CC BY
121
УДК 637.146 И.Е. Трофимов
ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ БЕЛКОВО-УГЛЕВОДНОГО КИСЛОМОЛОЧНОГО ПРОДУКТА ДЛЯ СПЕЦИАЛИЗИРОВАННОГО ПИТАНИЯ
Представлены результаты экспериментальных и аналитических исследований по разработке компонентного состава специализированного кисломолочного продукта для питания спортсменов на основе использования натуральных продуктов животного и растительного происхождения в легкоусвояемой форме. На основании исследования процесса ферментации и определения количества жизнеспособных клеток молочнокислой микрофлоры опытных продуктов, выработанных из смеси низколактозного обезжиренного молока и изолята сывороточных белков, определен комплекс химических, микробиологических и органолептических показателей. Для прогнозирования процесса ферментации и выявления взаимоотношений между управляемыми факторами были разработаны двухфакторные математические модели, характеризующие процесс ферментации молочной основы с различным количеством ИСБ, при их разработке использована компьютерная программа Table Curve 3D v4. Определен качественный и количественный состав углеводного компонента, обогащающего новый продукт для питания спортсменов. Продукты для специализированного и, прежде всего, спортивного питания, как правило, дополнительно содержат вещества, стимулирующие белковый, углеводный, энергетический обмен, а также являются адап-тогенами, способствующими восстановлению организма спортсменов после усиленных нагрузок во время тренировок и соревнований. Для данного продукта в качестве такого вещества выбран «Пантогематоген Северный», а также витаминно-минеральный премикс, дополняющий качественный и количественный состав витаминов (прежде всего Е, С, группы В) и минеральных веществ (натрий, калий, фосфор, кальций), которые содержатся в молочной основе и других компонентах рецептуры, таких как изолят сывороточного белка, мёд натуральный. В результате исследований разработана технология бел-ково-углеводного кисломолочного продукта для специализированного питания.
Ключевые слова: специализированное питание, продукты для питания спортсменов, ферментация, компоненты, кисломолочный продукт.
Введение
Важным и необходимым условием для сохранения жизни, здоровья и работоспособности населения страны является полноценное и здоровое питание, в организации которого превалирующее место занимают молоко и молочные продукты.
В настоящие время разработан целый ряд пищевых продуктов и рационов для питания отдельных групп населения (спортсменов, детей различного возраста, беременных и лактирующих женщин, различных профессиональных групп рабочих промышленных предприятий и др.), объединенных в одну категорию - специализированное питание.
Одна из его важнейших категорий - продукты для лиц, систематически занимающихся физической культурой, фитнесом, любительским и профессиональным спортом. Отметим, специализированные продукты питания для спортсменов представлены на рынке очень широко, однако их объем отечественного производства недостаточен.
В рамках реализации в стране программы импортозамещения особо актуальны проведение исследований и разработка технологий отечественных продуктов для специализированного питания спортсменов, прежде всего подростков, студентов, для получения ими высоких результатов, а также восстановления затраченных энергии и эмоциональных нагрузок, испытанных организмом молодого человека во время интенсивных тренировок и соревнований [1-4].
Объекты и методы
При выполнении научной работы использован комплекс общепринятых и стандартных методов исследований: физико-химических, микробиологических, биохимических, структурно-механических, органолептических. Результаты исследований обработаны методами статистического анализа и математического моделирования.
В качестве объектов исследования определены: молоко коровье сырое по ГОСТ 314492013; молоко обезжиренное - сырьё по ГОСТ 31658-2012; изолят сывороточных белков по действующей нормативной документации; закваска LAT PB AC; закваска ВВ-12; мёд нату-
© Трофимов И.Е., 2016
ральный (пчелиный) по ГОСТ Р 54644-2011; препарат «Пантогематоген Северный» по ТУ 9218-006-13148879-07; мальтодекстрин по ТУ 9189-010-27291178-2010; ферментный препарат ß-галактозидаза грибкового происхождения Aspergillus niger по действующей нормативной документации.
Исследованы процесс ферментации и количество жизнеспособных клеток полезной микрофлоры в процессе хранения ферментированных опытных продуктов с различным количеством белковой добавки - изолята сывороточных белков (ИСБ). Характеристика химического состава опытных продуктов, изучаемых в серии 1, представлена в табл. 1.
