CC BY
8А.В. Жебо, канд. техн. наук, доц., e-mail: tovarovedenie@inbox.ru А.В. Алешков, канд. техн. наук, доц., e-mail: aleshkovalexey@ gmail. com Хабаровский государственный университет экономики и права, г. Хабаровск Т.К. Каленик, д-р биол. наук, проф., e-mail: kalenik.tk@dvfu.ru Дальневосточный федеральный университет, г. Владивосток
УДК637.181
ТЕХНОЛОГИЯ И ХАРАКТЕРИСТИКА ЗАМЕНИТЕЛЕЙ МОЛОКА НА РАСТИТЕЛЬНОЙ ОСНОВЕ
Представлены результаты исследований по разработке технологии и рецептур, оценке качества растительных заменителей молока на основе ядер орехов (миндаля, фисташки, кедрового) и бобов сои. Установлено, что применяемый нагрев в СВЧ-поле позволяет повысить экстракцию сухих веществ в раствор с сохранением биологически активных веществ. Показано, что разработанные заменители молока обладают привлекательными органолептическими показателями и повышенной биологической ценностью (по содержанию белка и витамина С). Установлен срок годности пастеризованных напитков (15 сут) без существенного снижения содержания витамина С и ухудшения орга-нолептических показателей. Отмечено, что разработанные продукты могут использоваться в качестве заменителей молока, как самостоятельный напиток, а также при приготовлении различных блюд. Показано, что производство заменителей молока на основе орехов и бобов сои как сегмента безлактозной продукции FreeFrom максимально удовлетворяет положениям национальной технологической инициативы «НТИ-2035» как элемент концепции FoodNet в направлении персонифицированного питания.
Ключевые слова: заменители молока, соя, миндаль, фисташка, кедровый орех, технология, оценка качества, СВЧ-нагрев.
A.V. Zhebo, Cand. Sc. Engineering, Assoc. Prof.
A.V. Aleshkov, Cand. Sc. Engineering, Assoc. Prof. T.K. Kalenik. Dr. Sc. Biology, Prof.
TECHNOLOGY AND CHARACTERISTICS OF PLANT-BASED MILK SUBSTITUTES
The results of research on the development of technology andi formulations, quality assessment ofplant milk substitutes based on the kernels of nuts (almonds, pistachios, cedar) and soybeans are presented. It is established that the applied heating in the microwave ^ field allows to increase the extraction of dry substances from the solution with the preservation of biologically active substances. It is shown that the developed milk substitutes have attractive organoleptic characteristics and increased biological value (in terms of protein and vitamin C). The shelf life of pasteurized beverages is set at 15 days without a significant decrease in the content of vitamin C and deterioration of organoleptic parameters. It is noted that the developed products can be used as milk substitutes, as an independent drink, as well as in the preparation of various dishes. It is shown that the production of milk substitutes based on nuts and soybeans as a segment of lactose-free products FreeFrom maximally meets the provisions of the national technological initiative "NTI-2035" as an element of the Food-Net concept in the direction of personalized nutrition.
Key words: milk substitutes, soy, almonds, pistachio, pine nut, technology, quality assessment, microwave heating.
Введение
Одним из ключевых направлений развития современных пищевых технологий выступает высокотехнологичная переработка ресурсов, в том числе новых сырьевых источников, применяемая для производства специализированной пищевой продукции с персонифицированными характеристиками. Актуальность разработки технологий продукции, фактически яв-
ляющейся инновационной, находит отражение в «Стратегии развития пищевой и перерабатывающей промышленности РФ на период до 2020 г.» (распоряжение Правительства РФ от 17 апреля 2012 г. № 559-р), «Доктрине продовольственной безопасности РФ» (Указ Президента РФ от 30 января 2010 г. № 120), «Стратегии научно-технологического развития РФ» (Указ Президента РФ от 1 декабря 2016 г. № 642) и других документах федерального уровня
[1-3].
В последнее время все большую популярность получают продукты категории «Егее¥гош» (досл. англ. - «свободен от»), не содержащие аллергенные или интолерантные компоненты, например безлактозные, безглютеновые, без сахара (диабетические), вегетарианские (без мясных ингредиентов) и др. [4].
