Оптимизация ферментной модификации крахмала для коррекции текстуры обезжиренного кисломолочного продукта

Цыганов Максим Степанович; Никитина Елена Владимировна

УДК 637.146

DOI 10.29141/2500-1922-2024-9-1-7 EDN TPKBBM

Оптимизация ферментной модификации крахмала для коррекции текстуры обезжиренного кисломолочного продукта

М.С. ЦыгановЕ.В. Никитина

Казанский национальный исследовательский технологический университет, г. Казань, Российская Федерация 0 [email protected]

Реферат

Кисломолочный продукт с низким или нулевым содержанием жира востребован у потребителя, в связи с этим актуальная задача для производителей - сохранение или имитация реологических и текстурных параметров полножирового продукта, влияющих на органолептическую оценку и общую привлекательность обезжиренного продукта для покупателя. Изучено влияние тапиокового крахмала, обработанного промышленным амилолитическим ферментным препаратом Альфалад БН®, как корректора текстуры в технологии обезжиренных термостатных продуктов. Методы включали в себя определение влагоудерживающей способности, синерезиса, динамической вязкости и анализ профиля текстуры. Получена модель оптимизации ферментной модификации крахмала для коррекции текстуры обезжиренного кисломолочного продукта на основе симбиотической закваски. С помощью математического моделирования (методология поверхности отклика RSM) установлен оптимальный диапазон значений концентрации ферментного препарата (0,20-0,25 U/г) и времени (25-35 мин) для модификации крахмала с целью дальнейшего применения в технологии кисломолочных напитков. Выработан опытный кисломолочный продукт, обладающий лучшими текстурными и реологическими показателями в сравнении с контролем - обезжиренным продуктом по традиционной технологии: синере-зис продукта с крахмалом ниже на 21,56 %, вязкость выше на 27,09 %, адгезия выше на 7,49 %, клейкость ниже на 6,15 %, ВУС выше на 4,61 %; другие параметры на уровне, аналогичном контролю. Описанные изменения приводят к повышению плотности и густоты обезжиренного кисломолочного продукта, что улучшает восприятие его вкуса потребителем.

Для цитирования: Цыганов М.С., Никитина Е.В. Оптимизация ферментной модификации крахмала для коррекции текстуры обезжиренного кисломолочного продукта //Индустрия питания|Food Industry. 2024. Т. 9, № 1. С. 60-72. DOI: 10.29141/2500-19222024-9-1-7. EDN: TPKBBM.

Дата поступления статьи: 6 февраля 2024 г.

Ключевые слова:

кисломолочный продукт;

тапиоковый крахмал;

ферментная модификация;

текстура;

оптимизация;

имитатор жира

Starch Enzyme Modification Optimization

for the Texture Correction

of a Low-Fat Fermented Milk Product

Maxim S. TsyganovM, Elena V. Nikitina

Kazan National Research Technological University, Kazan, Russian Federation H [email protected]

Keywords: Abstract

A Fermented milk product with low or zero fat content is in demand among consumers. In this regard, an urgent task For manufacturers is to preserve or imitate the rheological and textural parameters of a Full-Fat product that affect the organoleptic evaluation and the overall attractiveness of a low-Fat product For the buyer. The authors studied an impact of tapioca starch treated with the industrial amylolytic enzyme preparation AlFalad BN® as a texture corrector in the low-Fat thermostatic product technology. The methods included determination of moisture retention, syneresis, dynamic viscosity, and texture profile analysis. A man developed the optimization model For the starch enzyme modification For correcting the texture of a low-Fat Fermented milk product based on a symbiotic starter culture. Using mathematical modeling (RSM response surface methodology), the researchers Found the optimal range of enzyme preparation concentration values (0.20-0.25 U/g) and time (25-35 min) For starch modification to apply in the Fermented milk drink technology Further. Developed experimental Fermented milk product has the best textural and rheological indicators in comparison with the control - a low-Fat product using traditional technology: syneresis oF the product with starch is lower by 21.56 %, viscosity is higher by 27.09 %, adhesion is higher by 7.49 %, stickiness is lower by 6.15 %, CWS is higher by 4.61 %; other parameters are at the level similar to the control. The described changes lead to an increase in the consistency and density oF the low-Fat Fermented milk product improving the consumer perception oF its taste.

For citation: Maxim S. Tsyganov, Elena V. Nikitina. Starch Enzyme Modification Optimization for the Texture Correction of a Low-Fat Fermented Milk Product. Индустрия numaH^lFood Industry. 2024. Vol. 9, No. 1. Pp. 60-72. DOI: 10.29141/2500-1922-2024-9-1-7. EDN: TPKBBM.