Таблица 1
Химический состав опытных продуктов
Продукт Компоненты, % Массовая доля,%
молоко обезжиренное низколактозное ИСБ сухие вещества в том числе
жир белки углеводы
Контроль 100,0 - 6,40 ± 0,05 0,05 ± 0,01 3,3 ± 0,1 2,25 ± 0,15
Опыт 1 99,0 1,0 7,29 ± 0,01 0,05 ± 0,01 4,2 ± 0,1 2,27 ± 0,10
Опыт 2 97,0 3,0 9,09 ± 0,01 0,06 ± 0,01 5,9 ± 0,1 2,32 ± 0,11
Опыт 3 95,0 5,0 10,88 ± 0,01 0,07 ± 0,01 7,6 ± 0,1 2,36 ± 0,12
Опыт 4 93,0 7,0 12,67 ± 0,01 0,08 ± 0,01 9,4 ± 0,1 2,41 ± 0,10
Анализ полученных данных свидетельствует о том, что добавление ИСБ с 1,0 (опыт 1) до 7,0% (опыт 4) к низколактозному обезжиренному молоку позволило значительно увеличить в нормализованной смеси общее количество сухих веществ, в основном за счёт повышения массовой доли молочных белков с 3,3 в обезжиренном молоке (контроль) до 9,4% (опыт 4), при незначительном повышении массовой доли молочного жира с 0,05 (контроль) до 0,08% (опыт 4) и углеводов с 2,25 (контроль) до 2,41% (опыт 4).
Контрольный и опытные продукт пастеризовали при температуре 82-85°С с выдержкой 3-5 мин и охлаждали до температуры инокулирования закваски (37 ± 1)°С. Закваску DVS культур использовали в активизированном виде, количество инокулированой закваски LAT PB AC (B. longum, B. bifidum, B. infantis, Str. thermophilus, L. acidophilus) от объёма опытных продуктов составило 5% (серия 1).
Параллельно проводили исследование процесса ферментации контрольного и опытных продуктов ассоциативной закваской культур L. acidophilus, B. lactis, S. thermophilus в иммобилизованном виде (серия 2).
Результаты экспериментальных исследований титруемой и активной кислотности представлены на рис. 1-4.
и опытных продуктов в процессе ферментации и опытных продуктов в процессе ферментации
(закваска LAT РВ АС) (закваска LAT РВ АС)
2 4 6
Время ферментации, ч
12
■Контроль• ■ИСБ — 5 %
■ИСБ — 1 % ИСБ - 7 %
ИСБ - 3 %
л: а.
с£ £и
6,5
о
X но е; и
я: гз
о <
6,0
5,5
5,0
2 4 6
Время ферментации, ч
12
•Контроль •ИСБ - 5 %
•ИСБ - 1 %
ИСБ - 7 %
ИСБ - 3 %
Рис. 3. Динамика титруемой кислотности контроля Рис. 4. Динамика активной кислотности контроля
и опытных продуктов в процессе ферментации и опытных продуктов в процессе ферментации
(ассоциативная закваска в иммобилизованном виде) (ассоциативная закваска в иммобилизованном виде)
Изменения титруемой и активной кислотности оформлены линейными регрессионными зависимостями. Так как коэффициент детерминации (Д2) регрессионных зависимостей близок к 1, можно утверждать, что они адекватно описывают изучаемый процесс и имеют минимальную ошибку прогнозирования изучаемого процесса.
Результаты изучения микробиологических показателей контрольного и опытных продуктов приведены на рис. 5.
Микробиологические показатели контрольного и опытных ферментированных продуктов представлены на рис. 6.
Рис. 5. Зависимость общего количества молочнокис- Рис. 6. Зависимость общего количества молочнокислых микроорганизмов и бифидобактерий в контроль- лых микроорганизмов и бифидобактерий в контрольном и опытных продуктах от количества ИСБ ном и опытных продуктах от количества ИСБ
(закваска LAT РВ АС) (ассоциативная закваска в иммобилизованном виде)
Анализ данных, представленных на рис. 5, позволяет считать, что при избыточном количестве ИСБ не происходит увеличения роста молочнокислых бактерий, так как при увеличении массовой доли сухих веществ в опытных продуктах снижается содержание свободной влаги, необходимой для активной жизнедеятельности микроорганизмов.