Молоко является важнейшим продуктом питания населения, особенно необходимым для правильного формирования молодого, растущего организма. Однако, по данным Союза педиатров России, около 16-18% населения нашей страны страдает непереносимостью лактозы в разной степени. Фактически это около 25-26 млн. чел., преимущественно дети и подростки. Лактазная недостаточность усиливается по мере приближения к Азиатско-Тихоокеанскому региону и Дальнему Востоку России [5]. Непереносимость лактозы вынуждает потребителей искать доступные заменители молока, представленные растительными напитками с близкими органолептическими свойствами. Кроме того, показана актуальность потребления безлактоз-ных продуктов в случае ухудшения экологической обстановки и в формате персонифицированного питания сегментов «бьюти»- и «фитнес»-продуктов.
Растительные заменители молока являются весьма перспективным направлением развития инновационных пищевых технологий, так как могут изготавливаться из разнообразного растительного сырья.
В первую очередь этот сегмент представлен соевым молоком на основе бобов сои. При этом необходимо отметить, что термин «молоко» относительно растительных заменителей не может быть использован в соответствии с ТР ТС 033/2013 [6], который четко устанавливает определение и признаки идентификации: молоко - это продукт нормальной физиологической секреции молочных желез сельскохозяйственных животных, полученный от одного или нескольких животных в период лактации при одном и более доении, без каких-либо добавлений к этому продукту или извлечений каких-либо веществ из него. В то же время заменитель молока на основе сои содержит ряд важных биологически активных компонентов, среди которых - не только полноценный белок и эссенциальные жирные кислоты, но и фитостерины, фосо-фолипиды, витамины D, E, ^ Bl, B2, B5, В6, РР, фолиевая кислота, изофлавоны (генистин, даидзин, глицитеин и др.).
Относительно недавно на рынке появились заменители на основе круп (овсяной, гречневой, рисовой, пшеничной и др.). Однако следует отметить, что овсяная крупа содержит глютен и не рекомендуется для потребителей с аллергией на этот компонент. Зарубежные производители предлагают растительные заменители молока из миндаля и кокоса. Известен также заменитель молока из кедрового ореха [7].
Орехи наиболее целесообразно использовать в качестве нового вида сырья для растительных напитков как источники белков, ненасыщенных жирных кислот и витаминов. Так, изучение фактического ассортимента показало полное отсутствие на рынке напитков из фундука, фисташек, грецких и других видов орехов, встречаются лишь образцы из миндаля. Между тем орехи являются источниками белка и жира, характеризуются высокой усвояемостью, содержат антиоксиданты (полифенолы, включая кверцетин, и токоферолы) [8], глико-зиды (изорамнетин-гликозид, нарингин), изофлавоны (в фисташках обнаружены даидзеин, ге-нистеин, даидзин, генистин), пищевые волокна, в совокупности снижающие риск сердечнососудистых и онкологических заболеваний. Жирные кислоты орехов представлены линоле-вой, пальмитиновой, олеиновой, стеариновой; витамины - каротиноидами, В1, В6, Е, А, фоли-евой кислотой, минералы - магнием, марганцем, фосфором, медью, калием [9, 10].
Биологическую активность соединений орехов можно увеличить предварительной термической обработкой под давлением в автоклавах, что освещено в новейших исследованиях A. Sanchizetal в отношении фисташек, каштана и кешью [11]. Поэтому была выдвинута гипотеза об улучшении потребительских свойств и увеличении биологической активности заменителей молока на основе орехов и сои за счет щадящего СВЧ-нагрева.
Поэтому целью предлагаемого исследования стало обоснование использования новых видов сырья для разработки технологии заменителей молока на основе орехов с использованием СВЧ-нагрева.
Материалы и методы
Объектами исследования являлись заменители молока на основе растительного сырья. Контролем относительно разработанной продукции служил напиток «Joya Almond Pure Drink» миндальный ультрапастеризованный с кальцием 1,2% 1 л.
В качестве основного сырья использовались ядра миндаля по ГОСТ 32857-2014, ядра кедрового ореха по ГОСТ 31852-2012 (ISO 6756:1984), ядра фисташки по ГОСТ 31788-2012 (CODEX STAN 131-1981), бобы сои по ГОСТ 17109-88; в качестве дополнительного - вода питьевая по ГОСТ 32220-2013, сахар по ГОСТ 33222-2015, соль поваренная пищевая по ГОСТ Р 51574-2018, лецитин по ГОСТ 32052-2013, аскорбиновая кислота в соответствии с ГОСТ Р 55517-2013. Качество разработанных образцов оценивалось в сравнении с традиционной продукцией, реализуемой на рынке г. Хабаровска.
