Модификация структуры йогурта с помощью амарантового экстракта и трансглутаминазы

В настоящее время стоит вопрос о создании новых видов продуктов с высокой питательной ценностью, обогащенных полезными веществами и витаминами, для улучшения качества питания населения и расширения ассортимента продукции. Для целей здорового питания важно создавать продукты, полезные разным возрастным категориям.

В целях улучшения структуры молочных продуктов целесообразно исследовать возможности модификации белков молока. Структура белка может быть модифицирована несколькими способами: физическими, химическими и ферментативными. В связи с этим, представляют интерес ферменты, способные связывать белковые молекулы и не гидролизовать их. К таким ферментам относят трансглутаминазу (ТГ) [3]. Схема связывания белков с помощью ТГ представлена на рисунке 1.

--ОС—NH--CH—CO—NH—CH—CO

CH,             R,

CH2

o^^C-nh_{2                    tg}

H₂C— nh₂                        -NH,

I

CH,

CH2

CH2

II

--ОС—NH--CH—CO—NH—CH—CO

--ОС—NH--CH—CO—NH—CH—CO

II

CH,R,

CH2

o=c

TG                   NH

------^ I

-NH3                        CH,

CH, I -

--ОС—NH--CH—CO—NH—CH—CO

Рисунок 1. Схема реакции связывания белков с помощью ТГ

Как видно на рисунке 1, под действием ТГ происходит реакция связывания в белковой системе, что ведет к упрочнению структуры. Модификация белков с участием ТГ дает возможность изменять их термостабильность, раство- римость, реологические свойства, свертываемость сычужным ферментом. ТГ может применяться для повышения структурной прочности, вязкости и снижения потерь белка, некоторого капсулирования липидов и повышения стабильности жировой эмульсии, улучшения вкуса и влагоудерживающей способности. ТГ применяют также для повышения биологической ценности продукта за счет поперечного связывания белков, содержащих разные лимитирующие аминокислоты, защиты лизина от различных химических реакций и для снижения аллергенности белков [4]. Предположительный механизм действия и субстратная специфичность ТГ рассмотрены нами ранее в работе [10].

В производстве молочных продуктов ТГ имеет широкое применение. Ранее нами сообщалось о целесообразности использования ТГ для решения проблемы утилизации молочной сыворотки [9]. Молочная сыворотка является побочным продуктом производства молочных продуктов, поэтому часто сливается без переработки в сточные воды, что ухудшает экологическое состояние. Молочная сыворотка имеет в своём составе ценные питательные белки. Изобретение [8] позволяет снизить концентрацию остаточного белка в сыворотке на 15 %. Нами также показано положительное влияние ТГ на снижение синерезиса до 17 % при производстве ферментированного молочного продукта [13]. Интенсивные исследования по вопросу применения ТГ в производстве молочных продуктов проводит ВНИИ молочной промышленности. В частности, в работе [2] сообщается об увеличении вязкости простокваши с 13,7 до 21,2 Па*с и увеличении выхода творога на 10 – 15 % при использовании ТГ. Jaros и Rohm, анализируя исследования разных учёных, делают вывод об улучшении текстурных свойств и снижении синерезиса термостатного йогурта, а также об увеличении вязкости резервуарного йогурта при использовании ТГ [12].В работе [11] сообщается об успешности применения ТГ для производства сыра Эдам. Выход продукта повысился на 4 % при использовании ТГ, при этом органолептические характеристики не претерпели изменений. ТГ используют в дозах от 0,001 до 20 ед. на 1 г белка (0,003 – 0,07 %). Для получения молочного продукта с улучшенными органолептическими и физико-химическими показателями необходимо правильно подобрать корректную концентрацию ТГ [3].

Одним из перспективных видов растительного сырья для получения широкого ассортимента различных пищевых добавок функционального назначения является амарант [5].

