CC BY
64
УДК 664.324.6
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СУХИХ ИЗМЕЛЬЧЕННЫХ ЯГОДНЫХ КОМПОНЕНТОВ ДЛЯ ОБОГАЩЕНИЯ МАСЛА СЛИВОЧНОГО
Н. А. Гусев, Л. С. Байдалинова
USING DRY GROUND BERRY COMPONENTS FOR BUTTER SUPPLEMENTATION
N. A. Gusev, L. S. Baydalinova
Возможный высокий спрос на сливочное масло, обогащенное ягодами, подтвержден в ходе маркетинговых исследований путем закрытого письменного анкетирования. В нем принимали участие респонденты разного пола, уровня материального обеспечения и социального статуса. Представлены результаты предыдущих исследований по обогащению масла сливочного пастеризованным соком черники. Обоснован выбор в пользу сухих измельченных ягод для обогащения масла сливочного в связи с повышенной влажностью продукта при обогащении его соком. Сушка ягод осуществлялась тепловым при различных температурных режимах, а также сублимационным способами. Выявлены преимущества и недостатки каждого из них. Исследован химический состав выбранных ягод до и после термической обработки. Установлено сохранение значимых компонентов (витамина С и биофлавоноидов) в процессе тепловой сушки ягод при температуре 50 °С. Исследование динамики показателей гидролитических процессов по кислотным числам обогащенного и контрольного масла сливочного выявило эффективность стабилизирующего действия использованных сушеных ягод. Наибольшая эффективность достигается добавлением сушеных ягод черники и клюквы. Для моделирования и оптимизации технологического процесса, установления оптимальных дозировок обогащающих масло сливочное сухих ягодных компонентов на примере ягод черной смородины и клюквы сушеных использован метод планирования эксперимента с применением ортогонального центрального композиционного плана второго порядка для двух факторов. В качестве варьируемых факторов использовали массовые доли сухой измельченной черной смородины (Мч) и клюквы (Мк) в процентах от массы обогащаемого масла сливочного. Значение оптимальных факторов определялось методом дифференцирования натуральных математических моделей, в результате чего были найдены следующие значения оптимальных факторов: массовая доля сухой измельченной черной смородины Мч = 1,78 %; массовая доля сухой измельченной клюквы Мк = 2,06 % от массы обогащаемого масла. Полученные результаты исследований обосновывают эффективность использования сухого измельченного ягодного сырья для обогащения масла сливочного.
масло сливочное, обогащение, ягодное сырье
A possible high demand for butter supplemented with berries has been confirmed as part of market research by applying a closed written questionnaire. Respondents of different sex, level of material prosperity and social status participated in the
survey. The paper presents the results of previous studies on enrichment of butter with pasteurized blueberry juice. The choice of dry ground berries for enrichment of butter has been substantiated in connection with high humidity of the product when enriched with juice. Drying of berries has been carried out by a thermal method at various temperature conditions, and by a sublimation method. Advantages and disadvantages of the methods under consideration have been revealed. Chemical composition of the selected berries has been studied before and after heat treatment. Influence of the introduced berry component on the acidity of the finished product has been investigated. To model and optimize the technological process, a method of planning the experiment using an orthogonal central composite design of the second order for two factors has been applied. Determination of the optimal parameters of the butter enrichment process with dry berry components has been carried out using a mathematical design of the experiment. The mass fraction of dry ground blackcurrant has been used as variable partial factors as percentage of the mass of the enriched butter (Mg) and the mass fraction of dry crushed cranberries in percentage of the amount of butter enriched with cranberries (Mc). The value of the optimal factors has been determined using a method of differentiation of natural mathematical models, as a result of which the following values of the optimal factors have been found: the mass fraction of dry ground blackcurrant - Mg = 1.78 %; Mass fraction of dry crushed cranberries - Mc = 2.06 %. The obtained research results substantiate a possibility of using dry crushed berry raw materials for supplementation of butter. The study of the change in the chemical composition of the used berry raw materials shows possibility of preserving significant elements (vitamin C and bioflavonoids) during thermal drying at a temperature of 50°C.
