Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Влияние пищевых структурообразователей набиохимические изменения в белковом комплексекумыса при хранении

ВАК РФ 03.00.04, Биохимия

Автореферат диссертации по теме "Влияние пищевых структурообразователей набиохимические изменения в белковом комплексекумыса при хранении"

<

На правах ^уиуписи

ДАМДИНСУРЭНГИЙН Наранцэцэг

Влияние пищевых структурообразователей на биохимические изменения в белковом комплексе кумыса при хранении

Специальность 03.00.04 - Биохимия

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Краснодар - 2000

Работа выполнена в Кубанском государственном технологическом

университете

Научный руководитель: Заслуженный деятель науки и техники РФ,

доктор технических наук, профессор, В.Г. Щербаков

Официальные оппоненты: Заслуженный деятель науки РФ,

доктор биологических наук, профессор М.Т. Проскуряков

Защита состоится « 29 » июня 2000 года в 10-00 часов на заседании диссертационного совета. К 063.40.03 в Кубанском государственном технологическом университете по адресу: 350072, г. Краснодар, ул. Московская, 2, корп. А, конференц-зал: ;

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Автореферат разослан Л 2000 г.

Ученый секретарь диссертационного

Кандидат технических наук, доцент М.А. Кожухова

Ведущая организация: Испытательный центр сертификации

масложировой продукции «Аналитик»

совета, кандидат технических наук, доцент

1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

1.1 Актуальность темы. Постоянно растущий рынок кисломолочных продуктов диетического и лечебно-профилактического назначения выдвигает все более высокие требования к качеству молочных ' продуктов смешенного брожения.

Среди широкого спектра молочных продуктов этого типа особое' место принадлежит кумысу, вырабатываемому из кобыльего молока. Целебные свойства кумыса известны с глубокой древности, а его приготовление и использование широко распространено в Монголии, а также районах'табунного скотоводства других стран, включая восточную часть России.

К сожалению, недостатком кумыса, как и многих других кисломолочных продуктов, является ограниченный срок хранения даже при нонижешюй температуре.

Несмотря на обилие экспериментальных материалов, посвященных созданию кисломолочных продуктов с длительным сроком хранения, до сих пор нет единого мнения относительно способов, предотвращающих быстрое разрушение их структуры и появления нежелательных изменений органолептических показателей.

В основу рабочей гипотезы положено представление, что одним из перспективных направлений создания кисломолочных продуктов с длительным сроком'Армения" может явиться применение пищевых структурообразовагелей разной природы для стабилизации водоудерживающей способности молочных белков кумыса.

Актуальность темы исследования подтверждается включением ее в комплекс приоритетов развития науки и научного обеспечения в пищевых и перерабатывающих отраслях АПК по проблеме «Кисломолочные продукты III поколения» и программу «Научные исследования высшей школы по технологии живых систем», а также включением ее в план НИР кафедры биохимии и технической микробиологии КубГТУ на 1996-2000 г.г.

1.2 Цель работы. Целью настоящей работы являлось исследование биохимических изменений в белковом комплексе кумыса под влиянием введения в его состав структурообразователей полисахариднойррироды.

1.3 Основные задачи исследования:

- ичучений группового' и аминокислотного состава белкового комплекса кобыльего молока и их изменений при приготовлении кумыса;

- выяснение особенностей развития молочнокислой микрофлоры и изменение микроструктурных компонентов готового кумыса при хранении;

- исследование' влияния условий и продолжительности хранения кумыса на его белковый комплекс, структурно-механические свойства молочных сгустков, а также физико-химические и органопептические характеристики кумыса;

- исследование влияния химической природы пищевых стабилизаторов и структурообразователей на состояние и свойства " белкового комплекса и структурную прочность молочно-белкового геля кумыса при хранении;

- определение пищевой и биологической ценности кумыса со стабилизирующими и структурообразующими добавками с помощью тест-организма тетрахимены пириформис;!

- изучение комплексообразующей' способности белков кумыса с пищевыми стабилизирующими добавками к ионам тяжелых металлов;

- теоретическое и экспериментальное обоснование рекомендаций по совершенствованию способов продления сроков хранения кумыса.

1.4 Научная новизна.

- научно обоснована ' возможность использовании пищевых структурообразователей в производстве кисломолочных напитков (на примере кумыса) для продления' сроков хранения;

- впервые проведено сравнительное исследование хранения кумыса из кобыльего молока с добавлением пищевых структурообразователей, позволивших оценить их влияние на структурную прочность (устойчивость) молочно-белкового геля;

- установлены' закономерности влияния эткх добавок на развитие молочнокислой микрофлоры кумыса;

- выявлены и количественно оценены изменения органолептических характеристик кумыса в зависимости от вида и дозы стабилизирующих и структурирующих добавок, введенных в кумыс перед термообработкой и хранением; ' ' ' '

- впервые установлена возможность образования комплексов белков кумыса, стабилизированных высокоэтерифицированным пектином с ионами тяжелых металлов;

- определена с помощью тест-организма биологическая ценность кумыса со стабилизирующими добавками полисахаридной природы и обнаружено снижение этой характеристики' пропорционально массе вводимой в кумыс добавки;

- определена степень структурной устойчивости молочно-белкового геля кумыса под влиянием структурообразователей полисахаридной природы и предложены математические модели описывающие изменение основных показателей качества кумыса при хранении;

- установлена относительная адекватность биохимических изменений в белковом комплексе кумыса при хранении в оптимальных условиях, подтвердившая возможность оценки эффективности применения стабилизаторов расчетным методом и допустимость использования предложенных уравнений для прогнозирования сроков хранения молочнокислых продуктов на примере кумыса.

