Использование порошка сушеной свеклы в технологии йогурта функционального назначения

Последнее десятилетие характеризуется существенным изменением в науке о питании, в частности, в области создания функциональных продуктов [1]. Функциональные продукты – это пищевые продукты, обладающие добавленной пользой для организма за счет повышения концентрации полезных веществ, например, витаминов, минералов и белков. Такие продукты стали ответом на актуальный запрос потребителя – желание заботиться о себе без использования лекарственных средств и биологических добавок [2]. Физиологическая ценность функциональных пищевых продуктов обусловлена их способ- ностью поддерживать на достаточно высоком уровне физическое состояние человека, иметь антистрессовый эффект, нормализовать микробную флору пищеварительного тракта, предупреждать развитие заболеваний сердечнососудистой системы, активизировать иммунную систему человека, улучшать углеводный и жировой обмен [3]. Разработка и выпуск функциональных продуктов питания, содержащих комплекс биоактивных компонентов, в том числе пищевые волокна, является одним из важнейших путей реализации «Стратегии повышения качества пищевой продукции в Российской Федерации до 2030 года» [4].

В настоящее время большую популярность среди таких продуктов получили молочные и кисломолочные продукты с добавлением в их состав различных растительных добавок, обладающих функциональностью. При этом проектирование и производство относительно недорогих продуктов с наиболее благоприятным рецептурным составом являются приоритетными новшествами в ассортиментной политике предприятий молочной промышленности [5]. Поиск природных биологически активных соединений, способных повысить устойчивость организма к воздействию неблагоприятных факторов окружающей среды, поддерживающих и корректирующих здоровье, также остается актуальной задачей [6].

В технологиях кисломолочных продуктов наиболее популярными немолочными компонентами являются фрукты, ягоды, орехи, злаки, различные фруктовые сиропы, также в последнее время часто можно встретить йогурты с добавлением зелени или овощей [3]. К числу полезных сс точки зрения проявления биоактивных свойств при производстве йогурта можно отнести свеклу столовую и продукты ее переработки.

Свекла столовая ( Beta vulgaris L. ) – ценная пищевая овощная культура семейства Маревые ( Chenopodiace ) характеризующаяся несложной агротехникой возделывания, высокой урожайностью корнеплодов (более 40 т/га) и хорошей лежкостью в осенне-зимне-весенний период [7]. Свекла богата витаминами группы В, С, РР, содержит органические кислоты, такие как яблочная, лимонная, молочная, винная, щавелевая. В состав продукта входит большое количество растворимой и нерастворимой клетчатки, ряд незаменимых аминокислот, а обширный минеральный состав (К, Ca, Mg, P) свеклы способствует поддержанию функций всего организма. Помимо этого, свекла содержит много антиоксидантов [8].

Корнеплод славится своим действием на сосуды, так, употребление свеклы способствует очищению сосудов от холестериновых бляшек, снижает риск развития атеросклероза, инфаркта, инсульта. Кроме того, регулирует процесс кроветворения, обмен веществ в организме, обладает мочегонными свойствами, понижает артериальное давление у гипертоников [9]. Интересно отметить, что свекла улучшает состояние кожи, придает ей упругость и эластичность, укрепляет ногти [10].

Целью исследования являлось изучение возможности использования порошка сухой свеклы для производства йогурта.

Объекты и методы исследования

Для достижения поставленной цели в лабораторных условиях были приготовлены экспериментальные образцы йогурта объемом 100 мл, обогащенные порошком свеклы в количестве 0,125, 0,250, 0,375 и 0,500 %, а также контрольный образец йогурта без внесения порошка свеклы, при этом использовали следующее сырье:

• 1.    Молоко питьевое пастеризованное с массовой долей жира 3,2 %, изготовитель АО «Ирбитский молочный завод» (Россия, г. Ирбит).

• 2.    Закваска прямого внесения для йогурта «Скваска», содержащая микроорганизмы видов Streptococcus thermophillus и Lactobacillus bulgaricus , производитель ООО «Каприна» (Россия, г. Москва).

