CC BY
14
УДК 637.344
DOI 10.52231/2225-4269_2023_2_116
Исследование влияния псиллиума на условную и эффективную вязкости творожной сыворотки
Габриелян Дина Сергеевна, кандидат технических наук, доцент кафедры технологии молока и молочных продуктов
e-mail: [email protected]
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Вологодская государственная академия имени Н.В. Верещагина»
Неронова Елена Юрьевна, кандидат технических наук, доцент кафедры технологии молока и молочных продуктов
e-mail: [email protected]
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Вологодская государственная академия имени Н.В. Верещагина»
Новокшанова Алла Львовна, доктор технических наук, доцент, ведущий научный сотрудник
e-mail: [email protected]
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки «Федеральный исследовательский центр питания, биотехнологии и безопасности пищи»
Ключевые слова: творожная сыворотка, псиллиум, пищевые волокна, условная вязкость, эффективная вязкость.
Аннотация. Перспективным направлением переработки жидкой сыворотки является её загущение с помощью натуральных пищевых агентов. В связи с этим исследована возможность использования ингредиента растительного происхождения, получаемого из семян подорожника яйцевидного (псиллиума), в качестве желирующего агента. Изучено влияние псиллиума на показатели условной и эффективной вязкости систем на основе творожной сыворотки. Установлено, что внесение псиллиума в творожную сыворотку в интервале от 2,0 до 4,0 %, вело к нелинейному увеличению условной вязкости систем относительно добавленного псиллиума. Анализ эффективной вязкости модельных образцов в зависимости от скорости
деформации показал, что наилучшими прочностными свойствами обладали образцы, содержащие 3,5 % псиллиума.
Переработку сыворотки в молочной промышленности без преувеличения можно признать кризисом отрасли. Примерно 70-80 % молочной сыворотки, не используемой на пищевые цели, фактически представляют собой потери лактозы, белка, молочной кислоты и различных биологических активных соединений. Подсчитано, что в стоимостном выражении ежегодный ущерб от этих потерь достигает 98 млрд руб. [1]. Современная экономически обоснованная переработка сыворотки предполагает ее фракционирование с помощью мембранных процессов, однако по разным причинам в РФ эти технологии освоены крайне ограниченно [2, 3]. Тем не менее объем производства сыворотки, по мнению аналитиков, в ближайшей перспективе будет нарастать.
С учетом этого любая возможность сохранения сыворотки в пищевой цепи является актуальной. На наш взгляд перспективным направлением переработки жидкой сыворотки является ее загущение с помощью натуральных пищевых агентов и производство желированных продуктов. Традиционно с этой целью в пищевой промышленности использовали желатин, пектин, агар-агар, крахмал и продукты его переработки.
Относительно недавно на отечественном рынке появился новый желирующий агент псиллиум. Это ингредиент растительного происхождения, получаемый из семян растения рода Plantago: Planta-goovata (подорожника яйцевидного).
Приоритет использования псиллиума, пожалуй, принадлежит медицине. На основе растительных пищевых волокон из оболочки семян подорожника овального (Plantago ovata), известных также как псиллиум (psyllium), создан лекарственный препарат Мукофальк®, отвечающий всем характеристикам пребиотических препаратов. Описано более 50 рандомизированных клинических исследований препаратов на основе псиллиума, которые хорошо зарекомендовали себя в гастроэнтерологической практике [4]. Клинически установлено, что длительный прием псиллиума на протяжение шести месяцев не влияет на всасывание витаминов и минеральных веществ, что очень благоприятно для обмена веществ в организме [5].
