Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 Литературный обзор 13
1.1 Эволюция питания человека.. 13
1.2 Эффективность применения пищевых волокон в производстве «полезных» продуктов питания .20
1.3 Обоснование целесообразности создания обогащенных десертов на основе вторичного молочного сырья .31
1.4 Использование сахарозаменителей и белкового изолята в разработке новых видов низкокалорийных десертов на основе творожной сыворотки.. 36
Глава 2 Организация проведения экспериментальных работ и методы исследований 41
2.1 Организация проведения экспериментов 41
2.2 Объекты и методы исследований .
2.2.1 Объекты исследований 43
2.2.2 Методы исследований .43
Глава 3 Результаты исследований и их обсуждение 45
3.1 Маркетинговые исследования потребительских предпочтений населения г.Саратова о возможности потребления низкокалорийных десертов на основе творожной сыворотки с пищевыми волокнами.. 45
3.2 Обоснование подбора рецептурных компонентов в технологии пудингов на основе творожной сыворотки, изучение их свойств и функционально технологических параметров. 50
3.2.1 Влияние типа и концентрации некрахмальных полисахаридов на функционально-технологические свойства пудингов на основе творожной сыворотки 51
3.2.2 Влияние типа и концентрации пищевых волокон «Citri-Fi» на функционально-технологические свойства пудингов на основе творожной сыворотки
3.2.3 Структурно-механические свойства пудингов на основе творожной сыворотки с полисахаридсодержащими добавками 63
3.2.4 Физико-химические свойства пудингов с полисахаридсодержащими добавками
3.2.5 Микробиологические исследования пудингов и определение их сроков хранения 70
3.2.6 Разработка технологий и рецептур пудингов пониженной калорийности на основе творожной сыворотки 72
3.3 Обоснование подбора рецептурных компонентов в технологии муссов на основе творожной сыворотки, изучение их свойств и функционально технологических параметров 76
3.3.1 Обоснование подбора типа и концентрации некрахмальных полисахаридов в технологии муссов на основе творожной сыворотки 78
3.3.2 Обоснование подбора типа и концентрации пищевых волокон «Citri-Fi» в технологии муссов на основе творожной сыворотки 81
3.3.3 Структурно-механические свойства муссов на основе творожной сыворотки с полисахаридсодержащими добавками 84
3.3.4 Физико-химические свойства разработанных муссов 85
3.3.5 Микробиологическая оценка качества муссов, определение сроков хранения 91
3.3.6 Разработка технологий и рецептур муссов на основе творожной сыворотки 93
Заключение 96
Выводы 98
Список литературы
- Эффективность применения пищевых волокон в производстве «полезных» продуктов питания
- Обоснование целесообразности создания обогащенных десертов на основе вторичного молочного сырья
- Объекты и методы исследований
- Влияние типа и концентрации пищевых волокон «Citri-Fi» на функционально-технологические свойства пудингов на основе творожной сыворотки
Введение к работе
Актуальность работы. Главным приоритетом государства, сформулированным в Стратегии развития пищевой и перерабатывающей промышленности Российской Федерации на период до 2020 года, является обеспечение гарантированного и устойчивого снабжения населения страны безопасным и качественным продовольствием. Для решения проблемы обеспечения населения продуктами здорового, в том числе, функционального питания, необходимо создание инновационных технологий, позволяющих не только сохранять натуральные (природные) свойства сырья, но и повысить качество готовых продуктов за счет обогащения их эссенциальными нутриентами. К их числу относятся пищевые волокна, полноценные белки, минеральные вещества и др.
В настоящее время наблюдается снижение среднего уровня потребления пищевых волокон (ПВ) на 30% и более, что может служить причиной развития ряда серьезных хронических заболеваний. ПВ позитивно воздействуют на физиологические процессы организма человека: очищают от шлаков, выводят токсичные элементы, улучшают функционирование желудочно-кишечного тракта. Одним из способов, позволяющих уменьшить дефицит пищевых волокон в питании населения, является введение их в разнообразные пищевые продукты.
Кроме того, современный уровень питания человека дефицитен по белку как в количественном, так и в качественном отношении. Одним из способов решения данной проблемы является употребление молока и молочных продуктов. Однако, в связи с ограниченностью молочных ресурсов, необходимым условием становится рациональное использование всех составных частей молока. Использование вторичного молочного сырья, в частности, творожной сыворотки позволит решить эту проблему. Химический состав сыворотки богат и разнообразен, он включает более 200 компонентов. В отличие от лечебных препаратов сыворотка не оказывает побочных отрицательных воздействий на организм и практически не имеет противопоказаний к использованию.
Еще одним способом решения проблемы белковой недостаточности является использование протеинов растительного происхождения, в частности, продуктов переработки сои. Достижение результатов возможно при создании комбинированных молочно-растительных продуктов, характеризующихся высокими показателями пищевой, в том числе и биологической ценности.
