CC BY
99
УДК 637.352.04: 634.31:613.2
Инновационные аспекты биотехнологии мягкого творога,
обогащенного функциональными ингредиентами
В. А. Демидова
ОАО «Чебаркульский молочный завод»
Н. Б. Гаврилова, д-р техн. наук, профессор; Е. А. Молибога, д-р техн. наук Омский государственный аграрный университет им. П.А. Столыпина
Пищевая ценность продуктов питания является одним из важнейших показателей качества. Она характеризуется химическим составом, то есть содержанием основных пищевых веществ (белка, жира и углеводов), витаминов, минеральных и минорных биологически активных веществ [1].
Накопленные в области нутрицио-логии данные свидетельствуют о том, что в условиях жизни современного человека невозможно адекватное обеспечение потребности организма всеми необходимыми для поддержания его жизнедеятельности пище-
1500 1800
900 1200
Время, с
Рис. 1. Кинетические кривые набухания ПВ «Цитри-Фай» различного помола в молочной среде при температуре 20 °С: 1 _ мелкого, 2 - среднего, 3 - крупного помола
600 900 1200 1500 1800
Время, с
Рис. 2. Кинетические кривые набухания ПВ «Цитри-Фай» различного помола в молочной среде при температуре 30 °С: 1 - мелкого, 2 - среднего, 3 - крупного помола
выми и минорными биологически активными компонентами за счет традиционного питания.
В связи с этим в настоящее время одним из главных направлений пищевой промышленности считается разработка биотехнологий инновационных продуктов и прежде всего на молочной основе: функциональных и обогащенных для специализированного питания [2, 3].
Специалисты института статистических исследований и экономики знаний Высшей школы экономики в числе современных глобальных технологических трендов описали три перспективных направления, сочетающих как традиционные, так и новые методы для создания базы производства пробиотических микроорганизмов, функциональных продуктов питания и пищевых продуктов на базе вторичного пищевого сырья. Такие биотехнологии позволяют улучшить питание людей и защитить их от болезней [4].
Творог - кисломолочный продукт, который относится к наиболее востребованным в рамках растущего интереса населения страны к здоровому питанию [5]. Цель исследований -разработка биотехнологии нового вида мягкого творога, обогащенного функциональными ингредиентами.
Исследования проводились в лабораториях Омского ГАУ и в ОАО «Чебаркульский молочный завод». Объектами исследований являлись: молоко коровье сырое по ГОСТ 31449 - 2013; закваска CHN-22, производство Chr. Hansen (Дания); закваска BY-700, производство Chr. Hansen (Дания); пищевые волокна Citri-Fi 200 FG (мелкого, среднего и крупного помола), производитель -компания «Джорджия».
Качество сырья и готовых продуктов определялись с использованием общепринятых стандартных физико-химических, микробиологических и органолептических методов. Экспериментальные исследования проводились в 3-5-кратной повторности. Для получения достоверных и полных показателей, характеризующих сырье, опытные и готовые продукты, использовались методы математической статистики.
Пищевые волокна (ПВ) относятся к классу неусвояемых полисахаридов, источником которых служат растительные продукты: зерновые, фрукты, овощи и др. [6, 7].
На сегодняшний день одни из самых востребованных компонентов при производстве обогащенных продуктов и продуктов функционального назначения - пищевые волокна. «Цитри-Фай» - натуральное пищевое волокно, извлеченное из клеточных тканей высушенной апельсиновой мякоти с помощью механической обработки без использования химических реагентов [8, 9].
Для выбора наиболее эффективного вида ПВ «Цитри-Фай» - мелкого, среднего или крупного помола -были изучены их технологические свойства: водопоглощение и набухание в двух средах: воде и молоке с массовой долей жира 2,5% в зависимости от температуры и времени. Измерения проводились при трех температурных режимах: 20 °С; 30 °С; 40 °С до установления полного и стабильного равновесия между набухшими ПВ и водной (молочной) средой. Количественной характеристикой процесса является показатель - степень набухания I, то есть относительное увеличение массы высокомолекулярного соединения при набухании, которое определяется по следующей формуле:
1 = (т - т0)/т0 = тжт
где т0, т - масса сухого и набухшего вещества, г; тж - масса поглощенной жидкости, г.
