Изучение реологических характеристик молочных продуктов для персонализированного питания

В настоящее время в Российской Федерации начата реализация программы Фуднет – это своего рода «дорожная карта» развития сельского хозяйства в стране на базе высоких технологий. В дальнейшем она должна стать основой нового рынка в АПК на базе ультрасовременных технологий, которые могут быть применены как в сельском хозяйстве в целом, так и в перерабатывающей промышленности в частности.

Новый рынок Фуднет будет формироваться под воздействием роста требований потребителей и расширения возможностей производства высококачественной продукции на основе интеллектуализации, автоматизации и роботизации технологических процессов на всем протяжении цикла от производства до потребления.

Важнейшим драйвером изменений рынка Фуднет является понимание изменений опыта и предпочтений в вопросе здоровья, натурального и полезного питания [1].

Персонализированное питание является научным подходом к индивидуальному здоровью каждого человека. В рамках этого подхода особое внимание уделяют категории функциональных продуктов, или «better-for-you» ‒ инновационному поколению продуктов с добавленной пользой для организма.

Отечественная молочная промышленость, с учетом современных трендов, производит широкий ассортимент функциональных продуктов, в первую очередь – кисломолочных [2].

Кисломолочные продукты являются структурированными системами, частицы дисперсной фазы которых взаимодействуют друг с другом, образуя сетчатую структуру, и придают системе более или менее ярко выраженные свойства твердого тела. Их консистенция и структура в значительной степени зависят от состава и свойств молока, условий хранения молока, вида и активности исходных ассоциатов заквасочных культур, режимов пастеризации, гомогенизации, других технологических факторов [3, 4].

В связи с возрастающей необходимостью производства кисломолочных продуктов, обогащенных различными пищевыми добавками, с целью удовлетворения потребностей в продуктах различных категорий населения возникает задача глубокого изучения состава, структурно-механических и функциональных свойств [5].

В настоящее время в молочной промышленности широко используются ингредиенты с доказанным пребиотическим эффектом, позволяющие регулировать вязкость продуктов на различных этапах технологического процесса, предотвращать синерезис при их хранении, благодаря повышению влагоудерживающей способности молочно-белкового сгустка, повышать его прочностные свойства без увеличения содержания жира, что дает возможность вырабатывать с их помощью продукты пониженной калорийности [6].

Пектины – растительные полисахариды сложного строения с молекулярной массой 20–300 кДа. Основной составной частью их молекулы является D-галактуроновая кислота, соединенная α-1,4-гликозидными связями в нитевидную молекулу пектиновой кислоты. Часть карбоксильных групп пектиновых молекул этерифицирована метанолом, а часть вторичных спиртовых групп ацетилирована. Чистый пектин при употреблении с пищей не создает энергетического запаса в организме человека, т.е. является нейтральным [7, 8].

Употребление пищевых продуктов с добавлением пектина позволяет снизить аллергическое, токсикологическое и таксономическое воздействие среды, регу- лирует обмен веществ и функции органов пищеварения. Кроме того, попадая в кишечник, пектиновые вещества сдвигают рН среды в более кислую сторону, оказывая бактерицидное действие на болезнетворные бактерии [9].

Лактитол (4-О-бета-D-галактопиранозил-D-сорбит) ‒ рыночное название «Лактит», «Лакти», «Лакти-М» ‒ структурообразующий сахарозаменитель (полиол), с низким гликемическим индексом, полученный из лактозы путем уменьшения части глюкозы данного дисахарида.

Доказано, что лактитол избранно действует на бифидобактерии и лактобациллы, это в целом вызывает понижение уровня рН толстой кишки за счет снижения роста гнилостных бактерий, отвечающих за синтез проканцерогенных ферментов [10].

Целью проводимых научных исследований является изучение структуры разрабатываемых молочных продуктов для персонализированного питания.

Объекты исследования:

• -    биопродукт «Омский-1», в состав которого входят: молоко, микробный консорциум КТСБ и КП (в соотношении 1:7) и лактитол;

• -    биопродукт «Омский-2», в состав которого входят: сливки, бактериальный концентрат «ВМС–30» GENESIS laboratories и пектин SLENDID ®Тип200.

Реологические исследования структурно-механических свойств биопродуктов проводили на ротационном вискозиметре «Реотест-2». Показания регистрировали при увеличении и последующем уменьшении градиента скорости сдвига (верхняя и нижняя петля гистерезиса) в интервале (0,33 - 185,8) с- 1 и (3,0 – 1312) с-1 соответственно. Температура исследуемых биопродуктов при изучении реологических характеристик составляла 20 ºС.

Для кисломолочных продуктов вискозиметрические данные, аппроксимируемые уравнением Оствальда-де Вале, обрабатывают на графиках в консистентных переменных, с расчетом параметров напряжения сдвига и динамической вязкости.

