Использование криопорошков из ягод в технологии производства йогурта функционального назначения

Введение. В последние годы в различные пищевые продукты стали добавлять ягоды, фрукты, и, по-видимому, ключевыми факторами, влияющими на потребительское восприятие продуктов, являются ароматизация и обогащение различными биологически активными соединениями [1]. Йогурт – один из самых биологически активных продуктов, потребляемых человеком [2]. Спрос на новые функциональные продукты питания, содержащие натуральные компоненты, заставляет молочную промышленность искать инновационные ингредиенты.

В производстве кисломолочной продукции широко используются добавки, отличные от молока: фрукты, орехи, злаковые культуры и ягодные сиропы. Особенно часто в йогуртах встречаются ягоды [3]. В контексте усиления биоактивных свойств йогурта перспективным ингредиентом являются криопорошки, изготовленные из ягод. Они позволяют обогатить продукт полезными веществами.

Существует несколько компонентов ягод, которые могут оказывать благотворное влияние на здоровье, в том числе витамины, минералы, клетчатка и полифенолы. Содержание и пропорции фитонутриентов существенно различаются в зависимости от вида ягод. Более того количество и соотношение биологически активных соединений могут варьироваться даже в пределах одного вида ягод из-за генетических особенностей, условий выращивания, спелости и условий хранения [4].

В ряде исследований в этом направлении изучались биологически активные вещества (БАВ) красной смородины [5–9] и малины [10, 11].

Красная смородина (Ribesrubrum) – традиционная ягодная культура, перспективная, неприхотливая, долговечная, устойчивая к вредителям и болезням. Благодаря значительному содержанию биологически активных компонентов, данная ягодная культура представляет собой один из наиболее востребованных видов [6]. Ягоды этой культуры представляют собой важный источник нутриентов, включая широкий спектр витаминов и минеральных элементов, особенно витамина С (аскорбиновой кислоты), витаминов группы B (B1, B2, B9) и витамина K.

Кроме того, ягоды содержат органические кислоты и сахара, а также пектины, азотистые и дубильные соединения. Присутствуют в них и полифенолы (флавонолы, катехины, лейкоан-тоцианы и антоцианы), микроэлементы, фитонциды и эфирные масла [5]. Красная смородина выделяется значительным содержанием кобальта, микроэлемента, играющего ключевую роль в кроветворении; в 100 граммах ягод его концентрация достигает примерно 3 мг [12].

Красная малина ( Rubus idaeus ) – это уникальные ягоды с богатой историей, питательным и биоактивным составом. Они содержат несколько необходимых микроэлементов, пищевые волокна и полифенольные компоненты, особенно эла-гитаннины и антоцианы, которые придают им характерный красный цвет.

Было доказано, что полифенолы, содержащиеся в малине, оказывает благотворное воздействие на общее состояние организма [11]. В ряде обзоров обсуждается связь между употреблением малины и состоянием сердечнососудистой системы [13], маркерами воспаления [4], подавлением раковых клеток [14] и влиянием на агрегацию тромбоцитов в крови [15]. Эти утверждения о пользе малины для здоровья подтверждаются эпидемиологическими исследованиями [16, 17], исследованиями на животных [18, 19] и различными моделями клеточных культур [20].

При создании функциональных пищевых продуктов ключевым вопросом становится определение подходящих функциональных ингредиентов и их точное количество. Исходя из этого, в рамках научной работы была поставлена задача по созданию новых рецептур кисломолочной продукции с добавлением криопорошка, полученного из малины и красной смородины.

Криопорошок – это продукт, выполненный в виде мелкодисперсного порошка, где размер частиц не превышает 100 микрометров. Для его создания применяется процесс измельчения предварительно высушенных компонентов при экстремально низких температурах, достигающих –190 °C. Данный метод содействует замедлению окисления, предотвращает слипание и образование карамели, а также способствует высвобождению биологически ценных элементов, соединенных с белками, и обеспечивает их максимальное всасывание в человеческом организме.

Цель исследования – изучить влияние криопорошка из ягод малины и красной смородины как обогатителя при производстве функционального кисломолочного продукта.