Научная новизна подтверждается получением приоритетов по двум по данным заявкам на патенты.

1.5 Практическая значимость. На основании выявленных закономерностей показана возможность продления сроков хранения кумыса путем увеличен!« водоудерживающей способности молочных белков введением полисахаридных стабилизаторов в готовый кумыс перед хранением и проведением его

термообработки для обратимого ингибирования микробиологических процессов. Впервые предложены математические модели, позволяющие : прогнозировать изменения физико-химических и органолептических показателей кумыса при хранении со стабилизирующими добавками.

1.6 Реализация результатов исследования. Проверка основных результатов исследования и практических рекомендаций проведена в лаборатории кафедры биохимии и технической микробиологии КубГТУ. Основные результаты работы переданы лаборатории кумыса Государственного племенного завода им. А. И. Майстренко (Краснодарский край). Качественная оценка кумыса по предлагаемому способу оценена дегустационной комиссией факультета технологии пищевых производств КубГТУ.

1.7 Апробация работы. Основные материалы диссертационной работы были доложена на заседаниях кафедры биохимии и технической микробиологии КубГТУ (1998 - 2000 гг), Краснодарского отделения Российского биохимического общества (1999 г.), на V Международном симпозиуме «Экология человека: пищевые технологии и продукты на пороге XXI века» (г. Пятигорск, 18-21 сентября 1997 г.), на 2-й Международной научно-практической конференций «Продовольственный рынок и проблемы здорового питания» (Орел, 1999 г.), на Всероссийской конференции «Современные достижения биотехнологии - вклад в науку и практику XXI века» (Ставрополь, 1999 г.). В полном объеме работа доложена на расширенном заседании кафедры биохимии и технической микробиологии КубГТУ 17 мая 2000 г.

1.8 Публикации. По материалам диссертации опубликовано 6 работ.

1.9 Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, аналитического обзора литературы, методической части (описания объектов и методов исследования), экспериментальной части, результатов исследования и их обсуждения, математической обработки, выводов и рекомендаций, списка литературы к приложений. Основная часть работы изложена на /SO страницах машинописного текста, содержит таблиц, 23, рисунков. Список литературы включает 156 наименований, в том числе 37. иностранных.

2. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

2.1 Характеристика объектов исследования. Материалами для исследования служили образцы кумыса и кобыльего молока, полученные из подсобного хозяйства Государственного племенного завода им. А.И. Майстренко (Краснодарский край) в 1996-2000 гт.

Кобылье молоко соответствовало ОСТ 46128-88, не пастеризованное, плотностью 1,029 - 1,033 г/см3, кислотностью не выше 8,5°Т без посторонних привкусов и запахов, с титром бактерий группы кишечной палочки 0,3 мл, не содержащее патогенных микроорганизмов.

Характеристика химического состава кобыльего молока (средние показатели в исследуемый период) приведена в табл. 1.

Таблица 1 - Химический состав кобыльего молока

Наименование показателей

Кислотн ость, 0у Плотность л г/см Массовая доля жира, % Массовая доля лактозы, % Массовая доля белка, % Аскорбиновая кислота, мг/кг

8,1-8,5 1,030-1,032 1,8-2,4 - 6,5-7,0 2,0-2,4 72-93

2.2 Методы исследования. Лабораторные исследования проводили на кафедре биохимии и технической микробиологии Кубанского государственного технологического университета.

Бри определении физико-химических, биохимических, микробиологических показателей кобыльего молока и кумыса использовали стандартные методики.

Массовую долю общего белка определяли по микро методу . Кьельдаля; групповой состав белкового комплекса - последовательным экстрагированием белковых фракций специфическими растворителями и количественным определением массовой доли азота в них микро методом Кьельдаля.

Аминокислотный состав белковых препаратов кобыльего молока и кумыса - методом ионообменной хроматографии на автоматическом аминоанализаторе марки «Милихром - А02» (Россия).

Характеристика физико-химических показателей • качества кумыса приведена ниже (табл. 2).

Биологическую ценность белков кобыльего молока н кумыса оценивали по тест-организму тетрахимена пириформис (ТеЦасЬутепа Руп&тш) биохимическим методом. Электрофоретический состав белков кобыльего молока и кумыса определяли методом диск-электрофореза в полиакриламидном геле.,

Микробиологические показатели молока и кумыса определяли.,, по действующим ГОСТам, микрофлору и микрострукгурные компоненты молока, кумысной закваски и кумыса - путем сплошного подсчета в камере Горяева; чистые культуры микроорганизмов - размножением на специальных питательных средах; массовую долю тяжелых металлов по ГОСТу.

В качестве добавок к кумысу использовали пищевые стабилизаторы и структурообразователи тюлисахаридиой природы: агар-агар (Е 406), альгинат натрия (Е 401), пектин яблочный (Е 440), ксантановую камедь (Великобритания), гринстед-пектин и Палсгаард (Дания).

Результаты экспериментальных исследований обрабатывали по методу «Статистика».

