Содержание к диссертации
Введение
1 Литературный обзор 7
1.1 Роль и значение кисломолочных напитков в питании современного человека 7
1.2 Микроорганизмы, используемые в производстве кисломолочных напитков 9
1.3 Роль продуктов пчеловодства в питании человека 28
1.4 Заключение по обзору литературы 41
2 Постановка эксперимента и методы исследований 43
2.1 Организация проведения работы 43
2.2 Методы экспериментальных исследований 45
3 Результаты исследований и их анализ 50
3.1 Исследование состава и свойств натурального пчелиного меда 50
3.2 Проектирование композиций кисломолочных напитков с натуральным пчелиным медом 52
3.3 Определение штаммового состава заквасочной микрофлоры 56
3.4 Исследование основных технологических параметров, связанных с внесением пчелиного меда в кисломолочные напитки 65
3.4.1 Исследование пребиотических свойств меда 66
3.4.2 Исследование влияния массовой доли меда на органолептические свойства кисломолочных напитков 67
3.4.3 Исследование вариантов стадии внесения меда в кисломолочные напитки 69
3.4.4 Обоснование основных параметров сквашивания кисломолочных напитков с пчелиным медом закваской
Lbm. acidophilum + В. bifidum 73
3.4.4.1 Влияние продолжительности сквашивания и дозы закваски на свойства кисломолочного напитка при разных температурах сквашивания 76
3.4.4.2 Влияние температуры и продолжительности сквашивания на свойства кисломолочного напитка при разной дозе вносимой закваски 81
3.4.4.3 Влияние температуры и дозы вносимой закваски на свойства кисломолочного напитка при разной продолжительности сквашивания 85
4 Практическая реализация результатов исследований 91
4.1 Разработка технологии кисломолочных напитков с пчелиным медом 91
4.2 Изучение пищевой и энергетической ценности кисломолочных напитков с пчелиным медом 96
4.3 Исследование кисломолочных напитков с натуральным пчелиным медом в процессе хранения 99
4.4 Изучение микроструктуры кисломолочных напитков с пчелиным медом 108
4.5 Расчёт экономической эффективности производства кисломолочных напитков с пчелиным медом 109
Выводы и результаты 112
Библиографический список
- Микроорганизмы, используемые в производстве кисломолочных напитков
- Методы экспериментальных исследований
- Проектирование композиций кисломолочных напитков с натуральным пчелиным медом
- Изучение пищевой и энергетической ценности кисломолочных напитков с пчелиным медом
Введение к работе
В рамках реализации «Концепции государственной политики в области здорового питания населения Российской Федерации» разработано большое количество продуктов функционального назначения, которые при систематическом употреблении должны оказывать регулирующее действие на макроорганизм или его органы и системы, обеспечивая безмедикаментозную положительную коррекцию их функции, а следовательно, и оздоровление населения.
Большой вклад в разработку научных основ создания молочных продуктов функционального назначения внесли Липатов Н.Н. (ст.), Захарова Н.П., Покровский А.А., Остроумов Л.А., Храмцов А.Г., Позняковский В.М., Липатов Н.Н. (мл.), Рогов И.А., Молочников В.В., Шатерников М.Н., Высоцкий В.Г., Хамагаева И.С., Захарова Л.М., Гаврилова Н.Б., а также другие зарубежные и отечественные ученые.
В настоящее время оценивают три основных параметра функциональных продуктов: пищевая ценность, вкусовые качества и физиологическое воздействие, причем последнее формируется введенными в состав продукта функциональными ингредиентами.
Из всего разнообразия продуктов «функционального питания» внимание исследователей в последние годы привлекают, в первую очередь, пробиотики и пробиотические продукты, созданные на их основе, в частности, кисломолочные продукты.
Для повышения биологической ценности и лечебно - профилактического действия продуктов все шире применяют молочнокислые пробиотические микроорганизмы.
