CC BY
8
УДК 637.138
DOI 10.52231/2225-4269_2021_3_176
Технологическая совместимость молочного и растительного сырья при создании напитка, заменяющего кофе
Абабкова Анна Александровна, кандидат технических наук, инженер-химик
e-mail: primadonna.88@yandex.ru
Акционерное общество «Учебно-опытный молочный завод» Вологодской государственной молочнохозяйственной академии им. Н.В. Верещагина»
Матвеева Наталия Олеговна, аспирант кафедры технологии молока и молочных продуктов
e-mail: natalia.natashonok@yandex.ru
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Вологодская государственная молочнохозяйственная академия имени Н.В. Верещагина»
Новокшанова Алла Львовна, доктор технических наук, доцент, ведущий научный сотрудник
e-mail: novokshanova@ion.ru
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки «ФИЦ питания и биотехнологии»
Ключевые слова: питьевой молочный напиток, кофейный напиток, сухое обезжиренное молоко, порошок ячменя, сироп топинамбура.
Аннотация
В статье доказана актуальность и целесообразность производства низкожирного молочного напитка, обогащенного порошком ячменя, в качестве заменителя кофе. Благодаря высокой пищевой ценности и отсутствию кофеина полученный продукт может быть рекомендован для непосредственного употребления в пищу всеми группами населения, в том числе в системе питания детских и санаторных учреждений. Объектом исследования служили опытные образцы молочного напитка. В качестве основы применяли сухое обезжиренное молоко после
восстановления. Для придания кофейного вкуса напитку использовали ячменный порошок в количестве 7 %. В качестве дополнительного источника углеводов применяли сироп топинамбура в количестве 4 %. Микроскопированием образцов напитка исследовано диспергирование злаковой составляющей в молочном сырье. Методом ротационной вискозиметрии выявлено полное восстановление структуры после механического разрушения и улучшение показателя потери вязкости в образцах после холодильного хранения по сравнению с образцами сразу после получения. Срок хранения напитка установлен методом микробиологического анализа.
Питьевые молочные продукты, как правило, имеют невысокую пищевую плотность. В сегменте молочных напитков преимущественно преобладают продукты с массовой долей белка от 3 до 5 %. Учитывая устойчивую тенденцию недостаточного содержания белка в рационах россиян, актуальным остается необходимость создания продуктов с повышенной белковой ценностью. Однако при обогащении молочного сырья, особенно низкожирного, другими ингредиентами могут возникать проблемы органолептической приемлемости и стабильности пищевой системы.
В основе данного исследования использована известная традиция приготовления напитков, заменяющих кофе. В зависимости от рецептуры их подразделяют на три типа:
- напитки, частично содержащие кофе;
- напитки, содержащие цикорий и не содержащие кофе;
- напитки, в составе которых нет ни кофе, ни цикория.
Такие напитки - популярный продукт в системе общепита, включая детские и санаторные учреждения. Объяснением этому служит пониженное содержание или полное отсутствие кофеина.
Из всех зерновых, которые используются для приготовления напитков, заменяющих кофе, выбран ячмень. Цвет и консистенция ячменного напитка внешне очень схожа с натуральным кофе, а добавление молока делает вкус напитка мягким и похожим на капучино. К тому же в ячмене нет такого количества эфирных масел, как в кофейных зернах, поэтому он не оставляет на посуде следов и запаха [1].
Основная масса углеводов ячменя представлена крахмалом. Содержание моно- и олигосахаридов в зерне ячменя, по данным разных авторов, варьируется в пределах 1,4-6,8 %. В зародыше обнаружено 4,9 % раффинозы [2].
В составе клеточных стенок ячменя найдены полисахариды (-глюканы. По структуре (3-глюкан представляет линейный полисахарид,
образованный остатками D-гпюкопиранозы, которые соединяются р-1,4-связями в организованные блоки через (3-1,3-связи. Во вторичной структуре молекула р-глюкана представляет собой изогнутую цепь, модель которой описывается цилиндром, имеющим длину равную 3,5-3,8 нм и диаметр около 0,45 нм [2, 3].
