидностей ЗМЖ «Экзотика» и жира «Эколакт» дали положительные результаты[20].

Установлено, что указанные жиры не оказывают отрицательного влияния на качественные показатели готового продукта. По физико-химическим показателям используемые жиры идентичны молочному. В то же время превосходят его по количеству полиненасыщенных жирных кислот, не придают готовому продукту нехарактерных привкусов и запахов. Кроме того, пониженное содержание транс - изомеров жирных кислот (0,7-1,1 %) в ЗМЖ «Экзотика» делает его предпочтительным перед другими жирами немолочного происхождения, особенно перед маргаринами. На основании результатов исследований выданы рекомендации о целесообразности использования их в производстве ломтевых и пастообразных плавленых сырных продуктов.

Замена молочного жира в продуктах 40 % - ной жирности составляет 70%, в высокожирных - 50 % . Возможна 90 % - ная  замена молочного жира в рецептурах плавленых сырных продуктов ломтевой группы и 70 % - ная в пастообразных высокожирных продуктах при условии использования вкусо-ароматических добавок или вкусовых наполнителей.

При использовании жиров немолочного происхождения в рецептурах ПСП с массовой долей жира от 30 до 60 % замена молочного жира позволит высвободить в среднем 120 кг молочного жира на 1 т готового продукта[15].

Вместе с тем, замена молочного жира растительными не изменяет высокую энергетическую ценность продуктов. В этой связи, поиск заменителей жира низкой калорийности является одной из актуальных задач молочной промышленности, в том числе производства плавленых сыров.

         Заключение по литературному обзору

Плавленый сыр — это поликомпонентный пищевой продукт, основу которого составляют молочные сырьевые компоненты: твердые и мягкие сыры, сливочное масло, творог, продукты и полуфабрикаты из вторичного сырья. Различное соотношение между сырьевыми компонентами, а также использование немолочных ингредиентов обусловливают различие химического состава плавленых сыров и, как следствие, их органолептических показателей. Эти различия положены в основу принципов классификации плавленых сыров, разделяющихся на видовые группы: ломтевые, пастообразные, сладкие, консервные [20].

Успешному наращиванию объемов производства и росту потребления плавленых сыров способствует расширение их ассортимента посредством разработки новых видов, обладающих более высокими показателями качества, которые определяют необходимый уровень конкурентоспособности.

В последние годы распространение получили плавленые сыры с функциональными свойствами. Среди них особое место занимают продукты с заменой молочного жира растительными, а также сыры с пониженным содержанием жира. Современная концепция рационального питания направлена на разработку продуктов низкой энергетической ценности. В этой связи особую актуальность приобретает замена молочного жира низкокалорийными аналогами.

В молочной отрасли России ежегодно в качестве побочного продукта образуется около 3,0 млн. т. подсырной сыворотки, промышленной переработке подвергается около 30 % [32].

        Только при комплексной промышленной переработке подсырной сыворотки возможно решение проблемы рационального ее использования, о чем свидетельствует как мировой, так и передовой отечественный опыт. Наиболее перспективным направлением переработки этой сыворотки является получение отдельных компонентов и реализация их в технологии продуктов питания. 

         Новые системы газового анализа, а именно, применение системы «Электронный нос» могут существенно повысить информативность метода исследований за технологией производства продуктов из подсырной сыворотки, контролировать сырье, оценивать готовый продукт [16].

На основе анализа литературных данных нами сформулированы цель и задачи работы.

Цель - разработка технологии плавленого сыра с улучшенными потребительскими свойствами.

Для достижения поставленной цели планируется решить следующие задачи:

  1.  Обосновать выбор компонентов для производства плавленого сыра с улучшенными потребительскими свойствами;
  2.  Идентифицировать и количественно определить индивидуальные ароматобразующие вещества подсырной сыворотки как компонента плавленого сыра;
  3.  Изучить закономерности сорбций ароматобразующих веществ подсырной сыворотки на пленках модификаторов электродов пьезокварцевых резонаторов;
  4.  Сформировать мультисенсорную систему с максимальной чувствительностью к ароматобразующим компонентам подсырной сыворотки;
  5.  Определить  качество подсырной сыворотки и ее модифицированной формы микропартикулята сывороточных белков;
  6.  Разработать рецептуру и усовершенствовать технологию плавленого сыра с улучшенными потребительскими свойствами с применением микропартикулята сывороточных белков;
  7.  Исследовать состав, показатели качества и хранимоспособность  нового продукта;
  8.  Провести оценку конкурентоспособности.

         

         2 Методы и методики  экспериментальных исследований  

         2.1 Объекты исследований

         Схема исследований представлена на рисунке 3. Объектами исследований являлись: натуральная подсырная сыворотка по   ГОСТ Р 53438 – 2009, микропартикулят сывороточных белков и их ароматобразующие вещества. В работе использовали ряд компонентов, являющихся необходимыми рецептурными ингредиентами в производстве нового продукта: вода питьевая (СанПиН 2.1.4.1074 – 01), сыр свежий «Адыгейский» (ОСТ 10-088-95), соль-плавитель (ГОСТ 512196-2003), молоко сухое обезжиренное (ГОСТ 10970-87), микропартикулят сывороточных белков, соль диетическая с лизином и пониженным содержанием натрия (ТУ 9192-003-51711263-04) По показателям безопасности и микробиологическим показателям все сырье соответствует требованиям СанПиН 2.3.2.1078 – 2001.

         Экспериментальная часть работы выполнялась в лабораториях кафедры технологии молока и молочных продуктов, неорганической химии и химической технологии, испытательной лаборатории Роспотребнадзора по Воронежской области, испытательной лаборатории автономного научно-технического центра «Комбикорм», центре стратегического развития научных исследований Воронежской государственной технологической академии.

     

AC

 

Рисунок 3 - Схема исследования

     2.2 Материально-техническое обеспечение

Выработку УФ-концентрата подсырной сыворотки проводили на лабораторной ультрафильтрационной установке кафедры молока и молочных продуктов (Рис. 4). Основными ее узлами являются два модуля плоской камерной конструкции и центробежный насос. Ультрафильтрационный модуль типа фильтр-пресс состоит из двух пластмассовых и двух металлических прижимных фланцев. На нижнем пластмассовом фланце расположен коллекторный канал со штуцером для подвода исходной смеси, на верхнем пластмассовом фланце - сборный коллекторный канал со штуцером для отвода концентрата. Нами были использованы мембраны УПМ – 450 С на основе полиамидов, которые укладывались по обе стороны дренажной пластины, одновременно выполняющей роль опоры (табл. 9). Каждая пластина имеет канал для отвода фильтрата в коллекторную щель для концентрата. Высота мембранного канала обеспечивается резиновой прокладкой толщиной 2,5x10-3 м [17].

Таблица 9  - Основные характеристики мембран УПМ – 450С

Показатели

Значение

Активная кислотность, ед. рН

1 – 13

Температура среды, ºС

0 – 80

Давление, МПа

До 0,7

Селективность, %

         по белкам

         по лактозе

90

8

Средняя проницаемость мембран при ультрафильтрации молочного сырья, л/м2хч

         при 10ºС

         при 50ºС

8 – 10

35 – 40

Срок службы, месяцев

12

 

                          

Рисунок 1 – Ультрафильтрационная установка

а) модуль; б) фильтрующий элемент

        

а) модуль; б) фильтрующий элемент

а) модуль; б) фильтрующий элемент

         Рисунок 4  – Схема ультрафильтрационной установки

Каждая пластина имеет канал для отвода фильтрата в коллекторную щель для концентрата. Высота мембранного канала обеспечивается резиновой прокладкой толщиной 2,5x10-3м. Процесс мембранного разделения сыворотки осуществляется следующим образом [39]. Однородный продукт подается в коллектор снизу, равномерно распределяется коллекторной сетью в надмембранных каналах и белковая фракция концентрируется по мере проникновения через мембрану. Прошедший через мембрану пермеат по дренажным каналам по нижней поверхности опорной пластины поступает в общий коллектор сбора пермеата. Производительность установки варьируется количеством мембранных элементов с мембранами в зависимости от условий эксперимента. Перед проведением эксперимента проводили усадку мембран с использованием в качестве рабочей жидкости умягченной воды в закольцованном режиме.                            

         Для получения микропартикулята сывороточных белков применяли лабораторный гомогенизатор.                                      

Сенсорометрический анализ равновесных паровых фаз легколетучих ароматобразующих веществ подсырной сыворотки и микропартикулята сывороточных белков проводили в статическом режиме с инжекторным вводом пробы, что обеспечивает независимость получаемых данных от скорости продвижения пробы в ячейке детектирования.

Применяли пьезоэлектрический кварцевый резонатор АТ-среза (колебания «сдвиг по толщине»). Поверхность Аl-электродов модифицировали тонкой пленкой раствора сорбента, что обеспечивало получение стабильных результатов и адгезию модификатора на поверхности электродов. АТ-срез кварца [срез под углом (35,15 1)] минимизирует влияние температуры [8]. Пьезорезонаторы с колебаниями «сдвиг по толщине» характеризуются наибольшей масс-чувствительностью, а также минимальной зависимостью частоты колебаний от упругих свойств наносимого пленочного покрытия.

В качестве трансдьюсеров пьезокварцевых резонаторов применяли пластины a-кварца (SiO2), характеризующиеся механической и термической прочностью, малым внутренним трением, стабильностью электрофизических параметров. Это обеспечивает надежные метрологические  характеристики датчиков на основе пьезоэлектрических кварцевых резонаторов.

Поверхность немодифицированных Al-электродов пьезокварцевого резонатора практически не сорбирует объекты исследования, изменения аналитического сигнала незначительны и соответствуют уровню шумов. Нанесение тонкой пленки сорбента на тензочувствительную область электродов пьезосенсора повышает его чувствительность вследствие увеличения концентрации активных центров сорбента. В результате повышается энергия сорбции по сравнению с немодифицированным сенсором, аналитический сигнал многократно возрастает [8].

Пьезосенсор характеризуется предельной нагрузкой, превышение которой приводит к срыву или неустойчивости генерации его колебаний. Общая нагрузка учитывает массы электродов пьезосенсора и модификатора, сорбированного из газовой фазы сорбата, а также давление потока воздуха.

Избирательность и чувствительность пьезосенсоров определяются свойствами модификаторов его электродов.

 В качестве модификаторов электродов пьезокварцевых резонаторов применяли стандартные неподвижные газохроматографические фазы, различающиеся полярностью, а также специфические сорбенты. Модификаторы образуют на поверхности электродов тонкие и однородные по толщине пленки, устойчивые на воздухе (не окисляются и не разлагаются), характеризующиеся малой летучестью, высоким сродством к сорбатам, механической стабильностью (необходимо для проведения большого числа экспериментов на одной пленке) [15]. Малые акустические потери, вносимые модификатором в резонансную систему сенсора, обеспечивают образование на поверхности электродов пьезокварцевого резонатора тонких и однородных по толщине пленок с высоким модулем упругости.                                                             

Мультисенсорная экспериментальная установка

Мультисенсорная экспериментальная установка для газового анализа в статическом режиме с инжекторным вводом пробы включает следующие основные блоки: 1 – насос для прокачки воздуха при регенерации сорбента; 2 – систему осушки воздуха; 3 – мультисенсорную ячейку детектирования; 4 – генераторы колебаний в защитном кожухе; 5 – частотомер; 6 – компьютер с соответствующим программным обеспечением (рис. 5). Установка регистрирует и записывает в виде файлов частоты всех модифицированных пьезо-кварцевых резонаторов одновременно.

