CC BY
0
международная научно-практическая конференция , t „Молоко 2050: наукоемкие РЕШЕНИЯ
ФУНКЦИОНАЛЬНОЕ ПИТАНИЕ
Научная статья
УДК 637.14.04.07:637.051
DOI: 10.52653/PPI.2022.3.3.016
методологические аспекты проектирования цельномолочных продуктов с повышенной относительной биологической ценностью
Зинаида Семеновна Зобкова
внии молочной промышленности, москва, z_zobkova@vnimi.org
Аннотация. Разработан алгоритм проектирования обогащенного кисломолочного продукта с расширенной областью оценочных критериев. Отобраны обогащающие добавки для проектируемого кисломолочного продукта, определены диапазон их доз и характер влияния на показатели готового продукта. Методом биотестирования с использованием модели Tetrahymena pyriformis определен критерий оптимальности - показатель относительной биологической ценности (ОБЦ) кисломолочного продукта, обогащенного функциональными пищевыми ингредиентами в различных сочетаниях: лактулозой, поливитаминным премиксом, ПНЖК (Омега-3), антиоксидантами в виде сухого экстракта виноградных косточек, содержащего 96 % олигомерных проантоцианидинов. Определена зависимость относительной биологической ценности (ОБЦ) от вида выбранных функциональных пищевых компонентов. Установлен наивысший показатель ОБЦ проектируемого кисломолочного продукта, равный 160-170 % по отношению к контролю (100 %), содержащий поливитаминный премикс Н33053 и лактулозу. Изучены реологические характеристики (эффективная вязкость, влагоудержи-вающая способность) разработанного обогащенного кисломолочного продукта. Отмечен самый высокий показатель влагоудерживаю-щей способности (85,3 %) в опытном образце обогащенного кисломолочного продукта, изготовленного с добавлением экстракта виноградной косточки и лактулозы. Наивысший показатель относительной вязкости (Па-с) составлял около 118 %, в то время как в контроле этот показатель был около 59 %. Разработаны прикладная компьютерная программа для решения рецептурных задач, технологический регламент для производства обогащенного кисломолочного продукта. Разработанная ВНИМИ на основе применения экспресс-метода оценки ОБЦ и выбранных критериев методология проектирования цельномолочных продуктов повышенной относительной биологической ценности (ОБЦ) была успешно апробирована в производстве йогурта с сахаром, изготовленного резервуарным способом, с добавлением стабилизирующих добавок, а также кисломолочного продукта, обогащенного функциональными ингредиентами. Полученные результаты позволили перейти к новому этапу исследований, связанных с изучением особенностей адаптации разработанной методики ОБЦ-оценки к технологиям творога и творожных продуктов, в том числе влияния на ОБЦ физико-химических показателей творога (массовая доля белка, лактоза, кислотность), значительно отличающихся от аналогичных показателей исследуемых ранее продуктов. Предстоит изучить влияние способов производства различных видов творога на показатели ОБЦ.
Ключевые слова: обогащенный кисломолочный продукт, относительная биологическая ценность, биотестирование, адаптационная интеграция методологии создания цельномолочных продуктов
Для цитирования: Зобкова З. С. Методологические аспекты проектирования цельномолочных продуктов с повышенной относительной биологической ценностью // Пищевая промышленность. 2022. № 3. С. 68-71.
