CC BY
34
DOI 10.52231/2225-4269_2021_1_132
УДК 637.345
Разработка концентрированого сладкого молочного продукта с комбинированным белковым и углеводным составом
Гнездилова Анна Ивановна, доктор технических наук, профессор кафедры технологического оборудования
e-mail: gnezdilova.anna@mail.ru
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Вологодская государственная молочнохозяйственная академия имени Н.В. Верещагина»
Беляев Никита Владимиович, студент технологического факультета
e-mail: belyaev1996kg@mail.ru
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Вологодская государственная молочнохозяйственная академия имени Н.В. Верещагина»
Кокошин Роман Александрович, студент технологического факультета
e-mail: fluo.xetine@mail.ru
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Вологодская государственная молочнохозяйственная академия имени Н.В. Верещагина»
Ключевые слова: молочный, концентрированный, концентрат сывороточных белков, топинамбур.
Аннотация. В работе разработана рецептура и технология концентрированного молочного продукта с частичной долей замены сухого обезжиренного молока на концентрат сывороточных белков и сахарозы на сироп топинамбура. Исследованы его физико-химические и органолептические показатели качества. В результате установлено, что концентрат сывороточных белков и сироп топинамбура могут быть рекомендованы в производстве концентрированных молочных продуктов с сахаром.
Актуальность. В указе Президента [1] предусмотрено создание и развитие современных технологий, в том числе на предприятиях пищевой промышленности. Создание наилучших доступных технологий позволит применить систему экологического регулирования с целью минимизации негативного воздействия на окружающую среду [2, 3].
Для молочной промышленности весьма актуальным является утилизация молочной сыворотки, которая в настоящее время лишь на 20-30% перерабатывается на промышленные цели [4]. Кроме того, продукты на основе компонентов молочной сыворотки являются полезными. Например, концентрат сывороточных белков (КСБ) содержит практически весь набор важнейших аминокислот, а, следовательно, обладает высокой биологической ценностью [5].
Топинамбур и сироп топинамбура являются источником минеральных веществ: калия, натрия, кальция, магния, железа, а также фосфора, кремния и др. Топинамбур - источник витаминов В, А, С и Е. В сиропе топинамбура содержатся органические кислоты: яблочная, янтарная и лимонная.
Благодаря концентрации в клубнях редких полимеров - фруктанов, приготовленный сироп является лидером среди аналогичных средств из сахарного тростника, кукурузы, клена, агавы, меда. Сироп топинамбура - это биологически активный сахарозаменитель, показаниями для употребления которого являются такие проблемы со здоровьем, как: сердечно-сосудистые заболевания (гипертония, атеросклероз, ишемия и др.); нарушение функционирования ЖКТ (снижение кислотности, язва, гастрит, колит, запоры и т. п.); сахарный диабет разных типов; онкологические болезни; заболевания мочеполовой системы и др.
Особенность сиропа заключается в том, что его готовят при температуре 50-60°С. А это означает, что в его составе сохраняются все питательные вещества.
Целью работы является разработка рецептуры и технологии концентрированного молочного продукта с частичной долей замены сухого обезжиренного молока на концентрат сывороточных белков и сахарозы на сироп топинамбура.
Для разработки рецептуры был спланирован двухфакторный двухуровневый эксперимент. Были выбраны факторы: доля замены СОМ на КСБ - (Х1) и доля замены сахара сиропом топинамбура (Х2) и отклик - вязкость (У). Вязкость была выбрана на том основании, что при формировании консистенции консервированных молочных продуктов она является наиболее значимым параметром. Вязкость нормируется, например, для традиционного сгущенного молока с сахаром она должна составлять 3-15 Па-с [6-7].
Значения верхнего и нижнего уровней факторов в натуральном и кодированном выражении приведены в таблице 1.
Таблица 1 - Значения уровней и интервалов варьирования
Наименование фактора + 1 0 -1 Интервал варьирования
Доля замены СОМ на КСБ,% 20 15 10 5
Доля замены сахара на сироп топинамбура,% 5,00 3,75 2,50 1,25
Затем был составлен план полного факторного эксперимента (ПФЭ) (таблица
2).
Таблица 2 - План ПФЭ в кодированном и натуральном выражении факторов
№ опыта х0 х1 х2 х1-х2 Доля замены СОМ на КСБ,% Доля замены сахара на сироп топинамбура, %
1 + + + + 20 5,0
2 + - + - 10 5,0
3 + + - - 20 2,5
4 + - - + 10 2,5
Далее на основании плана ПФЭ были составлены варианты рецептуры вырабатываемого продукта (таблица 3).