Результаты экспериментальных исследований после математической обработки полученных данных представлены (на примере молочной среды) на рис. 1, 2, 3.
Анализ графических зависимостей позволяет выделить как более эффективные ПВ среднего помола, которые проявляют стабильные свойства при температурных режимах 20 °С и 30 °С и степень набухания (2,5±0,5) г/ г, что позволяет рекомендовать их для обогащения молочных сливок, используемых в технологии мягкого творога.
Таблица 1
Качественные показатели нежирного творога и сыворотки
Нежирный творог Сыворотка
Объект иссле- Выход, % Массовая доля, % Титруемая Количество, % Массовая доля, %
дования сухие вещества белки кислотность, °Т сухие вещества белки
Контроль 24,0±0,5 20,0±0,5 15,10±0,05 208±2 76,0 6,5 0,80
Опыт 26,0±0,5 22,2±0,5 18,70±0,05 205±1 74,0 5,5 0,55
Таблица 2
Микробиологические показатели ферментированных сливок с массовой
долей жира 20%
Время, с
Рис. 3. Кинетические кривые набухания ПВ «Цитри-Фай» различного помола в молочной среде при температуре 40 °С: 1 - мелкого, 2 - среднего, 3 - крупного помола
Объект исследования Общее количество молочнокислых микроорганизмов, КОЕ / см3 Бифидо-бактерии, КОЕ / см3 БГКП (коли-формы) Стафилококки S. aureus Дрожжи, плесени, КОЕ / г
Контроль 1,2-10Е 1,5-107 не обнаружено не обнаружено менее 10
Опыт 1 7,5-108 1,7-107 не обнаружено не обнаружено менее 10
Опыт 2 7,8-108 2,2-107 не обнаружено не обнаружено менее 10
Опыт 3 8,2-108 2,6-107 не обнаружено не обнаружено менее 10
Опыт 4 8,8-108 3,2-107 не обнаружено не обнаружено менее 10
Опыт 5 1,3-108 1,8-107 не обнаружено не обнаружено менее 10
Для разработки биотехнологических параметров мягкого творога использовали раздельный способ. Молокосырье подогревали до температуры (45±2) °С, сепарировали на сепараторе-сливкоотделителе. Обезжиренное молоко пастеризовали при температуре 95...98 °С и выдерживали 3,5 - 4,0 ч при этой же температуре (томили) для повышения его биологической ценности за счет использования сывороточных белков, богатых незаменимыми аминокислотами и придания особых ор-ганолептических показателей: вкуса и запаха.
После пастеризации обезжиренное молоко охлаждали до температуры (36±1) °С и помещали в емкость, вносили СаС12 в количестве 400 г безводной соли на 1000 кг молока. Затем вносили закваску, DVS-культуру СН1\1-22, которая содержит смесь множественных штаммов Lactococcus ¡асИэ subsp. cremoris, Lactococcus 1а^ subsp. Leuconostoc mesenteroides subsp. cremoris и Lactococcus lactis subsp. diacetylactis при перемешивании в течение (15±5) мин. И оставляли до получения сгустка. Температура заквашивания - 30.32 °С. В качестве контроля использовался творог, приготовленный из обезжиренного молока, пастеризованного при температуре (72±2) °С. Качественные показатели нежирного творога и сыворотки представлены в табл. 1.
Для нормализации нежирного творога и обогащения его функциональ-
ными ингредиентами сливки с массовой доле жира 20% пастеризовали при температуре (92±2) °С, гомогенизировали при давлении 10 - 15 МПа, охлаждали до температуры иннокулирования закваски. В состав закваски BY-700 входят пробиотиче-ские культуры Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus и Bifidobacterium BB-12, а также сопутствующая культура Streptococcus thermophilus. Закваска иннокулировалась в активизированном виде. Активизация проводилась на стерильном обезжиренном молоке при температуре (37±1) °С в термостате в течение двух часов.