butter, supplementation, raw berry components
ВВЕДЕНИЕ
В связи со сложными климатическими условиями северных регионов остро встает вопрос о расширении производства продуктов, обогащённых витаминами, биологически активными компонентами, макро- и микроэлементами. Наиболее целесообразно проводить обогащение подобными компонентами продуктов массового потребления. В качестве одного из них может служить масло сливочное, пользующееся постоянно высоким спросом. Возможность его обогащения обусловлена тем, что произрастающие в северных регионах ягоды характеризуются высоким содержанием витаминов и микроэлементов. К ним относятся черника и клюква, которые можно заготавливать в достаточном количестве в мороженом или сушеном виде. Эффективно использование и высоковитаминных ягод других регионов (черная смородина, облепиха). Положительное отношение к обогащенному ягодами маслу сливочному показало анкетирование потенциальных покупателей - жителей г. Мурманска. Ягодное сырье содержит достаточно большое количество природных антиоксидантов, что важно для стабилизации сливочного масла, мало устойчивого в процессе хранения. В связи с этим проблема его обогащения с целью повышения биологической ценности и стабилизации представляется актуальной.
ОБЪЕКТ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Распространенным способом изучения потребительского спроса и мнения покупателей является опрос. Этот метод маркетинговых исследований требует
определённой стандартизации, чтобы полученные данные были сопоставимы и могли быть подвергнуты анализу. При составлении анкеты необходимо учесть психологию респондентов, предугадать их реакцию на ту или иную форму вопроса, степень искренности и возможность сформулировать недвусмысленный ответ. Совокупность ответов должна дать характеристику изучаемого явления. Преимущество анкетирования в том, что в результате обработки ответов может быть получена количественная статистическая характеристика изучаемого явления.
Возможный высокий спрос на сливочное масло, обогащенное ягодами, был подтвержден в ходе маркетинговых исследований путем закрытого письменного анкетирования, в котором принимали участие респонденты разного пола, уровня материального обеспечения и социального статуса. Респондентам предлагалось оценить масло сливочное, в состав которого с целью обогащения вносился сок черники, что могло повлиять на цвет, вкус, а также структуру обогащаемого сливочного масла.
В экспериментах использовалось масло сливочное с содержанием жира 82,5 % [1]. С целью оценки влияния на цвет, вкус и структуру обогащаемого продукта в него вносили при тщательном перемешивании сок из черники в количествах 16; 25 и 33 % от его массы. Сок выделялся из черники центрифугированием и подвергался предварительной пастеризации.
Образцы оценивались на дегустации по комплексу органолептических показателей - цвет, вкус, консистенция продукта. Результаты измеряли в баллах.
Для оценки качества опытных образцов масла сливочного, обогащенного соком черники, применялся метод комплексной оценки качества пищевой продукции с применением метода квалиметрии.
С целью снижения массовой доли влаги в обогащаемом сливочном масле в дальнейших исследованиях использовали высушенные и тщательно измельченные ягоды черники, черной смородины, клюквы и облепихи.
Сушка черники проводилась методом сублимации и тепловым способом. Тепловую сушку осуществляли при температуре от 50 до 60 °С. Эффективность процесса оценивалась по изменению массы продукта в зависимости от количества испарившейся влаги [2].
В свежих и сухих ягодах определялся общий химический состав.
Экспериментальные образцы контрольного и обогащенного масла хранились при температуре 4±2оС и подвергались исследованию по органолептическим и физико-химическим показателям (кислотное число жира - титриметрическим методом в соответствии с ГОСТ 50457-92, массовая доля жира экстракционным методом по ГОСТ 5867-90, влаги - методом высушивания навески при 102 ± 2 ^ согласно ГОСТ 3626-73, белка методом Кьельдаля в соответствии с ГОСТ 539512010, минеральных веществ по ГОСТ 3626-73, содержание витамина C титриметрическим методом согласно ГОСТ 24556-89). Содержание биофлаваноидов определялось в соответствии с [3]).