Таблица 3 - Рецептура молочного концентрированного продукта 8,5 %-ной жирности в кг на 1000 кг готового продукта без учета потерь
Наименование компонентов Контроль Опыт 1 Опыт 2 Опыт 3 Опыт 4
Сухое обезжиренное молоко(1 % жира, 5% влаги) 230 184 207 184 207
Масло крестьянское, 72,5 % жира 114,1 114,1 114,1 114,1 114,1
Сахар-песок (сахароза) 435 413,2 413,2 424,1 424,1
КСБ (1 % жира, 95% влаги) - 46 23 46 23
Топинамбура сироп, СВ=70%. - 21,8 21,8 10,9 10,9
Мелкокристаллическая лактоза 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2
Вода 220,7 220,7 220,7 220,7 220,7
Технология выработки молочного концентрированного продукта приведена на рисунке 1.
Приемка компонентов
Восстановление сухого обезжиренного молока 40±2°С
Внесение распла в ленного молочного жира. температура 60=2С'С
Внесение сахара, температура (£0=2)сС
Пястертаиия смеси, температура (3£=2)°С б течение 10 мтгнуг
Охлаждение до гемперагуиы внесение енропд топинамбура
_ _1__
Охлаждение смеси до н внесение 0.02^ затравки
_Охлаждение продукта до температуры (20=2) "'С_
Фасование продукта
Хранение продукта 1={ 10±2) 3С в течение 12 мсс._
Рисунок 1. Схема производства концентрированного молочного продукта с сахаром
Методы исследования
Выработанные образцы продуктов хранят в течении 14 месяцев и анализируют. Поскольку вязкость в значительной мере влияет на консистенцию готового продукта и в конечном итоге на его качество, был проведен эксперимент по измерению вязкости полученных образцов. Как показали результаты опроса потребителей, продукты с излишне жидкой или густой консистенцией не пользуются спросом. Вязкость измерялась вискозиметром Гепплера.
Результаты исследований
Результаты эксперимента, выполненные в трехкратной повторности, и их среднее значение у представлены в таблице 4.
Таблица 4 - Результаты эксперимента по вязкости, Па*с
Nопыта У1 У2 У3 среднее у
1 5,75 5,59 5,61 5,65
2 4,25 4,70 4,26 4,40
3 5,49 5,47 5,41 5,46
4 4,80 5,37 4,74 4,97
Оценка воспроизводимости полученных результатов осуществлялась с помощью критерия Стьюдента при коэффициенте надежности а =0,95 [8, 9]. Поскольку неравенство ^асч < ^абл выполняется, следовательно, результаты статистически воспроизводимы.
В качестве модели объекта исследования была принята линейная модель, в
результате было получено уравнение:
у = 5,120 + 0,435 х1 -0,095-х2 +0,19 х1-х2
Проверка на адекватность полученного уравнения была проведена с помощью критерия Фишера. Полученная модель адекватно описывает объект исследования.
Анализ модели показывает, что концентрат сывороточных белков несколько повышает вязкость, а сироп топинамбура в незначительной степени ее снижает. Совместное влияние КСБ и сиропа топинамбура оказывается несущественным.
Вязкость во всех опытах находится в пределах нормативных значений для традиционного сгущенного молока с сахаром, т.е. находится в пределах 3-15 Па*с.
Для разработки нового вида продукта необходимо, чтобы этот продукт соответствовал нормативным требованиям по всем физико-химическим и органолеп-тическим показателям качества в течение всего срока хранения. Поэтому были исследованы кроме вязкости линейный размер кристаллов лактозы, который измеряли с помощью микроскопа BIOLAR, показатель активной кислотности -рН-метром марки МИ-150, массовую долю сухих веществ рефрактометрически, активность воды с помощью гигрометра Rotronic НудгоРа1т. Все опыты проводились в трехкратной повторности. При определении среднего линейного размера кристаллов проводилось измерение 100 кристаллов в направлении наибольшей оси согласно методу исследований, приведенному в ГОСТ 29245-91 [10].
В результате проведенных исследований было установлено, что все образцы продукта в основном соответствуют требованиям, установленным технической документацией [6-7]. рН в контрольном и рабочем образцах изменялась в пределах погрешности измерений.
Средний линейный размер кристаллов возрастает в процессе хранения, как в контрольном, так и в рабочем образцах. Однако в рабочем образце он ниже на 20-25%, что позволяет улучшить качество продукта (рисунок 2).
■ч832 свежвыр. Я 14мес. , —■ -1
♦ _ --♦ 3,88
-» 3,50--
Контроль ОП1ЫТ1 опыт2 опытЗ опыт4
Рисунок 2. Средний линейный размер кристаллов концентрированного молочного продукта с сахаром све-
жевыработанного и в процессе 14 месяцев хранения, мкм
Активность воды в рабочих образцах ниже на 3-7%, что свидетельствует о достаточно высокой хранимоустойчивости разработанного продукта. Данное обстоятельство может положительно влиять на снижение микробиологической обсе-мененности в продукте в процессе хранения.
