CC BY
83
УДК 637.146.4
Исследование реологических характеристик концентрированного молочного продукта на основе сухой деминерализованной молочной
сыворотки
Гнездилова Анна Ивановна, доктор технических наук, профессор кафедры технологического оборудования e-mail:gnezdilova.anna@mail.ru
ФГБОУ ВПО «Вологодская государственная молочнохозяйственная академия имени Н.В. Верещагина»
Липатникова Светлана Николаевна, студентка технологического факультета e-mail:svetlana.lipatnikova.93@mail.ru
ФГБОУ ВПО «Вологодская государственная молочнохозяйственная академия имени Н.В. Верещагина»
Музыкантова Анна Владимировна, соискатель кафедры технологического оборудования
e-mail: glushkova1987@mail.ru
ФГБОУ ВПО «Вологодская государственная молочнохозяйственная академия имени Н.В. Верещагина»
Аннотация: были выработаны образцы концентрированного молочного продукта с сахаром с различной долей замены сухого обезжиренного молока на сухую деминерализованную молочную сыворотку. В выработанных образцах исследовались реологические характеристики. Установлено, что продукт относится к псевдопластичным жидкостям с достаточно высоким корреляционным коэффициентом.
Ключевые слова: реология, касательное напряжение, эффективная вязкость, скорость сдвига, «ньютоновские» и псевдопластичные пищевые продукты.
Структура продукта определяется различными параметрами, такими как химический состава, температура, дисперсность, агрегатное состояние и рядом других факторов, которые в конечном счете определяют качество готового продукта [1, 2]. Поскольку структура определяет консистенцию продукта, исследование структуры является необходимым этапом при разработке новых видов пищевых продуктов.
Нами разработан способ производства молочного концентрированного продукта с сахаром, согласно которому 15-20 % сухого обезжиренного молока (СОМ) замещено на сухую деминерализованную молочную сыворотку (СДМС) [3].
Целью данной работы явилось исследование структуры концентрированного молочного продукта, выработанного на основе сухой деминерализованной молочной сыворотки.
Для достижения цели были проведены исследования реологических характеристик продукта с помощью ротационного вискозиметра «Реотест-2» по методике [4]. На основании полученных данных были построены зависимости напряжения сдвига (т, Па) и эффективной вязкости ^ ф, Па) от скорости сдвига с-1) (рисунки 1-6)
600
ей
С
Г 400
£2 ч
о 300
О
3 2 1
20 40 60 80 100
Скорость сдвига, у, с
120
140
160
Рис. 1 - Влияние скорости сдвига на касательное напряжение сдвига в свежевыработанных образцах концентрированного молочного продукта с сахаром при 20 °С в зависимости от доли замены СОМ сухой деминерализованной молочной сывороткой: 1 - 0 %, 2 - 10 %, 3 - 20 %, 4 - 25%.
Рис. 2 - Влияние скорости сдвига на касательное напряжение в образцах концентрированного молочного продукта с сахаром после трех месяцев хранения при 20 °С в зависимости от доли замены СОМ сухой деминерализованной молочной сывороткой: 1 - 0 %, 2 - 10 %, 3 - 20 %, 4 - 25%.
Как следует из рисунка 1, зависимость касательного напряжения от скорости сдвига в контрольном образце носит практически прямолинейный характер (кривая 1). Кривая 4, соответствующая 25%-ной замене СОМ на СДМС наиболее явно отклоняется от прямолинейной зависимости.
Анализ рисунка 2 свидетельствует о том, что в образцах продукта после трех месяцев хранения все зависимости теряют прямолинейный характер и описываются степенной функцией. Конкретный вид зависимостей представлен в таблице 1.