         Рисунок 5 - Мультисенсорная экспериментальная установка: 1 – насос для прокачки воздуха при регенерации сорбента; 2 – система осушки воздуха; 3 – мультисенсорная ячейка детектирования; 4 – генераторы колебаний в защитном кожухе; 5 – частотомер; 6 – компьютер с соответствующим программным обеспечением.

Для осушки и улавливания из лабораторного воздуха паров примесей органических и неорганических веществ разных классов применяли трубку с зернами силикагеля (SiO2nH2O) диаметром 0,25 – 0,50 мм, на поверхности которых находятся беспорядочно распределенные силанольные ОН-группы, что обусловливает его повышенную адсорбционную активность по отношению к полярным соединениям. Силикагель (1г), почти полностью насыщенный парами воды после пропускания 10 – 20л воздуха, регенерировали прокаливанием при 600 0С. Для дополнительного улавливания паров воды устанавливали хлоркальциевую трубку [15].

Мультисенсорная ячейка детектирования (рис. 6) изготовлена из нержавеющей стали в виде цилиндрического сосуда (1) с герметично завинчивающейся крышкой (2) (по кругу расположены панели для 9 сенсоров, (3) – отверстия под панели) и съемным основанием (4). Герметичность резьбового соединения крышки и основания с цилиндром обеспечивают два резиновых кольца (5). Корпус ячейки снабжен тремя патрубками: один предназначен для ввода анализируемой пробы (6), второй (7) – для ввода газа-носителя (воздух) при регенерации сорбента (приведение сенсоров в рабочее состояние и  удаления следов веществ от предыдущих измерений), третий – для вывода газа-носителя (8). Патрубки герметично закрываются полиуретановыми прокладками  (9) и прижимными заглушками (10 – 12) с резьбовыми соединениями. При проведении анализа патрубки 7 и 8 герметично закрывают прижимными заглушками (11, 12), при регенерации системы эти заглушки открывают.  

                         

          Рисунок 6 - Ячейка детектирования: 1 – цилиндрический сосуд ячейки детектирования; 2 – герметично завинчивающаяся крышка; 3 – отверстия под панели для 9 сенсоров; 4 – съемное основание; 5 – резиновое кольцо; 6 – патрубок для ввода анализируемой пробы; 7 – патрубок для ввода газа-носителя при регенерации сорбента; 8 – патрубок для вывода газа-носителя; 9 – полиуретановая прокладка; 10 – прижимная заглушками с отверстием для ввода пробы; 11, 12 – прижимные заглушки.

Схема автогенератора колебаний должна характеризоваться стабильностью частоты колебаний, изменения которой зависят только от модулирующего воздействия, и высоким уровнем обеспечения надежности (устойчивостью колебаний заданной частоты, мягким режимом возбуждения колебаний, устранением возможности генерации мешающих колебаний, вызванных температурными шумами резисторов и скачками напряжения в проводах питания).

Применяли кварцевый автогенератор с цифровой микросхемой на элементах ТТЛ–логики и триггерами Шмитта на входе [16].

Для измерения и обработки аналитических сигналов пьезосенсоров применяли 9-канальный цифровой измерительный комплекс. Частотомер подключали к компьютеру через последовательный интерфейс
RS–232 С. Промежутки между фиксированием сигналов сенсоров составляли 1 с, данные выводились на дисплей монитора. В частотомере предусмотрен выбор выдержек измерения от 1 до 60 с (рис. 7).

         Рисунок 7 - Канальный цифровой измерительный комплекс

Частотомер функционировал на базе микроконтроллера PIC16F628 фирмы MICROCHIP, который имел встроенную память программ, несколько таймеров-счетчиков и последовательный интерфейс [15]. Микроконтроллер уменьшает габариты частотомера, что позволяет применять его как портативное переносное устройство (табл. 10).

Таблица 10 - Основные технические характеристики частотомера

Параметр

Значение

Параметр

Значение

диапазон измеряемых

частот, МГц

0 – 50

погрешность измерения частоты, Гц

1

уровень входного сигнала

ТТЛ

напряжение питания, В

5

время измерения частоты, с

1

ток потребления, мА

<10

Данные в компьютер передавались четырьмя байтами после каждого цикла измерений. Дальнейшую их обработку и хранение осуществляли под управлением программы компьютера.

    

      2.3 Методы экспериментальных исследований                                               

                                                                        

Для сенсорометрического анализа равновесных паровых фаз легколетучих ароматобразующих веществ подсырной сыворотки и микропартикулята сывороточных белков использовали пьезокварцевый резонатор. Поверхность Аl-электродов пьезокварцевого резонатора АТ-среза (диаметр 5 мм) с собственной частотой колебаний 8 – 10 МГц, предварительно обезжиренную этанолом, модифицировали равномерным нанесением хроматографическим микрошприцем вместимостью 10 мкл раствора сорбентов с последующим удалением растворителя в сушильном шкафу (40 – 45 0С, 20 – 30 мин) и охлаждением в эксикаторе. Объем раствора модификатора (концентрация 1,0 мг/см3) регулировали в соответствии с оптимальной массой сорбента на электродах в зависимости от его свойств. Полноту удаления растворителя контролировали по стабильности работы сенсора. Показатель стабильности – сдвиг частоты колебаний в течение 1 мин, не превышающий 2 Гц.

При выборе оптимальных растворителей сорбентов учитывали их соответствие следующим требованиям: химическая инертность к сорбционным фазам, отсутствие прочных сольватов, летучесть, высокая растворяющая способность в отношении сорбентов [8]. Для приготовления растворов модификаторов применяли хлороформ, этанол, ацетон и воду (табл. 11).

Таблица 11 - Характеристика растворителей

Растворитель

tкип., 0С

Плотность при 20 0С, г/см3

Показатель преломления при 20 0С,

103, Пас

Вязкость,

nD 20

ацетон

56,2

0,784

0,304

1,356

этанол

78,4

0,785

1,078

1,360

хлороформ

61,2

1,479

0,540

1,443

вода

100,0

0,997

0,894

1,333

Для подготовки проб анализируемые  ароматобразующие вещества, подсырную сывортку и микропартикулят сывороточных белков предварительно выдерживают при комнатной температуре в течение 15-20 мин. Их помещают в химические стаканы. Содержимое стаканов тщательно перемешивают стеклянной палочкой до однородной массы. Градуированной пипеткой отбирают 3,00 см3 образца и помещают в стеклянные маркированные бюксы с притертой пробкой и полиуретановой мембраной, плотно закрывали бюкс и выдерживали 3 – 5 мин при комнатной температуре для насыщения газовой фазы ароматом соответствующей пробы.

Закрепляют сенсоры (предварительно подобранные для этих исследований) в ячейке детектирования, закрывают крышку и включают программу.

       Перед измерениями проверяли стабильность работы сенсоров. Затем в ячейку детектирования шприцем инжектировали определенный объем пробы. После измерений ячейку и пленки модификаторов регенерировали продувкой системы осушенным лабораторным воздухом. При сорбции изменяется масса модификатора и, как следствие, частота колебаний пьезосенсора (абсолютный отклик Fсmах). Частоту сенсоров фиксировали цифровым измерительным комплексом и выводили на дисплей монитора.

       Условия сорбции: температура в ячейке детектирования
20
1 оС, масса пленки сорбента на электродах mпл = 15 5 мкг, объем вводимой пробы 2 см3.

Массу пленки модификатора (mпл, мкг) вычисляли по уравнению Зауэрбрея (1):

            ,                                                (1)

где Fпл (F0Fпл) – изменение частоты колебаний пьезорезонатора при формировании пленки, Гц; F0 – собственная частота колебаний кварца, Гц; Fпл – частота колебаний кварца, модифицированного пленкой сорбента, Гц; Kf – градуировочная константа пьезоэлектрических микровесов (при н.у. Kf =
= – 2,3ּ10
-6ּсм2ּг -1); s – площадь электродов резонатора (0,3 см2). 

Эффективность сорбции (Fmax, Гц) оценивали по величине аналитического сигнала (максимальное изменение частоты колебаний сенсора при сорбции) по уравнению (2):

          ,                                       (2)

где Fсmах  частота колебаний сенсора после сорбции, Гц.

          Значения аналитических сигналов представлены в таблице 219.

Сорбционную емкость пленки модификатора а (Таблица 16) вычисляли по уравнению (3):

а = Fсmax /Fпл .                                              (3)

       Сигналы датчиков мультисенсорной системы группируются в общий (интегральный) выходной сигнал, который формирует узнаваемый «визуальный образ» запаха [8]. Для расчета площади «визуального образа» разработано программное обеспечение, позволяющее автоматизировать анализ интегрального выходного сигнала датчиков мультисенсорной экспериментальной установки.                                       

         При разработке технологии плавленого сыра с улучшенными потребительскими свойствами применяли стандартные методики физико-химического и микробиологического анализа (табл. 12), и модифицированные  усовершенствованные методики.

Для определения целевых показателей, позволяющих комплексно оценить качество сырья и полученных продуктов пользовались многоуровневой схемой. Применяемые методы можно классифицировать на методы исследований органолептических и физико-химических свойств, структурно-механических характеристик, микробиологические методы исследования в изучаемых продуктах, а также методы определения  пищевой, биологиеской и энергетической ценности разработанных рецептурных композиций и готовых продуктов.

Энергетическую и пищевую ценность определяли по методике                  А.А. Покровского [2]. Биологическую ценность оценивали по значению аминокислотного скора [3].

Таблица 12 – Стандартные и гостированные методики

Наименование определяемых показателей

Название метода

Определяющие методы испытаний

1

2

3

Массовая доля сухих веществ

-подсырной сыворотки и

микропартикулята

-    сыра свежего

-    сыра плавленого

Термогравиметрический

Рефрактометрический метод

Термогравиметрический

То же

ГОСТ 3626 – 78 

ГОСТ 5900 – 73

ГОСТ 28561 – 90

Массовая доля жира

- подсырной сыворотки

- микропартикулята

- плавленого сыра

Турбидиметрический метод

То же

Гравиметрический метод

ГОСТ 29247– 91

ГОСТ 5867 – 90

ГОСТ Р 51471 - 99

Массовая доля лактозы

-подсырной сыворотки и микропартикулята

Рефрактометрический метод

Поляриметрический метод

ОСТ 4963 – 85

Массовая доля белка

- подсырной сыворотки и

микропартикулята

Формольное титрование

Протолитометрия (Метод Кофрани)

ГОСТ 25179 – 90

Плотность подсырной сыворотки и МП

Ареометрический метод

ГОСТ 3625 – 84

Продолжение таблицы 12

1

2

3

Титруемая кислотность

микропартикулята

Протолитометрия

ГОСТ 5898 – 87

Активная кислотность

-микропартикулята

-плавленого сыра

Потенциометрический метод

ГОСТ 5898 – 87

ГОСТ 26781-85

Органолептические показатели: запах, вкус, внешний вид, консистенция, цвет теста, вид на разрезе

-микропартикулята

-сыра плавленого

Сенсорный анализ

ГОСТ 28283 – 89

ГОСТ 5897 – 90

Определение общего содержания минеральных веществ

Термогравиметрический метод

ГОСТ 25555.4 – 91

Массовая доля  кальция

Комплексонометрия

ГОСТ 26570 – 95

Массовая доля  

фосфора

Комплексонометрия

ГОСТ 26657 – 97

Массовая доля хлористого натрия

Гравимитрический

ГОСТ 3627-81

Общее количество бактерий

Посев на агаре с

гидролизованным молоком

ГОСТ 9225 – 84

Дрожжи и  плесневые грибы

Посев на среду Сабуро

ГОСТ Р 50474 – 93

БГКП

Посев

ГОСТ 30518 – 97

  Исследование аминокислотного состава  

Аминокислотный состав определяли методом капиллярного электрофореза на приборе «Капель-105».  