Задачи: разработать рецептуры йогурта с добавлением криопорошков из малины и красной смородины; разработать способ введения криопорошков, обеспечивающий стерильность и сохранение полезных свойств йогурта; провести лабораторные исследования экспериментальных образцов, оценивая их органолептические свойства, физико-химический состав и микробиологические характеристики в сравнении с контрольным образцом без криопорошков; исследовать содержание витаминов и минеральных веществ в образцах и сравнить степень удовлетворения суточной потребности нутриентов.

Объекты и методы. Образцы производили на кафедре «Технологии продуктов питания» в ФГБОУ ВО «Саратовский государственный университет генетики, биотехнологии и инженерии им. Н.И. Вавилова». Лабораторные исследования органолептических, физико-химических, микробиологических показателей проводили в испытательной лаборатории ФБУ «Саратовский ЦСМ им. Б.А. Дубовикова», содержание витаминов и минеральных веществ определяли в испытательном лабораторном центре ФБУЗ «Центр гигиены и эпидемиологии по Саратовской области».

Для проведения эксперимента использовали следующие исходные материалы: сырое коровье молоко, сухое обезжиренное молоко (ООО «Здоровая страна»); бактериальную закваску YO 22.50 Иван-поле (ООО «Зеленые линии»). Состав закваски: Streptococcus salivarius subsp. thermophilus , Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus , Lactobacillus casei, Bifidobacterium animalis plantarum , Lactobacillus acidophilus, Lactobacillus rhamnosus , Lactobacillus paracasei subsp. paracasei .

В качестве подсластителя применяли столовый подсластитель «Стевия» на основе эритрита, производитель ООО «НоваПродукт АГ».

В качестве функциональной добавки использовали криопорошки LITMOISE из малины и красной смородины (ООО «ПК Композит»).

Данная пищевая добавка имеет вид мелкодисперсного порошка, обладающего ярким цветом: розовым (рис. 1) и красным (рис. 2), кото- рый сохраняет в себе насыщенный запах и вкус свежих ягод. Из-за большой концентрации органических кислот в них преобладает кислый вкус, также смородина обладает легким вяжущим привкусом.

Рис. 1. Криопорошок из малины Raspberry Cryopowder

Рис. 2. Криопорошок из красной смородины Cryopowder from red currant

Качество готовых йогуртов оценивали с применением стандартных методик исследования. Органолептическая оценка (включающая внешний вид, консистенцию, вкус, аромат и цвет) проводили согласно требованиям, установленным в ГОСТ 31981.

Определение физико-химических характеристик продукта проводили с использованием следующих методик: массовая доля сухого обезжиренного молочного остатка (СОМО) была вычислена расчетным способом, как указано в п. 8.7 ГОСТ 31981. Кислотность устанавливали посредством титриметрического анализа в соответствии с ГОСТ Р 54669. Содержание белка измеряли методом Кьельдаля, регламентированным ГОСТ 34454.

Для определения массовой доли жира использовали кислотный метод, описанный в п. 6 ГОСТ 5867. Массовую долю сухого вещества и влаги определяли весовым методом согласно ГОСТ Р 54668–2011. Отбор проб и подготовку к анализу производили по ГОСТ 26809.

Расчет содержания углеводов осуществляли в соответствии с методическими указаниями МУ 1/40/3805. Энергетическая ценность продукта была рассчитана на основе установленных формул, представленных в п. 7.4.5 МУ 1/40/3805.

Микробиологические параметры определяли в соответствии с государственными стандартами: наличие молочнокислых микроорганизмов – по ГОСТ 33951; Staphylococcus aureus – по ГОСТ 30347; бактерий рода Salmonella – по ГОСТ 31659; дрожжей и плесени – по ГОСТ 33566; бифидобактерий – по ГОСТ 33924.

Концентрацию витамина С измеряли флуо-риметрически с использованием анализатора жидкости «Флюорат-02» в соответствии с методикой М 04-07-2010.