• 3.    В качестве функциональной добавки при получении образцов йогурта использовали порошок сухой свеклы, производитель «Крестьянское хозяйство» (Россия, г. Санкт-Петербург). Внешне пищевая добавка представляет собой красно-коричневого цвета мелкодисперсный порошок, который при хранении на воздухе слегка комкуется и слеживается (рис. 1, а), вкус и запах порошка сладковатый, выраженный свекольный. С помощью ИК-Фурье микроскопа Lumos II Bruker (Германия) определили, что этот порошок однородный, посторонних включений не наблюдается, размер агломератов находится в диапазоне от 100 до 150 мкм (рис. 1, b).

а

b

Рис. 1. Порошок сухой свеклы: a – внешний вид; b – при микроскопировании

Опытные образцы йогуртов получали термостатным методом. Четыре навески порошка свеклы массой 0,125, 0,250, 0,375 и 0,500 г, а также 4 навески закваски массой по 0,15 г заранее отбирали на аналитических весах AND HR-60 (Япония). Предварительно молоко дополнительно пастеризовали при 80 °С в течение 10 мин на электрической плитке Heidolph MR Hei-Standard (Германия), снабженной магнитной мешалкой. Дальнейшие операции проводили в боксе микробиологической безопасности Lamsystems класса II типа В2 БМБ-II-«Ламинар-С»-1,2 (Россия) в условиях стерильности. В заранее подготовленные стерильные стеклянные ёмкости стерильным мерным цилиндром объемом 100 мл вносили по 100 мл подготовленного молока, в каждую баночку добавляли навеску порошка свеклы соответствующей массы, в одну из баночек порошок свеклы не вносили (контрольный образец). После внесения немолочного растительного компонента молочные смеси тщательно перемешали, затем добавили подготовленные навески закваски и вновь перемешали, баночки плотно закрыли крышками. Ферментацию проводили в термостате с естественной циркуляцией воздуха Memmert INP 500 (Германия) при 37 °С. Для изучения влияния порошка свеклы на процесс сквашивания молока измеряли величину рН смеси в процессе сквашивания на стационарном рН-метре Mettler-Toledo Online FiveEasy Plus Ph FP20 через каждые 30 мин, а после сквашивания – на 1 и 7 сутки хранения готовых образцов йогурта (рис. 2). Сквашивание проводили до образования характерного сгустка и значения рН не выше 4,90. При достижении рН ниже 4,90 образцы убирали для созревания в холодильную камеру при температуре 4 °С.

Таким образом, получили следующие образцы йогурта:

• 1.    Контрольный образец – йогурт, выработанный по традиционной технологии, без добавления порошка свеклы.

• 2.    Образец № 1 – йогурт с добавлением порошка свеклы в количестве 0,125 % к массе продукта.

• 3.    Образец № 2 – йогурт с добавлением порошка свеклы в количестве 0,250 % к массе продукта.

• 4.    Образец № 3 – йогурт с добавлением порошка свеклы в количестве 0,375 % к массе продукта.

• 5.    Образец № 4 – йогурт с добавлением порошка свеклы в количестве 0,500 % к массе продукта.

Контроль качества полученных образцов йогурта проводили через 1 и 7 суток хранения. В ходе анализа определяли следующие показатели йогурта: органолептические (табл. 1) – внешний вид и консистенция, вкус и запах, цвет в соответствии с требованиями ГОСТ 31981-2013 [11], также провели дегустацию среди 18 добровольцев с целью оценки органолептических свойств образцов; физико-химические (табл. 2) – кислотность по ГОСТ 3624-92 [12], сухой остаток, плотность, синерезис, водосвязывающая способность, вязкость (рис. 3); микробиологические (рис. 4) – количество молочнокислых микроорганизмов в соответствии с требованиями ГОСТ Р 53430-2009 [13]. Определение вязкости проводили на ротационном вискозиметре Fungilab серии Alpha (Испания) с использованием шпинделя R2 при температуре образца 25 °С и при скорости вращения шпинделя 100 мин–1. Статистическую обработку результатов проводили в программе OriginPro 2018, значение t-критерия Стьюдента 4,30.