Paper submitted: February 6, 2024

fermented milk product; tapioca starch; enzyme modification; texture; optimization; fat simulator

Введение

Становится все более очевидным, что молочный продукт с низким или нулевым содержанием жира, воспринимаемый потребителем как полезный для здоровья, пользуется повышенным спросом. Разработка рецептуры и технологии молочных продуктов с низким содержанием жира и хорошими текстурными свойствами представляет собой большую проблему для современных производителей. Из-за удаления жира, который значительно влияет на стабильность молочной матрицы, обезжиренные молочные продукты характеризуются более низкими реологическими, органолептическими, текстурными свойствами, что ведет к изменению восприятия вкуса и снижению привлекательности таких продуктов для потребителя.

Основной целью внесения стабилизаторов в молочную основу является решение ранее обозначенных проблем - улучшение и поддержание общей структуры продукта, его вязкости, внешнего вида и вкуса [1]. Технология «загущения» обезжиренных продуктов различными стабилизаторами не нова. Стабилизатор - заменитель жира в продукте выполняет две основные функции: связывание воды и содействие увеличению вязкости. Заменители жира обычно подразделяют на белковые (соевый, яичный, молочный или сывороточный белки) и углеводные (полисахариды, декстрины, камеди, крахмалы, желатин, пектин и другие), обладающие различными функциональными свойствами и используемые отдельно или в виде смеси [2; 3].

Наиболее распространенные коммерческие стабилизаторы, используемые как заменители жира в технологии обезжиренных кисломолочных продуктов, имеют полисахаридную природу и представляют собой гидроколлоиды - это пектин, желатин и крахмал [4]. Так, желатин обладает большой эффективностью в повышении вязкости и улучшении качества молочных продуктов, однако в последнее время не столь часто используется из-за своей стоимости, а также возросшего спроса на халяльные и вегетарианские продукты [5]. Пектин является наиболее эффективным студнеобразователем и широко используется в пищевой промышленности в целом, однако в молочной промышленности его применение ограничено из-за его высокой добавленной стоимости [6]. Крахмалы пользуются высокой популярностью, активно и повсеместно применяются для коррекции текстуры пищевой продукции, в том числе в молочной промышленности, благодаря простоте их обработки, низкой себестоимости [7].

Основными ботаническими источниками крахмалов являются картофель, кукуруза, тапиока (маниока). До недавнего времени в промышленности наиболее часто использовался кукурузный крахмал, однако его текущая высокая стоимость, способность маскировать выделение аромата и вкуса, придавать зерновой привкус готовому продукту, а также наличие глютена, влияющего на иммунные реакции пациентов с целиакией, привело к поиску альтернативных вариантов [8]. Недостатки картофельного крахмала - это появление специфичного вкуса, высокая степень ретроградации при хранении [9]. Крахмал кассавы (Manihot esculenta Crantz), или тапиоковый крахмал, характеризуется доступной ценой нейтральным чистым вкусом, высокой химической чистотой и вязкостью, хорошей растворимостью и способностью к набуханию, в связи с чем его рекомендовано применять в пищевой промышленности как альтернативу другим крахмалам [10].

Природная структура нативных крахмалов ограничивает их применение в пищевой промышленности. Их основной недостаток - отсутствие универсальности, необходимой для адекватного функционирования в условиях жесткой промышленной обработки [11]. Для получения оптимальных технологических свойств крахмалы подвергают химической, физической и ферментной модификации. При этом происходит улучшение пищевых качеств, физико-химических характеристик амилозы и амилопектина, функциональных и текстурных свойств [12].

Ферментная модификация считается экологичным, безопасным и доступным способом мо-

дификации гидроколлоидов. Ее преимущества заключаются в специфичности и избирательности, постоянстве и высоком выходе продукции, низкой себестоимости, мягком течении гидролитической реакции, безвредности для покупателей и окружающей среды [13]. Ферментная модификация крахмала в промышленных масштабах основана на использовании гидроли-зующих крахмал ферментов и их композиций, таких как эндо- и экзодействующие амилазы и изоамилазы [14], пуллуланазы [15; 16]. В ряде исследований сообщалось о положительном опыте применения ферментно модифицированных крахмалов в технологии кисломолочных продуктов. Так, благодаря внесению крахмала, обработанного амиломальтазой, йогурт с низким содержанием жира (1,5 %) воспринимался более сливочным, почти на уровне жирного йогурта (5 %) [17]. Выявлено, что йогурт с добавлением картофельного крахмала, модифицированного амилосубтилином и амилазой B. licheniformis, характеризовался лучшими характеристиками по сравнению с йогуртом, приготовленным с использованием нативного крахмала [18]. Сенсорная оценка йогуртов с пониженным содержанием жира и 0,5 % ATS (крахмала, обработанного амиломальтазой) была сопоставима с эталонным йогуртом, содержащим 3 % жира [19].