Определение содержания витамина А (в виде ретинола) проводили методом высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ) с флуо-риметрическим детектором на хроматографе «Люмахром». Методика анализа соответствовала требованиям М 04-10-2007 (ФР.1.31.2013.14078).

Молибден (Мо) определяли по ГОСТ EN14083–2013 с помощью атомно-абсорбционной спектрометрии с атомизацией в графитовой печи с предварительной минерализацией пробы при повышенном давлении на спектрометре атомно-абсорбционном «КВАНТ-Z.ЭТА»

Кобальт (Co) и Марганец (Mg) определяли по Р 4.1.1672-03 атомно-абсорбционным методом на спектрофотометрах АА-7000 и АА-7000 G.

Результаты и их обсуждение. Технологическое производство пробиотического йогурта осуществляли следующим образом: в один литр коровьего молока, нормализованного до 2,5 % жирности, вносили 30 г сухого обезжиренного молока. Полученную смесь тщательно перемешивали, а затем подвергали пастеризации при температуре (86 ± 2) °C на протяжении 8– 10 мин. После пастеризации молоко охлаждали до температуры заквашивания, составляющей (44 ± 2) °C, добавляли закваску и снова тщательно перемешивали. Затем смесь помещали в термостат, где поддерживалась температура (44 ± 2) °C, на 6 ч.

Для обеспечения микробиологической безопасности конечного продукта, был разработан метод обработки криопорошков перед внесением их в йогурт.

В частности предлагается предварительно пастеризовать криопорошки, суспендированные в сиропе. Использование указанной методики обеспечило элиминацию патогенных микроорганизмов с сохранением ценных характеристик растительных ингредиентов, так как процесс пастеризации проводился при наименьшей возможной температуре. При этом добавление криопорошков в форме сиропа положительно повлияло на органолептические свойства продукта и улучшило его консистенцию и цвет.

Криопорошки растворяли в водном растворе с добавлением эритрита и получали сиропы для дальнейшего внесения в йогуртовую массу.

Рецептура 1: на 1000 г йогурта использовали 26 г криопорошка малины, 50 г эритрита и 100 мл воды. Данную смесь подвергали пастеризации при температуре (65 ± 2) °C в течение 30 мин.

Рецептура 2 : на 1000 г йогурта использовали 30 г криопорошка красной смородины, 60 г эритрита и 100 мл воды. Полученную смесь пастеризовали при температуре (65 ± 2) °C в течение 40 мин.

Криопорошки из красной смородины и малины, в отличие от экстрактов, кислот или сахаров, не полностью растворяются в воде, потому что это измельченные ягоды, сохранившие структуру клеток. Обусловлено это наличием нерастворимых клеточных стенок, которые состоят из целлюлозы и других полимерных соединений. Процесс криоизмельчения приводит к разделению аэринхимальных и паренхималь-ных клеток. В результате образуются частицы, содержащие как клеточные стенки, так и внутриклеточное содержимое.

Криопорошок из красной смородины требует больше времени для растворения и раскрытия своего вкуса, чем криопорошок из малины, следовательно, пастеризацию увеличили на 10 мин.

Готовые сиропы вносили в йогурты после заквашивания при температуре (8 ± 2) °C, затем перемешивали и отправляли на фасовку и хранение.

На рисунке 3 представлены два экспериментальных образца, в состав которых включены криопорошки: по порядку образец 1 с криопорошком из малины, образец 2 с криопорошком из красной смородины.

Микробиологические и физико-химические показатели качества контрольного и опытных образцов представлены в таблицах 2–4.

Рис. 3. Опытные образцы с криопорошками. Prototypes with cryopowders

Далее проводили лабораторные исследования готового продукта через 24 ч после заквашивания в сравнении с контрольным образцом (без добавления криопорошков). Органолептические показатели опытных образцов представлены в таблице 1: образец 1 – йогурт с криопорошком из малины; образец 2 – йогурт с криопорошком из красной смородины; КО (контрольный образец) – йогурт без криопорошков.

