Инновационная технология переработки молочной сыворотки с использованием модифицированного крахмала Текст научной статьи по специальности «Промышленные биотехнологии»

УДК 637.344: 664.25

Инновационная технология переработки молочной сыворотки с использованием модифицированного крахмала

И. Ф. ГОРЛОВ, д-р с.-х. наук, профессор, академик РАН; Н. И. МОСОЛОВА, д-р биол. наук

Поволжский НИИ производства и переработки мясо-молочной продукции, г: Волгоград

О. П. СЕРОВА, канд. биол. наук; Я. О. ЛЕВИНА, магистрант; Е.А. ЛОПАЕВА, магистрант Волгоградский государственный технический университет

Поиском решения проблемы полного и эффективного использования всей получаемой на перерабатывающих предприятиях молочной сыворотки занимаются во многих странах мира [1]. Сыворотка занимает особое место среди вторичного молочного сырья. Это побочный продукт при производстве сыра, творога и казеина. Однако такое доступное для производства пищевых продуктов вторичное сырье не полностью используется производителями:

• около 60% используют на корм сельскохозяйственным животным;

• 25% перерабатывается;

• 20% просто утилизируется.

Таким образом, данная проблема является актуальной как с экономической целесообразностью, так и с точки зрения проблемы загрязнения окружающей среды.

Общеизвестна высокая пищевая и биологическая ценность творожной сыворотки. Пищевая ценность этого вида сырья характеризуется высокой калорийностью, оптимальным соотношением питательных веществ, биологической и физиологической полноценностью и хорошей усвояемостью. Энергетическая ценность творожной сыворотки составляет 36% от цельного молока, а усвояемость компонентов молочного белково-углеводного сырья соответствует цельному молоку. При выработке сыворотки в нее из молока переходит 50—70% сухих веществ, практически все витамины, минеральные соли, биологически активные вещества, до 95% лактозы, часть молочного жира и около 15—25% белков [2].

Именно поэтому одним из способов переработки сыворотки является использование ее в технологии десертов. Введение в состав данных десертов фруктовых наполнителей, структурообразователей или стабилизаторов позволит получить продукт с различной консистенцией и привлекательным для потребителей видом [3]. Содержание сыворотки в таких продуктах достигает 70-80%. При этом низкое содержание жира в молочной сыворотке переводит их в разряд диетических [4].

С каждым годом в пищевой промышленности возрастает интерес к применению пищевых добавок, которые используются для создания или изменения

реологических свойств, другими словами, формиру-

ющих консистенцию продукта [5]. Структурообразо-ватели, связывая свободную влагу, способствуют улучшению консистенции готового продукта, а также способны продлить сроки хранения. Вещества, формирующие структуру, широко применяются при производстве молочных десертов, творожных изделий и других продуктов.

На отечественном рынке представлен разнообразный ассортимент структурообразователей с широким набором свойств. К недостаткам многих из них относят следующие: необходимость в больших дозировках некоторых из них для достижения требуемого технологического эффекта; зависимость их функциональных свойств от температуры, наличия электролитов, специальных добавок. Поэтому поиск новых перспективных структурообразователей является актуальной задачей.

Широкое распространение в пищевой промышленности, в частности молочной, занимает желатин. Он представляет собой белковый продукт, не имеющий вкуса и запаха. Растворы желатина имеют низкую вязкость, которая при охлаждении возрастает и происходит переход в состояние термически обратимого геля.

Пектиновые вещества применяют в качестве загустителей, стабилизаторов эмульсий и суспензий, водо-удерживающих и желирующих средств. Применение в качестве структурообразователей пектинов обусловлено их технологическими свойствами. Механизм образования геля у высоко- и низкоэтерифицирован-ных пектинов значительно отличается:

• низкоэтерифицированные пектины образуют только в присутствии кальция, их используют для производства йогуртов резервуарным и термостабильным способом;

• высокоэтерифицированные пектины применяют при стабилизировании напитков и питьевых продуктов.

В качестве перспективного структурообразовате-ля рассматривается крахмал заварной из восковид-ной кукурузы. Крахмал в пищевой промышленности применяется в качестве стабилизатора, загустителя и наполнителя и способствует получению определенной консистенции, степени густоты, вязкости продукта, сохраняющихся даже после тепловой обработки.

Крахмал из восковидных сортов кукурузы содержит только амилопектин, в отличие от других крахмалов, которые состоят из амилазы и амилопектина. Преимущество этого крахмала в его медленной усвояемости. Крахмал восковой кукурузы имеет средний молекулярный вес, который в 100 раз больше, чем у углеводов, и не содержит простые углеводы или моносахариды. Он способствует питанию нервных клеток и активизации роста мышечной массы. Продукт не содержит глютена, поэтому его используют для приготовления диетических продуктов питания и в спортивном питании.

