CC BY
4
УДК 637.053
DOI 10.52231/2225-4269_2023_1_152
Исследование структурно-механических
свойств пробиотического напитка с добавлением гречневой муки и какао
Матвеева Наталия Олеговна, аспирант кафедры технологии молока и молочных продуктов e-mail: [email protected]
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Вологодская государственная молоч-нохозяйственная академия имени Н.В. Верещагина»
Новокшанова Алла Львовна, доктор технических наук, доцент, ведущий научный сотрудник
e-mail: [email protected]
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки «ФИЦ питания и биотехнологии»
Ермолина Александра Михайловна, аспирант кафедры технологии молока и молочных продуктов
e-mail: [email protected]
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Вологодская государственная молоч-нохозяйственная академия имени Н.В. Верещагина»
Абабкова Анна Александровна, кандидат технических наук, инженер-химик
e-mail: [email protected]
Акционерное общество «Учебно-опытный молочный завод» Вологодской государственной молочнохозяйственной академии им. Н.В. Верещагина»
Ключевые слова: пробиотический напиток, обезжиренное молоко, пахта, гречневая мука, какао-порошок, реологические показатели, структурно-механические свойства.
Аннотация. Объектом исследования служили опытные образцы пробиотического напитка на молочно-растительной основе из обезжиренного молока и пахты в соотношении 1:1, в качестве дополнитель-
ного источника растительных нутриентов служили гречневая мука и какао-порошок в количестве 3 и 2 % соответственно. Опытные модели сквашивали, используя закваску Bifidobacterium, а также комбинации Bifidobacterium и Lactococcus lactis subsp., Bifidobacterium и Streptococcus salivarius ssp. thermophilus. Для улучшения органолеп-тических показателей использовали сахарозу, массовая доля которой составила 5 %. Методом ротационной вискозиметрии установлено влияние используемых заквасок на реологические и структурно-механические свойства полученных моделей. В условиях эксперимента лучшие показатели устойчивости образцов к механическому воздействию проявились при комбинировании заквасок Bifidobacterium и Streptococcus salivarius ssp. thermophilus.
В условиях нестабильности международных политических и экономических отношений, а также мирового кризиса на фоне пандемии коронавируса COVID-19 актуальным является вопрос продовольственной безопасности России. Специалисты молочной промышленности могут внести свой вклад в стабильное обеспечение населения высококачественными продуктами, в том числе путем создания новых обогащенных продуктов на молочной основе [1, 2, 3].
К перспективным направлениям молочной отрасли относится комбинирование сырья животного и растительного происхождения [4, 5]. Например, введение в молочную основу сырья зерновых культур ведет, с одной стороны, к снижению стоимости продуктов, а с другой -способствует компенсации недостатка пищевых волокон, витаминов, минеральных и биологически активных веществ в рационе.
При грамотном проектировании состава молочно-злаковые системы могут соответствовать формуле сбалансированного питания и являться благоприятной средой для развития заквасочной микрофлоры. Внесение злаковых добавок позволяет сократить процесс сквашивания, экономить молочный белок, снизить трудоемкость, энергоемкость и себестоимость, улучшить пищевую и биологическую ценность ферментированных продуктов [5].
Цель данной работы - исследовать реологические свойства и структурно-механические характеристики молочно-растительных сгустков, полученных сквашиванием. Объектами исследования служили опытные и контрольные образцы кисломолочного напитка на основе обезжиренного молока и пахты с добавлением гречневой муки и какао.
Вкус и внешний вид образцов после сквашивания и через 7 дней хранения оценивали визуально и органолептически. Консистенция свежих образцов и образцов на 7 сутки хранения также была изучена на ротационном вискозиметре Fungilab SMART серии R c использованием измерительного устройства S2._
В качестве основного сырья использованы обезжиренное молоко и пахта, предоставленные АО «Учебно-опытный молочный завод» ВГМХА им. Н.В. Верещагина. Как источник растительного белка, пищевых волокон, натуральных минеральных элементов и витаминов в составе рецептуры использованы гречневая мука (ООО «ХЛЕБЗЕРНОПРОДУКТ», г. Таганрог, Ростовская область) и какао-порошок алкализованный с пониженным содержанием жира (Barry Callebaut Cocoa, Гамбург, Германия).