Использование ферментно модифицированных тапиоковых крахмалов позволяет получить обезжиренный кисломолочный напиток на основе симбиотической закваски с улучшенными текстурными и органолептическими свойствами. Выявлена положительная динамика антиокси-дантных свойств продуктов [20]. Ранее оценены изменения, происходящие с гранулами нативно-го тапиокового крахмала после ферментной модификации при комнатной температуре (26 °С) [21] и температуре, близкой к желатинизации (50 °С) [22], что также расширило понимание происходящих процессов. Современные способы обработки данных и применение статистических методов планирования эксперимента создают потенциал для оптимизации сложных вычислений, сокращения продолжительности эксперимента, более простого получения рабочей математической модели. Математическое моделирование позволит получить оптимальное решение для производства обезжиренных кисломолочных продуктов и преодоления существующих текстурных недостатков.

Цель исследования - оценить влияние тапио-кового крахмала, обработанного промышленным ферментным препаратом Альфалад БН® с амилазной активностью, при варьировании времени воздействия и концентрации используемого фермента на текстуру и реологические

показатели обезжиренного термостатного кисломолочного продукта с симбиотической закваской.

Объекты и методы исследования

Объектом исследования послужил обезжиренный термостатный продукт на основе симбиотической закваски. Для приготовления кисломолочного продукта использовали: молоко коровье обезжиренное (жирность 0,05 %), содержащее 3,18 % белка и 4,7 % лактозы;ком-мерческую лиофильно высушенную закваску «Симбилакт» (Украина, ООО «ВИВО Индустрия»), содержащую лиофильно высушенные штаммы Streptococcus thermophilus, Lactobacillus del-brueckii subsp. bulgaricus, Lactobacillus acidophilus, Bifidobacterium lactis, Lactococcus lactis subsp. cremoris, Lactococcus lactis subsp. lactis, Lacto-coccus lactis subsp. lactis var. diacetylacti и лак-тозу;нативный тапиоковый крахмал по ГОСТ 32902-2014 (Таиланд, производитель в России ООО «Гарнец», ТУ 9187-018-89751414-13), пищевая ценность на 100 г продукта: белки 0,2 г, углеводы 88 г.

Для модификации крахмала использовали ферментный препарат для низкотемпературного гидролиза крахмалосодержащего сырья Аль-фалад БН® с ведущей амилазной активностью (ТД «Биопрепарат», ООО «Концерн «Микробио-пром», Москва, Россия), А - 2000 ед/см3. Температурный оптимум работы препарата: 60-70 °С, оптимум действия рН 6,0-6,5.

Контролем служил образец без крахмала, который получали по традиционной технологии изготовления кисломолочных продуктов. Для получения опытных образцов крахмал модифицировали ферментным препаратом Альфалад БН® с подбором активности и времени модификации; ферментно модифицированный крахмал в количестве 1 % в молочную смесь до этапа пастеризации. Предыдущие и последующие технологические операции проводили по традиционной технологии изготовления кисломолочных продуктов.

В исследовании использовали следующие методы анализа кисломолочного продукта.

Определение влагоудерживающей способности. ВУС измеряли с использованием ранее описанного метода [20]. Образцы продукта массой около 20 г после охлаждения до 4 °C за 24 ч хранения (Y) центрифугировали в течение 10 мин при 3000 об/мин и 20 °C. Выделившуюся сыворотку (W) удаляли и взвешивали. ВУС рассчитывали по формуле

Определение отстоя сыворотки (синерезиса). Для измерения отстоя сыворотки использовали ранее описанный метод [20]. Синерезис измеряли после охлаждения образцов (около 20 г) до 4 °C через 24 ч хранения (У). Образцы центрифугировали в течение 5 мин при 500 об/мин и 20 °C. Выделившуюся сыворотку (S) удаляли и взвешивали. Синерезис ферментированного молока рассчитывали по формуле

Синерезис = у х100 %.

Определение аппаратной (динамической) вязкости. Динамическую вязкость ферментированного продукта (100 мл) измеряли при 8 °C с помощью вискозиметра Брукфильда с концентрическим цилиндром (модель RV-DVIII Inc., Китай), оснащенного ротором № 3, перемешивающим при 60 об/мин; измерение проводили в течение 10 с.

Анализ профиля текстуры. Анализ проводили с помощью структурометра СТ-2 (Россия). Программа для анализа данных включала в себя два цикла погружения на 15 мм и поднятия цилиндра с цилиндрическим зондом диаметром 36 мм и высотой 35 мм. В табл. 2 представлены формулы расчета, связывающие текстурные и реологические свойства продукта со свойствами, измеряемыми приборами, которые можно рассчитать по результатам двух циклов испытаний.