При помоле зерна (3-глюканы высвобождаются из клеточных стенок. Известно, что степень извлечения р-глюканов прямо пропорциональна тонкости помола [4, 5]. Попадая в водную среду (3-глюканы, увеличивают ее вязкость. Именно это свойство привлекает технологов в решении использовать данные гидроколлоиды в производстве многих продуктов. Тем более, что р-глюканы, устойчивые к перевариванию и адсорбции в тонком кишечнике человека, выполняют ряд полезных физиологических функций, улучшающих процессы усвоения, микробиоценоз и эвакуацию остатков пищи. В итоге такие эффекты опосредованно оказывают нормализующее действие на липидный и углеводный обмены [6].
Однако использование р-глюкана как функционального ингредиента экономически мало привлекательно из-за высокой стоимости его экстракции и очистки. Альтернативным вариантом улучшения консистенции продуктов, например, на молочной основе, может быть использование зерновых и продуктов их переработки, богатых р-глюканами.
Рассматривая возможность промышленной технологии готового молочного напитка - заменителя кофе, изучены его органолептические и физико-химические, в частности реологические свойства.
Объектом исследования служили образцы молочного напитка, обогащенные порошком ячменя и сиропом топинамбура.
Основным молочным сырьем служило сухое обезжиренное молоко (СОМ) производства АО «Учебно-опытный молочный завод» ВГМХА им. Н. В. Верещагина. Органолептические и физико-химические характеристики СОМ соответствовали требованиям действующей нормативной документации на данный продукт [7]. По микробиологическим показателям и показателям безопасности сухое обезжиренное молоко удовлетворяло показателям Технического регламента Таможенного союза [8, 9]. Помимо высокой пищевой ценности и приятного вкуса, СОМ интересно для пищевой промышленности удобством транспортировки и длительным сроком годности.
Кофейный вкус напитку придавали путем внесения в молочную основу порошка ячменя (ячменный напиток «Старая мельница», ОАО «Русский продукт», Россия). Данный ингредиент представляет собой порошкообразную форму переработанного ячменя, которая способна равномерно распределяться в молочном сырье. Это важное условие
для проявления свойств ячменя как гидроколлоида, которое будет способствовать стабилизации продукта в хранении.
Вместо сахарозы для придания сладкого вкуса напитку использован сироп топинамбура (производитель ООО «Терра», Россия), имеющий высокую сладость и хорошую растворимость.
Основу молочного напитка готовили растворением 18 г сухого обезжиренногомолока(СОМ)впитьевойводепритемпературе(50,0±2,0) в мерной колбе на 100 см3. Порошок ячменя вносили в молочную основу в количестве 7 % от массы смеси. Сироп добавляли в образцы из расчета 4 % от объема смеси. Пастеризацию напитка проводили при температуре (87,0±2,0) в течение 8 секунд. Далее охлаждали до температуры (22,0±2,0) °С, поддерживаемой в течение дегустации. Дальнейшие испытания образцов проводили на 10, 15 и 19 сутки после хранения при температуре (4±2) °С.
Плотность образцов исследовали с помощью тензиометра KRUSS K-20S. Способность образцов сохранять начальные свойства при хранении исследовали методом посева на питательную среду по ГОСТ 32901-2014 и по показателю активной кислотности в соответствии с ГОСТ 32892-2014 [10, 11].
Реологические характеристики образцов продукта: потеря вязкости и восстановление структуры определяли на ротационном визкозиметре Fungilab SMART серии R [12].
Микроскопирование образцов выполняли на световом микроскопе Axio Imager Z1 Carl Zeiss при стократном увеличении объектива и окуляра. Для фотосъемки использовали цифровую камеру AxioCam HRc.
