Кисломолочные продукты с экструдированными зерновыми основами

Пищевые продукты на зерновой основе играют существенную роль в питании человека [1]. Продукты на основе злаков содержат растворимые и нерастворимые пищевые волокна, которые, уменьшая уровень холестерина, снижают риск сердечно-сосудистых заболеваний, а также

стабилизируют пищеварительные функции, предупреждая заболевания желудочно-кишечного тракта. Зернопродукты снабжают организм человека не только энергией, но и белком – на 30–40%, витаминами группы В на 50–60%, витамином Е на 80% [2,3].

This is an open access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution 4.0 International License

В мировой практике одним из распространенных способов корректировки состава продуктов стало комбинирование сырья с компонентами растительного и животного происхождения. Животные белки биологически наиболее ценны, однако, их производство высокозатратно. Особый интерес в этом отношении представляют зерновые и зернобобовые культуры. Основная ценность большинства зерновых культур заключается в высоком содержании в них растительного белка и углеводов, которые представлены в виде крахмала, а также минеральных веществ. За счет них обеспечивается не менее 40 процентов суточной потребности в белке [4–6].

Анализ литературных источников по использованию зерновых продуктов в кисломолочных продуктах питания показал, что существуют следующие способы и технологии:

• •    способ получения функционального кисломолочного продукта, который содержит молочно-белковую основу, зерновой наполнитель – фитомиллы овса наноструктурного растительного происхождения, обезжиренное молоко, свекловичный сахар или сироп лакто-лулозы. В разработанной технологии применяется в качестве пищевой добавки растительное сырье, фитомиллы, получаемые из цельного зерна (семян) овса, с частичным удалением зернового ядра (KZ инновационный патент № 24983, опубл. 15.12.2011);

• •    способ получения детского кисломолочного продукта «Томпак», который содержит белки растительного происхождения, пищевые волокна, пектиновые вещества при следующем соотношении компонентов (кг на 1 т продукта): молоко, закваска, пюре из яблок, пюре из тыквы, отвар крупы рисовой или гречневой, сахарный сироп, комплекс витаминов 669–729/50/150/90/ 100/30/1. (KZ предварительный инновационный патент № 9871, опубл. 15.02.2001);

• •    способ производства кисломолочного продукта «Балкоже», который содержит нормализованное молоко, крупяную основу, закваску, соль, мед, а в качестве крупяной основы – пшенное пюре. Пшенное пюре готовится на молочной основе при соотношении пшена и нормализованного молока 1:6. В качестве закваски используют симбиоз трех кисломолочных культур Lactobacillus acidophilus , Streptococcus thermophilus , Bifidumlongum В379М в соотношении 2:2:1. (KZ предварительный инновационный патент № 7952, опубл. 15.09.1999);

• •    способ получения майонеза с использованием сухого обезжиренного молока, растительного масла, сахара, соли, муки из зерновых

  post@vestnik-vsuet.ru культур, воды, бактериальных культур с проведением процессов перемешивания, нагревания до температуры пастеризации, пастеризации, охлаждения, гомогенизации, повторного охлаждения, введения закваски, сквашивания, дозировки и расфасовки. В качестве бактериальной закваски используют культуры В. longum В379М, Str. thеrmoрhilus , Lbm.yоgurti , взятые в соотношении 2:2:1. В качестве муки зерновых культур используют муку пшеничную второго сорта (KZ предварительный инновационный патент № 5436, опубл. 15.12.1997).

Однако, анализ источников не позволил определить новые кисломолочные продукты, созданные на основе экструдированных зерновых основ.

В то же время, применение экструзионной технологии значительно расширяет ассортимент сбалансированных по составу пищевых продуктов при производстве как компонентов создаваемых новых продуктов питания, так и конечных продуктов.

