Контроль активности воды в пищевых продуктах при их сушке

Одним из наиболее известных способов увеличения срока годности пищевых продуктов является сушка. Хорошо знакомы покупателю сухое молоко, сухие сливки. Однако большую часть сухих веществ этих продуктов составляют молочный сахар или жиры. В то же время молоко и молочные продукты являются одним из важнейших источников поступления белка в организм человека. Наиболее распространенные белковые продукты, получаемые из молока, — творог или сыр. Но творог является скоропортящимся продуктом, а производство сыра включает длительные и сложные технологические операции. Поэтому практически важную задачу представляет получение сухого белкового молочного продукта (СБМП) с повышенным сроком годности.

Качество высушенного кисломолочного продукта и его функционально-технологические свойства во многом зависят от конечной 88

операции технологического процесса их получения из исходного сырья — сушки. В настоящее время наибольшее распространение получил конвективный способ сушки, заключающийся в обдуве продукта горячим воздухом. Однако этому способу наряду с достоинством — относительно простым оборудованием, присущи и недостатки — низкая производительность, неравномерность сушки, высокое энергопотребление. В связи с этим большой интерес представляют другие методы сушки пищевых волокон, и в частности ИК-конвективный способ. Этот способ заключается в обработке продукта инфракрасным излучением с одновременным обдувом его воздушным потоком.

С целью изучения возможности получения сухого молочного продукта в Воронежском государственном университете инженерных технологий разработана экспериментальная установка для исследования ИК-конвективной сушки.

При работе сушилки происходит нагрев керамических трубок до 350—400 °С. Такая температура нагрева обусловливает излучение трубок в инфракрасном диапазоне с длиной волны от 1,3 мкм и выше (темные излучатели). При этом около 80 % энергии выделяется в области спектра 2,8—20 мкм. Излучение попадает на поверхность продукта и проникает на глубину 2—8 мм. Подавляющая часть энергии поглощается влагой. Инфракрасное излучение интенсифицирует внутренний массоперенос влаги в жидкой и паровой фазах. Осевой вентилятор обеспечивает приток в сушильную камеру свежего воздуха, при этом снижается парциальное давление водяного пара среды, что повышает внешний массообмен (испарение влаги с поверхности продукта). Эти условия позволяют значительно увеличивать плотность теплового потока на поверхности материала и добиваться высокой интенсификации процесса.

Температура продукта в ходе процесса повышается лишь до 40— 60 °С, что обусловливает сохранность витаминов, органолептических свойств и активных веществ.

Рецептура на предложенный продукт представлена в табл. 5.5.

Таблица 5.5

Рецептура СБМП

Компоненты

Содержание на 1000 кг

масса, кг

%

Обезжиренное молоко

949,6

94,96

Закваска

30

3

Хлорид кальция

0,4

0,04

Хлорид натрия

20

2

Молоко, нагретое до температуры 37—40 °С, очищают на сепа-раторах-молокоочистителях или фильтруют через три слоя марли или другой фильтрующей ткани. Очищенное молоко подогревают до 37 ± 2 °С и разделяют на сепараторах-сливкоотделителях. Обезжиренное молоко пастеризуют при температуре 78 ± 2 °С с выдержкой 15—20 с. После пастеризации молоко охлаждают до температуры заквашивания.

Закваску готовят на чистых культурах мезофильных молочнокислых стрептококков. Для ускоренного заквашивания используют закваску, приготовленную на чистых культурах мезофильных и термофильных стрептококков. Затем закваску перемешивают до однородной консистенции и вливают в подготовленное молоко в количестве 1—5 % общей массы. Продолжительность сквашивания молока — 6—10 ч.

После внесения закваски добавляют 40%-ный раствор хлорида кальция. Немедленно после этого в молоко в виде 1%-ного раствора вносят сычужный фермент или пепсин из расчета 1 г на 1 т молока.

Окончание сквашивания и готовность сгустка определяют по его водородному показателю (4,4—4,6) и визуально — сгусток должен быть плотным, давать ровные гладкие края на изломе с выделением прозрачной зеленоватой сыворотки.