Размер частиц при электронном микроскопировании вычисляли расчетным методом [13]. Видимые частицы подразделяли на фракции по размерам: менее 50 мкм, от 50 до 100 мкм, от 100 до 200 мкм, от 200 до 300 мкм и от 300 до 400 мкм и строили кумулятивные кривые распределения частиц, по которым определяли показатели дисперсности образцов. Непосредственно на кривой определяли процентили (dx) -размер x, ниже которого находится определенное количество образца.
Выработку опытных образцов и исследования повторяли трехкратно. Математическую обработку данных выполняли с использованием программного обеспечения Windows 10.
Свежеприготовленные напитки с ячменем имели сладковатый молочный вкус с гармоничным зерновым привкусом, подобным вкусу кофе с молоком. Запах был приятным молочно-зерновым. Консистенция была однородной, без комочков. Напитки обладали светло-коричневым цветом, соответствующим ячменному напитку. Пищевая и энергетическая ценность напитков представлены в таблице 1.
Таблица 1 - Пищевая и энергетическая ценность образцов ячменного напитка
Показатель Значение показателя
Массовая доля жира, % 0,20
Массовая доля белка, % 7,80
Массовая доля углеводов, % 16,03
Массовая доля сухого молочного остатка (СМО), % 24,20
Энергетическая ценность (калорийность), ккал/кДж 97 / 413
Микрофотография образцов напитков на конец предполагаемого срока годности представлена на рисунке 1. При увеличении хорошо видна различная степень дисперсности частиц ячменного порошка в напитках.
Рисунок 1 - Микрофотография образцов напитка на конец предполагаемого срока годности
Расчетные размеры частиц ячменного порошка в напитках представлены в таблице 2.
Таблица 2 - Расчетные размеры частиц ячменного порошка в напитке
Расчетные диаметры, мкм Значения
¿1П, мкм 3,0±0,1
й5П, мкм 25,0±0,2
d9n, мкм 55,0±0,2
Медианный диаметр частиц ячменного порошка в напитках, как видно в таблице 2, составил 25 мкм. Количество частиц ячменного порошка в напитках размером менее 3 мкм составляло 10 % и такое же количество частиц ячменного порошка в напитках имели диаметр более 55 мкм. Достигнутое диспергирование растительного ингредиента вполне достаточно, чтобы не давать нежелательных органолептических ощущений.
Показатели консистенции оценивали методами ротационной визкозиметрии. Кривые напряжения сдвига образцов сразу после изготовления и на 19-е сутки хранения при (4,0±2,0) □ показывают высокую стабильность структуры в момент приложения и снятия нагрузки (рис. 2).
а
б
Рисунок 2 - Реологические кривые напряжения сдвига в опытных образцах напитка свежеприготовленного (а) и после 19 дней хранения (б)
Испытание консистенции образцов на способность противостоять механическому разрушению после
двухминутного воздействия показало, что к концу допустимого срока годности показатель потери вязкости снизился на 5 % по сравнению со свежевыработанными образцами (рис. 3).
120
LOO 100
100 so £0 40 20 0
Потеря вязкости. % Восстановление структуры, %
■ СБгжйЕыра5отанны2 образцы "Образцыпосле 19днгн хранения
Рисунок 3 - Показатели устойчивости образцов к механическому воздействию
На рисунке 3 видно, что образцам было характерно полное восстановление структуры и сразу после изготовления, и после хранения при (4,0±2,0) □ в течение 19 суток. Несомненно, это следствие сочетания нескольких факторов, таких как высокое содержание сухих веществ и присутствие гидроколлоидов разной природы. По-видимому, в условиях эксперимента происходило усиление гидрофильных свойств и молочных белков, и полисахаридов ячменя. Подобные проявления синергизма всегда положительно сказываются на консистенции питьевых молочных продуктов [14]. Также немаловажное значение имело далекое от изоэлектрической точки казеина значение рН напитка. В свежевыработанных образцах показатель рН был в пределах от 6,5 до 6,6, а в конце срока хранения - от 5,7 до 6,1.