Таблица 2. Параметры анализа профиля текстуры Table 2. Texture Profile Analysis Parameters

Параметр Измерение

Твердость Pi - F-imax

Эластичность А2/Ai

Сила адгезии F1min

Адгезия A3

Когезия SilAi

Скорректированная когезия (Bi - S2)/(Ai - A2)

Клейкость P xS1/A1

Упругость d2

Тягучесть d3

Разжевываемость P1X S1 /A1X d2

Математическое моделирование. Методология поверхности отклика ^М) - это широко используемый инструмент для анализа экспериментальных данных, приводящий к оптими-

зации процесса или продукции. Центральный композиционный (последовательный) план (полином 2-го порядка) был использован для анализа взаимодействия переменных процесса (двух факторов). Основные независимые параметры отклика - концентрация ферментного препарата (X2) и время обработки (X,). Кодирование эксперимента осуществлено по табл. 3.

Статистический анализ. Для сравнения средних значений полученных результатов использовали t-тест, p > 0,05 для незначимых различий. Все эксперименты проводились в трех повтор-ностях. Расчеты осуществлялись с помощью программного обеспечения MS Excel и Statistica 12 (Statsoft).

Результаты исследования и их обсуждение

В соответствии с математической моделью по классической технологии со сквашиванием до рН 4,5 готовили образцы кисломолочных продуктов с внесением тапиокового крахмала, обработанного ферментным препаратом Аль-фалад БН®, по режимам композиционного плана для двух факторов (см. табл. 3). Образцы охлаждали и стабилизировали при 4 °C в течение 24 ч. Далее была проведена экспериментальная часть

исследования и получены значения изучаемого текстурного параметра для каждого варианта эксперимента (табл. 4).

Наиболее важными для анализа «успешной» коррекции текстуры являлись параметры профиля текстуры - твердость, эластичность, адгезия, клейкость, упругость, тягучесть, а также вязкость, синерезис и ВУС (см. рисунок). Представленные графики поверхности отклика позволяют визуально проследить влияние времени модификации или концентрации вносимого фермента на определенный текстурный параметр. Например, эластичность зависит от обоих параметров (график поверхности отклика концентрирован при 0,25 и/г крахмала и 35 мин); ВУС в большей степени зависит от концентрации (0,3 и/г крахмала) и практически не зависит от времени. Схожий анализ графиков был проведен в работе Х. Имамоглу и др. [23], где оценивалось влияние концентрации крахмала и продолжительности хранения на текстурные параметры йогурта.

Далее была составлена матрица расчета коэффициентов двухфакторной модели и рассчитаны коэффициенты уравнения регрессии для каждого параметра. Величины коэффициентов урав-

Таблица 3. Композиционный план для двух факторов Table 3. Composition Plan for Two Factors

Номер Факторы в безразмерной системе координат Факторы в натуральном масштабе

опыта *0 X2 X-! (время обработки) X2 (доза фермента)

1 -1 -1 0 0

2 -1 -0,5 0 0,1

3 -0,5 -0,5 15 0,1

4 0 -0,5 30 0,1

5 0,5 -0,5 45 0,1

6 1 -0,5 60 0,1

7 -1 0 0 0,2

8 -0,5 0 15 0,2

9 0 0 30 0,2

10 0,5 0 45 0,2

11 1 0 60 0,2

12 -1 0 0,4

13 -0,5 15 0,4

14 0 30 0,4

15 0,5 45 0,4

16 1 60 0,4

I 16,0 8,5 7,3 - -

Таблица 4. Значения инструментальных структурно-механических свойств продуктов, полученные в двухфакторномэксперименте Table 4. Instrumental Structural and Mechanical Product Properties Values Obtained in a Two-Factor Experiment

Номер опыта Твердость, г Адгезия, г-с Эластичность Клейкость, г Упругость, мм Тягучесть, мм Вязкость, мПа/с Синерезис, % ВУС, %

1 35,55 20,18 0,54 11,04 13,42 6,44 2076,0 17,70 44,11

2 34,85 20,83 0,49 10,80 12,78 6,42 2413,6 16,00 29,01

3 36,10 22,69 0,45 11,25 12,54 6,79 2855,4 9,74 31,29

4 35,55 22,44 0,41 10,11 12,07 6,94 2952,6 8,62 32,32

5 35,95 23,46 0,43 10,18 12,40 6,79 2915,3 8,97 32,26

6 35,70 24,85 0,44 10,30 12,20 7,13 2700,1 10,75 31,70

7 35,65 25,68 0,39 9,81 13,29 7,29 2820,5 10,07 30,40

8 36,30 23,57 0,40 10,33 13,41 6,80 2798,9 8,23 30,48

9 35,50 25,40 0,42 9,76 13,38 7,13 2924,7 7,07 30,82

10 36,30 24,23 0,39 12,04 13,59 6,95 3221,5 7,52 32,11

11 36,45 24,78 0,40 12,32 13,59 7,17 3032,1 7,28 32,00

12 33,65 19,23 0,54 10,35 14,02 6,28 2931,4 8,69 30,13

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

13 35,50 22,93 0,44 10,37 12,97 6,84 2813,3 7,09 30,69

14 35,00 24,07 0,43 9,78 13,08 7,02 2794,5 6,35 31,53

15 35,35 25,87 0,41 9,88 12,69 7,28 2746,1 6,38 31,78

16 35,25 23,44 0,49 10,64 13,71 6,90 2579,1 6,44 33,13

Примечание. Данные получены для всех указанных параметров анализа профиля текстуры, однако в таблице отображены лишь расчетно и инструментально независимые друг от друга параметры. Созависимые переменные (данные не показаны) были исключены для уменьшения размерности.