Органолептическая оценка ферментированных продуктов с использованием ассоциативной закваски, иммобилизованной в гель биополимеров, выглядит следующим образом: контроль (7-8 баллов); опыт 1 (8 баллов); опыт 2 (8,5 балла); опыт 3 (9,6 балла); опыт 4 (9 баллов).
Сравнительный анализ показателей процесса ферментации контрольного и опытных продуктов закваской LAT PB AC и ассоциативной закваской в иммобилизованной форме свидетельствует об эффективности видового состава культур L. acidophilus, S. thermophilus и бифидобактерий, позволяя считать, что в рамках реализации в стране программы импорто-замещения изучаемые виды заквасок при ферментации белково-углеводной молочной основы взаимозаменяемы.
Для прогнозирования процесса ферментации и выявления взаимоотношений между управляемыми факторами были разработаны двухфакторные математические модели, характеризующие процесс ферментации молочной основы с различным количеством ИСБ; приведено их трёхмерное изображение. При разработке двухфакторных математических моделей использовалась компьютерная программа Table Curve 3D v4. Проанализированы экспериментальные данные, приведенные в Excel. Результаты исследований и математические модели представлены на рис. 7-10.
Рис. 7. Функция отклика изменения титруемой кислотности кисломолочного продукта в зависимости от времени ферментации и массовой доли изолята сывороточных белков
Рис. 8. Изменение активной кислотности в кисломолочном продукте в зависимости от времени ферментации и массовой доли изолята сывороточных белков
Рис. 9. Функция отклика изменения титруемой кислотности продукта при использовании ассоциативной закваски в иммобилизованном виде
Рис. 10. Функция отклика изменения активной кислотности продукта с использованием ассоциативной закваски в иммобилизованном виде
Дисперсионный анализ двухфакторных математических моделей показал, что доминирующим фактором, оказывающим влияние на изменение титруемой и активной кислотности при ферментации кисломолочного продукта, является время ферментации - более 99%, у массовой доли изолята сывороточных белков влияние - до 0,5 %.
Продукты для спортивного питания должны быть обогащены углеводами. Рекомендуется сочетать глюкозу, фруктозу, сахарозу, мальтодекстрин, экстракты и концентраты ягодные, мёд и др. Из данного перечня выбраны мёд натуральный (пр-во Алтай) по ГОСТ Р 54644-2011 и мальтодекстрин по ТУ 9189-010-27291178-2010. При экспериментальном выборе количественного состава углеводных компонентов оценивались органолептиче-ские, химические, физические, микробиологические показатели ферментированных продуктов.
Анализ химического состава модельных композиций, представленных в табл. 2, свидетельствует о количественном соотношении белки : углеводы - в контроле 3:1; опыте 1 - 2:1; опыте 2 - 1,4:1,0; опыте 3 - 1:1; опыте 4 - 1,0:1,4.
Модельные композиции ферментировали закваской LAT РВ АС в активизированной форме: температура ферментации (37 ± 1)°С; время (6,0 ± 0,5) ч.
Таблица 2
Компонентный и химический состав модельных композиций
Модельная композиция Молочно-белковая основа, % Мёд натуральный, % Мальтодекстрин, % Массовая доля, %
сухих веществ в том числе
жира белков углеводов
Контроль 100 - - 10,83 ± 0,50 0,07 ± 0,01 7,60 ± 0,01 2,36 ± 0,01
Опыт 1 98,5 1 0,5 11,96 ± 0,50 0,07 ± 0,01 7,70 ± 0,01 3,62 ± 0,01
Опыт 2 96,0 3 1,0 13,81 ± 0,50 0,07 ± 0,01 7,50 ± 0,01 5,58 ± 0,01
Опыт 3 93,5 5 1,5 15,66 ± 0,50 0,07 ± 0,01 7,12 ± 0,02 7,63 ± 0,02
Опыт 4 91,0 7 2,0 17,51 ± 0,50 0,07 ± 0,01 6,97 ± 0,02 9,80 ± 0,02
Анализ процесса ферментации опытных продуктов позволил отметить, что процесс ки-слотонакопления в опытном образце 4 менее активен, это можно объяснить большим количеством углеводов в компонентной смеси и снижением количества свободной влаги, необходимой для жизнедеятельности микрофлоры закваски, об этом также свидетельствует показатель активности воды, снижающийся по мере увеличения массовой доли углеводов (табл. 3).
