CC BY
12
УДК 637.044
DOI 10.52231/2225-4269_2021_4_169
Влияние углеводных компонентов на органолептические и структурные характеристики спортивного геля на основе концентрата творожной
сыворотки
Новокшанова Алла Львовна, доктор технических наук, доцент, ведущий научный сотрудник
e-mail: [email protected]
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки «ФИЦ питания и биотехнологии»
Матвеева Наталия Олеговна, аспирант кафедры технологии молока и молочных продуктов
e-mail: [email protected]
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Вологодская государственная молочнохозяйственная академия имени Н.В. Верещагина»
Невский Андрей Александрович, кандидат технических наук, руководитель отдела исследований и разработок
e-mail:[email protected]
Общество с ограниченной ответственностью «Крахмальный завод Гулькевичский»
Ключевые слова: продукт спортивного питания, углеводно-белковый гель, концентрат творожной сыворотки, мальтодекстрин, концентрат сывороточных белков молока.
Аннотация. В статье доказана целесообразность введения мальтодекстрина в качестве углеводного ингредиента в рецептуру спортивного продукта на основе концентрата творожной сыворотки, полученного нанофильтрацией. Объектом исследования служили опытные образцы углеводно-белкового геля для спортсменов. Для повышения пищевой плотности продукта использовали концентрат
сывороточных белков: с массовой долей белка 30 % (КСБУФ-30) в количестве 5 %. В качестве дополнительного источника углеводов применяли сироп шиповника в количестве 10 % и мальтодекстрин. Для придания продукту гелевой структуры применяли растительный гидроколлоид к-каррагинан в количестве 0,5 %. Приведены результаты исследований взаимодействия мальтодекстрина на органолептические характеристики геля. Методом ротационной вискозиметрии установлено влияние доли сухих веществ на структурно-механические свойства полученных образцов. Установлена зависимость показателей вкуса и консистенции геля от соотношения высокомолекулярных и низкомолекулярных углеводов.
Производство и вывод на рынок высококачественных продуктов различной функциональной направленности является одним из путей улучшения структуры питания населения [1].
Активизация рынка функциональных продуктов питания и напитков обусловлена прежде всего повышенным спросом потребителей к пищевым продуктам, способствующим профилактике заболеваний, улучшению здоровья, увеличению продолжительности и качества жизни [2-5]. В свете популяризации здорового образа жизни и повышения физической активности населения не только в РФ, но и в зарубежных странах возрастает актуальность создания функциональных и специализированных продуктов, ориентированных на спортсменов [6]. Ценным, а иногда и незаменимым, источником ингредиентов для таких продуктов служит молочное сырье [6].
Проведенные ранее исследования физико-химических свойств концентрата творожной сыворотки, полученного нанофильтрацией (НФ-концентрат), показали целесообразность его использования в качестве основы новых специализированных продуктов, в частности для спортивного питания [7, 8].
Анализ товаров в сегменте «спортивное питание» выявил одну из предпочтительных форм спортивных продуктов - углеводные и углеводно-белковые гели. Отмечаются такие положительные стороны данной потребительской формы, как высокая скорость усвоения, высокая концентрация углеводов в компактном формате, удобная консистенция для проглатывания, простота расчетов перед стартом, устойчивость к низкой и высокой температуре, разнообразие вкусов, употребление геля не создает ощущения переполненного желудка [7, 8].
В то же время придание продукту консистенции геля, который будет сохранять структуру в продолжение всего периода хранения, требует
тщательного подбора ингредиентов. Структурообразование различных гидроколлоидов и камедей - обширная область исследований, в которой технологические решения принимаются, как правило, опытным путем.
Учитывая актуальность темы, в данной работе исследовано влияние углеводной составляющей на свойства углеводно-белкового продукта гелевой консистенции.
Выбор необходимых рецептурных ингредиентов осуществляли с учетом их технологических свойств, пищевой ценности, наличия на российском рынке и влияния на качество продукта.
Объектами исследования служили опытные образцы, отличающиеся углеводным составом.
Основное сырье - НФ-концентрат. Повышение содержания молочных белков в разрабатываемом продукте достигается внесением концентрата сывороточных белков молока (КСБУФ-30). Улучшение вкуса продукта достигается использованием фруктово-ягодного сиропа «Шиповник».