Таблица 1

Результаты органолептических показателей

Results of organoleptic parameters

Показатель	Контрольный образец	Образец 1	Образец 2
Внешний вид и консистенция	Однородный, с ненарушенным сгустком, в меру вязкой консистенцией	Однородный, с ненарушенным сгустком, с розовыми вкраплениями, в меру вязкой консистенцией	Однородный, с ненарушенным сгустком, с красными вкраплениями, в меру вязкой консистенцией
Вкус и запах	Чистый, кисломолочный, без посторонних привкусов и запахов	Чистый, кисломолочный, в меру сладкий. С привкусом малины	Чистый, кисломолочный, в меру сладкий. С привкусом красной смородины
Цвет	Молочно-белый, равномерный по всей массе	Нежно-розовый, характерный для внесенного наполнителя, равномерный по всей массе	Светло-красный, характерный для внесенного наполнителя, равномерный по всей массе.

Таблица 2

Результаты лабораторных исследований контрольного образца (без добавок) Laboratory test results of the control sample (without additives)

Показатель	Норматив по НД	Погрешность, ± Δ	Результат испытаний
Микробиологические показатели
Молочнокислые микроорганизмы, КОЕ/см3	Не менее 1 ∙ 107	–	4,5 ∙ 107
S. aureus, КОЕ/см3	Не допускается	–	Не обнаружено
Бактерии рода Salmonella, КОЕ/25 см3	Не допускается	–	Не обнаружено
Дрожжи, КОЕ/см3	Не более 50	–	Не обнаружено
Плесени, КОЕ/см3	Не более 50	–	Не обнаружено
Бифидобактерии, КОЕ/см3	Не менее 1 ∙ 106	–	1,2 ∙ 109
Физико-химические показатели
Кислотность, °Т	Не более 140	±1,2	70,0
Массовая доля белка, %	Не менее 2,8	±0,14	3,52
Массовая доля СОМО, %	Не менее 9,5	–	11,3
Массовая доля сухого вещества, %	Не менее 0,5 / не более 99	±0,4	12,7
Массовая доля жира, %	0,5–6,0	±0,28	1,80
Массовая доля влаги, %	–	±0,4	87,3
Углеводы, %	–	–	7,4
Калорийность, ккал	–	–	60

Таблица 3

Показатель	Норматив по НД	Погрешность, ± Δ	Результат испытаний
Микробиологические показатели
Молочнокислые микроорганизмы, КОЕ/см3	Не менее 1 ∙ 107	–	9,4 ∙ 107
S. aureus, КОЕ/см3	Не допускается	–	Не обнаружено
Бактерии рода Salmonella, КОЕ/25 см3	Не допускается	–	Не обнаружено
Дрожжи, КОЕ/см3	Не более 50	–	Не обнаружено
Плесени, КОЕ/см3	Не более 50	–	Не обнаружено
Бифидобактерии, КОЕ/см3	Не менее 1 ∙ 106	–	3,0 ∙ 1010
Физико-химические показатели
Кислотность, °Т	Не более 140	±1,2	104,5
Массовая доля белка, %	Не менее 2,8	±0,14	3,57
Массовая доля СОМО, %	Не менее 9,5	–	10,2
Массовая доля сухого вещества, %	Не менее 0,5 / не более 99	±0,4	15,3
Массовая доля жира, %	0,5–6,0	±0,28	1,80
Массовая доля влаги, %	–	±0,4	84,7
Углеводы, %	–	–	10,0
Калорийность, ккал	–	–	69