Original article
Aspects of the adaptive integration of the design methodology for whole milk products with an increased relative biological value
Zinaida S. Zobkova
All-Russian Dairy Research Institute, Moscow, z_zobkova@vnimi.org
Abstract. An algorithm for the design of enriched sour-milk product with an extended area of extended criteria is developed. The enriching additives for the designed sour-milk product have been selected, the range of their doses and the nature of their influence on the indicators of the finished product have been determined. By the method of biotesting using the Tetrahymena pyriformis model, the criterion of optimality -the relative biological value index (RBV) of sour-milk product enriched with functional food ingredients in various combinations: lactulose, multivitamin premix, PUFA (Omega-3), antioxidants in the form of a dry extract of grape seeds containing 96 % oligomeric proanthocyanidins was defined. Dependence of relative biological value (RBV) on a type of the chosen functional food components is defined. The highest RBV value of the designed sour-milk product was established, equal to 160-170 % with respect to the control (100 %), containing multivitamin premix H33053 and lactulose. Rheological characteristics (effective viscosity, moisture-holding capacity of the developed enriched sour-milk product) were studied. The highest index of water-holding capacity (85.3 %) was observed in the experimental sample of the enriched sour-milk product made with the addition of grape-seed extract and lactulose. The highest relative viscosity index (Pa-s) was about 118 %, while in the control this index was about 59 %. The applied computer program for solving prescription problems and technological regulations for the production of enriched sour-milk product were developed. The methodology for designing whole-milk products of increased relative biological value (RBV), developed by VNIMI on the basis of the application of the express method of RBV evaluation and the selected criteria, was successfully tested in the production of sour-milk products: yogurt with sugar, made by tankage method with the addition of stabilizing additives, as well as in the production of sour-milk product enriched with functional ingredients. The results obtained allowed to proceed to a new stage of research related to the study of the peculiarities of adaptation of the developed methodology of RBV evaluation to the technologies of curd and curd products, including the influence on RBV of physical and chemical parameters of curd (mass fraction of protein, lactose, acidity) that significantly differ from similar parameters of the products studied earlier. The influence of production methods of different types of curd on the indicators of RBV is also to be studied.
Keywords: enriched fermented milk product, relative biological value, biotesting, adaptive integration of the methodology for creating whole milk products
For citation: Zobkova Z. S. Aspects of the adaptive integration of the design methodology for whole milk products with an increased relative biological value // Food processing industry. 2022;(3):68-71 (In Russ.).
Автор, ответственный за переписку: Зинаида Семеновна Зобкова, z_zobkova@vnimi.org
Corresponding author: Zinaida S. Zobkova, z_zobkova@vnimi.org
© Зобкова З. С., 2022
68
3/2022 пищевая промышленность issn 0235-2486
МОЛОКО 2050: НАУКОЕМКИЕ РЕШЕНИЯ.
FUNCTIONAL NUTRITION
Введение. В условиях динамично развивающихся рынков и глобальных изменений в логистических цепях, а также сопутствующей тенденции продления сроков годности пищевой продукции существенно расширяется ее ассортимент и видоизменяются традиционные технологии [1]. Эти процессы предопределяют необходимость расширения области оценочных критериев качества продукции, актуализируют соответствующие разработки, представляющие научно-практический интерес и имеющие первостепенное социальное и хозяйственное значение.
Цель исследований - адаптационная интеграция методологии создания цельномолочных продуктов с повышенной относительной биологической ценностью на основе биотестирования сложных поликомпонентных систем и последующий трансфер наукоемких промышленных решений в развитие положительных тенденций питания населения.
объекты и методы исследования.
Объектами исследований являлись образцы кисломолочного продукта с учетом технологических ограничений и с использованием следующих обогащающих компонентов: премикс Н33053 (содержит следующие витамины: С, A, D3, Е, В,, В2, В6, В12, РР, фолиевую кислоту, экстракт виноградной косточки (м.д. олигомерных проантоцианидинов 96 %), MEG3-DHA (омега-3 полиненасыщенные жирные кислоты), концентрат лактулозы (массовая доля лактулозы составляет 0,35 г на рекомендуемую суточную порцию (200 г) или 1,5 г на 1 л). С учетом того, что около 15 % лактулозы потребляют молочнокислые микроорганизмы закваски, рекомендуемая норма лактулозы составляет 2 г на 1 л продукта.
В качестве заквасочных культур были использованы штаммы термофильного молочнокислого стрептококка 6кб и болгарской палочки Л37/7, подобранные в коллекции лаборатории микробиологии ФГАНУ «ВНИМИ». Данные штаммы обладают способностью образовывать средне-вязкие сгустки с удовлетворительной влагоудерживающей способностью.
