CC BY
85
УДК 637.344-035.63/.64
Оптимизация состава молочно-сывороточной основы с учетом влияния технологических факторов при производстве ферментированного
напитка
Грунская Вера Анатольевна, кандидат технических наук, доцент кафедры технологии молока и молочных продуктов
e-mail: grunskaya.vera@yandex.ru
ФГБОУ ВПО «Вологодская государственная молочнохозяйственная академия имени Н.В. Верещагина»
Габриелян Дина Сергеевна, старший преподаватель кафедры технологии молока и молочных продуктов
e-mail: dg050272@yandex.ru
ФГБОУ ВПО «Вологодская государственная молочнохозяйственная академия имени Н.В. Верещагина»
Рогатенко Ксения Юрьевна, студентка технологического факультета
e-mail: rogatenko.kseniya@ yandex.ru
ФГБОУ ВПО «Вологодская государственная молочнохозяйственная академия имени Н.В. Верещагина»
Аннотация. Проведена оптимизация состава молочно-сывороточной основы для ферментированного напитка с учетом влияния технологических факторов. Установлен состав молочной основы, обеспечивающий хорошие органолептиче-ские и структурно-механические свойства напитка, а также уточнены режимы ферментации, позволяющие придать пробиотические свойства готовому продукту.
Ключевые слова: сыворотка; обезжиренное молоко; ферментированный напиток; пробиотическая микрофлора.
Одним из приоритетных направлений развития молочной промышленности является комплексное и рациональное использование молочного сырья, что может быть достигнуто за счет расширения ассортимента продуктов, вырабатываемых из обезжиренного молока и молочной сыворотки.
Состав обезжиренного молока и молочной сыворотки характеризует их высокую пищевую и биологическую ценность и обуславливает целесообразность применения в качестве основы для производства продуктов с функциональными свойствами, в частности, напитков.
Использование для производства напитков натуральной сыворотки, содержащей все ее составные части, том числе и полноценные сывороточные белки, не имеющие лимитированных аминокислот, а также обогащение напитков пробиоти-ческой микрофлорой будет способствовать повышению их пищевой и биологической ценности.
С учетом различий в составе и свойствах сыворотки и обезжиренного молока, эти два вида молочного сырья будут хорошо дополнять друг друга. Результаты наших исследований показали, что при введении обезжиренного молока в сывороточную основу в результате повышения буферных свойств, увеличения в среде доступных питательных веществ и факторов роста, заквасочные микроорганизмы развивались более активно, что приводило к ускорению кислотообразования в процессе сквашивания.
Однако, для получения напитков с хорошими органолептическими показателями и структурно-механическими свойствами необходимо установить оптимальное соотношение между сывороткой и обезжиренным молоком в рецептуре продуктов.
В связи с этим проведены исследования по оптимизации состава молочно-сы-вороточной основы для ферментированного напитка, обогащенного пробиотиче-ской микрофлорой и характеризующегося функциональными свойствами.
Для сквашивания молочно-сывороточной основы, состоящей из обезжиренного молока и подсырной сыворотки, использовали специально подобранную поликомпонентную закваску, содержащую ацидофильную палочку, пропионовокислые бактерии и кефирную закваску (соотношение между культурами: 0,5:2:2,5, соответственно) [1].
Для получения математической модели процесса с учетом влияния технологических факторов использован метод ортогонального композиционного планирования эксперимента. Известно, что процессы, протекающие в многокомпонентных системах, как правило, не удается описать линейными регрессионными закономерностями. Поэтому для повышения точности описания используются математические модели более высокого порядка, в частности, квадратичные [2,3].
На основании результатов предварительно проведенных опытов и литературных данных было выявлено три основных фактора: доля обезжиренного молока в молочно-сывороточной основе (х1), температура сквашивания (х2) и доза закваски (х3), оказывающих существенное влияние на активность развития заквасочной микрофлоры, кислотообразование в процессе сквашивания, органолептические и структурно-механические свойства кислотного сгустка.
В качестве выходных параметров были взяты:
у1 - органолептические показатели (вкус, запах), балл;
у2 - органолептические показатели (суммарная оценка за вкус, запах, цвет и консистенцию), балл;
у3 - влагоудерживающая способность сгустка, % выделившейся сыворотки
при центрифугировании;
у4 - кислотность сгустка, оТ;
у5 - эффективная вязкость неразрушенной структуры сгустка, мПа-с; у6 - продолжительность сквашивания, ч;
у7 - количество жизнеспособных клеток пропионовокислых бактерий в конце сквашивания, 1д КОЕ/см3;
у8 - количество жизнеспособных клеток лактобацилл в конце сквашивания, 1д КОЕ/см3.
Матрица планирования ортогонального центрально-композиционного плана 2-го порядка для трехфакторного процесса и усредненные по трем повторностям результаты этих опытов приведены в табл. 1, 2.
Таблица 1. План эксперимента (ПФЭ23) в кодированных и натуральных переменных
Факторы в безразмерном масштабе
Факторы в натуральном масштабе
опыта Х1 Х2 х3 Х1 Х2 х3
1 + + + 70 32 5
2 - + + 60 32 5
3 + - + 70 28 5
4 - - + 60 28 5
5 + + - 70 32 1
6 - + - 60 32 1
7 + - - 70 28 1
8 - - - 60 28 1
9 1,2154 0 0 71,1 30 3
10 -1,2154 0 0 58,9 30 3
11 0 1,2154 0 65 32,43 3
12 0 -1,2154 0 65 27,57 3
13 0 0 1,2154 65 30 5,43
14 0 0 -1,2154 65 30 0,57
15 0 0 0 65 30 3
№
Таблица 2. Результаты исследований
Выходные параметры
№ опыта У1 У2 У3 У4 У5 У6 У7 У8
1 4,4 14,4 34 85 4,4 6,0 8,36 7,96
2 4,0 13,2 47 80 3,31 6,8 8,33 7,98
3 4,2 14,2 38 75 4,22 7,0 8,06 8,01
4 3,9 13,2 51 70 2,82 8,0 8,07 8,03
5 3,8 13,8 43 68 3,81 9,0 8,43 7,89
6 3,4 12,5 52 65 2,79 10,5 8,04 7,86
7 4,0 13,4 46 66 3,51 11,2 7,98 7,91
8 3,5 12,5 56 60 2,49 10,0 7,92 7,90
9 4,8 14,9 36 82 4,25 7,5 8,08 8,08
10 3,8 12,8 61 72 2,48 8,5 7,96 8,03
11 4,2 14,2 38 75 4,09 7,9 8,39 7,96
12 3,9 13,8 41 70 3,71 9,0 8,02 7,90
13 4,8 14,9 37 78 4,05 7,8 8,07 8,08
14 4,0 13,0 56 68 3,49 11,0 8,26 7,83
Органолептические показатели молочно-сывороточной основы определялись с использованием разработанной условной балльной шкалы. Влагоудерживающую способность сгустков оценивали методом центрифугирования по объему выделившейся сыворотки в процентах. Титруемую кислотность определяли по ГОСТ 382492, эффективную вязкость кислотных сгустков с использованием метода ротационной визкозиметрии на приборе «Реотест 2.1». Определение жизнеспособных клеток молочнокислых микроорганизмов и пропионовокислых бактерий осуществляли по ГОСТ 10444.11.
На основании экспериментальных данных получены математические модели, отражающие зависимости изменения органолептических показателей, титруемой
кислотности, эффективной вязкости и вдагоудерживающей способности сгустка, а также времени образования сгустка и содержания жизнеспособных клеток проби-отической микрофлоры в конце сквашивания от исследуемых факторов с использованием программы StatSoft:
у1= - 129,283 + 1,224x1 - 0,009x12+6,102x2-0,101x22+0,336x3-0,040x32; у2= - 163,785 + 2,599x1-0,019x12+5,83x2-0,096x22+ 0,85x3-0,103x32; у3=566,6480-24,6964x1 + 0,1794x12 + 23,8592x2-0,4119x22-7,0250x3 + 0,7898x32;
у4= - 665,805-0,190x1 + 0,006x12 x46,196x2-0,745x22+6,728x3-0,64x32; у5=-81,5559+2,1708x1-0,0158х12+0,6104x2-0,0089x22+0,3135x3-0,0307x32; у6=22,0078-0,60049x1 -0,23989x2-0,76640x3;
у7=-3,75234-0, 10066x1 + 0,00078x12 + 0,99170x2-0,01660x22+0,10498x3-0,01199x32;
у8=5,20327+0,011231x1+0,072335x2+0,010005x3.
После проверки значимости коэффициентов регрессии с использованием критерия Стьюдента уравнения, в которых оставлены члены, имеющие статистически значимые эффекты (уровень р<0,05), приняли следующий вид:
у1= -129,283 + 1,224x1 - 0,009x12+6,102x2-0,101x22+0,336x3;
у3= -24,6964x1 + 0,1794x12-7,0250x3;
у4= 46,196x2-0,745x22+6,728x3;
у5= - 81,5559+2,1708x1-0,0158x12+0,3135x3;
у6= 22,0078-0,23989x2-0,76640x3;
у7= 0,99170x2-0,01660x22+0,10498x3-0,01199x32;
у8= 5,20327+0,072335x2.
В уравнении для у2 все коэффициенты оказались значимыми. Адекватность полученных моделей подтверждает проведение дисперсионного анализа с использованием коэффициентов детерминации, критерия Фишера (табл. 3), а так же построение диаграмм рассеяния предсказанных и наблюдаемых значений и диаграмм Парето. В качестве примера на рис. 1 эти диаграммы представлены для выходного параметра у2 (суммарная балльная оценка органолепти-ческих показателей).