Замена сахара в традиционных продуктах интенсивными подсластителями и создание продуктов пониженной энергетической ценности - один из путей совершенствования пищевой технологии и ассортимента продуктов в соответствии с современными требованиями трофологии и диетологии.
Таким образом, разработка десертов на основе творожной сыворотки,
фортифицированных пищевыми волокнами и растительным белком, и при этом обладающих пониженной калорийностью, является целесообразной и актуальной задачей на современном этапе. Регулярное употребление таких продуктов будет способствовать обеспечению организма человека жизненно важными веществами, прежде всего биологически активными ингредиентами – витаминами, пищевыми волокнами, белками и другими эссенциальными нутриентами.
Работа выполнена в рамках гранта Президента Российской Федерации № 14.124.13.3731 – МК от 04.02.2013 г.
Степень разработанности проблемы. Большой вклад в развитие теоретических и практических вопросов разработки новых видов полезных, обогащенных продуктов, в том числе функционального назначения, внесли исследования А.В. Тутельянa, В.М. Позняковского, А.П. Нечаева, И.А. Рогова, М.М.Г. Гаппаровa, Л.А. Остроумова, А.Ю. Просекова, Н.А. Тихомировой, Л.М. Захаровой, В.Г. Щербаковой, Г.И. Касьянова, Л.Г. Елисеевой, Т.Б. Цыгановой, Птичкиной Н.М., Hipsly, Trowell, E.R. Morris, I.D. Dea и другие. На сегодняшний день по-прежнему остаются актуальными и перспективными исследования состояния питания
людей; разработка и внедрение прогрессивных технологий и рецептур продуктов питания обогащенных незаменимыми эссенциальными нутриентами.
Цель исследования: разработка инновационных технологий низкокалорийных десертов на основе творожной сыворотки, обогащенных пищевыми волокнами и белками.
В соответствии с поставленной целью были определены задачи исследования:
провести маркетинговые исследования потребительских предпочтений населения г.Саратова о возможности потребления низкокалорийных десертов на основе творожной сыворотки с пищевыми волокнами;
исследовать целесообразность использования полисахаридсодержащих добавок в технологии десертов на основе творожной сыворотки;
подобрать тип и концентрации полисахаридсодержащих добавок и научно обосновать влияние молекулярной массы некрахмальных полисахаридов на структурные особенности и механизм взаимодействия сывороточных, растительных белков и полисахаридов (ПС) при создании многокомпонентных систем - десертов с улучшенными характеристиками;
провести комплексную оценку потребительских свойств десертов на основе творожной сыворотки с полисахаридсодержащими добавками, изолятом соевого белка и сахарозаменителями;
разработать рецептуры и технологии низкокалорийных десертов на основе творожной сыворотки с полисахаридсодержащими добавками;
разработать и утвердить техническую документацию на новые виды низкокалорийных десертов на основе творожной сыворотки с полисахаридсодержащими добавками;
рассчитать экономический эффект производства новой продукции.
Научная новизна.
Обоснована возможность обогащения десертов (пудингов и муссов) пищевыми волокнами, белками и микроэлементами, за счет применения полисахаридсодержащих добавок, вторичного молочного сырья (творожной сыворотки) и соевого изолята.
Подобраны типы и обоснован диапазон концентраций полисахаридсодержащих добавок (некрахмальных полисахаридов и пищевых волокон «Citri-Fi») в десертах на основе творожной сыворотки.
Выявлен и научно обоснован синергизм взаимодействия полисахаридсодержащих добавок в сочетании с сывороточными и растительными белками, и сахарозаменителями в десертах на основе творожной сыворотки.
Установлено влияние пищевых волокон на улучшение органолептических, физико-химических, микробиологических и структурно-механических показателей готовых десертов.
На основании изучения химического состава и функционально-технологических свойств соевых изолятов обоснована целесообразность их использования в производстве низкокалорийных продуктов. Установлена концентрация внесения соевого изолята в гидратированном виде (1,5 % от массы продукта).
Подтверждена целесообразность использования консервирующего агента -бетулинсодержащего экстракта бересты (0,04%) для стабилизации или увеличения сроков годности (до 7-ми суток) десертов с пищевыми волокнами на основе творожной сыворотки.
Теоретическая и практическая значимость работы. Высказано предположение о электростатическом и гидрофобном типах взаимодействия глобулярных сывороточных белков и некрахмальных полисахаридов в структурно-сложных системах типа эмульсии - пудинги и пенной структуры - муссы, что позволило с теоретической точки зрения прогнозировать совместимость изучаемых полимерсодержащих систем и разработать научно-обоснованные технологии и рецептуры новых видов низкокалорийных полисахаридсодержащих продуктов на основе творожной сыворотки - пудинга и мусса клюквенного.