Таблица 1 - Уравнения влияния скорости сдвига на напряжение сдвига в образцах концентрированного молочного продукта с сахаром в зависимости от доли замены СОМ сухой деминерализованной молочной сывороткой
Доля замены, % Уравнение Коэффициент корреляции
Свежевыработанный продукт
10 т = 6,74?^°'8521 0 9998
20 т = 7,795 ^°'8254 0,9994
25 т = 11,796^0'7758 0,9997
Продукт после трёх месяцев хранения
10 т = 9,725 ^0'7982 0,9989
20 т = 10,674 *Y0'7867 0,9993
25 т = 12,849 ^°"'600 0,9995
На основании данных таблицы 1 можно заключить, что кривые, изображенные на рисунках 1 и 2, подчиняются степенной зависимости с показателем степени т < 1, что соответствует течению псевдопластичной жидкости. При увеличении доли замены СОМ на СДМС возрастает коэффициент к (коэффициент консистенции) и снижается показатель степени т (индекс течения жидкости), что
свидетельствует об увеличении вязкости и снижении текучести.
Для описания зависимости эффективной вязкости 1пэф от скорости сдвига д было использовано уравнение вида [5]:
= КхГ, (1)
где К - коэффициент консистенции, значение которого соответствует величине
динамической вязкости при д = 1 с-1; т - темп разрушения структуры.
Зависимость эффективной вязкости от скорости сдвига представлены на рисунках 3-4.
Рис. 3 - Влияние скорости сдвига на эффективную вязкость в свежевыработанных образцах концентрированного молочного продукта с сахаром при 20 °С в зависимости от доли замены СОМ на СДМС :
1 - 0 %, 2 - 10 %, 3 - 20 %, 4 - 25 %.
Рис. 4 - Влияние скорости сдвига на эффективную вязкость в образцах концентрированного молочного продукта с сахаром после трех месяцев хранения при 20° С в зависимости от доли замены СОМ на СДМС:
1 - 0 %, 2 - 10 %, 3 - 20 %, 4 - 25 %
В таблице 2 приведены коэффициенты в уравнении (1), которому подчинены кривые рисунков 3-4.
Таблица 2 - Зависимость коэффициентов в уравнении (1) от доли замены СОМ сухой деминерализованной молочной сывороткой
Доля замены СОМ на СДМС, % Значения коэффициентов
к т
свежевыработанный продукт
0 5,673 0,110
10 6,774 0,151
20 7,868 0,181
25 11,796 0,224
| продукт после трёх месяцев хранения
0 9,233 0,199
10 9,725 0,202
20 10,674 0,213
25 12,849 0,240
Как следует из таблицы 2, во всех образцах продуктов наблюдается увеличение темпа разрушения структуры т при увеличении доли замены СОМ на СДМС и при увеличении продолжительности хранения. Данная тенденция была характерна также для консервированных молочных продуктов, выработанных с использованием крахмальной патоки и солода [6, 7]. Таким образом, можно сделать вывод об общей тенденции, характеризующейся изменением структуры при изменении компонентного состава продукта.
Как следует из рисунков 3 и 4, наиболее целесообразная доля замены СОМ
на СДМС составляет 20 %. Эти образцы хранились в течение 14 месяцев, и в них измерялось касательное напряжение и эффективная вязкость в сравнении с контрольным образцом (рисунки 5 и 6).
Рис. 5 - Влияние скорости сдвига на напряжение сдвига в образцах концентрированного молочного продукта с сахаром при 20 °С: 1 - контроль, 2 - 20 % замены СОМ на СДМС
Анализ рисунка 5 показал, что контрольный и рабочий образцы с коэффициентом корреляции 0,99 описываются степенной зависимостью, уравнениями (2) и (3) соответственно:
т = 13,84^0,760. (2)
т = 26,33^0,576 . (3)
Установленные закономерности свидетельствуют о том, что продукт после 14 месяцев хранения сохраняет свойства псевдопластической жидкости.
Зависимость эффективной вязкости от скорости сдвига для контрольного и рабочего образцов с коэффициентом корреляции 0,99 описана уравнениями (4) и (5) соответственно:
Пэф = 13,837^-0,240 (4)
Пэф = 26,325^-0,424 . (5)
Рис. 6 - Влияние скорости сдвига на эффективную вязкость в образцах концентрированного молочного продукта с сахаром при 20 °С: 1 - контроль, 2 - 20 % замены СОМ на СДМС
Сравнение уравнений (4) и (5) свидетельствует об увеличении темпа разрушения структуры в рабочем образце по сравнению с контрольным образцом, что может быть обусловлено возникновением более прочной пространственной структуры. Можно предположить, что имеет место образование агрегатов между мицеллами казеина и молекулами сывороточных белков посредством псевдополимерных мостиков (тяжей, нитей, филаментов), на образование которых указывали авторы [8]. В результате, изменения в микроструктуре продукта сказались на его реологических характеристиках, что и подтвердили вышеприведенные исследования.