Для определения содержания всех аминокислот [4], кроме триптофана, в 4 фарфоровые чашки помещали по 10 см3 молочной сыворотки и выпаривали. В две чашки вводили окислительную смесь (Н2О2 : НСООН = 1 : 9) и вновь выпаривали на водяной бане при 60 оС до сухого остатка. К сухим остаткам в 4 чашках добавляли по 10 см3 HCl и количественно переносили в виалы для проведения кислотного гидролиза.

Растворы после кислотного гидролиза охлаждали, отфильтровывали, дозаторами отбирали в бюксы по 50 мм3 гидролизатов и выпаривали в струе теплого воздуха. Сухой остаток смачивали 50 мм3 дистиллированной воды, добавляли раствор карбоната натрия, перемешивали, вводили изопропанольный  раствор фенилизотиоцианата, перемешивали до растворения осадка и оставляли на 35 мин при 25 0C. Затем содержимое бюксов выпаривали в струе теплого воздуха, сухие остатки растворяли в 500 мм3 дистиллированной воды, дозаторами отбирали по 450 мм3 в пробирки Эппендорфа.

Для определения содержания всех аминокислот, кроме цистеиновой, аспарагиновой и глутаминовой,  первые две пробы анализировали при 30 0С в течение 15 мин,   = 254 нм.  При определении цистеиновой, аспарагиновой и глутаминовой кислот пробы анализировали в течение 9 мин при тех же условиях. Электролит – фосфатный буферный раствор с добавлением -циклодекст-рина, рН = 6,8.

Определение триптофана. В 2 чашки для проведения щелочного гидролиза помещали по 5 см3 молочной сыворотки, добавляли кристаллогидрат Ba(OH)28H2O, герметично закрывали и устанавливали в термоблок при температуре 110 0С на 16 ч. После щелочного гидролиза пробы помещали в мерные колбы вместимостью 10 см3, добавляли каплю этанольного раствора метилового красного и нейтрализовали раствором серной кислоты с мас. долей 10 % до перехода желтой окраски в розовую. Отбирали 0,5 см3 нейтрализованного  гидролизата  в  пробирку  Эппендорфа и  анализировали 10 мин при 40 0С, = 219 нм. Электролит – боратный буферный раствор, рН = 8,8.

Исследование реологических свойств

Основные реологические показатели определяли на структурном ротационном вискозиметре «Реотест-2». Реологические свойства исследовали в цилиндрическом измерительном устройстве 5, 6.

Анализируемый продукт находится в кольцеобразном зазоре системы соосных цилиндров. В наружный стационарный цилиндр с радиусом R, оформленный в виде мерного бачка, помещали анализируемый продукт. С целью регулирования температуры цилиндр помещали в  рубашку, предназначенную для присоединения термостата с циркуляцией жидкости. Измерительный  вал  соединял  вращающийся  на  постоянной  угловой скорости  внутренний цилиндр (радиус r ,  длина l) c цилиндрической винтовой пружиной. Отклонение пружины  – мера вращающегося момента М, действующего на внутреннем цилиндре. Отклонение звена пружины измеряли потенциометром сопротивления, расположенным в мостовой схеме; изменение диагонального тока мостика пропорционально вращающемуся моменту М звена пружины.

Касательное напряжение τ r и градиент скорости γ r для системы соосных цилиндров – величины не постоянные в кольцевом зазоре,  поэтому при их расчете учитывают радиус r внутреннего цилиндра. Оптимальное соотношение радиусов r/R=1.

Между показаниями прибора и реологическими параметрами использовалось следующее соотношение:

                                   τ= zα,                                              (4)

где τ – касательное напряжение, Па;

z – константа цилиндра, Па•1/дел. шкалы;

α – значение, отсчитанное со шкалы индикаторного прибора.

    Константа цилиндра указана в удостоверении об испытании каждого измерительного устройства отдельно по диапазонам 1 и 2 касательных напряжений.

    Падение скорости в кольцеобразном зазоре указывает градиент напряжения на срез γ (с-1), который часто называют и скоростью деформации. Он зависит от системы цилиндров и пропорционален числу оборотов вращающегося цилиндра, его значения указаны в удостоверении об испытании ротационного вискозиметра для всех ступеней числа оборотов и для всех измеряемых устройств.

    Отклонение частоты тока в сети от 50 Гц корректируют по формуле (5):

                                 γк = γ•V/50,                        (5)

где γк – коррегированный градиент напряжения на срез (с-1);

γ – градиент напряжения на срез из обзора ступеней (с-1).

Из измеряемого касательного напряжения и градиента напряжения на срез γ можно вычислить динамическую вязкость:

    η = (τr/γ)•100,  (6)  

где τr – касательное напряжение, Па;

γ – градиент скорости деформирования, с-1.

В случае неньютоновских жидкостей таким исчислением получают кажущуюся вязкость измеряемого вещества.

Реологические измерения проводили при следующих скоростях сдвига, с-1: 0,5; 2,7; 13,5.

         

         

         3 Результаты исследований

             3.1 Обоснование выбора компонентов

                                                                                                                                           

     На сегодняшний день в связи с избыточным потреблением пищевых нутриентов, задача снижения калорийности пищевых рационов, в частности, за счет уменьшения потребляемых жиров, является весьма своевременной. Актуальность использования эффективных имитаторов молочного жира обусловлена и дефицитом молока-сырья, увеличением его стоимости.          Определенный теоретический и практический интерес  в качестве заменителей молочного жира представляют применение белковых концентратов, в частности, выделенных из сыворотки с последующей обработкой и получением микропартикулята сывороточных белков.

 На кафедре Tехнологии молока и молочных продуктов разработан и запатентован способ получения микропартикулята сывороточных белков.

 Образующаяся в ходе микропартикуляции дисперсия содержит сферические частицы размером от 0,5 до 15 мкм, подобные жировым шарикам (Рис. 8).

                       

Увеличение × 400             Увеличение × 400          Увеличение × 400          

            а)                                            б)                                   в)

Рисунок 8 -  Микроструктура: а) УФ-концентрат, б)микропартикулят,

в) молочные сливки

Микропартикулят характеризуется органолептическими свойствами, имитирующими молочный жир (Таблица 13), и может быть использован для замены жиросодержащих компонентов в составе низкокалорийных молокосодержащих продуктов.

Таблица 13 - Органолептические показатели микропартикулята

Наименование показателя

Характеристика показателя

Внешний вид и консистенция

Однородная непрозрачная жидкость, в меру вязкая, без хлопьев белка

Вкус и запах

Чистый кисломолочный, без посторонних привкусов и запахов

Цвет

Белый, равномерный по всей массе

Исследован его состав и физико-химические свойства (Таблица 14).

      Таблица 14 - Физико-химические показатели микропартикулята

Наименование показателя

Значение показателя

Титруемая кислотность, °Т

33

Массовая доля сухих веществ, %

18,0

Массовая доля лактозы, %

5,6

Массовая доля белка, %

11,5

Вязкость, мПа·с

27

Массовая доля жира, %

0,9

Высокое содержание в микропартикуляте сывороточных белков и свободных аминокислот, в том числе незаменимых - главного критерия биологической ценности, обуславливает его пребиотические свойства.

      Аминокислотный состав микропартикулята представлен на рисунке 9.

         Рисунок 9 – Аминокислотный состав микропартикулята: 1-глутаминовая кислота, 2-лейцин+изолейцин, 3-аспарагиновая кислота, 4-лизин, 5-пролин, 6-аланин, 7-треонин, 8-аргинин, 9-серин, 10-валин, 11-фенилаланин, 12-цистин, 13-тирозин, 14-глицин, 15-метеонин, 16-гистидин, 17-триптофан

Определение его биологической ценности проводили по значению аминокислотного скора, коэффициента утилитарности показателю сопоставимой избыточности и усвояемости.

Теоретическое значение биологической ценности микропартикулята составило 75,8 % (Рисунок 10), коэффициент утилитарности – 0,67, показатель усвояемость незаменимых аминокислот – 82 г / 100 г белка, что значительно выше чем в подсырной сыворотке (Таблица 15).

Таблица 15 - Биологическая ценность микропартикулята в сравнении с подсырной сывороткой

Наиме-нование продукта

Сумма незаме-нимых амино-кислот, г/100 г белка

Минималь-ный скор

Коэффи-циент утилитар-ности

Избыточ-ность незамени-мых аминокис-лот, г/100 г белка

Сопоста-вимая избыточ-ность, г/100 г белка

Усвоя-емость незамени-мых аминокис-лот, г/100 г белка

Подсыр-ная сыворот-ка

19,52

16

0,26

12,1

76

24

Микро-партику-лят

45,29

84,8

0,67

15,2

18

82

                                        

                                                      а)

                                                    

                                                     б)

        Рисунок 10 – Биологическая ценность: а)микропартикулят, б)подсырная сыворока

 Вышеизложенное убедительно доказывает, что микропартикулят может быть использован не только для замены молочного жира в составе низкокалорийных продуктов питания но и для повышения их биологической ценности.

Применение высокотемпературной обработки при получение МП может повлиять на органолептические свойства исходной сыворотки, придать плавленому сыру приятный аромат, повышающий потребительские свойства сыра. В этой связи исследование аромата новой пищевой композиции представляет большой научный и практический интерес.

Схема получения микропартикулята сывороточных белков представлена на рисунке 11.

     Рисунок 11 – Схема получения микропартикулята сывороточных белков

Проводимый в последние годы анализ здоровья населения указывает на то, что поваренная соль  оказывает ряд нежелательных эффектов на организм человека. Продукты, содержащие повренную соль не рекомендуются больным с острыми и хроническими заболеваниями почек, сердечной недостаточностью, со склонностями к отекам, а также лицам, страдающим ожирением. Избыточное потребление поваренной соли вызывает задержку жидкости в организме и способствует повышению артериального давления крови с риском развития гипертонической болезни. По мнению многих ученых, для профилактики и при лечении гипертонии и атеросколероза следует употреблять заменители соли, что также может позволить снизить дозы приема обычных лекарств. В этой связи весьма актуальным становится производство низкокалорийных продуктов с заменой поваренной соли на диетическую, в том числе и плавленого сыра. Сравнительная характеристика состава и физико-химических показателей диетической и поваренной соли представлена в таблице 16.

         Таблица 16 - Сравнительная характеристика состава диетической и поваренной соли

Наименование показателя

Значение показателя, %

Диетическая соль

Поваренная соль

Массовая доля L лизин – гидрохлорида

1,9-2,1

-

Массовая доля хлористого натрия

55,1-60,9

97,4-99,7

Массовая доля хлористого калия

33,3-36,7

0,35

Массовая доля сульфата магния семиводного

4,8-5,3

1,3-1,8

Массовая доля влаги, не более

1

0,2-2

       Диетическая соль, напоминает по вкусу и свойствам — поваренную.

Сравнительная органолептическая оценка диетической и поваренной соли представлена в таблице  17.

Таблица 17 – Сравнительная органолептическая оценка диетической и поваренной соли

Наименование показателя

Характеристика

Диетическая соль

Поваренная соль

Внешний вид и цвет

Белый порошок без посторонних включений

Допускается белый с сероватым, желтоватым оттенком

Вкус

Соленый без постороннего привкуса

Соленый без постороннего привкуса

Запах

Без постороннего или со слабым специфическим запахом лизина

Без постороннего запаха

                        

Сравнительная характеристика растворимостей солей проедставлена на рисунке 12.