При этом анализ показал, что экструдиро-вание зерна – одна из наиболее прогрессивных видов технологий в современной пищевой промышленности. Преимущество экструзии состоит в том, что она максимально сохраняет биологически активные вещества перерабатываемого сырья, заменяет сложное оборудование и многие периодические процессы на непрерывные. Экструзия – идеальный технологический процесс для обогащения продуктов белками и волокнами, витаминами, минеральными веществами и другими добавками. В странах с развитой пищевой промышленностью отмечен рост потребления экструдированных пищевых продуктов [7–9]. В пищевой индустрии экструзию можно использовать при разработке новых продуктов питания с программируемыми свойствами. Экструзионные продукты имеют высокие потребительские свойства, хорошую усвояемость, низкую обсемененность микроорганизмами, обладают повышенной устойчивостью к окислению и предназначены для самых широких слоев населения.

Поэтому представляет огромный интерес изучение возможности использования экструдированных зерновых основ для производства кисломолочных продуктов, т. к. в условиях современного производства кисломолочных продуктов технологии включают применение различных пищевых ингредиентов с целью корректировки технологических параметров, а также органолептических и физико-химических характеристик. Перспективным направлением в создании новых пищевых продуктов, по мнению специалистов, является комбинирование молочного и растительного сырья, что будет способствовать их взаимному обогащению и регулированию химического состава готового продукта [10, 11]. Поэтому разработка новых кисломолочных продуктов, обогащенных растительными компонентами, обладающих высокими потребительскими свойствами, позволит расширить ассортимент продукции, увеличить объемы производства и обеспечить здоровое питание населения [12].

Материалы и методы

Объекты исследований – экструдированные зерновые основы из зерна гречихи, проса, чечевицы и нута, кисломолочные продукты с экструдированными зерновыми основами из зерна гречихи, проса, чечевицы и нута.

По результатам исследований за 2019 год были определены 4 вида экструдированных зерновых основ из зерна гречихи, проса, чечевицы и нута, определенных как основы для кисломолочных продуктов.

А) Разработка рецептур кисломолочных продуктов проведена методом планирования полного факторного эксперимента 2 ³ второго порядка, в результате которых определены оптимальные соотношения компонентов кисломолочных продуктов питания с использованием экструдированных зерновых основ.

На начальном этапе сделан выбор переменных, выбор факторов. Проводился эксперимент типа 2 ³ , где число факторов k=3, число уровней р=2. Описание плана эксперимента представлено в таблице 1.

Таблица 1.

Описание плана ПФЭ 23

Table 1.

Description of the PFE 23 plan

Число факторов n | Number of factors n	3
Число опытов плана N | Number of plan experiments N	20
Число опытов в нулевой точке N 0 | Number of experiments at the zero point N 0	6
Число коэффициентов уравнения | Number of equation coefficients	10
a	1,682

Факторы, функция отклика и численные значения факторов при разработке рецептуры кисломолочных продуктов с экструдирванными зерновыми основами выбраны: X 1 – время сквашивания, мин (180–300); X 2 – температура сквашивания, °C (32-37); X ₃ - количество вносимой зерновой основы, г (8–10); Y – кислотность, °Т.

Значение уровней факторов при разработке рецептуры кисломолочных продуктов с использованием экструдированных зерновых основ выбрано в соответствии с анализом литературы [13,14].

Значение уровней факторов выбрано в соответствии с анализом литературы [13,14].

По результатам планирования экспериментов получена математическая модель зависимости функции отклика у от принятых факторов. Вид зависимости описывается уравнением:

У = ^Ь 0 ^{+ Ь} 1 x 1 ^{+ Ь} 2 x 2 ^{+ Ь} 3 x 3 ^{+ Ь} 11 ( x 1 )   ^{+ Ь} 22( x 2 ^{) 2 +}

^{+ Ь} 33 ⁽ x 3 ) ^{2 + Ь} 12 x 1 x 2 ^{+ Ь} 13 x 1 x 3 ^{+ Ь} 23 x 2 x 3

где b i – коэффициенты уравнения.

После получения математической модели производится проверка значимости (отличия от нуля) коэффициентов модели и ее адекватность.