Выводы
Все исследованные образцы концентрированных молочных продуктов с сахаром с различной долей замены сухого обезжиренного молока на сухую деминерализованную молочную сыворотку относятся к псевдопластичным жидкостям. Поэтому вязкость разработанных продуктов следует измерять на ротационном вискозиметре.
Во всех образцах концентрированных молочных продуктов наблюдается увеличение темпа разрушения структуры при доле замены СОМ на СДМС более чем на 20 % и значительное возрастание вязкости. Поэтому для производства следует рекомендовать долю замены, непревышающую это значение.
Список литературных источников:
1. Ильиных, В. В. Инженерная реология : учебно-методический комплекс / В. В. Ильиных . - Кемерово : КемТИПП, 2005. - 138 с.
2. Падохин, В. А. Физико-механические свойства сырья и пищевых продуктов
: учебное пособие / В. А. Падохин, Н. Р. Кокина; Иван. гос. хим.-технол. ун-т., Институт химии растворов РАН. - Иваново, 2007. - 128 с.
3. Пат. 2407347 Российская Федерация, МПК A23C9/18. Способ производства молокосодержащего концентрированного продукта с сахаром [Текст] / Гнездило-ва А.И., Куленко В.Г., Глушкова А.В.; заявитель и патентообладатель ФГОУ ВПО ВГМХА имени Н.В. Верещагина. - № 2009127165/10; заявл. 14.07.2009; опубл. 27.12.2010, Бюл. № 36. - 6 с.
4. Арет В.А. Инженерная реология жиросодержащих пищевых продуктов : учебное пособие / В. А. Арет, г. П. забровский и др.; Санкт-Петербургский гос. ун-т низкотемпературных и пищевых технологий. - СПб., 2002. - 294 с.
5. Пирогов, А. Н. Методика определения вязкости молочных консервов на ротационном вискозиметре / А. Н. Пирогов, Н. А. Пирогова, А. В. Шилов // Хранение и переработка сельхозсырья. - 2006. - №4. - С. 46-48.
6. Гнездилова, А. И. Сгущенный молокосодержащий продукт с сахаром / А. И. Гнездилова, Т. Ю. Шарова // Молочнохозяйственный вестник. - 2012. - №3(7) - С. 39-45.
7. Гнездилова, А. И. Консервированный молочный продукт с сахаром и крахмальной патокой / А. И. Гнездилова, Л. А. Куренкова // Молочная промышленность. - 2013. - №9. - С. 84-85.
8. Смыков, И. Т. Влияние длительного хранения на структуру сгущенного молока / И. Т. Смыков, А. И. Гнездилова, Л. А. Куренкова, Ю. В. Виноградова // Хранение и переработка с.-х. сырья. - 2014. - №4. - С. 9-14.
Rheological characteristics analysis of concentrated milk product on the basis of dry demineralized whey
Gnezdilova Anna Ivanovna, Doctor of Sciences (Technics), Professor of the Technological Dairy Equipment Chair e-mail: gnezdilova.anna@mail.ru
FSBEI HPE the Vereshchagin Vologda State Dairy Farming Academy
Lipatnikova Svetlana Nikolaevna, the student of the Technological Faculty e-mail: svetlana.lipatnikova.93@mail.ru
FSBEI HPE the Vereshchagin Vologda State Dairy Farming Academy
Muzykantova Anna Vladimirovna, an applicant of the Technological Equipment Chair
e-mail: glushkova1987@mail.ru
FSBEI HPE the Vereshchagin Vologda State Dairy Farming Academy
Abstract. Samples of concentrated sweetened milk product with different of skim milk powder replacement proportions by the dry demineralized whey have been produced. The rheological characteristics are investigated in the produced samples. It is established that the product belongs to pseudo-plastic liquids with a high correlation coefficient.
Keywords: rheology, shear stress, effective viscosity, shear rate, «Newtonian» liquid, pseudo-plastic foods.
