CC BY
0Л.М. Захарова, д-р техн. наук, проф., е-mail: zaharova_lm@mail.ru Л.В. Абушахманова, аспирант, е-mail: kroxaleva90@mail.ru Кемеровский государственный университет, г. Кемерово
УДК 637.2
ФУНКЦИОНАЛЬНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КЛЕТЧАТКИ
В современной молочной промышленности пищевые добавки получили большое распространение. Они улучшают товарный вид, изменяют вкусовые качества, продлевают сроки хранения, обогащают пищевой продукт функциональными ингредиентами, снижают калорийность. Перспективным является использование пищевых волокон. В статье описывается польза пищевых волокон в питании человека. Упоминается норма суточной потребности организма человека в пищевых волокнах. Представлены результаты исследования водосвязывающей, жиросвязывающей способностей, набухаемо-сти трех препаратов клетчатки - соевой клетчатки «FibriUp», свекловичной клетчатки «Bio-fi Pro WR 400» и «Bio-fi Pro WR 100» с целью дальнейшего применения их в производстве сливочного масла. Установлено, что все три препарата клетчатки обладают высокими функционально-технологическими свойствами.
Ключевые слова: клетчатка, функционально-технологические свойства, набухание, водосвязы-вающая способность, жиросвязывающая способность.
L.M. Zakharova, Dr. Sc. Engineering, Prof.
L.V. Abushakhmanova, P.G.
FUNCTIONAL AND TECHNOLOGICAL PROPERTIES OF DIETARY FIBER
In the modern dairy industry food additives are widely spread. They improve the appearance, change taste, extend shelf life, enrich the food with functional ingredients, and reduce calorie content. The use of dietary fiber is promising. The advantage of dietary fiber in food of the person is described in the article. The norm of the daily requirement of the human body in dietary fibers is mentioned. The results of the study of water-binding, fat-binding abilities, swelling of three fiber preparations-soy fiber "FibriUp", beet fiber "Bio-fi Pro WR 400" and "Bio-fi Pro WR 100" for further use in the production of butter are presented.. It has been found that all three preparations have high functional and technological properties. The information is of interest to employees of the food industry.
Key words: dietary fiber, functional and technological properties, swelling, water binding capacity, fat binding capacity.
Введение
Одним из факторов, имеющих большое значение для поддержания здоровья и работоспособности человека, является потребление продуктов здорового питания, разработка которых - наиболее перспективное направление развития пищевой промышленности [1, 2]. В условиях нарушения экологических условий, высоких психических и физических нагрузок люди уже не получают нужный объем витаминов и иных жизненно значимых элементов за счет обычного рациона. А если прибавить к этому рафинирование, жесткую технологическую обработку и несоблюдение режимов хранения продуктов, становится понятно, что обогащенные продукты являются необходимостью.
Все чаще в нашей жизни появляются продукты питания, содержащие биологически активные вещества. Такие продукты снабжают организм человека витаминами, микроэлементами, минеральными веществами, пищевыми волокнами. Стоит отметить, что биологически активные вещества способны повысить функциональное состояние человека. Употребление продуктов, обогащенных функциональными ингредиентами, способствует профилактике так
называемых «болезней цивилизации» (оппортунистические инфекции, болезни сердца и сосудов, рак, мочекаменная и желчекаменная болезни, бронхиальная астма, ожирение, сахарный диабет и др.) [3]. В наше время выбор функциональных ингредиентов, вводимых в продукты питания, непрерывно расширяется, и особая роль отводится пищевым волокнам.
Пищевые волокна - объект значительного изучения физиологов и технологов. Склонность к возврату пищевых волокон в питание человека наблюдается в примерах новейших многообразных пищевых продуктов, начиная от хлеба с отрубями вплоть до обогащенного растворимыми волокнами молока. Технологические качества пищевых волокон, кроме того, обусловливают их использование в составе пищевых добавок, меняющих текстуру и физико-химические свойства пищевых продуктов.
Пищевые волокна - это химический и структурный комплекс растительных волокон, из которых состоят листья капусты, кожура бобовых, фруктов, овощей, а также семян. Они не перевариваются пищеварительными ферментами организма человека, но в значительной степени перерабатываются полезной микрофлорой кишечника. Также их называют клетчаткой
[4].
Сегодня термин «пищевые волокна» известен абсолютно всем. Физиологическая значимость пищевых волокон осознается в настоящее время не только экспертами в сфере питания и медицины, но и потребителями, связывающими присутствие в составе продукта данных ингредиентов с его пользой для здоровья. Питание человека нельзя признать полноценным, ели оно не сбалансировано по количеству и составу пищевых волокон [5].
