CC BY
71
УДК 637.146
Исследование реологических характеристик кисломолочных сгустков обогащенных гидролизатом сывороточных белков
Абабкова Анна Александровна, ведущий менеджер по качеству, отдел контроля качества
e-mail: [email protected]
Акционерное общество «Учебно-опытный молочный завод» Вологодской государственной молочнохозяйственной академии имени Н.В. Верещагина»
Неронова Елена Юрьевна, кандидат технических наук, доцент 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»
Новокшанова Алла Львовна, кандидат технических наук, доцент кафедры химии и физики
e-mail: [email protected]
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Вологодская государственная молочнохозяйственная академия имени Н.В. Верещагина»
Аннотация. С целью разработки кисломолочного продукта, обогащенного гидролизатом сывороточных белков, исследованы структурно-механические и реологические характеристики сгустков, полученных при сквашивании пахты и обезжиренного молока. Исследования проводились методом ротационной вискозиметрии с помощью прибора Реотест. Построены зависимости эффективной вязкости сгустков от скорости сдвига, выявлена зависимость восстановления структуры, эффективной вязкости и коэффициента механической стабильности сгустков от дозы внесенного гидролизата. Установлено, что при внесении ГСБ в количестве от 1 до 3 % отрицательного влияния на консистенцию он не дает. На результаты реологических характеристик большее влияние оказывает молочная основа.
Ключевые слова: гидролизат сывороточных белков, кисломолочный продукт, консистенция, реологические свойства, потеря вязкости, коэффициент механической стабильности, восстановление структуры, скорость сдвига, эффективная вязкость.
Применение функциональных наполнителей - один из путей создания продуктов специального назначения, включая молочные. В работе по созданию низкожирного молочного продукта протеинового профиля в качестве функционального наполнителя мы используем гидролизат сывороточных белков молока (ГСБ) производства Углич. Особенность данного гидролизата - глубокая степень гидролиза, около 60 % всех пептидных связей. Это выгодно отличает его от гидролизатов других производителей высокой концентрацией свободных аминокислот - до 33 % [2, 6, 10].
Однако введение данного гидролизата в низкожирную молочную основу - обезжиренное молоко и пахту - оказалось непростой задачей по ряду причин орга-нолептического и технологического характера. Во-первых, ГСБ имеет горько-соленый вкус и альбуминный запах. Поэтому первоначально нами была установлена максимально допустимая доза ГСБ - 1-3 %, которая позволит выпускать молочный продукт без внесения вкусо-ароматических добавок [9]. Во-вторых, при использовании заквасок, которые хорошо зарекомендованы в промышленных условиях, пробы сквашивания молочной основы, обогащенной ГСБ показали противоречивые результаты [8]. При исследовании процессов сквашивания заквасочными монокультурами (бифидобактерии, ацидофильные, мезофильные, термофильные микроорганизмы) установлено, что несмотря на соблюдение требуемых технологических параметров, достижение оптимальной кислотности по окончании сквашивания, продукты имели ряд пороков консистенции, таких как отсутствие сгустка, отделение сыворотки и др. [1, 8].
Консистенция - важный показатель качества и потребительских свойств продукта. Не случайно в технологии молочных продуктов существует отдельное направление по улучшению консистенции и структуры. При этом результат нередко достигается внесением дополнительных ингредиентов [3, 4, 5, 7]. В данной работе поставлена цель - получение кисломолочного продукта, обогащенного ГСБ, без введения немолочных ингредиентов, путем подбора консорциума молочнокислых микроорганизмов.
Объективную оценку консистенции кисломолочных продуктов дают реологические характеристики, определяемые типом структуры и механическими свойствами продукта. Эти качества чувствительны к изменениям химического состава продукта, физическим показателям и режимам технологической обработки. Знание реологических характеристик необходимо при конструировании оборудования и создании автоматизированных линий производства и розлива кисломолочных продуктов.