Научный интерес в данной работе представляет влияние пищевых волокон и других гидроколлоидов, содержащихся в растительном сырье, на технико-функциональные свойства молочных сгустков.
Пищевые волокна, содержащиеся в гречневой муке, представлены пектином и лигнином, целлюлозой и гемицеллюлозой. Именно эти вещества гречневой муки признают биологически значимыми при оказании оздоравливающего и очищающего эффекта на организм человека [6].
Пищевые волокна гречихи могут образовывать соединения с тяжелыми металлами и холестерином, тем самым подавлять образование опухолевых клеток, способствовать улучшению работы желудочно-кишечного тракта, предупреждать диабет, рак кишечника, ожирение и другие заболевания [7]. Благодаря большому количеству пищевых волокон, гречневая мука улучшает моторику кишечника, нормализует процесс пищеварения.
С точки зрения технологического процесса пищевые волокна гречихи обладают определенными гидрофильными свойствами [8], что может оказать положительный эффект на синеретическую устойчивость сгустков, получаемых путем молочнокислого сквашивания. В процессах адсорбции свободной воды, отделяемой при коагуляции казеина, важнейшую функциональную нагрузку выполняют аморфные области целлюлозы, гемицеллюлоз и других нецеллюлозных полисахаридов, благодаря которым практически все их гидроксильные группы доступны для связывания с молекулами воды [9].
Технологически значимо наличие в грече линейной амилозы и разветвленного амилопектина, в результате чего гречневая мука проявляет способность к клейстеризации и гелеобразованию. Гречневая мука после клейстеризации характеризуется достаточно высоким содержанием резистентного крахмала, оказывающего положительное влияние на метаболизм углеводов в организме человека, что ценно в плане постепенного высвобождения глюкозы и предотвращения развития диабета [10].
Существенное значение при гелеобразовании систем, содержащих муку, имеет не только крахмальная, но и белковая фракция. Процесс образования белковых гелей связан с возникновением контактов
коллоидной природы между частицами дисперсной фазы, в результате которых образуется пространственная биополимерная сетка [11].
Хорошим источником растительного белка и достаточно высокоэнергетическим продуктом (289 ккал в 100 г) является какао-порошок. Кроме того, какао-порошок может служить источником фенилэтила-мина, серотонина, триптофана, насыщенных и ненасыщенных жирных кислот (пальмитиновая, стеариновая, лауриновая, линолевая) и пищевых волокон. Все перечисленные соединения обладают своими липо- и гидросвязывающими свойствами [12].
Проведенные ранее исследования позволили установить количественное соотношение молочных и немолочных компонентов для базовой рецептуры, включающей гречневую муку и какао. Рецептурный состав опытных образцов представлен в таблице 1 [4].
Таблица 1 - Рецептурный состав молочно-растительной смеси для пробиотического напитка
Наименование ингредиента Количество сырья, %
Обезжиренное молоко 45
Пахта 45
Мука гречневая 3
Какао-порошок 2
Сахароза 5
При указанном соотношении ингредиентов пищевая ценность 100 г продукта характеризуется следующими показателями: массовая доля жира 0,5 %, массовая доля белка 3,8 % и массовая доля углеводов 11,0 %, а энергетическая ценность составляет 280 кДж, или 65 ккал.
В таблице 2 представлены составы заквасок, использованных для получения опытных моделей. В качестве контрольного образца использовали вариант с закваской на кефирных грибках.
Таблица 2 - Варианты заквасочных микроорганизмов в образцах
Образец Закваска на кефирных грибках Бифидобактерии прямого внесения Мезофильные микроорганизмы Термофильные микроорганизмы
Контроль + - - -
Опыт 2 - + - -
Опыт 3 - + + -
Опыт 4 - + - +
Подготовленные в соответствии с рецептурой образцы имели об-
щее содержание сухих веществ (17,5±0,1) %. Опытные смеси пастеризовали при температуре (92±2) °С и охлаждали до температуры заквашивания (37±2) °С. Производственную закваску вносили в смесь в количестве 5 % от объема пробы. Продолжительность сквашивания опытных образцов составила 6-7 часов.