Помимо привычных загустителей можно рассмотреть растительные компоненты, обладающие похожими технологическими свойствами, например овсяную и рисовую муку. Рисовая мука содержит около 80% крахмала и является эффективным загустителем, предотвращающим расслоение компонентов, овсяная мука — слизистые вещества. Рисовая мука, как гипо-аллергенный продукт, используется в детском и диетическом питании, так как в ней отсутствует белок — глютен, который является причиной тяжелых аллергических реакций у большого количества людей. Овсяная мука благодаря содержащимся в белке аминокислотам и пониженному количеству крахмала является ценным диетическим продуктом.

В наших исследованиях при разработке рецептур-но-компонентного решения десерта важное значение имел подбор стабилизатора, создающего устойчивую структуру.

Для обоснования выбора стабилизатора и его оптимальной концентрации были предложены несколько рецептурных композиций с различными стабилизаторами. В качестве исследуемых структурообразова-телей взяты модифицированные заварные крахмалы ADM (Е1422), FSM (Е1412), ADF (Е1414), а также рисовая и овсяная мука.

Вначале проведен отбор крахмала из представленных для дальнейших исследований по органолепти-ческим характеристикам и реологической оценке.

Кинематическую вязкость измеряли при помощи вискозиметра ВЗ-246. Он представляет собой резервуар, имеющий форму воронки. Принцип действия вискозиметра основан на определении времени истечения определенного объема испытуемой жидкости через отверстия сопла. Диаметр сопла, используемого для измерения, — 6 мм. Данные исследований представлены в табл. 1.

Как видно из представленных данных, консистенция всех образцов модифицированного крахмала из восковидных сортов кукурузы одинаковая, однако у крахмала FSM присутствовал посторонний неприятный запах. Стабилизация консистенции быстрее всего происходила у образца с крахмалом ADF, этот образец также обладает лучшей кинематической вязкостью. Из этого можно сделать вывод, что использование данного вида крахмала в рецептуре десерта целесообразно как для придания необходимой консистенции, так и по технологическим характеристи-

Таблица 1

Структурно-механические характеристики крахмалов

Крахмал Кинематическая вязкость, 10^м2/с Время стабилизации, ч Консистенция

ADM FSM ADF 2,9 3,09 3,98 1,2 1,5 1,05 Однородная, гелеобразная

Таблица 2

Структурно-механические характеристики образцов

Образец Кинематическая вязкость, 10-4 м2/с Время стабилизации, ч Консистенция

1 3,98 1,05±0,2 Однородная, гелеобразная

2 4,31 1,05+0,5 Однородная,

3 4,29 1,05±0,5 упругая

4 4,46 1,05±0,2 Однородная, желеобразная, плотная

кам. В связи с этим дальнейшие исследования проводились с крахмалом ADF.

Разрабатываемый десерт имеет желированную структуру, и использования одного крахмала недостаточно для получения необходимой консистенции. Установлено, что использование крахмала в комбинации с мукой приведет к улучшению вязкостных свойств, так как по отдельности каждый из данных видов полимеров имеет слабые стабилизирующие свойства. Экспериментально установлено, что оптимальное количество вносимого крахмала составляет не более 3%, так как увеличение процентного соотношения крахмала негативно влияет на органолеп-тические характеристики.

Для приготовления экспериментальных образцов использовалась творожная сыворотка со структурообразующими ингредиентами. Составление опытных продуктов проводили при температуре 80+5 °С в течение 5—10 мин, после чего охлаждали до температуры 14... 16 °С и оставляли в покое для процесса структурообразования. Целью проведенного опыта было определение вида, количества структурообразующего ингредиента, а также время структурообразования продукта. Были приготовлены следующие образцы:

• образец 1 — крахмал;

■ образец 2 — крахмал и рисовая мука;

• образец 3 — крахмал и овсяная мука;

• образец 4 — крахмал и смесь овсяной и рисовой

муки.

С целью обоснования выбора оптимального соотношения структурообразователей для производства десерта были исследованы несколько рецептурных композиций с различным их соотношением, данные представлены в табл. 2.

Установлено, что внесение в продукт только крахмала приводило к образованию полужидкой, вязкой гелеобразной консистенции. Добавление рисовой

Внешний вид

- - Образец 1 • • • Образец 2 —......Образец 3 — Образец 4

Профилограмма органолептической оценки исследуемых образцов

или овсяной муки способствовало появлению упругости и уплотнению консистенции, но недостаточной. Использование в составе продукта крахмала и

Литература

1. Храмцов, А. Г. Инновационные технологии промышленной переработки и использования молочной сыворотки / А. Г. Храмцов. — Ставрополь, 2014. — 232 с.