Изучение реологических свойств пищевых продуктов, основано на анализе протекающих в этих продуктах деформационных процессов под влиянием приложенного напряжения. Это позволяет определить характер образовавшихся структур и их изменение во времени, что имеет большое практическое значение.
В связи с изложенным, в работе изучено влияние ГСБ на структурно-механические и реологические характеристики кисломолочных сгустков. Исследования проводились на кафедре технологии молока и молочных продуктов Вологодской ГМХА совместно с лабораторией АО «Учебно-опытного молочного завода» ВГМХА им. Н. В. Верещагина. Метод исследования - ротационная вискозиметрия.
С учетом результатов предыдущих этапов, объектами исследования служили сгустки пахты и обезжиренного молока, обогащенные ГСБ и заквашенные двумя видами консорциумов заквасочных культур. Вариант 1 - термофильный стрепто-
кокк и ацидофильная палочка; вариант 2 - термофильный стрептококк и бифи-добактерии. Контролем служили образцы сгустков, заквашенные теми же культурами, без добавления ГСБ. При органолептической оценке консистенция напитков, полученных с такими сочетаниями культур, получается равномерной, плотной, однородной, гладкой и без комочков.
В качестве показателей, которые характеризуют устойчивость структуры кисломолочного продукта к разрушению при механическом воздействии и ее способность к тиксотропному восстановлению, использованы потеря вязкости (Пп) и коэффициент механической стабильности (КМС). Результаты представлены в таблице.
Таблица. Структурно-механические характеристики контрольных и опытных образцов
Вид сырья Варианты закваски Доза ГСБ, % Потеря вязкости Пп,% Коэффициент механической стабильности (КМС)
обезжиренное молоко 1: термофильный стрептококк + ацидофильная палочка 0 66,7±0,29 3±0,05
1 68,8±0,38 3,2±0,05
3 58,6±0,14 2,42±0,04
2: термофильный стрептококк + бифидобактерии 0 70±0,25 3,33±0,063
1 68,6±0,38 3,18±0,05
3 64,7±0,13 2,83±0,053
пахта 1: термофильный стрептококк + ацидофильная палочка 0 35,6±0,29 1,55±0,04
1 50±0,29 2±0,05
3 56,8±0,38 2,31±0,053
2: термофильный стрептококк + бифидобактерии 0 39,1±0,14 1,64±0,053
1 54,3±0,14 2,19±0,05
3 43,8±0,29 1,78±0,04
Исходя из данных, приведенных в таблице, следует, что и контрольные и опытные сгустки на основе обезжиренного молока отличаются наибольшим процентом потери вязкости по сравнению со сгустками на основе пахты. Однако именно для образцов обезжиренного молока влияние ГСБ оказало явно стабилизирующее действие, поскольку по мере увеличения дозы данного наполнителя потеря вязкости снижается во всех опытных вариантах по сравнению с контрольными.
Совершенно другая тенденция по потере вязкости прослеживается в образцах, полученных при сквашивании пахты. Как видно из таблицы, опытные образцы пахты и 1-го, и 2-го вариантов отличались большим процентом потери вязкости по сравнению с контролем.
Между потерей вязкости и видом закваски нет такой четкой закономерности. Лучшими показателями отличались опытные образцы пахты, заквашенные смесью стрептококка и бифидобактерий, в то время как для опытных образцов обезжиренного молока процент потери вязкости меньше в 1-м варианте, заквашенном с использованием термофильного стрептококка и ацидофильной палочки.
Количественным показателем прочности кисломолочного сгустка служит ко-
эффициент механической стабильности. Коэффициент механической стабильности сгустков всех опытных образцов пахты лучше по сравнению с соответствующими контрольными. Однако при сквашивании обезжиренного молока этот показатель выше контрольного только в первом варианте, в случае использования в заква-сочной смеси термофильного стрептококка и ацидофильной палочки, при дозе ГСБ 1 %.
Объективное представление о консистенции дает восстановление структуры после механического разрушения. На рисунке 1 наглядно изображена зависимость восстановления структуры сгустка от дозы внесенного гидролизата.
Рисунок 1. Изменение показателя восстановления структуры сгустков от дозы внесенного ГСБ
Максимальное тиксотропное восстановление структуры характерно для всех видов напитка с наибольшей дозой ГСБ. Самым низким показателем восстановления структуры (30 %) отличался сгусток контрольного образца 2-го варианта на основе обезжиренного молока. По мере внесения ГСБ способность к восстановлению структуры значительно возрастает. Следовательно, внесение ГСБ положительно влияет на восстановление структуры после механического воздействия. Причем в образцах, сквашенных при использовании стрептококка и ацидофильной палочки этот показатель лучше, чем в случае использования закваски, содержащей стрептококк и бифидобактерии. Например, восстановление структуры в образце пахты, содержащем 3 % ГСБ и заквашенном смесью термофильного стрептококка и ацидофильной палочки, достигает 100 %.
На основании полученных данных построены зависимости показателей эффективной вязкости продукта от скорости сдвига (рис. 2 и 3).
Рисунок 2. Влияние скорости сдвига на эффективную вязкость контрольных и опытных образцов при сквашивании термофильным стрептококком и ацидофильной палочкой а - пахта; б - обезжиренное молоко
б
а
б
Рисунок 3. Влияние скорости сдвига на эффективную вязкость контрольных и опытных образцов при сквашивании термофильным стрептококком и бифидобактериями а - пахта; б - обезжиренное молоко
На рис. 2 и 3 видно, что характер изменения кривых одинаков во всех случаях: зависимости починяются степенном закону, что подтверждает их принадлежность к псевдопластичным жидкостям. Расхождение заключается в том, что вязкость сгустков при одних и тех же показателях скорости сдвига имеет существенные различия. В случае, когда за основу взята пахта, начальная вязкость не превышает 2000 мПа-с. В то время как начальная вязкость сгустков на основе обезжиренного молока в 1-м варианте составила 13000 мПа-с и 20000мПа-с - во 2-м варианте. Однако в сгустках на основе пахты проявилась большая устойчивость к механическому воздействию, поскольку показатели вязкости в этих образцах не опускаются
до нулевого значения, как в образцах на основе обезжиренного молока.
Данные зависимости также подтверждают стабилизирующее действие ГСБ на эффективную вязкость продукта. Поскольку, несмотря на достоверные отличия между контрольными и опытными образцами при нулевой скорости сдвига, по мере возрастания механической нагрузки, вязкость контрольных и опытных образцов становится одинаковой.
Таким образом, исследования показали, что ГСБ в количестве 1 и 3 % не оказывает отрицательного воздействия на реологические характеристики проектируемого кисломолочного напитка. Также на основании экспериментальных данных установлено, что структурно-механические показатели опытных сгустков в большей степени зависят от выбора молочной основы, чем от вида используемых молочнокислых микроорганизмов закваски.
Список литературных источников:
1. Абабкова, А. А. Исследование влагоудерживающей способности молочнокислых сгустков в присутствии гидролизата сывороточных белков / А. А. Абабкова, В. И. Носкова, А. Л. Новокшанова // Научные перспективы XXI века : материалы Международной (заочной) научно-практической конференции / под общ. ред. А.И. Вострецова. - Нефтекамск: Наука и образование, 2015. - С. 15-18.
2. Разработка ферментативных гидролизатов сывороточных белков молока -технологии, свойства и применение [Электронный ресурс] / Д. В. Абрамов, Ю. Я. Свириденко, Д. С. Мягконосов, Е. Г. Овчинникова, М. П. Кангин, Н. В. Кокарева // ГНУ ВНИИ маслоделия и сыроделия Россельхозакадемии. - Режим доступа: http:// www.dairynews.ru/news/razrabotka-fermentativnykh-gidrolizatov-syvorotoch.html
3. Гнездилова, А. И. Реологические характеристики консервированного молочного продукта со сложным углеводным составом / А. И. Гнездилова, Л. А. Куренко-ва // Молочнохозяйственный вестник. - 2014. - №1 (13). - С. 56-64.
4. Забодалова, Л. А. Реологические показатели творожного продукта на основе сухих компонентов [Электронный ресурс] / Л. А. Забодалова, М. С. Соловьева ; Санкт-Петербургский государственный университет низкотемпературных и пищевых технологий. - Режим доступа: http://scilance.com/library/book/44866
5. Перспективы использования гидролизатов сывороточных белков в технологии кисломолочных продуктов [Текст] / О. В. Королёва, Е. Ю. Агаркова, С. Г. Бо-тина, И. В. Николаев, Н. В. Пономарёва, Е. И. Мельникова, В. Д. Харитонов, А. Ю. Просеков, М. В. Крохмаль, И. В. Рожкова // Молочная промышленность. - 2013. - № 7. - С. 66-68.
6. Технология производства белкового гидролизата с улучшенными функциональными свойствами / Д. С. Мягконосов [и др.] // Международная научно-практическая конференция «Биотехнология и качество жизни»: материалы конференции. - 2014. - С. 380-381.
7. Неповинных, Н. В. Пищевые волокна в производстве творожных изделий / Н. В. Неповинных // Пищевые инновации и биотехнологии: материалы Международной научной конференции / под общ. ред. А.Ю. Просекова; ФГБОУ ВПО «Кемеровский технологический институт пищевой промышленности». - Кемерово, 2014. - Т. 1. - С. 140-142.
8. Новокшанова, А. Л. Исследование условной вязкости обезжиренного молока и пахты, сквашенных в присутствии гидролизата сывороточных белков / А. Л. Новокшанова, А. А. Барышева, В. И. Носкова // Первая ступень в науке. Сборник
трудов ВГМХА по результатам работы IV Ежегодной научно-практической студенческой конференции (технологический факультет). - Вологда - Молочное: 2015. - С. 12-15.
9. Новокшанова, А. Л. Определение дозы внесения гидролизата сывороточных белков в кисломолочный продукт методом органолептической оценки / А. Л. Новокшанова, А. А. Абабкова, Иванова С. В. // Молочнохозяйственный вестник. -2015. - №1 (17). - С. 79-86.
10.Разработка технологии гидролизата сывороточных белков с улучшенными функциональными свойствами для спортивного и лечебного питания / Ю. Я. Сви-риденко [и др.] // От истоков к современности: сборник материалов Международной Недели сыроделия и маслоделия, посвященной 70-летию ВНИИМС. - 2014. - С. 205-212.
References:
1. Ababkova A. A., Noskov V. I., Novokshanova A. L. Investigation of the waterholding capacity of lactic acid clots in the presence of hydrolysate whey proteins. Trudy Issledovaniye vlagouderzhivayushchey sposobnosti molochnokislykh sgustkov v prisutstvii gidrolizata syvorotychnykh belkov [Proc. of the "Scientific perspectives of the XXI century"], Neftekamsk, 2015, pp. 15-18. (in Russian)
2. Abramov, D. V., Sviridenko, Y. Magonov D. S., Ovchinnikov E. G., Kangin M. P., Kokarev N. In. Development of enzymatic hydrolysates of whey proteins of milk -technology, properties and applications. State research Institution Vologda Research Institute of butter-making, cheese-making, RAA. Available at: http://www.dairynews. ru/news/razrabotka-fermentativnykh-gidrolizatov-syvorotoch.html
3. Gnezdilova A. I., Kurenkova L. A. Rheological characteristics of canned milk product with a complex carbohydrate composition. Molochnokonservnyi vestnik [Dairy Bulletin], 2014, vol. 4, no. 1 (13), pp. 56-64. (in Russian)
4. Zabodalova, L. A., Solovyov M. S. Reologicheskiye pokazateli tvorozhnogo produkta na osnove sukhikh komponentov [Rheological properties of curd product on the basis of dry components], Available at: http://scilance.com/library/book/44866
5. Koroleva, O. V., et al. Prospects for the use of hydrolysates of whey proteins in the technology of dairy products. Molochnaya promyshlennost [Dairy industry], 2013, no. 7, pp. 66-68. (in Russian)
6. Myagkanosov D. S. Technology for the production of protein hydrolysate with improved functional properties. Trudy Tekhnologiya proizvodstva belkovogo gidralizata s uluchshennymi funkzional'nymi svoystvami [Proc. of the "International scientific-practical conference "Biotechnology and quality of life"], 2014, pp. 380-381.
7. Nepovinnykh, N.V. Dietary fiber in the production of cheese products. Trudy Pishchevyye innovazii i biotekhnologii [Proc. of the "Food innovation and biotechnology: materials of the International scientific conference"]. Kemerovo, 2014, vol. 1. pp. 140142.
8. Novokshanova A. L., et al. Study of the relative viscosity of skim milk and buttermilk, fermented in the presence of hydrolysate whey proteins. Trudy Issledovaniye uslovnoy vyazkosti obezzhyrinnogo moloka I pakhty, skvashennykh v prisutstvii gidrolizata syvorotochnykh belkov [Proc. of the VSDFA "The First step in science"]. Vologda, 2015, pp. 12-15. (in Russian)
9. Novokshanova A. L., Ababkova A. A., Ivanova S. V. Determination of the dose of the hydrolysate of whey proteins in milk product by the method of organoleptic
evaluation Molochnokonservnyi vestnik [Dairy Bulletin], 2015, vol. 1, no. 1 (17), pp. 79-86. (in Russian)
10.Sviridenko Yu. Ya., et al. Development of technology of hydrolyzed whey proteins with enhanced functional properties for sports and clinical nutrition. Trudy 70-letiya VNIIMS Ot istokov k sovremennosti. [Proc. of the 70th VNIIMS anniversary "From the origins to modern times"]. 2014, pp. 205-212. (in Russian)
Studying of rheological characteristics of fermented curds enriched by the hydrolysis of whey proteins
Ababkova Anna Aleksandrovna, chief quality manager, quality control division of the joint stock company "Experimental plant"
e-mail: [email protected]
Federal Sate Budgetary Educational Institution of Higher Education the Vereshchagin State Dairy Farming Academy of Vologda
Neronova Elena Yur'evna, Candidate of Sciences (Engineering), Associate professor of the Dairy Technology and Milk Products Chair
e-mail: [email protected]
Federal Sate Budgetary Educational Institution of Higher Education the Vereshchagin State Dairy Farming Academy of Vologda
Novokshanova Alla L'vovna, Candidate of Sciences ((Engineering), Associate professor of the Chemistry and Physics Chair
e-mail: [email protected]
Federal Sate Budgetary Educational Institution of Higher Education the Vereshchagin State Dairy Farming Academy of Vologda
Abstract: Structural-and-mechanical and rheological curds characteristics obtained during fermentation of buttermilk and skimmed milk are studied to develop fermented milk product. Studies were performed by the rotational viscosity measurement method with the help of Rheo-test unit. Dependences of efficient curds viscosity on the shift speed are built as well as dependence of structure reconstruction, efficient viscosity and coefficient of mechanical curds stability on applied hydrolysate dose is determined. It is determined that at HWP application in the amount of 1-3% it gives no negative influence. The results of rheological characteristics are greatly influenced by milk basis.
Keywords: whey protein hydrolysate, fermented milk product, consistency, rheological properties, viscosity losses, coefficient of mechanical stability, structure reconstruction, shift speed, effective viscosity.
