Формирование текстуры ферментированного молочно-злакового продукта путем варьирования гранулометрического состава злаковой композиции

В настоящее время большой популярностью пользуются комбинированные продукты, которые имеют сбалансированный состав за счет сочетания сырья животного и растительного происхождения [1–3]. Комбинирование молочных продуктов со злаковыми наполнителями позволит получать продукты, обогащенные пищевыми волокнами, растительными белками, жирами, углеводами, витаминами, макро- и микроэлементами. Данные продукты имеют потребительские свойства традиционных продуктов и позволяют рационально использовать молочный белок [4–7].

Комбинирование компонентов животного и растительного происхождения является перспективным направлением создания специализированных продуктов питания с направленными физиолого-биохимическими свойствами, повышенной биологической и пищевой ценностью [8–10].

В ассортименте используемых добавок все большее применение находят зерновые, главное назначение которых состоит в обогащении продуктов витаминами, микроэлементами, пищевыми волокнами, органическими кислотами, а также в оказании стимулирующего воздействия на молочнокислые микроорганизмы [1]. Продукты из зерна – один из основных поставщиков растительных белков, углеводов, витаминов, макро-и микроэлементов, пищевых волокон [11].

В этой связи актуальным представляются исследования, направленные на разработку технологии ферментированного продукта на основе сочетания молочного сырья и продуктов переработки зерна.

Материалы и методы

При организации и проведении исследований применялся комплекс общепринятых стандартных методов, в том числе физико-химических, микробиологических, биохимических, реологических, а также математические методы статистической обработки результатов исследований и построения математических моделей [12; 13].

Органолептические показатели злаковой композиции определяли по ГОСТ 26312.2–84, крупность помола по ГОСТ 26312.4–84.

Синеретическую способность сгустка ферментированного молочно-злакового продукта определяли методом центрифугирования по количеству выделившейся сыворотки за определенный период времени. 10 см ³ разрушенного сгустка вносили в центрифужную пробирку и центрифугировали при частоте вращения 1 500 об/мин в течение 5 мин. После остановки центрифуги в образце измеряли объем выделившейся сыворотки путем декантации ее в градуированную центрифужную пробирку. По количеству выделившейся сыворотки судили о способности сгустков к влагоотдаче. Результаты выражали в процентах выделившейся сыворотки.

В работе использованы стандартные методы исследования микробиологических показателей: определение количества молочнокислых микроорганизмов по ГОСТ 10444.11–89; количество бифидобактерий определяли по МУК 4.2.999–2000.

Результаты и обсуждение

На первом этапе исследований для обоснования состава продукта применили системный подход, рассматривая компоненты продукта, изменения их состояния и свойств во взаимосвязи как действующие биотехнологические системы (табл. 1) [2; 14].

Таблица 1

Элементы биотехнологических систем и подсистем

Подсистема	Элементы системы	Элементы подсистемы
А	Компоненты, регулирующие пищевую, биологическую и энергетическую ценность, среда жизнедеятельности биообъектов	Молоко коровье, нормализованное до массовой доли жира 2,5 %
Б	Биообъекты, регулирующие процесс ферментации	Ассоциации микроорганизмов: -    [L. cremoris, L. diacetilactis, S. thermophilus, B. longum]; -    [L. acidophilus L. cremoris, L. diacetilactis, S. thermophilus, B. longum]
В	Компоненты, регулирующие активность и жизнеспособность биообъектов	Злаковая композиция в составе овсяных, ячменных и ржаных хлопьев; мед натуральный; глицин

Ассоциации микроорганизмов, использованные в исследованиях, входят в состав бактериальных концентратов, выпускаемых Барнаульской биофабрикой. Бактериальные концентраты лечебно-профилактического направления представляют собой лиофилизированные молочнокислые бактерии и бифидобактерии (табл. 2).