В качестве стабилизирующей добавки, для улучшения консистенции и повышения стойкости разрабатываемого продукта был использован гидроколлоид растительного происхождения - к-каррагинан. Проведенная ранее серия опытов показала: для обеспечения гелевой структуры продукта достаточно 0,5 % к-каррагинана [9].
Как источник высокомолекулярных углеводов и ингредиент, способствующий стабилизации и структурообразованию пищевых систем, использован высокоочищенный мальтодекстрин Multydex® отечественного производства1, полученный путем управляемого ферментативного гидролиза специально подготовленного крахмала [11]. Мальтодекстрины являются наиболее эффективным функциональным углеводным компонентом для спортивного питания в мировой практике [l2], растворимы в воде, обладают свойствами гелеобразователей. В исследовании использовали мальтодекстрин, содержащий не менее 70,0 % высших углеводов и от 18,0 до 20,0 % редуцирующих веществ в пересчете на сухое вещество. По своим техническим параметрам мальтодекстрин соответствовал требованиям, предъявляемым нормативной документацией [13]. Данный выбор для задачи исследования обусловлен способностью мальтодекстринов с низким декстрозным эквивалентом к образованию гелей [14].
В таблице 1 представлены основные характеристики сырья используемого в рецептуре опытных образцов. Массовые доли белка, жира, лактозы, сухих веществ определяли инструментальным экспресс-методом с применением инфракрасного анализатора MilkoScan FT 120.
Таблица 1 — Макронутриентный состав и физико-химические показатели ингредиентов
Молочные компоненты Немолочные компоненты
Показатели
НФ-концентрат КСБ-УФ мальто декстрин сироп
Массовая доля жира, % 0,17±0,02 3,00±0,02 - -
Массовая доля белка, % 1,90±1,00 30,00±0,04 - -
Массовая доля углеводов, % 13,00±0,80 4,10±0,02 95,90±0,10 65,00±0,10
Массовая доля СВ, % 18,00±1,00 94,10±0,10 96,00±0,50 74,5±0,50
Калорийность/ Энергетическая ценность, ккал/ кДж 60/253 160/690 380/1620 256/1105
Активная кислотность НФ-концентрата, определяемая потенциометрическим методом (ГОСТ 32892-2014) была равна 4,3±0,3 единиц рН.
Из выбранного сырья подобраны два варианта рецептур, углеводная составляющая которых сформирована лактозой НФ-концентрата и КСБУФ-30, а также немолочными сахарами:
Опыт 1 - фруктово-ягодный сироп «Шиповник» Опыт 2 - фруктово-ягодный сироп «Шиповник» и мальтодекстрин. Рецептурный состав смесей представлен в технологической карте (табл. 2).
Таблица 2 — Рецептурный состав смесей для геля на основе НФ-концентрата
Количество сырья, % Варианты
Опыт 1 Опыт 2
НФ-концентрат 84,5 79,5
КСБУФ-30 5,0 5,0
Мальтодекстрин ДЭ 20 0 5,0
Сироп «Шиповник» 10,0 10,0
к-каррагинан 0,5 0,5
Пищевая и энергетическая ценность исследуемых вариантов представлены в таблице 3.
Таблица 3 — Пищевая и энергетическая ценность исследуемых образцов
Содержание в 100 г Энергетическая
Образец белка жира углеводов сухих веществ ценность (калорийность) кДж/ккал
Опыт 1 3,11 0,29 17,69 27,37 364/86
Опыт 2 3,01 0,28 21,79 31,27 432/102
Как видно из таблицы 3, за счет добавленного мальтодекстрина, в образцах опыта 2 больше массовая доля углеводов и сухих веществ примерно на 4 %.
Свежевыработанные образцы и образцы после семи дней холодильного хранения при температуре (4±2) °С оценивались группой квалифицированных экспертов по органолептическим показателям. Для этого была разработана пятибалльная шкала основных потребительских характеристик - внешний вид и консистенция, запах и вкус, цвет.
По показателю «цвет» органолептический метод не выявил отличий образцов. Обе модели обладали равномерным цветом со светло-коричневым оттенком, присущим сиропу шиповника.
