Scientific journal

Modern problems of science and education

ISSN 2070-7428

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 1,006

Молочные продукты с высокой биологической ценностью и функциональными свойствами приобретают наибольший интерес не только среди ученых, но и у рядовых покупателей [1; 2].

Большое значение имеет также сохранение натуральности компонентов молока в молочных продуктах. Наименьшее влияние на натуральность состава компонентов молока оказывают мембранные способы воздействия на сырье: микрофильтрация, ультрафильтрация, обратный осмос. Однако целесообразность указанных способов разделения молочного сырья на компоненты обоснована только при крупном производстве, требуется переоснащение отдельных участков производства для монтажа специального оборудования.

Наряду с мембранными способами фракционирования сырья научный и практический интерес представляют способы разделения полидисперсных систем под действием различных факторов (флокулянтов). В процессе флокуляции мелкие частицы, находящиеся во взвешенном состоянии в жидкой или газовой среде, образуют рыхлые хлопьевидные скопления, так называемые флокулы. Данный способ фракционирования происходит в емкости и потому может быть реализованным как на крупном, так и на небольшом предприятии или в цехе с целью расширения ассортимента молочных продуктов.

Наиболее эффективным и целесообразным флокулянтом для казеина являются натуральные биополимеры углеводной природы, и прежде всего пектины. Полученные жидкие фракции – концентрат натурального казеина (КНК) и сывороточно-пектиновая (СПФ), представляют собой ценное сырье для производства новых молочных продуктов.

Фундаментальные исследования в области фракционирования и концентрирования белков молочного сырья пектином были проведены под руководством профессора В.В. Молочникова, они положены в основу безотходной технологии переработки молока с применением полисахаридов (Био-Тон) [3-5].

Полученные фракции концентрат натурального казеина (КНК) и сывороточно-пектиновая фракция (СПФ) неограниченно растворимы в воде, хорошо смешиваются с любыми компонентами молока и другим пищевым сырьем, что позволит их использовать для производства жидких, пастообразных и структурированных продуктов.

При разработке технологии новых продуктов на основе КНК и СПФ для дополнительного повышения питательной ценности нами предлагается использование натурального меда и плодово-ягодных добавок. Многократно доказанные лечебные и профилактические функции пектина, меда, ягод и фруктов для здоровья человека позволяют утверждать, что полученные новые продукты на основе КНК и СПФ будут обладать выраженными функциональными свойствами.

Цель исследования. Научная работа направлена на оптимизацию процесса фракционирования обезжиренного молока яблочным пектином для комплексного использования полученных фракций в производстве функциональных молочных продуктов в замкнутом технологическом цикле.

Материал и методы исследований. Экспериментальная часть работы выполнена в технологической лаборатории молока и молочных продуктов БелГСХА им. В.Я. Горина. Объектами исследований служили обезжиренное коровье молоко, полученное в лаборатории путем сепарирования сырого молока фермерских хозяйств, и яблочный пектин, изготовленный по ТУ 9199-012-01014470-04 «Биологически активная добавка к пище "Пектин яблочный"». Продукты фракционирования обезжиренного молока − концентрат натурального казеина (КНК) и сывороточно-пектиновая фаза (СПФ) в натуральном виде. Фракционирование молока пектином проводили в поле гравитационных сил. Мед натуральный Белгородской области. Для получения физико-химических и микробиологических результатов исследований использовались стандартные и опубликованные в специальной литературе методы.

Результаты исследований и их обсуждение

В основе флокуляции казеина из полидисперсной системы молока лежит физико-химическое явление его ограниченной термодинамической совместимости с некоторыми гидрофильными полимерами. Хорошие флокулянты должны обеспечивать максимальную степень выделения дисперсных частиц, минимальный расход полимера и достаточно большую протяженность области дестабилизации. Однако необходимо учитывать, что один и тот же полимер, вводимый в коллоидную систему, может быть и флокулянтом, и стабилизатором в зависимости от концентрации и условий его введения. Поэтому на первом этапе исследования необходимо было технологически оптимизировать процесс флокуляции казеина из обезжиренного молока.