Таблица 4

Показатель	Норматив по НД	Погрешность, ± Δ	Результат испытаний
Микробиологические показатели
Молочнокислые микроорганизмы, КОЕ/см3	Не менее 1 ∙ 107	–	3,1 ∙ 108
S. aureus, КОЕ/см3	Не допускается	–	Не обнаружено
Бактерии рода Salmonella, КОЕ/25 см3	Не допускается	–	Не обнаружено
Дрожжи, КОЕ/см3	Не более 50	–	Не обнаружено
Плесени, КОЕ/см3	Не более 50	–	Не обнаружено
Бифидобактерии, КОЕ/см3	Не менее 1 ∙ 106	–	3,3 ∙ 1010
Физико-химические показатели
Кислотность, °Т	Не более 140	±1,2	99,5
Массовая доля белка, %	Не менее 2,8	±0,14	3,56
Массовая доля СОМО, %	Не менее 9,5	–	9,1
Массовая доля сухого вещества, %	Не менее 0,5 / не более 99	±0,4	15,7
Массовая доля жира, %	0,5–6,0	±0,28	1,80
Массовая доля влаги, %	–	±0,4	84,3
Углеводы, %	–	–	10,3
Калорийность, ккал	–	–	72

Результаты исследований образца 1 с малиной

The results of the studies of sample 1 with raspberries

Результаты исследований образца 2 с красной смородиной

The results of the studies of sample 2 with red currant

Исследования продемонстрировали, что все опытные образцы, включая контрольный, имеют уровень молочнокислых микроорганизмов, значительно превышающий минимально допустимые нормы. Исследования показали отсутствие опасных патогенных микроорганизмов в йогуртах, свидетельствуя об их полной безопасности для потребления. Отмечается значительное увеличение концентрации молочнокислых микроорганизмов после обогащения продукта криопорошками – от исходных 4,5 ∙ 107 до 3,1 ∙ 108 КОЕ/см³. А также значительный рост бифидобактерий от 1,2 ∙ 109 до 3,3 ∙ 1010 КОЕ/см³.

Исследование физико-химических характеристик выявило, что кислотность йогуртов, обогащенных криопорошками, колеблется в пределах от (99,5 ± 1,2) до (104,5 ± 1,2) °Т, а массовая доля сухого вещества от (12,7 ± 0,4) до (15,7 ± 0,4) %. Количество углеводов с внесением криопорошков увеличилось с 7,4 до 10,3 %, а калорийность в образце 1 увеличилась на 9 ккал на 100 г продукта, в образце 2 – на 12 ккал на 100 г продукта. Введение криопорошков в состав йогуртов не оказало значительного воздействия на процентное содержание массовой доли белка (от (3,52 ± 0,14) до (3,57 ± 0,14) %), массовой доли жира ((1,80 ± 0,28) % во всех образцах), массовой доли сухогообезжиренного молочного остатка (СОМО) (от 9,1 до 11,3 %).

В таблицах 5–7 представлены данные о содержании витаминов и минералов в йогуртах с криопорошками. Исследование кобальта, молибдена и марганца основано возможностях испытательной лаборатории и анализе научной литературы [21–24], показавших, что содержание этих элементов в исходном сырье превышает концентрацию других микроэлементов и делает их более релевантными для анализа.

Витамин С: наиболее значительные различия наблюдаются в содержании витамина С. В образце 2 концентрация витамина С ((30,40 ± 12,16) мг/кг) в 2,3 раза превышает содержание в образце 1 ((13,20 ± 5,28) мг/кг). Контрольный образец демонстрирует наименьшее значение – «менее 10 мг/кг», что свидетельствует о значительной потере витамина С в процессе, предшествующем анализу.

Витамин А: содержание витамина А в образцах 1 и 2 практически идентично ((0,204 ± 0,071) и (0,203 ± 0,071) мг/кг, соответственно). В контрольном образце содержание витамина А также минимально – «менее 0,2 мг/кг».

Микронутриенты: содержание кобальта в образце 2 ((0,030 ± 0,009) мг/кг) выше, чем в образце 1 ((0,0230 ± 0,0069) мг/кг) и контрольном образце ((0,0170 ± 0,0060) мг/кг), что может свидетельствовать о его концентрации в процессе обработки. Марганец определялся только в образце 1 ((0,12 ± 0,04) мг/кг), а молибден – только в образце 2 ((0,049 ± 0,04) мг/кг). В контрольном образце содержание марганца и молибдена находится ниже предела обнаружения.

