Некоторые аспекты создания низкокалорийных сладких блюд с улучшенной пищевой ценностью

Кисели являются традиционным сладким блюдом русской национальной кухни, широко используемым в лечебном и диетическом питании [1-4]. Кисели пользуются в нашей стране большой популярностью, особенно в детских садах, школах, больницах и т.д.

Традиционная рецептура основ для приготовления киселей включает: сахар-песок, крахмал, плодово-ягодные экстракты и/или другие вкусо-ароматические добавки.

Картофельный крахмал на 96-98% состоит из легкоусваиваемых полисахаридов, образующих при кислотном гидролизе глюкозу [5]. Поэтому кисель на основе крахмала считают энергетическим напитком. Его полезные свойства определяются количеством вносимых плодово-ягодных добавок, а не составом гелеобразующей основы. Производство киселей на картофельном крахмале обусловлено его хорошими свойствами загущения при относительной дешевизне. Обычно для производства киселей используют картофельный крахмал в концентрации 2,5-3 %.

Основной недостаток этого продукта заключается в том, что физиологическая ценность его невелика. Чрезмерное потребление его нарушает сбалансированность рациона, как по пищевым веществам, так и по энергетической ценности, что объясняется высоким содержанием одних компонентов (углеводы) и достаточно низким, а в ряде случаев и полным отсутствием других, например, сывороточных белков, молочного сахара (лактозы), пищевых волокон (ПВ), витаминов и минеральных веществ.

С нашей точки зрения, улучшить пищевую ценность этой группы продуктов можно за счет комбинирования натуральных ягодных соков с молочной сывороткой, а частичной или полной заменой крахмала на некрахмальные полисахариды (НПС), обладающие функцией загущения, и сахара на натуральный сахарозаме-нитель «Стевиозид» станет возможным снизить энергетическую ценность сладких блюд (киселей).

В свою очередь, научное обоснование применения НПС в технологии молокосодержащих продуктов базируется на проведении комплексной оценки их эффективности, предусматривающей анализ химической структуры и свойств НПС, на основании которых прогнозируется их возможное влияние на реологические и структурно-механические показатели реальных пищевых систем. Более того, при использовании НПС в пищевых системах на молочной основе ведущая роль будет отводиться изучению структурообразующей функции макромолекулярных компонентов – сывороточных белков и НПС, определяя возможность получения и обеспечения требуемого комплекса свойств готового продукта.

С физико-химической точки зрения существенно то обстоятельство, что два важнейших компонента пищи – белки и полисахариды являются веществами макромолекулярной, а в большинстве случаев и полиэлектролитной природы. Белки, как известно, являются полиамфолитами, кислые полисахариды – поликислотами. В то же время известно, что макромолекулярные вещества разной химической природы, как правило, несовместимы в растворах. С другой стороны, противоположно заряженные полиэлектролиты могут взаимодействовать в растворах, образуя комплексные коацерваты. Отсюда вытекает необходимость изучения совместимости и взаимодействия макромолекулярных компонентов пищи в водных средах [6].

В данном случае большое значение имеет сложный набор физико-химических характеристик сывороточных белков и НПС, включающий растворимость в средах при различных рН, способность совмещаться с другими компонентами пищи и выполнять функциональные свойства – формировать гели и студни.

Не все гидроколлоиды, обладая схожими технологическими свойствами, будут функционировать одинаково в пищевых системах на молочной основе, поэтому важен выбор пищевых волокон для применения в технологии конкретного продукта [7-9].

Крахмал является полимером, поэтому к нему применимы принципы науки о полимерах. С другой стороны, многие его свойства обусловлены сложной архитектурой зерен. В результате тепловой обработки крахмала в присутствии воды образуются системы, которые по своей природе являются коллоидными, проявляют разнообразные реологические свойства – от простых вязких жидкостей до очень упругих гелей. Процессу клейстеризации посвящены многочисленные публикации, поскольку он является основой загущающего действия крахмала [10-12].

В то же время некоторые НПС, такие как альгинат натрия, конжаковый маннан, ксантановая камедь обладают хорошей загущающей способностью. Когда говорят о полисахаридах как о загущающих агентах, имеют в виду их способность многократно увеличивать вязкость водных систем. Так, 1 %-й раствор альгината натрия имеет вязкость, превышающую в 10000 раз вязкость воды [13]. Высокой вязкостью обладают растворы галактоманнанов и ксантановой камеди [9, 10, 14].

При создании вкусо-ароматических профилей основ киселей использовали различные соотношения молочной сыворотки и натуральных плодово-ягодных соков, обеспечивающих высокие сенсорные показатели готового продукта (вкус, цвет, аромат).

На основании органолептической оценки было определено соотношение композиций молочной сыворотки и плодово-ягодных соков (таблица 1).