Проверка коэффициентов на значимость производится с помощью критерия Стьюдента (t-критерия), который рассчитывается по формуле:

t i = | b i |/ ^ { b .} ,

где b i – i -й коэффициент математической модели, S { b i } – среднеквадратическое отклонение в определении коэффициентов.

Среднеквадратическое отклонение в определении коэффициентов функции отклика рассчитывается по формуле:

Z ( y,- y )²

5} =  ----------- n - 1

где Y – среднее арифметическое значение параметра оптимизации из пяти повторных опытов.

Дисперсия воспроизводимости в параллельных опытах рассчитывается по формуле:

Nm

⁵ » =V, ^ZZ ( y f - y u )², ⁽⁴⁾ N ⁽ m ^- 1) u = 1 j = 1

где N – количество опытов в плане, m – количество параллельных измерений в каждом опыте, y uj – значение выходного параметра в u -ом опыте, j -ом параллельном замере, y u – среднее значение выходного параметра в u -ом опыте.

Расчетное значение t-критерия сравнивается с табличным t табл для выбранного уровня значимости (в нашем случае, 5%) и данного числа степеней свободы N ( m -1). При табл t i < t табл коэффициент b i считается незначимым.

Проверка адекватности математической модели производится по критерию Фишера ( F -критерий). Расчетное значение F -критерия сравнивается с табличным F табл . При F < F табл уравнение математической модели считается адекватным.

По полученным математическим моделям рассчитывается рецептура кисломолочных продуктов при молочной основе – молока жирностью 2,5 и 3,2% с использованием экструдированнх зерновых основ.

Б) Проведение оценки пищевой, энергетической ценности и безопасности кисломолочных продуктов питания с применением готовых зерновых основ.

Для оценки органолептики кисломолочного продукта с экструдированными зерновыми основами из зерна гречихи, проса, чечевицы и нута и их композитами использовали метод органолептической оценки, позволяющий оценить пищевые продукты в баллах. Совокупность численных значений, объединяющая оценку свойств продуктов в заданном диапазоне качества, образует шкалу баллов. С помощью 5-ти балльной шкалы были оценены: вкус, запах, консистенция, цвет (таблица 2).

При определении вкуса и запаха основное внимание обращали на чистоту запаха, отсутствие посторонних привкусов и запахов, а также на выраженность вкуса. Консистенцию определяли при наполнении экспериментального стакана. Цвет напитков определяли, наливая в стакан и рассматривая при рассеянном свете, обращая внимание на отсутствие посторонних оттенков [15].

Таблица 2.

Table 2.

Система пятибалльной оценки

Five-point rating system

Градация Graduation	Балл Point	Качество, % Quality	Качество Quality
5	5	80–100	Высокое | High
4	4	60–80	Выше среднего | Above the average
3	3	40–60	Среднее (удовлетворительное) Average (satisfactory)
2	2	20–40	Неудовлетворительное Unsatisfactory
1	1	0–20	Очень плохое (неприемлемое) Very bad (unacceptable)

В универсальной системе достаточно четырех уровней положительного качества и пятый – неудовлетворительная оценка. Этим требованиям отвечает пятибалльная шкала, в которой предусмотрены оценки целыми числами: 5 – отличное качество, 4 – хорошее, 3 – вполне удовлетворительное, 2 – удовлетворительное, 1 – неудовлетворительное.

Физико-химические и микробиологические показатели проводили по следующим НД: ГОСТ 23327–98 «Молоко и молочные продукты. Метод измерения массовой доли общего азота по Кьельдалю и определение массовой доли белка»; ГОСТ 5867–90 «Молоко и молочные продукты. Методы определения жира»; Определение массовой доли углеводов по методу Wende; ГОСТ 3626–73 «Молоко и молочные продукты. Методы определения влаги и сухого вещества»; ГОСТ 3624–92 «Молоко и молочные продукты. Титриметрические методы определения кислотности»; ГОСТ 3623–2015 «Молоко и молочные продукты. Методы определения пастеризации»;

Рисунок 1. Зависимость поверхности отклика у (кислотности) от количества внесенной зерновой основы из гречихи и температуры заквашивания в рецептуре кисломолочного продукта на молоке с жирностью 3,2%