Разработана техническая документация на «Пудинг низкокалорийный с полисахаридсодержащими добавками» (ТУ - 919514-001-00493497-2014), «Мусс клюквенный с пищевыми волокнами Citri-Fi» (ТУ - 919512-002-00493497-2014). Технологии и рецептуры
разработанной новой продукции были апробированны на ООО «Комбинат детского питания», г. Саратов, а также на базе УПКП - Соколовая, г.Саратов и рекомендованы к внедрению. Материалы диссертационной работы используются в лекционных курсах ФГБОУ ВО «Саратовский ГАУ» по дисциплинам: «Пищевые добавки» и «Химия пищи» и в лабораторных и практических занятиях по данным дисциплинам.
По результатам данных исследований получены патенты РФ на: № 2562116 С2 -Молочный пудинг и № 2548451 С1 - Взбитый десерт (мусс фруктово-ягодный) и способ его получения.
Методология и методы исследований. При выполнении диссертационной работы использовались общепринятые и стандартные методы исследований пищевых систем: систематизации, анализа, синтеза, обобщения, физико-химические, микробиологические, структурно-механические, органолептический методы, а также расчетный метод. Результаты исследований обработаны методами статистического анализа.
Основные положения, выносимые на защиту:
Обоснование рецептурных компонентов в технологиях десертов на основе творожной сыворотки с пищевыми волокнами, изучение их свойств и функционально-технологических параметров;
Структурно-механические свойства низкокалорийных десертов с полисахаридсодержащими добавками;
Физико-химические свойства разработанных продуктов;
Микробиологические исследования разработанных продуктов;
Технологии и рецептуры новых видов низкокалорийных десертов на основе творожной сыворотки с пищевыми волокнами, изолятом соевого белка и сахарозаменителями.
Степень достоверности и апробация результатов работы. Основные результаты диссертации доложены и обсуждены на конференциях: Химия биологически активных полимеров: Всероссийская школа-конференция молодых ученых, аспирантов и студентов с международным участием. - Саратов, 2012 г; VI Международная научно-практическая конференция «Технология и продукты здорового питания», г. Саратов, 2012 г; Международная научно-техническая интернет-конференция «Фундаментальные и прикладные аспекты создания биосферосовместимых систем», г. Орел, 2012; II Международная научно-практическая конференция «Достижения и перспективы естественных и технических наук», г. Ставрополь,
2012 г; VII Всероссийская научно-практическая конференция «Аграрная наука в XXI веке:
проблемы и перспективы» - Саратов 2013; Международная научно-практическая конференция
«Наука о питании: технологии, оборудование и безопасность пищевых продуктов», г. Саратов,
2013 г; Всероссийская научно-практическая конференция «Специалисты АПК нового
поколения», г. Саратов, 2013 г; IX Международная научно-практическая конференция
«Пищевые технологии - 2013», г. Одесса; конференция профессорско-преподавательского
состава по итогам научно-исследовательской, учебно-методической и воспитательной работы
за 2013 год; конкурс научно-инновационных работ молодых ученых ФГБОУ ВПО
«Саратовский ГАУ» «Инновационная наука - молодой взгляд в будущее» и «Грант ФГБОУ
ВПО «Саратовский ГАУ» 18 марта 2014 года - объявлена победителем и удостоена гранта
Ректора СГАУ; 17th conference «Gums and Stabilisers for the Food Industry 17», Wrexham, England
(июнь, 2013 г); 12th International Hydrocolloids conference «Functional hydrocolloids: The key to
human health», Taipei, Тaiwan (05.05.14 - 09.05.14).
В 2012 году разработанные пудинги были представлены на 13-ой специализированной выставке «Продэкспо.Продмаш.2012» (Саратов, 2012) и награждены золотой медалью и дипломом I степени, в 2013 году - на VIII Саратовском Салоне изобретений, инноваций и инвестиций (Саратов, 2013) новые пудинги награждены серебреной медалью за проект. В 2014 году разработанные муссы были представлены на 14-ой специализированной выставке «Продэкспо.Продмаш.2014» (Саратов, 2014) и награждены золотой медалью и дипломом I степени. В 2014 году разработанная ассортиментная линейка низкокалорийных десертов на основе творожной сыворотки была представлена на XIV Всероссийской выставке научно-
технического творчества молодежи (24 – 27 июня, 2014 г) и удостоена медали лауреата ВВЦ. Кроме того, разработанные низкокалорийные десерты - пудинги и муссы были награждены дипломом I степени и золотой медалью на Х Международном форуме «Крым Hi-Tech 2014» (Севастополь, 2014).
Публикации. Опубликовано 29 научных статей по теме диссертационной работы, 7 из которых в периодических изданиях, рекомендованных ВАК РФ, 1 статья на иностранном языке в книге «Gums and Stabilisers for the Food Industry 17», входящей в систему Scopus, получено 3 патента РФ.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, обзора литературы, экспериментальной части, заключения, выводов, списка литературы и приложений. Работа изложена на 145 страницах, содержит 31 рисунок, 17 таблиц и 17 приложений. Библиографический список включает 135 наименований, в том числе 26 зарубежных источников.
Эффективность применения пищевых волокон в производстве «полезных» продуктов питания
Здоровье человека, его долголетие, работоспособность, сопротивляемость инфекциям и другим неблагоприятным факторам окружающей и внутренней среды в значительной степени определяются его питанием, т.е. обеспеченностью организма энергией и необходимыми пищевыми веществами [83].
Но не стоит забывать, что пища является не только источником необходимых организму энергетических и пластических материалов, но и служит носителем непищевых компонентов (радионуклидов, пестицидов, нитратов, разного рода биологических загрязнителей и других ксенобиотиков) [1, 2, 8, 16 -19, 22].
В связи с этим государственной концепцией, сформулированной в Доктрине продовольственной безопасности РФ, предусмотрено создание «полезных» продуктов питания, обогащенных функциональными ингредиентами, безвредными для человеческого организма. К таким функциональным ингредиентам относятся пищевые волокна.
Термин «пищевые волокна» (ПВ) (англ. - dietary fiber) впервые введен в научный обиход Е.Н. Hipsley в 1953 [13].
Пищевые волокна - это съедобные части растений или аналогичные углеводы, устойчивые к перевариванию и адсорбции в тонком кишечнике человека полностью или частично ферментируемые в толстом кишечнике. Пищевые волокна включают полисахариды, олигосахариды, лигнин и ассоциированные растительные вещества [38].
Полисахариды (ПС), выполняют in vivo ряд важных биологических функций: они участвуют в построении клеточных стенок и межклеточного матрикса, в регулировании обмена ионами между клеткой и ее окружением, являются для клетки энергетическим резервом. С другой стороны, обладая уникальными способностями загущения, студнеобразования, эмульгирования, влагоудержания и стабилизации структурно-сложных систем, ПС находят широкое применение в микробиологии, фармакологии, медицине и, главным образом, в пищевой промышленности [80].
В последние годы в пищевой промышленности эти ингредиенты становятся более популярными. Несмотря на то, что их концентрации составляют обычно не более 1 %, они оказывают сильное влияние на текстурные и органолептические свойства пищевых продуктов.
По своей структуре и проявляемым свойствам некоторые ПС являются гидроколлоидами. Они состоят из больших и объемных полимерных макромолекул и обладают значительным сродством к воде, вследствие чего происходит их гидратация и набухание. При достижении определенных концентраций молекулы полимеров способны к межмолекулярным взаимодействиям, образуя при этом сетчатые или ячеистые структуры, формирующие гели [51]. Вода в такой системе вследствие межмолекулярных взаимодействий теряет подвижность. Это связано с увеличением вязкости системы [37]. Такое их свойство используется при создании новых видов пищевых продуктов заданной текстуры.
Выбор полисахаридов определяется требованиями, которые предъявляются к их функциональным свойствам, а кроме того, их ценой и доступностью. Многие полисахариды (например, камедь рожкового дерева, гуаровая камедь, конжаковый маннан, гуммиарабик, ксантановая камедь, пектин) способствуют понижению уровня холестерина в крови. Другие (например, инулин, гуммиарабик) обладают пребиотическими эффектами. Они устойчивы к действию пищеварительных ферментов и не перевариваются в желудке и тонком кишечнике. Они ферментируются в толстом кишечнике, образуя короткоцепочечные жирные кислоты и тем самым стимулируют рост полезных бактерий, особенно, бифидобактерий, а также снижают развитие вредных микроорганизмов, таких, например, как клостридии [104]. Благодаря своим ионообменным свойствам и комплексообразующей способности некоторые ПС способны выводить ионы тяжелых металлов и радионуклиды из организма [10, 27, 41, 52, 74, 80].
Среди пищевых полисахаридов крахмал занимает особое положение. По наличию в природе он едва ли уступает хитину, по использованию в пищевой индустрии - намного превосходит все другие полисахариды вместе взятые [126]. Крахмал не является химически однородным веществом. Он представляет собой, в основном, смесь двух полисахаридов - амилозы и амилопектина.
Крахмал доминирует среди пищевых ПС и как объект исследования по разнообразной проблематике: происхождение, функции, производство, маркетинг, молекулярная структура и ее роль в переработке пищевой продукции и питании [135]. В связи с такой уникальностью крахмала все остальные пищевые полисахариды объединены общим названием «nonstarch polysaccharides», т.е. в науке о пищевых полисахаридах имеет место классификация: крахмал, с одной стороны, и не относящиеся к крахмалу полисахариды, с другой [80].