Оздоровление организма человека и обеспечение его активной жизнедеятельности на основе массового использования кисломолочных продуктов с пробиотическими свойствами являются новым перспективным направлением в медицине и нутрициологии, как ее составной части. По данным японских исследователей, применение лакто- и бифидобактерий в
5 составе пробиотических препаратов и в продуктах функционального питания уже в начале XXI века наполовину вытеснит существующий рынок химических лекарственных препаратов и тем самым даст возможность решить проблему здоровой микробной экологии человека.
Кисломолочные продукты содержат достаточное для полноценного питания количество незаменимых аминокислот (в ферментированном молоке содержание свободных аминокислот в 7-11 раз выше, чем в свежем), витаминов A, D, Е; солей фосфора, кальция, магния, участвующих в обмене веществ в организме человека. Молочная кислота, диоксид углерода, следы алкоголя (в кефире, кумысе) оказывают сильное стимулирующее воздействие на пищеварительные железы, что улучшает процесс переваривания и усвоения пищи. Кисломолочные продукты обогащают желудочно-кишечный тракт молочнокислыми и другими бактериями, способными существенно повышать иммунную активность организма, а некоторые также способны «приживаться» в кишечнике.
Следует отметить, что кальций из ферментированных молочных продуктов легче усваивается организмом человека в связи с переходом его в кислой среде в растворимое состояние и частичным высвобождением из белковых молекул за счет гидролиза белков заквасочными микроорганизмами. Регулярное потребление кальция с молочными продуктами, особенно в детском и юношеском возрасте, оказывается решающим фактором повышения прочности костной ткани и предупреждения остеопороза.
Способность бактерий, продуцирующих молочную кислоту, свертывать белок молока, превращая его в биологически активные компоненты, открывает большие перспективы. Это может способствовать появлению специфической пищи, понижающей артериальное давление.
На основании анализа химического состава продуктов пчеловодства установлено, что перспективным сырьем для молочной промышленности является пчелиный мед. С химической точки зрения пчелиный мед пред-
ставляет собой сложную смесь, в состав которой входят: вода, сахара, декстрины, минеральные вещества, органические кислоты, белки, небелковые азотистые соединения, ферменты, витамины, антибактериальные вещества, эфирные масла и красящие вещества. Использование меда в производстве кисломолочных напитков позволяет в максимальной мере скорректировать их состав и свойства.
Уникальный химический состав пчелиного меда позволяет рассматривать его в качестве потенциального источника веществ, стимулирующих рост или активизирующих метаболизм полезных представителей желудочно-кишечного тракта.
Микроорганизмы, используемые в производстве кисломолочных напитков
В настоящее время препараты и продукты, созданные с использованием молочнокислых бактерий и бифидобактерии, рассматриваются в качестве основы функционального питания человека и способствуют профилактике ряда заболеваний [36]. Положительный эффект достигается как путем введения живых клеток лактобактерий непосредственно в организм человека (так называемые пробиотики), так и путем использования этих микроорганизмов в составе заквасок при получении продуктов питания, в том числе на основе молока [52, 88, 125].
Микроорганизмы, обнаруживаемые в молоке и молочных продуктах, можно разделить на группы, каждая из которых обладает одним или несколькими общими свойствами. Так, можно разделить их по действию на составные части молока: например, образующие кислоту, протеолитиче-ские и нейтральные. Можно также провести классификацию по принципу источника микроорганизмов, т. е. на группы микроорганизмов, попадающих в молоко с покровов животного, из почвы, навоза, с молочной посуды или от обслуживающего персонала. Наконец, можно разделять микроорганизмы на основании формы клеток на микрококки, стрептококки или палочки. Молоко и молочные продукты представляют собой благоприятную среду для развития различных микроорганизмов, которые могут иметь мало общего, за исключением среды. Хотя некоторые из них считаются частью нормальной микрофлоры молока и молочных продуктов, вполне вероятно, что существуют и другие их источники.