и О

ч:

CL

ai ш

37,0

36,5

36,0

35,5

35,0

34,5

34,0

33,5

0,4

0,3

О 7

Концентрация ' Q1 фермента, '

U/r крахмала

60 40

Время, мин

и о

X т S h и

пз ^

m

Концентрация фермента, U/r крахмала

Время,

0,1 20 0,0 0

б-эластичность

мин

£ 19 0,4

0,3

Концентрация °>2 фермента, U/r крахмала

20

Время,

мин

в - адгезия

а - твердость

0,4

0,3

Концентрация °>2 фермента, U/r крахмала

14,2 13,8 13,4 13,0 12,6 12,2 11,8

0,4 0,3

Концентрация фермента, 0,1 U/r крахмала 0,0

Время, мин

0,4

0,3

Концентрация 0,2 фермента, U/r крахмала и,и

60

Время, мин

г - клейкость д -упругость е-т ягу честь

Концентрация фермента U/r крахмала

о,з\ ШШ'У^

ия ' 40

0,1 . 20

0,0 о

ж-вязкость

Время, мин

Концентрация 0,2 фермента, 0,1 20 Время, U/r крахмала о,0 0 мин

з - синерезис Графики поверхности отклика Response Surface Graphs

и-ВУС

0,4

0,3

Концентрация 0,2 фермента, 0,1

и/г крахмала

Время, мин

нения регрессии характеризуют вклад каждого фактора в значение функции отклика. С помощью программы MS Excel выявлены формулы зависимостей типа У = b0 + bi x, + b2x2 + 612Х! x2 + bii x, x, + + b22x2x2 для каждого параметра. Полученные формулы и заданные ограничения приведены в табл. 5.

С помощью программ Statistica и опции «Поиск решения» MS Excel выявлены оптимальные значения факторов для каждого параметра: время обработки t, мин (Xi), и концентрация ферментного препарата, U/г крахмала (X2) (табл. 6). Ограничения были выбраны между максимумами и минимумами значений отклика для двухфак-торного эксперимента. Оптимальный диапазон значений для концентрации ферментного препарата и времени обработки для модификации крахмального сырья составил 25-35 мин и 0,20,25 U/г крахмала.

На основе полученных результатов проведена опытная выработка симбиотического напитка с внесением тапиокового крахмала, обработанного ферментным препаратом Альфалад БН® в течение 30 мин при концентрации 0,23 и/г крахмала. Сквашивание вели по классической технологии до рН 4,5 с последующим охлаждением и стабилизацией при 4 °С в течение 24 ч. После стабилизации исследовали показатели текстуры, вязкость, ВУС и синерезис.

Оценивали расхождения значений между опытным образцом, выработанным по оптимальным параметрам, и математической моделью (табл. 7). Часть параметров опытного образца (адгезия, тягучесть и ВУС) были лучше прогнозируемых, другие параметры-прогнозы (эластичность, упругость, синерезис) сильно отличались от модели, что говорит о более сложном взаимодействии и взаимосвязи изучаемых параметров продукта.

Таблица 5. Формулы зависимостей для параметров текстуры Table 5. Dependency Formulas for Texture Parameters

Параметр Уравнение регрессии Ограничения

Твердость (ХТв) 35,2084 + 0,0229x1 + 4,728x2 - 0,0004x1x1 + 0,0583x1x2 - 18,5473x2x2 33 < Хтв < 37

Адгезия (Ха) 19,6882 + 0,0577xi + 31,1714x2 - 0,0008xixi + 0,141 xi x2 - 70,641 x2x2 19 < Ха < 26

Эластичность (Хэ) 0,5451 - 0,003xi - 0,9757x2 + 4,8277E - 5xixi - 0,0015xix2 + 2,1864x2x2 0,38 < Хэ < 0,54

Клейкость (Хк) 10,719 - 0,0346xi + 1,9884x2 + 0,0006xixi + 0,0312xx - 9,0253x2x2 9,7 < Хк < 12,5

Упругость (Ху) 12,7785 - 0,0528xi + 7,1345x2 + 0,0006xixi + 0,0422xix2 - 12,8213x2x2 12 < Ху < 15

