CC BY
95
УДК 637.146
Изучение реологических характеристик молочных продуктов для персонализированного питания
Юрк Наталия Анатольевна, кандидат технических наук, доцент кафедры товароведения, стандартизации и управления качеством
e-mail: na.yurk@omgau.org
Федеральное государственное образовательное учреждение высшего образования «Омский государственный аграрный университет им. П.А. Столыпина»
Динер Юлия Александровна, кандидат технических наук, доцент кафедры товароведения, стандартизации и управления качеством
e-mail: yua.diner@omgau.org
Федеральное государственное образовательное учреждение высшего образования «Омский государственный аграрный университет им. П.А. Столыпина»
Аннотация. Разработаны новые виды кисломолочных продуктов для персонализированного питания в рамках рынка Фуднет. В разработанных продуктах исследовались реологические характеристики: напряжение сдвига и динамическая вязкость. На основании полученных результатов исследований установлено, что продукты представляют собой псевдопластические жидкости с достаточно высоким коэффициентом корреляции.
Ключевые слова: биопродукт, лактитол, пектин, напряжение сдвига, динамическая вязкость.
В настоящее время в Российской Федерации начата реализация программы Фуднет - это своего рода «дорожная карта» развития сельского хозяйства в стране на базе высоких технологий. В дальнейшем она должна стать основой нового рынка в АПК на базе ультрасовременных технологий, которые могут быть применены как в сельском хозяйстве в целом, так и в перерабатывающей промышленности в частности.
Новый рынок Фуднет будет формироваться под воздействием роста требований потребителей и расширения возможностей производства высококачественной продукции на основе интеллектуализации, автоматизации и роботизации технологических процессов на всем протяжении цикла от производства до потребления.
Важнейшим драйвером изменений рынка Фуднет является понимание изменений опыта и предпочтений в вопросе здоровья, натурального и полезного питания [1].
Персонализированное питание является научным подходом к индивидуальному здоровью каждого человека. В рамках этого подхода особое внимание уделяют категории функциональных продуктов, или «ЬеНег^ог-уои» - инновационному поколению продуктов с добавленной пользой для организма.
Отечественная молочная промышленость, с учетом современных трендов, производит широкий ассортимент функциональных продуктов, в первую очередь - кисломолочных [2].
Кисломолочные продукты являются структурированными системами, частицы дисперсной фазы которых взаимодействуют друг с другом, образуя сетчатую структуру, и придают системе более или менее ярко выраженные свойства твердого тела. Их консистенция и структура в значительной степени зависят от состава и свойств молока, условий хранения молока, вида и активности исходных ассоциа-тов заквасочных культур, режимов пастеризации, гомогенизации, других технологических факторов [3, 4].
В связи с возрастающей необходимостью производства кисломолочных продуктов, обогащенных различными пищевыми добавками, с целью удовлетворения потребностей в продуктах различных категорий населения возникает задача глубокого изучения состава, структурно-механических и функциональных свойств [5].
В настоящее время в молочной промышленности широко используются ингредиенты с доказанным пребиотическим эффектом, позволяющие регулировать вязкость продуктов на различных этапах технологического процесса, предотвращать синерезис при их хранении, благодаря повышению влагоудерживающей способности молочно-белкового сгустка, повышать его прочностные свойства без увеличения содержания жира, что дает возможность вырабатывать с их помощью продукты пониженной калорийности [6].
Пектины - растительные полисахариды сложного строения с молекулярной массой 20-300 кДа. Основной составной частью их молекулы является D-галактуроновая кислота, соединенная а-1,4-гликозидными связями в нитевидную молекулу пектиновой кислоты. Часть карбоксильных групп пектиновых молекул этерифицирована метанолом, а часть вторичных спиртовых групп ацетилиро-вана. Чистый пектин при употреблении с пищей не создает энергетического запаса в организме человека, т.е. является нейтральным [7, 8].
Употребление пищевых продуктов с добавлением пектина позволяет снизить аллергическое, токсикологическое и таксономическое воздействие среды, регу-
лирует обмен веществ и функции органов пищеварения. Кроме того, попадая в кишечник, пектиновые вещества сдвигают рН среды в более кислую сторону, оказывая бактерицидное действие на болезнетворные бактерии [9].
Лактитол (4-О-бета^-галактопиранозил^-сорбит) - рыночное название «Лактит», «Лакти», «Лакти-М» - структурообразующий сахарозаменитель (поли-ол), с низким гликемическим индексом, полученный из лактозы путем уменьшения части глюкозы данного дисахарида.