К некрахмальным ПС относятся: растительного происхождения: пектин, галактоманнаны (гуаран, камедь рожкового дерева (LBG), камедь тары), гуммиарабик и др.; водорослевого происхождения: агар, каррагинаны, альгинат; микробного происхождении: ксантан, геллан, веллан, полимиксан. Пектины представляют собой гетерополимеры с высокой молекулярной массой, основу которых (60%) составляют остатки галактуроновой кислоты. Кислотная группа может быть свободной или естественным образом этерифицированной метанолом [90, 133, 134]. Свойства пектинов зависят от рН, а также от процентного содержания этерифицированной карбоксильной группы (степени этерификации) [111]. Промышленные пектины чаще всего получают путем экстракции в кислотных условиях при повышенных температурах. Степень этерификации таких пектинов составляет около 60% (высокометаксилированные) и они характеризуются медленной скоростью гелеобразования. Высокометаксилированные пектины образуют гель только при наличии Сахаров или других растворенных веществ, при достаточно низких значениях рН, что подавляет ионизацию кислотных групп в полимерной молекуле. Эти факторы оказывают влияние и на прочность геля, и на температуру гелеобразования. Дальнейшее снижение степени этерификации (СЭ) до значений ниже 50% позволяет получить целый ряд так называемых «низкометаксилированных» пектинов. Такие способны вступать во взаимодействие с ионами кальция, что при определенных значениях концентрации сухих веществ и рН приводит к гелеобразованию. Гелеобразование низкометаксилированных пектинов осуществляется, благодаря взаимодействию между пектином и ионами кальция. Обычно оно обеспечивается секвестрантами, которые или присутствуют изначально, естественным образом (цитраты или другие ионы органических кислот из плодов или молока), или добавляются специально. При правильном соблюдении рецептурного состава низкометаксилированные пектины могут образовывать гели в очень широком диапозоне содержания сухих веществ (10 - 80%): и в очень кислых, и в менее кислых на вкус продуктах при рН в диапозоне от 3,0 до 5,0.
Амидированные пектины (как правило, относятся к низкометаксилированным) производятся путем реакции соответствующих высокометаксилированных пектинов с аммиаком.
Использование пектина основано на его свойствах гелеобразователя, и это во многом определяет виды плодов, из которых производятся промышленные пектины. Основным критерием выбора сырьевого источника является содержание в нем пектина в достаточном количестве и соответствующего качества. Сегодня основным источником получения пектинов являются цитрусовая выжимка (лимонов, лаймов, апельсинов), которая образуется при извлечении цитрусового сока и масла, и яблочная выжимка - высушенный остаток, образуемый при извлечении яблочного сока. Также пектин извлекают из свекловичных культур, подсолнечкика, амаранта, тыквы и некоторых других [58, 85, 61, 124, 125].
Самой первой областью применения пектина было его использование во фруктовых джемах, мармеладах с концентрацией сухих веществ 60 - 70% и рН в диапозоне 3,0 - 3,3 (может быть использован высокометаксилированный пектин). Джемы и желе с низким содержанием сахара нельзя изготовить, используя высокометаксилированные пектины. В данном случае изготовление такой продукции возможно только с применением амидированных низкометаксилированных пектинов. Помимо этого пектины широко используются в производстве фруктовых продуктов желейной консистенции, в фруктовых начинках для выпечки и хлебобулочных изделий, в молочной промышленности (молочные гели и десерты, пудинги, йогурты, напитки и др.).
В молочных продуктах и в их аналогах, таких как продукты, приготовленные из сои, пектин может выполнять две различные функции. Высокометаксилированные пектины могут выступать в роли стабилизаторов дисперсий белков при пониженных рН, как, например, в йогурте или напитках на молочно-соковой основе. Низкометаксилированные пектины ведут себя по-другому и могут, взаимодействуя с кальцием, образовывать гель или в молоке, или в более кислых продуктах, например на основе творожной сыворотки.
Обоснование целесообразности создания обогащенных десертов на основе вторичного молочного сырья
Экспериментальные исследования проводили в соответствии с поставленными задачами в ФГБОУ ВО «Саратовский государственный аграрный университет им. Н.И. Вавилова» на кафедре «Технологии продуктов питания» и в аккредитованных лабораториях ФГБНУ «Научно-исследовательский институт сельского хозяйства Юго-Востока», КЕМТИППа, в испытательной лаборатории пищевых продуктов и продовольственного сырья Энгельского технологического института (филиал ФГБОУ ВПО «Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А.»).