Таблица 3
Физические показатели модельных композиций
Модельная композиция Массовая доля,% Активность воды, а„, Температура замерзания, °С Время замерзания, с
сухих веществ в т.ч. углеводов
Контроль 10,80 2,36 0,997 -0,465 88
Опыт 1 11,96 3,62 0,995 -0,984 135
Опыт 2 13,81 5,57 0,993 -0,865 138
Опыт 3 15,66 7,62 0,991 -0,764 140
Опыт 4 17,51 9,80 0,980 -1,553 152
Микробиологические показатели ферментированных модельных композиций представлены на рис. 11.
Рис. 11. Микробиологические показатели ферментированных модельных композиций
Микробиологические показатели, представленные на рис. 11, также свидетельствуют о некотором снижении активности как молочнокислых микроорганизмов, так и бифидобакте-рий в модельной композиции (опыт 4).
Анализ совокупности показателей экспериментальных исследований по определению углеводного компонента кисломолочного продукта позволяет сделать вывод: он должен состоять из двух основных составляющих: мёда натурального в количестве 5 мас.% и мальтодекстрина - 1,5 мас.%. Это обеспечивает в продукте соотношение между белками и углеводами 1:1.
Продукты для специализированного, прежде всего, спортивного питания, как правило, дополнительно содержат вещества, стимулирующие белковый, углеводный, энергетический обмен, а также являются адаптогенами, способствующими восстановлению организма спортсменов после усиленных нагрузок во время тренировок и соревнований. Для данного продукта в качестве такого вещества выбран «Пантогематоген Северный», а также витамин-но-минеральный премикс, дополняющий качественный и количественный состав витаминов (прежде всего Е, С, группы В) и минеральных веществ (натрий, калий, фосфор, кальций), которые содержатся в молочной основе и других компонентах рецептуры, таких как изолят сывороточного белка, мёд натуральный.
При определении рационального количества исследуемого ингредиента наиболее значимо установление степени его влияния на динамику развития пробиотической микрофлоры во время процесса ферментации и органолептических показателей ферментированного (кисломолочного) продукта. После определения количественной дозы ингредиента установили химический состав кисломолочного продукта. Пантогематоген предварительно диспергировали при перемешивании с небольшим количество обезжиренного молока, затем смешали с молочной основой, ИСБ, мёдом и мальтодекстрином при температуре 45-50°С, смесь гомогенизировали, пастеризовали и охлаждали до температуры инокулирования заквасочных культур. Шаг внесения доз пантогематогена в смесь компонентов: опыт 1 (1%), опыт 2 (3%), опыт 3 (5%), опыт 4 (7%).
На основании комплексного исследования микробиологических, химических, орга-нолептических показателей принята его рациональная доза 3,0 мас.% от компонентов рецептуры.
Пищевая и энергетическая ценность кисломолочного продукта представлена в табл. 4.
Таблица 4
Пищевая и энергетическая ценность кисломолочного продукта для специального питания
Продукт Массовая доля,% Энергетическая ценность
жир белки углеводы кДж ккал
Кисломолочный 0,07 7,7 9,7 494,9 118,4
После исследования хранимоспособности и безопасности кисломолочного продукта установлен срок его годности - 7 сут. при температуре хранения (4 ± 2)°С [5].
Выводы
1. На основании аналитической и математической обработки экспериментальных данных, полученных в процессе реализации плана выполнения научно-исследовательской работы, достигнута основная цель - дано научное обоснование и разработаны все этапы технологии белково-углеводного продукта для специализированного питания.
2. В установленном порядке утверждена нормативная документация для производства белково-углеводного кисломолочного продукта «Спортивный» СТО 78815029-035-2015.
