Сладких творожных масс

Продукт	Абсолютное содержание1 основных химических компонентов	Коэффициент, К	Реологические характеристики
белков	жира	влаги	сахарозы	, Па	η, Па	В	m
Творожные массы с сахаром	0,079 0,079 0,110 0,105 0,101 0,064 0,095 0,115 0,089 0,083	0,333 0,351 0,282 0,316 0,220 0,282 0,282 0,316 0,282 0,282	0,484 0,484 0,725 0,730 0,811 0,725 0,736 0,650 0,780 0,767	0,541 0,518 0,354 0,321 0,389 0,420 0,368 0,357 0,352 0,368	6,65 6,42 3,85 3,77 4,49 7,21 4,47 3,63 4,64 5,06	64,2 73,0 93,4 102,0 58,4 87,5 58,4 73,0 58,4 73,0		1,2 2,4 2,9 1,5 3,3 1,5 2,2 1,3 1,7 5,7	0,58 0,59 0,59 0,61 0,60 0,58 0,60 0,59 0,61 0,61
Творог жирный	0,179	0,250	1,840		2,27	263,0		5,7	0,62

¹ Под абсолютным содержанием компонента понимается отношение массы компонента к массе продукта без этого компонента

Для обобщения результатов исследований эмпирически подобрали комплексный коэффициент К (кг/кг):

К = ж+U+б+ , (32)

где ж – жиросодержание, т.е. отношение массы жира к общей массе продукта без жира, кг/кг; U – влагосодержание, т.е.отношение массы влаги к массе сухого остатка, кг/кг; б – содержание белка и золы, т.е. отношение массы белка и золы к общей массе продукта без них, кг/кг; с – сахаросодержание, или отношение массы сахара к общей массе продукта без сахара, кг/кг.

Из табл. 31 видно, что темп разрушения структуры незначительно изменяется при изменении химического состава продукта; остальные реологические характеристики имеют экстремальные значения при К = 4,5 5,0. Обобщение экспериментальных данных по комплексному коэффициенту дает ошибку до ± 20 %.

Для расчета эффективной вязкости жирного творога и сладких творожных масс используют формулу:

η_эф = В (ω/ω₁)^-m = Вω_*^-m (33)

где В – эффективная вязкость, Па·с, при единичном значении окружной скорости; ω – окружная скорость боковой поверхности ротора коаксиально-цилиндрического вискозиметра, м/с; ω₁ – окружная скорость, равная единице ее измерения, т.е. 1 м/с; ω_* - безразмерная окружная скорость (ее числовое значение).

Механическое воздействие на сырковую массу ведет к разрушению ее структуры. На рис. 15 показано изменение предельного напряжения сдвига сырковой массы в зависимости от температуры и кратности прохождения через эксцентриково-лопастной насос; измерения проведены с помощью сдвигомера Симоняна. Интенсивное мятие и перетирание продукта вызывает резкое снижение предельного напряжения сдвига.

В итоге из пластично-вязкого тела продукт превращается в жидкообразную систему без статического предельного напряжения сдвига. Аналогичные результаты наблюдаются при длительном перемешивании творога и особенно творожно-сырковой массы.

Вязкостные характеристики творожных десертов. Разработана технология творожного десерта с применением пищевых волокон «Vitacel» производства фирмы «Могунция-Верне» Майнц. Их вводили в рецептуру творожного десерта с целью регулирования процесса структурообразования, повышения пищевой и биологической ценности продукта и придания ему лечебно-профилактических свойств.

Для проведения данных исследований за основу была взята рецептура творожной массы «Десертная». Из основной рецептуры исключили сливки 55 %-й жирности, которые заменили молоком 3,5 % жирности. Для придания готовому продукту определенной консистенции после термообработки в рецептуру ввели структурообразующие добавки и пищевые волокна той же фирмы. Объекты исследований: творог нежирный, с массовой долей влаги 82 %, рН 4,4; в качестве пищевых волокон – препарат «Vitacel» (V), нерастворимые формы, рН 5-7; препарат «Fibregum» (F-m) производства фирмы CNI (Франция), растворимая форма; препарат «Benecel» (B) производства фирмы Hercules, рН 5,5-8, препарат «Fibrim» 2000 (F2) – производства РТI Франция, рН 6,5-7,5.