Чтобы ускорить выделение сыворотки, готовый сгусток разрезают специальными проволочными ножами на кубики с размером граней 2 см. Разрезанный сгусток без подогрева оставляют в покое на 40—60 мин для интенсивного выделения сыворотки.

В белковый компонент вносят хлорид натрия в количестве 2 % общей массы и тщательно перемешивают. Далее сгусток подвергают самопрессованию и прессованию до массовой доли влаги не более 80 % при температуре 3—6 °С. Затем его формуют в виде шариков, весом 6 г и подвергают сушке при температуре 40 °С в течение 3—6 ч.

В процессе экспериментов выяснилось, что если продукт выдерживать в течение 42—45 ч при температуре 20—25 °С, то его влажность уменьшается до величины 9—11 %.

Важным вопросом, который надо было решить при разработке технологии СБМП, является определение наиболее рациональной продолжительности ИК-конвективной сушки. Для этого определяли зависимость влажности продукта от времени сушки, которая показана на рис. 5.6.

Кроме того, измеряли зависимость активности воды в продукте от времени сушки (рис. 5.7).

На рис. 5.7 видно, что в процессе сушки показатель активности воды уменьшается до величины 0,83. Анализ литературных данных показывает, что при такой активности воды и при достаточно высокой кислотности среды, характерной для СБМП, прекращаетсяразвитие не только Staphylococcus aureus, но и многих других патогенных микроорганизмов. Поэтому можно прогнозировать высокую бактериальную устойчивость СБМП в процессе дальнейшего досушивания при комнатной температуре. Соответственно, и окончательно высушенный продукт не будет поддерживать развитие микроорганизмов.

Изменения массовой доли влаги СБМП в процессе сушки

Рис. 5.6. Изменения массовой доли влаги СБМП в процессе сушки

Показатели активности воды СБМП в зависимости от времени

Рис. 5.7. Показатели активности воды СБМП в зависимости от времени

Это подтверждается микробиологическими исследованиями (табл. 5.6).

Микробиологические показатели СБМП соответствуют требованиям Госстандарта РФ, предъявляемым к сухим молочным продуктам.

Органолептические показатели СБМП определяли через каждый месяц при температуре хранения 15—18 °С. Установлено, что продукт сохраняет первоначальные органолептические показатели в течение 4 мес.

Микробиологические показатели СБМП

Таблица 5.6

Наименование показателя

Значение показателя

КМАФАнМ, КОЕ/см3, не более

7- 103

БГКП (коли-формы) в 0,01 г

Не выявлены

Патогенные микроорганизмы, в том числе сальмонеллы, в 25 г

Не выявлены

Стафилококки S. aureus в 1 см3

Не выявлены

Дрожжи, КОЕ/г, не более

Не выявлены

Плесени, КОЕ/г, не более

Не выявлены

К пятому месяцу хранения продукт становится очень твердым, появляется шероховатость, из-за того что соль выходит на поверхность продукта, тем самым изменяя его органолептические показатели.

При определении оптимальных сроков годности продукта имеет значение изменение его микробиологических показателей. Микробиологические показатели СБМП в процессе хранения представлены в табл. 5.7.

Таблица 5.7

Микробиологические показатели СБМП в процессе хранения

Время хранения, мес.

КМАФАнМ, КОЕ/см3

БГКП, КОЕ/г

Стафилококки S. aureus, КОЕ/см3

Свежевыработанный

7 • 103

Не выявлены

Не выявлены

1

7,1 ? 103

Не выявлены

Не выявлены

2

7,1 • 103

Не выявлены

Не выявлены

3

7,2 • 103

Не выявлены

Не выявлены

4

7,3 ? 103

Не выявлены

Не выявлены

Из рис. 5.6 и 5.7 может быть построена зависимость активности воды СБМП от влажности (рис. 5.8).