Микробиологические исследования проводили с целью установления сроков хранения пастеризованного напитка. Посев на питательные среды Кесслер и КМАФАнМ проводили сразу после изготовления напитка, на 10 сутки, а также на 15 и 19 сутки хранения. Изменений по содержанию БГКП в образцах в процессе хранения не происходило. Количество МАФАнМ в свежеприготовленных напитках составляло 1,1x10х КОЕ/см3. При хранении показатель КМАФАнМ увеличивался с 3,7x101 КОЕ/см3 на 10 сутки до 6,5x102 КОЕ/см3 на 19 сутки. С учетом коэффициента резерва, рекомендуемого для скоропортящихся продуктов со сроком годности до 30 суток, который составляет 1,3 [15], предполагаемый срок хранения составил 15 суток.
По результатам микробиологических испытаний образцов продукта свежеприготовленных и на протяжении срока хранения общее количество микроорганизмов увеличилось на порядок, но оставалось в пределах норматива (не более 1x105 КОЕ/см3), допускаемого Техническим регламентом Таможенного союза «О безопасности молока и молочной продукции» [9].
Итогом проведенной работы является рецептура низкожирного молочного напитка, обогащенного порошком ячменя в качестве заменителя кофе. Хорошие потребительские характеристики продукта позволяют использовать результаты проведенных исследований для дальнейшей разработки технологии и нормативной документации на низкожирный молочный напиток - заменитель кофе.
Материал подготовлен в рамках государственного задания FGMF-2022-0002.
Литература:
1. Преимущества и недостатки кофейного напитка из ячменя (ячменного кофе) // PALISADE : сайт. - URL: https://coffeefan.info/chto-takoe-yachmennyj-kofe.html. (дата обращения 30.04.2022).
2. Полонский, В.И. Актуальные проблемы селекции ячменя / В.И. Полонский, А.В. Сумина // Проблемы современной аграрной науки : сб. трудов Междунар. науч. конф. (Красноярск, 15 октября 2010) // [отв. ред. Ж.Н. Шмелева]. - Красноярск : Краснояр. гос. аграр. ун-т., 2010.- С. 52-58.
3. Wood, P.J., Structural studies of (1D3)(1D4)-p-D-glucans by 13C-nuclear magnetic resonance spectroscopy and rapid analysis of celluloselike regions using high-perfomance anion-exchange chromatography of oligosaccharides released by lichenase / P.J. Wood, J. Weisz, B.A. Blackwell // Cereal Chemistry. - 1994. - No 71. - pp. 301-307.
4. Меледина, Т.В. Сырье и вспомогательные материалы в пивоварении / Т.В. Меледина - Санкт-Петербург: Профессия, 2003 - 403 с.
5. Грибкова, И.Н. Влияние (3-глюкана на качество пива / И.Н. Грибкова, В.И. Козлов // Актуальные вопросы индустрии напитков : сб. науч. трудов. - М., 2018. - Вып. 2. - С. 42-44.
6. Нормы физиологических потребностей в энергии и пищевых веществах для различных групп населения Российской Федерации. Методические рекомендации : официальное издание : утв. Руководителем Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека, Главным государственным санитарным врачом Российской Федерации А.Ю. Поповой от 22.07.21.
- М. : Федеральная служба по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека, 2021. - 72 с.
7. ГОСТ 33629-2015 Консервы молочные. Молоко сухое. Технические условия. = Canned milk. Dry milk. Specifications : национальный стандарт Российской Федерации : издание официальное : введен впервые : введен 2016-07-01 / Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии. - М.: Стандартинформ, 2016 - 12 с.
8. О безопасности пищевой продукции: Технический регламент Таможенного союза 021/2011: [утв. решением Комиссии Таможенного союза № 880 9 декабря 2011 г.]: (с изм. и доп.). - Доступ из справ.-правовой системы Гарант.
9. О безопасности молока и молочной продукции: Технический регламент Таможенного союза 033/2013: [принят Решением Совета Евразийской экономической комиссии № 67 9 октября 2013 г.]: (с изм. и доп.). - Доступ из справ.-правовой системы Гарант.
10. ГОСТ 32901-2014 Молоко и молочная продукция. Методы микробиологического анализа = Milk and milk products. Methods of microbiological analysis : национальный стандарт Российской Федерации : издание официальное : введен впервые : введен 2016-01-01 / Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии.
- Изд. официальное. - М.: Стандартинформ, 2015 - 25 с._
11. ГОСТ 32892-2014 Молоко и молочная продукция. Метод измерения активной кислотности = Milk and dairy products. Method of pH determination : национальный стандарт Российской Федерации : издание официальное : введен впервые : введен 2016-01-01 / Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии. - Изд. официальное. - М.: Стандартинформ, 2015 - 15 с.
12. Косой, В.Д. Реология молочных продуктов. Полный курс / В.Д. Косой, Н.И. Дунченко, М.Ю. Меркулов - Москва: Пищевая промышленность, 2010. - 828 с.
13. Rawle, A. The Basic Principles of Particle Size Analysis / А. Rawle // Coatings Journal. - 2003. - No 86(2). - pp. 58-65.
14. Новокшанова, А.Л. Разработка научных принципов создания продуктов спортивного питания на основе молочного сырья : специальность 05.18.15 «Технология и товароведение пищевых продуктов и функционального и специализированного назначения и общественного питания» : дис. ... д-ра технич. наук / А.Л. Новокшанова; ФГБОУ ВО «Московский государственный университет технологий и управления имени К. Г. Разумовского». - М., 2019. - 487 с.
15. МУК 4.2.1847-04. Санитарно-эпидемиологическая оценка обоснования сроков годности и условий хранения пищевых продуктов. Методические указания - М.: Федеральный центр госсанэпиднадзора Минздрава России, 2004, 31 с.
References:
1. Preimushchestva i nedostatkikofeynogonapitka iz yachmenya (yachmennogokofe). Available at: https://coffeefan.info/chto-takoe-yachmennyj-kofe.html (accessed 30 April 2022)
2. Polonskiy V.I., Sumina A.V. Actual problems of barley breeding. Trudy Mezhdunarodnoynauchnoykonferentsii "Problemysovremennoy agrarnoy nauki"[Proc. of the International Scientific Conference "Problems of modern agrarian science"] . Krasnoyarsk, 2010, pp. 52-58.
3. Wood P.J., Weisz J., Blackwell B.A. Structural studies of (1Ш3) (1D4)-p-D-glucans by 13C-nuclear magnetic resonance spectroscopy and rapid analysis of cellulose-like regions using high-perfomance anion-exchange chromatography of oligosaccharides released by lichenase. Cereal Chemistry, 1994, no.71, pp. 301-307.
4. MeledinaT.V.Syr'yeivspomogatel'nyyematerialyvpivovarenii[Raw materials and auxiliary materials in brewing]. Saint-Petersburg, 2003, 403 p.
5. Gribkova I.N., Kozlov V.I. The influence of (3-glucan on the quality of beer. Trudy nauchnoykonferentsii "Aktual'nyyevoprosyindustrii napitkov"[ Proc. of the Conf. "Topical issues of the beverage industry"].
Moscow, 2018, no. 2, pp. 42-44.
6. Normyfiziologicheskikhpotrebnostey v energii i pishchevykh veshchestvakh dlya razlichnykhgruppnaseleniya Rossiyskoy Federatsii. Me todicheskiyerekomendatsii[Norms of physiological needs for energy and nutrients for various groups of the population of the Russian Federation. Methodological recommendations]. Moscow, 2021. 72 p.
7. State Standard 33629-2015. Canned milk. Dry milk. Specifications. Moscow, Standartinform Publ., 2016. 12 p. (in Russian)
8. O bezopasnostipishchevoy produktsii: Tekhnicheskiyreglament Tamozhennogosoyuza 021/2011[0n food safety: Technical Regulation of the Customs Union 021/2011]. Available at: dostup iz sprav.-pravovoy sistemy "Garant".
9. O bezopasnosti moloka i molochnoyproduktsii: Tekhnicheskiyreglament Tamozhennogosoyuza 033/2013[0n the safety of milk and dairy products: Technical Regulation of the Customs Union 033/2013]. Available at: dostup iz sprav.-pravovoy sistemy "Garant".
10. State Standard 32901-2014. Milk and dairy products. Methods of microbiological analysis. Moscow, Standartinform-Publ., 2015. 25 p. (in Russian)
11. State Standard 32892-2014. Milk and dairy products. Method of pH determination. Moscow, Standartinform-Publ., 2015. 15 p. (in Russian)
12. Kosoy V.D., Dunchenko N.I., Merkulov M.YU. Rheology of dairy products. Pishchevaya promyshlennost' [Food Industry], Moscow, 2010. 828 p.
13. Rawle A. The Basic Principles of Particle Size Analysis. Coatings Journal. 2003, no 86(2), pp. 58-65.
14. Novokshanova A.L. Razrabotkanauchnykhprintsipovsozdaniya produktov sportivnogopitaniya na osnovemolochnogosyr'ya. Doct.Diss. [Development of scientific principles for the creation of sports nutrition products based on dairy raw materials. Dokt.Diss.]. Moscow, 2019. 487 p.
15. Sanitarno-epidemiologicheskaya otsenka obosnovaniya srokov godnosti i usloviy khraneniya pishchevykh produktov. MUK 4.2.1847-04. Moscow, Federal'nyy tsentr gossanepidnadzora Minzdrava Rossii Publ., 2004, 31 p.
Technological compatibility of dairy and vegetable raw materials in the creation of a drink replacing coffee
Ababkova Anna Aleksandrovna, Candidate of Technical Sciences,
chemical engineer
e-mail: primadonna.88@yandex.ru
Joint-Stock Company «Educational and Experimental Dairy Plant" of the Vologda State Dairy Academy named after N.V. Vereshchagin»
Novokshanova Alla L'vovna, Doctor of Technical Sciences, Associate Professor, leading Researcher
e-mail: novokshanova@ion.ru
Federal State Budgetary Institution of Science «Federal Research Center of Nutrition and Biotechnology»
Matveyeva Nataliya Olegovna, postgraduate student, the Department of Milk and Dairy Products Technology
e-mail: natalia.natashonok@yandex.ru
Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education «Vologda State Dairy Farming Academy named after N.V. Vereshchagin»
Keywords: drinking milk drink, coffee drink, skimmed milk powder, barley powder, jerusalem artichoke syrup.
Abstract
The article proves the relevance and reasonability of producing a low-fat milk drink enriched with barley powder as a coffee substitute. Due to the high nutritional value and the absence of caffeine properties, the resulting product can be recommended for direct consumption by all groups of the population, including in the nutrition system of children's and sanatorium institutions. The object of the study was prototypes of a milk drink. Skimmed milk powder was used as a base after recovery. To give the coffee taste to the drink, barley powder was used in an amount of 7%. Jerusalem artichoke syrup in the amount of 4% was used as an additional source of carbohydrates. Microscopy of beverage samples investigated the dispersion of the cereal component in dairy raw materials. The method of rotational viscometry revealed a complete restoration of the structure after mechanical destruction and an improvement in the loss of viscosity in the samples after cold storage compared with the samples immediately after receipt. The shelf life of the drink is determined by the method of microbiological analysis.