Рис. 15 – Зависимость предельного напряжения сдвига творожно-сырковой массы от температуры и кратности прохождения через эксцентриково-лопастной насос:

1 – до насоса; 2 – однократное прохождение; 3 – многократное прохождение.

В качестве структурообразующих добавок использовали каррагинаны Gelamix CD и Gelamix L фирмы CNI (Франция). За основу взят обезжиренный творог с массовой долей влаги 80 %, титруемой кислотностью 150 ⁰Т, рН 4. Проведены две серии опытов. Первая – выбор каррагинана и определение рациональной дозы его в рецептуре. Вторая – выбор вида пищевых волокон и определение рациональной дозы вносимого пищевого волокна.

Установить аналитические зависимости между качеством творожного десерта и его структурно-механическими характеристиками позволяют реологические методы исследования. Для реологических исследований выбран метод, основанный на принципах ротационной вискозиметрии.

На рис. 16 представлены кривые течения творожных десертов. Продукты в состав которых входит Gelamix L (образец № 1, 3) деформируются при более низких напряжениях сдвига, чем творожные десерты с добавкой GelamixСД (образец № 2, 4).

Рис. 16. – Кривые течения творожных десертов

На рис. 17 представлены величины наименьшей ньютоновской вязкости для исследования образцов. Наименьшая ньютоновская вязкость характеризует структуру полностью разрушенной системы, т.е. максимальным разрушением межмолекулярных связей.

При введении в систему -каррагинана Vitacel и Benecel одинаково участвуют в процессах структурообразования с другими молекулами. Добавление в творожные десерты GelamixСД (образцы № 2, 4) также приводит к заметному возрастанию η₀. Это можно объяснить образованием спиральной конформации макромолекулами τ – каррагинана.

Рис. 17 – В еличина наименьшей ньютоновской вязкости полностью разрушенной структуры творожных десертов

Высокое значение вязкости полностью разрушенной структуры было у творожных десертов при добавлении GelamixСД и Benecel (образцы № 2, 4)

Пищевые волокна в творожные десерты в данных исследованиях вносили в количествах 0,2 % [2V, 2B, 2F, 2F-m]; 0,4 %[4V, 4B,4F, 2,4F-m]; 0,6 % [6B, 6V, 2F, 6F-m, 6F – 2] от массы продукта. Результаты исследований представлены на рис. 18-19.

При исследовании реологического поведения творожных десертов обнаружили, что образцы 6F-m,4F-m, 2F-m, 2V, 4V (1,2) имели более низкие значения вязкости неразрушенной структуры (2F-m = 13800 Па с, 4F-m = 7700 Па·с, 6F-m = 3900 Па·с, 2V = 5800 Па·с, 4V= 18000 Па·с), чем остальные образцы (2F2 = 42000 Па·с, 4F2 = 38800 Па·с, 6F2 = 40000 Па·с, 2В = 44500 Па·с, 4В = 42500 Па·с, 6В = 45500 Па·с, 6V = 24400 Па·с).

Вязкость разрушенной структуры была более высокой у образцов 2V = 1000 Па·с, 4V= 375 Па·с, 6V = 1500 Па·с, 2F-m = 1100 Па·с, 4F-m = 1125 Па·с, 6F2 = 5000 Па·с, 6B = 1125 Па·с.

Наибольший индекс структурирования был у образцов 4В = 8,58 и 2В = 6,17, наименьший – у 4F2 = 1,71. Среднее значение индекса структурирования имели образцы 2V = 3,02; 4V = 3,01; 2F-m = 3,96; 4F-m =3,38.