Установлена разница между вкусом и запахом образцов опытных вариантов 1 и 2. В обоих случаях вкус и аромат вносимой фруктово-ягодной добавки был узнаваемым. При этом вкус и аромат образцов опыта 1 характеризовался как выраженный сывороточный. В то время, как в образцах опытного варианта 2 наблюдали уменьшение выраженности сывороточного вкуса и одновременное усиление сладости продукта, в некоторых образцах вплоть до излишне сладкого. Следовательно, в образцах опыта 1 оценка за вкус и запах снижена из-за интенсивно сывороточного оттенка, а в образцах опыта 2 - из-за чрезмерно сладкого. В результате, суммарные оценки обоих образцов по вкусу и запаху практически одинаковы, как видно на профилограмме (рис. 1).
Консистенция свежевыработанных опытных моделей была однородной, плотной, гелеобразной. При этом во всех образцах отмечалась незначительная песчанистость, не ухудшавшая общего впечатления от продукта.
Через 7 дней холодильного хранения при (4±2) °С наблюдали изменения и отличия консистенции образцов. Изменение природы углеводов привело к дестабилизации структуры образцов обоих вариантов.
Образцы опыта 1 стали недостаточно вязкими и практически приобрели текучесть.
Консистенция образцов с мальтодекстрином была плотной. Однако в сгустках данных опытных образцов образовались немногочисленные расколы. Возможно, после полного набухания гидроколлоидов в данной системе было недостаточно свободной влаги, что привело к нарушению целостности сгустка. Данный эффект можно объяснить большей массовой долей сухих веществ в опыте 2, по сравнению с опытом 1, а также большей долей углеводов, в том числе высокомолекулярных. Вероятно, необходима корректировка вносимого гелеобразователя к-каррагинана в сторону уменьшения в связи с конкурентным воздействием за свободную влагу. Хотя во всех вариантах присутствовали недостатки консистенции, образцы с мальтодекстрином были гелеподобными, несмотря на трещины. Поэтому средняя оценка консистенции этих образцов выше, чем в образцах без мальтодекстрина, как видно на рисунке 1.
Описание визуальной оценки свежевыработанных образцов и после 7-дневного хранения представлены в таблице 4.
Таблица 4 — Органолептическая оценка консистенции образцов углеводно-белкового геля
Консистенция образцов геля на основе НФ-концентрата
Образец Свежевыработанные образцы Образцы через 7 суток хранения
Опыт 1 Однородная, вязкая, гелеобразная, без отделения дисперсионной среды Текучая, жидковатая, не интенсивно связная
Опыт 2 Однородная, вязкая, гелеобразная, без отделения дисперсионной среды Плотная, без отделения дисперсионной среды. В сгустках образовались немногочисленные трещины
Вкус образцов обоих вариантов был приятным, кисловатым, с такой же разницей в сладости, как и у свежевыработанных образцов.
консистенцл я
ет
консистенцп я
■кус
5 I
цвет
Опьгт 1 -■— Опьп 2
—•—Опьп I И Опьп 2
а
б
Рисунок 1 — Органолептическая оценка опытных образцов (а - свежевыработанные образцы, б - образцы через 7 суток хранения)
Консистенцию образцов после семидневного холодильного хранения исследовали на ротационном визкозиметре Fungilab SMART серии R. Для определения показателей, характеризующих устойчивость структуры к разрушению при механическом воздействии и ее способность к тиксотропному восстановлению, образцы подвергали воздействию однородного поля сдвига при постоянной скорости сдвига в течение 2 мин. Сгусток оставляли в покое на 15 мин для восстановления структуры и снова производили измерения. Потеря вязкости (Пп, %) представляет собой величину, равную отношению разности между начальной вязкостью продукта и вязкостью максимально разрушенной за 120 с структуры к начальной вязкости. Восстановление структуры (Вп, %), вычисляемое в процентах, определяется как отношение вязкости восстановленной структуры к начальной вязкости, и характеризует способность структуры возвращать начальную вязкость [6].
Исследования физико-механических показателей образцов представлены на рисунке 2.