Для обработки образцов СВЧ-полем использовали микроволновую печь Samsung мощностью 1000 Вт.
Для оценки качества разработанной продукции использовали органолептический метод по ГОСТ Р ИСО 22935-2-2011 и ГОСТ 8756.1-79 и физико-химические измерительные методы. Массовую долю влаги определяли методом высушивания навески в сушильном шкафу по ГОСТ 29246-91; массовую долю белка - по ГОСТ 306482-99; титруемую кислотность -титрованием 0,1 н раствором NaOH с пересчетом на молочную кислоту, массовую долю жира - кислотным методом в молочных жиромерах типа 1-6 (для объема продукции 10,77 см3).
Эксперименты проводились в 3-5-кратной повторности, результаты обработаны с помощью математической статистики.
Результаты и их обсуждение
На первом этапе при проектировании рецептур были определены основные потребительские характеристики продукта на основе изучения ассортимента аналогичных товаров, а также рекомендаций по суточной потребности в отдельных компонентах: физико-химические показатели (массовая доля белка - не менее 2,0%, содержание витамина С - не менее 25 мг/100 г, жира - не более 3%, углеводов - не более 5,0%).
Рецептуры опытных образцов приведены в таблице 1 (в расчете на 100 кг без учета потерь).
На следующем этапе была предложена новая технология получения заменителя молока из орехов, включающая следующие операции: подготовка орехового и соевого сырья (очистка, мойка, подсушивание, замачивание в растворе аскорбиновой кислоты концентрацией 0,045%); трехступенчатая обработка СВЧ-полем при частоте 2,4 ГГц до достижении температуры не более 65°С с последующим охлаждением, измельчение до частиц размером не более 0,5 мм при гидромодуле 1 : 15, добавление рецептурных компонентов (сухие компоненты предварительно растворяли в воде и фильтровали), фильтрование, гомогенизация, пастеризация, охлаждение до температуры (4±2) °С (рис. 1).
Таблица 1
Рецептуры заменителей молока на растительной основе
Рецептура 1 Рецептура 2 Рецептура 3
Наименование ингредиента (миндальный (кедровый (фисташковый Рецептура 4
напиток) напиток) напиток)
Ядро миндаля 2,0 - - -
Ядро кедрового ореха - 2,0 - -
Ядро фисташки - - 2,0 -
Соя (бобы) 2,0 2,0 2,0 4,0
Лецитин 0,001 0,001 0,001 0,001
Аскорбиновая кислота 0,045 0,045 0,045 0,045
Сахар 4,0 3,5 4,0 3,5
Соль поваренная пищевая 0,1 0,1 0,1 0,1
Вода 93,85 94,35 93,85 93,85
Итого 100,0 100,0 100,0 100,0
Набухание (гидромодуль 1 : 15 Т= 20 °С г=(12-24) ч
Растворение
Просеивание £
Измельчение (размер частиц < 0,5 мм)
Нагревание в СВЧ-поле (W= 800 Вт, f=2,4 ГГц, Т=65 °С) 3 ступени
Растворение
Составление рецептуры
Пастеризация Т=(72-75) °С, t=20 с s Гомогенизация Фильтрация
Ч
Розлив, упаковывание
Охлаждение Т=(4±2)°С
Рисунок 1 - Технологическая схема заменителей молока на основе орехов и бобов сои
Обработка СВЧ-полем позволила повысить выход сухих веществ в раствор с максимальным сохранением биологической ценности. При этом зависимость концентрации экстрактивных веществ от температуры, достигаемой в ходе СВЧ-нагрева, показана на рисунке 2.
Рисунок 2 - Зависимость выхода экстрактивных веществ от температурной обработки: 1 - миндальный напиток; 2 - кедровый напиток; 3 - фисташковый напиток;
4 - соевый напиток
28
Как видно из рисунка 2, максимум концентрации сухих веществ наблюдается при достижении температуры 75 °С у образцов кедрового и миндальных напитков, у соевого и фисташкового - температуры 65 °С, после чего происходит небольшое снижение. Следует также отметить, что при повышении температуры до 75 °С наблюдается крайне нежелательное формирование белковых хлопьев. Таким образом, наиболее оптимальной является температура 65 °С.