Рис. 1.18 – Зависимость вязкости творожных десертов от скорости сдвига: 1. Образец 2F2 2. Образец 4F2 3. Образец 6F2

Рис. 1.19 – Зависимость вязкости творожных десертов от скорости сдвига: 1. Образец 2F-m 2. Образец 4F-m 3. Образец 6F-m

Анализируя полученные данные, можно сделать вывод, что наибольшую начальную вязкость имеют образцы 2В и 6В, но вязкость полностью разрушенной структуры этих образцов гораздо ниже, чем у других. Органолептическая оценка показала, что образец 6В имеет слишком плотную и мучнистую консистенцию, а в образце 2В заметно отделение влаги. У образцов 4В и 2F2 начальная вязкость достаточно велика (4В = 42500 Па с, 2F2 = 42000 Па·с). У образцов 4В конечная вязкость равна 950 Па·с, что намного меньше, чем у образцов 2V, 6V, 2F-m, 4F-m, 2F2 (2V = 1000 Па·с, 6V = 1500 Па·с, 2F-m = 1100 Па·с, 4F-m = 1000 Па·с, 2F2 = 2500 Па·с). Образец 2F2 обладает сравнительно большой конечной вязкостью, но не удовлетворяет органолептическим показателям (заметно отделение влаги).

Образец 6F-m обладает самой малой начальной вязкостью (6F-m = 3900 Па·с), конечная вязкость тоже гораздо меньше вязкости многих образцов (6F-m = 500 Па·с).

Образцы 4F2 и 6F2 обладают высокой начальной вязкостью (4F2 = 388 Па·с, 6F2 = 40000 Па·с, но у образца 4F2 конечное значение вязкости меньше, чем у 2F-m (4F2 = 1025 Па с, 2F-m = 1100 Па·с), а образец 6F2 имеет кремоватый оттенок и очень плотную консистенцию, что делает его неприемлимым.

Таким образом, можно сделать вывод, что образцы 2V, 4V, 2 F-m, 4F-m, обладают оптимальными реологическими и органолептическими характеристиками.

Наиболее структурированными являются образцы 2V, 4V, 2 F-m, 4F-m. Они имеют оптимальные индекс структурирования и начальную вязкость (рис. 20-21).

Проведенные исследования показали, что оптимальными по структурно-механическим показателям, органолептическим и тиксотропным свойствам являются пищевые волокна Vitacel и Fibregum.

Установлены структурно-механические показатели различных по функциональным свойствам пищевых волокон. Несмотря на достаточно широкий рекомендуемый фирмами-производителями рабочий диапозон рН от 4 до 8 единиц, оптимальными признаны препараты, близкие по рабочему диапазону рН 5.

Рис. 20 – Кривые течения тиксотропных творожных десертов: 1. Образец 2V F-m 2. Образец 4V 3. Образец 6V

Рис. 21 – Кривые течения творожных десертов: 1. Образец 2F-m 2. Образец 4F-m 3. Образец 6F-m

Формирование структурно-механических свойств сырной массы. Структурно-механические свойства сырной массы начинают формироваться еще до того момента, когда она станет монолитом, т.е. на стадии обработки зерна в ванне. По данным А.А. Майорова именно тут закладываются условия, определяющие ход процесса созревания, в том числе и динамику изменения структурно-механических характеристик. По мнению М.П. Щетинина созревание сыра заключается в превращении белков молока в различные формы азотистых соединений. При этом изменяется структура и реологические свойства сырной массы. Сыр приобретает соответствующие вкус, запах и рисунок. Происходит потеря массы бруска за счет испарения влаги с его поверхности и развития на ней плесени и слизи. Для очистки поверхности сыра, предотвращения появления на ней нежелательной микрофлоры используют мойку, последующую обсушку и нанесение полимерно-парафинового сплава. Снижения усушки добиваются применением различных защитных покрытий: полимерных пленок, дисперсий полимеров и уже названного выше, полимерно-парафинового сплава. Кроме того, в камерах созревания поддерживается определенный температурно-влажностный режим, что способствует нормальному протеканию биохимических процессов в сырной массе, созданию менее благоприятных условий для снижения усушки сыра.

Самым эффективным из действующих факторов является температура второго нагревания, определяющая в значительной степени гидрофильные свойства сырной массы и, соответственно, ее структурно-механические (реологические) характеристики.

Необходимость в повышении объективности оценки консистенции привела к появлению ряда методов измерения структурно-механических свойств сыра и, в первую очередь, полученных при его реологических испытаниях.

Наиболее обобщающее эмпирическое выражение для описания реологического показателя было предложено С. Блэром:

φ = Р S^-1t ^k, (34)

где φ – реологическая константа материала; Р – напряжение; S – деформация; t – время деформирования; и k – структурно-чувствительные коэффициенты

Суть описания реологических характеристик с помощью этого выражения заключается в попытке определить в испытуемом продукте соотношение упругих и вязкостных свойств. Исследователи применяли различные характеристики и приборы для их измерения (Кучера Ф., Крамер А., Кестнер Г., Табачников В.П. и др.) и, по общему мнению, одной из наиболее универсальных характеристик консистенции сырной массы признана твердость.

Показатель твердости измеряется глубиной погружения в сырную массу конусного индикатора с углом раскрытия 30 ⁰ и весом 150 г. Глубина погружения индикатора за 5 с, выраженная в десятых долях миллиметра, представляет собой показатель пенетрации. Последний обратно пропорционален величине твердости, рассчитываемой по формуле:

Т = 95300П , (35)

где Р – нагрузка, создаваемая весом конуса, н; Т – твердость, кПа; П – показатель пенетрации, усл. ед.

Поскольку твердость сыра зависит от его температуры, авторами (Табачников В.П., Тетерева Л.И.) предлагается формула для приведения значений твердости к унифицированному (стандартному) показателю, измеренному при 20 ⁰С:

П₂₀ = П + , (36)

где П – показатель пенетрации при температуре измерений, усл. ед.; П₂₀ – величина показателя пенетрации, приведенная к 20 ⁰С, усл. ед.; К_N – коэффициент изменения показателя пенетрации при изменении температуры сыра на 1 ⁰С (от 2,0 % до 4,5 %); t – температура изменения.

Показатель твердости, легко измеряемый методом пенетрации, имеет высокую степень корреляции с органолептической оценкой консистенции сыров, что и определило его распространенность. Однако он не настолько универсален, чтобы объединить в себе все многообразие тонкостей, связанных с формированием полной картины реологического состояния сырной массы. Поэтому наряду с измерением твердости сырной массы многие исследователи в зависимости от характера поставленных задач использовали как классические характеристики: предел упругости, предел прочности, вязкость, эффективная вязкость, модуль сжатия, так и менее распространенные характеристики: относительная деформация, эластичность – предел пластического течения, период релаксации. В качестве основных характеристик использовались твердость сырной массы, вязкость и период релаксации

Для измерения твердости используются серийно выпускаемые пенетрометры АР 4/1 и Labor ОВ-204. Измерения с помощью конусного индикатора следует проводить на образцах сыров, имеющих так называемую «закрытую» структуру, т.е. сплошной монолит сырной массы, соизмеримый с размером индикатора. К этой группе сыров относятся: швейцарский, костромской, голландский и др. сыры, формуемые из пласта под слоем сыворотки.

Для измерения твердости сыров, имеющих «открытую» структуру, т.е. формуемых насыпью или наливом, следует использовать индентор шаровой формы диаметром 12,7 мм и весом 400 г.

Для получения среднего значения показателя проводят 6-7 замеров и по среднеарифметическому значению оценивают консистенцию сыра.

Хорошо зарекомендовавшим себя показателем считается предельное напряжение среза сыра. Для его измерения необходимо использовать специальные консистометры-пробоотборники. Приборы компактны и могут быть использованы непосредственно в сырохранилищах. Отсчет показаний прибора проводится по шкале, на которой фиксируется максимальное (предельное) напряжение среза. Показания прибора так же, как и в случае измерения твердости, следует приводить к нормальным условиям (температура 20 ⁰С). Для этого используется формула

τ₂₀ = τ - , (37)

где τ – предельное напряжение среза при температуре измерений, кПа; τ₂₀ – предельное напряжение среза, приведенное к показателю 20 ⁰С, кПа; k_C – температурный коэффициент (от 5 % до 16 %) для разных видов сыров; t – температура измерения, ⁰С.

Метод измерения предельного напряжения среза, как и метод измерения твердости, не нормирован техническими условиями и применяется в исследовательской практике сыроделия при изучении режимов формования и прессования, добавления сывороточных белков, изменения массовых долей жира, влаги и соли (Крашенинин П.Ф., Табачников В.П., Неберт В.К.). Установлено, что наиболее высокая информативность реологического метода наблюдается при сравнении данных внутри выборки, принадлежащей одной выработке сыра. Это широко используется исследователями при изучении влияния различных факторов на формирование консистенции сырной массы.

Исследования реологических характеристик показали, что они претерпевают серьезные изменения в процессе созревания сыров, причем эти изменения неоднозначны. Так, в свежеприготовленном костромском сыре средние значения показателя пенетрации составляют (100±5) ед. После посолки, в возрасте 10 дней, максимальное значение показателя пенетрации снижается до 90 ед., а диапозон варьирования возрастает до 18,5 ед. Этот эффект вызван возникновением анизотропии свойств сыра в связи с сильным обезвоживанием его периферийной части и насыщением ее солью. В целом анизотропия реологических характеристик сырной массы сохраняется до окончательного созревания. Ее проявление выражается в повышенной твердости периферийных областей головки сыра (корковый и прилежащий к нему промежуточный слой). Что касается центральный областей головки сыра, то отмечено снижение показателя пенетрации в процессе созревания сыра со 100-110 ед до 60-68 ед. к 45-суточному возрасту. Затем происходит увеличение пенетрационного показателя до 70-71 ед. к возрасту 60 суток и незначительное его нарастание вплоть до 70 суток. Такие изменения объясняются тем, что на первой стадии увеличение твердости происходит в результате физических явлений, перераспределения влаги и соли и старения гелевой структуры сыра. На второй стадии, после 45-60 суток, превалирующим процессом в формировании структурно-механических свойств сырной массы являются процессы протеолиза белков.

При созревании сыра из реологических показателей более всего меняется показатель вязкостных свойств, причем эта тенденция выражается сильнее у сыров с высокой температурой второго нагревания, менее – у мелких сыров, а у полутвердых либо вообще отсутствует, либо имеет обратную направленность.

Основным фактором является химический состав сырной массы, т.е. содержание в сырной массе влаги и жира. Установлено, что при содержании влаги в сырной массе менее 40 % ее дальнейшее снижение увеличивает твердость. Это однозначно относится ко всем видам сыров и отчетливо прослеживается в возрастании твердости корковых слоев. Влияние липидной фракции на реологические свойства заключается в снижении твердости сырной массы при увеличении массовой доли жира. Влияние массовой доли белков отдельно не рассматривается, поскольку она является остаточным компонентом трехкомпонентной системы «жир-белок-вода», которая и образует сыр.

Влияние массовой доли жира на консистенцию свежеотпрессованного сыра нелинейно и особенно сильно сказывается в диапазоне массовых долей жира от 0 до 20 %. При одинаковой массовой доле влаги увеличение доли жира снижает твердость сырной массы примерно на 8-10 % на каждые 10 % повышения массовой доли жира в сухом веществе. Поэтому для получения сыра с хорошей консистенцией его не вырабатывают с массовой долей жира ниже 20 % в сухом веществе. С целью обеспечения необходимых структурно-механических показателей сыры с низким содержанием жира вырабатывают с повышенной влагой.

Диапазон варьирования твердости свежеотпрессованной сырной массы лежит в пределах от 10 до 6 кПа. Нижнему значению соответствует состояние минимального содержания влаги и максимального содержания жира. После окончания прессования сыр имеет самое минимальное значение твердости за весь период созревания.

В таблице 32 приведены данные по твердости сырной массы различных сыров.Твердость сырной массы у свежеотпрессованного сыра, как и на протяжении всего созревания, зависит от температуры. Повышение температуры вызывает снижение твердости сырной массы.

Наибольшие изменения реологических свойств сырной массы происходят на следующем этапе при посолке сыра. Температура рассола поддерживается в диапазоне от 6 % до 12 %, чаще всего 8-10 ⁰С.

Изменение реологических свойств сырной массы во время посолки происходит за счет ее охлаждения до температуры рассола, обезвоживания за счет осмотического давления, а также благодаря начавшему и развивающемуся процессу структурообразования. Совокупное действие этих процессов приводит к увеличению твердости сырной массы до максимальных значений, которые достигают 120-150 кПа. Таким образом за очень короткий промежуток времени твердость сырной массы возрастает в 5-10 раз. Затем, в течение некоторого времени происходит еще небольшое увеличение твердости, в основном, периферийной части брусков сыра, обусловленное влагопотерями сыра и продолжающимися процессами структурообразования. Это увеличение составляет 7-11 %.

Таблица 32