Таблица 2 - Органодептические и физико-химические показатели кумыса

Наименование показателей Характеристика кумыса

слабого ] среднего | крепкого

Внешний вид и консистенция Жидкая, однородная, газирующая, пенящаяся при откупоривании бутылки

Вкус и запах Чистый, специфический для натурального кумыса из кобыльего молока, без посторонних, не свойственный данному продукту привкусов и запахов, со сливочным ароматом, сладковатый - для слабого кумыса

Цвет Молочно-белый с голубоватым оттенком, равномерный по всей массе

Кислотность, Т, в пределах 70-90 91-120 121-140

Массовая доля спирта, %, не более 1,0 1,5 3,0

Массовая доля' жира, %, не менее 1,0 1,0 1,0

Плотность, г/см3 1,025-1,021 1,020-1,018 1,017-1,015

Температура, °С, не более 8 8 8

т 3 РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

3.1 Исследование группового и аминокислотного состава белкового комплекса кобыльего молока

С целью выяснения характера изменений в белковом комплексе кобыльего молока при приготовлении кумыса, исследовали групповой и аминокислотный состав исходного молока и кумыса. Групповой и аминокислотный состав сывороточных белков кобыльего молока представлен в табл.3.

Как следует из данных табл. -3, основным компонентом белкового комплекса кобыльего молока является а-лактоальбумин, на втором месте -р-лак-тоглобулин. Сопоставление полученных данных с литературными свидетельствует о достаточной близости характеристик белкового комплекса кобыльего молока Краснодарского края по групповому составу белков к кобыльему молоку степной зоны Монголии.

Аминокислотный состав кобыльего молока приведен в табл. 4 (в г на 100 г сухого белка).

Как следует из полученных данных кобылье молоко по содержанию незаменимых аминокислот не уступает белкам говядины, а по содержанию лизина, гистидина и метионина - превосходит их.

Результаты экспериментальных исследований обрабатывали по методу «Статистика».

Общая схема проведения исследований приведена на рисунке 1.

Кобылье молоко

Кумыс

Стабилизирующие пищевые добавки

Пек тин

Агар агар

Кса Аль Пал Грк

ти- ги- сга- нс-

по- нат ард тэд

вая нат

ком рия

едь

Дозировка, % массы кумыса

0 0,1 0,5 1,0 11,5 2,0

Кумыс со стабилизирующи ми добавками

термообработка

I

Кумыс со стабилизирующими

добавками, термообрабртанный

Хранение кумыса

Дни хранения 0 3 7 14 21

Температура, °С 4 20 35

1 1 4 • г • t 1 ( 1 *

Оценка качества кумыса

1. Изучение белкового комплекса

1.1 Общий белок

1.2 Групповой состав по растворимости

А 1.3 Электрофорез в ПААГе

Н 1.4 Аминокислотный состав 2. Кислотность кумыса

А 2.1 Активная кислотность, рН

Л 2.2 Титруемая кислотность, С

3. Аскорбиновая кислота

И 4. Микробиологические анализы

3 4.1 Молочнокислые бактерии

• '1- 4.2 Дрожжи

ы 4.3 Микроструктура

5. Липиды .. ...

5.1 Сумма липидов

5.2 Жирность

б. Биологическая ценность по тест-организму Тетрахи-мены пириформис

Рис. 1 Схема проведения исследований

Таблица 3 - Состав сывороточных белков кобыльего молока

Группы сывороточных белков, % от суммы

сс-лакто альбумины Р-лактоглобулин Иммуноглобулин Сывороточный альбумин

45,9-46,8 30,2-31,4 15,0 - 16,0 5,3 - 5,7

Таблица 4 - Аминокислотный состав белков кобыльего молока и кумыса,

г/кг

Аминокислоты Кобылье молоко Кумыс Кумыс + яблочный пектин

1. Аспарапшовая кислота 2,5 1,77 ' 1,26

2. Глутаминовая кислота 8,64 4,63 4,55

3. Серии 2,71 2,08 1,77

4. Глицин 1,03 0,66 0,65

5. Гистидин 2,08 1,91 1,98

6. Треонин 1,71 2,88 3,36

7. Алании 2,00 2,02 2,11

8. Пролин 2,00 1,13 1,17

9. Аргинин 6,40 5,01 5,72

10. Тирозин 2,30 • 1,69 1,75 . .

11. Метиошш .3,54 , . 2,36 . 2,91 .

12. Валин 1,03 0,98 0,77 ■ ■

13. Изолейцин 2,41 1,81 - 2,04

14. Лейцин 4,92 3,51 4,02

15. Фенилаланин 2,42 1,83 1,90 •

16. Лизин ....... 3,39 2,44 1,40

Таблица 5 - Групповой состав белков кумыса из кобыльего молока

Группы белков, % от суммы

а-лактоальбумин Р- лактоглобулин Иммуногло буликы Сывороточный альбумин

44,1-.44,7 . 30,1 -30,5 17,8 -18,2 5,8-6,5

Сопоставление суммы аминокислот белков кобыльего молока и полученного из него кумыса свидетельствует об уменьшении в кумысе суммы аминокислот белков и одновременно - увеличении суммы свободных аминокислот. Наиболее заметные изменения в массовой доле установлены для

аспарагиновой кислоты, аргинина, лизина в сумме с гистидином, аланина. Относительно меньше возрастает массовая доля тирозина, ; серина и глутаминовой кислоты. Анализ полученных данных позволил сделать вывод, что уменьшение суммы аминокислот белков и возрастание доли свободных аминокислот в кумысе по сравнению с кобыльем молоком, происходит под влиянием развития микроорганизмов на стадии брожения кумыса.