Контрольные образцы готовили аналогичным способом, но процесс сквашивания осуществляли при температуре (20±2) °С в течение 10-12 часов. Количество производственной закваски на кефирных грибках также составляло 5 % от объема смеси.
В готовых сгустках определяли активную кислотность как важнейший показатель производства кисломолочных продуктов, влияющий на технологический процесс и на органолептические показатели продукта. До заквашивания рН подготовленных контрольных и опытных образцов молочно-растительных смесей составляла 6,5-6,6.
По окончании сквашивания консистенция опытных образцов была однородной. Образцы, полученные при использовании заквасок Bifidobacterium, а также в комбинации Bifidobacterium и Lactococcus ¡actis subsp. и Bifidobacterium Streptococcus salivarius ssp. thermophilus обладали более вязкой, густой консистенцией по сравнению с контрольным вариантом, сквашенным закваской на кефирных грибках.
Через 7 дней холодильного хранения при (4±2) °С характеристики консистенции опытных и контрольных вариантов несколько изменились. В образцах, полученных при комбинировании Bifidobacterium с Streptococcus salivarius ssp. thermophilus, наблюдали незначительный осадок, который после перемешивания равномерно распределялся по всему объему продукта.
В таблице 3 показано изменение активной кислотности опытных и контрольных образцов в процессе хранения при (4±2) °С и итоговые оценки образцов по показателю «консистенция».
Таблица 3 - Результаты органолептический оценки консистенции и изменение активной кислотности (рН) образцов в процессе хранения
Свежевыработанные Через 7 дней хранения
Образец Консистенция, балл рН Консистенция, балл рН
Контроль 3,10±0,1 5,02±0,02 2,7±0,2 4,62±0,03
Опыт 2 4,6±0,2 4,61±0,01 4,4±0,1 4,32±0,01
Опыт 3 4,6±0,1 4,64±0,03 4,6±0,2 4,33±0,02
Опыт 4 4,9±0,1 4,58±0,01 3,0±0,1 4,25±0,03
На рисунке 1 представлены диаграммы, характеризующие эффективную вязкость образцов сразу после сквашивания и по окончании предполагаемого срока годности.
2500
и
12 3 4
■ свежевыработанные образцы ■ образцы на 7 сутки хранения
Рисунок 1 — Изменение эффективной вязкости образцов, сквашенных заквасками: 1 - на кефирных грибках (контроль); 2 - Bifidobacterium; 3 -Bifidobacterium и Lactococcus lactis subsp.; 4 - Bifidobacterium и Streptococcus salivarius ssp. thermophilus
На данной диаграмме видно, что вязкость всех опытных образцов была значительно выше, чем в контрольных образцах. Эти данные коррелируют с результатами органолептической экспертизы, поскольку в опытных образцах значение рН было близким к значению изоэлектри-ческой точки, что говорит о коагуляции казеина.
Более высокие оценки за показатель «консистенция», как видно из таблицы 3, получили все опытные образцы, поскольку им была присуща характерная для большинства сквашенных молочных продуктов вязкая структура. Здесь также прослеживается взаимосвязь между вязкостью и значением активной кислотности образцов. В свежих контрольных моделях, полученных на кефирной закваске, сразу после изготовления не было достигнуто значение изоэлектической точки казеина (рис. 1), несмотря на более длинный процесс сквашивания, а полученный сгусток был менее вязким и несформированным в отличие от опытных образцов. После хранения консистенция контрольных образцов, по мнению дегустаторов, имела такой недостаток, как неоднородность. Также, несмотря на достигнутое значение изоэлектрической точки казеина, вязкость контрольных образцов резко снизилась почти в два раза.