Результаты проведенных исследований зависимости напряжения сдвига от скорости сдвига биопродуктов «Омский-1 и «Омский-2», содержащих в своем составе пребиотики лактитол и пектин (соответственно), представлены на рис. 1 и 2 .

На рисунках представлено изменение значений напряжения сдвига от скорости сдвига исследуемых биопродуктов. Анализ данных показал, что изучаемые биопродукты «Омский-1» и «Омский-2», обогащенные лактитолом и пектином по сравнению с контрольными образцами, характеризуются более высокой степенью структурированности, что связано с физико-химическими свойствами вносимых пребиотических ингредиентов, воздействие которых основано на осмотическом и снижающем рН механизме действия.

t Биопродукт "Омский-1" (контроль) ф Биопродукт "Омский-1" (лактитол)

Рисунок 1 ‒ Зависимость напряжения сдвига от скорости сдвига биопродукта «Омский-1»

—»— Биопродукт "Омский-2" (контроль) ф Биопродукт "Омский-2" (пектин)

Рисунок 2 ‒ Зависимость напряжения сдвига от скорости сдвига биопродукта «Омский-2»

Исследования зависимости напряжения сдвига от его скорости, представленные на рис. 1 и 2, демонстрируют, что кривые течения имеют форму петель гистерезиса, свидетельствующих о частичном восстановлении структуры продуктов.

Зависимость динамической вязкости от напряжения или скорости сдвига счи- тают основной характеристикой структурно-механических свойств дисперсных систем, описывающей равновесное состояние между процессами восстановления и разрушения структуры в установившемся потоке. Результаты исследования изменения вязкости от скорости сдвига в исследуемых образцах представлены на рис. 3 и 4.

I Биопродукт "Омский-1" (контроль) ■ Биопродукт "Омский-1" (лактитол)

Рисунок 3 ‒ Зависимость динамической вязкости от скорости сдвига биопродукта «Омский-1»

Ст    1

Биопродукт "Омский-2" (контроль) Биопродукт "Омский-2" (пектин)

Рисунок 4 ‒ Зависимость эффективной вязкости от градиента скорости сдвига в биопродукта «Омский-2»

При математической обработке экспериментальных данных получены уравнения регрессии, описывающие зависимость динамической вязкости (y) от скорости сдвига (x), представленные в таблице .

Регрессионный анализ зависимости эффективной вязкости от градиента скорости сдвига биопродуктов

Варианты исследований	Уравнение регрессии	Коэффициент детерминации (R2)
Биопродукт «Омский-1» (контроль)	y = 0,1901x + 3,1292	R2 = 0,9983
Биопродукт «Омский-1» (лак-титол)	y = 0,2664x + 1,3667	R2 = 0,9997
Биопродукт «Омский-2» (контроль)	y = -0,2311Ln(x) + 3,0919	R2 = 0,9915
Биопродукт «Омский-2» (пектин)	y = -0,3875Ln(x) + 4,2271	R2 = 0,9959

При анализе экспериментальных данных, представленных на рис. 3 и 4 установлено, что исследуемые биопродукты по своим структурно-механическим свойствам относятся к неньютоновским жидкостям. Кроме того, вносимые пребиоти-ческие ингредиенты в значительной степени влияют на динамическую вязкость и степень структурированности исследуемых объектов. Повышение вязкости наблюдается при небольших скоростях деформации, когда структура исследуемых биопродуктов не разрушена. При больших нагрузках каркас системы разрушается, что приводит к уменьшению искомого показателя.

В соответствии с классификацией академика П.А. Ребиндера структуру биопродуктов можно отнести к коагуляционной, которая образуется путем сцепления дисперсных частиц через тончайшие остаточные прослойки свободной или адсорбционно-связанной с ними дисперсионной среды.

Для коагуляционных структур характерны тиксотропия (самовосстановление структуры после механического разрушения, однако появляющиеся при этом связи менее прочные, чем исходные, за счет образования новых структурных ассоциатов) и синерезис (самопроизвольное уплотнение структуры и выделение сыворотки) [8].

Тиксотропия коагуляционных структур позволяет в условиях практически однородного сдвига получать реологические кривые зависимости динамической вязкости от напряжения сдвига, т.е. от равновесной степени разрушения структуры [11, 12].

Необходимо отметить, что разработанные продукты относятся к структурированным дисперсным системам, которые имеют сплошной пространственный каркас, образующийся в результате соприкосновения частиц дисперсной фазы при определенной концентрации.

Таким образом, внесение в биопродукты пребиотических ингредиентов (лак-титола и пектина) повышает не только функциональность биопродуктов, но и улучшает их структурно-механические свойства.