3.2 Изучение микрофлоры и микро структурных компонентов готового кумыса

Исследование световой микроскопией препаратов кумыса показало, что кумыс имеет особую микроструктуру, основным компонентом которой является фракция жировых шариков средним диаметром от 1 до 4 мкм. Более крупные и более мелкие встречаются редко и не во всех исследованных партиях они были выявлены.

Сравнительное исследование в аналогичных условиях других, кисломолочных продуктов - кефира и простокваши - показало, что кумыс из кобыльего молока содержит по сравнению с ними значительно меньше жировых, шариков. В кумысе отсутствовали молочные тельца, характерные для кефира. Микрофлора свежеприготовленного кумыса и кумысной закваски по групповому составу микроорганизмов однотипна - ока представлена дрожжами и молочнокислыми бактериями - шаровидными и палочковидными. ~ ' '

Форма клеток молочнокислых бактерий, колоний, выросших на питательных средах, их размеры, выделенных из кумысной закваски, практически одинаковы с данными, полученными другими авторами, работавшими с кисломолочными .продуктами.

Дрожжи кумысной закваски и кумыса, сбраживающие и несбраживаюхцие лактозу по биохимическим и морфологическим характеристикам, соответствовали известным для кисломолочных продуктов других типов.

3.3 Исследование влияний условий и продолжительности хранения кумыса на его физико-химические и органолептические характеристики

Изменение физико-химических характеристик кумыса, включая содержание аскорбиновой кислоты (витамина С) изучали при его хранения при температурах 4, 20 и 35 °С, Продолжительность хранения варьировала от 0 (свежеприготовленный кумыс) 3, 7, 14 и 21 дня хранения при указанных температурах (табл. 6).

Учитывая возможность временной разгерметизации бутылки с кумысом при его потреблении сравнивали хранение по двум вариантам - в бутылках укупоренных перед выдержкой (так называемый «аэробный вариант хранения») и в бутылках, из которых была после укупоривания и выдержки отлита половина содержимого и вновь проведено укупоривание (так называемый «анаэробный вариант хранения»).

Как следует из данных табл.6 и рис.2, 3 при хранении наблюдается быстрое повышение титруемой кислотности, рост вязкости, снижение массовой доли, аскорбиновой кислоты.

Таблица б - Влияние сроков хранения на качество кумыса

Продолжительность и температура хранения Титруемая кислот- от, ность, Т Активная кислотность, рН Плотность, г/см3 Вязкость, мм2/см2 Жирность, %

Исходный кумыс 120 4,26 1,02 8,56 0,81

3 дня хранения 4 С 20°С 35°С" 125 145/ 210 4,21 ; 4,0.4 ! 3,68 1,02 1,02 1,02 9,42 9,44 10,27 0,80 0,81 0,81

7 дней хранения 4°С 20°С 35°С 140 ; 190 230 '4,08 3,74 3,60 1,02 1,02 1,02 7,70 6,85 10,27 . 0,81 0,81 0,81

14 дней хранения 4°С 20°С 35°С 145 210 240 4,64 3,67 3,56 1,02 1,02 1,02 7,70 7,70 9,42 0,75 0,71 0,70

21 дней хранения . 4°С 20°С ' 35°С ,.,,..145 -„220 ' 245 4,04 3,64 -. 3,55 1,02 1,02 1,02 7,70 7,70 10,27 0,75 0,70 0,60

Значительно более заметные; изменения происходили в органолептических характеристиках кумыса. Хотя жидкая консистенция сохранялась у всех образцов до конца хранения, однородная структура кумыса за счет коагуляции белков была нарушена уже через 3 дня хранения при 4°С в укупоренных до выдержки бутылках. Этот процесс коррелировал с изменением активной кислотности, которая очень быстро росла. Быстро утратил кумыс способность пениться, хотя газирующая способность проявлялась даже на 14-й день хранения. При температуре хранения 35°С через 7 дней был утрачен специфический вкус натурального кумыса. При 20°С через 3 дня хранения исчез слегка сладковатый вкус, а при 35°С за этот же срок кумыс приобрел прогорклый вкус. При 20°С прогорклый вкус появился на 7-й день хранения,' а при 4°С - на 21-й день. ,

Значительное снижение массовой доли аскорбиновой кислоты наблюдалось при всех температурах хранения. Ее массовая доля снижалась от 30 мг% до 15 мг%.

Изменение , физико-химических и органолептических характеристик, определяющих качество кумыса, может быть раньше всего обнаружено (без проведения химических, анализов) по изменению цвета - снижению отражательной способности кумыса, а также расслоению содержимого бутылки и отложению на ее внутренних стенках слоя жира. Утрата кумысом пенящейся

способности при открытии бутылки коррелирует с приобретением им несвойственного вкуса и запаха.

Рис.2 Изменение титруемой и активной кислотности при хранении кумыса

Еще более интенсивно процессы разрушительного характера происходили в кумысе, который хранился во временно разгерметизированной бутылке, что следует признать недопустимым вариантом хранения.

Математическая обработка экспериментальных данных, полученных при хранении кумыса в герметически закрытых бутылках, позволила лолучить зависимости, свидетельствующие об определяющем влиянии условий хранения на качество кумыса.

При хранении кумыса на изменение титруемой кислотности, активной кислотности и плотности кумыса наиболее значимое влияние оказывает температура хранения, хота величина титруемой кислотности испытывает значительно большие изменения по сравнению с активной кислотностью. Влияние продолжительности хранения также заметно, хотя это по мере удлинения срока хранения значения активной и титруемой кислотности непрерывно снижается в результате продолжающейся жизнедеятельности молочнокислой микрофлоры. Изменение плотности кумыса практически в одинаковой степени зависит как от температуры, так и от продолжительности хранения. Возрастание плотности хранящегося кумыса до расслоения и осаждения белков под влиянием изменения рН кумыса.

3.4 Исследование влияния химической природы стабилизаторов и структурообразователей на белковый комплекс кумыса

Для повышения устойчивости белкового геля кумыса были применены пищевые стабилизаторы и струюурообразователи, находящие использование при производстве некоторых видов молочных и пищевых продуктов -высокоэтерифицированный яблочный пектин (Е 440), агар-агар (Е 406), пищевой

альгинат натрия (Е 4Q1), а также Гринстед-пектин и Палсгаард (Дания) и пищевая ксантановая камедь (Великобритания).

Как известно, высокоэтерифицированный пектин действует как стабилизатор белков в молочных продуктах. Причина, по которой молекулы пектина, а также других аналогичных стабилизаторов полисахарйдной природы, способны стабилизировать мицеллы казеина, частично связана с тем, что пектин принадлежит к группе ионных стабилизаторов и из-за присутствия в их молекуле ионов кальция имеют отрицательный заряд. Посла ассоциации пектина с мицеллой' казеина образовавшийся комплекс становится отрицательно заряженным и не образует агрегатов, выпадающих в осадок. Возникающие силы отталкивания не позволяют агрегатам казеин-пектин сформировать крупные частицы - произошла ионная стабилизация.

Для выбора' наиболее эффективного стабилизатора структуры молочных белков, способного повысить структурную прочность молочно-белкового геля кумыса при хранении, исследуемые стабилизаторы предварительно смешивали с сахарной пудрой в соотношении 1: 5 для лучшего растворения стабилизаторов в кумысе. Полученную однородную смесь порциями вводили в свежеприготовленный кумыс при постоянном перемешивании. Массовая доля вводимого стабилизатора варьировала от

0,1 % до 2% масск; кумыса. После ввода в кумыс всего расчетного количества стабилизатора перемешивание продолжали в течение 30 минут до его полного растворения.'3ateM кумыс со стабилизатором разливали в стеклянные бутылки .... вместимостью.0,33 л, укупоривали и помещали на хранение при температуре от , 4 до 6°С. Отбор проб кумыса проводили через 3, 7, 14, 21 и 30 дней хранения. Как следует/ из' полученных данных (рис. 3) добавление стабилизаторов исследуемых типов при всех изученных концентрациях величины массовой доли стабилизатора, введенного в кумыс, приводило к снижению титруемой кислотности кумыса с 85 до 65 - 70 °Т. Активная кислотность возрастала незначительно, плотность и вязкость возрастали, коррелируя с возрастанием доли введенного стабилизатора.

Было установлено изменение органолептических показателей кумыса -вкуса и запаха при введении стабилизаторов 1% и выше. В течение первых трех дней хранения образцы кумыса с высоким (1 и более %) содержания стабилизаторов теряли специфический для кумыса кисломолочный вкус, одновременно изменяя цвет от молочно-белого до мутно-бежевого.

Образцы кумыса, содержавшие от 0,1 до 0,5% стабилизаторов изменяли свое состояние значительно медленнее. Через три дня хранения при тех же температурах существенных изменений физико-химических и органолептических характеристик кумыса выявлено не было.

Через семь дней хранения произошло возрастание титруемой кислотности во всех образцах кумыса, влияние типа стабилизатора было несущественным. Активная кислотность и плотность кумыса начали снижаться. Все образцы потеряли однородность и расслоились с образованием нескольких слоев.* Характер расслоения был разным й зависел от вида стабилизатора и его дозы.

Я блочный пектин

Активная киспотность=-44,2-0.0!Т+0,010^X0001 ОТ ♦е«р<3.8а-0 ООСИТ0 в0° в>

РаКдааго

Активная кислотность--1 96-0 009Т*0 0ОШ»О 00050Т

*ехр(1 в2-ОООЗЭТ'

¡33 3512

ШЭ 3 573

ЕЭ 3 643

□ 3 708 СЗ 3 773

СГЛ зазв

3903

ИЮ зэва

ВВЕЕ 4 034

(99 4 093 Шв ЭЬОУС

Агьтнат натрия

я кислотность=-48.6-0.01т*0.00400.0002т0 ♦«>р(3 87-0,000зтс V *)

Г ринстед

Активная кислотность^ 8-0 000т*0 ООвО*О.ОООЗОТ ♦ехр<08&007Тов0ое)

ШЭ 3 537 СШ 3 594 ЕЗ 3 651 СЗ ,3 708 СП 3 766 СП 3 823 . 4 с

СИ 880 '

Ев 3-937 ЕШ 3 934 И 105: ■■ аЬоуе

Агар-агар

Активная шслотиостьМ 150.009Т»0.01СМЗ' 00180Т

Камедь

Активная Кислотность—-0 91-001Т+0 01 й-С ♦ ехр(1.б5-Ш)04Т0-6006|

Рис, 3 Влияние стабилизирующих добавок по' активной кислотности при хранении.

; Под влиянием дозы в 1% яблочного пектина образцы кумыса образовали три слоя: на дне бутылки небольшой плотный желеобразньш слой, основным компонентом которого являлся пектин, средний слой - мутный и вязкий, и верхний слой - прозрачный с низкой вязкостью. Образцы кумыса под влиянием 1% дозы стабилизатора агар-агар образовали два слоя: нижний - жидкая белая, слегка вязкая фаза, верхний слой - прозрачная жидкость.

Через 14 дней хранения изменения физико-химических и органолеп-тических показателей продолжались, направленность процессов сохранялась. Несмотря на эти изменения образцы кумыса, содержавшие ' 0,5% стабилизатора не расслаивались и сохраняли однородную консистенцию. Только на 21-й день хранения произошло расслоение всех образцов кумыса, газирующая и пенообразующая способность сохранились лишь у образцов с минимальным содержанием стабилизатора. • . .

На 30-й день хранения изменился характер расслоения - образцы кумыса, содержавшие 1% ir более агар-агара расслоились на три слоя, появился небольшой слой плотного осадка мутно-белого цвета. Образцы, содержавшие 0,1% пектина и 0,5% агар-агара, сохранили два слоя - прозрачный верхний и молочно-бельш нижний. Оргалолептические характеристики кумыса оказались неудовлетворительными. '

Математическая обработка экспериментальных данных позволила предложить математические модели, описывающие изменение физико-химических характеристик кумыса в зависимости от вида стабилизатора и условий хранения, позволяющие оценить влияние условий хранения кумыса, величины его титруемой и активной кислотности и плотности кумыса, значения которых коррелируют с качеством кумыса при хранении со стабилизирующими добавками исследуемых типов.

Сопоставление влияния стабилизирующих добавок на физико-химические изменения кумыса при хранении показало, что из шести видов добавок наименьшие изменения наиболее интенсивно меняющейся характеристики кумыса - величины титруемой кислотности в зависимости от температуры хранения - наблюдаются при введении в кумыс агар-агара'(коэффициент 1,57). Более значительные изменения происходят при введении яблочного пектина (коэффициент 2,87)'. Другие добавки оказывают менее значительное влияние на снижение титруемой кислотности (для ксантановой камеди коэффициент равен 2,99, для альгината натрия 3,06; для Гринстед-пектина 3,19 и для Палсгаарда 3,20).

Изменения титруемой кислотности в зависимости от продолжительности хранения выявило другую закономерность. Наименьшее снижение кислотности наблюдалось при введении добавки Палсгаарда (0,18); затем Гринстед-пектина (0,23); альгината. натрия (0,33); наиболее заметное влияние оказало введение в кумыс яблочного пектина (1,37) и агар-агара (1,45).

В то же время органолептическая оценка хранящегося кумыса выявила, что при использовании всех исследованных стабилизаторов снижений качества кумыса при хранении приостановить не удалось. Наблюдался быстрый рост активной и титруемой кислотности, изменялись в сторону ухудшения физико-

химические и органолептические характеристики кумысы даже при холодильном хранении, происходило расслоение кумыса, основной причиной которых, по нашему мнению, является продолжающиеся ферментативные процессы, инициируемые молочнокислыми бактериями и дрожжами - процесс дальнейшего сбраживания кумыса при хранении продолжается.

3.5 Исследование влияния термообработки кумыса в присутствии стабилизаторов — пектина и агар-агара.

Образование кислоты в процессе хранения кумыса, оцениваемое как рост активной и титруемой кислотности, приводит к уменьшению отрицательных зарядов агрегатов молекул казеина, но система при низких температурах сохраняет устойчивость. Если такую систему нагреть, например, с целью пастеризации (температура выше 60°С) это усилит броуновское движение, произойдет агрегация белков, укрупнение и седиментацию образовавшихся агрегатов.' Повысить термоустойчивость белков в кумысе можно применив стабилизаторы (табл. 7).

При проведении термообработки в свежеприготовленный выдержанный кумыс вводили стабилизаторы, затем расфасованный в герметически закрытые бутылки вместимостью 0,33л подвергали стерилизации при температуре 95°С с выдержкой 5 мин. После этого кумыс в бутылках охлаждали и хранили при температуре 4,20, и 30°С.'

Как показали исследования, при 40°С кумыс хранился устойчиво в течение 40 дней, без расслоения и снижения органолептическнх показателей, а при 20°С в течение 22 дней.

1 - кумыс (контрольный образец)

2 - кумыс с яблочным пектином .....

3 - кумыс с агар-агаром

1 2 3

- Рис. 4 Кумыс со стабилизирующими добавками в процессе хранения

• . Некоторые преимущества в стабилизирующем действии на белковый комплекс кумыса были выявлены у высокоэтерифицированных яблочного пектина и агар-агара. Из других стабилизаторов близкую величину стабилизирующего эффекта имел Гринстед-пекгин, несколько меньшую -альгинат натрия, Палсгард и ксашановая камедь.

Анализ математических моделей, описывающих изменение физико-химических характеристик кумыса под влиянием термообработки после

введения добавок агар-агара и яблочного пектина позволяет утверждать, что для обработанного по предлагаемому способу кумыса ведущим фактором, оказывающий влияние на изменение титруемой кислотности является продолжительность хранения (коэффициент 5,2); тогда как влияние температуры заметно снизилось по сравнению с кумысом без термообработки.

Таблица 7 - Влияние добавок агар-агара и яблочного пектина на изменение характеристик кумыса при хранении

Показатели Образцы с добавлением стабилизатора, %

Контроль 0,1 0,5 1,0 1,5 2.0

ЯП АА ЯП АА ЯП АА ЯП АА ЯП АА

Свежеприготовленный кумыс

Титруемая кислотность, °Т 85 65 65 70 70 70 65 70 70 70 65

Активная кислотность, рН 4,68 5,04 5,04 4,94 4,94 4,94 5,04 4,94 4,94 4,68 5,04

Плотность, г/м3 1018,2 1018.2 1017,0 1024,4 1034,4 1034,4 1034,4 1053,4 1041,0 1053,4 1053,0

Вязкость, мг/с2 4.51 4,51 4,51 4,51 4,51 5,41 5,41 5,41 5.41 6,31 5,61

Через 3 дня хранения

Титруемая кислотность, °Т 85 65 70 70 70 70 75 75 75 90 75

Активная кислотность, рН 4,68 5,04 4,94 4,94 4,94 4,94 4,85 4,85 4,85 4,61 4,85

Плотность, г/мэ 1018,2 1018,1 1017,0 1024,1 1024,3 1034,1 1034,0 1050,7 1041,0 1053,1 1051,3

Вязкость, м2/с2 4,51 4,51 4,51 5,41 4,51 5,41 5,41 5,41 5,41 6,31 5.41

Через 7 дней хранения

Титруемая кислотность, °Т 85 70 80 70 80 80 80 85 80 95 85

Активная кислотность, рН 4,68 4,94 4,76 4,94 4,76 4,76 4,76 4,68 4,76 4,54 4,68

Плотность, г/м3 1015,6 1016,2 1016,1 1024,1 1022.5 1032,4 1032,6 1042,7 1041,1 1050,4 1050,0

Вязкость, м2/сг 4.51 4.51 4.51 5,41 4,51 6,31 5,41 6,31 6,31 7.21 6.31

Через 14 дней хранения

Титруемая кислотность, °Т 85 75 80 80 80 85 80 85 80 95 85

Активная кислотность, рН 4,68 4,85 4,76 4,76 4,76 4,68 4,76 4,68 4,76 4.51 4,68

Плотность, г/м 1015,4 1016,2 Ю16Д 1024.3 1021,7 1032,1 1041,0 1040,4 1044,3 1051,2 1050.1

Вязкость, м2/с2 4.51 5,41 5,41 5,41 5,41 6,31 6,31 6,31 6,31 8,1 7.21

Черен 21 день хранения

Титруемая кислотность, °Т 90 80 80 85 85 90 80 90 85 100 85

Активная кислотность, рН 4,61 4,76 4,76 4,68 4,68 4,60 4,76 4,60 4,68 4,48 4.6Я

Плотность, г/м3 1014,3 1015.6 1016.1 1023,4 1022,2 1032,0 1030,1 1040,2 1039,6 1048,4 1050.2

Вязкость, м2/с2 .. ,4,51 5,41 5,41 5,41 5,41 , 6,31 6.31 7,21 6,31 9,91 8,11

Существенно возросли коэффициенты зависимостей продолжительности хранения, описывающие изменения активной кислотности, вязкости и плотности

► »

кумыса, прямо связанные с устойчивостью мицел казеиновых белков в хранящемся кумысе.

Разработанное математическое моделирование описывающее изменение характеристик кумыса после введения в него в качестве стабилизирующих пищевых добавок - агар-агара и термообработки в найденных условиях позволяет рассчитать изменение активной и титруемой кислотности и плотности кумыса, коррелирующих с его органолептическими характеристиками в зависимости от температуры и количества вводимого стабилизатора и рассчитать допустимую продолжительность хранения:

Активная кислотность (рН)=5,07-0,02Т-0,03 5-0,000037 Т2+0,09 82+0,0077 Т 5 11=0,9244

Титруемая кислотность (°Т)=62,84+1,21-Т+5,23-5-0,02Т2+0,4152+0,16-Б-'Г 11=0,9244

Вязкость (мм2/м3)=4,878-0,013Т-0,28-5+0,0008-Т2+0,46520,07-Т-5 11=0,9362

Плотность (кг/м3)=1016,736+0,51Т+21,52-8+0,013 Т2-1,049 82+0,049 Т 8 где Т-температура, °С; Б - % добавки от массы кумыса. Стабилизирующий -эффект предлагаемой обработки кумыса стабилизирующие добавки плюс термообработка подтвержден электрофоретическим разделением белков кумыса "в ПААГе до и после обработки.

Молоко-Кумыс

КЛццелы каэеиыа ... ............_ Оесленке ихязсяи *

(отрицательный заряд) "

Перемешивание,

Фрагменты геля в /* -у, ,

свежеприготовленном / ч | \ кумысе **"

V \

р<

4

Добавление агар-агара Хранение

или высоко итерированного

Термообработка

Хранение

Без агар-агара или пектина

.....к

С агар-агаром или пектином.

Рис. 5 - Схема предполагаемого механизма стабилизации казеина

Предполагаемый механизм стабилизации молекул казеина при введении стабилизирующих добавок в кумыс и его термообработке приведен на рис.5.

Дополнительные технологические операции при приготовлении кумыса с продленным сроком хранения по предлагаемому способу и их включение в традиционную схему приготовления кумыса показано на рис.6.

Рис.9 Дополнительные операции в схеме приготовления кумыса с продленным сроком хранения (——)

3.6 Изменение микробиологических характеристик термообработанного кумыса при хранении.

Введение термообработки кумыса после введения- стабшшзггрующих добавок привело к замедлению развития молочнокислых бактерий и дрожжей'1 при последующем хранении кумыса. Существенно замедлилось повышение активной и титруемой кислотности, снижение плотности в процессе хранения при тех же условиях.