Тягучесть (Хт) 6,3674 + 0,0092xi + 4,022x2 - 0,0001 xi xi + 0,0185xx - 9,0452x2x2 6 < Хт < 8

Вязкость (Хв) 2 060,2121 + 20,1449xi + 5 446,4726x2 - 0,1809xixi -- 33,3975xix2 - 8 901,602x2x2 2 075 < Хв < 3 230

Синерезис(Х^ 17,9549 - 0,238xi-48,0118x2 + 0,0027xixi + 0,1031 x, x2 + 65,1423x2x2 6 < Хс < 17

Влагоудерживающая способность (ХВУС) 40,626 - 0,0465xi - 85,4202x2 + 0,0002xixi + 0,2575xix2 + 145,4535x2x2 29 < ХВУС < 34

Таблица 6. Результат расчета оптимальных значений концентрации фермента и времени обработки Table 6. Calculating Result of the Optimal Enzyme Concentration and Treatment Time Values

Параметр Оптимальные значения _ Прогнозируемые значения параметров

Xi X2 при Xi = 30; X2 = 0,23

Твердость, г 33,454 0,232 36,044

Адгезия, г-с 32,302 0,233 25,105

Эластичность 32,507 0,231 0,379

Клейкость, г 32,704 0,230 10,416

Упругость, мм 34,081 0,225 12,988

Тягучесть, мм 31,531 0,217 7,128

Вязкость, мПа/с 27,380 0,231 3053,100

Синерезис, % 34,379 0,213 6,360

ВУС, % 31,858 0,216 29,236

Среднее значение 32,273 0,222 -

Таблица 7. Показатели качества математической модели и опытных образцов кисломолочных продуктов Table 7. Quality Indicators of the Mathematical Model and Experimental Samples of Fermented Milk Products

Параметр Прогнозируемое значение Опытный образец Дп, %

Твердость, г 36,04 37,00 ± 0,57 2,65

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Адгезия, г-с 25,10 35,60 ± 0,14 41,79

Эластичность 0,38 0,34 ± 0,04 -11,03

Клейкость, г 10,42 10,10 ± 0,13 -3,11

Упругость, мм 12,99 11,61 ± 0,71 -10,61

Тягучесть, мм 7,13 8,19 ± 0,27 14,91

Вязкость, мПа/с 3053,10 2373,35 ± 164,54 -22,26

Синерезис, % 6,36 12,82 ± 0,92 101,51

ВУС, % 29,24 39,77 ± 0,33 36,05

Реологические и текстурные свойства ферментированных молочных продуктов зависят от структурной конформации компонентов и микроструктуры матрицы белковой сети (физического взаимодействия между мицеллами казеина) [24]. На параметры профиля текстуры кисломолочных продуктов значительно влияют заквасочная культура, время сквашивания [25], время хранения и количество вносимых стабилизаторов [24]. Текстура имеет большое значение для лучшего сохранения вкуса, а также влияет на органолептическое восприятие продукта [26]. Параметры текстуры, ВУС, синерезис и вязкость образцов кисломолочных напитков приведены в табл. 8.

Изменения текстуры опытного продукта по отношению к контролю, вероятно, вызваны ферментной модификацией нативного тапиокового крахмала, вносимого для выработки обезжиренного продукта. Ферментная модификация приводит к значительным структурным изменениям и, следовательно, изменениям физико-химических и технологических свойств вносимых крахмалов.

В результате ферментативного гидролиза содержание амилозы в гранулах крахмала снижается, что приводит к частичной утрате способности образовывать более прочную сеть.

Близкие значения твердости (Л = 0,27 %), эластичности (0,50 %) и упругости (0,09 %) опытного продукта и контроля являются положительным моментом и отражают структурную целостность полученных продуктов. В то же время полученные результаты расходятся с данными других авторов. Так, выявлено, что добавление в йогурт полисахаридов в качестве заменителя жира увеличивает твердость продукта, но не оказывает существенного влияния на его клейкость или когезию [27];добавление пяти разных видов нативного крахмала (картофельного, сладкого картофеля, кукурузы, нута и турецкой фасоли) приводило к увеличению твердости йогурта [28]. Расхождения результатов, вероятно, могут быть обусловлены разницей в ботанических источниках крахмала, в методах его модификации, в полученной структуре и дальнейшем механизме желатинизации.