Оптимальные дозировки вносимых сушеных ягод на примере черной смородины и клюквы определялись по методу математического планирования эксперимента (ортогонального центрального композиционного плана второго порядка для двух факторов) [4]. В качестве варьируемых частных факторов, подлежащих регулированию и оптимизации, использовали массовую долю сухой измельченной черной смородины в процентах от массы обогащаемого масла сливочного
(Мч) и массовую долю сухой измельченной клюквы в процентах от массы обогащаемого масла сливочного (Мк).
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Масло сливочное - продукт высокой пищевой и биологической ценности, обладающий высокой калорийностью (748 ккал) и хорошей усвояемостью до 98,5 %, содержащий в себе жирорастворимые A и E и водорастворимые B1, B2 и C витамины [1].
В результате анкетирования выявлено, что 90 % из числа опрошенных обращают внимание на цвет масла сливочного и 82 % готовы приобрести масло с необычным цветом, возможным при внесении растительных компонентов. Эта готовность была подтверждена респондентами при условии, что цена на продукт будет удовлетворительной, а органолептические показатели продукта - приемлемыми.
Сок черники, которым обогащалось масло сливочное, получали из свежих ягод путем центрифугирования. Он содержит около 8 % сахаров (фруктозы, глюкозы и сахарозы), а также достаточный уровень органических кислот (лимонной, яблочной, уксусной и пр.). Черника [5] богата пектинами, клетчаткой и микроэлементами, такими как кальций, натрий, фосфор, магний, железо, марганец, а также концентрирует в себе много витаминов (А, В, С, Е, К, Р, РР). Одним из больших преимуществ этой ягоды является наличие антоциана - растительного пигмента, выступающего в роли активного антиоксиданта [5].
При внесении в масло сливочное сока черники в количествах 16; 25 и 33 % от его массы продукт приобретал насыщенный розово-фиолетовый цвет, характерный для этого сока. При дегустациях отмечена заинтересованность в представленном продукте. Его балльная оценка показала, что наиболее приемлемым является масло сливочное с 25 % сока черники от его массы. Продукт получил высокие оценки по внешнему виду и консистенции (9,3 балла из 10), вкусу (8,4 из 10), цвету (9,5 из 10) и запаху (9,9 баллов из 10). Дегустаторы отметили, что масло приобрело слабый кисловатый оттенок, свойственный соку черники, но это не повлияло на общую оценку обогащенного продукта.
Однако внесение вместе с соком большого количества жидкости снижает стойкость масла против гидролиза. Также при хранении часть сока отделяется от масла и вытекает.
В связи с этим следующим этапом работы была попытка обогащения образцов масла сухими измельченными ягодными компонентами. Сушка черники проводилась тепловым [2] и сублимационным способами. Тепловую сушку осуществляли при температуре от 50 до 60 °С. Эффективность процесса сушки оценивалась по изменению массы продукта в результате испарения влаги, первоначальная масса черники принималась за 100 % (рис. 1).
Установлено, что более эффективной по интенсивности испарения влаги является тепловая сушка. Для сохранения в ягодах биофлавоноидов и витаминов [6] ее температура была понижена до 50 ^ (рис. 2). Постоянная масса обрабатываемых ягод достигалась к 9-13-м часам сушки. При обработке ягод при таком режиме удается сохранять в них ценные компоненты. Лучшее сохранение полезных свойств ягод обеспечивает сублимационная сушка, но этот метод является очень энергоемким.
100 80
о? £ 60 s
X
<и 40
т
П5
У 20
S
0
Продолжительность сушки, ч
Рис. 1. Изменение массы черники при сушке сублимационным и тепловым методами Fig. 1. Dynamics of the blueberry mass when it is dried by sublimation and thermal method
Результаты физико-химических исследований ягод до и после высушивания представлены в табл. 1.
Таблица 1. Химический состав ягод до и после высушивания Table 1. Chemical composition of berries before and after drying
Массовые доли Ягоды
Черника Клюква Черная смородина Облепиха
свежая сушеная свежая сушеная свежая сушеная свежая сушеная
Влага, % 86,13 16,21 89,69 15,39 86,75 19,18 84,09 12,16
Жир,% 0,29 0,38 0,27 0,93 0,42 0,93 2,29 3,65
Белок, % 1,27 0,84 0,83 0,31 0,81 1,12 0,98 0,82
Минеральные вещества (зола), % 0,99 3,76 0,18 2,19 0,66 1,63 0,65 2,26
Витамин ^ мг % 23,25 14,16 10,28 10,40 18,85 23,52 20,49 22,10
Биофлавоноиды, мг% 0,41 0,63 0,26 0,48 0,35 0,66 0,08 0,49
Наличие в сухих ягодах витамина С и биофлавоноидов говорит о перспективности использования их для обогащения сливочного масла.