2. Омаров, М. Н. Исследование состава творожной сыворотки и создание на ее основе низколактозного напитка / М.Н. Омаров, Д.Н. Коваленко, Л. В. Калинина // Хранение и переработка сельхозсырья. — 2011. — № 12. — С. 33-34.

3. Лопаева, Е.А. Применение муки из злаковых культур в рецептурах молочных десертов / Е.А. Лопаева, Я. О. Левина, О. П. Серова // Экологические, генетические, биотехнологические проблемы и их решение при производстве и переработке продукции животноводства: матер, междунар. науч.-пракг. конф. (посвященной памяти акад. РАН Сизенко Е. И.) (г. Волгоград, 8-9 июня 2017 г.) / под общ. ред. И. Ф. Горлова; ФГБНУ «Поволжский НИИ произв. и перераб. мясомолочной продукции», ФГБОУ ВО «ВолгГТУ». - Волгоград, 2017. - Ч. II. - С. 203-205.

4. Потураева, Н. Л. Деминерализация молочной сыворотки для производства продуктов с пониженной аллергенное -тью / Н. Л. Потураева [и др.] // Хранение и переработка сельхозсырья. 2013. — № 8. — с. 24-26.

5. Коренман, Я. И. Изучение сенсорных характеристик творожной сыворотки для оптимизации рецептуры напитка на ее основе / Я. И. Коренман [и др.] // Хранение и переработка сельхозсырья. — 2006. - №6. - - С. 77-80.

смеси овсяной и рисовой муки существенно повышало его плотность, что соответствует требованиям к данной ассортиментной группе. Органолептиче-ская оценка исследуемых образцов представлена на рисунке.

Образец №4 с крахмалом и смесью муки имеет более плотную консистенцию, свойственную желеобразным продуктам. Смесь муки благодаря высокой влагосвязывающей способности создает равномерную по всему объему структуру, стабильную со истечением времени. Цвет у всех образцов розовый, у образца № 1 менее яркий. Запах вишневый. Образец № 3 горчит из-за овсяной муки, в образце № 4 горечь маскируется рисовой мукой.

Таким образом, использование молочной сыворотки и растительных ингредиентов позволяет решить проблему переработки вторичного молочного сырья. Применение модифицированного кукурузного крахмала в комбинации со смесью рисовой и овсяной муки дает преимущество с точки зрения текстуры готового продукта.

References

1. Hramcov, A. G. Innovacionnye tehnologii promyshlennoj pere-rabotki i ispol'zovanija molochnoj syvorotki / A. G. Hramcov. — Stavropol, 2014. — 232 s.

2. Omarov, M. N. Issledovanie sostava tvorozhnoj syvorotki i soz-danie na ee osnove nizkolaktoznogo napitka /M.N. Omarov, D.N. Kovalenko, L.V. Kalinina // Hranenie i pererabotka sel'hozsyr'ja. ■ 2011. - № 12. - S. 33-34.

3. Lopaeva, E.A. Primenenie muki iz zlakovyh kul»tur v recep-turah molochnyh desertov / E.A. Lopaeva, Ja.O. Levina, O.P. Serova // Jekologicheskie, geneticheskie, biotehnolog-icheskie problemy i ih reshenie pri proizvodstve i pererabotke produkcii zhivotnovodstva: mater, mezhdunar. nauch.-prakt. konf. (posvjashhennoj pamjati akad. RAN Sizenko E.I.) (g. Volgograd, 8-9 ijunja 2017 g.) / pod obshh. red. I. F. Gor-lova; FGBNU «Povolzhskij Nil proizv. i pererab. mjasomo-lochnoj produkcii», FGBOU VO «\blgGTU». — Volgograd. 2017. - Ch. II. - C. 203-205.

4. Poturaeva, N. L. Demineralizacija molochnoj syvorotki dlja proizvodstva produktov s ponizhennoj allergennost»ju / N. L. Poturaeva [i dr.] // Hranenie i pererabotka sel'hozsyr'ja. 2013. - №8.-S. 24-26.

5. Korenman, Ja. I. Izuchenie sensornyh harakteristik tvorozhnoj syvorotki dlja optimizacii receptury napitka na cc osnove / Ja. I. Korenman [i dr.] // Hranenie i pererabotka sel'hozsyr'ja. — 2006. -№ 6.- S. 77-80.