Таблица 8. Показатели качества контрольных и опытных образцов кисломолочного продукта Table 8. Quality Indicators of Control and Experimental Samples of Fermented Milk Product

Параметр Контрольный образец Опытный образец Д, %

Твердость, г 37,10 ± 0,42 37,00 ± 0,57 -0,27

Адгезия, г-с 33,12 ± 0,16 35,60 ± 0,14 7,49

Эластичность 0,34 ± 0,05 0,34 ± 0,04 0,50

Клейкость, г 10,75 ± 0,71 10,10 ± 0,13 -6,15

Упругость, мм 11,60 ± 0,57 11,61 ± 0,71 0,09

Тягучесть, мм 8,0 ± 0,28 8,19 ± 0,27 2,37

Вязкость, мПа/с 1867,50 ± 109,18 2373,35 ± 164,54 27,09

Синерезис, % 16,34 ± 1,32 12,82 ± 0,92 -21,56

ВУС, % 38,02 ± 0,87 39,77 ± 0,33 4,61

Следует уделить более пристальное внимание показателям, разница между величинами которых равна 5 % и выше: адгезия, клейкость, вязкость, синерезис, ВУС.

Адгезия - это сила, необходимая для удаления материала, прилипшего к определенной поверхности (например, к губам, нёбу, зубам). Значение адгезии опытного образца превосходило контроль (Л = 7,49 %). Аналогичное повышение адгезии кисломолочных гелей, полученных путем восстановления сухого обезжиренного молока, с добавлением 1 % или 2 % химически модифицированных крахмалов тапиоки выявляли З. Панг и др. [29]. Увеличение адгезии положительно влияет на ощущение плотности и густоты продукта, а также на его стабильность при хранении. Более высокое значение адгезии и низкое значение клейкости опытного образца в сравнении с контролем подразумевает меньшее количество усилий и манипуляций языком (при движении по нёбу) для распада пищи во рту, что ощущается потребителем как мягкая кремо-образная текстура и высоко ценится.

Добавление ферментно модифицированного крахмала приводило к увеличению вязкости продукта (Л = 27,09 %). Повышение вязкости опытного образца было обусловлено увеличением количества сухих веществ за счет добавления крахмала, а также его способностью набухать. Частично гидролизованный модифицированный крахмал может более успешно заполнять пустое пространство в сети между мицеллами казеиновых частиц. Такое взаимодействие способствует повышению вязкости и уменьшению отделения сыворотки, что установили А. Ибрагим и др. при анализе микроструктуры йогуртов из верблюжьего молока с различными стабилизаторами [30]. Более высокие значения вязкости свидетельствуют о большей устойчивости к постепенной деформации образца под действием напряжения сдвига, в результате такой образец воспринимается потребителями как более плотный и густой продукт.

Синерезис является негативным эффектом для кисломолочного продукта. Он связан с вытеснением сыворотки из казеиновой сети и может быть вызван перестройками гелевой матрицы или механическим повреждением слабой гелевой сети. Внесение ферментно модифицированного та-

пиокового крахмала приводило к значительному снижению синерезиса (Л = 21,56 %) опытного образца продукта в сравнении с контролем. Это связано с поглощением воды и набуханием гранул крахмала, а также морфологическими перестройками и разрыхлением крахмальных зерен при модификации, что вызвано увеличением общей площади контакта с молочными компонентами.

ВУС обратно коррелировала с синерезисом. Значения ВУС контроля и опытного продукта были практически на равном уровне (38-40 %). Такое поведение, вероятно, может быть связано с водной и пространственной конкуренцией между молочными белками и крахмалом.

Заключение

Изучено влияние тапиокового крахмала, обработанного промышленным амилолитическим ферментным препаратом Альфалад БН®, как корректора текстуры на свойства обезжиренных кисломолочных напитков. С использованием математического моделирования установлены оптимальные условия ферментной обработки тапиокового крахмала: концентрация ферментного препарата 0,20-0,25 и/г; время обработки 25-35 мин. Произведена опытная партия кисломолочного продукта на основе симбиотической закваски. Применение нативного тапиокового крахмала, модифицированного промышленным ферментным препаратом Альфалад БН®, в технологии обезжиренных кисломолочных напитков приводит к существенному улучшению текстуры. Наиболее значимые различия между контролем (обезжиренный продукт, выработанный по классической технологии) и опытным образцом выявлены для таких параметров, как адгезия (7,49 %), клейкость (-6,15 %), вязкость (27,09 %), синерезис (-21,56 %) и ВУС (4,61 %). Описанные изменения приводят к повышению плотности и густоты продукта, что улучшает восприятие потребителем полноты вкуса обезжиренного кисломолочного продукта. Полученные результаты свидетельствуют о перспективности использования ферментно модифицированного тапиокового крахмала, обработанного ферментным препаратом Альфалад БН®, в технологии обезжиренных термостатных кисломолочных напитков для коррекции текстуры.

Библиографический список

1. Zhao, Y.; Khalesi, H.; He, J., et al. Application of Different Hydrocol-loids as Fat Replacer in Low-Fat Dairy Products: Ice Cream, Yogurt and Cheese. Food Hydrocolloids. 2023. Vol. 138. Article Number: 108493. DOI: https://doi.org/10.1016/j.foodhyd.2023.108493.