Таблица 3. Результаты дисперсионного анализа
Переменная R 2 F - критерий Уровень значимости
Yi 0,849332 14,15326 0,000715
У2 0,860999 15,45310 0,000524
УЭ 0,783331 9,435787 0,002863
У4 0,881364 18,33467 0,000283
У5 0,967189 69,77998 0,000002
уе 0,832138 24,134 0,00004
У7 0,755340 8,203712 0,004523
у8 0,595117 4,429654 0,028603
а)
Observed Values vs. Predicted Общая органолептическая оценка, балл
13,5 14,0 Observed Values
14,5 15,0
б)
Pareto Chart of t-Values for Coefficients; df=8 Общая органолептическая оценка, (балл)
р=,05
t-Value (for Coefficient;Absolute Value)
Рисунок 1. Диаграмма рассеяния наблюдаемых и предсказанных значений (а) и диаграмма Парето (б) для
У2
Для определения оптимальных значений факторов использовали графики поверхностей отклика. Поверхности отклика имеют форму эллиптического параболоида. Координаты оптимума лежат в центре плана.
Анализ полученных зависимостей показал, что органолептические показатели (суммарная балльная оценка, выраженность вкуса и запаха) улучшаются с увеличением доли обезжиренного молока в молочно-сывороточной основе, повышением температуры сквашивания и увеличением доли производственной закваски. При этом более сильное влияние оказывают температура сквашивания и доля обезжиренного молока в составе смеси.
На влагоудерживающую способность и вязкость сгустка, характеризующие его структурно-механические свойства, достаточное влияние оказывают процент обезжиренного молока в молочно-сывороточной основе и доза закваски. Влаго-удерживающая способность сгустка в значительной степени зависит от доли обезжиренного молока в составе основы и в некоторой степени от дозы закваски, с уменьшением которых устойчивость к синерезису снижается. На эффективную вязкость существенное влияние также оказывает доля обезжиренного молока в смеси, с повышением которой вязкость возрастает.
Продолжительность сквашивания и кислотность сгустка зависят от температуры сквашивания и дозы закваски, с повышением которых время образования сгустка уменьшается, а его кислотность возрастает. При этом наиболее сильное влияние на интенсивность сквашивания оказывает температура сквашивания.
На активность развития пробиотической микрофлоры наиболее сильное влияние оказывает температура сквашивания, с увеличением которой выход жизнеспособных клеток повышается. В качестве примера на рис. 2 представлены поверхности отклика для выходного параметра - органолептическая оценка мо-лочно-сывороточной основы.
Рисунок 2. Поверхности отклика зависимости органолептических показателей (суммарная оценка за вкус, запах, цвет и консистенцию) напитка от исследуемых факторов
Таким образом, результаты выполненных исследований позволили установить состав молочной основы (обезжиренное молоко - 65-70 %, подсырная сыворотка - 35-30 %), обеспечивающий хорошие органолептические и структурно-механические свойства напитка, а также уточнить режимы ферментации (температура сквашивания - 30 оС, доза закваски - 5 %), позволяющие получать достаточно высокое содержание пробиотической микрофлоры в готовом продукте.
Список литературных источников:
1. Пат. 2484631 Российская федерация, МПК А23С9/12. Способ получения кисломолочного продукта / В. А. Грунская, Д. С. Габриелян; заявитель и патентообладатель Федеральное государственное бюджетное образовательное профессионального образования «Вологодская государственная молочнохозяйственная академия им. Н.В. Верещагина». - № 2012112844/10; заявл. 02.04.2012; опубл. 20.06.2013.
2. Боровиков, В. STATISTICA. Искусство анализа данных на компьютере: Для профессионалов / В. Боровиков. - 2-е изд. (+CD). - СПб.: Питер, 2003. - 688 с.
3. Грачев, Ю. П. Математические методы планирования эксперимента / Ю. П. Грачев, Ю. П. Плаксин. - М. : ДеЛи принт. - 2005. - 296 с.
Optimization of composition of milk framework taking into account the influence of technological factors in the
production of fermented drink
Grunskaya Vera Anatol'evna, Can. of Sciences (Technics), Associate Professor of the Technology of Milk and Dairy Products Chair
e-mail: grunskaya.vera@yandex.ru
FSBEI HPE the N.V. Vereshchagin Vologda State Dairy Farming Academy
Gabrielyan Dina Sergeevna, Senior lecturer of the Technology of Milk and Dairy Products Chair
e-mail: dg050272@yandex.ru
FSBEI HPE the N.V. Vereshchagin Vologda State Dairy Farming Academy
Rogatenko Kseniya Yur'evna, student of technological faculty
e-mail: rogatenko.kseniya@ yandex.ru
FSBEI HPE the N.V. Vereshchagin Vologda State Dairy Farming Academy
Abstract. The optimization of the composition of milk-whey framework for fermented drink with the influence of technological factors has been performed. The composition of the breast groundwork for good organoleptic and structural-mechanical properties of the drink, as well as the exact modes of fermentation, allowing give the probiotic properties of the finished product.
Keywords: whey; skim milk; fermented drink, probiotic microflora.