Таблица 5

Показатель	Суточная потребность, мг	Содержание, мг/кг	Степень удовлетворения суточной потребности, %
Витамин С	60	13,20±5,28	22
Витамин А	0,8	0,204±0,071	25,5
Кобальт (Со)	0,1	0,0230±0,0069	23
Марганец (Mn)	2,0	0,12±0,04	6

Таблица 6

Показатель	Суточная потребность, мг	Содержание, мг/кг	Степень удовлетворения суточной потребности, %
Витамин С	60	30,40±12,16	50,67
Витамин А	0,8	0,203±0,071	25,38
Кобальт (Со)	0,1	0,030±0,009	30
Молибден (Mо)	0,7	0,049±0,04	7

Таблица 7

Показатель	Суточная потребность, мг	Содержание, мг/кг	Степень удовлетворения суточной потребности, %
Витамин С	60	Менее 10	Менее 16,7
Витамин А	0,8	Менее 0,2	Менее 25
Кобальт (Со)	0,1	0,0170±0,0060	17
Марганец (Mn)	2,0	Менее 0,1	Менее 5
Молибден (Mо)	0,7	Менее 0,04	Менее 5,7

Примечание . Результат «менее» (меньше) числового значения получен за пределами диапазона измерений.

Содержание витаминов и микронутриентов в образце 1

The content of vitamins and micronutrients in sample 1

Содержание витаминов и микронутриентов в образце 2

The content of vitamins and micronutrients in sample 2

Содержание витаминов и микронутриентов в контрольном образце The content of vitamins and micronutrients in the control sample

По данным таблиц видно, что внесение растительных порошков в йогурт приводит к увеличению содержания полезных веществ в сравнении с контрольным образцом, и при их употреблении будет восполняться физиологическая потребность в данных нутриентах.

Также, в соответствии с ГОСТ Р 55577–2013, продукт можно считать функциональным по нескольким критериям, таким как низкое содержание жира, отсутствие сахаров, и самое главное, наличие в составе пробиотических микроорганизмов не менее 1 ∙ 106 КОЕ/см³.

Йогурт соответствует всем требованиям безопасности, а также требованиям ТР ТС 033/2013, ТР ТС 021/2011 и ГОСТ 31981.

Заключение. На основании проведенных исследований можно сделать вывод о целесообразности применения таких растительных компонентов как криопорошки из ягод красной смородины и малины. Они показали, что йогурты, обогащенные криопорошками, соответствуют установленным стандартам качества.

Микробиологический анализ выявил значительное увеличение содержания полезной микрофлоры, в частности, молочнокислых бактерий (с 4,5 ∙ 107 до 3,1 ∙ 108 КОЕ/см3) и бифидобактерий (с 1,2 ∙ 109 до 3,3 ∙ 1010 КОЕ/см3) а также отсутствие патогенной микрофлоры.

Анализ физико-химических показателей показал умеренное увеличение кислотности, содержания сухих веществ и углеводов в йогуртах с криопорошками, при этом содержание белка, жира и СОМО оставалось стабильным. Обогащение криопорошками также повысило калорийность продукта (в образце 1 – на 9 ккал на 100 г продукта, в образце 2 – на 12 ккал на 100 г продукта).

В отношении витаминно-минерального состава добавление криопорошков способствует обогащению йогурта витамином C ((13,20 ± 5,28) мг/кг в образце с малиной и (30,40 ± 12,16) мг/кг в образце с красной смородиной), витамином A (около 0,20 мг/кг в обоих образцах), кобальтом, марганцем (в образце с малиной) и молибденом (в образце с красной смородиной). Данные изменения позволяют рассматривать обогащенный йогурт как дополнительный источник указанных нутриентов в рационе питания.

Предприятия молочной промышленности могут внедрить данную инновацию для разработки ассортимента йогуртов с разнообразными вкусовыми характеристиками и включением дополнительных компонентов. При этом сохраняются ключевые достоинства продукта: естественные ингредиенты, сниженное количество жира, повышенная концентрация пробиотических микроорганизмов и отсутствие добавленного сахара. Разнообразие предлагаемого продукта охватит широкий спектр рыночных сегментов и предоставит возможность удовлетворить запросы различных групп потребителей.