Таблица 2

Характеристика бактериальных концентратов

Вид бактериального концентрата	Вид микрофлоры	Количество жизнеспособных бактерий, КОЕ/порция		& 1° в S Н ц S'	Н о р я & н я 2 н 5
		1 я о и	2 2 к g В о 2 о н 5 я у 2 и я
БК-Алтай-СБифи	L.   cremoris, L. diacetilactis, S. thermophilus, B. longum	3,0 · 10 10	3,5 · 1010	37	80–100
БК-Алтай-ЛСБифи	L. acidophilus, L. cremoris, L. diacetilactis, S. thermophilus, B. longum	3,0 · 10 10	3,5 · 1010	37	95–110

Элементы подсистем могут функционировать совместно и последовательно в соответствии с решаемыми задачами. Выбор оптимального соотношения злаков в композиции осуществляли, исходя из совокупности показателей: химического состава и энергетической ценности (табл. 3), содержания витаминов группы В и пищевых волокон (табл. 4), показателя биологической ценности, органолептических показателей.

Таблица 3

Показатель	Соотношение хлопьев в исследуемых образцах: овсяные : ячменные : ржаные
	1 : 1 : 1	2 : 1 : 1	1 : 2 : 1	1 : 1 : 2
Массовая доля сухих веществ, %	75,6	74,7	76,6	76,6
Массовая доля жира, %	3,6	4,4	3,3	3,2
Массовая доля белка, %	9,04	8,18	9,73	9,31
Массовая доля углеводов, %	62,4	61,5	63,0	63,5
Массовая доля золы, %	0,61	0,62	0,60	0,62
Энергетическая ценность, ккал	318,2	318,3	320,6	320,0

Таблица 4

Содержание пищевых волокон и витаминов группы В (в 100 г злаковой композиции)

Показатель	Соотношение хлопьев в исследуемых образцах: овсяные : ячменные : ржаные
	1 : 1 : 1	2 : 1 : 1	1 : 2 : 1	1 : 1 : 2
ПВ, г	16,3	16,7	15,9	16,3
Витамин В 1 , мг	0,417	0,433	0,395	0,423
Витамин В 2 , мг	0,150	0,143	0,145	0,163
Витамин В 5 , мг	0,900	0,925	0,850	0,925
Витамин В 6 , мг	0,380	0,350	0,403	0,388

Химический состав злаковой композиции

На органолептические показатели разрабатываемого продукта меньшее влияние будут оказывать органолептические показатели образцов злаковой композиции с соотношением хлопьев 1 : 1 : 1 и 2 : 1 : 1 (овсяные : ячменные : ржаные), имеющих невыраженные специфические вкус и запах. Анализ совокупности результатов позволил для дальнейших исследований выбрать вариант злаковой композиции с соотношением хлопьев 1 : 1 : 1.

В качестве основного источника углеводов использовался мед натуральный, который позволил также улучшить органолептические свойства продукта.

При исследовании органолептических и физико-химических показателей пяти образцов меда (гречишный, липовый, разнотравный) установлена их натуральность, подтвержденная люминесцентным методом. Показатели безопасности соответствуют требованиям ТР ТС "О безопасности пищевой продукции". При проведении микробиологических исследований установлена бактериологическая стерильность натурального меда.

Органолептические показатели меда, зависящие от ботанического происхождения, влияют на органолептические показатели БТС "молоко – мед". Результаты органолептической оценки позволяют рекомендовать в технологии разрабатываемого продукта не использовать темные сорта меда со специфическими яркими ароматом и вкусом.

Пищевая добавка глицин используется в качестве модификатора вкуса и запаха. Установлено, что при введении глицина в количестве 0,1 % в БТС "молоко – злаковая композиция" уменьшается интенсивность естественного привкуса и запаха злаковой композиции.

Следующий этап работы посвящен изучению процесса ферментации БТС "молоко – глицин", "молоко – мед", "молоко – злаковая композиция" с различным содержанием вводимого элемента подсистемы В, установленным на основании анализа комплекса данных: глицин – 0,1, 0,3 %; мед натуральный – от 4 % до 6 %, злаковая композиция – не более 5 %.

В процессе ферментации изучаемых БТС наблюдалось равномерное повышение титруемой и снижение активной кислотностей. Присутствие в БТС меда или злаковой композиции активизирует процесс ферментации, уменьшая его продолжительность с 10 до 8 ч по сравнению с контролем.

С увеличением массовой доли меда и злаковой композиции в исследуемых БТС наблюдается увеличение количества жизнеспособных клеток молочнокислых микроорганизмов и бифидобактерий (B. longum) по сравнению с контролем, что обусловлено ростостимулирующим влиянием элементов подсистемы В.

