Физические и химические основы производства йогурта

Министерство образования  и науки РФ

 

Государственное образовательное  учреждение высшего профессионального  образования

ВОЛГОГРАДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

(ВолгГТУ)

 

Кафедра «Технология пищевых  производств»

Семестровая работа

 

По дисциплине: «Химия и физика молока»

На тему: «Физические и химические основы производства йогурта»

 

 

 

 

Выполнила:

студентка группы

 ПП-352 Артемова А.А.

 

Проверила:

Короткова А.А.

 

Волгоград 2011г

Содержание

 

   Введение………………………………………………………………………..2

1. Способы получения и классификация йогуртов………………….…………3

2. Физико-химические основы в процессе производства йогурта…………...6

3. Тепловая обработка………………………………………………………….10

4. Гомогенизация……………………………………………………………….13

  Заключение…………………………………………………………………….18

  Список литературы……………………………………………………………19

 

Введение

 

Традиции потребления  кисломолочных продуктов, активно  пропагандируемое в настоящее время  «здоровое питание» обеспечивают на рынке устойчивый спрос на такие  продукты, в частности - на йогурты. Постоянно расширяется ассортимент  продукции, разрабатываются все  новые виды йогурта с разными  уровнями кислотности, вязкости, различными вкусовыми и биологически активными  добавками. Йогурт появившийся много столетий назад на Среднем Востоке, сегодня прочно вошел в ежедневный рацион питания миллионов людей.

Сегодня йогурт является не только готовым продуктом, как это  было 10-15 лет назад, на его основе производятся прекрасные продукты с  фруктовыми добавками, с Аloe Vera, газированные напитки, завтраки, содержащие мюсли и витамины, мороженое и даже появилось йогуртное масло. С увеличением количества йогуртных продуктов улучшатся и их качество. Наиболее известным и популярным среди потребителей зарубежных стран является йогурт - представитель класса ферментированных (кисломолочных или сквашенных) продуктов одним десятилетием. "Живые" йогурты служат источником кальция, столь важного для роста и состояния зубов и костей.

Натуральный йогурт - эффективное  средство восстановления микрофлоры кишечника. Йогурт помогает сохранить полезную микрофлору в организме, без которой кишечник не может нормально функционировать.

Йогурт используют при  лечении желудочно-кишечных заболеваний, колита, холецистита, туберкулеза, фурункулеза, детской грудной астмы и других болезней. Употребление этого продукта в пищу помогает улучшить пищеварение и обмен веществ.

 

 

1. Способы получения и классификация йогуртов

 

Суть различных способов получения  йогуртов с момента их появления  изменилась незначительно. Несмотря на то, что имели место некоторые  усовершенствования, особенно в части  вида молочнокислых бактерий, вызывающих ферментацию, основные стадии процесса остались прежними, а именно:

• увеличение содержания сухих веществ в обрабатываемом молоке примерно до 14-16 г/100 г;
• тепловая обработка молока, желательно с обеспечением выдержки при достигнутой температуре в течение 5-30 мин (в зависимости от выбранного режима);
• использование закваски, в составе которой преобладают Lactobacillus del-brueckii, подвид bulgaricus и Streptococcus thermophilus;
• сквашивание молока в резервуаре или в потребительской таре в условиях, способствующих получению нежного однородного сгустка с характерным вкусом и ароматом;
• охлаждение и при необходимости дальнейшая обработка, например, добавление фруктов и других ингредиентов, пастеризация или концентрирование

В настоящее время производится много различных видов йогурта. В таблице 1 проиллюстрировано разделение йогуртов на основе их физических свойств на четыре категории.

 

 

 

 

 

Таблица 1. Классификация йогуртов

Родственные йогурту продукты и  собственно йогурт группируют на основе следующих факторов:

• нормативные документы (существующие или предлагаемые), классифицирующие продукты на основе химического состава или содержания жира (жирные, цельные, полужирные/средние или нежирные/с низким содержанием жира);
• физические свойства (консистенция) продукта, то есть густой (с ненарушенным сгустком), перемешанный (с нарушенным сгустком) или жидкий/питьевой; (последний рассматривается как перемешанный йогурт с низкой вязкостью);
• вкус (натуральный, фруктовый или ароматизированный; последние два — обычно с добавлением подсластителей);

        •  обработка после ферментации (внесение витаминов или термообработка). Схема классификации йогуртов, основанная на описанных выше критериях, приведена на рисунке 1.

Изготовление йогурта всегда должно включать стадию ферментации — сквашивания молока под действием микрофлоры закваски. Это означает, что сгусток, полученный прямым добавлением молочной кислоты, не должен называться йогуртом или продуктом, родственным йогурту. Однако, как показывает практика, именно эта стадия может оказаться непредсказуемой, поскольку продукт здесь подвергается влиянию ряда факторов. Так, изменения в составе молока, нетипичное поведение микрофлоры закваски, недостаточно точное поддержание температурных режимов в ходе технологического процесса могут привести к получению продукта неудовлетворительного качества. Только глубокое понимание процесса ферментации позволяет производителю снизить риск неудачи. [1. cтр.20-21]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Физико-химические основы в процессе приготовления йогурта

 

В основе производства йогурта  лежит молочнокислое брожение, вызываемое микроорганизмами.

На первой стадии молочнокислого брожения при участии фермента лактазы происходит гидролиз молочного сахара (лактозы):

С Н О + Н О = С Н О + С Н О

Из гексоз (глюкозы и  галактозы) в конечном счете образуется молочная

кислота:

2С Н О = 4С Н О

Одновременно с процессами молочнокислого брожения ( с образованием молочной кислоты) протекают побочные процессы, при этом образуются различные продукты обмена:

2С Н О + Н О = СН  СН ОН + СН СНОН + 2СН СНОН СООН + 2СО + 2Н

Исходя из этого, в первом случае микробы молочнокислого брожения называются гомоферментативными, во втором – гетероферментативными.

Брожение молочного сахара происходит также под влиянием ароматообразующих микроорганизмов Str. diacetilactis, которые помимо молочной кислоты и летучих кислот образуют ароматические вещетсва, в частности диацетил (СН –СО-СО-СН ), имеющий наибольшее значение в ароматизации йогурта. Наряду с образованием диацетила протекает реакция, в результате которой получается ацетоин (СН –СН-ОН-СО-СН ), не обладающий ароматом, из которого при определенных условиях окислительно-воссстановительной реакции образуется диацетил.

Образование диацетила в процессе молочнокислого брожения, вызываемого ароматобразующими молочнокислыми бактериями, связано с наличием лимонной кислоты как промежуточного продукта брожения лактозы.

В процессе производства йогурта происходит накопление молочной кислоты и титруемая кислотность их достигает 100-120 Т, на что расходуется

молочный сахар в количестве 10 г/л. Таким образом, в йогурте  остается еще много лактозы, которая  служит углеводным источником для дальнейшего  развития молочнокислых бактерий в  кишечнике человека (при достаточно обильном потреблении кисломолочных продуктов).

При развитии молочнокислого брожения накапливается молочная кислота, которая сдвигает реакцию в кислую сторону. Свежее молоко имеет почти нейтральную реакцию, или вернее, несколько сдвинутую в кислую сторону. В заквашенном молоке по достижении требуемой кислотности рН йогурта достигает изоэлектрической точки казеина (рН 4,6 – 4,7). В изоэлектрической точке казеин теряет растворимость и коагулирует в виде сгустка.[2]

      Важнейшими процессами, происходящими при выработке кисломолочных продуктов, являются коагуляция казеина и гелеобразование (переход коллоидной системы молока из свободнодисперсного состояния, золя, в связаннодисперсное состояние - гель).

Коагуляция казеина при  производстве йогуртов может осуществляться двумя способами - кислотным или  сычужным.

Кислотная коагуляция казеина  вызывается молочной кислотой, которая  накапливается в йогурте в  результате брожения лактозы. Молочная кислота снижает отрицательный  заряд мицелл казеина и переводит  его в изоэлектрическое состояние (рН 4,6-4,7), в котором макромолекулы белка теряют свою растворимость и устойчивость. Кроме того, происходит переход в плазму фосфата кальция и органического кальция казеинаткальцийфосфатного комплекса, что дестабилизирует мицеллы казеина и вызывает их диспергирование.

Сычужная коагуляция казеина  включает 2 стадии - ферментативную и коагуляционную. Механизм как первой, так и второй стадии окончательно не установлен. Наиболее убедительной считается теория протеолитического действия сычужного фермента (гидролитическая теория). Согласно этой теории, на первой стадии под действием основного компонента сычужного фермента химозина происходит разрыв пептидной связи фенилаланин-метионин в полипептидных цепях k-казеина ККФК, в результате чего молекулы k-казеина расщепляются на гидрофобный пара-k-казеин и гидрофильный гликомакропротеид. Гидратная оболочка мицелл частично разрушается, силы электростатического отталкивания между частицами уменьшаются и дисперсная система теряет устойчивость. На второй стадии частично дестабилизированные мицеллы казеина (параказеина) собираются в агрегаты, которые затем соединяются продольными и поперечными связями в единую сетку, образуя сгусток.

Процесс гелеобразования - агрегирование  частиц казеина и формирование единой пространственной сетки молочного  сгустка.

Независимо от способа  коагуляции, различают 4 стадии формирования сгустка:

1 - индукционный период;

2 - сдадия флоккуляции - массовая коагуляция;

3 - стадия метастабильного  равновесия - уплотнение сгустка;

4 - стадия синерезиса - самопроизвольное уплотнение структуры за счет перегруппировки частиц и увеличения числа контактов между ними, т.е. сжатие геля и выпрессовывание из него дисперсионной среды.

При структурообразовании дисперсных систем могут образовываться два  типа пространственных структур - коагуляционные (тиксотропно-обратимые) и конденсационные (необратимо-разрушающиеся). Коагуляционные структуры обладают эластичностью, пластичностью и малой прочностью, так как частицы удерживаются только межмолекулярными силами. В конденсационных структурах частицы соединены прочными химическими связями, которые обеспечивают их прочность, но делают их хрупкими, неэластичными.

Устойчивость коллоидных частиц казеина в свежем молоке обусловлена  двумя факторами: электрическим  зарядом и гидрофильностью. В свежем молоке частицы казеинаткальцийфосфатного комплекса имеют отрицательный заряд, в силу одноименности заряда частицы отталкиваются при соударении. По мере приближения к изоэлектрической точке частицы приобретают электронейтральность, характерную для изоэлектрического состояния(число положительных зарядов равно числу отрицательных). В изоэлектрическом состоянии частицы казеина соединяются между собой, образуя сетчатую трехмерную структуру, и сквашенное молоко из жидкого состояния переходит в гель.

При сквашивании молока происходит ионный обмен между кальций-ионами казеинаткальцийфосфатного комплекса и Н-ионами молочной кислоты;

(казеиновый комплекс) Са + 2Н (С Н О ) + (Казеин) + 2Са (С Н О )

В результате сгусток казеина  обедняется кальцием. Одновременно образуется растворимый лактат кальция.

Йогурт производят путем  внесения в молоко закваски, под действием которой происходит свертывание белков и образование пространственной структуры из белков молока с включениями молочного жира и влаги. Характерно, что повышение температуры ускоряет процесс структурообразования. Как следует из таблицы 2 повышение температуры пастеризации способствует повышению вязкости сгустка.

 Таблица 2. Влияние температуры пастеризации на вязкость сгустка 10^3 (в Па с)

 

Состояние структуры	Температура пастеризации, С
	63	72	80	90
Неразрушенная	457	549	1234	1896
Разрушенная	4,53	6,01	6,39	7,9
Через 15 мин после разрушения	6,32	6,32	8,22	10,11