Figure 1. Dependence of the response surface y (acidity) on the amount of the grain base made of buckwheat and the fermentation temperature in the formulation of a fermented milk product in milk with a fat content of 3.2%

ГОСТ 10444.15–94 «Методы определения количества мезофильных аэробных и факультативно-анаэробных микроорганизмов», ГОСТ 10444.11–89 «Продукты пищевые. Методы определения молочнокислых микроорганизмов»; ГОСТ 31747–2012 «Продукты пищевые. Методы выявления и определения количества бактерий группы кишечных палочек (колиформных бактерий)».

Результаты исследований

Разработка рецептур кисломолочных продуктов с экструдированнми зерновыми основами

Для разработки наиболее сбаланированных как по химическому составу, так и по органолептическим характеристикам, рецептур кисломолочных продуктов методом планирования факторного эксперимента были установлены оптимальные значения условий проведения экспериментов с определением оптимальных значений основного ингредиента – экструдированной зерновой основы.

Для этого проведены по 20 опытов в каждом из вариантов с использованием экструдированных зерновых основ из гречихи, проса, чечевицы и нута с двумя вариантами молочной основы – молока жирностью 2,5 и 3,2% – всего 160 опытов.

Получены математические модели зависимостей функции отклика от выбранных факторов, что позволило определить оптимальное соотношение ингредиентов для каждого из рассмотренных вариантов.

Так, например, математическая модель зависимости функции у при разработке рецептуры кисломолочного продукта с экструдированной зерновой основой из гречихи на основе молока жирностью 3,2% имеет следующий вид:

у = 1 2 1,87 + 3,6 x, + 8,04 x₂ + 0,7 x, + 2,44 ( x _] ) 2 +

+ 6,5 ( x ₂ )   + 2,6 ( x ₃ )   + 0,38 x_]x₂ - 3,63 x,x₃ - 0,88 x₂x₃

Графически данная математическая модель представлена на рисунках 1–3.

Рисунок 2. Зависимость поверхности отклика у (кислотности) от времени и температуры заквашивания в рецептуре кисломолочного продукта зерновой основы из гречихи на молоке с жирностью 3,2%

Figure 2. The dependence of the response surface y (acidity) on the time and temperature of fermentation in the formulation of a fermented milk product of a grain base from buckwheat in milk with a fat content of 3.2%

Рисунок 3. Зависимость поверхности отклика у (кислотности) от времени и температуры заквашивания в рецептуре кисломолочного продукта зерновой основы из гречихи на молоке с жирностью 3,2%

Figure 3. The dependence of the response surface y (acidity) on the time and temperature of fermentation in the formulation of a fermented milk product of a grain base from buckwheat on milk with a fat content of 3,2%

Полученные математические модели позволили определить рецептуры кисломолочных продуктов для каждого из изученных вариантов.

Разработанные рецептуры кисломолочного продукта включают подготовку заквашиваемой молокосодержащей зерновой смеси, пастеризацию заквашиваемой смеси, охлаждение до температуры заквашивания, внесение закваски, сквашивание и охлаждение, при этом зерновую смесь подготавливают путем смешивания разбавленного водой молока, массовая доля воды в смеси не превышает 49%, с экструдированным размолотым композитом.

Проведение оценки пищевой, энергетической ценности и безопасности продуктов питания с применением готовых зерновых основ

Была проведена органолептическая оценка полученных кисломолочных продуктов, позволяющая оценить пищевые продукты в баллах (рисунки 4, 5).

Представленные данные показывают (рисунок 4), что самую высокую оценку экспертов, оценивавших кисломолочные продукты с жирностью 2,5% с экструдированными зерновыми основами из зерна гречихи, проса, чечевицы и нута, получили образцы № 1 с экструдированными зерновыми основами из зерна гречихи и № 2 с экструдированными зерновыми основами из зерна проса. Образец № 1 имел молочный цвет с коричневыми крапинками, приятную однородную консистенцию с частицами наполнителя и выраженный кисломолочный вкус. Образец № 2 имел молочно-белый цвет, приятную однородную консистенцию с частицами наполнителя и выраженный кисломолочный вкус, и слабовыраженный вкус наполнителя.