По органолептическим показателям продукты оценивались в соответствии с ГОСТ 31688-2012 [6]. Продукт имел вкус и запах: чистый, сладкий, с выраженным привкусом пастеризованного молока. Консистенция была однородная, вязкая по всей массе без наличия ощутимых органолептически кристаллов лактозы. Цвет - белый с кремовым оттенком, равномерный.
Использование в составе продукта молочной сыворотки приводит к увеличению биологической ценности продукта. Кроме того, как было установлено авторами [11], белки молочной сыворотки обладают антиоксидантной активностью.
Аминокислотный скор концентрированного молочного продукта с сахаром 8,5%-ной жирности, выработанного на основе сухого концентрата сывороточных белков и сиропа топинамбура (опыт 4) в сравнении с контрольным образцом, представлен на рисунке 3.
♦ Контроль —■- Опыт
4147,6 ¡¡¿5 1112,8 „0)20,4 0168 0101,6
84,7 132 "1в,з
.Д05,6 67,1 •422,7
/ / у У У / X У У
Рисунок 3. Аминокислотный скор концентрированного молочного продукта с сахаром, % [12]
Как следует из рисунка, лимитирующей аминокислотой и в контрольном образце, и в рабочем опыте (разработанном продукте) является лейцин.
На основании полученных данных были рассчитаны показатели биологической ценности по методике [13, 14]. Установлено, что коэффициент сбалансированности аминокислотного состава (КСАС) в рабочем образце на 18% выше, чем в контрольном. Это свидетельствует о повышенной биологической ценности разработанного продукта.
Разработка нового продукта позволяет придать продукту профилактические свойства за счет снижения содержания сахара.
Выводы:
1. Концентрат сывороточных белков повышает вязкость, а сироп топинамбура в незначительной степени ее снижает.
2. Вязкость во всех опытах находится в пределах нормативных значений для традиционного сгущенного молока с сахаром.
3. Концентрат сывороточных белков и сироп топинамбура могут быть рекомендованы в производстве консервированных молочных продуктов с сахаром.
4. Разработка нового продукта позволяет расширить ассортимент молочных консервов, повысить их биологическую ценность и придать продукту профилактические свойства.
Список литературы:
1. Указ Президента РФ от 07.05.2018 №204«0 национальных целях и стратегических задачах развития Российской федерации на период до 1024 года».
2. Информационное обеспечение наилучших доступных технологий пищевой промышленности: монография / А.Г. Храмцов, А.А. Брацихин, А.А. Борисенко [ и др.]. - Санкт-Петербург: ГИОРД, 2019. - 312 с.
3. Храмцов, А.Г. Лактомика - наука о молоке. Модернизация наших представлений / А.Г. Храмцов // Молочная промышленность. - 2011 - №6. - С. 45-48.
4. Евдокимов, И.А. Перспективы и особенности организации переработки сыворотки за рубежом и в России / И.А. Евдокимов, Д.Н. Володин, В.К. Топалов // Переработка молока. - 2011. - № 8. - С. 6-8.
5. Евдокимов, И.А. Реальные мембранные технологии / И.А. Евдокимов, Д.Н. Володин, М.С. Золотарева // Молочная промышленность. - 2010. - № 1. - С. 49-50.
6. ГОСТ 31688-2012 Консервы молочные. Молоко и сливки сгущенные с сахаром. Технические условия. - Введ. 2013-07-03. - Изм. 2015-11-16. - М.: Стандар-тинформ, 2013. - 12 с.
7. ТР ТС 033/2013. Технический регламент Таможенного союза «О безопасности молока и молочной продукции» (с изменениями на 20 декабря 2017 года, в редакции, действующей с 15 июля 2018 года).
8. Грачев, Ю.П. Математические методы планирования экспериментов / Ю.П. Грачев, Ю.М. Плаксин. - М.: ДеЛи принт, 2005. - 296 с.
9. Основы научных исследований, организация и планирование эксперимента: Методические указания / разраб. А.И. Гнездилова. - Вологда-Молочное: ВГМХА, 2014. - 42 с.
10. ГОСТ 29245-91. Консервы молочные. Методы определения физических и органолептических показателей.
11. Антиоксидантная активность продуктов модификации молочной сыворотки / Е.Б. Станиславская, А.Н. Пономарев, Е.И. Мельникова, А.В. Гребенщикова // Молочная промышленность. - 2017. - №11. - С. 50-51.
12. Гнездилова А.И. Консервированный молочный продукт с сахаром на основе концентрата сывороточных белковУФ / А.И. Гнездилова, Ю.В. Виноградова, А.В. Музыкантова // Молочная промышленность. - 2018. - № 2. - С. 69-70.
13. Оценка аминокислотного состава рецептурной смеси пищевых продуктов / П.А. Лисин [и др.] // Аграрный вестник Урала. - №3 (95). - 2012. - С. 26-28.
14. Методология оценки сбалансированности аминокислотного состава многокомпонентных пищевых продуктов / П.А. Лисин [и др.] // Вестник Омского госу-
дарственного аграрного университета. - 2013. - № 3 (11). - С. 53-58.
References:
1. Decree of the President of the Russian Federation, no. 204 of 07.05.2018 "On National Goals and Strategic Objectives of the Russian Federation Development for the Period up to 2024".
2. Khramtsov A.G., Bratsikhin A.A., Borisenko A.A. Informatsionnoe obespechenie nailuchshikh dostupnykh tekhnologiy pishchevoy promyshlennosti: [Information support of the best available technologies of the food industry]. St. Peterburg, GIORD Publ., 2019. 312p.
3. Khramtsov A.G. LACTOMICA - the science of milk. Modernization of our ideas. Molochnaya promyshlennost' [Dairy Industry], 2011, no. 6, pp.45-48. (In Russian)
4. Evdokimov I.A., Volodin D.N., Topalov V.K. Prospects and features of whey processing abroad and in Russia. Pererabotka moloka [Milk Processing], 2011, no. 8, pp. 6-8. (In Russian)
5. Evdokimov I.A., Volodin D.N., Zolotareva M.S. Real membrane technologies. Molochnaya promyshlennost' [Dairy Industry], 2010, no. 1, pp.49-50. (In Russian)
6. State Standard 31688-2012. Canned dairy products. Sweetened Condensed Milk and Cream. Technical specifications. Moscow, Standartinform Publ., 2013. 12p. (In Russian)
7. Technical Regulations of the Customs Union 033/2013. Technical Regulations of the Customs Union "On the safety of milk and dairy products" (as amended December 20, 2017, as amended July 15, 2018).
8. Grachev Yu.P., Plaksin Yu.M. Matematicheskie metody planirovaniya eksperimentov [Mathematical methods for planning experiments]. Moscow, DeLi Print Publ., 2005. 296p.
9. Gnezdilova A.I. Osnovy nauchnykh issledovaniy, organizatsiya i planirovanie eksperimenta: Metodicheskie ukazaniya [Fundamentals of scientific research, organization and planning of the experiment. Guidelines]. Vologda-Molochnoe, VGMKhA Publ., 2014. 42p.
10. State Standard 29245-91. Canned dairy products. Methods of determining physical and organoleptic parameters. Moscow, Standartinform Publ. (In Russian)
11. Stanislavskaya E.B., Ponomarev A.N., Mel'nikova E.I., Grebenshchikova A.V. Antioxidant activity of whey modification products. Molochnaya promyshlennost' [Dairy Industry], 2017, no. 11, pp. 50-51. (In Russian)
12. Gnezdilova A.I., Vinogradova Yu.V., Muzykantova A.V. Canned sweet dairy product based on UV whey protein concentrate. Molochnaya promyshlennost' [Dairy Industry], 201, no. 2, pp. 69-70. (In Russian)
13. Lisin P.A. Evaluation of the amino acid composition of a food formula mixture. Agrarnyy vestnik Urala [Agrarian Bulletin of the Urals], 2012, no. 3 (95), pp. 26-28. (In Russian)
14. Lisin P.A. Methodology for assessing the balance of the amino acid composition of multicomponent foods. Vestnik Omskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta [Bulletin of Omsk State Agrarian University], 2013, no. 3(11), pp. 53-58. (In Russian)
Development of a concentrated sweet milk product with a combined protein and carbohydrate composition
Gnezdilova Anna Ivanovna, Doctor of Science (Technics), Professor of the Technological Dairy Equipment Chair
e-mail: gnezdilova.anna@mail.ru
Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education Vologda State Dairy Farming Academy named after N.V. Vereshchagin
Belyayev Nikita Vladimiovich, a student of the Technological faculty
e-mail: belyaev1996kg@mail.ru
Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education Vologda State Dairy Farming Academy named after N.V. Vereshchagin
Kokoshin Roman Aleksandrovich, a student of the Technological faculty
e-mail: fluo.xetine@mail.ru
Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education Vologda State Dairy Farming Academy named after N.V. Vereshchagin
Keywords: dairy, concentrated, whey protein concentrate, American artichoke.
Abstract. The work presents formulation and technology of a concentrated dairy product with a partial replacement of skimmed milk powder with whey protein concentrate and a partial replacement of sucrose with American artichoke syrup. The authors have studied physical and chemical as well as organoleptic quality indicators of the product. As a result, it has been found that whey protein concentrate and American artichoke syrup can be recommended in the production process of concentrated sweet dairy products.