100 90 80 70 60 50 40 30 20 10
5 10 15
Продолжительность сушки, ч
20
Черная смородина, % от первоначальной т массы
Кюква, % от
первоначальной т массы
Черника, % от первоначальной т массы
Облепиха, % от первоначальной т массы
0
0
Рис. 2. Изменение массы (m) при сушке ягод при температуре 50 °C с циркуляцией воздуха Fig. 2. Change in berries mass (m) when drying at 50 °C with air circulation
При обогащении масла сливочного количество сухих ягод всех видов составляло 0,9 % от его массы. Данное значение является усредненным из экспериментальных данных проводимых поисков оптимальной дозы вносимых сухих ягодных компонентов или их смесей. После выбора композиционного состава ягодной смеси потребуется дополнительная серия опытов по изучению ее влияния на гидролиз и окисление обогащаемого продукта. Параллельно исследовались контрольные образцы (без внесения ягод). Результаты определения кислотного числа в опытном и контрольном образцах представлены в табл. 2.
Таблица 2. Динамика изменения при хранении кислотных чисел сливочного масла при обогащении сухими измельченными ягодами (мг КОН на 1 г жира) Table 2. Dynamics of changes in the process of storing the acid value in the samples of butter when enriched with dry crushed berries_
Наименование образцов Продолжительность хранения при температуре 4 ± 2 °C, сут
0 3 5 7 8
Контроль 0,67 2,15 3,33 3,51 4,18
С черной смородиной 4,19 4,51 6,64 6,84 7,08
С облепихой 2,22 2,63 3,22 3,53 4,23
С клюквой 3,64 4,16 5,21 6,52 6,67
С черникой 2,96 3,40 3,51 3,64 4,22
В контрольном образце за 8 сут хранения кислотное число увеличилось в 6,2 раза. Его резкий рост в контрольном масле показывает необходимость стабилизации этого продукта.
При внесении сухих ягод кислотное число обогащаемого масла сразу растет в сравнении с контролем за счет содержащихся в ягодах органических кислот. Но в процессе хранения гидролитические процессы в этих маслах идут заметно медленнее. Так, в масле с черной смородиной кислотное число увеличилось в 1,7 раза, с облепихой - в 1,9, с клюквой в 1,8 и с черникой 1,4 раза по отношению к первоначальному уровню. Это позволяет заключить, что все ягоды обладают стабилизирующим эффектом в отношении гидролитических процессов в обогащаемом сливочном масле.
Для моделирования и оптимизации технологического процесса обогащения масла сливочного смесями измельченных сухих ягодных компонентов на примере сухих ягод черной смородины и клюквы был использован метод математического планирования эксперимента с применением ортогонального центрального композиционного плана второго порядка для двух факторов.
В качестве варьируемых факторов, подлежащих регулированию и оптимизации, использовали массовую долю сухой измельченной черной смородины, процент от количества массы обогащаемого масла сливочного (Мч), и массовую долю сухой измельченной клюквы, процент от количества обогащаемого масла сливочного (Мк). Значения изменяемых факторов, их интервалы и пределы варьирования представлены в табл. 3.
Таблица 3. Значения изменяемых факторов, их интервалы и пределы варьирования
Table 3. Values of variable factors, their intervals and variation limits_
Факторы Уровни Интервалы варьирования, АХ
нижний -1 основной 0 верхний +1
Массовая доля сухой измельченной черной смородины Мч (Х1), % 1,5 2 2,5 0,5
Массовая доля сухой измельченной клюквы Мк (Х2), % 1,5 2 2,5 0,5
Параметром оптимизации был выбран обобщенный показатель у, включающий балловую оценку качества готовой продукции по следующим показателям: внешний вид (Вн) и вкус (Вк). Выбор перечисленных частных откликов обеспечивает возможность комплексного анализа результатов обогащения масла сливочного сухими измельченными ягодными компонентами по показателям качества продукции. Объединение их в обобщенный параметр оптимизации позволяет получить комплексную объективную оценку влияния факторов на ключевые аспекты разрабатываемой технологии. Их «идеальные» значения, используемые в расчетах, приведены в табл. 4.