Результаты и их обсуждение

На первом этапе исследований провели теоретический расчет пищевой ценности приготовленных образцов йогурта, основываясь на данных пищевой ценности молока [14], вносимых навесок закваски и порошка сухой свеклы, а также потерь при пастеризации молока (табл. 3). Поскольку наибольший интерес представляет выявление изменения удовлетворения суточной потребности в микронутриентах при добавлении порошка свеклы в йогурт (рис. 5), провели соответствующие расчеты, исходя из содержания микронутриентов в образцах йогурта и рекомендуемой суточной нормы потребления витаминов и минералов по данным [15].

По результатам расчетов изменения пищевой ценности образцов йогурта после внесения порошка свеклы установили, что во всех этих образцах изменилось содержание такого важнейшего для организма человека минерала, как железо. Для подтверждения теоретических расчетов провели анализ содержания железа в контрольном образце и в образце № 4 – с максимальным содержанием порошка свеклы. В образцах № 2 и 3 измерение не проводили в связи с незначительными изменениями в них суммарного количества

Рис. 2. Результаты оценки динамики процесса сквашивания

Таблица 1

Органолептические показатели образцов

Показатель Образец Контрольный № 1 № 2 № 3 № 4 Концентрация свеклы, % 0,000 0,175 0,250 0,375 0,500 Внешний вид Однородный, с плотным сгустком, отделилось небольшое количество сыворотки Однородный, с плотным сгустком, без сыворотки, текстура кремообразная Однородный, с плотным сгустком, без сыворотки, текстура кремообразная Однородный, с плотным сгустком, без сыворотки, текстура кремообразная Однородный, с плотным сгустком, отделилось большое количество сыворотки Вкус, запах Чистый кисломолочный Слегка кислый, сладковатый Слегка кислый, сладковатый Слегка кислый, сладковатый Кислый, с выраженным вкусом и запахом свеклы Цвет Молочнобелый, однородный Бледнорозовый однородный Бледнорозовый однородный Светлорозовый однородный Розовый, однородный Итоговая оценка дегустации 4,52 4,50 4,85 4,74 4,09 железа и низкой чувствительностью анализа. Разложение образцов йогурта проводили мокрым озолением с использованием концентрированной серной кислоты и концентрированной перекиси водорода при нагревании на установке Digesdahl Digestion Apparаtus Model 23130-20-21 (США) при температуре расщепления 440 °С. Анализ обработанных образцов на содержание железа (III) проводили методом инверсионной вольтамперометрии на приборе ИВА-5 (Россия). Измерение проводили в трех параллелях. Статистическую обработку полученных результатов проводили в программе OriginPro 2018, значение t-критерия Стьюдента 4,30.

На следующем этапе оценивали процесс сквашивания йогуртов. Наименьшим временем сквашивания (4 ч 30 мин) характеризуются образцы № 2, 3, 4 с высоким содержанием свекольного порошка, дольше всех (7 часов 30 мин) сквашивался контрольный образец без добавления порошка свеклы. По мере повышения содержания свекольного порошка в образцах время их сквашивания уменьшалось, следовательно, при использовании порошка сухой свеклы в качестве немолочного наполнителя для йогурта в процессе производства необходимо сокращать время сквашивания. Такой эффект может быть объяснен, по-видимому, двумя факторами. В первую очередь, поскольку в состав свеклы входят органические кислоты, то при внесении порошка свеклы в молоко происходит снижение значения рН молока, что отражается на кривых сквашивания (рис. 2). Также сокращение времени сквашивания, вероятно, может быть связано с наличием в свекле пищевых волокон, пектиновых веществ, которые являются дополнительным легкоусвояемым субстратом для микроорганизмов закваски. Попадая в среду, богатую экзогенными полисахаридами, микроорганизмы быстро адаптируются и начинают активно продуцировать молочную кислоту в процессе брожения, в результате сквашивание молока происходит значительно быстрее, по сравнению с контрольным образцом.

При исследовании качества полученных образцов йогурта установлено, что все они удовлетворяли требованиям ГОСТ 319812013 [11] по органолептическим, физикохимическим и микробиологическим показателям. Установлено, что добавление порошка свеклы в образцы повлияло на все органолептические показатели йогурта (см. табл. 1).

Применение растительной пищевой добавки в количестве 0,125, 0,250 и 0,375 % привело к улучшению внешнего вида, текстуры и консистенции йогурта, к снижению отделения сыворотки, а также получению плотного сгустка с низкой степенью синерезиса по сравнению с контрольным образцом. Йогурты с растительной пищевой добавкой характеризовались приятным розовым цветом, что отдельно отмечалось респондентами при дегустации. Наивысшую оценку на дегустации получил образец № 2 с концентрацией свеклы 0,250 % (см. табл. 1). Наименьшая оценка в результате дегустации была присвоена образцу № 4 с самым высоким содержанием свеклы 0,500 % (см. табл. 1).

Следующим этапом работы было изучение основных показателей качества полученных образцов йогуртов в процессе их хранения в условиях холодильника при 4 °С в течение 7 суток (см. табл. 2). Следует отметить положительное влияние использования исследуемой пищевой добавки на такие физикохимические показатели йогурта, как синерезис, водосвязывающая способность (рис. 3, b, d). Так, при добавлении порошка свеклы снижалась степень синерезиса и, напротив, увеличивалась водосвязывающая способность образцов при хранении. Это отразилось и на внешнем виде продуктов, для образцов № 2-4 характерны большая плотность и вязкость (рис. 3. a, c), они обладали приятной текстурой. Однако в образце № 4 с максимальной концентрацией свеклы 0,500 % наблюдалось обратное явление. Такой продукт обладал непривлекательным внешним видом, в нем наблюдалось отделение большого количества сыворотки, что коррелирует с результатами физико-химического анализа (см. рис. 3), значение степени синерезиса у этого образца наибольшее - (36,21 ± 0,56) %, а водосвязывающая способность самая низкая -(33,14 ± 0,56) %.

Сухой остаток исследуемых образцов варьировался в зависимости от количества вносимой пищевой добавки, чем больше концентрация порошка свеклы в продукте, тем выше показатель (см. табл. 2). Показатель титруемой кислотности (см. табл. 2) у всех образцов находился в пределах допустимых значений по требованиям ГОСТ 31981-2013 [11].

Микробиологический анализ (рис. 4) показал, что наибольшее количество молочнокислых микроорганизмов содержалось в

Рис. 3. Изменение физико-химических показателей образцов при хранении: a – плотность, b – синерезис, с – вязкость, d – водосвязывающая способность

Таблица 2

Физико-химические показатели образцов при хранении

Образец Время хранения Кислотность, °Т Сухой остаток, % № Концентрация свеклы, % Контрольный 0,000 1 сутки 78,1 ± 0,0 11,88 ± 0,43 7 суток 82,2 ± 0,3 11,78 ± 0,23 1 0,125 1 сутки 80,4 ± 0,1 11,99 ± 0,17 7 суток 74,2 ± 0,3 11,40 ± 0,22 2 0,250 1 сутки 83,8 ± 0,3 12,26 ± 0,33 7 суток 84,3 ± 0,5 11,85 ± 0,13 3 0,375 1 сутки 75,9 ± 0,3 12,77 ± 0,24 7 суток 76,7 ± 0,3 11,92 ± 0,30 4 0,500 1 сутки 76,3 ± 0,4 12,91 ± 0,53 7 суток 77,3 ± 0,1 12,38 ± 0,41 образцах № 2–4, что связано, вероятно, с наличием в них экзогенных полисахаридов свеклы. Таким образом, добавление порошка свеклы в молоко привело к созданию наиболее благоприятных условий для развития и жизнедеятельности молочнокислых микроорганизмов закваски. Такие результаты микробиологического анализа подтверждают высказанное предположение о высокой скорости кислотонарастания в процессе сквашивания

(см. рис. 1). Однако результат микробиологического анализа образца № 4 на первые сутки хранения выпадает из общей зависимости.