Таблица 1. Композиции молочной сыворотки и плодово-ягодных соков

Вид основы для производства продуктов	Оптимальное количественное соотношение ягодных соков и молочной сыворотки (соответственно)
Вишневый сок и молочная сыворотка	1:1
Черносмородиновый сок и молочная сыворотка	2:1
Яблочный сок и молочная сыворотка	2:1
Тыквенный сок и молочная сыворотка	1:4

Полученные белково-углеводные основы использовали для производства сладких блюд. С целью предупреждения нарастания кислотности в готовом продукте применяли лимонную кислоту в количестве 0,3 %.

Проведена серия экспериментов по исследованию зависимости абсолютной вязкости белково-углеводных основ от концентрации НПС при температуре 70 °С. В качестве примера на рисунке 1 (и далее в работе) представлены данные исследования белково-углеводной основы с использованием тыквенного сока.

Рис. 1. Зависимость абсолютной вязкости белково-углеводной основы от концентрации некрахмальных полисахаридов

Как видно из рисунка 1, белково-углеводная основа с использованием НПС обладает высокими значениями абсолютной вязкости при малых концентрациях НПС, это зависит от конформации цепей, которые НПС принимают в растворе. С увеличением концентрации НПС в растворе вязкость увеличивается при некоторой критической концентрации НПС, при которой происходит переход от называемой «разбавленной области», где молекулы НПС способны независимо передвигаться в растворе без взаимопроникновения, к «полуразбавленной области», где концентрация молекул приводит к образованию полимерных клубков за счет взаимного проникновения полимерных молекул.

Установлено, что используемые НПС при малых концентрациях (0,1–0,3 %) обладают большим гидродинамическим размером, чем сильноразветвленные макромолекулы амилопектина в крахмале, что приводит к образованию значительно более вязких растворов при малых концентрациях НПС.

На рисунке 2 представлена диаграмма сравнения зависимости динамической вязкости белково-углеводной основы от природы используемых НПС при концентрации 0,3 %, в сравнении с картофельным крахмалом 3 %.

Бел ково-у гл е водны е основы с различными полимерами

Рис. 2. Зависимость абсолютной вязкости белково-углеводной основы от природы и концентрации полимеров (1 – картофельный крахмал, 2 – альгинат натрия, 3 ‒ конжаковый маннан, 4 – ксантановая камедь)

Как видно из рисунка 2, вязкость белково-углеводной основы с использованием НПС практически достигает значений вязкости 3 % крахмального клейстера уже при концентрации 0,3 %.

Другим направлением исследования является изучение совместного присутствия крахмала с НПС в сладких блюдах. Поскольку крахмал является смесью двух полимеров, при добавлении еще одного полимера образуется система из четырех фаз, которая обогащена амилопектином, амилозой, внесенным НПС и сывороточным белком молочной сыворотки.

Комбинирование крахмала с другими гидроколлоидами, которые при растворении в воде оказывают загущающее действие, дает некоторые преимущества с точки зрения текстуры готового продукта. Внесение небольшого количества некрахмального полимера при комбинировании с крахмалом способствует увеличению вязкоупругих свойств системы.

Синергизм в системе полисахарид1-полисахарид2 изучался многими исследователями, которые предложили некоторые модели взаимодействия двух гидроколлоидов. В случае образования геля в смеси полигалактанов и галактоманнанов исследователи предполагают, что свободные от боковых цепей блоки галактоманнана могут принимать в растворе упорядоченную конформацию. Образуются зоны связывания, содержащие не только отдельные двойные спирали, но и их агрегаты [8-10].

Теоретически и экспериментально изучена возможность комбинирования крахмала и НПС. В таблице 2 представлены данные абсолютной вязкости белково-углеводных основ при частичной замене крахмала на некрахмальные полисахариды при формировании требуемой структуры сладких блюд с использованием НПС в указанных соотношениях.

Таблица 2. Абсолютная вязкость (η, спз) белково-углеводных основ при частичной замене крахмала на некрахмальные полисахариды

Наименование	Комбинация полимеров крахмал : НПС (общее содержание), %
НПС	1:0,1 (1,1)	1:0,2 (1,2)	1:0,3 (1,3)	1,5:0,1 (1,6)	1,5:0,2 (1,7)
Альгинат натрия	25,0±0,2	30,5±0,2	48,8±0,2	45,5±0,2	60,5±0,2
Конжаковый маннан	26,5±0,2	40,2±0,2	55,6±0,2	80,0±0,2	88,8±0,2
Ксантановая камедь	28,5±0,2	44,2±0,2	60,2±0,2	85,1±0,2	90,5±0,2

Полученные данные свидетельствуют о том, что внесение небольшого количества НПС увеличивает вязкоупругие свойства молокосодержащих систем, что способствует повышению устойчивости пищевых систем при хранении, позволяет частично снизить концентрацию крахмала с целью снижения калорийности готового продукта.