Нами установлено, что оптимальной концентрацией пектина для фракционирования обезжиренного молока является 5%-ный раствор, приготовленный путем его растворения в горячей воде с температурой 70 °С при постоянном перемешивании в течение 30…40 мин. Далее раствор пектина охлаждался и хранился в условиях холодильника с целью использования в течение 24…48 часов.

Вначале изучили действие различных концентраций пектина на дисперсную систему молока при различных условиях фракционирования.

Исследовалась концентрация пектина 0,5, 1,0 и 2,0% к массе молока в пересчете на сухой пектин при температуре 20…22 °С и в условии холодильника 4…6 °С.

При концентрации пектина в молоке 1% происходит разделение фаз, и с повышением температуры процесс идет быстрее. При концентрации пектина 2% и 4% фракционирование молока не происходит, смесь становится вязкой, гомогенной.

В последующих исследованиях изучались более низкие концентрации пектина: 0,6, 0,75 и 1% в условиях аналогичного эксперимента при температуре 20…22 °С. Эффективность фракционирования оценивали по высоте сывороточного слоя, выраженного в процентах к исходной высоте смеси в пробирках. Влияние концентрации пектина на динамику отделения сывороточно-пектиновой фракции показано на рисунке 1.

Рис. 1. Влияние концентрации пектина на динамику отделения сывороточно-пектиновой фракции.

Из результатов следует – концентрация пектина в смеси должна быть близкой к 0,6% (в пересчете на сухой пектин).

Для проверки и уточнения оптимальной концентрации пектина проведены дополнительные исследования. Использовали концентрацию пектина в обезжиренном молоке 0,5…0,6…0,7% (в расчете на сухой пектин). Температура 20…22 °С. Время фракционирования 1 час. Об эффективности процесса судили по содержанию сухих веществ (метод высушивания при 102…105 °С). Полученные результаты представлены на рисунке 2.

Рис. 2. Влияние концентрации пектина на эффективность фракционирования обезжиренного молока.

Из диаграммы (рис. 2) видно, что в стартовой смеси содержание сухих веществ зависит от степени разбавления молока при внесении водного раствора пектина. Об эффективности фракционирования целесообразно судить по содержанию сухих веществ в КНК. Для эффективного фракционирования требуется концентрация пектина, равная 0,6…0,7% к массе обезжиренного молока. Из рисунка 2 также следует, что эффективность фракционирования целесообразно характеризовать по степени флокуляции казеина.

С технологической точки необходимо было изучить влияние широкого диапазона температуры смеси на флокуляцию казеина. Концентрации пектина в смеси 0,6% (в пересчете на сухой). Результат исследования представлен диаграммой на рисунке 3.

Рис. 3. Влияние температуры на эффективность флокуляции казеина.

Из рисунка 3 следует: в интервале температур 10…30 °С молоко разделяется пектином на фракции за 60 мин, при более высокой температуре (до 60 °С) за 30 мин. На конечный выход КНК температура смеси практически не влияет. При температуре смеси 70 °С за счет денатурации сывороточных белков повышается гидрофильность мицелл казеина и, как следствие, снижается его флокуляция. Обобщая результаты, необходимо добавить, что температура компонентов (обезжиренное молоко и раствор пектина) должна быть одинаковой, и постоянство температуры необходимо поддерживать в течение всего периода фракционирования.

Далее для практической реализации полученных результатов в работе предложена разработка технологии пудинга на основе СПФ и «смузи» с ягодным наполнителем на основе КНК.

Свежеполученная сывороточно-пектиновая фракция представляла собой зеленовато-желтую, прозрачную, сладковатую жидкость с титруемой кислотностью 17…18 °Т и рН 6,27…6,25. При разработке нового продукта вначале изучались органолептические и технологические свойства СПФ в смеси с натуральным медом, контроль содержал сахарозу.

Установлено – при одинаковой концентрации (от 1 до 5% к массе) сладость СПФ с медом менее выраженная, вкус более приятный, мягкий, чем у СПФ с сахарозой. Однако при добавлении меда в СПФ с течением времени образуется плотный гель, имеющий тенденцию к синерезису, особенно заметный при низкой концентрации меда (1-2%). Для ослабления данного свойства было принято решение о комбинировании в продукте меда и сахарозы. Добавление сахарозы снижает синерезис, но не устраняет его полностью. Поэтому было принято решение о введении в продукт стабилизатора. В работе использовался картофельный крахмал пищевой. Производственный интерес, на наш взгляд, представляли концентрации крахмала 4 и 5%, при этих концентрациях крахмала СПФ имел приятную вязкую структуру, подходящую по органолептическим показателям для производства пудинга.

Далее был проведен подбор рецептурных компонентов для пудинга молочного, ванильного и шоколадного. Поэтапно изучались различные варианты соотношений между компонентами: сывороточно-пектиновая фракция, сливки, сухое цельное и обезжиренное молоко, крахмал, наполнители. Расчет рецептур проводился для массовой доли сухих веществ в продукте – 25%, массовой доли жира – от 3 до 5%. Также в пудинге варьировали соотношение меда и сахарозы (долю меда повышали, долю сахарозы сокращали при одинаковой суммарной концентрации сахаров в рецептуре, равной 8,5% к массе продукта).

Дегустационной комиссией отмечено, что увеличение массовой доли жира в молочном пудинге приводит к ощущению излишней сладости, вкус становиться менее приятным. Увеличение массовой доли меда придает молочному пудингу приятный медовый вкус, в нем целесообразно увеличить долю меда до 5%, сократив содержание сахарозы до 3,5%. В шоколадном пудинге увеличение доли меда свыше 2,5% приводит к ухудшению вкуса.

Итоговые рецептуры пудинга с различными наполнителями (молочно-медовый, ванильный и шоколадный) с массовой долей жира 3%, одобренные дегустационной комиссией, представлены в таблице 1.

Таблица 1

Рецептуры пудинга на основе сывороточно-пектиновой фракции

Технологический процесс производства пудинга заключался в следующем. В пастеризованное обезжиренное молоко с температурой 8…10 °С добавляли 5%-ный раствор пектина в количестве 0,6% к массе молока, имеющего такую же температуру. Далее смесь быстро перемешивали (5…10 мин) до однородного состояния и оставляли в покое на 1 час. После флокуляции казеина фракции отделяли друг от друга методом слива. Температура фракционирования может быть любой, но не выше 60 °С, и одинаковой у компонентов смешивания.

Смесь для пудинга на основе СПФ готовили на основе рецептур (таблица 1). Сухое обезжиренное молоко растворяли при перемешивании, используя часть СПФ подогретой до температуры 45…50 °С, далее добавляли оставшиеся компоненты рецептуры. Рецептурную смесь пастеризовали при температуре 76…80 °С без выдержки, охлаждали до температуры 60…65 °С, и в горячем виде разливали в полипропиленовые стаканчики вместимостью 100 см3. Доохлаждение продукта проводили в два этапа: на воздухе с принудительной вентиляцией до 20…25 °С, затем в холодильной камере до температуры 4…6 °С. Срок реализации не более 7 суток.

Органолептические и физико-химические показатели готового продукта представлены в таблицах 2, 3.

Таблица 2

Органолептические показатели пудинга с медом на основе СПФ

Таблица 3

Физико-химические показатели пудинга с медом на основе СПФ

Завершающим этапом работы было разработка рецептуры и технологии взбитого продукта смузи на основе концентрата натурального казеина с медом и ягодным наполнителем.

В бытовом понимании смузи – это прохладный десерт из измельченных кусочков фруктов и ягод с добавлением молока, йогурта, творога, сока, меда, яиц, сахара, льда и других компонентов. Он содержит пищевые волокна, витамины и антиоксиданты ингредиентов, в него входящих, способен дать большое количество энергии.

Технология смузи на основе концентрата натурального казеина включала в себя получение концентрата натурального казеина по технологии, описанной выше, составление рецептуры продукта и технологические операции, обеспечивающие его специфические органолептические свойства.

Свежеполученный раствор КНК имел ярко-белый цвет, приятный кисловатый вкус, титруемая кислотность составляла 45…47 °Т, рН 6, 34-6,31. Исходя из изученных технологических свойств КНК можно говорить о том, что он относительно термоустойчив (выдерживает температуру до 80 °С), хорошо взбивается при температуре 6-8 °С (взбитость 50-60%), добавление к КНК меда положительно влияет на структуру продукта, в частности значительно снижает вероятность отделения сыворотки при хранении.

Был изучен способ введения ягодного наполнителя в продукт. Взбитость и устойчивость структуры значительно выше, если наполнитель вводить в предварительно взбитый КНК. Долю ягодного наполнителя в продукте определили экспериментально (таблица 4).

Таблица 4

Влияние доли ягод на консистенцию и органолептические показатели продукта

Для рецептуры продукта выбрано соотношение массы ягод и массы КНК, равное 2:1.

Для гарантии сохранения взбитости на весь срок реализации продукта ягодный наполнитель стабилизировали яблочным пектином. Такая добавка также обеспечивает продукту выраженные функциональные свойства.

Технология приготовления ягодного наполнителя: замороженные ягоды взвешивали, вносили по массе 30% сахарозы, нагревали до 95…97 ºС, охлаждали до 80 °С, вносили 1% сухого пектина к массе, перемешивали до растворения пектина, охлаждали до температуры 20...22 ºС. Доля пектина в наполнителе подобрана экспериментально – консистенция густая, хорошо удерживает воду. Для разработки рецептуры использовались ягодные наполнители из клубники, вишни, сливы и ассорти (черная смородина, клубника, вишня).

Разработанная рецептура смузи ягодного на основе концентрата натурального казеина с медом приведена в таблице 5.

Таблица 5

Рецептура смузи ягодного на основе КНК с медом

Высшую оценку (10 баллов) по решению дегустационной комиссии получили смузи с клубничным наполнителем и ассорти (клубника, вишня, черная смородина).

Технология производства смузи ягодного на основе КНК заключалась в следующем. В свежеполученный КНК вносили 3% натурального меда, после его растворения смесь пастеризовали при температуре 76…78 °С с выдержкой 20 сек, охлаждали до температуры 6…8 °С и выдерживали при данной температуре не менее 16 часов. Холодную смесь КНК с медом взбивали до увеличения объема не менее 50% (2000 об/мин, продолжительность 3 мин). Взбитый КНК с медом смешивали с ягодным наполнителем, температура которого в пределах 20…22 °С. Готовый продукт фасовали и охлаждали до температуры до 4…6 °С. Срок реализации продукта при хранении в охлажденном виде 7 суток.

Полученный продукт имел нежную воздушную консистенцию, с приятным ощущением кусочков ягод. Содержание компонентов в готовом продукте представлено в таблице 6.

Таблица 6

Содержание компонентов в смузи ягодном на основе КНК с медом

Заключение

Фракционирование молока яблочным пектином является энергосберегающим процессом, позволяющим вовлечь в сырьевую базу для производства молочных продуктов все компоненты молока в их натуральной форме. Доказанные многогранные лечебные и профилактические функции пектина, ягод и меда для здоровья человека позволяют утверждать, что полученные новые продукты на основе КНК и СПФ будут обладать выраженными функциональными свойствами, будут доступны по цене и найдут своих покупателей.

Рецензенты:

Василенко И.И., д.т.н., профессор, зав. кафедрой экологии, радиобиологии и химии Белгородской государственной сельскохозяйственной академии им. В.Я. Горина, г. Белгород.

Шапошников А.А., д.б.н., профессор, зав. кафедрой биохимии Белгородского государственного национального исследовательского университета, г. Белгород.