В процессе ферментации сливок использовались пищевые волокна «Цитри-Фай» среднего помола. В соответствии с рекомендациями производителя, изучены следующие количества: от 0,1 до 2,5% от массы ферментируемых сливок. Пищевые волокна представляют собой порошок светло-кремового цвета с нейтральным вкусом и запахом, обладающий высокой влагоудержи-вающей способностью. Их вносили в сливки одновременно с закваской и перемешивали 5 - 10 мин. Результаты исследования качественных показателей ферментированных сливок представлены на рис. 4.
Анализ данных, представленных на рис. 4, свидетельствует о сокращении времени кислотообразования в ферментируемых сливках по мере повышения количества ПВ до 3,5 -4,0 часов [8].
Время ферментации, ч
а Контроль □ ОпытЭ-1.5%ПВ
□ Омыт 1-0,5 %ПВ В0г1ьи4-2,0%ПВ
О Опыт 2 -1,0 % ПВ О Опыт 5-2,5 %ЛВ
Рис. 4. Зависимость изменения титруемой кислотности ферментируемых сливок с массовой долей жира 20 % от количества пищевых волокон «Цитри-Фай»
Микробиологические показатели ферментированных сливок с массовой долей жира 20% представлены в табл. 2.
Комплекс экспериментальных показателей: химических, органо-лептических и микробиологических позволяет считать рациональным использование пищевых волокон «Цитри-Фай» в количестве 1,5 - 2,0% от массы сливок.
Затем обезжиренный творог охлаждали до температуры (12,5±0,5) °С и смешивали со сливками, обогащенными пробиотическими культурами и пищевым волокном для получения мягкого творога с массовой долей жира 5,0%, которому присвоили условное название «Чебаркульский». Новый вид мягкого творога предложено производить по следующей блок-схеме (рис. 5).
Апробация биотехнологии мягкого творога проводилась на ОАО «Чебаркульский молочный завод».
В готовом продукте определены химический состав и показатели, характеризующие его пищевую и биологическую ценность на современных приборах, с использованием точных средств измерений: анализатора азота автоматический Rapid N cube; аминокислотного анализатора ARACUS; комплекса аналитического вольтаме-трического СТА; спектрофотометра UV 1800 (Shimadzu); жидкостного хроматографа LC-20 и др.
Входной контроль сырья и материалов
Молоко-сырье ГОСТ 31449-2013
Закваска CHN-22 По действующей утвержденной документации
Закваска BY-700
Пищевые волокна Citri-Fi 200 FG
Переработка сырья
Подогрев молока-сырья t= (45±5)°С
Сепарирование молока t = (45±5) °С
Пастеризация обезжиренного молока Выдержка (томление) 92..,95 "С 3,5- 4,0 ч
Охлаждение молока t = (36±1) "С
Внесение СаС1, 400 г на 1 т молока
Закваска СНМ-22 t = 30...32 °С
Свертывание молока, обработка сгустка, отделение сыворотки t.mj. ~ 30...32 °С Время 6,5-7,0 ч
Пастеризация сливок с массовой долей жира 20 % t = (92±2) °С
Гомогенизация сливок р = 10-15 МПа
Охлаждение сливок t = (37±1) "С
Внесение ПВ и закваски t = (37±l) °С
Ферментация 3,5-4,04
Охлаждение t = (10±2) "С
Смешивание нежирного творога и сливок с массовой долей жира 20 % t = (10±2)"C Время 10 -15 мин.