Установлено, что совместное использование указанных гидроколлоидов и сывороточных белков приводит к получению сладких блюд гелеобразной структуры («твердые» кисели) [9, 10].

Полисахариды в водной среде за счет достаточно устойчивых связей не- флуктуационной природы могут образовывать пространственную сетку, которая пронизывает весь объём системы и удерживает растворитель с образованием гелеобразной структуры. Некоторые авторы определяют гель, как сложную взаимосвязанную сеть из поперечно сшитых полимерных молекул, погруженную в жидкую среду. Гелеобразование на молекулярном уровне представляет собой формирование непрерывной сети полимерных молекул, обладающей признаками твердого тела, которые возникают за счет каркаса из полимерных цепей, заполняющего всю гелеобразную фазу.

Известно, что альгинат натрия является полиэлектролитом, и в системе с другими заряженными гидроколлоидами образует гели. В нашем случае, альгинат натрия электростатически взаимодействует с сывороточными белками, что приводит к фазовому переходу, повышению вязкости и образованию мягкого, эластичного геля. С увеличением концентрации полимера – альгината натрия свыше 1 % наблюдалось вязкоупругое поведение системы, а именно, переход золя в гель.

Процесс образования геля с ксантановой камедью протекает следующим образом. Сначала осуществляется переход клубок-спираль (ER-типа), (рис. 3а), а затем – параллельная укладка этих плоских лент в узел связи сетки геля (рис. 3б) [8-10].

Рис. 3. Схема двухстадийного процесса образования сетки слабого геля ксантана

Также установлено, что ксантановая камедь, вступая в синергетическое взаимодействие с конжаковым маннаном, при соотношении смеси 60:40 (соответственно) приводит к образованию мягких и эластичных гелей. Хотя природа этого взаимодействия, по-прежнему вызывает много споров, общепринято считать, что ксантановая камедь взаимодействует с незамещенными («гладкими») участками молекул конжакового маннана.

Таким образом, природа студнеобразователя, состав исходной жидкой системы и условия структурообразования определяют комплекс физико-химических свойств готового продукта, в том числе его механические и поверхностные свойства (консистенцию), скорость и степень набухания (например, в условиях варки при сохранении формы, целостности и макроструктуры продукта), область температур размягчения и плавления. Исследования по второму направлению, т.е. изучение процессов студнеобразования и свойств студней, содержащих сывороточные белки, имеют основной целью разработку методов регулирования состава, структуры и свойств студней, являются актуальными и требуют дальнейшего изучения.

Следует отметить, что оба направления исследований весьма тесно связаны. Действительно, условия получения, состав, структура и свойства студней в значительной мере определяются характером взаимодействия и совместимостью белков и полисахаридов в водных средах. Фазовое состояние и структура жидких много- компонентных систем имеют также большое значение при решении ряда практических вопросов. Так, благоприятные условия формования и структурирования пищевого продукта обычно обеспечиваются стабильным состоянием исходных жидких систем.

Проведенные исследования определяют возможность использования в качестве загустителей и студнеобразователей исследованные НПС для создания нового ассортимента молокосодержащих сладких блюд улучшенной пищевой и пониженной энергетической ценности. Путем добавления биополимеров к коллоидным крахмальным дисперсиям можно варьировать структуру и текстуру продукта в широком диапазоне (в нашем случае получать как жидкие, полужидкие, так и густые сладкие блюда-кисели), а также повышать устойчивость при хранении пищевых систем с высоким содержанием влаги.

Разработаны рецептуры и технологии сладких блюд при полной и частичной замене крахмала на некрахмальные полисахариды, обладающие функцией загущения: альгинат натрия, ксантановая камедь, конжаковый маннан.

Определены органолептические и физико-химические показатели разработанных продуктов (таблица 3).

Таблица 3. Органолептические и физико-химические показатели сладких блюд

Показатель         Характеристика

Вкус	Свойственный соответствующему виду ягодного сырья, без постороннего привкуса
Запах	Натуральный, свойственный виду исходного ягодного сырья, без постороннего запаха
Цвет	Различных оттенков, свойственный исходному ягодному сырью
Консистенция	Вязкая, однородная, без комочков
Внешний вид	Однородная непрозрачная система с тонкоизмельченной мякотью, равномерно распределенной по всему объему
рН	4,6 - 4,8
Абсолютная вязкость (η, спз)	27,5 - 30,5

Рассчитана пищевая ценность, калорийность, химический состав (таблица 4).