70,00 60,00
s
I 50,00
н
го
га 40,00
о
Z 30,00
s
| 20,00
в
™ 10,00 0,00
■ Потеря вязкости, % я Восстановление структуры, 94
Рисунок 2 — Показатели устойчивости образцов к механическому воздействию
По представленным на рисунке 2 данным видно, что в условиях эксперимента физико-механические характеристики исследуемых систем отличаются незначительно: образцы опыта 2 обладают меньшей потерей вязкости и более интенсивно восстанавливают структуру после нагрузки, по сравнению с образцами опыта 1. Образцы обоих вариантов утрачивают вязкость, но могут частично восстанавливать структуру после механического воздействия.
Исследования, выполненные на данном этапе разработки рецептуры геля для спортивного питания, показали, что обе выбранные модели имеют недостатки.
Положительным моментом исследования можно считать, во-первых, выявленную особенность уменьшения сывороточного вкуса и запаха в образцах с мальтодекстрином. Это объяснимо способностью биополимеров связывать вкусовые молекулы и делать их менее доступными для рецепторов в ротовой полости [10]. Во-вторых, можно предположить, что обнаруженное снижение гелеобразования в образцах опыта 1, вызвано автогидролизом каррагинана при значениях рН 4,3, что согласуется с описанным в исследовании Hoffmann R.A. и др. [15]. Наконец, третий положительный момент заключается в выявленной высокой гидрофильной способности мальтодекстрина с декстрозным эквивалентом 20 даже при значении рН 4,3-4,4.
Механизм наблюдаемых изменений предстоит выяснить в дальнейших исследованиях.
Наблюдаемую при хранении дестабилизацию систем, возможно откорректировать соотношением стабилизирующих пищевых добавок, либо изменить соотношение высокомолекулярных и низкомолеклярных ингредиентов. В дальнейшем планируется оптимизировать сочетание
Опыт 1 Опыт 2
ингредиентов для получения продукта с лучшими органолептическими показателями, а также с устойчивой гелевой структурой и стабильными реологическими показателями с применением мальтодекстринов с другими декстрозными эквивалентами.
Литература:
1. Новокшанова, А.Л. Об актуальности создания специализированных и функциональных пищевых продуктов / А.Л. Новокшанова // Технологиии продукты здорового питания : сб. стат. XII Национальной науч.-практ. конф. с международным участием (Саратов, 17-18 декабря 2020 г.) / / [отв. ред. Н.В. Неповинных]. - Саратов : СГАУ имени Н.И. Вавилова, 2021. - С. 502-505.
2. Функциональные ингредиенты в производстве молочных продуктов // PALISADE : сайт. - URL: https://www.dairynews.ru/news/ funktsionalnye-ingredienty-v-proizvodstve-molochny.html (дата обращения: 11.06.2021).
3. Мировой рынок функциональных продуктов превысит 195 млрд долл. к 2024 году // PALISADE : сайт. - URL: https://news. mNkbranch.ru/2018/05/mirovoj-rynok-funktsionalnyh-produktov-prevysit-195-mlrd-doll-k-2024-godu (дата обращения: 17.04.2021).
4. Пырьева, Е.А. Роль и место пищевых волокон в структуре питания населения / Е.А. Пырьева, А.И. Сафронова // Вопросы питания.
- 2019. - № 6 (Т.88). - С. 5-11.
5. Взбитый десерт на основе молочной сыворотке с пищевыми волокнами Citri-Fi / Е.А. Плеханова, А.В. Банникова, Н.Е. Шестопалова, Н.М. Птичкина // Техника и технология пищевых производств. - 2014.
- № 1. - С. 73-77.
6. Новокшанова, А.Л. Разработка научных принципов создания продуктов спортивного питания на основе молочного сырья : специальность 05.18.15 «Технология и товароведение продуктов функционального и специализированного назначения и общественного питания» : дис. ... докт. технич. наук / А.Л. Новокшанова. - М., 2019. - 487 с.
7. Нанофильтрация творожной сыворотки: теоретические и практические аспекты / В.Н. Шохалова [и др.] // Молочная промышленность. - 2014. - № 11. - С. 65-66.
8. Матвеева, Н.О. Исследование состава и физико-химических свойств концентрата творожной сыворотки, полученного нанофильтрацией / Н.О. Матвеева, А.Л. Новокшанова, В.А. Шохалов // Молочнохозяйственный вестник. - 2020. - № 3 (39). - С. 121-129.
