Анализ микроструктурных изменений в сырах после вакуумного обезвоживания

физические науки

УДК 637.35.04 Ермолаев В.А.

Кемеровский технологические институт пищевой промышленности (университет), Кемерово Махачева Е.В.

ООО «РМ Консалтинг», Новосибирск

анализ микроструктурных изменений в сырах после вакуумного обезвоживания

Аннотация. В статье представлены результаты микроструктурного исследования сыров. Приведены соответствующие фотографии, установлены размеры некоторых компонентов сыров. Установлено влияние вакуумной сушки на микроструктуру сыров. Проанализирована микроструктура сухого сыра в процессе хранения.

Ключевые слова: сыр, микроструктура, вакуумная сушка.

Ermolaev V.A.

Kemerovo Agricultural Institute, Makhacheva E.V. RM consulting LLc

analysis of microstructural changes in cheeses after vacuum dewatering

Abstract. The article presents the results of a microstructural study of cheeses. The corresponding photos are given, the sizes of some components of cheeses are stated. The effect of vacuum drying on the microstructure of cheeses is established. The microstructure of dry cheese during storage is analyzed.

Keywords: ^eese, microstructure, vacuum drying.

Сыр представляет собой питательный легкоусвояемый продукт, который содержит в себе большое количество биологически ценных веществ: витаминов, белков, микро- и макроэлементов, незаменимых аминокислот и т.д. [1; 2] Одной из технологий переработки данного продукта является сушка. Обезвоживание позволяет значительно повысить сроки годности продукта и снизить расходы на его транспортировку и хранение. Кроме того, сушка может использоваться как неотъемлемый процесс при использовании сыра в качестве добавок в другие продукты, например в хлебобулочные изделия. При этом в последнее время все большее распространение получает вакуумная сушка [3; 4]. Такой способ обезвоживания позволяет проводить процесс при относитель-

но невысокой температуре, что исключает пагубное воздействие нагрева на ценные компоненты пищевых продуктов.

В процессе сушки сыров происходит целый ряд физико-химических преобразований, влияющих на реологические, органолептические, микробиологические и другие свойства. Исследование микроструктуры позволяет получить более полную информацию о состоянии продукта, что немаловажно при разработке соответствующих технологий [5].

Таким образом, целью настоящей работы являлось исследование влияния сушки на микроструктурные преобразования в сырах.

Для проведения экспериментальных исследований использовалась установка, схема которой представлена на рисунке 1.

1 - вакуумный насос; 2 - рабочая камера; 3 - компрессор;

4 - конденсатор; 5 - отделитель жидкости;

6 - десублиматор; 7- ресивер; 8 - вакуумметр;

9 - терморегулирующий вентиль Рисунок 1 - Схема экспериментальной вакуумной сушильной установки

Исследуемый продукт на поддоне загружается в рабочую камеру, которая герметично закрывается крышкой. Далее включается вакуумный насос, понижающий давление в камере до необходимого значения. В данном случае обезвоживание проводили при остаточном давлении в камере 2-3 кПа. После этого включаются инфракрасные лампы нагрева, подводящие тепло к продукту. Сыры сушили при температуре 60°С. Влажный пар, уходящий из продукта через трубопровод, направляется в десублиматор, где осуществляется процесс вымораживания влаги на испарителе холодильной машины.

Фотографии микроструктуры получали с использованием растрового сканирующего электронного микроскопа JEOL JSM-6390 1А (рисунок 2).

Рисунок 2 - Растровый сканирующий электронный микроскоп JEOL JSM-6390 LA

На рисунке 3 представлены фотографии среза сыров до и после вакуумного обезвоживания.

Обнаружено, что после вакуумной сушки сыры не дают существенной усадки и становятся пористым. До сушки линейный размер сыров «Советский» и «Голландский» составлял 117 и 120 мм. После вакуумного обезвоживания этот показатель стал равен 114 и 115 мм, соответственно. Диаметральный размер сыра «Озерный» до сушки составлял 130 мм, а после обезвоживания - 124 мм. Таким образом, линейная усадка сыров после вакуумной сушки составляет менее 5%. При этом содержание влаги в сухих сырах также не превышало 5%.

На рисунке 4 приведены фотографии микроструктуры сыров до и после сушки при кратности увеличения 100. Каждый сыр характеризуется своей микроструктурой, однако наблюдаются общие черты для всех исследованных сыров, в частности наличие одних и тех же элементов. Макрозерна сыров содержат в себе различного рода включения - микрозерна: жировые включения, отложения солей кальция в форме кристаллов, а также колонии микроорганизмов.

В структуре сыров присутствует большое количество микропустот различной формы, которые по большей части располагаются на стыке нескольких макрозерен. Наличие таких микропустот обусловлено образованием газов в процессе созревания сыров. На поверхности сыров до сушки можно увидеть равномерно распределенные глобулы жира, размером от 50 до 300 мкм. При детальном рассмотрении можно наблюдать ячеистую структуру, представляющую собой белковый матрикс с капиллярами, диаметром от 5 до 8 мкм и толщиной стенок 10-12 мкм. В указанных капиллярах присутствует влага. Поверхность сыра до сушки замкнутая, что свидетельствует о достаточно высоком влагосодержании, которое составляет для сыров «Советский», «Голландский» и «Озерный», соответственно, 40, 44 и 48%.

до сушки:

, попои* л; О ж

а

, * I  I  I

0 1 а

„ . гшныь* ЛЪАга

б

ГТ ^"иТ'ГТ ; ТП

у —_

в

после сушки:

1 я а й 7 л Я1р'г

а

Ж'ч . I , г, ,  ¡'

о 1 $ 5 I > ь 1 1* гс

I.-™ л1о*

б

-- ЙР Молгь

в

Рисунок 3 - Срез сыров до и после сушки: а - «Советский», б - «Голландский», в - «Озерный»

После вакуумной сушки в сырах наблюдается развитая, «развернутая» поверхность с четко выделенной структурой капилляров. В обезвоженном продукте благодаря низкому содержанию влаги (около 5%) более отчетливо видна структура и микрокапилляры, которых не было видно на фотографиях микроструктуры сыра до сушки.

до сушки:

после сушки:

а

а

а - «Советский», б - «Голландский», в - «Озерный» Рисунок 4 - Фотографии микроструктуры сыров до и после сушки

Процесс вакуумной сушки протекает при положительной температуре, после выхода установки на режим по давлению в камере включаются инфракрасные лампы нагрева, осуществляется подвод теплоты, в результате чего при пониженном давлении влага достаточно быстро вскипает и стремится покинуть белковую массу сыра. Наблюдается интенсивное парообразование и диффузия влаги с поверхности сыра. Вследствие высокой скорости перемещения влаги наружу происходит деформация структуры сыра. Капилляры, в которых ранее находилась влага, после вакуумного обезвоживания не дают усадки и даже увеличиваются в размерах до 5-15 мкм.

После удаления влаги отдельные жировые глобулы объединяются в более крупные образования, размер которых достигает 100-600 мкм. Таким образом, в сухом сыре размер жировых глобул практически в 2 раза больше, чем в сыре до сушки.

Далее провели исследования по анализу микроструктуры сухого сыра в процессе хранения. В качестве продукта выбрали сыр марки «Голландский». Хранение продукта осуществляли в течение года. На рисунке 5 приведены фотографии микроструктуры данного сыра сразу после сушки, а также через 6 и 12 месяцев хранения.

В только что обезвоженном сыре при степени увеличения 100 на поверхности можно наблюдать частицы равномерно распределенного фосфата кальция (рисунок 5а), размер которых составляет 15-20 мкм. В процессе хранения размеры частиц фосфата кальция не меняются.

На фотографиях через 6 месяцев хранения сыра видны скопления отдельных частиц фосфата кальция. На фотографии при кратности увеличения 500 достаточно хорошо просматриваются микрозерна, которые формуют белковый матрикс и микрокапилляры, размеры которых составляют 10-20 мкм.

б

б

в

в

яу^Уту yJjfJr * m*^ у yS"*Jf i у •Jf J- ч , v Jf .'ft ip^ W,j

н^л vi» * 1 шк tjsni

25kV XSOD SOprji 10 Б7 ВЕС

д е

а, б - после сушки (0 месяцев хранения); в,г - после сушки 6 месяцев хранения; д, е - после сушки 12 месяцев хранения

Рисунок 5 - Микроструктура «Голландского» сыра

При хранении сухого сыра не наблюдалось изменения в размерах капилляров. Через 12 месяцев хранения на фотографиях микроструктуры было обнаружено скалывание от краев капилляров сухих частиц диаметром 1-2 мкм. Скалывание сухих частиц от краев капилляров обусловлено деформацией и ударами при упаковке и транспортировке данного продукта. В процессе хранения размеры белковых прослоек не меняются.

В целом не наблюдается существенных изменений в микроструктуре сухого сыра в процессе хранения. Сухой сыр характеризуется пористой структурой, что подтверждает его повышенную способность к восстановлению и сорбции влаги при хранении. Данный продукт легко рассыпается при незначительных нагрузках. На рисунке 5д на поверхности сыра обнаружены трещины толщиной 5 мкм.

Таким образом, в результате проведенной работы была исследована микроструктура сыров до и после сушки. Обнаружены основные компоненты микроструктуры - белковый матрикс, жировые глобулы, микрокапилляры, частицы солей фос-

фата кальция, установлены размеры данных элементов. Проанализирована микроструктура сухого сыра в процессе хранения. Установлено, что при хранении в структуре сухого сыра не происходит существенных изменений. Представленные результаты имеют теоретическую и практическую ценность для работников пищевой промышленности, технологов, научных сотрудников.

Список литературы

1 Абросимов М. Мировое производство сыра // Сыроделие и маслоделие. - 2006. - № 2. - С. 10-11.

2 Архипова Л. М. Разработка сублимационной сушки мягких сыров : дис. ... канд. техн. наук. - Кемерово, 1999. -135 с.

3 Ермолаев В. А., Просеков А. Ю. Вакуумные технологии молочно-белковых концентратов : монография. - Кемерово : Кузбассвузиздат, 2010. - 212 с.

4 Drying Technologies in Food Processing / Edited by Chen X.D., Mujumdar A.S. United Kingdom: Blackwell Publishing, 2008. -322 p.

5 Голубева Л. В., Авакимян А. Б., Гребенщиков А. В., Китаев С. Ю. Микроструктура сыров до и после копчения // Молочная промышленность. - 2009. - № 8. - С. 67-68.