С целью интерпретации полученной зависимости активности воды СБМП от влажности и сравнения с аналогичными графиками для других пищевых материалов была снята зависимость в растворах сахарозы от содержания воды в растворе (рис. 5.9).

При росте концентрации снижается влагосодержание раствора и падает активность воды. При сравнении рис. 5.8 и 5.9 обнаруживается, что в отличие от концентрированного раствора сахарозы при достаточно высокой влажности (в начальный период сушки) активность воды СБМП изменяется очень медленно, а с уменьшением влажности падает быстрее.

Зависимость активности воды СБМП от влажности

Рис. 5.8. Зависимость активности воды СБМП от влажности

Зависимость активности воды в растворах сахарозы от содержания воды в растворе

Рис. 5.9. Зависимость активности воды в растворах сахарозы от содержания воды в растворе:

? — ряд 1 (полиномиальная)

Указанные особенности поведения активности воды в зависимости от влажности связаны с различием механизмов гидратации сахарозы и казеина. Если у сахарозы вода связывается с гидроксильными группами, то у молочного белка — в основном с ионизированными группами белковой молекулы. По сравнению с гидроксильными группами сахарозы ионизированные группы белка расположены дальше друг от друга и имеют более высокую энергию связи с водой. Можно предположить, что ионизированные группы белка окружены первой и второй гидратными оболочками, в которых молекулы воды имеют различные энергии связи.

Так как однозначно зависит от энергии связи Есв, то в идеальном случае последовательного удаления двух гидратных оболочек график зависимости ДДУУ) должен выглядеть следующим образом (рис. 5.10).

Идеальная зависимость активности воды от влажности при последовательном удалении двух гидратных оболочек

Рис. 5.10. Идеальная зависимость активности воды от влажности при последовательном удалении двух гидратных оболочек

Очевидно сходство правой части этого графика с рис. 5.8. Последний график имеет более плавный наклон, что может быть обусловлено небольшой вариацией энергий связи в первой и второй гидратных оболочках.

Конфигурация молекул воды, окружающей поверхностные молекулы сахарозы, по- видимому, такова, что с воздухом граничат молекулы с самой различной энергией связи, поэтому одновременно возможен выход в газовую фазу молекул с разными величинами Есв. Это приводит к 5-образной изотерме сорбции (см. подтему 1.5), начальная часть которой наблюдается на рис. 5.10.

Практическое применение такого исследования формы кривых активности воды состоит в том, что даже на тех стадиях сушки, когда влага удаляется с трудом и кажется, что сушка уже малоэффективна, данный продукт все равно следует «досушивать» до требуемого значения активности воды. Это удается сделать, так как на поздних стадиях сушки наклон зависимости ДДИО достаточно высок.

Общее содержание белков в СБМП составило 46,28 %. Исследован аминокислотный состав СБМП. Полученные данные представлены в табл. 5.8.

Таблица 5.8

Аминокислотный состав СБМП

Наименование показателей

Значения, %

Аргинин

0,18

Лизин

0,50

Тирозин

0,22

Фенилаланин

0,40

Г истидин

0,16

Лейцин+изолейцин

0,74

Метионин

0,08

Валин

0, 34

Наименование показателей

Значения, %

Пролин

0,62

Треонин

0,30

Серин

0,36

Аланин

0,24

Глицин

0,14

Цистин

0,94

Глутоминовая кислота

1,58

Аспаргиновая кислота

0,58

Представленные данные свидетельствуют о высокой пищевой ценности СБМП.

Контроль активности воды играет важную роль и при сушке сырокопченых колбас.

Обнаружено, что у тех сырокопченых колбас, которые хорошо сохраняются без стерилизации и в то же время, пригодны для непосредственного употребления в пищу, А = 0,64-0,8. Значит, создавая новые многокомпонентные продукты такого типа (например, паштеты), необходимо стремиться к величине Ду в пределах 0,6—0,8. При выработке ветчины в оболочке контроль активности воды на стадиях измельчения сырья (А = 0,99), посола сырья (0,97), составления фарша (0,96), осадки (0,94), термической обработки (0,92) дает возможность стабильно получать продукцию высокого качества. В случае отклонения значения активности воды от этих норм принимают меры. Например, если активность воды после измельчения меньше нормы, то добавляют воду и уменьшают время перемешивания. Измерение активности воды в продукте при производстве сырокопченых колбас дает возможность регулировать относительную влажность воздуха, необходимую для обеспечения равномерной сушки, что предотвращает порчу колбас и повышает их качество.