В работе задействованы общепринятые методы исследований, а также ряд оригинальных методик, в частности структурно-механические характеристики (относительная эффективная вязкость) определяли с применением вискозиметра Брукфильда (Brookfield Engineering Labs., Inc. модель DV-II+Pro, США) с концентрическими цилиндрами (шпиндель SC4-21) при 20±2 °С в диапазоне изменения скорости сдвига (у): 0,093+9,3 с-1. Коэффициент эффективной вязкости при единичном значении скорости сдвига (коэффициент «консистентности») Во* вычисляли путем аппроксимации кривых течения уравнением Освальда де Валле (Power Law) для псевдопластичной среды (величина достоверности аппроксимации R2 >0,97):
Пэф = Во*(гЛ>-1 ,
где у1 - скорость сдвига, равная 1 с-1, п -индекс течения, характеризующий угол наклона линии течения в логарифмических шкалах.
Влагоудерживающую способность ^ = 100 (10^)/10, где V - объем выделившейся сыворотки из 10 мл сгустка, об.%) определяли методом центрифугирования 10 мл разрушенного сгустка (при температуре 20 °С) в течение 30 мин при факторе разделения F = 750.
Сравнительные биологические исследования продукта выполняли методами биотестирования на тест-организмах Tetrahymena pyr¡form¡s в условиях ВНИИВСГЭ - филиал ФГБНУ ФНЦ ВИЭВ РАН с учетом ГОСТ 31674-2012.
Развитие 3-суточной тест-культуры Т. pyr¡form¡s (музейный штамм Wh18 ВНИИВСГЭ) изучали на субстрате, содержащем в равных частях подготовленные пробы опытного кисломолочного продукта и углеводно-дрожжевую солевую среду (УСД). Предварительно было установлено влияние степени разведения проб на динамику численности тест-культуры Т. руп^пгнБ, подобрано оптимальное разведение продукта для тестирования - до 0,15 мг/мл в пересчете на азот. образцом сравнения служил кисломолочный продукт аналогичного состава с исследуемыми образцами, изготовленный без внесения обогащающих компонентов.
Подсчет количества клеток осуществляли с помощью микроскопа в 10 больших квадратах (по 5 квадратов в каждой сетке) счетной камеры Фукса-Розенталя. Относительную биологическую ценность (ОБЦ) рассчитывали из отношения количества инфузорий, выросших на испытуемом образце, к числу инфузорий, выросших на образце сравнения, выраженного в %. Опыты проводили в 3-кратной повтор-ности.
результаты и их обсуждение. Для
достижения поставленной цели был разработан алгоритм (рис. 1) проектирования кисломолочного продукта с повышенной относительной биологической ценностью (ОБЦ), обогащенного функциональными ингредиентами [2-4].
Согласно алгоритму основными техническими характеристиками проектируемого кисломолочного продукта являлись соотношение жира и белка в пределах от 0,8 до 1,2; массовая доля сухих обезжиренных веществ молока не менее 7,8 %; массовая доля белка не менее 4,25 %; массовая доля углеводов не более 16 %. В продукте должно быть повышено содержание полиненасыщенных жирных кислот (ПНЖК), витаминов, лактулозы, флаво-ноидов. Срок годности продукта должен составлять не менее 21 сут.
Продукт должен иметь высокие показатели качества (средняя органолепти-ческая оценка на 1-е и последние сутки хранения не ниже 4,5 балла), структурно-механические показатели (значения коэффициента эффективной вязкости при единичном значении скорости сдвига Во* не менее 7,8 Па^с), влагоудерживающую
способность (не менее 80 % при факторе разделения 750 д, 10 мин в среднем на 1-е и последние сутки хранения).
Уровень обогащения продукта функциональными ингредиентами: от 15 до 50 % согласно СанПиН 2.3.2.2804-10 от рекомендуемой средней суточной нормы потребления в соответствии с ЕТ ЕЭК.
Все пищевые компоненты, входящие в состав продукта, должны быть разрешены к применению в пищевых продуктах в установленном порядке, а применяемая технология должна обеспечить оптимальную относительную биологическую ценность 140 %, определяемую путем биотестирования на Те1та11утепа руп^тиБ.
На основании проведенных работ по теме был сформирован информационный банк данных по основному сырью и пищевым добавкам, представленным на отечественном рынке, позволивший выбрать необходимые компоненты и определить их дозы. Были определены рекомендуемые дозы обогащения выбранными ингредиентами:
- лактулоза: массовая доля в готовом продукте должна составлять не менее 0,35/200 мл (1,5 г/л) (15 % от рекомендуемой нормы потребления 2 г в соответствии с ЕТ ЕЭК и МР 2.3.1.1915-04) с учетом потребления 15 % ферментирующими культурами;
- сухой экстракт косточек винограда (содержание ОРС 96 %): максимальная доза составляет 260 мг/л (расчетное содержание в порции кисломолочного продукта 200 г составляет 50 % от нормы потребления проантоцианидинов 100 мг);
- омега-3 ДЦ ПНЖК: уровень обогащения может составлять от 0,05 г/200 г (0,25 г/л) молочного продукта с м.д.ж. 3,2 % для достижения соотношения омега-3/омега-6 = 1:2 до 0,65 г в порции продукта 200 г (3,25 г/л продукта), что составляет 50 % от средней суточной нормы;
- премикс 730/4: при внесении 375 г на 1 т продукта - для обеспечения 20-50 %-ной средней суточной потребности;
- премикс Н33053: при внесении 415 г на 1 т продукта - для обеспечения 20-50 %-ной средней суточной потребности.
Руководствуясь алгоритмом, представленным на рисунке, основным критерием оптимальности был выбран показатель ОБЦ, определяемый как в молочной основе [5], так и в обогащенном кисломолочном продукте. Эксперименты проводились на основе выбранного сырья и пищевых ингредиентов с использованием биологической модели Те^аЬ^тепа ру^оттиБ.
В табл. 1 представлены примерные рецептуры проектируемого кисломолочного продукта с обогащающими компонентами, дозы которых были установлены ранее.
С целью оценки влияния видов и доз функциональных добавок на ОБЦ были проведены эксперименты с использованием указанной выше биологической
Молоко 2050: наукоемкие решения
ФУНКЦИОНАЛЬНОЕ ПИТАНИЕ
модели. В табл. 2 приведены результаты данных экспериментов.
В табл. 3 приведены данные, полученные при сравнении результатов инструментальной и органолептической оценки консистенции обогащенных кисломолочных продуктов оптимального химического состава. Данные получены из статистического ряда значений путем деления его на группы, соответствующие каждой балльной оценке и определения величины стандартного отклонения значений с учетом частот измерений в каждой группе.
Из данных, приведенных в табл. 3, в нашем случае было получено «эталонное» значение величины эффективной вязкости Воэ кисломолочного продукта при температуре (20±2) °С, численно равное 7,8 Па^с, которое было использовано для определения относительной вязкости.
В табл. 4 представлены обобщающие данные по ОБЦ и балльной оценке консистенции для последующей разработки программ с целью расчета рецептур с оптимальным составом ингредиентов и оБЦ в компьютерной математической системе.
С целью оценки влияния обогащающих пищевых добавок на реологические показатели опытного продукта определяли влагоудерживающую способность %) и относительную вязкость (%) в образцах с различными пищевыми добавками (табл. 5).
Анализ полученных результатов показал, что в образце № 3, изготовленном с добавлением экстракта виноградных косточек и лактулозы, показатель влагоудер-живающей способности был наиболее высокий. Это дает основания предположить, что данный комплекс добавок может быть использован в производстве других кисломолочных продуктов, вырабатываемых резервуарным способом с целью получения однородной (без отделения сыворотки) консистенции. Относительная же вязкость была значительно выше в образце № 5, содержащем комплекс добавок: поливитаминный премикс Н33053, экстракт виноградных косточек, концентрат лактулозы и МЕ63^НА омега-3 полиненасыщенные жирные кислоты. Однако показатель ОБЦ в этом образце был значительно ниже даже контрольного образца. Учитывая, что в данном комплексе впервые была использована новая пищевая добавка МЕ63^НА, планируется провести ряд дополнительных экспериментов с целью уточнения влияния данного компонента на показатель ОБЦ.
Полученные результаты исследований позволили сделать вывод, что реологические показатели созданного обогащенного кисломолочного продукта соответствовали требованиям, заданным алгоритмом, к проектируемому продукту. Так, согласно Техническому Заданию (ТЗ), показатель влагоудерживающей способности должен быть не менее 80 % при факторе разделения F=750. В соответствии с экспериментом получены данные W~84-85 %. Значения коэффициента эффективной вязкости в результате проведенных работ были
Алгоритм проектирования кисломолочных продуктов, обогащенных функциональными ингредиентами с повышенной ОБЦ
Таблица 1
рецептуры проектируемого обогащенного кисломолочного продукта
Сырье Количество, кг на 1000 кг продукта (без учета потерь) в образцах
Контроль | № 1 № 2 | № 3 | № 4 № 5
Сухое цельное молоко (м.д.б. 32 %) 89,4
КСБ 80 (м.д.б. 79,94 %, влаги 2,6 %, м.д.ж. 5,5 %) - 13,3
Премикс Н33053 - - 1,93 - 1,93
Экстракт виногр. косточки (м.д. олигомерных проантоцианидинов 96 %) - 0,55 - 0,55
МЕС3-РНА - 3,9
Лактулоза - 5
Вода питьевая 860,6 846,75 855,73 845,37 844,82 840,92
Закваска 50,0
Итого: 1000,0 1000,0 1000,0 1000,0 1000,0 1000,0
70
3/2022 пищевая промышленность issn 0235-2486
Таблица 2
оБЦ проектируемых обогащенных кисломолочных продуктов
Образец Массовая доля белка, % Количество инфузорий в S квадратах счетной камеры Относительная биологическая ценность, %
Контроль 3,2±0,26 70,S 100
№ 1 4,2S±0,34 110-114 Прирост 56-60
№ 2 4,2S±0,34 118-120 Прирост 67-70
№ 3 4,2S±0,34 90-9S Прирост 28,3-34,7
№ 4 4,2S±0,34 102-104 Прирост 44,8- 47,5
№ S 4,2S±0,34 62-67 Снижение 5-11,8
Международная научно-практическая конференция PSSv МОЛОКО 2050: НАУКОЕМКИЕ РЕШЕНИЯ^
_FUNCTIONAL NUTRITION
Таблица 4
Балльная оценка консистенции образцов проектируемых обогащенных кисломолочных продуктов
Образец ОБЦ, % Консистенция, балл
Контроль 100 3,0
№ 1 1S6-160 S
№ 2 167-170 s
№ 3 128,3-134,7 5
№ 4 144,8-147,Б 5
№ S 9S-88,2 5
Таблица S
реологические показатели обогащенного кисломолочного продукта
Образец ОБЦ, % Относительная вязкость (Во*-100/ Воэ **), % Коэффициент эффективной вязкости (Во*), Па^с W, %
Контроль 100 41±3,282 3,2±0,256 59,23±4,734
№ 1 156-160 107,6±8,615 8,4±0,672 81,33±6,501
№ 2 167-170 112,8±9,025 8,8±0,704 84,1±6,728
№ 3 128,3-134,7 110,2±8,82 8,6±0,688 85,35±6,823
№ 4 144,8-147,5 101,2±8,102 7,9±0,632 83,75±6,708
№ 5 95-88,2 117,9±9,435 9,2±0,736 84,7±6,776
* - при единичной скорости сдвига ( ]=1с-1 ) или коэффициент «консистентности» ** - «эталонное» значение величины эффективной вязкости кисломолочного продукта при температуре (20±2) °С, численно равное 7,8 Па^с, которое было использовано для определения относительной вязкости
Таблица 3
Балльная органолептическая оценка и соответствующие ей значения эффективной вязкости кисломолочного продукта оптимального химического состава
Балльная орга- Диапазон значения
нолептическая эффективной вязкости,
оценка Во, Па^с
3 1,5-4,4
4 4,5-6,4
5 6,5-9,5
в пределах 7,9-9,2 Па*с в зависимости от вида добавок. Согласно ТЗ, данный коэффициент равен 7,8 Па*с. Были значительно улучшены структурно-механические свойства продукта за счет добавления КСБ, что подтверждено результатами исследований показателей относительной вязкости и влагоудерживающей способности.
В рамках работы установлена зависимость относительной биологической ценности (ОБЦ) и реологических характеристик (эффективная вязкость и влагоудер-живающая способность) разработанного обогащенного кисломолочного продукта от вида выбранных функциональных пищевых компонентов. Определены ор-ганолептические показатели и балльная оценка консистенции полученного кисломолочного продукта, подтверждающие целесообразность применения разработанного алгоритма.
Заключение. Осуществленные исследования подтвердили эффективность адаптационной интеграции методологии создания цельномолочных продуктов с повышенной относительной биологической ценностью на основе метода биотестирования, разработанного ВНИМИ (СТО 00419785-049-2020) в производстве кисломолочного обогащенного продукта, изготовленного с использованием йогуртной закваски. Разработан технологический регламент производства обогащенного кисломолочного продукта. Осуществлен анализ рецептур по показателям ОБЦ для последующей разработки
программ расчета рецептур для продукта с оптимальным составом. Полученные результаты позволили перейти к новому этапу исследований, связанных с изучением особенностей адаптации разработанной методики ОБЦ-оценки к технологиям творога и творожных продуктов, в том числе влияния на ОБЦ физико-химических показателей творога (массовая доля белка, лактоза, кислотность), значительно отличающихся от аналогичных показателей исследуемых ранее продуктов. Предстоит изучить также влияние способов производства различных видов творога на показатели ОБЦ.
Список источников
1. Юрова Е. А. Контроль качества и безопасности продуктов функциональной направленности на молочной основе // Молочная промышленность. 2020. № 6. С. 12-15. DOI: 10.31515/1019-8946-2020-06-12-15
2. Barriera Mendez J. A. Modelaje matematico para la prediction de nutrients en el procesamiento termico de alimentos: una revision // Rev. Latinoamer. Tfanst. Col. Mat. 1983. No. 7 (1). P. 3-14.
3. Лисин П. А. Компьютерные технологии в рецептурных расчетах молочных продуктов. М.: ДеЛи принт, 2007. 102 с.
4. Zobkova Z., Fursova T., Zenina D. The determination of the base matrix optimal composition with useof test organisms Tetrahymena pyriformis // News of the national academy of sciences of the Republic
of Kazakhstan. Series of geology and technical sciences. 2020. Vol. 3. No. 441. P. 142-150.
5. Зобкова З. С., Шелагинова И. Р. К вопросу разработки методологии проектирования цельномолочных продуктов // Молочная промышленность. 2021. № 9. С. 39-41. DOI: 10.31515/1019-8946-2021-09-39-41
References
1. Yurova E. A. Quality control and safety of functional products on a milk basis. Molochnaya promyshlennost' = Dairy industry. 2020;(6):12-15 (In Russ.). DOI: 10.31515 / 1019-89462020-06-12-15
2. Barriera Mendez J. A. Modelaje matematico para la prediction de nutrients en el procesamiento termico de alimentos: una revision. Rev. Latinoamer. Tfanst. Col. Mat. 1983;7(1): 3-14.
3. Lisin P. A. Computer technologies in prescription calculations of dairy products. Moscow: DeLi print, 2007. 102 p. (In Russ.)
4. Zobkova Z. S., Fursova T. P., Zenina D. V. The determination of the base matrix optimal composition with useof test organisms Tetrahymena pyriformis. News of the national academy of sciences of the republic of Kazakhstan. Series of geology and technical sciences. 2020;3(441):142-150.
5. Zobkova Z. S., Shelaginova I. R. On the development of a methodology for designing whole milk products. Molochnaya promyshlennost' = Dairy industry. 2021;(9):39-41 (In Russ.). DOI: 10.31515 / 1019-89462021-09-39-41
Информация об авторах
Зобкова Зинаида Семеновна, д-р техн. наук
ВНИИ молочной промышленности, 115093, Москва, ул. Люсиновская, д. 35, к. 7, z_zobkova@vnimi.org
Information about the authors
Zinaida S. Zobkova, Doctor of Technical Sciences
All-Russian Dairy Research Institute, 35, bld. 7, Lusinovskaya str., Moscow, 115093, z_zobkova@vnimi.org
Статья поступила в редакцию 25.01.2022; одобрена после рецензирования 31.01.2022; принята к публикации 01.02.2022. The article was submitted 25.01.2022; approved after reviewing 31.01.2022; accepted for publication 01.02.2022.