Физиологическая потребность в пищевых волокнах составляет 20 г в сутки [6].
В питании человека должны присутствовать балластные вещества: клетчатка, гемицел-люлоза и пектин. Они считаются физиологически значимыми составляющими пищи, предотвращающими многочисленные заболевания человека, в том числе обусловленные ухудшением экологических условий, возрастанием количества стрессовых ситуаций, понижением иммунитета ко многим возбудителям болезней. Пищевые волокна содействуют, помимо прочего, профилактике хронических интоксикаций, выводят из организма токсичные элементы, пестициды, радионуклиды, нитраты, нитриты и чистят организм от холестерина, нормализуют аппетит.
Современные технологии производства пищевых продуктов включают использование различных добавок для улучшения технологических параметров продуктов, придания продукту функциональных свойств, а также текстурных характеристик [7, 8]. Это может влиять как на технологию производства продукта, так и на его качество.
Следует принимать во внимание, что ход технологического процесса в значительной степени обусловливается функционально-технологическими свойствами (ФТС) пищевых добавок. С целью оптимального применения новых видов сырья и пищевых добавок нужно знать их ФТС. Эти знания дают возможность предсказывать поведение сырья и пищевых добавок в ходе технологической обработки и хранения готового продукта.
Целью настоящего исследования являлось изучение органолептических свойств, показателей безопасности, водосвязывающей способности (ВУС), набухаемости, жиросвязыва-ющей способности (ЖУС) различных препаратов клетчаток.
Объекты и методы исследования
Экспериментальные исследования выполнены на кафедре технологии молока и молочных продуктов ФГБОУ ВО «Кемеровский государственный университет».
В качестве объектов исследования были выбраны препарат соевой клетчатки «ТЛгШр» компании «Ингредико», страна-производитель - Китай. Основная часть FibriUp (до 68 %) -это пищевые волокна, представляющие собой полисахаридный комплекс с массовой долей
белка 17-20 %. Данный вид клетчатки не имеет классификационного номера в Международной системе кодификации добавок «Е» и относится к пищевому сырью. Также исследованы препараты свекловичной клетчатки «Bio-fi Pro WR 400» и «Bio-fi Pro WR 100» компании «Новая территория», страна-производитель - Россия. Препараты свекловичной клетчатки представляют собой функционально-технологические добавки, комплекс пищевых волокон с содержанием до 9 % белка и до 20 % пектина. Входят в категорию пищевого сырья и не относятся к продуктам, обозначенным индексом «Е». Исследуемые препараты клетчаток соответствовали требованиям технической документации и ТР ТС 021/2011 «О безопасности пищевой продукции».
Содержание кишечной палочки определяли (E. coli) по ГОСТ 31708-2012 (ISO 7251:2005) «Микробиология пищевых продуктов и кормов. Метод обнаружения и определения количества презумптивных бактерий Escherichia coli. Метод наиболее вероятного числа». Содержание бактерий группы кишечных палочек (БГКП) определяли по ГОСТ 31747-2012 «Продукты пищевые. Методы выявления и определения количества бактерий группы кишечных палочек (колиформных бактерий)». Количество мезофильных аэробных и факультативно-анаэробных микроорганизмов (КМАФАнМ) определяли по ГОСТ 10444.15-94 «Продукты пищевые. Методы определения количества мезофильных аэробных и факультативно-анаэробных микроорганизмов». Содержание патогенных микроорганизмов, в том числе сальмонелл, определяли по ГОСТ 31659-2012 «Метод выявления бактерий рода Salmonella». Содержание плесени определяли по ГОСТ 10444.12-2013 «Микробиология пищевых продуктов и кормов для животных. Методы выявления и подсчета количества дрожжей и плесневых грибов (с Поправкой)».
Для определения ВУС в центрифужную пробирку помещали навеску клетчатки массой 1 г, добавляли 10 см3 дистиллированной воды и перемешивали. Смесь оставляли в покое на 30 мин для набухания. Далее пробирку с набухшей смесью центрифугировали в течение 15 мин. Неадсорбированную воду сливали. ВУС находили по разности масс центрифужных пробирок со смесью до и после центрифугирования. Показатель выражали в процентах.
Для определения ЖУС во взвешенную центрифужную пробирку вносили навеску клетчатки массой 1 г и добавляли 10 г нерафинированного подсолнечного масла. Затем перемешивали в течение 1 мин при 1000 мин-1. Далее смесь оставляли в покое на 5 мин, после чего центрифугировали 15 мин со скоростью 4000 мин-1. Неадсорбированное масло сливали. ЖУС находили по разности масс центрифужных пробирок со смесью до и после центрифугирования. Показатель выражали в процентах.
