Исследование структурно-механических свойств пробиотического напитка с добавлением гречневой муки и какао

В условиях нестабильности международных политических и экономических отношений, а также мирового кризиса на фоне пандемии коронавируса COVID-19 актуальным является вопрос продовольственной безопасности России. Специалисты молочной промышленности могут внести свой вклад в стабильное обеспечение населения высококачественными продуктами, в том числе путем создания новых обогащенных продуктов на молочной основе [1, 2, 3].

К перспективным направлениям молочной отрасли относится комбинирование сырья животного и растительного происхождения [4, 5]. Например, введение в молочную основу сырья зерновых культур ведет, с одной стороны, к снижению стоимости продуктов, а с другой – способствует компенсации недостатка пищевых волокон, витаминов, минеральных и биологически активных веществ в рационе.

При грамотном проектировании состава молочно-злаковые системы могут соответствовать формуле сбалансированного питания и являться благоприятной средой для развития заквасочной микрофлоры. Внесение злаковых добавок позволяет сократить процесс сквашивания, экономить молочный белок, снизить трудоемкость, энергоемкость и себестоимость, улучшить пищевую и биологическую ценность ферментированных продуктов [5].

Цель данной работы – исследовать реологические свойства и структурно-механические характеристики молочно-растительных сгустков, полученных сквашиванием. Объектами исследования служили опытные и контрольные образцы кисломолочного напитка на основе обезжиренного молока и пахты с добавлением гречневой муки и какао.

Вкус и внешний вид образцов после сквашивания и через 7 дней хранения оценивали визуально и органолептически. Консистенция свежих образцов и образцов на 7 сутки хранения также была изучена на ротационном вискозиметре Fungilab SMART серии R c использованием измерительного устройства S2.

В качестве основного сырья использованы обезжиренное молоко и пахта, предоставленные АО «Учебно-опытный молочный завод» ВГМХА им. Н.В. Верещагина. Как источник растительного белка, пищевых волокон, натуральных минеральных элементов и витаминов в составе рецептуры использованы гречневая мука (ООО «ХЛЕБЗЕРНОПРОДУКТ», г. Таганрог, Ростовская область) и какао-порошок алкализованный с пониженным содержанием жира (Barry Callebaut Cocoa, Гамбург, Германия).

Научный интерес в данной работе представляет влияние пищевых волокон и других гидроколлоидов, содержащихся в растительном сырье, на технико-функциональные свойства молочных сгустков.

Пищевые волокна, содержащиеся в гречневой муке, представлены пектином и лигнином, целлюлозой и гемицеллюлозой. Именно эти вещества гречневой муки признают биологически значимыми при оказании оздоравливающего и очищающего эффекта на организм человека [6].

Пищевые волокна гречихи могут образовывать соединения с тяжелыми металлами и холестерином, тем самым подавлять образование опухолевых клеток, способствовать улучшению работы желудочнокишечного тракта, предупреждать диабет, рак кишечника, ожирение и другие заболевания [7]. Благодаря большому количеству пищевых волокон, гречневая мука улучшает моторику кишечника, нормализует процесс пищеварения.

С точки зрения технологического процесса пищевые волокна гречихи обладают определенными гидрофильными свойствами [8], что может оказать положительный эффект на синеретическую устойчивость сгустков, получаемых путем молочнокислого сквашивания. В процессах адсорбции свободной воды, отделяемой при коагуляции казеина, важнейшую функциональную нагрузку выполняют аморфные области целлюлозы, гемицеллюлоз и других нецеллюлозных полисахаридов, благодаря которым практически все их гидроксильные группы доступны для связывания с молекулами воды [9].

Технологически значимо наличие в грече линейной амилозы и разветвленного амилопектина, в результате чего гречневая мука проявляет способность к клейстеризации и гелеобразованию. Гречневая мука после клейстеризации характеризуется достаточно высоким содержанием резистентного крахмала, оказывающего положительное влияние на метаболизм углеводов в организме человека, что ценно в плане постепенного высвобождения глюкозы и предотвращения развития диабета [10].