9. Подбор ингредиентов рецептуры белково-углеводного геля
для питания спортсменов на основе концентрата творожной сыворотки, полученного нанофильтрацией / А.Л. Новокшанова [и др.] // Молочнохозяйственный вестник. - 2019. - №3 (35). - С. 140-149.
10. Новокшанова, А.Л. Взаимосвязь углеводного состава мальтодекстрина и органолептических показателей концентрата творожной сыворотки, полученного нанофильтрацией / А.Л. Новокшанова, Н.О. Матвеева, А.А. Невский // Ползуновский вестник. -2020. - № 3. - С. 39-43.
11. Крахмальный завод Гулькевичский // PALISADE : сайт. - URL: https://multydex.ru/ (дата обращения: 11.08.2021).
12. Колеман Э. Питание для выносливости / Э/ Колеман; пер. с англ. А. Немцова; науч. ред. Б. Смолянский и В. Лифляндский. -Мурманск: Тулома, 2005. - 192 с.
13. ГОСТ 34274-2017 Мальтодекстрины. Технические условия. = Maltodextrins. Specifications : национальный стандарт Российской Федерации : издание официальное : введен впервые : введен 201901-01 / Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии. - М/: Стандартинформ, 2019 - 15 с.
14. Chronakis, I.S. On the Molecular Characteristics, Compositional Properties, and Structural-Functional Mechanisms of Maltodextrins: / I.S. Chronakis // Food Science and Nutrition/ - 1998. - No. 38 (7). - pp. 599-637.
15. Hoffmann, R.A. Molecular weight distribution of carrageenans: Characterisation of commercial stabilisers and effect of cation depletion on depolymerisation / R.A. Hoffmann, A.R. Russell, M.J. Gidley // Gums and Stabilisers for the Eood Industry. - 1996. - T. 8. - Рр. 137-148.
References:
1. Novokshanova A. L. On the relevance of creating specialized and functional food products. Tekhnologii i produkty zdorovogo pitaniya: sbornik statey XII Natsional'noy nauchno-prakticheskoy konferentsii s mezhdunarodnym uchastiem (Saratov, 17-18 dekabrya 2020 g.) [Technologies and Healthy Foods: Proceedings of the XII National Research and Practice Conference with International Participation (Saratov, December 17-18, 2020)], 2021, pp. 502-505. (In Russian)
2. Funktsional'nye ingredienty v proizvodstve molochnykh produk-tov [Functional Ingredients in Production of Dairy Products]. Available at: https://www.dairynews.ru/news/funktsionalnye-ingredienty-v-proizvod-stve-molochny.html (accessed 11 June 2021). (In Russian)
3. Mirovoy rynok funktsional'nykh produktov prevysit 195 mlrd. doll. k 2024 godu [Global Market for Functional Products Will Exceed $195
Billion Dollars by 2024]. Available at: https://news.milkbranch.ru/2018/05/ mirovoj-rynok-funktsionalnyh-produktov-prevysit-195-mlrd-doll-k-2024-godu (accessed 17 April 2021). (In Russian)
4. Pyr'eva E. A., Safronova A. I. Role and place of dietary fiber in structure of population food patterns. Voprosy pitaniya [Problems of Nutrition], 2019, No. 6, V. 88, pp. 5-11. (In Russian)
5. Plekhanova E. A., Bannikova A. V., Shestopalova N. E., Ptichkina N. M. Whipped dessert based on whey with Citri-Fi dietary fibers. Tekhnika i tekhnologiya pishchevykh proizvodstv [Methods and Technology of Food Production], 2014, No. 1, pp. 73-77. (In Russian)
6. Novokshanova A. L. Razrabotka nauchnykh printsipov sozdani-ya produktov sportivnogo pitaniya na osnove molochnogo syr'ya: spetsi-al'nost' 05.18.15 «Tekhnologiya i tovarovedenie produktov funktsional'no-go i spetsializirovannogo naznacheniya i obshchestvennogo pitaniya» Doct. Diss. [Development of Scientific Principles for Production of Sports Foods Based on Dairy Raw Material: Specialty 05.18.15 "Technology and Commodity Research of Functional and Customized Products and Public Catering"]. Moscow, 2019, 487 p. (In Russian)
7. Shokhalova V. N., Kuzin A. A., Dykalo N.Ya., Shokhalov V. A., Kostyukov D.M. Nanofiltration of curd whey: theoretical and practical aspects. Molochnaya promyshlennost' [Dairy Industry], 2014, No. 11, pp. 65-66. (In Russian)