№1КПсЭГ0(РМР with EGB)

№2КПсЭП0(РМР with EGM)

№4КПсЭН0(РМР with EGC)

№ЗКПсЭЧО(РМР with EGL)

----Цвет Color            -—Запах Smell

►--•Вкус Taste              ----Внешний вид Appearance

Рисунок 4. Оценка кисломолочных продуктов с экструдированными зерновыми основами из зерна гречихи, проса, чечевицы и нута на молочной основе с жирностью 2,5% (в баллах)

Figure 4. Evaluation of dairy products with extruded grain bases from buckwheat, millet, lentils and chickpeas based on milk with a fat content of 2.5% (in points).

Рисунок 5. Оценка кисломолочного продукта с экструдированными зерновыми основами из зерна гречихи, проса, чечевицы и нута на молочной основе с жирностью 3,2% (в баллах)

Figure 5. Evaluation of a dairy product with extruded grain bases from buckwheat, millet, lentils and chickpeas on a milk basis with a fat content of 3.2% (in points)

Самую высокую оценку экспертов среди кисломолочных продуктов с жирностью 3,2% с экструдированными зерновыми основами из зерна гречихи, проса, чечевицы и нута получили образцы (рисунок 5): № 1 с экструдированными зерновыми основами из зерна гречихи, № 2 с экструдированными зерновыми основами из зерна проса и № 3 с экструдированными зерновыми основами из зерна чечевицы. Образцы № 1 и № 2 аналогичны вышеупомянутым описаниям, а образец № 3 имел молочный цвет, приятную однородную консистенцию с частицами наполнителя, выраженный кисломолочный вкус, и слабовыраженный вкус наполнителя, соответствующий чечевице.

Результаты физико-химических анализов образцов кисломолочных продуктов с экструдированными зерновыми основами из зерна гречихи, проса, чечевицы и нута с на молочной основе с жирностью 2,5% и 3,5% (таблицы 2, 3; рисунки 6, 7) показали следующее.

По физико-химическим показателям все образцы соответствовали требованиям стандарта на кисломолочные продукты СТ РК 1733–2015 «Молоко и молочные продукты. Общие технические условия», по показателям безопасности – в пределах требований ТР ТС 033/2013

Технический регламент Таможенного союза «О безопасности молока и молочной продукции».

Однако, обнаруженная в образцах фосфатаза не позволяет рекомендовать рецептуры образцов № 1 и 3.

Таким образом, рекомендованы следующие две рецептуры кисломолочных продуктов: № 2 с экструдированной зерновой основой из проса на молочной основе с жирностью 2,5%; № 4 с экструдированной зерновой основой из нута на молочной основе с жирностью 3,2%.

Таблица 3.

Результаты анализов образцов кисломолочных продуктов с экструдированными зерновыми основами из зерна гречихи, проса, чечевицы и нута на молочной основе с жирностью 2,5%

Table 3.

Results of analysis of samples of fermented milk products with extruded grain bases from buckwheat, millet, lentils and chickpeas on a milk basis with a fat content of 2.5%

Образец Sample	Массовая доля Mass Fraction				5 S	8 i	Молочнокислые микроорганизмы, КОЕ/г, не менее Lactic acid microorganisms, CFU / g, not less	БГКП (коли-формы) в 0,1 г продукта Escherichia coli group bacteria in 0.1 g of product
	о ^ О £ Q	.S р Л СУ 5 ю	о су’ Л S 8	Н хо
№ 1 КП с ЭГО № 1 FMP with EGB	4,25	2,67	2,6	11,62	95	Обн. detec.	39*107	О g К
№ 2 КП с ЭПО № 2 FMP with EGM	3,30	2,63	2,6	10,87	82	Не обн. not detec.	31*107
№ 3 КП с ЭЧО № 3 FMP with EGL	2,35	2,92	2,5	11,25	80	Обн. detec.	18*107
№ 4 КП с ЭНО № 4 FMP with EGC	3,18	2,74	2,3	10,68	80	Не обн. not detec.	44*107
№ 5 КП (контрольный) № 5 FMP (control)	2,04	2,64	2,3	9,58	88		49*107

Таблица 4.