Применение СВЧ-нагрева положительно сказалось на динамике извлечения сухих веществ, в среднем выход повысился на 22% относительно обычного температурного нагрева.
Органолептические и физико-химические показатели опытных образцов заменителей молока приведены в таблице 2.
Таблица 2
Органолептические и физико-химические показатели качества растительных напитков
Наименование показателя Рецептура 1 (миндальный) Рецептура 2 (кедровый) Рецептура 3 (фисташковый) Рецептура 4 (соевый) «Mandel» миндальное
Вкус и запах легкий мин- кедровый вкус ореховый вкус и пустоватый Миндальный,
дальный, соло- и аромат, слад- аромат, легкий вкус с выра- слабовыражен-
новатыи вкус, коватый при- фисташковый женным сое- ный
приятный вкус привкус, сладковатый вым привкусом
Консистенция непрозрачная, однородная, слегка вязкая жидкость, с небольшим осадком
Цвет желтовато-се- светло -желтый светло -зеленый, молочный с се- желтовато-се-
рыи сероватый рым оттенком рый
Массовая доля су-
хих веществ, % 8,9±0,3 8,8±0,3 8,7±0,3 7,0±0,2 3,4±0,1
Массовая доля
жира, % 2,6±0,1 2,5±0,1 2,3±0,1 1,5±0,1 1,2±0,1
Массовая доля
белка, % 2,1±0,2 2,0±0,1 2,2±0,2 2,0±0,1 0,33±0,03
Массовая доля ви-
тамина С, мг/100г 40,0±1,2 38,0±0,5 38±0,9 38,0±0,7 -
Кислотность, °Т (в
пересчете на молочную кислоту) 1,58±0,01 1,70±0,01 1,20±0,01 0,80±0,01 0,45±0,01
Из исследования показателей качества видно, что в целом модельные образцы обладают выраженными вкусом и запахом, свойственными основному сырью, консистенция однородная с небольшим осадком, который исчезает при перемешивании. Физико-химические показатели свидетельствуют о более высокой биологической ценности (массовая дола белка выше в 7 раз, наличие витамина С) относительно образца «Mandel» миндальное, представленного на рынке.
При производстве и разработке новых продуктов немаловажной является задача сохранения качества максимально возможный срок без существенного снижения содержания биологической и пищевой ценности. В рецептуры опытных образцов дополнительно был введен витамин С, который положительно влияет на сохранение жировых продуктов, выполняя роль антиоксиданта. Основными показателями, существенно изменяющимися при хранении опытных образцов растительных заменителей молока, являются органолептические, прежде всего консистенция, так как происходит разделение фаз эмульгированного жира и воды, приводящее к необратимому нарушению эмульсии, а также вкус и запах вследствие окисления жиров.
В связи с этим были проведены комплексные исследования органолептических и физико-химических показателей качества пастеризованных напитков, герметично укупоренных в стеклянную тару для установления сроков годности при температуре хранения (4±2) °С. В результате установлен срок годности - 15 сут. На конец срока годности отмечалось снижение содержания витамина С в среднем на 15%.
Заключение
В результате проведенных исследований была научно обоснована и разработана технология получения растительного заменителя молока на основе ядра ореха (миндаля, кедрового и фисташки) и бобов сои, обогащенного витамином С, оптимизированы рецептуры и изготовлены опытные образцы. Разработанные продукты могут использоваться в качестве заменителей молока, как самостоятельный напиток, а также при приготовлении различных блюд. Полагаем, что производство заменителей молока на основе орехов и бобов сои как сегмента без-лактозной продукции FreeFrom максимально соответствует положениям национальной технологической инициативы «НТИ-2035» как элемент концепции FoodNet - рынка производства и реализации питательных веществ и конечных видов пищевых продуктов (персонализированных и общих, на основе традиционного сырья и его заменителей) в направлении персонифицированного питания.