8. Matveeva N. O., Novokshanova A. L., Shokhalov V. A. Investigation of composition and physico-chemical properties of curd whey concentrate obtained by nanofiltration. Molochnokhozyaystvennyy vestnik [Dairy Bulletin], 2020, No. 3 (39), pp. 121-129. (In Russian)
9. Novokshanova A. L., Shokhalov V. A., Matveeva N. O., Ababkova A. A., Rodionov V. N. Selection of ingredients of the protein-carbohydrate gel recipe for athletes' nutrition based on curd whey concentrate obtained by nanofiltration. Molochnokhozyaystvennyy vestnik [Dairy Bulletin], 2019, No. 3 (35), pp. 140-149. (In Russian)
10. Novokshanova A. L., Matveeva N. O., Nevskiy A. A. Interrelation of carbohydrate composition of maltodextrin and organoleptic parameters of curd whey concentrate obtained by nanofiltration. Polzunovskiy vestnik [Polzunovsky Bulletin], 2020, No. 3, pp. 39-43. (In Russian)
11. Krakhmal'nyy zavod Gul'kevichskiy [Gulkevich Starch Factory]. Available at: https://multydex.ru/ (accessed 11 August 2021). (In Russian)
12. Koleman E. Pitanie dlya vynoslivosti [Nutrition for Endurance]. Murmansk, Tuloma Publishing House, 2005, 192 p. (In Russian)
13. State Standard 34274-2017. Mal'todekstriny. Tekhnicheskie usloviya [Maltodextrins. Specifications]. Moscow, Standartinform Publ.,
2019, 15 p. (In Russian)
14. Chronakis I.S. On the Molecular Characteristics, Compositional Properties, and Structural-Functional Mechanisms of Maltodextrins. Food Science and Nutrition, 1998, No. 38(7), pp. 599-637.
15. Hoffmann R. A., Russell A. R., Gidley M.J. Molecular weight distribution of carrageenans: Characterisation of commercial stabilisers and effect of cation depletion on depolymerisation. Gums and Stabilisers for the Food Industry, 1996, V. 8, pp. 137-148.
Effect of carbohydrate components on organoleptic and structural characteristics of sports gel based on curd
whey concentrate
Novokshanova Alla L'vovna, Doctor of Science (Engineering), a leading researcher
e-mail: [email protected]
The Federal State Budgetary Institution of Science the Federal Research Centre of Nutrition and Biotechnology
Matveeva Nataliya Olegovna, a post-graduate student, the Chair of Milk and Dairy Products Technology
e-mail: [email protected]
The Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education the Vereshchagin Vologda State Dairy Farming Academy
Nevskiy Andrey Aleksandrovich, Candidate of Science (Engineering), Head of Research and Development Department
e-mail:[email protected]
Limited Liability Company «Gulkevich Starch Plant»
Keywords: a sports food product, carbohydrate-protein gel, curd whey concentrate, maltodextrin, whey protein concentrate.
Abstract. The article proves the usefulness of maltodextrin as a functional ingredient in the formulation of a sports food product based on curd whey concentrate obtained by nanofiltration. The object of the study has been prototypes of carbohydrate-protein gel for athletes. To increase the nutritional density of the product, a whey protein concentrate has been used: with a mass fraction of protein 30% (KSBUF-30) in an amount of 5%. Rosehip syrup in an amount of 10% and maltodextrin have been used as an additional source of carbohydrates. To give the product a gel structure, a vegetable hydrocolloid k-carrageenan has been used in an amount of 0.5%. The results of studies of maltodextrin effect on the organoleptic characteristics of the gel have been adduced. The effect of dry matter fraction on the structural and mechanical properties of the obtained samples has been established by the method of rotational viscometry. The dependence of the gel taste and consistency indicators on the ratio of high-molecular and low-molecular carbohydrates has been stated.