Таблица 4. Пищевая и энергетическая ценность, химический состав новых видов сладких блюд

Пищевые вещества	Сладкое блюдо по традиционной рецептуре	Новый вид сладкого блюда
		при полной замене крахмала (3 %) на НПС (0,3 – 0,7 %)	при частичной замене крахмала (1 %) на НПС (0,1 – 0,3 %)	при полной замене крахмала на НПС (0,3 – 0,7 %) и сахара на сахарозамени-тель «Стевиозид»
Белок, г	-	0,4±0,1	0,4±0,1	0,4±0,1
Жир, г	-	0,2±0,1	0,2±0,1	0,2±0,1
Углеводы, г: моно и дисахариды лактоза крахмал пищевые волокна	14,5±0,3 - 3,0±0,5 1,2±0,5	14,5±0,3 2,7 ± 0,3 2,5±0,5	14,5±0,3 2,7 ± 0,3 1,0±0,5 2,0±0,5	10,5±0,3 2,7 ± 0,3 2,5±0,5

Пищевые вещества	Сладкое блюдо по традиционной рецептуре	Новый вид сладкого блюда
		при полной замене крахмала (3 %) на НПС (0,3 – 0,7 %)	при частичной замене крахмала (1 %) на НПС (0,1 – 0,3 %)	при полной замене крахмала на НПС (0,3 – 0,7 %) и сахара на сахарозамени-тель «Стевиозид»
Витамины, мг /100 г
бета-каротин	0,23±0,1	0,23±0,1	0,23±0,1	0,23±0,1
В1	0,0013±0,1	0,25±0,1	0,25±0,1	0,25±0,1
В2	0,33±0,1	0,55±0,1	0,55±0,1	0,55±0,1
РР	0,02±0,1	2,5±0,1	2,5±0,1	2,5±0,1
С	0,25±0,1	2,55±0,1	2,55±0,1	2,55±0,1
Минеральные вещества, мг / 100 г
Na	10,5±0,1	16,5±0,1	16,5±0,1	16,5±0,1
К	35,5±0,1	40,5±0,1	40,5±0,1	40,5±0,1
Са	3,58±0,1	3,58±0,1	3,58±0,1	3,58±0,1
Энергетическая ценность, ккал	110,8	66,8	78,4	26,8

Изучение химического состава новых видов сладких блюд и сопоставление отдельных показателей с традиционной рецептурой данного продукта, показало следующее: в результате включения в рецептуру продукта молочной сыворотки выявлена тенденция в повышении пищевой ценности новых видов сладких блюд по содержанию белка, молочного сахара, макро- и микроэлементов, витаминов; в результате замены крахмала на некрахмальные полисахариды и сахара на натуральный сахарозаменитель «Стевиозид» калорийность готового продукта снизилась в 1,6–4,1 раза.

Микробиологические показатели разработанных сладких блюд на основе молочной сыворотки после хранения в течение 72 часов в холодильной камере при температуре 4±2 °С полностью отвечали требованиям Федерального закона № 88-ФЗ «Технический регламент на молоко и молочную продукцию»: КМАФАнМ во всех образцах было менее 2,9x104 КОЕ/см3, БГКП и другие патогенные микроорганизмы не были обнаружены ни в одном образце.

По результатам микробиологических исследований даны рекомендации по сроку хранения разработанных сладких блюд на основе молочной сыворотки при температуре 4±2 °С не более 72 часов.

По показателям безопасности кисели на основе молочной сыворотки пастеризованные соответствовали требованиям ТР ТС 021/2011 «О безопасности пищевой продукции», указанным в таблице 5.

Таблица 5. Показатели безопасности киселей на основе молочной сыворотки пастеризованные

Наименование элемента, иона	Результат анализа
Афлотоксин М1, мг/см3	менее 0,0005
Пестициды: гексахлорциклогексан (альфа, бета, гамма- изомеры), мг/см3	менее 0,050
ДДТ и его метаболиты, мг/см3	менее 0,050

Наименование элемента, иона		Результат анализа
Токсичные элементы, мг/см3	свинец	0,022
	мышьяк	менее 0,002
	кадмий	менее 0,020
	ртуть	менее 0,002
Радионуклиды, Бк/см3	Цезий – 137	менее 2,2
	Стронций-90	менее 1,5

В заключение следует отметить, что включение разработанных функциональных продуктов в ежедневные рационы питания, с одной стороны, позволит восполнить дефицит недостающих эссенциальных микронутриентов (витаминов, минералов, аминокислот, пребиотиков и т.п.) в рационах питания россиян, что будет повышать функциональные резервы организма и способствовать сохранению здоровья и профилактике заболеваний у здоровых и условно здоровых пациентов, с другой стороны, повышать питательную и терапевтическую ценность лечебных и реабилитационных рационов питания у пациентов с неинфекционными, алиментарно–зависимыми заболеваниями (атеросклероз, инсулин независимый сахарный диабет, заболевания системы пищеварения, заболевания опорно-двигательного аппарата и пр.) на фоне снижения дозы фармакологических препаратов, снижения времени лечения и повышения качества жизни данной категории больных [15].