Уменьшение вязкости после холодильного хранения наблюдали и
в образцах с применением комбинации Bifidobacterium и Lactococcus lactis subsp. Следует отметить, что наблюдаемая особенность - снижение вязкости сквашенных образцов по мере хранения не характерно для систем, где присутствует несколько видов гидроколлоидов, которые с течением времени обычно склонны набухать и способствовать загущению систем. В образцах, сквашенных с Bifidobacterium и комбинацией Bifidobacterium и Streptococcus salivarius ssp. thermophilus, после холодильного хранения вязкость закономерно возросла. Такое отличие в изменении вязкости образцов, по-видимому, может быть обусловлено, как численностью жизнеспособных клеток заквасок, так и синтезом разного рода метаболитов, образующихся в результате жизнедеятельности микроорганизмов.
Дальнейшие исследования физико-механических показателей выявили отличия прочности структур образцов (рис. 2).
а б
Рисунок 2 — Показатели устойчивости образцов 1 (контроль); 2 (Bifidobacterium); 3 (Bifidobacterium и Lactococcus lactis subsp.); 4 (Bifidobacterium и Streptococcus salivarius ssp. Thermophilus) к механическому воздействию: а - свежевыработанные, б - на 7 сутки хранения
Как видно на рисунке 2, наибольшую потерю вязкости наблюдали в образцах с применением Bifidobacterium. В тех же условиях опытные образцы, сквашенные комбинацией Bifidobacterium и Streptococcus salivarius ssp. thermophilus, и сразу после получения, и по окончании хранения имели наименьшую потерю вязкости. Это исследование показывает, что Bifidobacterium необходимо сочетать с представителями молочнокислой флоры, чтобы достичь необходимых прочностных характеристик молочно-растительной системы.
Исследуемые показатели потери вязкости имеют большое значение как для технологов, так и для потребителей, поскольку косвенно говорят о способности полученных сгустков сохранять структуру и
противостоять механическим воздействиям в технологическом потоке. Таким образом, с точки зрения реологических свойств и структурно-механических характеристик молочно-растительных сгустков использование комбинации заквасок Bifidobacterium и Streptococcus salivarius ssp. thermophilus наиболее целесообразно в технологии пробиотиче-ского напитка с добавлением гречневой муки и какао.
Материал подготовлен в рамках Государственного задания № FGMF-2022-0002.
Литература:
1. О Стратегии национальной безопасности Российской Федерации : Указ Президента Российской Федерации от 02.07.2021 г. № 400. // Президент России : сайт. - URL : www.kremlin.ru (дата обращения: 06.12.2022).
2. О утверждении Стратегии повышения качества пищевой продукции в Российской Федерации до 2030 года : Постановление Правительства Российской Федерации от 29.06.2016 № 1364-Р // Консультант-Плюс : справочно-правовая система / Компания «КонсультантПлюс». (дата обращения: 09.10.2022).
3. Chekavinskii, A. N. Modelling of food security in the region / A. N. Chekavinskii, R.Yu. Selimenkov // Economic and Social Changes: Facts, Trends, Forecast. - 2014. - № 4(34). - p. 226-235.
4. Ермолина, А.М. Обоснование ингредиентного состава молочного составного продукта методом математического моделирования / А.М. Ермолина, А.А. Абабкова, А.Л. Новокшанова // Молочнохозяй-ственный вестник. - 2022. - № 4(48). - С. 157-165.
5. Забегалова, Г.Н. Исследование реологических и органолеп-тических характеристик функционального кисломолочного продукта с использованием муки зерновых культур / Г.Н. Забегалова, А.М. Ермолина // Современная биотехнология: актуальные вопросы, инновации и достижения : сб. тезисов Всерос. с междунар. участием онлайн-конф. (Кемерово, 21 октября 2020 г.) / [отв. ред. А.Ю. Просеков]. - Кемерово: Кемеровский государственный университет, 2020. - С. 66-68.
6. Наумова, Н.Л. Преимущества пищевой ценности гречневой муки / Н.Л. Наумова, Е.А. Велисевич // MODERN SCIENCE. - 2021. - № 5(1). - С. 27-30.
7. Использование нетрадиционных видов муки в производстве бездрожжевых кексов / Л.Ю. Лаврова, Н.А. Лесникова, Е.Л. Борцова А.И. Балакина // Хлебопродукты. - 2018. - № 6. - С. 58-60.