Таблица 4. Частные отклики и их «идеальные» значения Table 4. Private responses and their ideal values_
Наименование частных откликов Единицы измерения «Идеальные» значения частных откликов
Внешний вид обогащенного масла сливочного (общая привлекательность, состояние поверхности, степень распределения сухих ягодных частиц по массе масла) Балл 5,0
Вкус обогащенного масла сливочного Балл 5,0
План эксперимента по оптимизации исследуемого процесса приведен в табл. 5.
Таблица 5. План эксперимента по моделированию и оптимизации обогащения масла сливочного порошками из сухой измельченной черной смородины и клюквы
Table 5. Experiment plan for modeling and optimizing supplementation of butter with powder from dry ground black currants and cranberries_
Номер опыта План эксперимента Частные отклики Частные безразмерные отклики Обобщённые параметры оптимизации у
массовая доля сухой измельченной черной смородины Мч(Х1), % массовая доля сухой измельченной клюквы Мк(Х2), % внешний вид и консистенция, балл вкус и цвет, балл §Вн2 Sbr2
1 2,5 2,5 2,5 4,1 0,2500 0,0324 0,2824
2 1,5 2,5 4,2 4,3 0,0256 0,0196 0,0452
3 2,5 1,5 3,5 3,4 0,0900 0,1024 0,1924
4 1,5 1,5 2,8 2,6 0,1936 0,2304 0,4240
5 2,5 2,0 3,9 3,8 0,0484 0,0576 0,1060
6 1,5 2,0 4,5 4,7 0,0100 0,0036 0,0136
7 2,0 2,5 2,8 2,9 0,1936 0,1764 0,3700
8 2,0 1,5 4,2 4,3 0,0256 0,0196 0,0452
9 2,0 2,0 4,8 4,5 0,0016 0,0100 0,0116
Реализация опытов по данному плану (с преобразованием квадратичной переменной) позволяет построить полиномиальную модель второго порядка. В результате расчётов математическая модель обогащения масла сливочного в кодированном виде следующая:
у = 0,166 + 0,016Xi + 0,006X2 + 0,117XiX2 + 0,035(Xi2 - 2/3) + 0,183 (X22-2/3).
В натуральном виде она имеет вид
у = 5,293 - 1,464Мч -3,852Мк + 0,468МчМк + 0,14Мч2 + 0,732Мк2.
Анализ полученной регрессии показывает, что фактор внесенной сухой измельченной клюквы более весом, чем фактор внесенной сухой измельченной черной смородины в обогащенном масле сливочном и в большей степени влияет на формирование качества готовой продукции.
Значение оптимальных факторов исследуемого процесса определялось методом дифференцирования натуральных математических моделей, в результате чего были найдены следующие значения оптимальных факторов: массовая доля сухой измельченной черной смородины Мч = 1,78 %; сухой измельченной клюквы Мк = 2,06 %. В ходе математического моделирования также установлена степень влияния на органолептические показатели количества клюквы и черной смородины. Несмотря на то, что интервал варьирования вносимых компонентов был 0,5, дегустаторами отмечен характерный кислый вкус ягод в тех образцах, где количество вносимых ягод было максимальным в установленных пределах. Следовательно, проведенная дегустация установила оптимальную композицию клюквы и черной смородины. На основе полученных зависимостей построена геометрическая модель оптимизации процесса обогащения масла сливочного (рис. 3).