Рисунок 12 - Сравнительная характеристика растворимостей солей

Главное отличие диетической соли от поваренной – содержание NaCl, главного "задерживателя" воды в организме, снижено в ней на 38,8%, а КСl на 32,9% больше, который участвует в образовании особых веществ, способствующих расщеплению жиров. КСl необходим в образовании соляной кислоты - основного компонента желудочного сока, заботится о выведении из организма мочевины, стимулирует работу половой и центральной нервной систем, способствует формированию и росту костной ткани.

Кроме того, диетическая соль обогащена ионами магния, который очень полезен для организма, особенно сердечно-сосудистой и нервной систем.

Диетическая соль обладает лучшей растворимостью, следовательно ее применение целесообразно в технологии продуктов питания, в частности в технологии плавленых сыров.

      3.2 Сенсорометрический анализ осмофорических компонентов подсырной сыворотки и микропартикулята сывороточных белков

 

     3.2.1 Газохроматографический анализ ароматобразующих веществ подсырной сыворотки

                                                                 

Ароматобразующие вещества подсырной сыворотки – побочного продукта при производстве сыра, образующегося при коагуляции молока микрофлорой. Эти вещества формируют специфический запах  сыворотки, затрудняющий ее применение в производстве продуктов питания. Содержание и процентное соотношение ароматобразующих веществ является критерием качества и свежести сыворотки, их идентификация и количественное определение – актуальная аналитическая задача [14].

На данный момент в газовой фазе подсырной сыворотки методом газовой хроматографии идентифицированы масляная, изобутиловая, уксусная и пропионовая кислоты (рис. 13 а), а также ацетон, метилэтилкетон, этанол, пропанол, ацетальдегид и метилацетат (рис. 13 б).

          

(а)

(б)

Рисунок 13 а, б – Хроматограмма подсырной сыворотки

         Присутствие в подсырной сыворотке масляной кислоты вызывает формирование прогорклого запаха; уксусная, пропионовая и изобутиловая кислоты обусловливают затхлый вяжущий запах; ацетальдегид – резкий специфический запах; ацетон и метилэтилкетон – сладкий силосный; этанол – сладкий ванильный; пропанол –запах спирта; метилацетат – фруктовый эфирный запах.

Наибольшим содержанием в ряду жирных кислот характеризуется масляная кислота, следом за ней следуют пропионовая и изобутиловая кислоты, среди ароматобразующих веществ других классов – метилэтилкетон, втором месте метилацетат и пропанол (табл. 16). Эти соединения отличаются низкими пороговыми концентрациями среди идентифицированных ароматобразующих веществ подсырной сыворотки (табл. 18).

Таблица 18 - Содержание ароматобразующих веществ в подсырной сыворотке

Компоненты

Время удержива-ния,мин

Площадь пика на хроматограмме, мВс

Концент-рация,

% мас.

кислоты:

Уксусная

Изобутиловая

Пропионовая

Масляная

8,897

12,651

12,142

14,379

6,831

9.947

11,033

12,452

8,142

11,263

12,174

14,541

48,069

40,263

46,12

другие вещества:

Ацетон

Этанол

Ацетальдегид

Пропанол

Метилацетат

Метилэтилкетон

8,971

11,792

5,812

12,512

32,017

36,439

1,456

2,358

9,634

16,737

19,325

42,704

0,371

1,594

11,106

18,950

20,332

46,129

107,543

92,214

98,482

   Пороговые концентрации некоторых ароматобразующих веществ подсырной сыворотки и микропартикулята сывороточных белков представлены в таблице 19.

   Таблица 19 - Пороговые концентрации некоторых ароматобразующих веществ подсырной сыворотки

Соединение

Пороговая концентрация, мг/дм3

вода

молоко

ацетальдегид

0,9

1,2

масляная кислота

6,8

25,0

метилэтилкетон

60,0

79,5

ацетон

450,0

500,0

Некоторые свойства ароматобразующих веществ подсырной  сыворотки и микропартикулята сывороточных белков представлены в таблице 20.

  Таблица 20 - Некоторые свойства ароматобразующих веществ подсырной сыворотки

Соединение

Молеку-лярная

Масса, а.е.м.

tкип, 0С

Давление насыщен-ных паров при  20 0С, мм. рт. ст.

Летучесть при 20 0С, мг/дм3

Характеристика

1

2

3

4

5

6

ацетон

СН3СОСН3

58,1

56,2

226, 3

717,7

бесцветная, воспламеняющаяся жидкость с неприятным запахом

метилэтилкетон

СН3СОС2Н5

72,1

79,6

75,3

296,4

бесцветная
жидкость с
запахом ацетона

метилацетат

СН3СООСН3

74,08

57,1

169,8

686,9

жидкость с резким запахом

Продолжение таблицы 18

1

2

3

4

5

6

ацетальдегид

СН3СНО

44,1

20,2

761,4

1831,5

жидкость с резким запахом

этанол

С2Н5ОН

46,1

78,4

42,8

107,7

жидкость со специ-фическим запахом

пропанол

СН3СН2СН2ОН

60,09

97,4

20

46,1

бесцветная

жидкость со спиртовым запахом

уксусная кислота

CH3COOH

60,05

117,8

0,94

3,9

бесцветная

жидкость с резким запахом

масляная кислота

СН3(СН2)2СООН

88,1

163,3

0,68

3,3

бесцветная
жидкость с
кислым запахом прогорклого жира

пропионовая кислота

СН3СН2СООН

74,08

140,8

0,5

3,1

бесцветная с острым запахом жидкость

изобутиловая кислота

(СН3)2СНСН2СООН

74,12

108,1

6,0

24,4

Полученные данные позволяют предположить, что наибольшее влияние на формирование специфического сывороточного запаха оказывают масляная, пропионовая и изобутиловая кислоты, метилэтилкетон, метилацетат и пропанол.

3.2.2 Оптимизация массы модификаторов электродов пьезосенсора

Масса модификатора относится к наиболее значимым параметрам, влияющим на чувствительность, надежность и стабильность работы пьезосенсора в статических условиях сорбции. Оптимальные массы модификаторов, обеспечивающие значимый аналитический сигнал и минимальную погрешность измерений, для каждой системы сорбат – сорбент устанавливают экспериментально [15]. 

Оптимальный интервал масс пленок сорбентов (mпл , мкг) обусловлен в первую очередь природой модификатора и определяемого вещества, при статической сорбции он составляет 10 – 20 мкг.        

Зависимость аналитического сигнала пьезосенсора от массы модификатора иллюстрируется на примере сорбции ароматобразующих веществ на пленке tween-40 (рис. 14). Так, при сорбции паров равновесной газовой фазы ацетальдегида на пленке tween-40 с увеличением массы модификатора до 10 – 20 мкг аналитический сигнал и соответственно чувствительность модифицированного пьезокварцевого резонатора возрастают. Максимальный аналитический сигнал пьезосенсора зафиксирован при mпл  = 20 мкг. Дальнейшее повышение массы пленки не приводит к пропорциональному увеличению массы сорбата.


Рисунок 14 - Зависимость аналитического сигнала пьезосенсора

от массы пленки tween-40 при сорбции ацетальдегида (1), метилацетата (2) и этанола (3).

Формирование большей по массе пленки модификатора искажает результаты вследствие затухания колебаний объемной акустической волны в пленке сорбента.

Зависимость количественных параметров и метрологических характеристик сорбции от массы модификатора на примере tween-40 показывает, что увеличение массы пленки свыше 25 мкг снижает аналитический сигнал пьезосенсора, т. к. объем сорбента уменьшается и колебания пьезосенсора в предэлектродных слоях затухают. При нанесении модификатора с mпл < 10 мкг возрастает погрешность детектирования, снижается воспроизводимость результатов определений на новых пленках вследствие значительных потерь их массы при многократной эксплуатации пьезосенсора.

При увеличении массы сорбента на электродах более 5 мкг сорбционная емкость пленки (а) уменьшается при возрастании аналитического сигнала пьезосенсора (табл. 21).

         Таблица 21 - Зависимость количественных параметров и метрологических характеристик сорбции паров ацетальдегида от массы tween-40

mпл, мкг

ΔFс, Гц

а

, %

     5

   103

0,036

4,5

    10

   179

0,025

3,6

    15

   281

0,018

2,8

    20

   330

0,015

2,4

    25

   322

0,012

2,3

    30

   314

0,010

2,9

    35

   315

0,009

3,2

Масса пленки модификатора более 30 мкг приводит к значительному дрейфу нулевого сигнала пьезосенсора и снижению воспроизводимости получаемых результатов.

Аналогичные закономерности установлены для всех изученных систем ароматобразующее вещество – пленка модификатора.

 3.2.3 Оценка чувствительности пленок модификаторов пьезосенсоров к ароматобразующим веществам  подсырной сыворотки

Аналитический сигнал пьезоэлектрического масс-чувствительного сенсора с пленочным покрытием на электродах зависит от сродства сорбата и сорбента, определяемого их природой, массы пленки, температуры сорбции, индивидуальных параметров колебательной системы (резонансная частота колебаний кварца, площадь электродов, вязко-упругие свойства пленки сорбента). В идентичных условиях получены аналитические сигналы пьезосенсоров при их экспонировании в парах равновесных газовых фаз ароматобразующих веществ [15]. Условия сорбции: температура в ячейке детектирования 20 1 оС, масса пленки сорбента на электродах mпл = 15 5 мкг, объем вводимой пробы 2 см3.

Характеристики исследуемых модификаторов представлены в таблице 22.

Таблица 22 – Характеристика модификаторов

Продолжение таблицы 22

Получены аналитические сигналы (ΔFс, Гц) пьезосенсоров на основе пленок 12 модификаторов по отношению к 10  идентифицированным соединениям. В таблице 23 приведены массы пленок модификаторов (mпл, мкг), а аналитические сигналы (ΔFсmах, Гц) пьезосенсоров при их экспонировании в парах ароматобразующих веществ приведены в таблице 24.

Таблица 23 - Масса пленки модификатора (mпл, мкг)

Наименование модификатора

Масса пленки модификатора, мкг

ПЭГ-2000

11,2

ПЭГсб

14,03

ПЭГсук

15,5

ПЭГф

13,1

Tween-40

18,5

Тритон Х-100

18,1

ПЭГа

14,0

Стеариновая кислота

15,1

ПЭГ-300

15,0

ТФФ

13,8

ДНФ

16,4

Полистирол

16,1

Были получены выходные кривые сорбции  ароматобразующих веществ масляной кислоты, метилэтилкетона, метилацетата, ацетона, ацетальдегида, этанола, изобутиловой кислоты, пропанола, уксусной кислоты, пропионовой кислоты   на пленках модификаторов электродов пьезокварцевого резонатора  Некоторые из них, наиболее наглядно демонстрирующие характер сорбции представлены на рисунках 15, 16, 17. 