Результаты физико-химических анализов образцов кисломолочных продуктов с экструдированными зерновыми основами из зерна гречихи, проса, чечевицы и нута с жирностью 3,2%

Table 4.

Results of physical and chemical analyses of samples of fermented milk products with extruded grain bases from buckwheat, millet, lentils and chickpeas with a fat content of 3.2%

3,48

(control))

^^™ Массовая доля белка,% (Mass fraction of protein,%)

^^™ Массовая доля жира, % (Mass fraction of fat, %)

^^^в Массовая доля углеводов, % (Mass fraction of carbohydrates, %)

Массовая доля сухих веществ, % (Mass fraction of dry substances, %) ♦ фК ислотность, °T (Acidity, T)

Рисунок 7. Физико-химические показатели образцов кисломолочных продуктов с экструдированными зерновыми основами из зерна гречихи, проса, чечевицы и нута на молочной основе с жирностью 3,2%

Образец Sample	Массовая доля Mass Fraction				2 ^ 5 !	si О о e£	Молочнокислые микроорганизмы, КОЕ/г, не менее Lactic acid microorganisms, CFU / g, not less	БГКП (коли – формы) в 0,1 г продукта Escherichia coli group bacteria in 0.1 g of product
	О £ Q	cd" °ti у .Д S 2 Ph	о cd t 8	H -sO 1 g ^
№ 1 КП с ЭГО № 1 FMP with EGB	3,20	3,13	3,2	10,60	88	Обн. detec.	23*107	cd oj XO ^ ° g К
№ 2 КП с ЭПО № 2 FMP with EGM	3,48	3,31	3,2	10,64	90		31*107
№ 3 КП с ЭЧО № 3 FMP with EGL	2,15	2,97	3,0	11,06	93		36*107
№ 4 КП с ЭНО № 4 FMP with EGC	2,88	3,15	3,1	10,85	97	Не обн. not detec.	22*107
№ 5 КП (контрольный) № 5 FMP (control)	2,09	3,22	2,9	10,22	93		46*107

Рисунок 6. Физико-химические показатели образцов кисломолочных продуктов с экструдированными зерновыми основами из зерна гречихи, проса, чечевицы и нута на молочной основе с жирностью 2,5%

Figure 6. Physical and chemical parameters of samples of fermented milk products with extruded grain bases from buckwheat, millet, lentils and chickpeas on a milk basis with a fat content of 2.5%

Figure 7. Physical and chemical parameters of samples of fermented milk products with extruded grain bases from buckwheat, millet, lentils and chickpeas on a milk basis with a fat content of 3.2%

Заключение

Разработанные рецептуры кисломолочных продуктов включают подготовку заквашиваемой молокосодержащей зерновой смеси, пастеризацию заквашиваемой смеси, охлаждение до температуры заквашивания, внесение закваски, сквашивание и охлаждение, при этом зерновую смесь подготавливают путем смешивания разбавленного водой молока, массовая доля воды в смеси не превышает 49%, с экструдированным размолотым композитом.

Разработаны рецептуры двух кисломолочных продуктов с экструдированной зерновой основой из проса на молочной основе с жирностью 2,5% и экструдированной зерновой основой из нута на молочной основе с жирностью 3,2%.

Проведена оценка пищевой, энергетической ценности и безопасности 4 кисломолочных продуктов питания с применением готовых зерновых основ. По физико-химическим показателям все образцы кисломолочных продуктов соответствовали требованиям стандарта на кисломолочные продукты СТ РК 1733–2015 «Молоко и молочные продукты. Общие технические условия», по показателям безопасности – в пределах требований ТР ТС 033/2013 Технический регламент Таможенного союза «О безопасности молока и молочной продукции».