В настоящее время лактитол может использоваться в качестве пребиотика. Это связано с тем, что, попадая в толстую кишку без изменений, он используется микрофлорой кишечника как источник энергии. По типу метаболизма лактитол похож на пищевые волокна, он не гидролизуется и не всасывается в желудке и тонком кишечнике, а в толстом кишечнике ферментируется сахаролитической микрофлорой, преобразовываясь в низшие жирные кислоты, углекислый газ, водород и биомассу.
Доказано, что лактитол избранно действует на бифидобактерии и лактобацил-лы, это в целом вызывает понижение уровня рН толстой кишки за счет снижения роста гнилостных бактерий, отвечающих за синтез проканцерогенных ферментов [10].
Целью проводимых научных исследований является изучение структуры разрабатываемых молочных продуктов для персонализированного питания.
Объекты исследования:
- биопродукт «Омский-1», в состав которого входят: молоко, микробный консорциум КТСБ и КП (в соотношении 1:7) и лактитол;
- биопродукт «Омский-2», в состав которого входят: сливки, бактериальный концентрат «ВМС-30» GENESIS laboratories и пектин SLENDID ®Тип200.
Реологические исследования структурно-механических свойств биопродуктов проводили на ротационном вискозиметре «Реотест-2». Показания регистрировали при увеличении и последующем уменьшении градиента скорости сдвига (верхняя и нижняя петля гистерезиса) в интервале (0,33 - 185,8) с- 1 и (3,0 -1312) с-1 соответственно. Температура исследуемых биопродуктов при изучении реологических характеристик составляла 20 °С.
Для кисломолочных продуктов вискозиметрические данные, аппроксимируемые уравнением Оствальда-де Вале, обрабатывают на графиках в консистентных переменных, с расчетом параметров напряжения сдвига и динамической вязкости.
Результаты проведенных исследований зависимости напряжения сдвига от скорости сдвига биопродуктов «Омский-1 и «Омский-2», содержащих в своем составе пребиотики лактитол и пектин (соответственно), представлены на рис. 1 и 2.
На рисунках представлено изменение значений напряжения сдвига от скорости сдвига исследуемых биопродуктов. Анализ данных показал, что изучаемые биопродукты «Омский-1» и «Омский-2», обогащенные лактитолом и пектином по сравнению с контрольными образцами, характеризуются более высокой степенью структурированности, что связано с физико-химическими свойствами вносимых пребиотических ингредиентов, воздействие которых основано на осмотическом и снижающем рН механизме действия.
т 200
л с
л
Ц 150
3 ф
| 100
к ср с со
Х 50
70 140
Скорость сдвига, с-1
Биопродукт "Омский-1" (контроль) Биопродукт "Омский-1" (лактитол)
210
Рисунок 1 - Зависимость напряжения сдвига от скорости сдвига биопродукта «Омский-1»
450
400
я 350 С
2 300
СП
3 250 ф
| 200 *
£ 150 с со
100 50 0
0 500 1000 1500
Скорость сдвига, с-1
* Биопродукт "Омский-2" (контроль)
* Биопродукт "Омский-2" (пектин)
Рисунок 2 - Зависимость напряжения сдвига от скорости сдвига биопродукта «Омский-2»
Исследования зависимости напряжения сдвига от его скорости, представленные на рис. 1 и 2, демонстрируют, что кривые течения имеют форму петель гистерезиса, свидетельствующих о частичном восстановлении структуры продуктов. Зависимость динамической вязкости от напряжения или скорости сдвига счи-
0
0
тают основной характеристикой структурно-механических свойств дисперсных систем, описывающей равновесное состояние между процессами восстановления и разрушения структуры в установившемся потоке. Результаты исследования изменения вязкости от скорости сдвига в исследуемых образцах представлены на рис. 3 и 4.
Скорость сдвига, с-1
Биопродукт "Омский-1" (контроль) —Биопродукт "Омский-1" (лактитол)
Рисунок 3 - Зависимость динамической вязкости от скорости сдвига биопродукта «Омский-1»
2000 1800 1600
со
1400
§ 1200 «о к
£ 1000 а
со 800 у
от 600 х
1=1 400
200 0
0 200 400 600 800 1000 1200 1400
Скорость сдвига, с-1
* Биопродукт "Омский-2" (контроль) " Биопродукт "Омский-2" (пектин)
Рисунок 4 - Зависимость эффективной вязкости от градиента скорости сдвига в биопродукта «Омский-2»
При математической обработке экспериментальных данных получены уравнения регрессии, описывающие зависимость динамической вязкости (у) от скорости сдвига (х), представленные в таблице.
Регрессионный анализ зависимости эффективной вязкости от градиента скорости сдвига биопродуктов
Варианты исследований Уравнение регрессии Коэффициент детерминации
Биопродукт «Омский-1» (контроль) у = 0,1901х + 3,1292 Я2 = 0,9983
Биопродукт «Омский-1» (лак-титол) у = 0,2664х + 1,3667 Я2 = 0,9997
Биопродукт «Омский-2» (контроль) у = -0,2311Ып(х) + 3,0919 Я2 = 0,9915
Биопродукт «Омский-2» (пектин) у = -0,3875Ып(х) + 4,2271 Я2 = 0,9959
При анализе экспериментальных данных, представленных на рис. 3 и 4 установлено, что исследуемые биопродукты по своим структурно-механическим свойствам относятся к неньютоновским жидкостям. Кроме того, вносимые пребиоти-ческие ингредиенты в значительной степени влияют на динамическую вязкость и степень структурированности исследуемых объектов. Повышение вязкости наблюдается при небольших скоростях деформации, когда структура исследуемых биопродуктов не разрушена. При больших нагрузках каркас системы разрушается, что приводит к уменьшению искомого показателя.
В соответствии с классификацией академика П.А. Ребиндера структуру биопродуктов можно отнести к коагуляционной, которая образуется путем сцепления
|
ч.> - -
дисперсных частиц через тончайшие остаточные прослойки свободной или адсорб-ционно-связанной с ними дисперсионной среды.
Для коагуляционных структур характерны тиксотропия (самовосстановление структуры после механического разрушения, однако появляющиеся при этом связи менее прочные, чем исходные, за счет образования новых структурных ассоциа-тов) и синерезис (самопроизвольное уплотнение структуры и выделение сыворотки) [8].
Тиксотропия коагуляционных структур позволяет в условиях практически однородного сдвига получать реологические кривые зависимости динамической вязкости от напряжения сдвига, т.е. от равновесной степени разрушения структуры [11, 12].
Необходимо отметить, что разработанные продукты относятся к структурированным дисперсным системам, которые имеют сплошной пространственный каркас, образующийся в результате соприкосновения частиц дисперсной фазы при определенной концентрации.
Таким образом, внесение в биопродукты пребиотических ингредиентов (лак-титола и пектина) повышает не только функциональность биопродуктов, но и улучшает их структурно-механические свойства.
Список литературы:
1. Национальная технологическая инициатива: официальный сайт. - URL: http:///www.nti2035.ru/
2. Артюхова, С.И. Использование пробиотиков и пребиотиков в биотехнологии производства биопродуктов: монография / С.И. Артюхова, Ю.А. Гаврилова. - Омск: Изд-во ОмГТУ, 2010. - 112 с.
3. Забодалова, Л.А. Инженерная реология: учеб.-метод. пособие / Л.А. Забо-далова, М.С. Белозерова. -СПб.: Университет ИТМО, 2016. - 41 с.
4. Пасько, О.В. Изучение качественных показателей ферментированного сливочного биокорректора в процессе его структурообразования / О.В. Пасько, Н.А. Смирнова // Вестник Омского государственного аграрного университета. - 2013.
- № 1 (9). - С. 70 - 73.
5. Артюхова, С.И. Технология биопродукта «Омский» с пробиотическими свойствами / С.И. Артюхова, Ю.А. Гаврилова // Пищевая промышленность. - 2010. - № 10 - С. 68-69.
6. Артюхова, С.И. Основы пищевой биотехнологии и нанотехнологии: учеб. пособие / С.И. Артюхова, Ю.А. Гаврилова. - Омск: Изд-во ОмГТУ, 2010. - 312 с.
7. Смирнова, Н.А. Ферментированный сливочный биокорректор / Н.А. Смирнова // Молочная промышленность. - 2012. - № 1. - С. 69-70.
8. Дунченко, Н.И. Структурированные молочные продукты / Н.И. Дунченко. -М.; Барнаул: Изд-во АлтГТУ, 2002. - 164 с.
9. Смирнова, Н.А. Влияние пектина на свойства ферментированного сливочного биокорректора / Н.А. Смирнова // Молочная промышленность. - 2012. - № 2.
- С. 67 - 68.
10. Артюхова, С.И. Использование лактитола в технологии производства биопродукта / С.И. Артюхова, Ю.А. Гаврилова // Хранение и переработка сельхозсы-рья. - №12. - 2010. - С. 49-50.
11. Косой, В.Д. Реология молочных продуктов / В.Д. Косой, Н.И. Дунченко,
М.Ю. Меркулов. - М.: ДеЛи принт, 2010. - 826 с.
12. Научные и практические аспекты технологии производства молочно-рас-тительных продуктов / Н.Б. Гаврилова, О.В. Пасько, И.П. Каня, С.С. Иванов, М.А. Шадрин. - Омск, 2006. - 336 с.
References:
1. Natsional'naya tekhnologicheskaya initsiativa (National Technology Initiative). Available at: http: /// www.nti2035.ru/
2. Artyukhova S.I., Gavrilova Yu.A. Ispol'zovanie probiotikov i prebiotikov v biotekhnologii proizvodstva bioproduktov [Use of probiotics and prebiotics in biotechnology of bio-product production]. Omsk, OmGTU Publ., 2010. 112 p.
3. Zabodalova, L.A., Belozerova M.S. Inzhenernaya reologiya [Engineering rheology]. St. Petersburg, ITMO University Publ., 2016. 41 p.
4. Pas'ko O.V., Smirnova N.A. Study of quality indicators of fermented creamy biocorrector in its structure forming process. Vestnik Omskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta [Bulletin of the Omsk State Agrarian University], 2013, vol. 9, no. 1, pp. 70-73. (In Russian)
5. Artyukhova S.I., Gavrilova Yu.A. Technology of Omsky bioproduct with probiotic properties. Pishchevaya promyshlennost' [Food industry], 2010, no.10, pp. 68-69. (In Russian)
6. Artyukhova S.I., Gavrilova Yu.A. Osnovy pishchevoy biotekhnologii i nanotekhnologii [Basics of Food Biotechnology and Nanotechnology]. Omsk, OmGTU Publ., 2010. 312p.
7. Smirnova N.A. Fermented creamy biocorrector. Molochnaya promyshlennost' [Dairy Industry], 2012, no.1, pp. 69-70. (In Russian)
8. Dunchenko N.I. Strukturirovannye molochnye produkty [Structured dairy products]. Barnaul, AltGTU Publ., 2002. 164 p.
9. Smirnova N.A. Pectin influence of on the properties of fermented creamy biocorrector. Molochnaya promyshlennost' [Dairy Industry], 2012, no. 2, pp. 67 -68. (In Russian)
10. Artyukhova S.I., Gavrilova Yu.A. Use of laktitol in the production technology of a bioproduct. Khranenie i pererabotka sel'khozsyr'ya [Storage and processing of agricultural raw materials], 2010, no. 12, pp. 49-50. (In Russian)
11. Kosoy V.D., Dunchenko N.I., Merkulov M.Yu. Reologiya molochnykh produktov [Rheology of dairy products]. Moscow, DeLi Print Publ., 2010. 826p.
12. Gavrilova N.B., Pas'ko O.V., Kanya I.P., Ivanov S.S., Shadrin M.A. Nauchnye i prakticheskie aspekty tekhnologii proizvodstva molochno-rastitel'nykh produktov [Scientific and practical aspects of production technology of dairy and vegetable products]. Omsk, 2006. 336p.
Study of rheological characteristics of dairy products for
personalized nutrition
Yurk Nataliya Anatol'evna, Candidate of Science (Technics), Associate Professor of Commodity Science, Standardization and Quality Management Chair e-mail: na.yurk@omgau.org
Federal State Educational Institution of Higher Education Omsk State Agricultural University named after P.A. Stolypin
Diner Yuliya Aleksandrovna, Candidate of Science (Technics), Associate Professor of Commodity Science, Standardization and Quality Management Chair e-mail: na.yurk@omgau.org
Federal State Educational Institution of Higher Education Omsk State Agricultural University named after P.A. Stolypin
Abstract. New types of fermented dairy products have been developed for personalized nutrition within the Foodnet market. Such rheological characteristics as shear stress and dynamic viscosity have been investigated in the developed products. The study has shown that the products are pseudoplastic liquids with a high correlation coefficient.
Keywords: bioproduct, lactitol, pectin, shear stress, shear viscosity.