Фасовка и хранение мягкого творога t = (4±2) °С
Рис. 5. Блок-схема производства мягкого творога «Чебаркульский»
Химический состав мягкого творога
Таблица 3
Массовая доля, %
исследо- сухие в том числе
вания вещества жир белки углеводы зола ПВ
Контроль 29,0+0,5 5,0+0,2 20,0+0,5 3,0+0,1 1,0+0,1 -
Опыт 33,0+0,5 5,0+0,2 22,0+0,5 3,0+0,1 1,0+0,1 2,0+0,2
Таблица 4
Аминокислотный скор мягкого творога «Чебаркульский»
Аминокислоты Справочная шкала ФАО/ВОЗ Мягкий творог
А C A C
Изолейцин 40,0 100 79,00 198
Лейцин 70,0 100 96,00 137
Лизин 55,0 100 80,00 150
Метионин + цистин 35,0 100 60,00 170
Фенилаланин + тирозин 60,0 100 98,00 163
Треонин 40,0 100 43,60 109
Валин 50,0 100 60,00 120
Триптофан 10,0 100 11,01 110
Химический состав мягкого творога представлен в табл. 3.
Для характеристики биологической ценности нового продукта изучен качественный и количественный состав свободных аминокислот белков и рассчитан аминокислотный скор на основе определения незаменимых аминокислот в сравнении со шкалой ФАО /ВОЗ (табл. 4).
Так же установлено, что в мягком твороге содержится комплекс витаминов А, D, В, В2, В6 и минеральных веществ Р, Са, Fe, Мд..
В соответствии с ГОСТ Р 52349 - 2005 мягкий творог «Чебаркульский» относится к продуктам пищевым функциональным, так как обогащен пробио-тическими микроорганизмами: молочнокислыми Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus не < 108 КОЕ/г и би-фидобактериями Bifidobacterium BB-12 не < 107 КОЕ/г, а также пищевыми волокнами в количестве 2 г в 100 г продукта, то есть при употреблении 200 г мягкого творога в организм человека 4 г ПВ, которое считается профилактическим [2].
Научная новизна технического решения новой технологии изложена в патенте 2570549 [11]. Для реализации технологии в производственных условиях разработана нормативная документация СТО 00430456-01-2017, которая утверждена в установленном порядке. Продукт рекомендуется, как для массового, так и специализированного питания.
ЛИТЕРАТУРА
1. Гордеев, А. В. Продовольственная независимость России/ А. В. Гордеев [и др.] // Технология ЦД - 2016. - Т. 1. - С. 129.
2. ГОСТ Р 52349 - 2005. Продукты пищевые. Продукты пищевые функциональные. Термины и определения. Изменение № 1. - М.: Стандартинформ, 2006. - С. 12.
3. ГОСТ Р 55577 - 2013. Продукты пищевые функциональные. Информация об отличительных признаках и эффективности. - М.: Стандартинформ, 2014. -С. 16.
4. Еда как источник здоровья // Глобальные технологические тренды. Трендлеттер. - 2015. - № 15. http://issek.hse.ru/ trend letter.
5. Гаврилова, Н.Б. Технология молока и молочных продуктов: традиции и инновации: учебник/ Н. Б. Гаврилова, М.П. Щетинин// - М.: КолосС, 2012. -С. 544.
6. Пономарев, А.Н. Пищевые волокна в производстве обогащенного творога/ А.Н. Пономарев [и др.] // Молочная промышленность - 2013. - № 8. -С. 45 - 47.
7. Решетник, Е. И. Научное обоснование технологии ферментированных молочных продуктов на основе биотехнологических систем: монография/ Е. И. Решетник, В. А. Макси-мюк, Е. А. Уточкина - Благовещенск: ДальГАУ, 2013. - С. 111.
8. Пирогова, Е.Н. Пищевые волокна «Цитри-Фай» для спредов пониженной жирности/Е. Н. Пирогова, Е. В. Топнико-ва, И.В. Губина // Сыроделие и маслоделие. - 2017. - № 4. - С. 50 - 51.
9. Губина, И. «Цитри-Фай» расширяет возможности производителя/Ирина Губина // Переработка молока. - 2010. -№ 11 (133). - С. 41.