Набухаемость определяли объемным методом, гидромодуль составлял 1:20.
Результаты и их обсуждения
Наличие в пищевых продуктах микроорганизмов, продуцирующих токсины, могут вызывать у человека пищевое отравление и пищевую инфекцию. Как правило, заражение продуктов происходит при несоблюдении технологии производства, санитарных норм, температурных режимов хранения и транспортировки. Кроме того, источником микробиологического загрязнения продуктов могут быть пищевые добавки. При оценке безопасности пищевой добавки вначале определяют микробиологические критерии.
Гигиенические нормативы по микробиологическим показателям регламентируют контроль над следующими группами микроорганизмов: санитарно-показательные, условно-патогенные, патогенные и микроорганизмы порчи пищевых продуктов, микроорганизмы заквасоч-ной микрофлоры, пробиотические микроорганизмы (табл. 1).
Полученные данные свидетельствуют о микробиологической безопасности препаратов соевой клетчатки «FibriUp», свекловичной клетчатки «Bio-fi Pro WR 400» и «Bio-fi Pro WR 100».
Таблица 1
Микробиологические показатели препаратов соевой клетчатки «FibriUp», свекловичной клетчатки «Bio-fi Pro WR 400» и «Bio-fi Pro WR 100»
Наименование показателя Единица измерения Норматив Результат испытаний
Препарат соевой клетчатки <^Шпир» Препарат свекловичной клетчатки «Bio-fi Pro WR 400» Препарат свекловичной клетчатки «Bio-fi Pro WR 100»
Е. coli г в 0,1 не допускаются в 0,1 не обнаружены в 0,1 не обнаружены в 0,1 не обнаружены
БГКП (коли-формы) г в 0,1 не допускаются в 0,1 не обнаружены в 0,1 не обнаружены в 0,1 не обнаружены
КМАФАнМ КОЕ/г не более 5*104 1,0*10! менее 1,0*101 менее 1,0*101
Патогенные, в том числе сальмонеллы г в 25 г продукта не допускаются не обнаружены не обнаружены не обнаружены
Плесени КОЕ/г не более 100 1,0*10! менее 1,0*101 менее 1,0*101
Для оценки возможности использования препаратов в технологии сливочного масла исследовали органолептические показатели (табл. 2).
Таблица 2
Органолептические показатели препаратов соевой клетчатки «FibriUp», свекловичной клетчатки «Bio-fi Pro WR 400» и «Bio-fi Pro WR 100»
Наименование Препарат соевой Препарат свекловичной клетчатки «Bio-fi Pro WR 400» Препарат свекловичной клетчатки «Bio-fi Pro WR 100»
показателя клетчатки «FibriUp»
Внешний вид и консистенция однородный порошок однородный порошок однородный порошок
Запах нейтральный отсутствует отсутствует
Вкус нейтральный нейтральный нейтральный
Цвет белый светло-кремовый светло -бежевый
Из данных таблицы 2 видно, что препараты соевой клетчатки «FibriUp», свекловичной клетчатки «Bio-fi Pro WR 400» и «Bio-fi Pro WR 100» обладают нейтральными органолепти-ческими свойствами, что положительно характеризует препарат для применения в маслодельной промышленности.
Под функционально-технологическими свойствами сырья принято понимать физико-химические характеристики, определяющие его поведение при переработке в пищевые продукты, а также способность обеспечивать желаемые структуру, технологические и потребительские свойства пищевых продуктов [9]. К наиболее важным функционально-технологическим свойствам добавок следует отнести набухание, жиросвязывающую и водосвязывающую способности.
Под набуханием понимают процесс сорбции низкомолекулярного вещества полимером, сопровождающийся увеличением массы, объема и изменением структуры последнего [10]. Процесс набухания зависит от вида вещества, степени его дисперсности, температуры. Набухание бывает ограниченным и неограниченным. Мерой набухания является коэффициент набухания «а». Исследование проводились при постоянной комнатной температуре 20°С (табл. 3).