8. Влияние лигнина и гемицеллюлозы на адсорбционные свойства растительных волокон / А.Р. Ивлева, А.В. Канарский, Я.В. Казаков, Ю.В. Севастьянов // Вестник технологического университета. - 2015.
- Т. 18. - № 17. - С. 123-125.
9. Новокшанова, А.Л. Разработка метода определения гидрофильных свойств пищевых волокон муки / А.Л. Новокшанова, А.М. Ермолина, Н.О. Матвеева // Передовые достижения науки в молочной отрасли : сб. науч. трудов по результатам работы IV Междунар. науч.-практ. конф. (25 октября 2022 года, Вологда-Молочное) // [отв. ред. В.В. Суров]. - Вологда-Молочное : ФГБОУ ВО Вологодская ГМХА, 2022.
- С. 104-109.
10. Функциональные и пребиотические свойства семян гречихи / А.С. Бучилина, П.И. Гунькова, А.Л. Ишевский [и др.] // Вестник международной академии холода. - 2021. - № 4. - С. 45-52.
11. Горькова, И.В. Исследование особенностей химического состава и функционально-технологических показателей гречневой муки молочно-восковой спелости / И.В. Горькова // Вестник ОрелГАУ. - 2007.
- № 4 (7). - С. 37-38.
12. Патент № 2618326 Российская Федерация, МПК А 21 D 13/80. Способ производства кекса : № 2016116357 : заявл. 26.04.2016 : опубл. 03.05.2017, бюл. № 13 / Бухтоярова З.Т., Бугаец Н.А., Конева М.С., Соловьева И.А. ; заявитель и патентообладатель Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Кубанский государственный технологический университет».
References:
1. On the National Security Strategy of the Russian Federation: Decree of the President of the Russian Federation of July 2, 2021, No. 400. Text: electronic. Prezident Rossii: sayt [President of Russia: Site]. Available at: www.kremlin.ru (Accessed 6 December 2022). (In Russian)
2. On approval of the Strategy for improving the quality of food products in the Russian Federation until 2030: Decree of the Government of the Russian Federation dated June 29, 2016, No. 1364-R. Text: electronic. Konsul'tantPlyus: spravochno-pravovaya sistema / Kompaniya «Konsul'tantPlyus» [ConsultantPlus: Legal Reference System / ConsultantPlus Company]. (Accessed October 9, 2022). (In Russian)
3. Chekavinskii A. N., Selimenkov R. Yu. Modeling of food security in the region. Economic and Social Changes: Facts, Trends, Forecast, 2014, No. 4 (34), pp. 226-235. (In English)
4. Ermolina A. M., Ababkova A. A., Novokshanova A. L. Substantiation of the ingredient composition of a dairy compound product by mathematical modeling. Molochnokhozyaystvennyy vestnik [Dairy Bulletin], 2022, No. 4 (48), pp. 157-165. (In Russian)
5. Zabegalova G. N., Ermolina A. M. Study of the rheological and organoleptic characteristics of a functional fermented milk product using
cereal flour. Sovremennaya biotekhnologiya: aktual'nye voprosy, innovatsii i dostizheniya: sbornik tezisov Vserossiyskoy s mezhdunarodnym uchastiem onlayn-konferentsii (Kemerovo, 21 oktyabrya 2020 g.) [Modern Biotechnology: Topical Issues, Innovations and Achievements: a Collection of Abstracts of the All-Russian with International Participation Online Conference (Kemerovo, October 21, 2020)]. Editor-in-chief Prosekov A. Yu. Kemerovo, Kemerovo State University Publ., 2020, pp. 66-68. (In Russian)
6. Naumova N. L., Velisevich E. A. Nutritional benefits of buckwheat flour. MODERN SCIENCE, 2021, No. 5(1), pp. 27-30. (In Russian)
7. Lavrova L. Yu., Lesnikova N. A., Bortsova E. L., Balakina A. I. The use of non-traditional types of flour in the production of yeast-free cakes. Khleboprodukty [Grain Products], 2018, No. 6, pp. 58-60. (In Russian)
8. Ivleva A. R., Kanarskiy A. V., Kazakov Ya.V., Sevast"yanov Yu. V. Effect of lignin and hemicellulose on the adsorption properties of plant fibers. Vestnik tekhnologicheskogo universiteta [Bulletin of the Technological University], 2015, V. 18, No. 17, pp. 123-125. (In Russian)