Если оценивать содержание восьми незаменимых аминокислот в растительном сырье по 100-балльной шкале, то пшеница набирает 57, соя – 63, амарант – 75. В белках сои, чечевицы, гороха, фасоли недостаточно серосодержащих аминокислот: метионина, цистеина; также в белках злаков невысокое содержание лизина, треонина, фенилаланина, тогда как белок амаранта по соотношению аминокислот входит в число лучших белков растительного происхождения. Использование в пищу белка семян амаранта делает питание человека более полноценным и сбалансированным по аминокислотному составу [6].

Широко распространённым молочным продуктом является йогурт. Этот продукт богат белком и содержит кальций, калий, витамины А, В и С, а также содержит лактобактерии, которые благоприятно воздействуют на работу кишечника, способствуя одновременно тому, чтобы предотвратить риск развития рака толстой кишки [7]. Цель настоящей работы – исследовать влияние амарантового экстракта и ТГ на структурные и органолептические свойства йогурта.

В работе было использовано пастеризованное молоко с содержанием белка 2,5 % и содержанием жира 4 %. ТГ использовалась в форме препаратаTG Next с заявленной активностью 100 ед./г. В качестве закваски применялась сухая закваска AiBi 22.11 R3 (лиофилизированный концентрат Streptococcus thermophilus, Lactobacillus bulgaricus – 5.0*10 ¹⁰ КОЕ/г).

Приготовление амарантового экстракта описано ниже . Амарантовый экстракт был приготовлен следующим образом: вносили 30 г (5 % по отношению к объему сквашиваемых проб 600 мл) амаранта в 300 мл нагретого до 50 °С молока, выдерживали. Суспензию центрифугировали на лабораторной центрифуге с фактором разделения К = 3000 в течение 5 мин. Получали 200 мл экстракта. Полученный экстракт декантировали и пастеризовали при 72 °С в течение 20 с.

Далее опишем процесс получения йогуртов. Йогурт готовили термостатным способом. Молоко подогревали до 37 °С, разливали по трем стеклянным емкостям объемом 0,35 л, добавляли амарантовый экстракт и ТГ следующим образом: 1– контрольный (300 мл молока), 2 – образец йогурта с амарантовым экстрактом (200 мл молока + 100 мл амарантового экстракта), 3 – образец йогурта с амарантовым экстрактом, приготовленный с добавлением ТГ в концентрации 4 ед./г белка (0,1 %): 200 мл молока + 100 мл амарантового экстракта + 0,3 г ТГ). Смеси пере- мешивали, помещали в термостат при 37 °С на 1 ч. После этого молоко из емкости 3 пастеризовали при 95 °С в течение 5 мин (для прекращения действия ТГ). Охлаждали до 37 °С. Затем во все образцы вносили сухую закваску йогуртовых культур в расчёте 1г/1л. Образцы перемешивали, помещали в термостат при 37 °С, сквашивали 4 – 5 часов до кислотности 90 – 100 °Т.

Измерение вязкости йогуртов проводили следующим образом . Образцы йогуртов в емкостях объемом 0,35 л охлаждали до 4 °С, измеряли вязкость на ротационном вискозиметре типа Брукфильда МТ-202 (ООО "Метротекс") с 4 роторами, позволяющими измерять вязкость в диапазоне 0 – 2000000 мПа*с.

Процесс измерение структурных свойств заключался в следующем . Для измерения структурных свойств образцы йогуртов в емкостях объемом 0,35 л охлаждали до 4 °С, измеряли прочность и работу пенетрации на анализаторе текстуры TA-XTPlus (StableMicroSystemsLtd., UK) с тензодатчиком 5 кг.Проводили тест на компрессию для получения графиков профилей структуры. Использовали многоигольчатый зонд A/MPP, задавали следующие параметры: скорость движения зонда до испытания (пре-тест) 1 мм/с, во время испытания (тест) 2 мм/с и после испытания (пост-тест) 10 мм/с. Дистанция погружения зонда 10 мм. Сила нагрузки 30 г. Работа пенетрации – площадь графика между усилиями 35 г и максимальным.