Таблица 3
Коэффициенты набухания препаратов соевой клетчатки «FibriUp», свекловичной клетчатки
«Bio-fi Pro WR 400» и «Bio-fi Pro WR 100»
Время, мин Препарат соевой клетчатки «FibriUp» Препарат свекловичной клетчатки «Bio-fi Pro WR 400» Препарат свекловичной клетчатки «Bio-fi Pro WR 100»
10 0,9±0,13 4,1±0,13 4,6±0,11
20 1±0,15 4,3±0,11 5,1±0,13
30 1±0,12 4,5±0,12 5,3±0,14
40 1±0,12 4,5±0,14 5,3±0,13
Анализ полученных результатов показал, что набухание в значительной степени зависит от времени контакта клетчатки с дистиллированной водой. Наиболее интенсивно процесс набухания происходит в первые 10 мин. Коэффициенты набухания препаратов соевой клетчатки «FibriUp», свекловичной клетчатки «Bio-fi Pro WR 400» и «Bio-fi Pro WR 100» составляют 0,9; 4,1 и 4,6 соответственно. При дальнейшем увеличении времени взаимодействия препаратов клетчаток с дистиллированной водой темп набухания уменьшается. Через 30 мин от начала эксперимента процесс набухания препарата соевой клетчатки стал равновесным. Для препаратов свекловичной клетчатки процесс набухания стал устойчивым через 40 мин. Из этого следует, что оптимальным временем набухания препаратов соевой клетчатки «FibriUp» является 20 мин, свекловичной клетчатки «Bio-fi Pro WR 400» и «Bio-fi Pro WR 100» - 30 мин. Препарат свекловичной клетчатки «Bio-fi Pro WR 100» имеет наибольший коэффициент набухания, который составляет 5,3.
По данным, представленным производителями, известно, что препарат соевой клетчатки «FibriUp» содержит в составе 12 % растворимых пищевых волокон и 18 % белка. Препараты свекловичной клетчатки «Bio-fi Pro WR 400» и «Bio-fi Pro WR 100» содержат пектина 20 и белка 8%. Высокая степень набухания препаратов клетчатки, возможно, связана с наличием большого количества гидроксильных групп, которые связывают воду. Из-за содержания пектина, который относится к растворимым пищевым волокнам, препараты свекловичной клетчатки имеют большую степень набухания по сравнению с соевой клетчаткой. Было отмечено, что в процессе набухания препараты клетчатки приобретают пастообразную консистенцию без постороннего вкуса и запаха.
Изучено влияние температурной обработки смеси дистиллированной воды и препарата клетчатки на способность препаратов соевой клетчатки «FibriUp», свекловичной клетчатки «Bio-fi Pro WR 400» и «Bio-fi Pro WR 100» к набуханию. Температуру пастеризации варьировали от 20 до 90°С с шагом 15°С. Продолжительность выдержки составляла 10 мин. Далее образцы охлаждали до 20°С и оставляли для набухания препарата соевой клетчатки «FibriUp» на 20 мин и на 30 мин - для препаратов свекловичной клетчатки «Bio-fi Pro WR 400» и «Bio-fi Pro WR 100».
Отмечено, что с повышением температуры обработки смеси объем набухшей клетчатки увеличивался, при этом общий объем дистиллированной воды с препаратом клетчатки уменьшался. Это свидетельствует о положительном влиянии пастеризации на способность препарата соевой клетчатки «FibriUp» и препаратов свекловичной клетчатки «Bio-fi Pro WR 400» и «Bio-fi Pro WR 100» к набуханию.
Растительные добавки, используемые в производстве пищевых продуктов, должны обладать хорошими водосвязывающей и жиросвязывающей способностями. При введении в продукт они не должны придавать ему ощущение мучнистости и другие нежелательные ощущения. Применение их не должно существенно изменять технологию производства молочных продуктов [9].
Знание таких показателей, как ЖУС и ВУС, позволяет заранее прогнозировать консистенцию конечного продукта (табл. 4).
Таблица 4
Функциональные свойства препаратов соевой клетчатки «FibriUp», свекловичной клетчатки «Bio-fi Pro WR 400» и «Bio-fi Pro WR 100»
Наименование показателя Соевой клетчатки «FibriUp» Свекловичной клетчатки «Bio-fi Pro WR 400» Свекловичной клетчатки «Bio-fi Pro WR 100»
Коэффициент влагосвязыва-ющей способности, % 560±15 743±14 704±13
Коэффициент жиросвязывающей способности, % 83±13 157±15 114±13
Полученные данные свидетельствуют о том, что исследуемые препараты клетчатки обладают высокими водосвязывающей и жиросвязывающей способностями.
Заключение
Полученные данные функционально-технологических свойств препаратов соевой клетчатки «FibriUp», свекловичной клетчатки «Bio-fi Pro WR 400» и «Bio-fi Pro WR 100» могут быть использованы при разработке технологии сливочного масла пониженной жирности с добавлением клетчатки.