Библиография
1. О Стратегии развития пищевой и перерабатывающей промышленности РФ на период до 2020 г // Распоряжение Правительства РФ от 17 апреля 2012 г. № 559-р [Электронный ресурс]. - URL: https://www.garant.ru/products/ipo/prime/doc/70067828/
2. Доктрина продовольственной безопасности Российской Федерации // утв. Указом Президента Российской Федерации от 30.01.2010 № 120 [Электронный ресурс]. - URL: https ://www.gov. spb. ru/gov/terr/reg_kalinin/news/87514/
3. О стратегии научно-технологического развития РФ // Указ Президента РФ от 1 декабря 2016 г. № 642 [Электронный ресурс]. - URL: http://sntr-rf.ru/upload/iblock/c80.pdf
4. Вопросы питания здорового и больного ребенка [Электронный ресурс]. - URL: http://www.pe-diatr-russia.ru/
5. Технический регламент Таможенного союза ТР ТС 033/2013. О безопасности молока и молочной продукции [Электронный ресурс]. - URL: http://docs.cntd.ru/document/499050562
6. Алешков А.В., Жебо А.В., Каленик Т.К. Аналоги, заменители и имитации пищевой продукции: аспекты терминологии, классификации и качества // Вестник Камчатского государственного технического университета. - 2018. - № 46. - С. 6-14.
7. Bodoira R., Velez A., Rovetto L. et al. Subcritical Fluid Extraction of Antioxidant Phenolic Compounds from Pistachio (Pistaciavera L.) Nuts: Experiments, Modeling, and Optimization // Journal Of Food Science. - 2019, May. - Vol. 84, Issue 5. - P. 963-970. DOI: 10.1111/1750-3841.14507.
8. Егорова Е.Ю., Позняковский В.М. Пищевая ценность кедровых орехов Дальнего Востока // Известия вузов. Пищевая технология. - 2010. - № 4. - С. 21-24.
9. Елисеева Л.Г., Юрина О.В., Луценко Л.М. Эффективность использования природных антиок-сидантов для увеличения срока хранения ореховых снеков // Пищевая промышленность. - 2015. -№ 12.- С. 30-34.
10. Sanchiz A., PedrosaM.M., Guillamon E. et al. Influence of boiling and autoclave processing on the phenolic content, antioxidant activity and functional properties of pistachio, cashew and chestnut flours // LWT-Food Science And Technology. - 2019, May. - Vol. 105. - P. 250-256. DOI: 10.1016/j.lwt.2019.02.035.
Bibliography
1. On the Development Strategy of the food and processing industry of the Russian Federation for the period up to 2020 //the Order of the Government of the Russian Federation of April 17, 2012 N 559-r. [Electronic resource]. - URL: www.garant.ru/products/ipo/prime/doc/70067828/
2. Doctrine of food security of the Russian Federation //appr. Decree of the President of the Russian Federation of 30.01.2010 N 120. [Electronic resource]. - URL: https://www.gov.spb.ru/gov/terr/reg_kali-nin/news/87514/
3. On the strategy of scientific and technological development of the Russian Federation//the Decree of the Russian President of December 1, 2016 N 642. [Electronic resource]. - URL: http://sntr-rf.ru/up-load/iblock/c80.pdf
4. Nutrition issues for a healthy and sick child [Electronic resource]. - URL: http://www.pediatr-rus-
sia.ru/
5. Technical regulations of the Customs union of TR CU 033/2013. On the safety of milk and dairy products [Electronic resource]. - URL: http://docs.cntd.ru/document/499050562
6. Aleshkov A.V., Zhebo A.V., Kalenik T.K. Analogs, substitutes and imitations of food: terminology, classification and quality aspects // Bulletin of the Kamchatka state technical university. - 2018. - N 46. -P. 6-14.
7. Bodoira R., Velez A., Rovetto L. et al. Subcritical Fluid Extraction of Antioxidant Phenolic Compounds from Pistachio (Pistacia vera L.) Nuts: Experiments, Modeling, and Optimization // Journal Of Food Science. - 2019, May. -Vol. 84, Issue 5. - P. 963-970. DOI: 10.1111/1750-3841.14507.
8. Egorova E.Yu., Poznyakovsky V.M. Nutrition value of pine nuts of the Far East // News of higher education institutions. Food technology. - 2010. - N 4. - P. 21-24.
9. Yeliseyev L.G., Yurin O.V., Lutsenko L.M. Efficiency of using natural to increase the shelf life of nut snacks // the Food industry. - 2015. - N 12. - P. 30-34.
10. Sanchiz A., PedrosaM.M., Guillamon E. et al. Influence of boiling and autoclave processing on the phenolic content, antioxidant activity and functional properties of pistachio, cashew and chestnut flours // LWT-Food Science And Technology. - 2019, May. - Vol. 105. - P. 250-256. DOI: 10.1016/j.lwt.2019.02.035.