     Таблица 24 - Аналитические сигналы (ΔFсmах, Гц) пьезосенсоров при их экспонировании в парах ароматобразующих веществ подсырной сыворотки

              

Tween-40

ПЭГ-300

         Рисунок 15 - Выходные кривые сорбции  метилацетата, ацетона, ацетальдегида, этанола, изобутиловой кислоты, пропанола, пропионовой кислоты   на пленках Tween-40 и ПЭГ-300

Стеариновая кислота

ПЭГсук

Рисунок 16 - Выходные кривые сорбции  масляной кислоты, ацетона, ацетальдегида, этанола, уксусной кислоты, пропионовой кислоты   на пленках

стеариновой кислоты и  ПЭГсук

                                                         

ПЭГсб

        Рисунок 17 - Выходные кривые сорбции  метилэтилкетона, метилацетата,ацетона, этанола, изобутиловой кислоты, пропанола, на пленке ПЭГсб

        Полученные высокие аналитические сигналы при экспонировании модифицированных пьезокварцевых резонаторов в парах равновесных газовых фазах ацетона, ацетальдегида, метилацетата, этанола и пропионовой кислоты характерны для Tween-40; в парах изобутиловой кислоты, пропанола и этанола для ПЭГ-300; в парах масляной, уксусной кислот, этанола и ацетона для стеариноваой кислоты; в парах ацетальдегида, этанола, ацетона и пропионовой кислоты для ПЭГсук; в парах ацетона, пропанола, этанола,  метилацетата, изобутиловой кислоты и метилэтилкетона для                         ПЭГсб.

         3.2.4 Оценка качества подсырной сыворотки и микропартикулята сывороточных белков

Для оценки органолептических характеристик ароматобразующих веществ подсырной сыворотки применяли мультисенсорную систему на основе 9 модифицированных пьезокварцевых резонаторов. Установка регистрирует и записывает в виде файлов частоты всех модифицированных резонаторов одновременно. Мультисенсорную систему формировали с учетом максимальной чувствительности модификаторов к ароматобразующим веществам сыворотки, стабильности нулевого сигнала и воспроизводимости откликов пьезосенсоров [15].

В качестве модификаторов электродов пьезокварцевого резонатора применяли полиэленгликоль-2000 (ПЭГ-2000) и его эфиры – сукцинат (ПЭГс), себацинат (ПЭГсб), фталат (ПЭГф); полиэленгликоль-300 (ПЭГ-300), полиоксиэтиленсорбитолмонопальмитат (tween-40); стеариновую кислоту октилполиэтоксифенол (Тритон Х-100), полистирол.

        Аналитические сигналы пьезосенсоров матрицы при их одновременном экспонировании в парах равновесной газовой фазы анализируемого продукта фиксируются 9-канальным цифровым измерительным комплексом с интервалом 1 с, группируются в общий (интегральный) выходной сигнал мультисенсорной системы, который формирует узнаваемый «визуальный образ» запаха – «лепестковую» диаграмму с осями F, Гц (20, 40, 60, 80 Гц и т. д.– аналитические сигналы пьезосенсоров матрицы). Для расчета площади «визуального образа» применяли специально разработанное программное обеспечение, позволяющее автоматизировать анализ интегрального выходного сигнала датчиков мультисенсорной системы [16].

        Через 2 ч после выработки по результатам анализа получен «визуальный образ» аромата подсырной сыворотки ( рис. 18).   

                                   

                                Рисунок 18 -  «Визуальный образ» аромата  подсырной сыворотки через 2 ч после выработки

         Площадь «визуального образа» сыворотки 1416,7 усл.ед. Максимальные отклики характеризуют пьезокварцевые резонатоы, модифицированные раствороми Твин-40, который наиболее чувствительный по отношению к ацетальдегиду, метилацетату, пропановой кислоте;  ПЭГсб, наиболее чувствительный к метилэтилкетону, пропанолу, изобутиловой кислоте; ПЭГ-300, который чувствителен к пропанолу изобутиловой кислоте; ПЭГсук наиболее чувствительный по отношению к ацетальдегиду и пропановой кислоте; стеатиновая кислота, которая чувствительна к масляной кислоте. Поэтому можно заключить, что именно эти вещества вносят наиболее существенный вклад в формирование специфического сывороточного запаха, это коррелирует с результатами газохроматографического анализа [15].

В идентичных условиях с применением мультисенсорной системы оценивали органолептические характеристики аромата микропартикулята сывороточных белков.  Микропартикулят сывороточных белков – продукт, образующийся в результате ультрафильтрационного концентрирования сыворотки (УФ-концентрат подсырной сыворотки) с последующим нагреванием до t = 95°С в течение 10 минут и диспергированием при t = 60°C, 3000 c-1 в течение 1,5 минут.  На рисунке 19 представлен «визуальный образ» аромата микропатикулята сывороточных белков через 2 часа после выработки.

                 

                            Рисунок 19  -  «Визуальный образ» аромата микропатикулята сывороточных белков через 2 ч после выработки

«Визуальный образ» аромата микропатикулята сывороточных белков резко отличается по форме от «визуального образа» аромата подсырной сыворотки. Аромат МП формируют вещества, образующиеся в результате реакции меланоидинообразования (Рис. 20).

       

Рисунок 20 – Реакция меланоидинообразования

          Реакция меланоидинообразования является одним из самых распространенных процессов, происходящих при тепловой обработке пищевых продуктов. Процесс меланоидинообразования идет в две стадии. Вначале дисахарид лактоза (альдегидная группа ее глюкозного компонента) взаимодействует со свободными аминогруппами аминокислот, преимущественно с аминогруппой лизина. В результате реакции образуется N – гликозид (альдозиламинокислота) – лактолизин. Затем происходит перегруппировка Амадори и образование кетозоаминокислоты – лактулозолизина, который распадается на фруктозолизин и галактозу или ее изомер тагатозу.

В результате образуются – ацетальдегид, глицеральдегид, метилглиоксаль, бензальдегид, фурфурол, метилоксифурфурол. Ацетон, ацетоин, диацетил, мальтол, пировиноградная, левулиновая, уксусная, муравьиная, молочная кислоты и лактоны. Большинство из них обладают выраженным вкусом и запахом. Фруктозолизин вовлекается в дальнейшие реакции. Образуется смесь азотсодержащих циклических соединений типа производных пиразина, пиррола, пиридина.

В результате реакции меланоидинообразования микропартикулят сывороточных белков приобретает приятный ореховый привкус и запах. Его аромат становится более выраженным и насыщенным, что положительно сказывается на его органолептических показателях.

        3.3 Разработка рецептуры и совершенствование технологии плавленого сыра с улучшенными потребительскими свойствами                                                                             

Микропартикулят сывороточных белков и диетическую соль предложено использовать в рецептуре плавленого сыра.

 В качестве контроля был выбран плавленый сыр, вырабатываемый по традиционной рецептуре представленной таблице 25.

Недостатками представленного продукта являются:

  •  высокая энергетическая ценность;
  •  низкая биологическая ценность;
  •  высокая себестоимость.

С целью снижения калорийности, улучшения сбалансированности по аминокислотному составу, снижения себестоимости продукта нами предложена замена жиросодержащего компонента - масло коровье (содержание сухого вещества 84%, жира 82,5%) в рецептуре контрольного образца микропартикулятом сывороточных белков и использованием диетической соли вместо поваренной (Таблица 25).

Таблица 25 - Рецептура традиционного плавленого сыра

Сырье

Расход сырья (в кг на 1 т)

Сыр с содержанием сухого вещества 40%

725,3

Масло коровье с содержанием сухого вещества 84%, жира 82,5%

167,9

Соль поваренная

10,0

Натрий фосфорнокислый двузамещенный с содержанием сухого вещества 39%

45,9

Вода питьевая

70,9

Всего

1020,0

Выход

1000,0

При разработке рецептурно-компонентного решения плавленого сыра в качестве основных ингредиентов использовали: сыр с содержанием сухого вещества 40%,  молоко коровье обезжиренное сухое с содержанием сухого вещества 93%, соль диетическая, вода питьевая.

С целью лучшего плавления продукта применяли  соль-плавитель натрий фосфорнокислый двузамещенный с содержанием сухого вещества 39%, который получил широкое распространение в молочном производстве [37, 38].

    Обоснование дозировки МП проводили с учетом нескольких факторов:

-органолептические показатели;

-физико-химические показатели;

-основные реологические.

Содержание МП в рецептурной смеси варьировали от 14 до 20 %. Как показали результаты исследований, внесение микропартикулята улучшает органолептические показатели. Влияние массовой доли микропартикулята на органолептические показатели продукта представлены в таблице 26.

Таблица 26 - Органолептические показатели традиционного плавленого сыра и плавленого сыра с  улучшенными потребительскими свойствами

Наиме-нование показате-ля

Традицион-ный плавленый сыр

Значение показателя для плавленого сыра с содержанием МП

14 %

16%

18%

20%

1

2

3

4

5

6

Внеш-

ний вид

Поверхность сыра чистая, ровная, не подсохшая, не плесневе-лая

Поверхность сыра чистая, ровная, не подсохшая, не плесневелая

Поверхность сыра чистая, ровная, не подсохшая, не плесневелая

Поверхность сыра чистая, ровная, не подсохшая, не плесневелая

Поверхность сыра чистая, ровная, не подсохшая, не плесневелая

Вкус и запах

Чистый, сырный

Чистый, сырный

Чистый, сырный, выраженный приятный молочный аромат

Чистый, сырный

Cырный кисловатый

Консис-тенция

Пластичная, нежная, мажущаяся, однородная по всей массе сыра.

Пластичная, нежная, мажущаяся, однородная по всей массе сыра.

Пластичная, нежная, мажущаяся, однородная по всей массе сыра.

Пластичная, нежная, мажущаяся, однородная по всей массе сыра.

Крошливая консистенция

Цвет теста

От белого до светло-желтого, равномерный по всей массе сыра.

От белого до светло-желтого, равномерный по всей массе сыра.

От белого до светло-желтого, равномерный по всей массе сыра.

От белого до светло-желтого, равномерный по всей массе сыра.

От белого до светло-желтого, равномерный по всей массе сыра.

Продолжение таблицы 26

Продолжение таблицы 26

1

2

3

5

4

6

Вид на разрезе

Отсутствие рисунка, допускается наличие небольшого количества воздушных пустот

Отсутствие рисунка, допускается наличие небольшого количества воздушных пустот

Отсутствие рисунка, допускается наличие небольшого количества воздушных пустот

Отсутствие рисунка, допускается наличие небольшого количества воздушных пустот

Отсутствие рисунка, допускается наличие небольшого количества воздушных пустот

Исследование физико – химческих показателей образцов с различным содержанием микропартикулята показало, что все образцы соответствуют ГОСТ Р 52685-2006 «Сыры плавленые. Общие технологические условия», за исключением показателя массовой доли жира (Табл. 26). Он был снижен на 13,2% и составил 16,8%, в сравнении с массовой долей жира традиционного продукта (Табл. 27).

Таблица 27 - Физико-химические показатели традиционного плавленого сыра и плавленого сыра с улучшенными потребительскими свойствами

Наименование показателя

Традицион-ный плавленый сыр

Значение показателя для плавленого сыра с содержанием МП

14 %

16%

18%

20%

Массовая доля жира в сухом веществе, %

30,0

14,7

16,8

18,3

20,1

Массовая доля влаги, %,

53,5

62,6

61,2

60,3

59,4

Массовая доля  соли, %, не более

1,0

1,0

1,0

1,0

1,0

Исследовано влияние массовой доли микропартикулята на основные реологические показатели плавленого сыра. Для этого применяли метод изучения кинетики установления стационарного течения [28].  

Реологические показатели представлены на рисунках 21, 22, 23, 24.

Рисунок 21 – Зависимость напряжения сдвига от времени прилагаемой       нагрузки плавленых сыров (градиент скорости   сдвига 0,5 с-1)

Рисунок 22 – Зависимость напряжения сдвига от времени прилагаемой       нагрузки плавленых сыров (градиент скорости   сдвига 2,7 с-1)

Рисунок 23 – Зависимость напряжения сдвига от времени прилагаемой       нагрузки плавленых сыров (градиент скорости   сдвига 13,5 с-1)

   

Рисунок 24 – Зависимость эффективной вязкости плавленого сыра от градиента скорости сдвига

Установлено,  что наилучшими качественными показателями, наиболее близкими к контрольному образцу, характеризуется образец плавленого сыра с массовой долей микропартикулята 16 %. Плавленый сыр с содержанием МП 14 % характеризуется излишне жидкой консистенцией, предельное напряжение сдвига для него составляет   757,3 Па*с. Увеличение МД МП приводит к увеличению значений эффективной вязкости и предельного напряжения сдвига в сыре. При МД МП 20 % сыр характеризуется излишне вязкой консистенцией, что подтверждают значения предельного напряжения сдвига и эффективной вязкости – 2964,5 Па*с.

Эффективная вязкость продукта с МП (16%) составила 2700,5 Па*с, что наиболее приближено к значению традиционного продукта – 2501,8 Па*с, при градиенте скорости сдвига 0,5 с-1 .

Оптимизация рецептуры плавленого сыра

            Данные о совместном влиянии различных рецептурных ингредиентов на показатели качества продукта легли в основу оптимизации рецептуры, проведенной с помощью методов математического моделирования.

           При проектировании рецептуры основная задача заключалась в определении такого соотношения ингредиентов, которое обеспечивало бы не только высокие органолептические характеристики продукта и заданные физико-химические и структурно-механические показатели, отвечающие требованиям к данной ассортиментной группе продуктов, но и минимизацию энергетической ценности. Одним из перспективных путей ее решения является использование симплекс-метода.

           Для построения модели оптимизации плавленого сыра были приняты следующие обозначения:

х1 – масса микропарикулята сывороточных белков в продукте, кг;

х2 –  масса молока обезжиренного сухого в продукте, кг;

х3 – масса сыра в продукте, кг;

х4 –  масса диетической соли в продукте, кг;

х5 – масса воды, кг;

х6 – масса натрия фосфорнокислого двузамещенного в продукте, кг;

          Принимая, что М – масса продукта, которую необходимо изготовить, кг, уравнение материального баланса имеет вид (7):

                   (7)

          В качестве критерия оптимизации была выбрана энергетическая ценность готового продукта как одна из характеристик, регламентируемых при производстве диетических продуктов питания. Целевая функция для оптимизации состава плавленого сыра, исходя из условия минимума энергетической ценности, имела вид:

            (8)

где х=(х1, х2,...,х6) – вектор неизвестных искомых;

еi – энергетическая ценность i-го составляющего продукта, ккал/кг.

    В ходе расчета установили ряд ограничительных условий. Оперируя массовыми долями Хi=xi, кг/кг, из уравнения (7) получили (9):

                      (9)

    В ходе эксперимента установлено, что при содержании в рецептуре менее 14% МП продукт приобретал недостаточно плотную консистенцию, плохо удерживал форму, тогда как внесение в продукт более 20% МП приводило к излишне вязкой консистенции и кислому привкусу и запаху. На основании этих данных получали уравнение (10):

    0,14 ≤ Х1 ≤ 0,20.              (10)

    В ходе исследования качественных показателей модельных композиций установлено, что наилучшим качеством обладал продукт при массовой доле молока обезжиренного сухого 2 – 3 %. На основании этих данных получили уравнение (11):

    0,02 ≤ Х2 ≤ 0,03.              (11)

    Установлено, что наилучшим качеством характеризовался продукт при массовой доле сыра 70 – 73 %. В результате получили уравнение (12):

         0,70 ≤ Х3 ≤ 0,73.              (12)

         Для получения привлекательного для потребителей продукта и снижения калорийности целесообразно использовать до 1 % диетической соли, поэтому получали уравнение  (13):

        0,001 ≤ Х4 ≤ 0,01.              (13)

         Для получения плавленого сыра с заданной консистенцией необходимо использовать 2 – 5 %  натрия фосфорнокислого двузамещенного. Следовательно получаем уравнение (14):

         0,02 ≤ Х5 ≤ 0,05.                                                                       (14)

         Для получения заданной структуры продукта массовая доля сухих веществ в нем должна быть не менее 35 %, в результате чего получали уравнение (15):

         0,14Х1+0,035Х2+0,71Х3+0,01Х4+0,04Х5≥ 0,35.                    (15)

Принимая во внимание ограничение по реалогическим показателям, вязкость продукта должна составлять  2700,5 Па*с при градиенте скорости сдвига 0,5 с-1, что соответствует содержанию МП 14-20 %.

 0,14 ≤ Х1 ≤ 0,20.                                (16)

Окончательный вид математической формулировки задачи оптимизации представлен полученными выше уравнениями и неравенствами.

Полученная задача классифицировалась как задача линейного программирования в силу того, что целевая функция и система ограничений представляли собой линейные функции. Решение данной задачи проведено симплекс-методом по стандартной программе в среде EXEL.

         Таким образом, получена рецептура плавленого сыра с заменой высокожирного комопнента  микропартикулятом сывороточных белков и поваренной соли на диетическую.  Оптимальная рецептура плавленого сыра представлена в таблице 28.

         Таблица 28 - Рецептура плавленого сыра с улучшенными потребительскими свойствами

Сырье

Массовая доля , %

Расход сырья (в кг на 1 т)

Сыр «Адыгейский»

71

725,3

Молоко коровье

3

28,9

Натрий фосфорнокислый двузамещенный

4

45,9

Микропартикулят сывороточных белков

16

159,0

Соль диетическая

1

10,0

Вода питьевая

5

50,9

Всего

100

1020,0

Выход

100

1000,0

Технологический процесс

Аппаратурно-технологическая схема производства плавленого сыра представлена в приложении А. Экспликация технологического оборудования представлена в приложении Б.

Технологический процесс производства состоит из следующих операций:                                                                                                                                                                                                                                                       

  •  приемка и подготовка сырья и наполнителей;
  •  предварительная обработка сырья;
  •  дробление сырья;
  •  подбор и приготовление солей-плавителей;
  •  составление сырной смеси;
  •  плавление и гомогенизация;
  •  фасовка;
  •  упаковка;
  •  маркировка;
  •  охлаждение;
  •  хранение.

         Основное сырье и вкусовые наполнители принимают по количеству и качеству, установленному ОТК (лабораторией) предприятия. Все сырье и материалы должны быть доброкачественными, безопасными и отвечать требованиям стандартов, технических условий и СанПиН 2.3.2.1078-01.

Для обеспечения устойчивости сырной массы при плавлении добавляют соли-плавители, которые подбирают применительно к исходному сырью (вид сыра, степень зрелости, активная кислотность). Соли-плавители применяют в виде водных растворов.

При  использовании растворов солей - плавителей в расчетах смеси необходимо учитывать воду, вносимую с ними.

Плавление подготовленной сырной массы производят в универсальном гомогенизирующем модуле. Закладку сырья в него производят согласно рассчитанным рецептурам в следующем порядке:  на дно аппарата наливают пастеризованную горячую воду, помещают микропартикулят сывороточных белков, сухое молоко, соль-плавитель. Затем при включенном диспергаторе по достижении температуры смеси 68±2°С загружают сыр для плавления и другие ингредиенты согласно рецептуре. Плавление сырной массы осуществляют при температуре 83±2°С.

Под воздействием гомогенизатора происходит  измельчение, плавление и гомогенизация сырной массы. В процессе плавления под воздействием температуры обеспечивается пастеризация (83±2°С) с выдержкой (5±1) минуты и дезодорация сырной смеси.

Готовность сырной массы определяют по температуре и состоянию массы. Она должна быть однородной, текучей и свободно стекать с мешалки и шпателя.

Расплавленную сырную массу в горячем состоянии направляют на расфасовочно-упаковочный автомат. Сыр фасуют: в алюминиевую кашированную фольгу в форме секторов и брусков массой нетто 30; 62,5; 100г, концы которой должны перекрывать друг друга; в стаканчики и коробочки из полистирола и других материалов, массой нетто от 100 до 250г, в пленку типа «повиден» или другие полимерные пленки в форме батончиков массой нетто 50-200 г, а также блоки массой до 10 кг.

Расфасованный плавленый сыр сразу подвергают охлаждению в специальных помещениях на стеллажах или тележках при температуре воздуха от 6°С до минус 4°С, в охладителях тоннельного или ленточного типа. Длительность охлаждения зависит от способа охлаждения и находится в пределах от 30 минут до 12-16 часов. Температура плавленого сыра, выпускаемого с предприятия, должна быть не выше 6 °С.

Упаковку, маркировку, хранение и транспортирование производят согласно ТУ 9225-008-44065325-2011, которые представлены в приложении Е.

Предложенная нами замена жиросодержащего компонента МП не изменяет традиционных технологических операций, но вводит операции по получению МП, включающие: приемку сыворотки, пастеризацию сыворотки, охлаждение, резервирование, нагревание, мембранную обработку концентрированием – получение УФ-концентрата сывороточных белков, пастеризацию, охлаждение и резервирование, нагрев, охлаждение, диспергирование – получение МП. Подобранное технологическое оборудование размещено в цехе производства плавленого сыра. План производственного корпуса представлен в приложении В. Экспликация помещений производственного корпуса представлена в приложении Г.    

         3.4 Исследование состава,  показателей качества и хранимоспособности плавленого сыра

По результатам подбора рецептуры и предложенной технологической схемы был выработан плавленый сыр. С целью оценки его пищевой и биологической ценности исследован состав, определены качественные показатели продукта (таблицы 29, 30, 31), установлено соответствие его теории здорового питания.

Таблица 29 - Органолептические показатели плавленого сыра

Наименование показателя

Значение показателя, балл

Характеристика показателя

Внешний вид

2

Поверхность сыра чистая, ровная, не подсохшая, не плесневелая

Вкус и запах

15

Чистый, сырный, выраженный приятный сливочный аромат

Консистенция

10

Пластичная, нежная, мажущаяся, однородная по всей массе сыра.

Цвет теста

1

От белого до светло-желтого, равномерный по всей массе сыра.

Вид на разрезе

1

Отсутствие рисунка, допускается наличие небольшого количества воздушных пустот

Акт дегустационной комиссии предсавлен в приложении Д.

Таблица 30 - Физико-химические показатели плавленого сыра

Наименование показателя

Значение показателя

Массовая доля жира в сухом веществе, %

16,8

Массовая доля влаги, %, не более

61,2

Массовая доля диетической соли, % не более

1,0

Активная кислотность, ед. рН

5,8

Таблица 31 – Состав  плавленого сыра

Наименование пищевого вещества

Массовая доля ,%

Традиционный продукт, массовая доля вещества, %

Продукт с м/п и диет. солью, массовая доля вещества, %

Белки

Жиры

Углеводы

14,89

26,87

3,38

16,39

17,18

3,74

Органические кислоты

Минеральные вещества, в т.ч.

Кальций

Фосфор

Калий

Итого

0,45

0,047

0,032

0,013

-

0,44

0,066

0,086

0,04

-

Анализ аминокислотного состава плавленого сыра свидетельствует о хорошей сбалансированности продукта по незаменимым аминокислотам и высокой биологической ценности, значение которой составило 79,8 % (Рисунок 25). 

Рисунок 25 – Биологическая ценность плавленого сыра с улучшенными потребительскими свойствами

Пищевая ценность представлена на рисунке 26.

         Рисунок 26 – Пищевая ценность традиционного плавленого сыра и плавленого сыра с улучшенными потребительскими свойствами: 1- белки; 2- жиры; 3- углеводы; 4- органические кислоты; 5- кальций; 6- фосфор; 7- калий.