3. Новизна рецептурной композиции нового продукта отражена в патенте РФ № 2538151.
Список литературы
1. Пшендин, А.И. Рациональное питание спортсменов. Для любителей и профессионалов / А.И. Пшендин. - СПб. : Олимп-СПб., 2003. - 160 с.
2. Банникова, А.В. Функционально-технологические свойства сывороточных белковых продуктов: влияние изменений условий среды и вида обработки / А.В. Банникова, И.А. Евдокимов // Молоч. пром-сть. - 2015. -№ 2. - С. 42-44.
3. Новокшанова, А.Л. Продукты спортивного питания / А.Л. Новокшанова, Е.В. Ожиганова // Молоч. пром-сть. - 2012. - № 6. - С. 82-83.
4. Теоретические предпосылки к разработке индивидуального питания спортсменов / Г.А. Азизбекян [и др.] // Вопр. питания. - 2009. - Т. 78. - № 2. - С. 73-76.
5. Гаврилова, Н.Б. Разработка биотехнологии биопродукта для специализированного питания / Н.Б. Гав-рилова, Е.А. Молибога, И.Е. Трофимов // Пищевая пром-сть. - 2015. - № 8. - С. 46-49.
Трофимов Иван Евгеньевич, аспирант, Омский ГАУ, e-mail: omsk1716@list.ru.
SUMMARY
I.E. Trofimov
Research and elaboration of technology of protein-carbohydrate fermeted milk foodstuff
for specialized nutrition
There are presented the results of experimental and analytical researches on the development of the component composition of specialized foods for athletes' nutrition through using of natural animal and vegetable's origin products, in easily digestible form - a fermented milk foodstuff. On the basis of the fermentation process' analysis and determining the number of lactic micro flora's viable cells of experimental foodstuffs which were made from a mixture of skim and low-lactose milk and whey protein's isolate was defined the complex of chemical, microbiological and organoleptic characteristics. For the fermentation process' predict and identifying the interrelation between the controllable factors have been developed two-factor mathematical models, describing the process of dairy base's fermentation with different amounts of the Integrated Security Systems (SIS), during the development of models was used the computer program, called Table Curve 3D v4. It was defined the qualitative and the quantitative composition of the carbohydrate component which can enrich the new foodstuff for athletes' nourishment. Foodstuffs for specialized and, first of all, sports nutrition, as a rule, contain extra substances stimulating protein, carbohydrate, energy metabolism, and they are also adaptagens, contributing to the recovery of sportsmen's bodies after reinforced stress tests during trainings and competitions. For this product, as such substance, has been selected "Pantogematogen North", as well as a vitamin-mineral premix supplementing the qualitative and quantitative composition of vitamins (primarily E, C of group B) and minerals (sodium, potassium, phosphorus, calcium) which are contained in a milk-based and others recipe components, such as whey protein isolate, natural honey. As a result of researches it was elaborated the technology of protein-carbohydrate fermented milk foodstuff for specialized nourishment.
Keywords: specialized nourishment, foods for athletes' nutrition, fermentation, components, fermented milk foodstuff.
Trofimov Ivan Evgenyevich, Postgraduate, Omsk SAU, e-mail: omsk1716@list.ru.
УДК 631.319.2 А.А. Поварь, В.В. Мяло
НЕДОСТАТКИ И СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ОРУДИЙ ДЛЯ ПОВЕРХНОСТНОЙ ОБРАБОТКИ ПОЧВЫ
Автор актуализирует проблему совершенствования навесных орудий для рыхления почвы. Высокая урожайность сельскохозяйственных культур в значительной степени зависит от того, в какой среде растение развивается, в частности, от структуры почвы, её плотности сложения, структурного состава, влажности, твердости, насыщения воздухом. По научным расчетам различных организаций, снижение урожая зерновых культур только от переуплотнения почвы в России достигает 13-15 млн т. За рубежом ущерб от недобора сельхозяйст-венной культуры вследствие уплотнения почвенного пласта оценивается примерно в 2 млрд долларов. В Швеции ежегодный убыток от переуплотнения оценивается приблизительно в 100 млн крон. Переуплотнение почвы
© Поварь А.А., Мяло В.В., 2016