Двухфакторный дисперсионный анализ показал, что доля общей изменчивости величины клеточной концентрации бифидобактерий (B. longum) во всех исследуемых БТС обусловлена в основном изменением продолжительности ферментации, в то время как степень влияния элемента подсистемы В составляет до 12,6 %. При этом в БТС "молоко – глицин" влияние фактора "массовая доля элемента подсистемы В" практически равно нулю, что подтверждает отсутствие пребиотических свойств у глицина.

Наилучшими показателями обладают БТС с содержанием меда – 5 % и злаковой композиции – 3 %. Образцы имеют кисломолочный запах и вкус с приятным привкусом вводимого элемента подсистемы В, в процессе ферментации образуется однородный сгусток, образцы имеют в меру вязкую консистенцию. Однако ощущение различия размеров частиц злаковой композиции снижает органолептическую ценность разрабатываемого продукта.

Для исследования влияния гранулометрического состава на свойства БТС получены четыре фракции злаковой композиции с размерами частиц: фракция I – 1 000–3 000 мкм, фракция II – 670–1 000 мкм, фракция III – 250–670 мкм, фракция IV – менее 250 мкм.

Обоснование выбора фракции злаковой композиции с определенным размером частиц проводилось путем изучения микробиологических, синеретических и органолептических свойств БТС "молоко – фракция злаковой композиции".

Изучен процесс ферментации БТС в течение 8 ч. Контролем являлось пастеризованное молоко, нормализованное до массовой доли жира 2,5 %.

На рис. 1 представлены результаты исследований изменения титруемой кислотности в зависимости от фракции злаковой композиции в процессе ферментации БТС "молоко – фракция злаковой композиции" различными биообъектами.

Продолжительность ферментации, ч

-♦ контроль   —* 1000-3000   —• 670-1000 —♦ контроль

-A 1000-3000   —• 670-1000

-■ 250-670     —ж менее 250

1 250-670     —Ж менее 250

a [Z. cremoris, L. diacetilactis, S. thermophilus, B. longum\

6 [Z. acidophilus, L. cremoris, L. diacetilactis, S. thermophilus, B. longum\

Рис. 1. Динамика титруемой кислотности в процессе ферментации

В процессе ферментации изучаемых БТС наблюдалось равномерное повышение титруемой кислотности, размер частиц злаков практически не оказывал влияния на кислотообразование. Однако в контрольном образце и в БТС "молоко – фракция I (1 000–3 000 мкм)" не достигнуто значение титруемой кислотности, достаточное для образования сгустка требуемой консистенции – 80 ºТ для ассоциации микроорганизмов [L. cremoris, L. diacetilactis, S. thermophilus, B. longum] и 95 ºТ для ассоциации микроорганизмов [L. acidophilus, L. cremoris, L. diacetilactis, S. thermophilus, B. longum].

Влияние продолжительности ферментации и размера частиц злаковой композиции на клеточную концентрацию молочнокислых микроорганизмов и бифидобактерий (B. longum) в процессе ферментации БТС "молоко – фракция злаковой композиции" представлено на рис. 2 и 3.

Установлено, что расхождение между максимальным и минимальным результатами определения клеточных концентраций молочнокислых микроорганизмов в БТС "молоко – фракция I", "молоко – фракция II" и "молоко – фракция III" составляет 0,12 lg КОЕ/см ³ на восьмой час ферментации ассоциацией микроорганизмов [L. cremoris, L. diacetilactis, S. thermophilus, B. longum] и 0,10 lg КОЕ/см ³ – при ферментации ассоциацией микроорганизмов [L. acidophilus, L. cremoris, L. diacetilactis, S. thermophilus, B. longum], соответственно, расхождение между результатами определения клеточных концентраций бифидобактерий (B. longum) составляет 0,14 lg КОЕ/см ³ и 0,15 lg КОЕ/см ³ .

При этом расхождение между результатами определения клеточных концентраций молочнокислых микроорганизмов в БТС "молоко – фракция IV (менее 250 мкм)" и максимальным из результатов БТС с более крупными частицами злаковой композиции составляет 0,16 lg КОЕ/см ³ и 0,20 lg КОЕ/см ³ , для результатов определения клеточных концентраций бифидобактерий – 0,16 lg КОЕ/см ³ для обеих ассоциаций микроорганизмов.

Увеличение роста молочнокислых микроорганизмов и бифидобактерий (B. longum) в БТС "молоко – фракция IV (менее 250 мкм)" по сравнению с другими БТС "молоко – фракция злаковой композиции" обусловлено лучшей доступностью дополнительных питательных веществ для микроорганизмов в связи с увеличением площади поверхности хлопьев и, следовательно, площади перехода питательных веществ из хлопьев в жидкую среду.

Продолжительность ферментации, ч □ контроль     □ 1000-3000    □670-1000

□ 250-670      □ менее 250

а [L. cremoris, L. diacetilactis, S. thermophilus, B. longum]

Продолжительность ферментации, ч

• □    контроль □ 1000-3000 □ 670-1000

• □    250-670   □ менее 250

б [L. acidophilus, L. cremoris, L. diacetilactis, S. thermophilus, B. longum]

Рис. 2. Изменение клеточной концентрации молочнокислых микроорганизмов в процессе ферментации БТС "молоко – фракция злаковой композиции"

Продолжительность ферментации, ч

Продолжительность ферментации, ч

• □    контроль     □ 1000-3000    □670-1000

• □    250-670      □ менее 250

а [L. cremoris, L. diacetilactis, S. thermophilus, B. longum]

• □    контроль     □ 1000-3000    □ 670-1000

• □    250-670      □ менее 250

б [L. acidophilus, L. cremoris, L. diacetilactis, S. thermophilus, B. longum]

Рис. 3. Изменение клеточной концентрации бифидобактерий (B. longum) в процессе ферментации БТС "молоко – фракция злаковой композиции"

Анализ результатов исследований позволяет сделать вывод о незначительности влияния размера частиц злаковой композиции на динамику микробиологических показателей. Этот вывод подтверждают результаты дисперсионного анализа изменения клеточной концентрации молочнокислых микроорганизмов и бифидобактерий в зависимости от продолжительности ферментации и размера частиц злаковой композиции.

Степень влияния изучаемых факторов на изменение клеточной концентрации молочнокислых микроорганизмов и бифидобактерий (B. longum) представлена в табл. 5.

Таблица 5

Степень влияния изучаемых факторов на изменение клеточной концентрации молочнокислых микроорганизмов и бифидобактерий в БТС "молоко – фракция злаковой композиции"

Изучаемые факторы	Степень влияния факторов, %
	клеточная концентрация молочнокислых микроорганизмов	клеточная концентрация бифидобактерий (B. longum)
1	2	3
[L. cremoris, L. diacetilactis, S. thermophilus, B. longum]
Продолжительность ферментации	99,58	99,51
Размер частиц злаковой композиции	0,39	0,46
Неучтенные факторы	0,03	0,03
[L. acidophilus, L. cremoris, L. diacetilactis, S. thermophilus, B. longum]
Продолжительность ферментации	99,62	99,65
Размер частиц злаковой композиции	0,29	0,32
Неучтенные факторы	0,09	0,03

Двухфакторный дисперсионный анализ показал, что доля общей изменчивости величин клеточной концентрации молочнокислых микроорганизмов и бифидобактерий (B. longum) во всех исследуемых БТС "молоко – фракция злаковой композиции" обусловлена в основном изменением продолжительности ферментации.

Далее изучали влияние размера частиц злаковой композиции на синеретические свойства сгустка БТС. Синерезис – явление самопроизвольного уменьшения объема, сопровождающееся выделением сыворотки. Это явление влияет на устойчивость ферментированных продуктов при хранении.

На рис. 4 представлены результаты исследований синеретических свойств сгустка БТС "молоко – фракция злаковой композиции".

Размеры частиц злаковой композиции, мкм

• □    [L. cremoris, L. diacetilactis, S. thermophilus, B. longum]

• □    [L. acidophilus, L. cremoris, L. diacetilactis, S. thermophilus, B. longum]

Рис. 4. Изменение синеретических свойств сгустка БТС "молоко – фракция злаковой композиции"

Самую прочную структуру имеет БТС "молоко – фракция IV (менее 250 мкм)", в которой отсутствовало выделение сыворотки. Большее количество сыворотки выделилось в БТС "молоко – фракция I (1 000–3 000 мкм)".

Синеретические свойства сгустка зависят от влагоудерживающей способности компонентов БТС. Для применения в технологии ферментированных продуктов злаковая композиция должна иметь хорошую набухаемость (увеличение в объеме), а следовательно, хорошую влагопоглотительную способность.

В исследованиях, проведенных Л. М. Захаровой, М. Н. Сахрыниным, установлено, что влагопоглотительная способность зерновых и зернобобовых компонентов увеличивается с увеличением дисперсности фракций. Это происходит вследствие увеличения площади поглощения жидкой среды частицей.

Результаты наших исследований подтверждают, что на синеретические свойства сгустка БТС оказывает влияние размер частиц злаковой композиции в составе овсяных, ячменных и ржаных хлопьев в соотношении 1 : 1 : 1. С увеличением размера частиц увеличивается количество выделившейся сыворотки.

Поскольку в процессе ферментации происходят изменения органолептических показателей, на заключительном этапе исследований проведена органолептическая оценка БТС "молоко – фракция злаковой композиции", результаты которой приведены в табл. 6.

Таблица 6

Вариант БТС	Органолептические показатели
	Вкус и запах	Цвет	Внешний вид и консистенция
[L. cremoris, L. diacetilactis, S. thermophilus, B. longum]
БТС "молоко – фракция I (1 000–3 000 мкм)"	кисломолочные, с легкими привкусом и ароматом злаков	белый с легким кремовым оттенком	сгусток однородный, консистенция в меру вязкая, с наличием грубых включений злаковой композиции
БТС "молоко – фракция II (670–1 000 мкм)"	То же	То же	сгусток однородный, консистенция в меру вязкая, с наличием ощутимых однородных включений злаковой композиции
БТС "молоко – фракция III (250–670 мкм)"	– " –	– " –	сгусток однородный, консистенция вязкая, с наличием однородных включений злаковой композиции
БТС "молоко – фракция IV (менее 250 мкм)"	– " –	– " –	сгусток однородный, консистенция чрезмерно вязкая, мучнистая, включения частиц злаковой композиции практически не ощущаются
[L. acidophilus, L. cremoris, L. diacetilactis, S. thermophilus, B. longum]
БТС "молоко – фракция I (1 000–3 000 мкм)"	– " –	– " –	сгусток однородный, консистенция в меру вязкая, с наличием грубых включений злаковой композиции
БТС "молоко – фракция II (670–1 000 мкм)"	– " –	– " –	сгусток однородный, консистенция в меру вязкая, с наличием ощутимых однородных включений злаковой композиции
БТС "молоко – фракция III (250–670 мкм)"	– " –	– " –	сгусток однородный, консистенция вязкая, с наличием однородных включений злаковой композиции
БТС "молоко – фракция IV (менее 250 мкм)"	– " –	– " –	сгусток однородный, консистенция чрезмерно вязкая, мучнистая, включения частиц злаковой композиции практически не ощущаются

Органолептическая оценка БТС "молоко – фракция злаковой композиции" (на восьмой час ферментации)

В результате органолептической оценки ферментируемых БТС установлено, что размер частиц злаковой композиции не оказывает влияния на вкус, запах и цвет БТС "молоко – фракция злаковой композиции". Значительное влияние оказывается на консистенцию и внешний вид БТС. По результатам органолептической оценки лучшие показатели имеют БТС "молоко – фракция II (670–1 000 мкм)" и "молоко – фракция III

(250–670 мкм)". При более мелких частицах консистенция БТС чрезмерно вязкая, мучнистая. В БТС с самой крупной фракцией включения имеют грубую структуру, вызывающую неприятные ощущения при разжевывании.

Заключение

Таким образом, при анализе результатов исследований установлено, что при использовании фракции I с размером частиц 1 000–3 000 мкм увеличивается время ферментации БТС, образуется сгусток, обладающий худшими влагоудерживающими свойствами. При применении фракций I и IV с размерами частиц 1 000– 3 000 мкм и менее 250 мкм БТС имеют низкие органолептические свойства.

При выборе между фракциями злаковой композиции II и III с размерами частиц 250–670 мкм и 670–1 000 мкм ориентировались на изученные потребительские предпочтения, согласно которым потребитель хотел бы получить продукт с ощутимыми частицами наполнителя. Следовательно, для технологии ферментированного молочно-злакового продукта рекомендуется применять фракцию II с размерами частиц 670–1 000 мкм.

Проведенные аналитические и экспериментальные исследования позволили выявить влияние гранулометрического состава злаковой композиции на свойства биотехнологической системы молочнозлакового продукта.