9. Novokshanova A. L., Ermolina A. M., Matveeva N. 0. Development of a method for determining the hydrophilic properties of dietary fibers of flour. Peredovye dostizheniya nauki v molochnoy otrasli: sbornik nauchnykh trudov po rezul'tatam raboty IV Mezhdunarodnoy nauchno-prakticheskoy konferentsii (25 oktyabrya 2022 goda, Vologda-Molochnoe) [The Latest Scientific Results in the Dairy Industry: Proceedings Based on the Results of the IV International Research-to-Practice Conference (October 25, 2022, Vologda-Molochnoe)]. Editor-in-chief Surov V. V. Vologda-Molochnoe, FGBOU VO Vologda GMKhA Publ., 2022, pp. 104-109. (In Russian)
10. Buchilina A. S., Gun"kova P. I., Ishevskiy A. L., et al. Functional and prebiotic properties of buckwheat seeds. Vestnik mezhdunarodnoy akademii kholoda [Bulletin of the International Academy of Cold], 2021, No. 4, pp. 45-52. (In Russian)
11. Gor"kova I. V. Study of the chemical composition characteristics and functional and technological indicators of buckwheat flour of milky-wax ripeness. Vestnik OrelGAU [Vestnik of the Orel State Agrarian University], 2007, No. 4(7), pp. 37-38. (In Russian)
12. Bukhtoyarova Z. T., Bugaets N. A., Koneva M. S., Solov"eva I. A.; applicant and patent holder the Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education the Kuban" State Technological University. Sposob proizvodstva keksa: № 2016116357 [Cake Production Method: No. 2016116357]. Patent RF, No. 2618326, IPC A 21 D 13/80, appl. on April 26, 2016, publ. on March 3, 2017, Bul. No. 13. (In Russian)
Investigation of structural-mechanical properties of a probiotic drink with the addition of buckwheat flour and
cocoa
Matveeva Nataliya Olegovna, a post-graduate student, the Milk and Dairy Products Technology Chair
e-mail: [email protected]
The Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education the Vologda State Dairy Farming Academy named after N.V. Vereshchagin
Novokshanova Alla L'vovna, Doctor of Sciences (Engineering), Associate Professor, a leading researcher e-mail: [email protected]
The Federal State Budgetary Institution of Science the Federal Research Center of Nutrition and Biotechnology
Ermolina Aleksandra Mikhaylovna, a postgraduate student, the Milk and Dairy Products Technology Chair e-mail: [email protected]
The Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education the Vologda State Dairy Farming Academy named after N.V. Vereshchagin
Ababkova Anna Aleksandrovna, Candidate of Sciences (Engineering), a chemical engineer
e-mail: [email protected]
Joint Stock Company Scientific-Experimental Dairy Plant of the Vologda State Dairy Farming Academy named after N.V. Vereshchagin
Keywords: probiotic drink, skimmed milk, buttermilk, buckwheat flour, cocoa powder, rheological parameters, structural- mechanical properties
Abstract. The object of the study has been the test samples of a probiotic drink with a milk-vegetable basis from skimmed milk and buttermilk in a ratio of 1:1. Buckwheat flour and cocoa powder in an amount of 3% and 2%, respectively, served as an additional source of vegetable nutrients. The test models have been fermented using such starters as Bifidobacterium, as well as the combinations of Bifidobacterium and Lactococcus lactis subsp., Bifidobacterium and Streptococcus salivarius ssp. thermophilus. To improve the organoleptic characteristics, sucrose has been used, the mass fraction of which has been 5%. The method of rotational viscometry has established the influence of the used starters on the rheological and structural-mechanical properties of the obtained models. Experimentally, the best indicators of the samples resistance to physical impact have been got when combining Bifidobacterium and Streptococcus salivarius ssp. Thermophilus starters._