Теоретические расчеты изменения пищевой ценности образцов йогуртов показали, что при добавлении свеклы повышается содержание белков, углеводов, а также витамина С и минералов в готовом продукте (табл. 3). Анализируя результаты расчетов степени удовлетворения суточной потребности в микронут-

■ 1 cyr ■ 7 cyr

Рис. 4. Результаты микробиологического анализа

Контрольный Образец № 1 Образец № 2 Образец № 3 образец

Таблица 3

Пищевая ценность образцов йогурта

Нутриент Образец Контрольный № 1 № 2 № 3 № 4 Концентрация свеклы, % 0,000 0,175 0,250 0,375 0,500 Белки, г 2,94 2,95 2,96 2,97 2,99 Жиры, г 2,44 2,44 2,44 2,44 2,44 Углеводы, г 3,15 3,22 3,29 3,36 3,43 B мг 0,10 0,10 0,10 0,10 0,10 С, мг 0,85 0,89 0,94 0,99 1,03 РР, мг 0,07 0,07 0,07 0,07 0,07 К, мг 127,02 129,28 131,54 133,80 136,06 Fe, мг 0,08 0,09 0,10 0,10 0,11 Na, мг 42,00 42,51 43,01 43,52 44,02 Mg, мг 11,76 11,93 12,11 12,28 12,45 P, мг 75,60 75,94 76,27 76,61 76,95 Ca, мг 104,40 104,69 104,98 105,27 105,56 Энергетическая ценность, ккал 47,7 48,0 48,3 48,6 49,0 риентах важно отметить, что свекольная пищевая добавка может быть использована в качестве источника такого важнейшего для организма человека минерала, как железо (см. рис. 5).

требованиям ГОСТ 31981 [11]. При этом можно сделать вывод, что использование свеклы для приготовления йогурта позволяет повысить его пищевую ценность и содержание витамина С, натрия, кальция, магния,

■ Контрольный образец

■ Образец с концентрацией порошка свеклы 0,125 %

■ Образец с концентрацией порошка свеклы 0,250 %

■ Образец с концентрацией порошка свеклы 0,375 % □ Образец с концентрацией порошка свеклы 0,500 %

Рис. 5. Степень удовлетворения суточной потребности в микронутриентах

Полученные нами результаты анализа содержания железа в контрольном образце и в образце № 4 (с максимальной концентрацией свеклы) подтвердили теоретические расчеты и предположение о том, что свекла является ценнейшим источником железа. Так, установлено, что содержание железа в контрольном образце – (0,1833 ± 0,0081) мг/100 г, в образце № 4 с максимальным содержанием свеклы – (0,2320 ± 0,0197) мг/100 г. Использование пищевой добавки на основе порошка свеклы позволило получить обогащенный витаминами и минералами кисломолочный продукт, в котором содержание железа увеличено на 27 %. Однако стоит отметить, что полученные экспериментальные данные и результаты теоретического расчета несколько отличаются, что может быть связано с погрешностями и округлениями расчетов, а также с усредненными данными пищевой ценности порошка свеклы.

Выводы

Таким образом, в результате проведенных исследований был получен кисломолочный продукт, обогащенный немолочным растительным компонентом, соответствующий фосфора, калия и железа. Установлено оптимальное количество добавляемого порошка свеклы – 0,250 или 0,375 %. Йогурты с таким содержанием свеклы обладают приятными цветом, вкусом, запахом и консистенцией, по физико-химическим показателям они превосходят контрольный образец. Внесение порошка свеклы в меньших количествах нерационально, так как не приводит к существенному изменению пищевой ценности и вкусовых качеств. А более высокая концентрация порошка свеклы в йогурте приводит к ухудшению органолептических и физико-химических показателей йогурта. При планировании технологического процесса производства йогурта с добавлением порошка свеклы необходимо учитывать сокращение времени сквашивания молока, что позволит снизить энергетические затраты.

Выражаем благодарность кафедре аналитической химии химико-технологического института УрФУ им. Б.Н. Ельцина за помощь в проведении анализа по количественному определению содержания железа и предоставлении необходимой аппаратуры.