Существенное значение при гелеобразовании систем, содержащих муку, имеет не только крахмальная, но и белковая фракция. Процесс образования белковых гелей связан с возникновением контактов коллоидной природы между частицами дисперсной фазы, в результате которых образуется пространственная биополимерная сетка [11].

Хорошим источником растительного белка и достаточно высокоэнергетическим продуктом (289 ккал в 100 г) является какао-порошок. Кроме того, какао-порошок может служить источником фенилэтила-мина, серотонина, триптофана, насыщенных и ненасыщенных жирных кислот (пальмитиновая, стеариновая, лауриновая, линолевая) и пищевых волокон. Все перечисленные соединения обладают своими липо- и гидросвязывающими свойствами [12].

Проведенные ранее исследования позволили установить количественное соотношение молочных и немолочных компонентов для базовой рецептуры, включающей гречневую муку и какао. Рецептурный состав опытных образцов представлен в таблице 1 [4].

Таблица 1 – Рецептурный состав молочно-растительной смеси для пробиотического напитка

Наименование ингредиента       Количество сырья, %

Обезжиренное молоко	45
Пахта	45
Мука гречневая	3
Какао-порошок	2
Сахароза	5

При указанном соотношении ингредиентов пищевая ценность 100 г продукта характеризуется следующими показателями: массовая доля жира 0,5 %, массовая доля белка 3,8 % и массовая доля углеводов 11,0 %, а энергетическая ценность составляет 280 кДж, или 65 ккал.

В таблице 2 представлены составы заквасок, использованных для получения опытных моделей. В качестве контрольного образца использовали вариант с закваской на кефирных грибках.

Таблица 2 – Варианты заквасочных микроорганизмов в образцах

Образец	Закваска на кефирных грибках	Бифидобактерии прямого внесения	Мезофильные микроорганизмы	Термофильные микроорганизмы
Контроль	+	-	-	-
Опыт 2	-	+	-	-
Опыт 3	-	+	+	-
Опыт 4	-	+	-	+

Подготовленные в соответствии с рецептурой образцы имели об- щее содержание сухих веществ (17,5±0,1) %. Опытные смеси пастеризовали при температуре (92±2) °С и охлаждали до температуры заквашивания (37±2) °С. Производственную закваску вносили в смесь в количестве 5 % от объема пробы. Продолжительность сквашивания опытных образцов составила 6-7 часов.

Контрольные образцы готовили аналогичным способом, но процесс сквашивания осуществляли при температуре (20±2) °С в течение 10‒12 часов. Количество производственной закваски на кефирных грибках также составляло 5 % от объема смеси.

В готовых сгустках определяли активную кислотность как важнейший показатель производства кисломолочных продуктов, влияющий на технологический процесс и на органолептические показатели продукта. До заквашивания рН подготовленных контрольных и опытных образцов молочно-растительных смесей составляла 6,5‒6,6.

По окончании сквашивания консистенция опытных образцов была однородной. Образцы, полученные при использовании заквасок Bifidobacterium, а также в комбинации Bifidobacterium и Lactococcus lactis subsp. и Bifidobacterium Streptococcus salivarius ssp. thermophilus обладали более вязкой, густой консистенцией по сравнению с контрольным вариантом, сквашенным закваской на кефирных грибках.

Через 7 дней холодильного хранения при (4±2) °С характеристики консистенции опытных и контрольных вариантов несколько изменились. В образцах, полученных при комбинировании Bifidobacterium с Streptococcus salivarius ssp. thermophilus , наблюдали незначительный осадок, который после перемешивания равномерно распределялся по всему объему продукта.

В таблице 3 показано изменение активной кислотности опытных и контрольных образцов в процессе хранения при (4±2) °С и итоговые оценки образцов по показателю «консистенция».

Таблица 3 – Результаты органолептический оценки консистенции и изменение активной кислотности (рН) образцов в процессе хранения

Образец	Свежевыработанные Консистенция, балл         р		Через 7 дней хранения Консистенция, балл         р
Контроль	3,10±0,1	5,02±0,02	2,7±0,2	4,62±0,03
Опыт 2	4,6±0,2	4,61±0,01	4,4±0,1	4,32±0,01
Опыт 3	4,6±0,1	4,64±0,03	4,6±0,2	4,33±0,02
Опыт 4	4,9±0,1	4,58±0,01	3,0±0,1	4,25±0,03

На рисунке 1 представлены диаграммы, характеризующие эффективную вязкость образцов сразу после сквашивания и по окончании предполагаемого срока годности.

■ свежевыработанные образцы

■ образцы на 7 сутки хранения

Рисунок 1 — Изменение эффективной вязкости образцов, сквашенных заквасками:

1 – на кефирных грибках (контроль); 2 – Bifidobacterium; 3 – Bifidobacterium и Lactococcus lactis subsp.; 4 – Bifidobacterium и Streptococcus salivarius ssp. thermophilus

На данной диаграмме видно, что вязкость всех опытных образцов была значительно выше, чем в контрольных образцах. Эти данные коррелируют с результатами органолептической экспертизы, поскольку в опытных образцах значение рН было близким к значению изоэлектрической точки, что говорит о коагуляции казеина.

Более высокие оценки за показатель «консистенция», как видно из таблицы 3, получили все опытные образцы, поскольку им была присуща характерная для большинства сквашенных молочных продуктов вязкая структура. Здесь также прослеживается взаимосвязь между вязкостью и значением активной кислотности образцов. В свежих контрольных моделях, полученных на кефирной закваске, сразу после изготовления не было достигнуто значение изоэлектической точки казеина (рис. 1), несмотря на более длинный процесс сквашивания, а полученный сгусток был менее вязким и несформированным в отличие от опытных образцов. После хранения консистенция контрольных образцов, по мнению дегустаторов, имела такой недостаток, как неоднородность. Также, несмотря на достигнутое значение изоэлектрической точки казеина, вязкость контрольных образцов резко снизилась почти в два раза.

Уменьшение вязкости после холодильного хранения наблюдали и в образцах с применением комбинации Bifidobacterium и Lactococcus lactis subsp. Следует отметить, что наблюдаемая особенность – снижение вязкости сквашенных образцов по мере хранения не характерно для систем, где присутствует несколько видов гидроколлоидов, которые с течением времени обычно склонны набухать и способствовать загущению систем. В образцах, сквашенных с Bifidobacterium и комбинацией Bifidobacterium и Streptococcus salivarius ssp. thermophilus, после холодильного хранения вязкость закономерно возросла. Такое отличие в изменении вязкости образцов, по-видимому, может быть обусловлено, как численностью жизнеспособных клеток заквасок, так и синтезом разного рода метаболитов, образующихся в результате жизнедеятельности микроорганизмов.

Дальнейшие исследования физико-механических показателей выявили отличия прочности структур образцов (рис. 2 ).

б

а

Рисунок 2 — Показатели устойчивости образцов 1 (контроль);

2 ( Bifidobacterium ) ; 3 ( Bifidobacterium и Lactococcus lactis subsp. ) ; 4 ( Bifidobacterium и Streptococcus salivarius ssp. Thermophilus )

к механическому воздействию:

а – свежевыработанные, б – на 7 сутки хранения

Как видно на рисунке 2, наибольшую потерю вязкости наблюдали в образцах с применением Bifidobacterium . В тех же условиях опытные образцы, сквашенные комбинацией Bifidobacterium и Streptococcus salivarius ssp. thermophilus , и сразу после получения, и по окончании хранения имели наименьшую потерю вязкости. Это исследование показывает, что Bifidobacterium необходимо сочетать с представителями молочнокислой флоры, чтобы достичь необходимых прочностных характеристик молочно-растительной системы.

Исследуемые показатели потери вязкости имеют большое значение как для технологов, так и для потребителей, поскольку косвенно говорят о способности полученных сгустков сохранять структуру и противостоять механическим воздействиям в технологическом потоке. Таким образом, с точки зрения реологических свойств и структурномеханических характеристик молочно-растительных сгустков использование комбинации заквасок Bifidobacterium и Streptococcus salivarius ssp. thermophilus наиболее целесообразно в технологии пробиотического напитка с добавлением гречневой муки и какао.

Материал подготовлен в рамках Государственного задания № FGMF-2022-0002.