В молоке и молочных продуктах важную роль играют типичные бактерии, вирусы, риккетсии, а также дрожжи и плесени. Микроорганизмы, относящиеся к этим группам, могут вызывать порчу молока или вспышки заболеваний, передаваемых через молоко и молочные продукты; они могут участвовать в процессе изготовления различных молочных продуктов [73]. Молочнокислые бактерии. Молочнокислые бактерии широко распространены в природе. Они находятся в почве и на растениях, с частицами которых попадают в молоко. Так как молоко и молочные продукты являются для них благоприятной средой, то они хорошо размножаются в них. Следовательно, чистые культуры молочнокислых бактерий можно выделять из почвы, растений, молока и молочнокислых продуктов [30, 37].
В качестве источника молочнокислых бактерий, обладающих большой энергией кислотообразования, используют молоко и молочные продукты. Виды, медленно развивающиеся в молоке и способствующие улучшению вкуса и аромата продукта (ароматобразующие бактерии), находятся в молоке в небольшом количестве и их легче выделять с растений.
В природе молочнокислые бактерии представлены в виде шаровидных (кокков) и палочковидных (лактобактерий) форм [106].
Шаровидные молочнокислые бактерии называют молочнокислыми стрептококками, так как они относятся к семейству Streptococcaceae. Молочнокислые стрептококки представлены тремя родами — Lactococcus (Lac), Streptococcus (Str.) и Leuconostoc (Leu.).
Молочнокислые палочки относят к семейству Lactobacteriaceae, роду Lactobacterium, включающему три подрода: Thermobacterium (термобактерии), Streptobacterium (стрептобактерии) и Betabacterium (бетабактерии).
Молочнокислые бактерии различают по их отношению к температуре. Оптимальная температура развития одних находится около 30-35 С (мезофильные), других - около 40-45 С (термофильные).
Род Lactococcus (от греч. lacticus - молочный) включает пять видов, типовым из которых является Lactococcus lactis (молочный лакто-кокк). Он объединяет три подвида: Lac. lactis subspecies (subsp.) lactis (молочный лактококк - сокращенно Lac. lactis), Lac.lactis subsp. cremoris (сливочный лактококк — сокращенно Lac.cremoris) и Lac. lactis subsp. hordniae - сокращенно Lac. hordniae. В подвид Lac. lactis subsp. lactis отнесен ароматобразующий биологический вариант, который называется Lac. lactis subsp. lactis biovar diacetylactis. Для удобства мы будем называть его сокращенно Lac. diacetylactis.
Наибольший интерес представляют следующие представители вида: Lac. lactis, Lac.cremoris, ароматобразующий лактококк Lac. diacetylactis. Lac. lactis и Lac. cremoris развиваются при температуре 10 С, но не развиваются при 45 С.
Методы экспериментальных исследований
При выполнении работы использовали стандартные органолептические, физико-химические и микробиологические методы исследований [23-28, 46, 77].
Отбор проб кисломолочных напитков с продуктами пчеловодства и подготовку их к анализам осуществляли в соответствии с ГОСТ 26809-86. Оценку органолептических показателей напитков с натуральным пчелиным медом проводили по 15-ти бальной шкале в соответствии с приложением А.
Определение титруемой кислотности готовых продуктов осуществляли по ГОСТ 3624-92 (метод с применением индикатора фенолфталеина). Метод основан на нейтрализации кислотных компонентов, содержащихся в продукте, раствором гидроокиси натрия в присутствии индикатора фенолфталеина.
Содержание жира в готовых продуктах определяли по ГОСТ 5867-90 кислотным методом Героера. Метод основан на выделении жира из молока под действием концентрированной серной кислоты и изоамилового спирта с последующим центрифугированием и измерением объема выделившегося жира в градуированной части жиромера.
Массовую долю белка определяли по ГОСТ 23327-98. Наличие фосфатазы (эффективность пастеризации) определяли по ГОСТ 3623-78.
В пробирку наливали 2 см3 продукта и раствор фенолфталеинфосфа-та натрия 1 CMJ. Содержимое взбалтывали, закрывая пробкой. Пробирку помещали в водяную баню при температуре (40-45) С и определяли окраску содержимого пробирки через 10 минут и I час.
Окраска от светло-розовой до ярко-розовой свидетельствует о наличии фосфатазы. Следовательно, режимы пастеризации были низкими, недостаточными для разрушения ферментов сырого молока, вызывающих порчу продукта в процессе хранения.
Условную вязкость продукта определяли по времени истечения напитка из пипетки емкостью 100 мл с диаметром выходного отверстия 5,0 мм при температуре 20 С, в секундах. Органолептические и физико-химические показатели пчелиного мёда определяли по ГОСТ 19792-01.
Натуральность пчелиного мёда устанавливали по следующим ор ганолептическим показателям: цвет - бесцветный и прозрачный, светло-янтарный, янтарный, тёмно-янтарный; аромат - своеобразный приятный, напоминающий аромат цветов; вкус - сладкий, слегка терпкий, приятный, вызывает некоторое раздражение слизистой ротовой полости; консистенция - жидкая, слабовязкая (стекает крупными, редкими, вытянутыми каплями).
Для определения физико-химических показателей, указывающих на натуральность пчелиного мёда, использованы спиртовая и известковая пробы, а также наличие фермента диастазы [105]. Спиртовая проба.
В пробирку наливали 1,0 см3 водного раствора мёда (1:2), добавляли 10,0 см3 96 % - ного этилового спирта-ректификата, смешивали. В натуральном цветочном мёде (за исключением гречишного) цвет смеси в пробирке не изменится. Помутнение раствора свидетельствует о примеси падевого мёда.
Известковая проба.
К 5,0 см3 водного раствора мёда (1:2) добавляли 5,0 см3 известковой воды и нагревали до кипения. Падевый мёд образует муть и осадок. У натурального цветочного мёда цвет не изменится. Определение диастазной активности.
Определение диастазного числа производится для установления факта прогревания меда или длительного его хранения в металлической посуде. Диастаза разрушается при нагревании свыше 70 С, а также при длительном хранении меда в металлической посуде. В фальсифицированном меде количество диастазы снижается или она полностью отсутствует.
Наличие фермента диастазы определяли следующим способом: в пробирку наливали 10,0 см3 водного раствора мёда (1: 2), добавляли немного 1 % - ого раствора крахмала, перемешивали и помещали на час в водяную баню с температурой 45 С, после чего охлаждали и добавляли 1-2 капли йода. Если мёд натуральный, то под влиянием диастазы крахмал расщепится и жидкость не окрасится, а если мёд не натуральный - смесь окрасится в синий цвет.
Проектирование композиций кисломолочных напитков с натуральным пчелиным медом
Необходимым этапом для проведения исследований явился процесс проектирования композиций кисломолочных напитков с пчелиным медом (углеводным компонентом), с направленным химическим составом, регулируемым в соответствии с современными физиологическими нормами питания.
В современной литературе всё чаще фигурирует понятие «проектирование» пищевых продуктов.
Это сравнительно новое научное направление исследований, позволяющее разрабатывать состав многокомпонентных продуктов с заданным комплексом качественных показателей.
В соответствии с современными представлениями понятие «проектирование» означает разработку моделей, регламентирующих все этапы создания продуктов заданного качества и представляющих собой систему уравнений, отражающих все изменения одного или нескольких ключевых параметров, на основе которых они разрабатываются. Наличие упомянутой системы уравнений позволяет достаточно корректно описывать изменение общехимического, аминокислотного, жирнокислотного и других составов разрабатываемых композиций в зависимости от соотношения и квоты используемых сырьевых компонентов, что даёт возможность заменить дальнейшее исследование процесса формирования состава продуктов анализом его математической модели для решения поставленных конкретных задач. Данная методология позволяет создавать продукты с определённым содержанием белка, жира, углеводов, витаминов, пищевых волокон, аминокислот, минеральных и других веществ.
Базой для решения рассматриваемого вопроса является концепция сбалансированного питания, разработанная академиком А.А. Покровским [90].
На основании детально изученного состава ингредиентов, в качестве основного сырья для выработки кисломолочных напитков со сложным сырьевым составом решено использовать молоко и пчелиный мед.
Разработку композиций новых кисломолочных напитков осуществляли методом математического моделирования, при использовании программ расчета оптимальных рецептур. Составление научно обоснованных композиций производили с учетом основных требований теории сбалансированного питания, а именно: минимизации энергетической ценности проектируемых продуктов, высокого содержания в композициях углеводов и кальция и их оптимального поступления для обеспечения потребности организма в последних в количестве 30 % от дневной нормы потребления.
В процессе проектирования подбирали сырьевые компоненты с заданными ограничениями величины функции и регулируемых показателей, представленных в таблице 3.2. Нормы физиологических потребностей в пищевых веществах для взрослого человека, приведенные в таблице 3.2, рекомендованы А.А. Покровским [89, 116]. Требуемое содержание компонентов задавали, опираясь на содержание этих же компонентов в традиционных кисломолочных напитках.
Приведем математические модели с целевой функцией, ограниченной энергетической ценностью и заданными ограничениями на проектируемый кисломолочный напиток с медом, применяя для расчета уравнения 3.1-3.3 [83].
В результате расчета установлено, что употребление 200 г кисломолочного напитка с пчелиным медом обеспечит потребность организма в углеводах (моно- и дисахаридах) и кальции в количестве 30 % от дневной нормы потребления.
Таким образом, единая унифицированная система оценки качества продуктов питания, реализованная в виде программного обеспечения на ПК, позволила достаточно быстро и относительно эффективно осуществить проектирование состава нового пищевого продукта. Разработанная рецептура композиций кисломолочных напитков с пчелиным медом и регулируемым составом использована для проведения дальнейших исследований.
В молочной промышленности в основе производства кисломолочных продуктов лежат биотехнологические процессы. Для каждого вида кисломолочных продуктов используется определенная закваска, которая обеспечивает специфические для данного продукта органолептические, реологические и биологические свойства.
Различают одноштаммовые закваски, состоящие из одного штамма микроорганизма, многоштаммовые - из нескольких штаммов одного вида и смешанные закваски, в состав которых входят многие штаммы разных видов микробов.
При подборе штаммов для производства лечебно-профилактических продуктов, наряду с техническими требованиями (скорость нарастания кислотности, число жизнеспособных клеток, вкусовые достоинства), также учитывают физиолого-химические свойства (взаимоотношения между микроорганизмами, антибиотическая активность, профилактические свойства и т.д.).
Обязательным компонентом заквасочной микрофлоры для всех ферментированных молочных продуктов являются молочнокислые бактерии. Они играют центральную роль в производстве кисломолочных продуктов, где выполняют следующие функции:
- трансформируют лактозу, белки, цитраты и, возможно другие минорные компоненты молока во вкусовые и ароматические соединения, и обуславливают специфические органолептические показатели;
- подавляют развитие технически вредной и патогенной микрофлоры образованием молочной кислоты и снижением рН среды, образованием специфических антибактериальных веществ (антибиотиков, бактерио-цинов, перекиси водорода).
С целью придания продуктам оригинальных органолептических свойств, повышения пищевой и биологической ценности, придания профилактических и лечебных свойств и т.д. в состав заквасочной микрофлоры включают также отдельные виды и штаммы немолочнокислых бактерий, в частности, бифидобактерии.
Изучение пищевой и энергетической ценности кисломолочных напитков с пчелиным медом
Установлено, что по сравнению с кефиром, новый продукт — кефирный напиток «Пчелка» содержит в 2,5 раза больше моно- и дисахаридов.
Добавление углеводного компонента в виде пчелиного меда способствует увеличению в ацидофильном напитке некоторых минеральных веществ, а именно: массовая доля магния, серы превышает содержание тех же элементов в ацидофилине примерно в 1,1 раза, фтора - в 1,4, марганца -в 1,5, меди - в 1,7, железа в 1,8 раза.
Добавление пчелиного меда в кефирный напиток способствует увеличению массовой доли кальция примерно в 1,1 раза, калия и натрия - в 1,2, фтора - в 1,3, марганца - в 1,4, железа и меди в 1,6 раза по сравнению с содержанием тех же элементов в кефире.
В связи с тем, что пчелиный мед является богатым источником витаминов, его внесение в кисломолочный напиток «Медовый аромат» увеличило количество последних, в частности, содержание рибофлавина (Вг) в среднем в 1,1 раза, ниацина (РР) в 1,3 раза, аскорбиновой кислоты - в 1,4 раза. В отличие от ацидофилина ацидофильный напиток «Медовый аромат» содержит пиридоксин (В6).
Введение натурального пчелиного меда в кисломолочный напиток «Пчелка» увеличило содержание витамина А в 1,5 раза, рибофлавина, ниацина и пантотеновой кислоты в 1,1 раза, аскорбиновой кислоты в 1,3 раза по сравнению с содержанием тех же витаминов в кефире.
В кисломолочных напитках с натуральным пчелиным мёдом (углеводным компонентом) увеличение доли углеводов происходит в основном за счёт простых Сахаров глюкозы и фруктозы, которые не требуют дополнительной переработки в желудочно-кишечном тракте человека, быстро и почти на 100 % усваиваются организмом. Также, присутствие мёда в пище, способствует лучшему усвоению минеральных веществ. Поэтому добавле ниє пчелиного мёда в кисломолочные напитки позволяет повысить их усвояемость.
Таким образом, введение пчелиного меда в кисломолочные напитки позволило повысить витаминную ценность, улучшить минеральный состав, обогатить напитки другими ценными компонентами. Использование пчелиного меда в качестве углеводного компонента позволило получить кисломолочные напитки с хорошими вкусовыми, питательными, а также диетическими и лечебно-профилактическими свойствами.
Проведены выработка опытных партий кисломолочных напитков «Медовый аромат» и «Пчелка» в опытной научно-производственной лаборатории по переработке молока СТФ КемТИПП и их дегустационная оценка на кафедре «Технология молока и молочных продуктов» КемТИПП (приложения Д, Е).
Срок хранения - это период, в течение которого пищевой продукт при соблюдении установленных условий хранения сохраняет свойства, указанные в нормативном или техническом документе. Показатель суммарного качества сводит воедино ряд характеристик пищевого продукта, а именно: органолептические показатели - внешний вид, консистенция (структура), цвет, запах (аромат), вкус; физико-химические показатели -кислотность; изменение пищевой ценности в результате протекания химических и ферментативных превращений; микробиологические показатели; количество санитарно-показательных микроорганизмов.
Как известно, кисломолочные продукты относятся к скоропортящимся пищевым продуктам, требующим для сохранения качества и безопасности специальных температурных режимов, без обеспечения которых они подвергаются необратимым изменениям, приводящим к порче продуктов. Так, срок реализации кисломолочных напитков составляет всего лишь 72 часа. Причиной их быстрой порчи является раз витне нежелательной микрофлоры, появляющейся в продукте в процессе его производства и хранения. Добившись уничтожения всех нежелательных микроорганизмов или приостановив каким-либо образом процесс брожения, можно получить кисломолочные продукты, выдерживающие длительный срок хранения.
Одним из путей решения проблемы увеличения сроков хранения кисломолочных напитков, является введение в них стабилизационной системы, в качестве которой применен пчелиный мёд, обладающий антимикробной активностью. Для обоснования продолжительности хранения и исследования влияния мёда на качество ацидофильного и кефирного напитков, в процессе хранения изучали динамику органолеп-тических (цвета, вкуса и запаха, консистенции, внешнего вида), физико-химических (титруемой и активной кислотности) и микробиологических показателей.
Температурные режимы хранения продуктов выбирали с учетом предусмотренной технической документацией и методических указаний МУ 4.2.727 - 99 для скоропортящихся продуктов [21].
Хранение готовых продуктов осуществляли при температуре (4 ± 2) С в герметичной упаковке в течение 10 суток. Результаты экспериментов представлены в таблицах 4.4-4.6 и графически на рисунках 4.2 - 4.3.
Проведённые исследования показали, что в процессе хранения кисломолочных напитков с пчелиным медом, контролируемые показатели изменялись следующим образом: в первые 5 суток хранения при температуре (4 ± 2) С существенных изменений органолептических и физико-химических показателей не выявлено.