В странах ЕЭС принят руководящий принцип разделения мясных изделий на три группы по срокам хранения в зависимости от значения pH иД (табл. 5.9).

Измерение активности воды в зависимости от влагосодержания позволяет установить распределение влаги по формам связи.

Знание этого распределения имеет важное практическое значение для технологии пищевых продуктов. Так, от прочности связи влаги с веществом зависят потери мясного сока при варке колбас и других мясных продуктов. Распределение влаги по формам связи влияет на структурно-механические свойства мясных продуктов.

Таблица 5.9

Классификация мясных продуктов по стойкости при хранении

Группа стойкости продуктов при хранении

Показатель

Температура хранения, °С

Аи,

рн

А (скоропортящиеся)

Более 0,95

Более 5,2

5

В (портящиеся)

0,91—0,95

5,0—5,2

10

С (стойкие при длительном хранении)

Менее 0,91

Менее 5,0

Охлаждения не требуют

Колбасные изделия и ряд других пищевых продуктов можно представить в виде некоторого относительно жесткого каркаса, в ячейках которого находится дисперсионная среда. Прочность каркаса зависит от толщины сольватного слоя на поверхности частиц, поэтому при изменении влагосодержания в пределах адсорбционной влажности механические свойства колбас (вязкость, упругость) изменяются особенно резко.

Процесс сушки колбасы определяется внутренним и внешним переносом влаги (т. е. переносом влаги из внутренних слоев колбасы во внешний слой и из внешнего слоя в воздух). Процесс внешнего переноса влаги определяется соотношением

где Р — коэффициент влагообмена; цс и цб — химические потенциалы собственно среды и поверхности колбасного батона; I — интенсивность сушки, которая определяется как

где АС — изменение массы колбасы за время АГ; Б — площадь поверхности батонов.

Химический потенциал (энергия Гиббса, отнесенная к одной частице) используется для анализа систем с переменным числом частиц. Разность химических потенциалов выражается через А(1/ следующим образом:

где (р — относительная влажность воздуха; А11; — активность воды на поверхности батона.

Движущая сила влагопереноса — это величина, определяемая по формуле

Из формул (5.10) и (5.11) следует, что если — > 1, то продукт

не будет сохнуть. Величина —— — Р/Рп (где Р — давление водяно-Аг

го пара в воздухе; Рп — давление насыщенного водяного пара над продуктом). Для роста большинства бактерий необходимо выполнение неравенства Р/Рп > 0,95, для мицелиальных грибов — Р/Рп > > 0,75+0,8. Плесени могут развиваться, если влажность воздуха

75 %, а 1 > 10 °С. Таким образом, в диапазоне 0,75 < — < 1 при Ау

высокой влажности воздуха возникает опасность развития плесени на колбасе, поэтому необходимо увеличить скорость движения воздуха в камере до 0,8—1 м/с. Это предотвратит локальный застой воздуха, т. е. повышение содержания водяного пара над определенными участками колбасы, а именно там, где может быть очаг

- _ <р

образования плесени. Однако при малых значениях —— интенсив-

Ау

ность сушки очень велика, при этом на место удаляемой из внешнего слоя влаги не успевает поступать влага из внутренних слоев. Поэтому возникает «пересушивание» внешнего слоя, способность его проводить влагу падает, и, как следствие, быстро уменьшается величина I. Внутренние же слои колбасы остаются влажными, увеличивается вероятность их микробиальной порчи.

Контроль активности воды полезен и при сублимационной сушке мяса, ферментных препаратов, а также для минимизации явления усушки при холодильном хранении мяса и мясных продуктов.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >