Использование плодово-ягодных концентратов для технологии капсулирования и дальнейшего использования в составе живых йогуртов на основе овечьего и козьего молока

На сегодняшний день одним из самых популярных кисломолочных продуктов как в Казахстане, так и в других странах является йогурт, однако существующие технологии и рецептуры его производства традиционно применимы для коровьего молока. Необходимо отметить, что овечье и козье молоко отличается от коровьего молока сбалансированным составом, высокими питательными и функциональными свойствами, поэтому применение данного сырья с целью производства йогурта позволит получить уникальный продукт для повседневного потребления высоко- го качества, выраженными функциональными и питательными свойствами для различных групп населения.

В Казахстане рынок производства овечьего и козьего молока привлекает интерес фермеров, по данным Продовольственной и сельскохозяйственной организация ООН (ФАО) наблюдается рост производства овечьего и козьего молока в Азии, что является предпосылкой для разработки и адаптации рецептов и технологий переработки данного сырья. Ключевым фактором при переработке козьего и овечьего молока являются качественные и технологические характеристики, склады- вающиеся в зависимости от пород овец и коз, а также района их разведения. В связи с этим, ввиду малой изученности, а по некоторым вопросом отсутствия данных, проведение исследования районированного козьего и овечьего молока с целью производства йогуртов является актуальной задачей.

Традиционно козье и овечье молоко применяется в производстве элитных сортов сыров ввиду сыропригодности данного сырья по технологическим характеристикам и вкусовым качествам. Однако необходимо отметить, что для широкого потребления данный вид продукции отличается дороговизной и для более широкого вовлечения нетрадиционного сырья в повседневное питание необходима разработка и адаптация рецептов и технологии производства йогурта из овечьего и козьего молока, который будет доступен в ценовом сегменте для всех слоев населения.

Проведенный патентный анализ глубиной в 20 лет по существующим технологиям и способам производства живого йогурта и молочных продуктов из овечьего и козьего молока позволил выявить лидеров - это Россия, США и Китай, всего выявлена 141 единица охранных документов по данному направлению. Казахстан по данному направлению отличается низкой активностью ввиду малой изученности вопроса переработки нетрадиционного молочного сырья.

При разработке рецептур йогуртов на сегодняшний день широко используются плодово-ягодные концентраты, обладающие высокими функциональными свойствами, однако включение в состав йогурта плодовоягодных концентратов ведет к сокращению срока хранения или абсолютной порче кисло- молочной продукции. Таким образом, после проведения первичного анализа современных технологий принято решение применить способ капсулирования жидких водосодержащих продуктов, что позволит сохранить их функциональные свойства и создать уникальные продукты - плодово-ягодные концентраты в виде мягких капсул для безопасного сочетания с йогуртом. На сегодняшний день существуют различные способы капсулирования соков или концентратов (гидрофильных наполнителей) в полимеры природного происхождения и капельный метод в данном случае является наиболее перспективным. Ввиду малой изученности вопроса взаимовлияния содержимого капсулы и ее композиции, поведения капсулы в различной среде, сроков и условий хранения и др. необходимо провести глубокие исследования для выявления закономерностей, позволяющих производить капсулы с гидрофильными наполнителями капельным методом.

Необходимо отметить, что растительный концентрат - одна из перспективных форм использования натуральной продукции. В пищевой промышленности рынок капсулированных продуктов на сегодняшний день структурирован в соответствии с направлениями, представленными на рисунке.

Способ капсулирования целевых компонентов применяется уже не первое десятилетие в фармацевтической промышленности. Однако применение данного способа для производства уникальных пищевых продуктов (ингредиентов) с высокими функциональными свойствами и пищевой ценностью является новым направлением для пищевой промышленности.

15%

25%

■ Жиры

■ Ароматизаторы, пищевые красители

■ Сливочное масло для туристов

■ Сгущенное молоко, сиропы, мед

■ Имитация икры

30%

20%

10%

Мировой рынок капсулированных продуктов в пищевой промышленности

Съедобные упаковочные пленки и покрытия, капсулы положительно зарекомендовали себя в производстве продуктов с пролонгированным сроком действия биологически активных компонентов при использовании различных видов пленкообразующих композиций [1-3].

Существуют различные типы матричных материалов, используемых для капсулирова-ния как физическими, так и химическими методами. В основном в качестве матричных материалов используются биополимеры, такие как альгинаты, желатин, агар-агар, геллановая камедь, ксантан, к-каррагинан и др., которые нашли широкое применение в пищевой промышленности, а также в молекулярной кухне.

Наибольший интерес для производства капсул жидких водосодержащих продуктов вызывает альгинат - полисахарид, нетоксичный, биосовместимый, высоко гидрофильный, обычно используемый в качестве стабилизатора, загустителя и гелеобразующего агента в пищевой, текстильной, фармацевтической и биотехнологической промышленности. Он является основным структурным компонентом морских бурых водорослей, который придаёт им стойкость [4].

Для формирования капсул водосодержащие продукты смешивают с раствором альгината натрия, и смесь капают в раствор, содержащий многовалентный катион (Са2+). Капли мгновенно образуют гелевые сферы, захватывая клетки в трехмерной решетке альгината, сшитого ионным путем. Концентрации альгината для формирования геля варьируются [5].

Консолидация производства в промышленных условиях произошла после изобретения капсульных машин разного типа и в начале XX века ручной труд по изготовлению капсул был вытеснен машинами [6–10]. В настоящее время в усовершенствованном виде используются три метода: метод погружения, капельный метод и метод прессования.

Капельный метод заключается в выдавливании под давлением из концентрической трубчатой форсунки одновременно оболочки и наполнителя. Ограничениями метода являются использование гидрофобного жидкого наполнителя с плотностью и вязкостью, близкому к маслу, и малый верхний предел дозирования (до 0,3 мл). Автоматическая линия для производства мягких капсул капельным методом выпускается фирмой «Globex» (Нидерланды) [6, 11].

Метод прессования заключается в штамповке капсул из двух желатиновых лент под прессом или на валках сразу после их заполнения и запайки [6, 11]. Полученные капсулы имеют горизонтальный шов. Современной модификацией является ротационно-матричный метод [6, 12, 13]. Принцип получения капсул ротационно-матричным методом Ротационно-матричные автоматы характеризуются высокой точностью наполнения капсул (±3 %), большой производительностью (18-92 тысяч капсул/час), возможностью производства капсул различной формы, широкого диапазона вместимости и с наполнителями различной консистенции (преимущественно жидкими и пастообразными). Автоматы по изготовлению капсул данным методом производятся компаниями «Capsule Technology International» (Канада), «Lucky Gold Star» (Республика Корея) и другими [6, 11].

Как показал анализ развития технологии капсулирования, из трех существующих способов получения капсул наиболее перспективным является ротационно-матричный метод. Рост доступности оборудования для кап-сулирования, широкие возможности капсули-рования данным методом позволяют снизить технологический барьер для производства мягких капсул. Так, в настоящее время в США число автоматов для капсулирования достигает 250 единиц [6, 13].

Первое производство мягких капсул методом прессования в странах Содружества Независимых Государств появилось в Минске (Республика Беларусь, УП «Минскинтер-капс») в начале 90-х годов XX века. В настоящее время производство капсул ротационно-матричным методом осуществляется в Волгограде (ЗАО НПО «Европа-Биофарм»), Мурманске (ЗАО «БиоКонтур»/ ООО «Поля-рис»), Москве (ОАО «Верофарм», ЗАО «ФармФирма «Со-текс»), Московской области (ЗАО «РеалКапс»), Калужской области (ЗАО «Обнинская химико-фармацевтическая компания» / ООО «Мир-фарм»), Томске (ООО «Артлайф»). Номенклатура данных предприятий преимущественно состоит из капсул, наполненных масляными растворами и суспензиями. Только мягкие капсулы, выпускаемые ЗАО «ФармФирма «Со-текс» и ОАО «Верофарм», представляют собой капсулы, содержащие гидрофильный наполнитель на основе ПЭГ 400 [6]. В Казахстане используются известные технологии и оборудо- вание соседних стран для капсулирования и производства лекарственных веществ в мягких капсулах.

Как видно из представленной информации, существуют различные способы капсу-лирования соков или концентратов (гидрофильных наполнителей) в полимеры природного происхождения и капельный метод в данном случае является наиболее перспективным. Ввиду малой изученности вопроса взаимовлияния содержимого капсулы и ее композиции, поведения капсулы в различной среде, сроков и условий хранения и др. необходимо провести глубокие исследования для выявления закономерностей, позволяющих производить капсулы с гидрофильными наполнителями капельным методом.

Необходимо отметить, что вышеописанные проблемные вопросы производства молочных продуктов из козьего и овечьего молока, а также использование капсулированных плодово-ягодных концентратов в составлении их рецептур и расширение ассортимента является новым направлением исследований, которые выполняются авторами статьи в рамках грантового проекта МОН РК AP08855775 (2020–2022 гг.) в Казахском НИИ перерабатывающей и пищевой промышленности. Далее рассмотрим экспериментальные данные по вопросам изучения полученных плодово-ягодных концентратов из районированного сырья на объект их физикохимических характеристик и стабильности при хранении.

Объекты и методы исследования

Объекты исследования: свежие ягоды смородины, малины, сливы, концентрат смородины, концентрат малины, концентрат сливы.

Для проведения исследований, в летний и осенний периоды 2020 года были заготовлены концентраты смородины сортов «Минай Шмырев» и «Алтайская», малины сортов «Алматинская» и «Новокитаевская» и Слива «Эдинбургская» и «Стенли».

Для получения концентратов использовали способ прямого отжима соков и дальнейшее концентрирование методом выпаривания под вакуумом в щадящем температурном режиме при 70 °C до содержания сухих веществ – 65 %. Полученные концентраты закладывались на хранение и после 6 месячного хранения в холодильных условиях проверялись основные показатели качества.

Определение основных физико-химических и микробиологических показателей полученных образцов концентратов проводилось согласно общеизвестным стандартным методам: общую титруемую кислотность (в пересчете на лимонную кислоту) (СТ РК 1624 2007); содержание растворимых сухих веществ рефрактометрическим методом; дрожжи и плесень по ГОСТ 10444.12-2013.

Результаты и их обсуждение

По данным изученных источников следует, что наиболее богаты биологический активными веществами кислые и кисло-сладкие фрукты, овощи оранжевого, красного, черного и синего цвета, ярко-зеленые, темнозеленые и желтые растения. В одном из таких списков фигурируют: смородина (садовая и дикая), малина (красная и черная), а также клубника, клюква, черешня, сливы и чернослив.

На первом этапе наших исследований мы рассматривали такие культуры, как ягоды смородины и малины, а также плоды сливы.

Помимо прекрасных вкусовых качеств, черная смородина превзошла все ягоды по количеству витаминов, минералов и других полезных веществ. Ягоды черной смородины содержат витамины В, Р, провитамин А до 3 мг, сахара, пектиновые вещества, фосфорную кислоту, дубильные вещества, витамины группы К, она богата солями калия, содержит соли фосфора и железа, фитонциды, фолиевую кислоту. Витамин С, содержащийся в черной смородине, а также антоцианидины обладают высокими антиокислительными свойствами [14].

В ягодах малины содержится до 11,5 % сахаров (глюкоза, фруктоза и сахароза), органические кислоты (лимонная, яблочная, салициловая), дубильные вещества, пектин (до 0,9 %), клетчатка (4–6 %), антоцианы, флавоноиды, минеральные вещества и микроэлементы (железо, калий, медь, кальций, магний, кобальт, цинк), витамины С, В1, В2, РР, фолиевая кислота, провитамин А. Железа в малине больше, чем в других плодовых культурах (на 100 г – 2–3,6 мг), кроме вишни и крыжовника. В ее семенах содержится бета-ситостерин. Есть в малине и кумарины от 0,8 до 4 мг/%, и антоцианы, обладающие капилляроукрепляющими и противосклеротиче-скими свойствами, соли калия (до 220 мг/% в свежей, значительно больше в сухой), соединения железа, меди, фолиевой кислоты [15].

Слива обладает многими целебными и лечебными свойствами. Слива особенно богата витамином Р и веществами Р-витаминного действия, которые способствуют снижению кровяного давления и укрепляют кровеносные сосуды. Сливы содержат соли калия: до 214 мг на 100 г плодов, от 9 до 17 % сахаров, витамины А, В1, В2, С, Р, очень богаты фосфором, кальцием, магнием, железом, присутствуют пектиновые, дубильные, азотистые вещества, органические кислоты: яблочная, лимонная, щавелевая, также найдены кумарины. Семена содержат: до 42 % жирного масла, флавоноиды и аминокислоты [16].

В разделе «Объекты и методы исследований» описан способ подготовки концентратов выбранных культур ягод и плодов. Результаты исследований основных физико-химических показателей полученных соковых концентратов представлены в таблице.

Как видно из приведенных результатов, полученные вакуумным выпариванием в щадящем температурном режиме концентраты малины, смородины и сливы позволили получить стабильные соковые концентраты с высоким содержанием витамина С.

Необходимо отметить, что сорт смороди- ны «Минай Шмырев», малина сорта «Новоки-таевская» и слива сорта «Стенли» оказались более богаты содержанием витамина С и сахара относительно альтернативно выбранных сортов плодов и ягод.

Вкусовые и органолептические свойства полученных концентратов отличаются ярким вкусом и насыщенным цветом, что позволит получить в дальнейшем капсулы с отличным товарным видом и яркими вкусовыми характеристиками, которые будут отлично сочетаться с нейтральным вкусом живого йогурта из козьего и овечьего молока.

Продолжается работа по отработке способа капсулирования полученных концентратов посредством использования альгината натрия для формирования оболочки капсулы.

Заключение

Использование плодово-ягодных концентратов для технологии капсулирования и дальнейшего использования в составе живых йогуртов на основе овечьего и козьего молока позволит не только обогатить молочные продукты витаминами, но и получить продукты с ярким вкусом и высокими качествами. Капсу-лирование является новым направлением технологического обеспечения сохранности ка-

Физико-химические и микробиологические показатели полученных соковых концентратов

№ п/п Показатели: Массовая доля витамина С мг % Титруемая кислотность, % Общий сахар, % Дрожжи, КОЕ/см3 *(норма – 2×103) Плесни, КОЕ/см3 *(норма – 5×102) Срок хранения, мес 0 6 0 6 0 6 0 6 0 6 1 Концентрат из смородины «Минай Шмырев» 287,5 285,3 3,9 4,0 30,1 29,8 <1×101 <2×102 <1×101 <3×101 2 Концентрат из смородины «Алтайская» 235,6 230,3 3,8 3,9 25,6 25,1 <1×101 <2×102 <1×101 <3×101 3 Концентрат из малины «Алма тинская» 102,5 100,4 3,6 3,6 48,6 48,2 <1×101 <2×102 <1×101 <3×101 4 Концентрат из малины «Ново- китаевская» 112,6 119,5 3,8 3,9 49,8 49,3 <1×101 <2×102 <1×101 <3×101 5 Концентрат из сливы «Эдинбургская» 33,7 31,3 2,5 2,6 9,7 9,4 <1×101 <2×102 <1×101 <3×101 6 Концентрат из сливы «Стенли» 38,6 33,2 2,6 2,7 14,0 13,8 <1×101 <2×102 <1×101 <3×101 чества и безопасности скоропортящихся пищевых продуктов, следовательно, промышленное его освоение позволит уменьшить потери сельскохозяйственного сырья и в целом повысит качество жизни и здоровье населения. Приведенные результаты исследований произведенных концентратов из районированных в РК плодов и ягод указывают нам на возможность их использования в качестве основного сырья для изготовления капсул.