60

ХРАНЕНИЕ и ПЕРЕРАБОТКА СЕЛЬХОЗСЫРЬЯ • No 2 • 2018

Инновационная технология переработки молочной сыворотки с использованием модифицированного крахмала

Ключевые слова

крахмал из восковидной кукурузы; молочные десерты; овсяная мука; рисовая мука.

Реферат

Расширение ассортимента и переработка вторичного молочного сырья является актуальной проблемой молочного производства. Сыворотка — ценный с пищевой и биологической точки зрения продукт переработки молочного сырья, основным компонентом которой является лактоза, усваиваемая организмом на 99,7%. Именно поэтому одним из способов переработки сыворотки является использование ее в технологии молочных десертов. Для разработки рецептурного решения десерта важным является правильный подбор структурообразователей, которые создают устойчивую структуру продукта. В качестве стабилизаторов консистенции нами были рассмотрены модифицированные крахмалы из восковидных сортов кукурузы, а также овсяная и рисовая мука. Плотность консистенции измеряли при помощи вискозиметра ВЗ-246. Первым этапом работы стало исследование реологических свойств разных модификаций крахмала из восковидных сортов кукурузы и выбор одной, с наилучшими показателями. Экспериментально было установлено, что оптимальное количество вносимого крахмала составляет не более 3%, так как увеличение процентного соотношения крахмала негативно влияет на органолептические характеристики. Однако разрабатываемый десерт имеет желеобразную консистенцию, в связи с чем использование крахмала в комбинации с рисовой и овсяной мукой приведет к улучшению вязкостных свойств десерта. Были выработаны образцы с различной комбинацией крахмала с овсяной и рисовой мукой и изучены их реологические и органолептические характеристики. Установлено, что внесение в продукт крахмала совместно со смесью овсяной и рисовой муки существенно повышало плотность десерта, что соответствует требованиям к данной ассортиментной группе, при этом отрицательно не влияя на органолептические показатели.

Innovative Technology of Whey Processing Using Modified Starch

Key words

starch from waxy corn; milk desserts; oatmeal; rice flour. Abstract

Expansion of the assortment and processing of secondary dairy raw materials is an urgent problem of dairy production. Serum is valuable from the food and biological point of view, the product of processing of dairy raw materials. That is why one of the ways of processing whey is using it in dessert technology. To develop a recipe solution for dessert, it is important to select the correct structure-forming agent, which creates a stable product structure. As stabilizers of consistency, modified starches from waxy maize varieties, oatmeal and rice flour were considered. The first stage of the work was the study of the Theological properties of various modifications of starch, and the choice of one, with the best indicators. It has been experimentally established that the optimal amount of starch introduced is not more than 3%, since an increase in the percentage of starch adversely affects the organoleptic characteristics. However, the dessert being developed has a gelatinous consistency, so the use of starch in combination with flour will result in an improvement in the viscosity properties. Samples with a different combination of starch with oatmeal and rice flour were prepared and their rheological and organoleptic characteristics were studied. It was found that the addition of starch together with a mixture of oatmeal and rice flour significantly increased the density of the dessert, which corresponds to the requirements for this assortment group, without negatively affecting the organoleptic characteristics.

Авторы

Горлов Иван Федорович, д-р с.-х. наук, профессор, академик РАН; Мосолова Наталья Ивановна, д-р биол. наук Поволжский НИИ производства и переработки

мясо-молочной продукции,

400131, г. Волгоград, ул. Рокоссовского, д. 6,

niimmp@mail.ru, niimmp@mail.ru

Серова Ольга Петровна, канд. биол. наук;

Лопаева Евгения Алексеевна, магистрант;

Левина Яна Олеговна, магистрант

Волгоградский государственный технический университет,

400005, г. Волгоград, пр-т им. В. И. Ленина, д. 28,

s_vyatka@mail.ru, lopaeva.zhenya@mail.ru, levinayan@yandex.ru

Authors

Gorlov Ivan Fedorovich,

Doctor of Agricultural Science, Professor, Academician of the RAS;

Mosolova Natal'a Ivanovna, Doctor of Biological Science

Povolzhsky Research Institute of Production and Processing,

6 Rokossovskogo str., Volgograd, 400131, Russia,

niimmp@mail.ru, niimmp@mail.ru

Serova Ol'ga Petrovna, Candidate of Biological Sciences;

Levina Evgenija Alekseevna, Graduate Student;

Lopaeva Jana Olegovna, Graduate Student

Volgograd State Technical University,

28 Lenin ave., Volgograd, 400005, Russia,

s_vyatka@mail.ru, lopaeva.zhenya@mail.ru, levinayan@yandex.ru