Далее приведем процесс органолептической оценки . Органолептическая оценка качества полученных образцов йогурта проводилась в соответствии с ГОСТ Р ИСО 22935-2-2011, ГОСТ Р ИСО 22935-3-2011. В охлажденных образцах йогуртов оценивались параметры: внешний вид, запах, аромат, консистенция. Баллы выставлялись следующим образом: 5 – нет отклонения от заранее установленных требований к свойству, 4 – минимальное отклонение, 3 – заметное отклонение, 2 – значительное отклонение, 1 – очень значительное отклонение.

Вязкость полученных образцов йогурта измеряли в соответствии приведенной выше методикой, результаты представлены на рисунке 2.

Как видно из рисунка 2, значения вязкости образца йогурта с амарантовым экстрактом выше на 8 % вязкости контрольного образца, а образца йогурта, приготовленного с амарантовым экстрактом с добавлением ТГ в концентрации 4 ед./г (0,1 %) на 23 % превышали вязкость контрольного образца. Стабилизирующее действие амаранта объясняется наличием в зернах разных видов амаранта от 55 до 62 % крахмала.

образец, 2 – образец йогурта с амарантовым экстрактом, 3 – образец йогурта с амарантовым экстрактом, приготовленный с добавлением 4 ед./г (0,1 %)ТГ

Гранулы крахмала у этого растения мелкие, 0,8 – 2,5 мкм (у картофеля – от 15 до 100 мкм).

Размер гранул определяет физикохимические и функциональные свойства. Для крахмала амаранта характерны повышенная набухаемость, вязкость и желатинизация. Он состоит из полисахаридов двух типов – амилозы и амилопектина, которые отличаются по своим физическим и химическим свойствам: молекула первого представляет собой линейный полимер, а второго– разветвленный. При желатинизации амилоза дает гель вне гранул крахмала, в то время как амилопектин остается внутри набухших гранул и медленно перекристаллизовывается [1].

В ходе измерения структурных свойств были получены кривые: усилие-время (g-s) и проанализированы данные с помощью программы Texture Exponent Application (Stable Micro Systems Ltd, UK). Рассчитаны структурные параметры: прочность и работа пенетра-ции. Результаты рассчитывались как среднее из трех измерений с учетом стандартного отклонения. Данные представлены на рисунке 3.

Рисунок 3. Определение прочности и работы пене-трации многоигольчатым зондом: 1 – контрольный образец, 2 – образец йогурта с амарантовым экстрактом, 3 – образец йогурта с амарантовым экстрактом, приготовленный с добавлением 4 ед./г (0,1 %)ТГ

Из рисунка 3 следует, что прочность амарантового йогурта выше прочности контрольного на 6 %, а прочность амарантового йогурта с ТГ выше на 18 %, чем прочность контрольного.

Работа пенетрации зонда по погружению в амарантовый йогурт на 63 % выше работы пенетрации зонда по погружению в контрольный, работа пенетрации зонда по погружению в амарантовый йогурт с ТГ выше на 89 % по сравнению с контрольным. Увеличение вязкости структурных показателей йогурта с ТГ связано с образованием поперечных ε-(γ-глутамил) лизиновых связей в молочных белках под действием фермента. Результаты органолептической оценки качества полученных йогуртов представлены на рисунке 4.

Рисунок 4. Органолептическая оценка качества образцов йогурта: 1 – контрольный образец, 2 – образец йогурта с амарантовым экстрактом, 3 – образец йогурта с амарантовым экстрактом, приготовленный с добавлением 4 ед./г (0,1 %) ТГ

Как видно из рисунка 4, было отмечено улучшение консистенции образцов йогурта с амарантовым экстрактом и амарантовым экстрактом и ТГ по сравнению с контрольным образцом, что связано с упрочнением структуры продукта. Также отмечено улучшение запаха и вкуса образца йогурта с амарантовым экстрактом и ТГ. Применение амаранта в виде экстракта и ТГ оправдано для улучшения органолептических свойств продукта.

Таким образом, применение амарантового экстракта и ТГ в производстве йогурта ведет к увеличению вязкости, улучшению структурных и органолептических свойств продукта. Выявлен синергизм действия амарантового экстракта и ТГ на увеличение вязкости и структурных свойств термостатного йогурта. Полученные данные свидетельствуют о целесообразности использования ТГ и амаранта для получения йогурта.