В качестве объектов исследования использовались полисахариды различного происхождения: водорослевого - і-каррагинан, растительного - гуаран различных молекулярных масс (30, 100 и 400 кДа), камедь рожкового дерева (LBG) (FMCcomp., USA), яблочный пектин (Naturex, Польша) микробного -ксантан (Danisco, Франция), и натуральное улучшенное цитрусовое волокно «Citri-Fi» (Fiberstarlnc, USA), сыворотка творожная (ГОСТ Р 53438 - 09); сливки с массовой долей жира 30% (ГОСТ Р 52091 - 02); сахар-песок (ГОСТ 21 - 94); желатин (ГОСТ 11293-89); крахмал кукурузный (ГОСТ Р 51985 - 02); изолят соевого белка (ГОСТ Р 53861 - 2010); фруктоза (ТУ 9111-011-35937677 - 02); стевиозид (компания «Биодар», г. Москва), бетулинсодержащий экстракт бересты (ТУ 9197-034-58059245 - 08), клюква (ТУ 9165-009-47569210-06).
Используемые добавки и сырье соответствуют требованиям ТР ТС 021/2011 «О безопасности пищевой продукции» и разрешены для использования в пищевой промышленности.
Используемая в работе творожная сыворотка была получена в лабораторных условиях на ООО «Комбинат детского питания», г. Саратов методом ультрафильтрации. Массовая доля сывороточных белков составила 0,8%.
Маркетинговые исследования проводились методом стихийной выборки (анкетирование). Экспериментальные исследования проводились в 3-5-ти кратных повторениях. Реологические свойства систем пудингов с ПС исследовали на ротационном вискозиметре «Rheotest-2.1» с системой коаксиальных цилиндров (Германия) [79]; реологические свойства систем пудингов и муссов с цитрусовыми волокнами определяли на вискографе «Brabander» (Германия) в зависимости от температуры и времени хранения продукта; рН исследуемых систем определяли с помощью рН-метра-милливольтметра рН-410 (ГОСТ Р 53359-2009); активность воды (Ав) определяли криоскопическим методом [82, 100] на устройстве типа АВК-4, разработанного в ФГБОУ ВО «Саратовский ГАУ» [4]; определение сухих веществ в пудинге осуществлялось в сушильном шкафу (ускоренным методом при температуре 130С в течение 50 минут), в муссах - рефрактометрическим методом [53]; плотность систем определяли физическим методом [93]; кратность и стабильность пен - стандартным методом [14].
Кратность пен определяли как соотношение между количеством дисперсионной среды и дисперсной фазы по формуле 1: n = Vf / Vi, (1) где Vf - объем пены; Vi - объем жидкости, содержащейся в пене. Стабильность пен определяли по времени самопроизвольного разрушения столба пены на половину начальной высоты столба (объема) пены.
Массовая доля аминокислот была установлена на аминокислотном анализаторе марки ARACUS и была подтверждена хроматографическим методом на жидкостном хроматографе модели Varian «ProStar 500 Series»; массовую долю белка в пудингах определяли по ГОСТ 23327 - 98, в муссах - ГОСТ 26889 - 86 (К = 6,38), массовую долю жира в пудингах определяли по ГОСТ Р 51331 - 99, в муссах - ГОСТ 8756.21 - 89, массовую долю золы определяли по ГОСТ Р 51411-99, органолептический анализ проводили с использованием балльной шкалы на основе описательного метода оценки качества готовых продуктов; микробиологические исследования проводили в соответствии с ТР ТС 033/2013 «О безопасности молока и молочной продукции». Экономические расчеты - по стандартной методике [107].
Объекты и методы исследований
Учитывая заинтересованность потребителя в появлении на рынке новых видов продуктов питания, обогащенных натуральными полезными ингредиентами, наиболее полно удовлетворяющих потребностям организма человека для ведения нормального образа жизни, дальнейшая работа была направлена на создание новых видов пищевых композиций, с заявленными свойствами.
Исследования направлены на разработку низкокалорийных десертных продуктов на основе творожной сыворотки с полисахаридсодержащими добавками (некрахмальные полисахариды и пищевые волокна Citri-Fi). За прототип (контрольный образец) была взята рецептура пудинга, содержащего творожную сыворотку, сливки 30%-ной жирности, сахар-песок, крахмал модифицированный кукурузный, стабилизатор PRO - QUICK D 639 А фирмы ТЕВС (Германия) (смесь желатина, моно-, диглицеридов и модифицированного крахмала), ароматизаторы и красители [30]. По ряду объективных причин производители стараются отходить от использования желатина как стабилизатора пищевых систем.
В отличие от прототипа, а также других известных аналогов [67 - 69, 106] разработанные пудинги содержат в качестве стабилизатора пищевые некрахмальные полисахариды водорослевого, растительного и микробного происхождения и их смеси (бинарные системы), а также пищевые волокна Citri-Fi, в качестве подслащивающего агента - натуральные сахарозаменители -стевиозид или фруктозу. Кроме того, разработанные пудинги являются низкокалорийными не только за счет использования сахарозаменителей, но и за счет замены части жира и крахмала в рецептуре на изолят соевого белка.
Таким образом, на выходе получается низкокалорийный десерт на основе творожной сыворотки с полисахаридсодержащими добавками (полисахариды и пищевые волокна Citri-Fi), обогащенный белком растительного происхождения с улучшенными органолептическими и физико-химическими показателями.
Для дополнительного обогащения молочного десерта эссенциальными компонентами, было произведено введение в рецептру бетулинсодержащего экстракта бересты (БЭБ), который обладает двойным назначением: повышает функциональные свойства и продлевает сроки годности продукции за счет антиоксидантного и консервирующего действия.
Изучалась целесообразность использования некрахмальных полисахаридов различной природы в технологии пудинга на основе творожной сыворотки.
Пудинг представляет собой эмульсию типа масло в воде [113]. Из-за избытка поверхностной энергии такая система термодинамически нестабильна. Для стабилизации эмульсии в систему добавляют полисахариды. Стабилизирующий механизм действия полисахаридов заключается в повышении вязкости дисперсионной среды - это создает кинетические трудности для сближения капелек жира, их подъема и осаждения [129]. Поэтому ПС, обладающие способностью загущения, являются хорошими стабилизаторами.
Таким образом, опираясь на вышесказанное, выбор типа, концентраций и молекулярных масс полисахаридов в разрабатываемых нами многокомпонентных системах играют решающую роль для стабильности их структуры.
Нами предложено использовать в качестве стабилизаторов в технологии пудинга пищевые некрахмальные полисахариды - і-каррагинан, гуаран (молекулярной массы 30, 100 и 400 кДа), ксантан, камедь рожкового дерева (LBG) и амидированный яблочный пектин.
Перед тем, как ввести полисахариды в пищевые продукты необходимо их предварительно подготовить. Для этого ПС подвергаются предварительному набуханию в дистиллированной воде (т = 10-30 мин; t = 20±5С) и их последующему растворению на водяной бане (т = 20-30 ± 2 мин; t = 50-90С - в зависимости от природы полимера).
Для придания улучшенных характеристик пищевым продуктам используют смеси различных полисахаридов - это решение позволяет получить коммерческий эффект (уменьшение расхода полимеров и, как следствие, снижение цены). Поэтому кроме индивидуальных ПС в данной работе использовались и их бикомпонентные системы (ПС-1 - ПС-2). Из литературных данных известно, что правильно подобранные для каждого конкретного случая пары полимеров (ПС-1 -ПС-2) за счет ассоциативных взаимодействий способны улучшить функциональные свойства систем.
В связи с этим, использование ксантана и гуарана в комбинации приведет к увеличению вязкостных свойств, т.к. по отдельности каждый из данных видов полимеров имеют слабые стабилизирующие свойства. Способность каррагинана и пектина образовывать гели также наделяет эти ПС стабилизирующей функцией.
Природа синергизма может быть связана или не связана с ассоциацией различных по молекулярной массе и химическому составу молекул полисахаридов. Если два ПС ассоциируют, может произойти гелеобразование или выпадение осадка. Полисахариды с противоположными зарядами с большей долей вероятности будут ассоциировать с образованием осадка, в то время как ассоциирование некоторых жестких молекул ПС приведет к их гелеобразованию [131]. Если два полисахарида не ассоциируют, то возможны два варианта развития: 1 - система остается гомогенной, однофазной, вследствие низких значений концентраций полимеров; 2 - система гетерогенна, вследствие использования более высоких концентраций полимеров, при этом она разделяется на две фазы, каждая из которых будет обогащена одним из полимеров.
Влияние типа и концентрации пищевых волокон «Citri-Fi» на функционально-технологические свойства пудингов на основе творожной сыворотки
Замена желатина на пищевое цитрусовое волокно (рис. 3.20) придает более плотную мелкодисперсную структуру пены, стабильную во времени (в течение 6 часов и более). В сравнении, у контрольного образца синерезис наблюдается уже спустя 10 минут после окончания технологического процесса производства мусса. Цвет муссов меняется от светло-розового (контроль) до ярко-розового (образец №4). При этом пищевые волокна Citri-Fi хорошо маскируют привкус и запах сыворотки. В зависимости от концентрации ПВ консистенция муссов изменяется от вязкой до студнеобразной.
Для изучения целесообразности использования ПС и ПВ в качестве стабилизаторов муссов необходимо было изучить их структурно-механические характеристики. На рисунке 3.21 и 3.22 представлены графики зависимости вязкости муссов от температуры и времени хранения. у = -0.16ІХ + 860.5
Изменение вязкости (в условных единицах, еВ) муссов с ПС от времени и температуры нагревания в сравнении с контрольным образцом
Примечание: время от 0 до 13 минуты - повышение температуры с 6С до 40 С, период времени от 13 до 27 минуты - понижение с 40 С до 20С 1200 1000 J800600400200 0 Citri-Fi 200Citri-Fi 300Смесь Citri-Fi 200 и Citri-Fi 300 у = -0.47ІХ + 938.0 - у = -0.08ІХ + 859.3 409 у = -3.062х + 719.6 . АЛ 0 2 4 6 8 101214161820222426 Время, мин Рисунок 3.22 - Изменение вязкости (в условных единицах, еВ) муссов с ПВ от времени и температуры нагревания
Примечание: время от 0 до 13 минуты - повышение температуры с 6С до 40 С, период времени от 13 до 27 минуты - понижение с 40 С до 20С
Из рисунка 3.21 видно, что ПС обладают более низкими значениями условной вязкости, по сравнению с желатином, однако стабилизирующие свойства у опытных образцов превосходят контрольный по показателям кратности и стабильности пен муссов. Цитрусовые волокна проявили себя как хорошие стабилизаторы структуры муссов (рис. 3.22), при этом по значению условной вязкости они совпадают, а в ряде образцов превосходят контроль на желатине. После нагревания опытные образцы муссов с ПС и ПВ способны восстанавливать структуру при повторном охлаждении.
На следующем этапе разработки новых видов муссов в данном исследовании необходимо было оценить свойства пены, образуемой и стабилизированной ПС и ПВ, по сравнению с образцом, содержащим желатин. Свойства пены оценивали по ее кратности и устойчивости во времени (таблица 3.13). Таблица 3.13 - Физико-химические характеристики пен муссов
Из таблицы 3.13 видно, что чем выше концентрация ПС, тем ниже показатель кратности пены и выше стабильность систем. Это связано со структурно-механическим фактором устойчивости пен. Наилучшие показатели кратности у опытных образцов муссов с: ксантаном - 0,1%, гуараном ММ 400 кДа - 0,4%, ВЭП - 0,7%., Citri-Fi 200 (средний помол) - 3,0%, Citri-Fi 300 (средний помол) - 2,5% и Citri-Fi 200 (средний помол) : Citri-Fi 300 (средний помол) - 2,0%. Данные системы стабильны более 6 часов, по сравнению с контрольным образцом на желатине этот показатель возрастает в 18 раз.
Устойчивость пен объясняется наличием в пленках высоковязкого, механически прочного адсорбционного слоя из молекул пенообразователя. Эти слои с гелевым строением, диффузно распространяющиеся вглубь раствора, замедляют стекание жидкости в пленке и придают пленке структурную вязкость и механическую прочность [26, 32, 70, 71].
Важным этапом при производстве продуктов пенной структуры является подбор технологических параметров её приготовления - температуры и продолжительности взбивания. В ходе эксперимента было установлено, что оптимальной температурой взбивания мусса является 20±5С (рис. 3.23, 3.24). При данной температуре отсутствует тепловое хаотическое движение молекул (термодинамический фактор устойчивости пен). Оптимальное время взбивания для муссов с ПС - 150 сек (2,5 мин), для муссов с ПВ - 180 сек (3 мин).
Из рисунка 3.25 видно, что пустоты между пузырьками воздуха в контрольном образце на желатине превосходят размеры самих пузырьков, что обуславливает более рыхлую структуру пены. В образце мусса с цитрусовым волокном (рисунок 3.27) наоборот, расстояние между пузырьками воздуха меньше размера самих пузырьков (d = 0,01 - 0,1 мм). Образцы с цитрусовым волокном образуют плотную мелкодисперсную пену, устойчивую во времени. В образце мусса с полисахаридом - гуараном ММ 100 кДа - пена мелкодисперсная, т.к. ПС обладают хорошей влагосвязывающей способностью, пузырьки воздуха прилегают друг другу, образуя плотную сетку, что не позволяет жидкости стекать (рис. 3.26).
Далее в исследуемых образцах определяли активную кислотность (рН), криоскопическую точку (tk) и активность воды (таблица 3.14).
Известно, что существует взаимосвязь между влагосодержанием пищевых продуктов и их сохранностью (или порчей). Однако, часто различные пищевые продукты с одним и тем же содержанием влаги портятся по-разному. В частности, было установлено, что при этом имеет значение, насколько вода ассоциирована с неводными компонентами [33].
В образцах муссов самое низкое значение aw обусловлено, по нашему мнению, относительно низким значением показателя рН, по сравнению с пудингами. Влияние рН на aw в модельных пищевых системах было отмечено в работе [63]. Кроме того, в опытных образцах пудингов и муссов наблюдается снижение показателя aw, благодаря хорошей влагосвязывающей способности ПС и цитрусовых волокон. Разработанные муссы обладают улучшенными органолептическими, физико-химическими (Приложение 17), структурно-механическими показателями и пониженной энергетической ценностью. Так, использование ПС/ПВ и фруктозы в новых муссах снижает калорийность продукта в среднем на 34,1 ккал, по сравнению с контрольным образцом (Таблица 3.15).