Пищевые волокна псиллиума состоят из трех фракций, каждая из которых обеспечивает лечебный эффект при различных нарушениях функций кишечника (табл. 1). Гельформируюшая фракция псиллиума, представляющая собой высокоразветвленный арабиноксилановый олигосахарид, является медленно ферментируемым пребиотиком, и оказывает бифидогенный эффект на более дистальные части толстой кишки, таким образом расширяя зону действия псиллиума [6]._
Таблица 1 - Характеристика фракционного состава волокон псиллиума
Фракция Массовая доля, % Характеристика Функция при переваривании в кишечнике
А 30 Растворима в щелочной среде, неферментируемая бактериями Обеспечивает нормализующее моторику действие
В 55 Высокоразветвленный арабиноксилан,частично ферментируемый Связывает желчные кислоты, способствуя тем самым снижению уровня холестерина; при диарее обеспечивает закрепляющее действие за счет связывания излишков воды и энтеротоксинов
С 15 Вязкая и быстроферментируемая кишечными бактериями Проявляет пребиотическое действие, стимуляцией роста бифидо- и лактобактерий и активным образованием короткоцепочечных жирных кислот, являющихся основным источником энергии для эпителия толстой кишки
Высокое содержание пищевых волокон в псиллиуме - до 80-85% представляет научный и практический интерес в технологическом плане. Как видно из таблицы 1, большую часть пищевых волокон псиллиума составляет нерастворимая в воде фракция, которая может обеспечить структурирование жидких пищевых систем. Следовательно, используя псиллиум в рецептурах для желирования продуктов можно, одновременно достичь, их обогащения пищевыми волокнами.
В научной литературе и технологической практике есть примеры использования псиллиума в производстве киселей, батончиков для перекуса, безглютенового хлеба, вареной колбасы [7-10]. Однако для загущения молочной сыворотки псиллиум ранее не использовали. Новизна исследований заключается в изучении влияния псиллиума на показатели условной и эффективной вязкости систем на основе творожной сыворотки.
Цель работы состояла в изучении степени загущения творожной сыворотки путем добавления разных количеств псиллиума.
Объектами исследования служили:
- волокна псиллиума в виде порошка (изготовитель ИП Семисотов А.В., г. Лобня, Московская область);
- сыворотка, получаемая от производства творога на непрерывно-
поточной линии (АО «Учебно-опытный молочный завод» ВГМХА им. Н.В. Верещагина)
- модельные системы из сыворотки и псиллиума.
Исследования проводили с использованием стандартных методов. Состав сыворотки анализировали на приборе Milkoskan FT методом инфракрасной спектроскопии. Активную кислотность определяли потенциометрическим методом с помощью рН-метра марки pH-150МИ [11]. Титруемую кислотность - титриметрическим методом с применением индикатора фенолфталеина [12].
Критериями загущения сыворотки в присутствии псиллиума служили показатели вязкости.
Условную язкость сыворотки с псиллиумом определяли по времени истечения определенного объема образца из лабораторного вискозиметра В3-246.
Эффективную вязкость исследовали с помощью измерительного устройства S3 и S2 на ротационном вискозиметре марки «Реотест 2.1». Расчет эффективной вязкости вели по формуле 1:
Г] =-■ 100; (1)
у
где h - эффективная вязкость, Па-с; т - сдвигающее напряжение, 10-1 Па; у - скорость сдвига, с-1.
Статистическую обработку результатов вели по данным трех повторностей с использованием пакета программ Microsoft Excel.
Экспериментальным путем установлено, что сыворотка творожная, соответствовала требованиям стандарта [13]. Массовая доля жира в сыворотке была (0,08±0,02) %, белка - (0,73±0,04) %, лактозы -(4,57±0,02) %. Общее содержание сухих веществ в сыворотке колебалось от 5,52 до 5,56 %. Сыворотка имела титруемую кислотность (60±2,00) °Т и активную - (3,96±0,05) единиц рН.
По данным производителя, указанным на упаковке, содержание пищевых волокон в псиллиуме составляло 80 %. Согласно нормативной документации, пищевой продукт является источником пищевых волокон, если их содержание в жидкости составляет не менее 1,5 г на 100 мл [14]. С учетом этой информации и на основании пищевой ценности псиллиума, для формирования модельных систем выбран интервал варьирования данного ингредиента от 2 до 4 %.
Модельные системы готовили следующим образом. В пять лабораторных стеклянных стаканчиков вместимостью 120 см3 вносили навески псиллиума в диапазоне от 2,0 до 4,0 г с шагом 0,5 г. К навескам при осторожном помешивании приливали по 100 см3 творожной сыворотки с температурой (20±2) оС. Пробы тщательно перемешивали
и оставляли в покое при этой же температуре для набухания пищевых волокон на 15 минут.
Творожная сыворотка представляетсобой слабоструктурированную коагуляционную систему [3]. После набухания псиллиума в сыворотке модельные смеси, по-прежнему, представляли собой подвижные, но гораздо более вязкие жидкости, чем исходная сыворотка. Внешне образцы выглядели непрозрачными, имели светло-кремовый цвет, также в них были заметны частицы нерастворимых пищевых волокон.
С увеличением в модельных растворах массовой доли псиллиума даже визуально было замечено повышение вязкости, что подтверждено приборными методами.
Образцы имели выраженный сывороточный вкус, это говорит о том, что псиллиум практически не оказывает влияния на вкусовые характеристики модельных растворов.
Результаты исследования условной вязкости модельных растворов в зависимости от доли вносимого псиллиума представлены на рисунке 1.
2,0 2,5 3,0 3,5 4,0
Массовая доля псиллиума, %
Рисунок 1 — Условная вязкость сыворотки в зависимости от содержания в ней псиллиума
Математической обработкой результатов, полученных при определении условной вязкости, установлена полиноминальная зависимость, описываемая уравнением:
Y = 2,6757х2 - 9,0963х + 10,08.
Как видно на рисунке 1, при внесении 3,5 и 4,0 % псиллиума условная вязкость многократно увеличилась по сравнению с образцами, содержащими от 2,0 до 3,0 % псиллиума.
Реологические свойства изучали по изменению эффективной вязкости, определяющей технологические свойства дисперсных систем.
Методом ротационном вискозиметрии получены скоростные характеристики модельных образцов, графические и математические зависимости которых представлены, соответственно, на рисунке 2 и в таблице 2.
Рисунок 2 — Скоростные характеристики модельных образцов с разным содержанием псиллиума
Установлено, что эффективная вязкость творожной сыворотки с псиллиумом мПахс) зависит от скорости деформации (д, с-1) и подчиняется степенной зависимости Оствальда-де-Виля. Показатель степени, основанием которой является скорость сдвига (деформации), называют темпом разрушения структуры (т).
Таблица 2 - Математические зависмости эфффективной вязкости от скорости деформации модельных образцов
Коэффициент
Массовая доля псиллиума, % Уравнение зависимости достоверности аппроксимации, Я2
2,0 п = Ю57,3Г0'427 0,9608
2,5 П = 1488,7Г0'465 0,9846
3,0 П = 2126,9^0'5 0,9925
3,5 П = 4641^М51 0,9934
4,0 П = 8714^0'555 0,9981
Поскольку графические зависимости разрушения структур в ходе нарастания нагрузки тесно соприкасаются друг с другом в большей части диапазона скоростей, рисунок 2 имеет слабую информативность. Для выявления влияния массовой доли псиллиума на эффективную вязкость сыворотки выполнено логарифмирование экспериментальных данных.
После логарифмирования влияние скорости сдвига на эффективную вязкость сыворотки с разным содержанием псиллиума приняло линейную форму зависимости (табл. 3; рис. 3).
Таблица 3 - Данные по скоростным характеристикам модельных образцов
Массовая доля псиллиума, % Уравнение Коэффициент достоверности аппроксимации, Я2 tg в
2,0 |дп = -0,4516 ^ + 3,1519 й.2= 0,9645 0,4516
2,5 |дп = -0,4801 ^ + 3,3 ^2= 0,9853 0,4801
3,0 |дп = -0,5003 ^ + 3,4476 Я2= 0,9887 0,5003
3,5 |дп = -0,4267 ^ + 3,9657 ^2= 0,996 0,4267
4,0 |дп = -0,5634 ^ + 4,3461 ^2= 0,9853 0,5634
Рисунок 3 — Зависимость эффективной вязкости модельных образцов от скорости деформации
На графиках (рис. 3) видно, что наибольшей вязкостью обладал образец, содержащий 4 % псиллиума.
В качестве оценки прочностных свойств принят угловой коэффициент [15]. Судя по наименьшему значению тангенса угла, а, следовательно, и меньшему индексу течения, наибольшими прочностными свойствами обладали образцы, содержащие 3,5 % псиллиума. Далее по убыванию следовали образцы, содержащие соответственно 2,0; 2,5; 3,0 и 4,0 % псиллиума.
На основании выполненных исследований можно сделать несколько выводов.
В интервале массовой доли псиллиума от 2,0 до 4,0 % образцы творожной сыворотки сохраняли хорошие вкусовые характеристики, текучесть, но становились более густыми.
Внесение псиллиума в творожную сыворотку при дальнейшем термостатировании образцов при (20±2) оС в течение 15 минут вело к нелинейному увеличению условной вязкости систем относительно добавленного псиллиума.
С точки зрения физико-механических свойств системы на основе творожной сыворотки и псиллиума в условиях эксперимента были охарактеризованы как псевдопластичные структуры.
По результатам анализа эффективной вязкости модельных образцов в зависимости от скорости деформации наилучшими прочностными свойствами обладали образцы, содержащие 3,5 % псиллиума._
Работы планируется продолжать в направлении исследования псиллиума разных производителей, а также в плане изучения сочетания данного ингредиента с другими видами молочного сырья для возможности создания обогащенных пищевых продуктов.
Литература:
1. Современное состояние рынка вторичных сырьевых ресурсов молочной промышленности / А.Г. Кручинин, А.В. Бигаева, С.Н. Туровская, Е.Е. Илларионова // Ползуновский вестник. - 2022. - № 4. Т. 1. - С. 140-148. DOI: 10.25712/ASTU.2072-8921.2022.04.018. EDN: https://elibrary.ru/UHSMMD
2. Габриелян, Д.С. Желированные десертные продукты с использованием фракционных компонентов творожной сыворотки / Д.С. Габриелян, В.А. Грунская // Молочнохозяйственный вестник. -2020. - № 2(38). - С. 156-168.
3. Матвеева, Н.О. Исследование состава и физико-химических свойств концентрата творожной сыворотки, полученного нанофильтрацией / Н.О. Матвеева, А.Л. Новокшанова, В.А. Шохалов // Молочнохозяйственный вестник. - 2020. - № 3(39), III кв. - С. 121-128.
4. Ардатская, М.Д. Клиническое применение пищевых волокон: метод. пособ. / М. Д. Ардатская. - М.: 4ТЕ Арт, 2010. - 48 с.
5. Aldoori W.H. The protective role of dietary fiber in diverticular disease // Adv Exp Med Biol. - 1997. - Vol. 427. - Рр. 291-308.
6. Бельмер, С.В. Короткоцепочечные жирные кислоты в лечении функциональных заболеваний кишечника у детей : теорет. обоснование и практ. применение / С.В. Бельмер, М.Д. Ардатская, А.Н. Акопян. - М.: Прима Принт, 2015. - 48 с.
7. Патент № 2016 118 036 Российская Федерация, МПК51 A23L 2/38, A23L 33/21. Способ получения киселей питьевых с пищевыми волокнами : RU 2021135554 : заявл. 02.12.2021 : опубл. 25.08.2022 / Щербинин В.В., Голуб О.В., Чекрыга Г.П. Мотовилов О.К.; заявитель и патентообладатель : Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Сибирский федеральный научный центр агробиотехнологий Российской академии наук (СФНЦА РАН).
8. Патент № 2 753 621 Российская Федерация, МПК51 A23L 7/117, A23L 33/00, A23L 33/10, A23L 33/21, A23L 29/238. Батончики для перекуса, содержащие псиллиум: RU 2016118036 : заявл. 06.11.2014: опубл. 11.12.2017 / Джамп М. Л., Томан Л. Д., Зюидема Т. Л.; заявитель и патентообладатель : ДЗЕ ПРОКТЕРЭНД ГЭМБЛ КОМПАНИ.
9. Патент № 2016 118 036 Российская Федерация, МПК51 A21D 13/066. Безглютеновый формованный хлеб: RU 2020143357 : заявл. 28.12. 2020 : опубл. 18.08.2021 /Бекишева Е.Н., Макитова А.Х. , Шмакова С.В.; заявитель и патентообладатель : Шмакова С. В..
10 Патент № 2 653 727 Российская Федерация, МПК51 A23L 16/60, A22C 11/00, СПК52 A23L 13/30, A23L 13/65, A22C 11/00. Оптимальный состав колбасы вареной, обогащенной мукой из оболочек семян подорожника блошного Plantago psyllium L: RU 207126913 : заявл. 26.07.2017 : опубл. 14.05.2018 / Алешков А.В., Потоцкая А.С., Кольцов И.П., Стрельникова Н.В; заявитель и патентообладатель : Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Дальневосточный государственный медицинский университет «Министерства здравоохранения Российской федерации (ФГБОУ ВО ДВГМУ Минздрава России).
11. ГОСТ 32892-2014 Молоко и молочная продукция. Метод измерения активной кислотности (с Поправками). - М.: Стандартинформ, 2015, 10 с.
12. ГОСТ3624-92Молокоимолочнаяпродукция.Титриметрические методы определения кислотности - М.: Стандартинформ, 2009, 9 с.
13. ГОСТ 34352-2017. Сыворотка молочная - сырье. Технические условия / Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии. - М.: Стандартинформ, 2018. - 8 с.
14. Технический регламент Таможенного союза ТР ТС 022/2011 «Пищевая продукция в части ее маркировки». Утвержден решением Комиссии Таможенного союза № 881 от 9 декабря 2011 г.
15. Соколова, М.В. Определение органолептических и реологических показателей модельных образцов простокваши с брусничным соком и толокном / М.В. Соколова, Е.Ю. Неронова, Т.Ю. Бурмагина // Технологии и продукты здорового питания: материалы XII национ. науч.-практич. конф. с межд. участием, 17-18 дек. 2020 г. Саратов, 2021. С. 630-633.
References:
1. Kruchinin A.G., Bigaeva A.V., Turovskaya S.N., Illarionova E.E. The current condition of the market of secondary raw materials for dairy industry. Polzunovskiy vestnik [Polzunovsky Bulletin], 2022, no. 4, vol. 1, pp. 140-148. Available at: https://elibrary.ru/UHSMMD (In Russian) - Text electronic
2. Gabrielyan D.S., Grunskaya V.A. Gelated dessert products with fractional components of curd whey. Molochnokhozyaystvennyy vestnik [Dairy Bulletin], 2020, no. 2(38), pp. 156-168. (In Russian) - Text direct
3. Matveeva N.O., Novokshanova A.L., Shokhalov V.A. Study of composition and physico-chemical properties of nanofiltrated curd whey concentrate. Molochnokhozyaystvennyy vestnik [Dairy Bulletin], 2020, no. 3 (39), part III, pp. 121-128. (In Russian) - Text direct
4. Ardatskaya M.D. Klinicheskoe primenenie pishchevykh volokon [Clinical application of dietary fiber]. Moscow, 4TE Art Publ., 2010. 48 p. -Text direct
5. Aldoori W.H. The protective role of dietary fiber in diverticular disease. Adv Exp Med Biol. 1997, Vol. 427. pp. 291-308. - Text direct
6. Bel'mer S.V., Ardatskaya M.D., Akopyan A.N. Korotkotsepochechnye zhirnye kisloty v lechenii funktsional'nykh zabolevaniy kishechnika u detey : teoreticheskoe obosnovanie i prakticheskoe primenenie [Short-chain fatty acids in the treatment of functional intestinal diseases in children: theoretical justification and practical application]. Moscow, Prima Print Publ., 2015. 48 p. - Text direct
7. Shcherbinin V.V., Golub O.V., Chekryga G.P., Motovilov O.K. Sposob polucheniya kiseley pit'evykh s pishchevymi voloknami [Method of obtaining drinking jelly with dietary fibers]. Patent RF, no. 20l6 118 036. 2022. - Text direct
8. Dzhamp M.L., Toman L.D., Zyuidema T.L. Batonchiki dlya perekusa, soderzhashchie psillium [Snack bars with psyllium]. Patent RF, no. 2753621. 2017. - Text direct