Массовая доля черной смородины Массовая доля
клюквы
Рис. 3. Геометрическая интерпретация модели процесса обогащения масла сливочного Fig. 3. Geometrical interpretation of the process model of butter supplementation
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Полученные результаты исследований обосновывают возможность использования сухого измельченного ягодного сырья для обогащения масла сливочного. Актуальность работы подтверждается проведенными маркетинговыми исследованиями. Изучение изменения химического состава используемого ягодного сырья показывает возможность сохранения значимых элементов (витамина С и биофлавоноидов) в процессе его тепловой сушки при температуре 50 °С. Установлено положительное влияние сухих измельченных ягод черной смородины, черники, клюквы и облепихи на гидролитические процессы в масле сливочном, что позволяет рассматривать возможность увеличения сроков его годности при
внесении указанных компонентов. С использованием метода математического моделирования на примере сухих измельченных ягод черной смородины и клюквы установлены оптимальные дозировки этих компонентов для стабилизации и обогащения масла сливочного.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ЛИТЕРАТУРНЫХ ИСТОЧНИКОВ
1. ГОСТ 32899-2014 Масло сливочное с вкусовыми компонентами. Технические условия. - Москва, 2015. - 19 с.
2. Киселева, Т. Ф. Технология сушки: учебно-методический комплекс / Т. Ф. Киселева. - Кемерово: Кемеровский технологический институт пищевой промышленности, 2007. - С. 86-87.
3. Байдалинова, Л. С. Пищевая химия: Лабораторный практикум / Л. С. Байдалинова, Л. В. Городниченко. - Калининград: ФГОУ ВПО «КГТУ», 2009. - 200 с.
4. Мезенова, О. Я. Проектирование комбинированных продуктов питания: учеб. пособие / О. Я. Мезенова. - Калининград: ФГБОУ ВО «КГТУ», 2012. - 172 с.
5. Куркин, В.А. Черника обыкновенная: современные подходы к стандартизации сырья и созданию лекарственных препаратов: монография / В.А. Куркин, Т. К. Рязанова, И. К. Петрухина. - Самара: ООО «Офорт», 2014. - 127 с.
6. Скурихин, И.М. Химический состав российских пищевых продуктов / И. М. Скурихин, В. А. Тутельян. - Москва: ДеЛи принт, 2002. - 236 с.
REFERENCES
1. GOST 32899-2014. Maslo slivochnoe s vkusovymi komponentami. Tech-nicheskie usloviya [Butter with flavoring ingredients. Technical specifications]. Moscow, 2015, 19 p.
2. Kiseleva T. F. Tehnologiya sushki: uchebno-metodicheskiy kompleks [Drying technology: study pack]. Kemerovo, Kemerovskiy tekhnologi-cheskiy institut pishchevoy promyshlennosti, 2007, pp. 86-87.
3. Baydalinova L. S., Gorodnichenko L. V. Pishhevaja himija: laboratorniy practicum [Food chemistry: laboratory course]. Kaliningrad, FGOU VPO "KGTU", 2009, 200 p.
4. Mezenova O. Ja. Proektirovanie kombinirovannyh produktov pitanija: uchebnoe posobie [Design of combined food products: student's book]. Kaliningrad, FGOU VO "KGTU", 2012, 172 p.
5. Kurkin V. A., Rjazanova T. K., Petrukhina I. K. Chernika obyknovenna-ya: sovremennie podhody k standartizatsii syr ja i sozdaniju lekarstevennyh prepara-tov:monografija. [Blueberry: modern approaches to the standardization of raw materials and creation of medicines]. Samara, OOO "Ofort", 2014, 127 p.
6. Skurihin I. M., Tutel'jan V. A. Himicheskij sostav rossijskih pishhevyh produktov [Chemical composition of Russian food products]. Moscow, DeLi print, 2002, 236 p.
ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРАХ
Гусев Никита Александрович — Калининградский государственный технический университет; аспирант кафедры пищевой биотехнологии;
E-mail: [email protected]
Gusev Nikita Alexandrovich - Kaliningrad State Technical University; Post-graduate student of the Department of Food Biotechnology; E mail: [email protected]
Байдалинова Лариса Степановна - Калининградский государственный технический университет; кандидат технических наук, доцент; старший научный сотрудник; профессор кафедры пищевой биотехнологии; E-mail: [email protected]
Baydalinova Larisa Stepanovna - Kaliningrad State Technical University; PhD in Technical Sciences, Associate Professor; Senior Researcher; Professor of the Department of Food Biotechnology; E-mail: [email protected]
