Технологія структурованої десертної продукції на основі ультрафільтраційних похідних білково-вуглеводної молочної сировини в ресторанному господарстві: дис. на здобуття наук. ступеня д-ра філософії: 181 - Харчові технології

Abstract

Дисертаційну роботу присвячено розробці та науковому обґрунтуванню технологій структурованої десертної продукції на основі ультрафільтраційних похідних білково-вуглеводної молочної сировини (БВМС), отриманої за допомогою напівпроникних мембран типу ПАН. У роботі теоретично доведено, що за основними експлуатаційними характеристиками напівпроникні мембрани другого покоління на основі сополімерів акрилонітрилу типу ПАН є перспективними для здійснення процесу ультрафільтраційного концентрування БВМС ‒ знежиреного молока, сколотин і сироватки з-під кислого сиру. Обґрунтовано технології ультрафільтраційних концентратів БВМС, отриманих за допомогою напівпроникних мембран ПАН-50 та ПАН-100. Проведено теоретичний розгляд процесів концентраційної поляризації та гелеутворення над поверхнею напівпроникних ультрафільтраційних мембран. Визначено математичні залежності, що поетапно описують накопичення високомолекулярних речовин на поверхні мембрани і власне виникнення гелю. З метою інтенсифікації УФ-розділення БВМС запропоновано удосконалення процесу шляхом барботування рідких високомолекулярних полідисперсних систем (РВПС) бульбашками повітря або інертного газу в безпосередній близькості від поверхні напівпроникних ультрафільтраційних мембран. Встановлено, що інтенсифікація процесу ультрафільтрації при цьому відбувається за рахунок сукупного впливу на гель, що утворився на поверхні мембрани, тиску барботування, турбулізації потоків РВПС і гідравлічного удару РВПС о поверхню УФ-мембрани. Визначено раціональні технологічні параметри проведення УФ-розділення БВМС з використанням УФ-мембран типу ПАН в тупиковому режимі та режимі барботування РВПС. Встановлено, що максимальна ефективність процесу УФ всіх дослідних видів БВМС в тупиковому режимі досягається за тиску фільтрації 0,4...0,5 МПа, температури РВПС, що поділяються − 40...50 °С, тривалості процесу − (1,5...2,0)∙602 с, в режимі барботування − за температури 40...50 ºС, тиску фільтрації − 0,4...0,5МПа, тривалості (3,0...4,0)∙602 с. Рекомендованими режимами барботування при цьому є частота 0,10…0,15 хв-1 і тиск 0,56...0,58 МПа. Зазначені конструктивні особливості і технологічні режими дозволяють інтенсифікувати процес ультрафільтраційного концентрування знежиреного молока порівняно з УФ в тупиковому режимі в 1,3....1,4 разів, сколотин ‒ в 1,5...1,6 разів, сироватки з-під кислого сиру − в 1,4...1,5 разів. Вивчено хімічний склад продуктів УФ-поділу досліджених видів БВМС, показано, що у процесі УФ-концентрування у концентратах БВМС відбувається підвищення масової частки білка прямопропорційно фактору концентрації. Масова частка жиру з підвищенням фактору концентрації до 3,0 зростає в 2,8...2,9 рази. Показано, що за різних значень фактора концентрації співвідношення «білок : жир» у концентратах всіх видів БВМС зберігається на рівні вихідної сировини. Вміст молочного білка в пермеаті незначний і перебуває на рівні 0,16…0,26%. Наведено результати вивчення фізико-хімічних та функціонально- технологічних властивостей полідисперсних систем з використанням БВМС та продуктів її переробки. Встановлені раціональні концентрації рецептурних компонентів та обґрунтовано технології напівфабрикатів для приготування структурованої десертної продукції на основі УФ-концентратів знежиреного молока (НСДП УФКЗМ) та сколотин (НСДП УФКС). Визначено ступінь участі білків різних фракцій БВМС та їх УФ-концентратів у піноутворенні. Встановлено, що на процес піноутворення знежиреного молока та сколотин найбільший вплив мають казеїнові білки. У процесі піноутворення сироватки з-під кислого сиру 90…95% сироваткових білків залучаються до міжфазної поверхні, при цьому казеїнові білки флотовані у піну на 45…50%. Доведено, що зі збільшенням фактору концентрації БВМС флотація білків у піну інтенсифікується. Досліджено хімічний склад напівфабрикатів на основі БВМС. Отримані результати свідчать, що за вмістом більшості нутрієнтів розроблені напівфабрикати перевищують контрольні зразки. НСДП на основі УФ- похідних БВМС порівняно з контролем містять вищу кількість білка на 2,0…2,2% з одночасним зменшенням масової частки жиру на 15,0…15,9%, калорійності ‒ на 48…50%. Результати дослідження зміни мікробіологічних та органолептичних показників розроблених НСДП УФКЗМ та НСДП УФКС під час зберігання дозволили визначити їх терміни зберігання − за температури 2…6 °С протягом 36 годин. Наведено дані щодо апробації результатів досліджень та їх впровадження в практику. Розроблено та затверджено нормативну документацію на нові види продукції з використанням концентратів БВМС. Запропоновані технології пройшли апробацію на підприємствах харчової промисловості, а також у закладах ресторанного господарства України.

The dissertation is devoted to the development and scientific substantiation of technologies for structured dessert products based on ultrafiltration derivatives of protein-carbohydrate dairy raw materials (BCDRM), obtained with the help of semi-permeable membranes of the PAN type. The work theoretically proved that, according to the main operational characteristics, semipermeable membranes of the second generation based on acrylonitrile copolymers of the PAN type are perspective for the ultrafiltration concentration process of BCDRM - skimmed milk, curds and whey from sour cheese. The technology of ultrafiltration concentrates of BCDRM obtained with the help of semipermeable membranes PAN-50 and PAN-100 is substantiated. The processes of concentration polarization and gelation over the surface of semipermeable ultrafiltration membranes are theoretically considered. Mathematical dependencies that describe the accumulation of high molecular weight substances on the surface of the membrane and the actual formation of gel are determined. To intensify the UV separation of BCDRM, it is proposed to improve the process by bubbling liquid high-molecular polydisperse systems (HMPS) with bubbles of air or inert gas near the surface of semipermeable ultrafiltration membranes. It is found that the intensification of the ultrafiltration process occurs due to the combined influence on gel formed on the surface of the membrane, bubbling pressure, turbulence of the HMPS flows and the hydraulic impact of HMPS against the surface of the UV membrane. The rational technological parameters for UV-separation of BCDRM using UV-membranes of the PAN type in the dead-end mode and bubbling mode of the HMPS are determined. It is established that the maximum efficiency of the UV process of all experimental types of HMPS in the dead-end mode is achieved at a filtration pressure of 0.4...0.5 MPa, the temperature of the separated HMPS - 40...50 °С, the duration of the process is (1.5...2.0)∙602 s, in bubbling mode − at a temperature of 40...50 ºС, filtration pressure − 0.4...0.5 MPa, duration (3.0...4.0)∙ 602 p. The recommended modes of bubbling are a frequency of 0.10...0.15 min-1 and a pressure of 0.56...0.58 MPa. The specified design features and technological regimes make it possible to intensify the process of ultrafiltration concentration of skimmed milk compared to UV in a dead-end mode by 1.3...1.4 times, buttermilk ‒ by 1.5...1.6 times, serum from sour cheese - 1.4...1.5 times. The chemical composition of the products of UV-dissociation of the studied types of HMPS was studied, and it was shown that in the process of UVconcentration in HMPS concentrates, the mass fraction of protein increases in direct proportion to the concentration factor. The mass fraction of fat with an increase in the concentration factor to 3.0 increases by 2.8...2.9 times. It is shown that at different values of the concentration factor, the “protein: fat” ratio in concentrates of all types of HMPS is kept at the level of the original raw material. The content of milk protein in the permeate is insignificant and is at the level of 0.16...0.26%. The results of the study of the physicochemical and functional-technological properties of polydisperse systems using HMPS and its processing products are given. The rational concentrations of recipe components are established and the technology of semi-finished products for the preparation of structured dessert products based on UV-concentrates of skimmed milk (SFSDP UVCSM) and buttermilk (SFSDP UVCBM) is substantiated. The degree of participation of proteins of different fractions of HMPS and their UV concentrates in foam formation is determined. It is established that casein proteins have the greatest influence on the foaming process of skimmed milk and buttermilk. In the process of whey foaming from sour cheese, 90...95% of whey proteins are attracted to the interphase surface, while casein proteins are floated in the foam by 45...50%. It has been proven that with an increase in the HMPS concentration factor, the flotation of proteins into foam intensifies. The chemical composition of semi-finished products based on HMPS was investigated. The obtained results indicate that the developed semi-finished products exceed the control samples in terms of the content of most nutrients. HMPS based on UV derivatives of HMPS compared to the control contain a higher amount of protein by 2.0...2.2% with a simultaneous decrease in the mass fraction of fat by 15.0...15.9%, calorie content by 48...50%. The results of the study of changes in microbiological and organoleptic indicators of the developed SFSDP UVCSM and SFSDP UVCBM during storage made it possible to determine their storage terms - at a temperature of 2...6 °C for 36 hours. The data concerning the approbation of the research results and their practical implementation are provided. Regulatory documentation for new types of products using HMPS concentrates is developed and approved. The proposed technologies were tested at the food industry enterprises, as well as at restaurants in Ukraine.