9. Bekisheva E.N., Makitova A.Kh., Shmakova S.V. Bezglyutenovyy formovannyy khleb [Gluten-free molded bread]. Patent RF, no. 2016 118 036. 2021. - Text direct
10. Aleshkov A.V., Pototskaya A.S., Kol'tsov I.P., Strel'nikova N.V. Optimal'nyy sostav kolbasy varenoy, obogashchennoy mukoy iz obolochek semyan podorozhnika bloshnogo Plantago psyllium L. [Optimal composition of boiled sausage enriched with flour from ispaghula (Plantago psyllium L.) seed shells]. Patent RF, no. 2 653 727. 2018. - Text direct
11. State Standard 32892-2014 Milk and dairy products. Method of measuring active acidity (as amended). Moscow, Standartinform Publ., 2015. 10p. (In Russian). - Text direct
12. State Standard 3624-92 Milk and dairy products. Titrimetric methods for determining acidity. Moscow, Standartinform Publ., 2009. 9p. (In Russian) - Text direct
13. State Standard 34352-2017. Milk whey as a raw material. Technical specifications. Moscow, Standartinform Publ., 2018. 8p. (In Russian) - Text direct
14. Technical Regulations of the Customs Union TR CU 022/2011 «Food products in terms of their labeling». Approved by the decision of the Customs Union Commission, no. 881 dated from December 9, 2011. - Text direct
15. Sokolova M.V., Neronova E.Yu., Burmagina T.Yu. Determination of organoleptic and rheological parameters of model samples of curdled milk with lingonberry juice and oatmeal. Materialy 12 natsional'noy nauchno-prakticheskoy konferentsii s mezhdunarodnym uchastiem «Tekhnologii i produkty zdorovogo pitaniya» [Proc. 12th National scientific and practical conference with international participation «Technologies and healthy food products»]. Saratov, 2021, pp.630-633. (In Russian) - Text direct_
Study of psyllium effect on conditional and effective
viscosity of curd whey
Gabrielyan Dina Sergeevna, Candidate of Science (Technics), Associate Professor of the Milk and Dairy Product Technology Chair
e-mail: [email protected]
Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education Vologda State Dairy Farming Academy named after N.V. Vereshchagin
Neronova Elena Yur'evna, Candidate of Science (Technics), Associate Professor of the Milk and Dairy Product Technology Chair
e-mail: [email protected]
Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education Vologda State Dairy Farming Academy named after N.V. Vereshchagin
Novokshanova Alla L'vovna, Doctor of Science (Technics), Associate Professor, leading researcher
e-mail: [email protected]
Federal State Budgetary Institution of Science Federal Research Center for Nutrition, Biotechnology and Food Safety
Keywords: curd whey, psyllium, dietary fiber, conditional viscosity, effective viscosity
Abstract. A promising direction in liquid whey processing is its thickening with natural food agents. In this regard, the authors have investigated the possibility of using a plant origin ingredient obtained from the blond psyllium (psyllium) seeds being as a gelling agent. The present work describes psyllium effect on conditional and effective viscosity of systems based on curd whey. It has been found that the introduction of psyllium into the curd whey in the amount from 2.0 to 4.0% results in a nonlinear increase in the conditional viscosity of the systems relative to the added psyllium. The analysis of effective viscosity of the model samples depending on the deformation rate has showed that the samples containing 3.5% psyllium have the best strength properties.