10. МР 2.3.1.1915 - 04. Рациональное питание. Рекомендуемые уровни потребления пищевых и биологически активных веществ. (утв. Федеральной службой по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека 2 июля 2004 г.)
11. Пат. 2570549 Российская Федерация, МПК A23C 19/ 076 (2006.01). Способ производства мягкого творога/Демидова В. А., Гаврилова Н. Б.; заявитель и патентообладатель ФГБОУ
ВПО «Омский гос. аграрный ун-т им. П.А. Столыпина». - № 2013143181/1; заявл. 23.09.13; опубл. 27.03.15.
REFERENCES
1. Gordeev, A. V. Prodovol'stvennaja nezavisimost' Rossii/ A.V. Gordeev [i dr.] // Tehnologija CD - 2016. - T. 1. -S. 129.
2. GOST R 52349 - 2005. Produkty pish-hevye. Produkty pishhevye funkcional'nye. Terminy i opredelenija. Izmenenie № 1. -M.: Standartinform, 2006. - S. 12.
3. GOST R 55577 - 2013. Produkty pishhevye funkcional'nye. Informacija ob otlichitel'nyh priznakah i jeffektivnosti. -M.: Standartinform, 2014. - S. 16.
4. Eda kak istochnik zdorov'ja // Global'nye tehnologicheskie trendy.
Trendletter. - 2015. - № 15. http://issek. hse.ru/ trendletter.
5. Gavrilova, N.B. Tehnologija moloka i molochnyh produktov: tradicii i in-novacii: uchebnik/ N. B. Gavrilova, M. P. Shhetinin// - M.: KolosS, 2012. - S. 544.
6. Ponomarev, A.N. Pishhevye volokna v proizvodstve obogashhennogo tvoroga/A.N. Ponomarev [i dr.] // Molochnaja promysh-lennost' - 2013. - № 8. - S. 45 - 47.
7. Reshetnik E. I. Nauchnoe obos-novanie tehnologii fermentirovannyh molochnyh produktov na osnove bioteh-nologicheskih sistem: monografija/ E.I. Reshetnik, V.A. Maksimjuk, E.A. Utochki-na // - Blagoveshhensk: Dal'GAU, 2013. -S. 111.
8. Pirogova, E.N. Pishhevye volokna «Citri-Faj» dlja spredov ponizhennoj zhirnosti/E. N. Pirogova, E. V. Topnikova,
I.V. Gubina // Syrodelie i maslodelie. -2017. - № 4. - S. 50 - 51.
9. Gubina, I. «Citri-Faj» rasshirjaet vozmozhnosti proizvoditelja/Irina Gubina // Pererabotka moloka. - 2010. - № 11 (133). - S. 41.
10. MR 2.3.1.1915 - 04. Racional'noe pitanie. Rekomenduemye urovni potre-blenija pishhevyh i biologicheski aktivnyh veshhestv. (utv. Federal'noj sluzhboj po nadzoru v sfere zashhity prav potrebitelej i blagopoluchija cheloveka 2 ijulja 2004 g.)
11. Pat. 2570549 Rossijskaja Federacija, MPK A23C 19 / 076 (2006.01). Sposob proizvodstva mjagkogo tvoroga/ Demi-dova V. A., Gavrilova N. B.; zajavitel' i patentoobladatel' FGBOU VPO «Omskij gos. agrarnyj un-t im. P.A. Stolypina». -№ 2013143181/ 1; zajavl. 23.09.13; opubl. 27.03.15.