Таким образом, энергетическая ценность традиционного продукта составляет 316,3 ккал/100г, а продукта выработанного с микропартикулятом сывороточных белков и диетической солью 236,46 ккал/100г, что на 79,84 ккал/100г меньше[27]. Акт апробации представлен в приложении Ж.                                                                         

         Определение сроков хранения является важнейшим этапом при оценке качества продуктов. Для установления этого показателя в соответствие с требованиями СанПиН 2.3.2.1078 – 01 исследовали микробиологические и физико-химические показатели готового продукта в процессе хранения. Образцы продукта хранили при температуре (2±2)°С, через каждые 5 суток в них определяли органолептические, физико-химические и микробиологические показатели.

         Изменение органолептических свойств продукта в процессе хранения оценивали визуально и сенсорометрически.

         Установлено, что в процессе хранения продукт преобретает крошливую консистенцию, а так же посторонние запахи и привкусы, появляется излишне кислый вкус. Цвет продукта становится ярко-желтого цвета.

          Установлено, что в процессе хранения продукт преобретает крошливую консистенцию, а так же посторонние запахи и привкусы, появляется излишне кислый вкус. Цвет продукта становится ярко-желтого цвета (Рисунок 27).

Органолептические показатели качества плавленого сыра оценивали по 30-балльной системе.

         

Рисунок 27 – Изменение органолептических показателей плавленого сыра в процессе хранения

Динамика изменения активной кислотности выработанного продукта представлена на рисунке 28.

Рисунок 28 – Изменение активной кислотности плавленого сыра в процессе хранения

         На 70-е сутки хранения активная кислотность плавленого сыра снижается  до  5,3 ед. рН .

         Вместе с тем в течение хранения (70 суток) изменение органолептических свойств незначительно отражается на качестве продукта. Более длительное хранение приводит к ощутимому изменению вкуса, запаха, цвета и консистенции продукта, что позволяет сделать вывод о нецелесообразности хранения плавленого сыра более  70-ти суток.

Микробиологические показатели плавленого сыра указаны в таблице 32.

Таблица 32 - Микробиологические показатели плавленого сыра с улучшенными потребительскими свойствами

КМАФАнМ

КОЕ/г,

не более

Масса продукта (г), в которой не допускается

Дрожжи

КОЕ/г, не более

Плесени КОЕ/г, не более

БГКП

(колиформы)

Патогенные в т.ч. сальмонеллы

5х10³

0,1

25,0

50

50

БГКП не обнаружены в 0,1 г продукта, в т.ч.  сальмонеллы в 25,0 г продукта. Содержание токсичных элементов и радионуклидов в плавленом сыре не превышает допустимые уровни, установленные гигиеническими требованиями к качеству и безопасности продовольственного сырья и пищевых продуктов соответствуют требованиям СанПиН 2.3.2.1078-01 в течение 60 суток хранения.

 В результате исследований был установлен  срок хранения плавленого сыра при температуре (2±2)°С и относительной влажности не более 85 %  до 70-ти суток.

         

        

4 Экономическая часть

4.1 Бизнес-план

Предлагаемый продукт – плавленый сыр, изготовленный с применением микропартикулята сывороточных белков и диетической солью обладает рядом полезных свойств. Он содержит в своем составе полезные ингредиенты, чем определяется его функциональность. Плавленый сыр можно отнести к новым обогащенным молочным продуктам и рекомендовать широкой группе потребителей: с отклонениями в состоянии здоровья (люди с избыточным весом, сердечнососудистыми заболеваниями и т.д.), здоровым людям в качестве вкусного и полезного продукта для повышения сопротивляемости организма. Внесение в плавленые сыры различных вкусовых ингредиентов природного происхождения (минеральные вещества,  витамины, фруктово-ягодные, овощные наполнители и др.) позволяет повысить пищевую ценность плавленых сыров с микропартикулятом сывороточных белков и диетической солью, расширить их ассортимент, и тем самым привлечь большее число потребителей.

Производства плавленых сыров с микропартикулятом сывороточных белков и диетической солью имеет следующие преимущества: уменьшение производственных потерь; уменьшение норм расхода материальных ресурсов на единицу продукции, ресурсо- и энергосбережение; улучшение качества готовой продукции, ее обогащении полезными веществами, снижение калорийности и повышении питательной ценности.

         Анализ рынка плавленых сыров подробно представлен в 1.3.1.

Динамика рынка плавленых сыров зависит от следующих факторов: благосостояние населения, особенно в крупных городах; повышение популярности плавленых сыров в регионах России; использование привлекательной упаковки; рентабельность (плавленые сыры – наиболее рентабельный молочный продукт для производителей).

Сдерживающим фактором производства плавленого сыра является высокая стоимость жиросодержащего сырья, а также ограниченная покупательная способность населения.

Таким образом, разработанный нами плавленый сыр позволяет устранить препятствия производства, так как в качестве жиросодержащего сырья используется микропартикулят сывороточных белков, который получают из подсырной сыворотки.

Для обеспечения населения информацией о данном продукте рекомендуется организовать раздачу листовок рядом с местами общественного питания  с информацией о пользе обогащенных белком плавленых сыров.

Основными игроками на рынке плавленых сыров являются четыре компании – ЗАО «Янтарь» (Воронежская обл.), ООО «Хохланд Руссланд» (Московская обл.), ОАО « Рязанский завод плавленых сыров», ЗАО «Московский завод плавленых сыров «Карат», на которые в совокупности приходится около 90% рынка плавленых сыров всех видов, и основная конкуренция идёт между ними.

ЗАО «Янтарь», расположен в г. Воронеже, осуществляет сбыт своей продукции по всей территории РФ и за рубежом. Несмотря на относительно большую долю рынка, основными конкурентами ЗАО «Янтарь» является компания ООО «Хохланд Руссланд», занимающая второе место на рынке плавленых сыров.

Сильными сторонами этих предприятий является устойчивое положение на рынке, которое они заняли благодаря своевременному размещению производственных площадей, широкой рекламной поддержке своих товаров и развитой системе дистрибьюции. Все эти компании имеют хорошую норму рентабельности и устойчивое финансовое положение, обеспечивающее достаточно большой запас прочности. Будучи лидерами рынка, они имеют возможность в большей степени влиять на дистрибьюторские сети и диктовать им свои условия.

Эти предприятия оснащены высокотехнологичным оборудованием и владеют современными развитыми технологиями.

Наша маркетинговая стратегия представляет собой в первую очередь стратегию снижения издержек - мы стремимся снизить издержки за счёт увеличения загрузки предприятия с 60 до 90 %. Это повлечёт существенное сокращение доли постоянных затрат предприятия в себестоимости продукции. Увеличение загрузки достигается за счёт вывода нового бренда, который партнёр-дистрибьютор выводит на рынок.

Проект предполагает производство нового плавленого сыра на ЗАО «Янтарь». Большое внимание было уделено упаковке, которая у плавленых сыров является одним из основных элементов продвижения товара.

Маркетинговая стратегия по выводу нового плавленого сыра на рынок ведётся по нескольким направлениям: продукт и его позиционирование, цена и ценообразование, продвижение (реклама и пиар).

Новый плавленый сыр позиционируется в среднем ценовом сегменте. Для среднего ценового сегмента основой успешности новых брендов является: основа позиционирования: вкус, семейное потребление; ориентация на широкую аудиторию; наличие большого количества вкусов; значительная рекламная поддержка.

        Проект предполагает– увеличение доли рынка, прибыли за счет выпуска новых продуктов, возможность воспользоваться растущей тенденцией к употреблению функциональных продуктов, экономию денежных средств, за счет использования менее дорогого жиросодержащего сырья.

Цель данного проекта - расчет себестоимости плавленого сыра на основе микропартикулята сывороточных белков, с применением диетической соли и оценка экономической эффективности внедрения данного продукта в промышленное производство.

Оценка конкурентоспособности плавленого сыра предствлена в таблице 33.

Таблица 33  – Оценка конкурентоспособности плавленого сыра

Показатели конкурентоспособности

Наименование, тип плавленого сыра и оценка показателей

Удель-ный

вес

(значимость)

показателя, %

Исследуемой

(проектируемой)

продукции

Сыр плавленый

«C микропартикулятом и диетической солью»

Продукции

предприятия-конкурента

Сыр плавленый

«По традиционной технологии»

Абсолютные значения

Баллы

Абсолютные значения

Баллы

1

2

3

4

5

6

Консистенция

Пластичная, нежная

10

Пластичная, нежная

10

5

Вкус и запах

Сырный, приятный сливочный аромат

10

Сырный без посторонних привкусов

9

5

Цвет

Светло-желтый

10

Светло-желтый

10

5

Энергетическая ценность, ккал

236,46

10

316,3

8

15

Массовая доля жира в сухом веществе, %

16,8

10

30

7

10

Массовая доля поваренной соли, %

0

9

1,0

6

10

Вид тары

Стаканчики из полистирола

9

Стаканчики из полистирола

9

5

Масса упаковки, г

200

10

200

10

5

Торговая марка

Неизвестна

5

Известна

9

15

Внешнее оформление

Разноцветные этикетки

10

Однотонные этикетки

9

5

Цена за единицу, р

19,4

10

20,6

9

20

ИТОГО

100

Показатели конкурентоспособности плавленого сыра с микропартикулятом сывороточных белков и диетической солью по отношению к плавленому сыру по традиционной технологии составляет:

Кк = (10·5 + 10·5 + 10·5 + 10·15 + 10·10 + 9·10 + 9·5 + 10·5 + 5·15 + 10·5 + 10·20) / (10·5 + 9·5 + 10·5 + 8·15 + 7·10 + 6·10 + 9·5 + 10·5 + 9·15 + 9·5 + 9·20) =1,21.

Поскольку значения коэффициента конкурентоспособности превышает 1, разрабатываемый продукт является конкурентоспособным, его целесообразно планировать к выпуску.

         4.2 Расчет производственной мощности

Производственная мощность предприятия рассчитываем по различным видам молочной продукции.

Количество смен работы предприятия в сутки при расчете годовой производственной мощности, принимаем по сложившейся на данном предприятии практике для цехов по производству.

Годовая мощность предприятия определяется путем умножения сменной производственной мощности на количество смен в году (Табл. 34).

Таблица 34 - Расчет годового объема производства продукции в натуральном выражении

Наименование

продукта

Объем переработки сырья в смену,т

Сменная норма выработки, т

Количество смен в год

Годовой объем,

т

Сыр плавленый с микропартикулятом и диетической солью

-

1,000

300

300

Сыр плавленый по традиционной технологии

-

1,000

300

300

        

         4.3 Калькулирование себестоимости товарной продукции

Себестоимость – это выраженная в денежной форме совокупность затрат предприятия на производство и реализацию продукции. Расчет себестоимости единицы конкретного вида продукции называется калькулированием, а документ, в котором он проводится – калькуляцией.

Себестоимость готового продукта определяем по отдельным статьям калькуляции, расчет которых отражен в таблицах 35 -45 .