3.7 Биологическая ценность кумыса с добавками

Биологическую ценность кобыльего молока и кумыса изучали с использованием тест- организма Тей"асЬутепа Рупйнгшз. Исследования показали, что биологическая ценность свежеприготовленного кумыса составила; 100 % (по отношению к казеину* которой был принят за контроль). Введение в кумыс стабилизатора - яблочного пектина;снизило биологическую ценность, что возможно, связано с увеличением массовой доли неусвояемых углеводов. Термообработка кумыса, с введенным стабилизатором, способствовала повышению биологической ценности.

3.8 Изучение комплсксообразующей способности белков кумыса с пищевыми стабилизирующими добавками к ионам тяжелых металлов.

Изучали комплексообразующую способность кумыса по отношению к ионам свинца РЬ2+. При добавлении в кумыс пектина комплексообразующая способность линейно возрастала пропорционально концентрации вводимого стабилизатора и при дозе пектина 1% составила 20,7 - 28,5 мг РЬ27мл. Дальнейшее увеличение концентрации пектина в кумысе не влияло на комплексообразующую способность.

При хранении кумыса в течение 7 дней его комплексообразуюшая способность постепенно снижалась, составляя максимально до 16,1 - 16,2 мг РЬ2 7мл кумыса.

Во всех образцах кумыса, содержавшего в качестве стабилизатора пектин, при хранении проявлялась аналогичная зависимость структуры кумыса от концентрации вводимого стабилизатора. При минимальной концентрации стабилизатора в кумысе его структура визуально почти не отличается от контроля - чистого кумыса до хранения, и отмечен лишь легкий, чуть заметный осадок внутри среды. С увеличением концентрации пектина наблюдалось расслоение от слабо - до средне выраженной степени с появление плотного осадка при максимальных дозировках стабилизатора.

ВЫВОДЫ

1. Результатами экспериментальных исследований подтверждена и теоретически обоснована рабочая гипотеза о возможности создания кисломолочных продуктов с продленным сроком хранения путем ввода в него структурообразователей стабилизирующих при термообработке белки кумыса и проведено сравнение эффективности использования пищевых структурообразователей различной природы при производстве кумыса повышенной стойкости при хранении.

2. Современными методами исследования изучен групповой и аминокислотный состав белкового комплекса кобыльего молока и его изменение при приготовлении кумыса.

3... Изучены микроструктурные компоненты кобыльего молока и готового кумыса, исследована их. микрофлора, при термообработке кумыса и хранении. , ,

4. Выявлено влияние условий и продолжительности хранения кумыса на электрофоретические свойства его белков, физико-химические и органолептические характеристики.

5. Впервые изучено влияние химической природы пищевых стабилизаторов и структурообразователей на состояние молочно-белкового геля кумыса при хранении и их применение для стабилизирования структуры молочного геля. Установлено, что наилучшей стабилизирующей и структурообразовательной способностью обладают агар-агар и яблочный пектин.

6. Выявлены оптимальные концентрации пищевых стабилизаторов и температуры обработки кумыса, значительно увеличивающих срок гарантийного хранения.

7. Изучена комплексообразующая способность белков кумыса с пищевыми стабилизирующими добавками к ионам тяжелых металлов.

8. Теоретически и экспериментально обоснованы рекомендации по совершенствованию сроков хранения кумыса.

9. Разработаны математические модели и выявлены математические зависимости, описывающие изменение качества кумыса при хранении в зависимости от используемого стабилизатора.

10. Предложена принципиальная технологическая схема производства кумыса с продленным сроком хранения.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих научных работах:

1. Наранцэцэг Дамдинсурэнгийн, А.Д. Минакова, В.Г. Щербаков, В.Г. Лобанов. Сравнительное исследование микроструктурных компонентов кумыса из кобыльего молока. Тезисы V Международного симпозиума «Экология человека: пищевые технологии и продукты на пороге XXI века. Пятигорск, 1997 г. - с. 74-75.

2. Наранцэцег Дамдинсурэнгийн, В.В. Кондратенко. Комплексообразующая способность кумыса обогащенного микродобавками пектина. Изв. Вузов, Пищевая технология, № 1, 1998. - с. 82.

3. А.Д. Минакова, Наранцэцег Дамдинсурэнгийн, Т.В. Фрампольская, Л.А. Баур. Изменение свойств кумыса при хранении. Изв. Вузов, Пищевая технология, № 2-3, 1998.-е. 46-48.

4. Наранцэцэг Дамдинсурэнгийн, А.Д. Минакова, В.Г. Щербаков. Влияние пищевых стабилизаторов на стойкость кумыса при хранении. Изв. Вузов, Пищевая технология, № 5-6, 1999.-е. 105-107.

5. Наранцэцэг Дамдинсурэнгийн, А.Д. Минакова, В.Г. Щербаков. Влияние пищевых стабилизаторов на качество кумыса. Материалы Всероссийской конференции «Современные достижения биотехнологии - вклад в науку и практику XXI века. Ставрополь, 1999. - с. 41.

6. Наранцэцэг Дамдинсурэнгийн, А.Д. Минакова, В.Г. Щербаков. Использование стабилизаторов при производстве кумыса с увеличенным сроком хранения. Тезисы докладов 2-й Международной научно-практической конференции «Продовольственный рынок и проблемы здорового питания». Ор?л( 1999. - с. 179.