Инновационные аспекты биотехнологии мягкого творога, обогащенного функциональными ингредиентами
Ключевые слова
биотехнология, мягкий творог, пищевые волокна, пробиотические микроорганизмы, функциональные ингредиенты
Реферат
В статье научно обоснована актуальность разработки биотехнологии нового вида мягкого творога в рамках решения одной из главных задач пищевой промышленности - развития производства функциональных и обогащенных продуктов для специализированного питания. Представлены результаты экспериментально-аналитических исследований технологических свойств нового функционального ингредиента - пищевых волокон (ПВ) «Цитри-Фай», изучена их активность в водной и молочной среде. На основании изучения процесса ферментации сливок закваской BY-700, содержащей пробиотические культуры в присутствии ПВ, установлено их оптимальное количество - 2,0% ПВ среднего помола от массы сливок с м. д. ж. 20%. Изучен процесс получения творога нежирного из молока подвергнутого высокотемпературной пастеризации (92.95 °С) с выдержкой (томлением) в течение 3,5 - 4,0 ч. Способ свертывания молока кислотный, с использованием закваски CHN-22, содержащей смесь множественных штаммов Lactococcus lactis subsp. cremoris, Lactococcus lactis subsp. lactis, Leuconostoc mesenteroides subsp. cremoris и Lactococcus lactis subsp. diacetylactis. В результате смешивания обезжиренного творога, сливок с м. д. ж. 20% получен новый вид мягкого творога, который относится к продуктам пищевым функциональным, так как обогащен пробиотическими микроорганизмами - молочнокислыми Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus не < 108 КОЕ/г и бифидобактериями Bifidobacterium BB-12 не < 107 КОЕ/г, а также пищевыми волокнами в количестве 2 г в 100 г продукта. Также представлены результаты изучения пищевой и биологической ценности мягкого творога, обогащенного функциональными ингредиентами.
Авторы
Демидова Варвара Андреевна,
ОАО «Чебаркульский молочный завод»,
456400, Челябинская обл., г. Чебаркуль, ул. Дзержинского, д. 1.
Гаврилова Наталья Борисовна, д-р техн. наук, профессор,
Молибога Елена Александровна, д-р техн. наук
Омский государственный аграрный университет
им. П.А. Столыпина, 644008, Сибирский федеральный округ,
Омская обл., г. Омск, Институтская площадь, д. 1.
Innovative Aspects of Biotechnology of Soft Curd Enriched with Functional Ingredients
Key words
Biotechnology; soft curd; functional ingredients; dietary fibers; probiotic microorganisms
Abstracts
The article gives the scientific rationale of the relevance of working out of the biotechnology for a new kind of soft curd within the framework of realization of one of the main trends in the food industry -the development of production of functional and enriched foodstuff for specialized nutrition. There are presented the results of experimental and analytical research of the technological properties of the new functional ingredient - dietary fibers (DF) Citri-Fi, and their activity in water and milk environments was studied. Based on the studying of the cream's fermentation process by leaven BY-700, containing probiotic cultures in the presence of DF, there was established their optimal quantity - 2,0% DF of average grinding from cream's weight with 20% fat i. d. m. (in dry matter). It has been studied the process of obtaining low-fat curd from milk put to high-temperature pasteurization (92.95 °C) with aging for 3,5 - 4,0 h. The method of coagulation of milk is acidic with using the leaven CHN-22 containing a mixture of multiple strains of Lactococcus lactis subsp. cremoris, Lactococcus lactis subsp. lactis, Leuconostoc mesenteroides subsp. cremoris and Lactococcus lactis subsp. diacetylactis. As a result of mixing defatted curd, cream with 20% fat i. d. m., it has been obtained a new kind of soft curd, which refers to functional foodstuff, as it enriched with probiotic microorganisms - lactic acid Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus not < 108 CFU (colony forming units)/g and bifidobacteria Bifidobacterium BB-12 not < 107 CFU/g, as well as dietary fibers in the amount of 2 g per 100 g of product. There are also presented the results of studying the nutritional and biological value of soft curd, enriched with functional ingredients.
Authors
Demidova Varvara Andreevna, OJSC Chebarkul Milk Plant,
1, Dzerzhinskogo St., Chebarkul, Chelyabinsk Region, 456400, Gavrilova Natalya Borisovna, Doctor of Technical Science, Professor, Moliboga Elena Alexandrovna, Doctor of Technical Science Omsk State Agricultural University named after P.A. Stolypin, 1, Instittskaya area, Omsk, Siberian federal district, 644008.