Таблица 35 - Расчет потребности и затрат на основные материалы

Наименование продукции

Годовой

объем

производства, т

Наименование основных

материалов

Норма расхода на 1 т продукции, т

Потребность на годовой объем производства, т

Цена за 1 т, тыс. р

Стоимость основных материалов, тыс. р

Сыр плавленый с микропартикулятом и диетической солью

300

Сыр с содержанием сухого вещества 40%

0,7253

217,59

145,92

3170,73

Молоко коровье обезжиренное сухое с содержанием сухого вещества 93%

0,0289

8,67

70

606,9

Микропарти-кулят сывороточных белков

0,139

41,7

20,8

867,36

Соль диетическая

0,01

3

30,7

92,1

Натрий фосфорнокислый двузамещенный с содержанием сухого вещества 39%

0,0459

13,77

130

3978

Вода питьевая

0,0709

21,027

2,3

48,92

Итого

37344,01

Сыр плавленый по традиционной технологии

300

Сыр с содержанием сухого вещества 40%

0,7253

217,59

145,92

3170,73

Масло коровье с содержанием сухого вещества 84%, жира 82,5%

0,1679

50,37

84

4231,08

Соль поваренная

0,01

3

12

36

Натрий фосфорнокислый двузамещенный с содержанием сухого вещества 39%

0,0459

13,77

130

3978

Вода питьевая

0,0709

21,027

2,3

48,92

Итого

40044,73

Затраты на тару и упаковку и вспомогательные материалы, к которым относятся текстиль, химикаты, моющие средства, моющий инвентарь и упаковочные материалы сведены в таблице 36.

Таблица 36 - Расчет потребности и затрат на вспомогательные материалы, тару и упаковку

Наименование

продукции

Годовой объем производства, т

Наименование вспомогательных материалов, тары и упаковки

Едини-цы измере-ния

Нор-ма рас-хода на 1 т продукции

Потреб-ность на годовой объем произ-водства

Це-на за еди-ни-цу, р

Стоимость вспомога-тельных материа-лов, тары и упаковки,

тыс. р

1

2

3

4

5

6

7

8

Сыр плавленый с микропартику-лятом и диетической солью

300

Текстиль:

бязь

м

0,5

150

31,5

4,73

марля

м

1,0

300

5,25

1,57

Химикаты:

спирт изоамиловый

г

70

21000

16

336

кислота серная

кг

2,0

600

31,5

18,9

спирт гидролизованный

мл

50,0

15000

31,5

472,5

фенолфталеин

г

0,14

42

5,25

0,22

гидроксид натрия

г

0,6

180

2,2

0,4

Моющие средства:

Мыло хоз-е

кг

1.0

0,11

300

33

16

21

4.8

0,7

Сода кальцинированная

кг

Сода каустическая

кг

0,1

30

18

0,54

Известь хлорная

кг

0,35

105

11

1,155

тринарийфосфат

кг

2,8

840

28

23,52

Моющий инветарь:

Щетки

корешковые

шт

0,05

15

16

0,24

капроновые

шт

0,4

120

11

1,32

Ерши капроновые

шт

0,03

9

7,5

0,07

Упаковочные материалы:

полистирол

м

40

12000

52

624

картон

кг

2,8

840

9

7,56

Итого

1498,24

Сыр плавленый по традиционной технологии

300

1498,24

Электроэнергию, воду, холод и пар (стоимость затрат на единицу продукции и весь ее объем) рассчитываем, исходя из норм расхода на единицу продукции и ориентировочной стоимости 1 кВт/ч электроэнергии, 1м3 воды, 1000 кДж холода и 1 т пара. Данные расчета приведены в таблице 37.

Таблица 37 - Расчет потребности и затрат на топливо и энергию для технологических целей

Наименование продукции

Годовой объем производства, т

Виды энергии

Стоимость энергии, тыс. р

(гр.5 + гр.8 + гр.11 + гр.14)

Вода, м3, по стоимости __25___ р. за 1 м3

Холод, кДж, по стоимости __9___ р. за 1000 кДж

Пар, т, по стоимости ___40__ р. за 1 т

Электроэнергия, кВт, по стоимости ___4,2_ р. за 1 кВт

Норма расхода на 1 т  продукции, т

Потребность на годовой объем производства, т  (гр.2•гр.3)

Затраты на годовой объем производства, тыс. р

Норма расхода на 1 т  продукции, т

Потребность на годовой объем производства, т  (гр.2•гр.6)

Затраты на годовой объем производства, тыс. р

Норма расхода на 1 т  продукции, т

Потребность на годовой объем производства, т  (гр.2•гр.9)

Затраты на годовой объем производства, тыс. р

Норма расхода на 1 т  продукции, т

Потребность на годовой объем производства, т  (гр.2•гр.12)

Затраты на годовой объем производства, тыс. р

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

Сыр плав. с м/п и д. соль

300

60

18,0

0,45

989,9

296,94

2,67

9

2,7

0,108

180

54,0

0,22

3,44

Традиц. плавл.сыр

300

60

18,0

0,45

989,9

296,94

2,67

9

2,7

0,108

180

54,0

0,22

3,44

Итого

3,44

Потребность на годовой объем производства находим при умножении нормы расхода на 1 т на годовой объем производства. Результат умножаем на цену за единицу топлива и получаем затраты на годовой объем производства. Далее затраты на все виды топлива складываем и получаем общую стоимость энергии для технологических целей.

В калькуляционную статью «Основная и дополнительная заработная плата производственных рабочих» включается заработная плата рабочих-сдельщиков и рабочих-повременщиков основного производства. Заработная плата рабочих-повременщиков вспомогательного производства в эту статью не включается. Заработная плата рабочих повременщиков основного производства на отдельные виды продукции распределяется пропорционально заработной плате рабочих-сдельщиков.

Баланс рабочего времени (табл. 38) – это число дней работы одного среднесписочного рабочего в год. Календарный фонд рабочего времени равен числу дней в году (365), а продолжительность рабочей смены – 8 ч. Номинальный фонд рабочего времени находим как разность между календарным фондом рабочего времени и количеством нерабочих дней. Таблица 38 - Баланс рабочего времени одного рабочего в год

Наименование показателей

Количество дней

1. Календарный фонд рабочего времени

365

2. Нерабочие дни, всего

   В том числе выходные и праздничные дни

116

105 и 11

3. Номинальный фонд рабочего времени (п.1-п.2)

249

4. Планируемые целодневные невыходы, всего

   В том числе:

   очередной отпуск

   невыходы по болезни

   выполнение общественных обязанностей

   простои предприятия на ремонт

   прочие неявки

28

14

2

2

6

4

5. Эффективный фонд рабочего времени, дней (п.3 - п.4)

221

6. Средняя продолжительность рабочего дня, ч

8

7. Эффективный фонд рабочего времени, ч (п.5•п.6)

1768

Численность рабочих - сдельщиков и фонд заработной платы по основному производству рассчитываем в соответствии с нормами времени по труду на 1 т вырабатываемой продукции (в чел.-ч), которые принимаем в соответствии со справочной литературой, и расценкам (в руб.) на 1 т продукции. Результаты расчета заносим в таблицу 39.

Таблица 39 - Расчет численности и годового фонда заработной платы рабочих сдельщиков

Наименование продукции

Годовой объем производства, т

Укрупненная норма времени  на 1 т продукции, чел.-ч.

Трудоемкость годового выпуска продукции, чел.-ч.

Проектируемый коэффициент выполнения норм выработки

Трудоемкость годового выпуска продукции с учетом коэффициента, чел.-ч.

Эффективный фонд рабочего времени, ч

Среднесписочное число рабочих-сдельщиков, чел.

Укрупненная расценка за 1 т продукции, р

Сдельный фонд заработной платы, тыс. р  

Доплаты, тыс. р  

Основной фонд заработной платы, тыс. р  

Дополнительная заработная плата, тыс. р  

Годовой фонд заработной платы, тыс. р  

Сыр плавленный с м./п и д. солью

300

23

6750

1,5

4500

1768

3

650

195

48,8

243,8

60,95

304,75

Традиционный плавленый сыр

300

23

6750

1,5

4500

1768

3

650

195

48,8

243,8

60,95

304,75

Трудоемкость годового выпуска продукции находим при умножении укрупненной нормы времени на 1 т продукции на годовой объем производства. Далее этот результат делим на проектируемый коэффициент выполнения норм выработки и получаем трудоемкость годового выпуска продукции с учетом коэффициента. Полученное значение делим на эффективный фонд рабочего времени и тем самым вычисляем среднесписочное число рабочих-сдельщиков.

Сдельный фонд заработной платы находим при умножении укрупненной расценки за 1 т продукции на годовой объем производства. Основной фонд заработной платы вычисляем как сумму сдельного фонда заработной платы и доплат. Дополнительная заработная плата – это 25 % от основного фонда заработной платы. Годовой фонд заработной платы складывается из основного фонда заработной платы и дополнительной заработной платы.

Расчет годового фонда заработной платы рабочих повременщиков приводится в таблице 40. Тарифный фонд заработной платы вычисляем путем умножения часовой тарифной ставки на годовой фонд времени работы одного рабочего, и на число рабочих. Премия – это 20 % от тарифного фонда заработной платы.

Таблица 40 - Расчет численности и годового фонда заработной платы рабочих повременщиков

Наименование профессий

Число рабочих, чел

Тарифный разряд

Часовая тарифная ставка, р.

Годовой фонд времени работы одного рабочего, ч

Тарифный фонд заработной платы, тыс. р

Премия, тыс. р

Основная заработная плата, тыс. р

Дополнительная заработная плата, тыс. р  

Годовой фонд заработной платы, тыс. р  

А. Основное производство

аппаратчик

2

4

60

1768

212,61

42,432

254,59

63,65

318,24

приемщик

2

3

55

1768

194,48

38,9

233,338

46,68

280,06

Итого

4

598,3

Б. Вспомогательное производство

наладчик оборудования

1

3

50

1768

88,4

17,68

106,08

21,22

127,3

шофер-грузчик

1

3

50

1768

88,4

17,68

106,08

21,22

127,3

Итого

2

254,6

Основную заработную плату вычисляем как сумму тарифного фонда заработной платы, премии. Дополнительная заработная плата – это 25 % от основной заработной платы. Годовой фонд заработной платы – сумма основной и дополнительной заработной платы.

Численность и фонд заработной платы руководящих работников, специалистов, служащих и МОП определяем исходя из штатного расписания предприятия, выбранной схемы управления и должностных окладов.

Результаты расчетов заносим в таблице 41. Основной фонд заработной платы находим при умножении месячного оклада на 11 месяцев и на количество человек. Дополнительный фонд заработной платы – это 6 % от основного фонда заработной платы. Годовой фонд заработной платы вычисляем как сумму основного и дополнительного фондов заработной платы.

Таблица 41 - Расчет численности и годового фонда заработной платы административно-управленческого персонала и МОП

Должность

Количество штатных единиц, чел

Месячный оклад, тыс. р

Основной фонд заработной

платы, тыс. р

Дополнительный фонд заработной платы, тыс. р

Годовой фонд заработной платы, тыс. р

Руководители

Начальник отдела снабжения

1

20,0

220,0

13,2

233,2

Начальник цеха

1

25,0

275,0

16,5

291.5

Главный технолог

1

15,0

165,0

9,9

174,9

Мастер

1

12,5

137,5

8,25

145,75

Итого

4

-

-

-

845,35

Специалисты

Маркетолог

1

12,0

132,0

7,92

139,92

Экономист

1

12,0

132,0

7,92

139,92

Бухгалтер

1

12,0

132,0

7,92

139,92

Инженер

1

12,0

132,0

7,92

139,92

Итого

4

-

-

559,68

Служащие

Кассир

1

9,5

104,5

6,27

110,77

Микробиолог

1

9,0

99,0

5,94

104,94

Секретарь

1

9,0

99,0

5,94

104,94

Итого

3

-

-

-

320,65

МОП

Уборщица

1

6,5

71,5

4,29

75,79

Охранник

1

6,5

71,5

4,29

75,79

Итого

2

-

-

-

151,58