Библиография
1. Головачева О.В. Обогащение продуктов питания микронутриентами // Вестник НГИЭИ. -Княгинино, 2013. - № 8 (27). - С. 23-26.
2. Плеханова Е.А., Банникова А.В., Шестопалова Н.Е. и др. Взбитый десерт на основе молочной сыворотки с пищевыми волокнами Qtri-Fi // Техника и технология пищевых производств. - Кемерово, 2014. - № 1 (32). - С. 73-77.
3. Артюхова С.И., Тетюшева И.Ф. Изучение информированности населения г. Омска о роли функциональных продуктов в рационе питания // Омский научный вестник. - Омск, 2014. - № 1 (128).
- С.132-135.
4. Хвыля С.Е., Габараев А.А., ПчелкинаВ.А. Структурные особенности пшеничной клетчатки для мясных продуктов // Техника и технология пищевых производств. - Кемерово, 2013. - № 2 (29). - С. 71-75.
5. Супрунова И.А., Чижикова О.Г., Самченко О.Н. Мука льняная - перспективный источник пищевых волокон для разработки функциональных продуктов // Техника и технология пищевых производств. - Кемерово, 2010. - № 4 (19). - С. 50-54.
6. Тарасенко Н.А., Баранова З.А., Третьякова Н.Р. Роль пищевых волокон в лечении и профилактике ожирения // Научный журнал КубГАУ. - Краснодар, 2017. - № 131 (07). - С. 247-258.
7. Банникова А.В. Новые технологические решения по созданию йогуртов с пищевыми волокнами // Техника и технология пищевых производств. - Кемерово, 2014. - № 3 (34). - С. 5-10.
8. Phillips G.O. Gums and stabilisers for the food industry 6. - New York: IRL. Press, 1992. - 334 р.
9. Захарова Л.М. Теоретическое обоснование и разработка биотехнологии качественно новых продуктов питания на основе молока и компонентов зерна: дис. ... д-р. техн. наук: 05.18.04 / Л.М. Захарова. - Кемерово: Изд-во КемТИПП, 2005. - 348 с.
10. Чухчин Д.Г., Брильков М. С., Хадыко И.А. и др. Разработка методики определения ширины целлюлозных волокон // Известия высших учебных заведений. Лесной журнал. - Архангельск, 2014. -№ 3 (339). - С. 125-131.
Bibliography
1. Golovacheva O.V. Food enrichment with micronutrients // Bulletin of NSEEU. - Knyaginino, 2013.
- N 8 (27). - Р. 23-26.
2. Plekhanova E.A., Bannikova A.V., Shestopalova N.E. et al. The whipped dessert on the basis of whey with Qtri-Fi food fibers // Food processing: techniques and technology. - Kemerovo, 2014. - N 1 (32). -P. 73-77.
3. Artyukhova S.I., Tetyusheva I.F. Study of the Omsk population's awareness of the role of functional foods in the diet // Omsk Scientific Bulletin. - Omsk, 2014. - N 1 (128). - Р. 132-135.
4. Khvylya S.E., Gabaraev A.A., Pchelkina V.A. Structural features of wheat fiber for meat products // Food processing: techniques and technology. - Kemerovo, 2013. - N 2 (29). - P. 71-75.
5. Suprunova I.A. Chizhikova O.G., Samchenko O.N. Linseed flour as a promising source of dietary fiber for the development of functional foods // Food processing: techniques and technology. - Kemerovo, 2010. -N 4 (19). - P. 50-54.
6. Tarasenko N.A., Baranova Z.A., Tret'yakova N.R. Role of alimentary fibers in treatment and prevention of the obesity // Scientific journal of KubSU. - Krasnodar, 2017. - N 131 (07). - P. 247-258.
7. Bannikova A.V. New solutions for creation of yogurts containing dietary fibers // Food processing: techniques and technology. - Kemerovo, 2014. - N 3 (34). - P. 5-10.
8. Phillips G.O. Gums and stabilisers for the food industry 6. - New York: IRL. Press, 1992. - 334 p.
9. ZakharovaL.M. Theoretical justification and development of biotechnology of qualitatively new food products based on milk and grain components: diss. ... Dr. tech. Sciences: 05.18.04. - Kemerovo: KemTIPP, 2005. - 348 p.
10. Chukhchin D.G., Bril'kovM. S., Khadyko I.A. et al. Development of the method for determining the width of cellulose fibers // News of higher educational institutions. Forest Journal. - Arkhangel'sk, 2014. -N 3 (339). - P. 125-131.