Bibliography

1. Zhao, Y.; Khalesi, H.; He, J., et al. Application of Different Hydrocolloids as Fat Replacer in Low-Fat Dairy Products: Ice Cream, Yogurt and Cheese. Food Hydrocolloids. 2023. Vol. 138. Article Number: 108493. DOI: https://doi.org/10.1016/jj.foodhyd.2023.108493.

2. Akbari, M.; Eskandari, M.H.; Davoudi, Z. Application and Functions of Fat Replacers in Low-Fat Ice Cream: a Review. Trends in Food Science & Technology. 2019. Vol. 86. Pp. 34-40. DOI: https://doi. org/10.1016/j.tifs.2019.02.036.

3. Pirsa, S.; Hafezi, K. Hydrocolloids: Structure, Preparation Method, and Application in Food Industry. Food Chemistry. 2023. Vol. 399. Article Number: 133967. DOI: https://doi.org/10.1016/jj.foodchem. 2022.133967.

4. Deepa, M.; Poongodi Vijayakumar, T.; Sankaranarayanan, A., et al. Chapter 9 - Innovative Practices in the Development of Yogurt with Special Concern over Texture and Flavor. Advances in Dairy Microbial Products. 2022. Pp. 133-144. DOI: https://doi.org/10.1016/B978-0-323-85793-2.00022-9.

5. Altemimi, A. Extraction and Optimization of Potato Starch and Its Application as a Stabilizer in Yogurt Manufacturing. Foods. 2018. Vol. 7. Iss. 2. Article Number: 14. DOI: https://doi.org/10.3390/ foods7020014.

6. Adetunji, L.R.; Adekunle, A.; Orsat, V., et al. Advances in the Pectin Production Process Using Novel Extraction Techniques: a Review. Food Hydrocolloids. 2017. Vol. 62. Pp. 239-250. DOI: https://doi. org/10.1016/j.foodhyd.2016.08.015.

7. Awolu, O.O.; Olofinlae, S.J. Physico-Chemical, Functional and Pasting Properties of Native and Chemically Modified Water Yam (Di-oscorea Alata) Starch and Production of Water Yam Starch-Based Yoghurt. Starch - Starke. 2016. Vol. 68. Iss. 7-8. Pp. 719-726. DOI: https://doi.org/10.1002/star.201500302.

8. Gawai, K.M.;Mudgal, S.P.; Prajapati, J.B. Stabilizers, Colorants, and Exopolysaccharides in Yogurt. Yogurt in Health and Disease Prevention. 2017. Pp. 49-68. DOI: https://doi.org/10.1016/B978-0-12-805134-4.00003-1.

9. Guo, K.; Liu, T.; Xu, A., et al. Structural and Functional Properties of Starches from Root Tubers of White, Yellow, and Purple Sweet Potatoes. Food Hydrocolloids. 2019. Vol. 89. Pp. 829-836. DOI: https:// doi.org/10.1016/j.foodhyd.2018.11.058.

10. Agyemang, P.N.; Akonor, P.T.; Tortoe, C., et al. Effect of the Use of Starches of Three New Ghanaian Cassava Varieties as a Thickener on the Physicochemical, Rheological and Sensory Properties of Yoghurt. Scientific African. 2020. Vol. 9. Article Number: e00521. DOI: https://doi.org/10.1016/jj.sciaf.2020.e00521.

11. Punia Bangar, S.; Whiteside, W.S.;Singh, A., et al. Properties, Preparation Methods, and Application of Sour Starches in the Food. Trends in Food Science & Technology. 2022. Vol. 121. Pp. 44-58. DOI: https://doi.org/10.1016/jj.tifs.2022.01.029.

12. Park, K.-H.; Park, J.-H.; Lee, S., et al. Enzymatic Modification of Starch for Food Industry. Carbohydrate-Active Enzymes. Structure, Function and Applications. Cambridge: Woodhead Publishing, 2008. Pp. 157-183. DOI: https://doi.org/10.1533/9781845695750.2.157.

13. Punia, S.B.; Ashogbon, A.O.; Singh, A., et al. Enzymatic Modification of Starch: a Green Approach for Starch Applications. Carbohydrate Polymers. 2022. Vol. 287. Article Number: 119265. DOI: https://doi. org/10.1016/j.carbpol.2022.119265.

14. Лукин Н.Д., Бородина З.М., Лапидус Т.В. и др. Исследование процесса биоконверсии нативного кукурузного крахмала с применением различных амилолитических ферментов // Достижения науки и техники АПК. 2011. № 12. С. 74-76. EDN: https://www. elibrary.ru/okkjht.

15. Папахин А.А., Бородина З.М. Использование пуллуланазы в качестве биокатализатора процесса гидролиза крахмала. Часть 1. Изучение действия пуллуланазы на амилопектиновый кукурузный крахмал // Пищевые системы. 2021. Т. 4, № 4. С. 269-277. DOI: