Расширение ассортимента кисломолочных продуктов, обогащенных функциональными ингредиентами

Дефицит полезных веществ, связанный с питанием, очень распространен в разных частях мира, в том числе и в России. Обогащение пищевых продуктов дополнительными нутриентами является одним из наиболее значимых этапов при создании функциональных продуктов питания. Для обеспечения физиологических потребностей организма необходим целый 28

комплекс нутриентов, состав и количество которых изменяются в течение жизни. Недостаток потребления питательных веществ в виде белка, пищевых волокон, йода, кальция, железа и других необходимых ингредиентов приводит к различного рода заболеваниям. Современный потребитель нацелен на то, что продукты питания будут обеспечивать не только физиологические потребности человека, но и отвечать современным требованиям к его составу. В настоящее время среди россиян наблюдается снижение потребления белка в среднем на 25 %. Дефицит белка в организме приводит к частым болезням, слабости и боли в мышцах и суставах, плохому состоянию кожи и волос, повышению ломкости ногтей и другим негативным последствиям. Поэтому ежедневное потребление белка в установленных физиологических нормах представляется важной задачей в организации питания.

Согласно последним доступным медицинским отчетам, большинство населения во всем мире сталкивается с дефицитом витамина D 3 [1]. Даже в субтропических странах дефицит данного витамина широко распространен, несмотря на изобилие солнечного света (основного источника витамина D 3 ) в течение всего года. Это может быть связано с целым рядом факторов, включая социально-экономические, культурные и религиозные. Кроме солнечного света существует очень ограниченное количество источников витамина D 3 , необходимых для восполнения рекомендуемой нормы витамина D 3 (RDA: 400–800 МЕ в день). Большая часть витамина D 3 теряется во время обработки и хранения пищевых продуктов под воздействием различных факторов (температура, pH среды, концентрация соли, доступ кислорода, света и др.). Витамин D 3 необходим для предотвращения нарушений в организме, которые приводят к нейродегенеративным, сердечно-сосудистым заболеваниям, онкологии и ухудшению состояния костей.

Обогащение продуктов питания на сегодня является наиболее перспективным направлением в пищевой промышленности. Несмотря на постоянно расширяющийся ассортимент, обогащению подвергается лишь небольшая часть продуктов питания. Наиболее распространенными для обогащения считаются молоко и кисломолочные продукты.

Целью данной работы является аналитический обзор патентов, доступной научной информации по существующим способам и технологиям обогащения кисломолочных напитков различными нутриентами в России и за рубежом, а также разработка рационального способа обогащения кисломолочного продукта семенами различных растений.

В.Л. Захаров и Е.П. Матюхина [2] проводили исследования по увеличению содержания витамина С в кисломолочном напитке за счет добавления ягод. В питьевое пастеризованное молоко вносили предварительно промытые и измельченные ягоды (клюква, рябина обыкновенная, облепиха, черная смородина) в количестве 5,5 %. Значительное содержание витамина наблюдалось у образцов кисломолочного напитка с клюквой – 6,0 мг%, с черной смородиной – 5,0 мг%, с рябиной обыкновенной – 1,8 мг%, с облепихой – 1,0 мг%.

В статье J. Kowaleski и соавторами [3] разработана технология йогурта с функциональными свойствами с использованием наполнителей из клубники и семян чиа. Цельное молоко пастеризовали при температуре 80 °С в течение 30 мин, охлаждали до температуры 43±1 °С и добавляли 1 % термофильных стрептококков и болгарской палочки и 5 % пробиотических культур (авторы не указывают их вид). Продукт сквашивали термостатным способом при 43 ± 1 °C до достижения pH 4,6, затем охлаждали при температуре 5±3 °C. Сахарозу, клубнику и семена чиа авторы предлагают добавлять в концентрациях, установленных при планировании эксперимента - до 30% от массы молочной основы.

Добавление семян чиа увеличило содержание общего белка, общих липидов, пищевых волокон и полиненасыщенных жирных кислот, особенно омега-3 и минералов (кальций, медь, калий, магний, цинк, железо и марганец), что повысило ценность конечного продукта. Органолептическая приемлемость продуктов была пропорциональна добавлению клубники и обратно пропорциональна добавлению семян чиа. Состав, содержащий 6 % семян чиа и 12 % клубники, имел индекс приемлемости более 70 % и был определен как лучший состав для йогурта. Эти результаты могут открыть широкие перспективы продвижения на рынок функциональных ферментированных продуктов, содержащих повышенное количество белка, пищевых волокон, минералов и жирных кислот омега-3 и обладающих противовоспалительной, антиоксидантной и кардиозащитной активностью. Кроме того, этот продукт обладает пробиотическими свойствами, так как способствуют стабилизации микробиоты кишечника.

В исследовании, проведенном G. Dimitreli и соавторами [4], было показано влияние гранатового сока и пихтового меда на реологические и органолептические свойства кисломолочного напитка. Гранатовый сок содержит значительное количество витаминов К (102 мг%) и С (4 мг%), а также железо (1 мг%). Образцы молока подвергали термической обработке (85°С в течение 15 мин) для денатурации сывороточных белков перед заквашиванием с последующим сквашиванием при 30 °С до достижения рН образцов 4,4. После ферментации кисломолочный напиток охлаждали до комнатной температуры и осторожно перемешивали.

Мед и гранатовый сок добавляли в количествах 0,3–3,5 и 0–15% соответственно. Установили, что низкие концентрации жира менее 2,5 % приводили к снижению вязкости образцов. Аналогичные реологические свойства достигались при внесении гранатового сока менее 5 %.

В статье Ж. Карсыбаевой с соавторами [5] освещен опыт приготовления кисломолочного продукта с добавлением костного порошка рыбы (судак). Целью работы авторов являлось увеличение содержания кальция в продукте. Были исследованы изменения показателей состава продукта, проведены их сравнительный анализ и дегустационная оценка. Наблюдалось значительное увеличение кальция и фосфора в продукте. Содержание кальция увеличилось со 120 до 310 мг на 100 г продукта, а содержание фосфора увеличилось с 90 до 330 мг на 100 г. Запах и вкус кефирного напитка были чистые, кисломолочные без посторонних привкусов и запахов с кислотностью 126 °Т.

M.P. Silva и соавторы [6] разработали технологию обогащенного йогуртового напитка и изучили влияние совместного инкапсулирования экстракта семян гуараны и Lacticaseibacillus paracasei на жизнеспособность бактерий при хранении микрокапсул. Экстракты семян гуараны были представлены в виде порошка и предложены в качестве пищевой добавки, которую можно добавлять в напитки и смузи. Однако вкус порошка слегка горьковат и вызывает ощущение терпкости. Поэтому технология микрокапсулирования используется для маскировки горького вкуса и позволяет применять ее в других пищевых системах. Микрокапсулы с L. paracasei и с экстрактом семян гуараны добавляли в количестве 1,5 % к рецептурам йогурта. Совместная инкапсуляция потенциального пробиотика и экстракта семян гуа-раны защищала фенольные соединения с конечным удерживанием около 88 % и повышала жизнеспособность L. paracasei во время хранения. Микроинкапсуляция также предотвращает постферментацию и маскирует горький вкус экстракта семян гуараны. Таким образом, коин-капсулирование представляет собой ценный инструмент для применения и защиты функциональных ингредиентов в йогуртовых напитках.

В исследованиях Yuwan Luo и др. [7] представлены результаты обогащения йогуртов белковым компонентом – желатином. Авторами выявлено, что во время подкисления желатин, добавленный в продукт в концентрации 0,4 %, способствовал увеличению прочности геля, а при более высоких концентрациях проявлял отрицательный эффект. Данное исследование показало, что внесение 0,4 % желатина является эффективной концентрацией в кисломолочном геле.

Таким образом, желатин является эффективным ингредиентом для стабилизации структуры и эффект стабильности структуры достигается при достаточно низких концентрациях, поэтому при оптимальных концентрациях он не может являться источником белка. На основании этого предлагается совместно с желатином использовать биоактивные пептиды низкой молекулярной массы, обладающие функциональными свойствами.

Автор патента RU 2764894 [8] предлагает обогащать йогурт йодированным пищевым композитом «Йодонорм» в количестве 100 мкг на 1000 кг продукта, в пастеризованную смесь, охлажденную до 43 °С, вносить кефирную закваску, затем заквашенную смесь перемешивать и вносить пищевой композит.

Таким образом, на основании проведенного анализа выявили, что наиболее актуальными и перспективными способами для реализации промышленной технологии является обогащение за счет добавления отдельных витаминов и комплексов, экстрактов растений с биоактивными свойствами, пробиотических культур и белков животного происхождения. При этом следует учитывать техническую оснащенность отдельных молочных производств. Кроме того, анализ патентов и научных статей позволяет делать вывод о том, что многие предложенные технологии для промышленного использования необходимо доработать.

Целью следующего этапа работы являлось исследование семян различных культур с разными способами подготовки в качестве функциональных ингредиентов в технологии кисломолочных напитков.

Для достижения поставленной цели решали следующие задачи: обосновать кисломолочный напиток для обогащения его функциональными ингредиентами в виде семян растений; изучить химический состав и биологическую ценность семян, в том числе после различных видов их обработки; разработать рецептуру и технологию нового кисломолочного напитка с функциональными свойствами.

Материалы и методы исследования

Основными объектами исследований служили:

• –    лабораторные образцы кисломолочного напитка простокваши «Мечниковская»;

• –    заквасочные культуры Lactobacillus bulgaricus, Streptococcus thermophilus ;

• –    образцы семян пажитника, чиа, льна.

Для определения массовой доли белка использовали анализатор общего азота (белка) RAPID N ELEMENTAR, работающий по методу Дюма (сжигание пробы с регистрацией общего азота на детекторе теплопроводности).

Из семян чиа и льна готовили по 2 образца: один измельчали на мельнице ЛЗМ-1М, другой проращивали: семена чиа проращивали 3 сут до достижения длины ростков 3 мм, семена льна – 1 сут, до длины ростков 5–7 мм. Проращенные семена сушили и также измельчали.

Из семян пажитника готовили 3 образца: 1 – измельчали; 2 – обжаривали и измельчали; 3 – проращивали (4 сут, длина ростков 2 мм), затем высушивали и измельчали.

Результаты исследования и их обсуждение

За молочную основу была принята рецептура простокваши «Мечниковская». Простокваша – это кисломолочный диетический продукт, который получают путем сквашивания нормализованного пастеризованного молока чистыми культурами молочнокислых термофильных стрептококков и болгарской молочной палочки. От обычной простокваши «Мечниковская» отличается более выраженными антибактериальными свойствами. Термофильный стрептококк в организме способствует обменным процессам, стабилизирует деятельность пищеварительного тракта и обладает высокой антагонистической активностью по отношению к вредной микрофлоре. Кроме того, термофильные палочки благотворно влияют на иммунитет, успокаивают нервную систему и подавляют негативное воздействие антибиотиков [9]. Болгарская палочка выводит токсины, способна частично блокировать всасывание холестерина из пищи, стимулирует иммунную систему и нормализует бактериальную флору слизистых. При производстве простокваши, в отличие от технологии йогуртов, придерживаются классического состава рецептуры [10]. Пищевая и энергетическая ценность классической простокваши «Меч-никовская» приведена в таблице 1.

Таблица 1

Пищевая и энергетическая ценность простокваши «Мечниковская»

Простокваша		ассовая доля, %		Энергетическая ценность
«Мечников-	Белки	Жиры	Углеводы	кДж	Ккал
ская»	2,8	4	4,4	280	67

Анализ рынка кисломолочной продукции выявил самые популярные растительные компоненты для расширения ассортимента.

Популярность выбранных видов семян обусловлена высокой пищевой и энергетической ценностью (табл. 2).

Таблица 2

Пищевая и энергетическая ценность семян

Наименование	Массовая доля, %			Энергетическая ценность
	белок	жир	углеводы	кДж	ккал
Семена чиа	16,5	30,7	41,1	2033	486
Семена льна	18,2	42,1	28,9	2234	534
Семена пажитника	23,0	6,4	58,4	1356	323

Анализ результатов, представленных в таблице 2 показал, что все семена являются высокобелковыми. По содержанию жира семена пажитника уступают семенам льна и чиа на 35,7 и 24,3 %, соответственно. Эти факторы необходимо учитывать при разработке рецептуры.

Для использования семян в рецептурах и регулирования сенсорных характеристик на следующем этапе работы проводили различную обработку семян (способы обработки представлены в методах исследований) и изучили их белковый состав (рис. 1).

и

s

Щ

19,4

,    17,5

13,7                        13,8  13,6

11,1

21,8

и

Семена чиа

Семена льна

Семена пажитника

• ■    Измельченные ■ Измельченные пророщенные ■ Измельченные обжаренные

Рисунок 1 – Содержание белка (%) в исследуемых образцах семян

Как видно из данных проведенного анализа, пажитник занял преимущественную позицию по показателям белка. Самый высокий показатель белка установлен у измельченного обжаренного пажитника – 21,8 %. Измельченный пажитник без термической обработки содержит 19,5 % (выше показателей семян чиа на 13,7 % и семян льна – на 13,8 %). Содержание белка в проращенных измельченных семенах составило 17,5 %, что также выше, чем в проращенных семенах чиа (11 %) и льна (13,6 %).

В таблице 3 представлены результаты исследования минерального и витаминного состава семян.

Таблица 3

Минеральный и витаминный состав исследуемых семян

Нутриент	Семена чиа	Семена льна	Семена пажитника
Минералы, мг
Калий	407,00	813,00	770,00
Кальций	631,00	-	176,00
Магний	335,00	392,00	191,00
Железо	-	5,73	33,50
Фосфор	860,00	642,00	296,00

Продолжение таблицы 3

Нутриент	Семена чиа	Семена льна	Семена пажитника
Натрий	16,00	30,00	67,00
Цинк	-	-	2,50
Витамины, мг
В 1	0,62	1,60	0,32
В 2	0,17	-	0,30
В 3	8,83	3,08	-
В 9	-	-	57,00
С	1,60	0,60	3,00
Е	0,50	-	-
РР	-	-	1,60

Из данных таблицы 3 видно, что семена чиа богаты кальцием и фосфором, семена льна имеют наибольшее содержание калия и магния, а семена пажитника отличаются высоким содержанием калия, железа и натрия. Кроме того, пажитник содержит цинк, которого нет в составе других семян.

Семена чиа имеют высокое содержание витамина В 3, в его состав входит витамин Е, которого нет в семенах льна и пажитника. У семян льна отмечается наибольшее содержание витамина В 1 , а семена пажитника лидируют по количеству витаминов В 2 , В 9 , С, РР. Следует отметить, что витамины В 9 и РР отсутствуют в семенах чиа и льна.

На основании изучения состава исследуемых семян в качестве функциональной добавки приняты семена пажитника.

Рецептура кисломолочного напитка представлена в таблице 4.

Таблица 4

Рецептура кисломолочного напитка

Компонент	Расход сырья, кг
Молоко (3,4 %)	750,00
Сливки (10 %)	101,00
Закваска	48,00
Молочно-белковый концентрат	100,00
Семена пажитника	1,00
Итого	1000,00

Из таблицы 4 видно, что основными рецептурными компонентами являются молоко, сливки и молочно-белковый концентрат, семена пажитника представлены в дозировке 0,1 % от общей массы продукта. В лабораторных условиях выявлено, что большая концентрация семян пажитника влияет на изменение органолептических показателей продукта, при этом используемая дозировка может удовлетворить потребность в нутриентах.

Органолептические и физико-химические показатели готового продукта представлены в таблице 5.

Таблица 5 Органолептические и физико-химические показатели готового продукта

Органолептические показатели
Вкус и запах	Вкус кисломолочный, мягкий привкус наполнителя, злаковое послевкусие. Запах кисломолочный, пряный, характерный для наполнителя.
Цвет	Молочно-белый, с вкраплением нерастворимых частиц наполнителя.
Внешний вид и консистенция	Однородная, с ненарушенным сгустком, без газообразования, с незначительным отстоем сыворотки, с наличием нерастворимых частиц, характерных для внесенного наполнителя.

Продолжение таблицы 5

Физико-химические показатели
Кислотность, °Т	120–130
Массовая доля жира, %	4,5
Массовая доля белка, %	5,2
рН	4,7

Как показывают данные таблицы 5, добавление в рецептуру классического кисломолочного напитка 1 кг семян пажитника не приводит к изменению кисломолочного вкуса и запаха, продукт обогащается злаковым привкусом и пряным запахом наполнителя.

Исследуемые образцы по физико-химическим показателям соответствовали ГОСТ 33491-2015.

Выводы

На основании изучения и анализа научной и патентной литературы выявили актуальность расширения ассортимента кисломолочных напитков путем обогащения функциональными ингредиентами растительного и животного происхождения.

Изучены технологии и свойства простокваши «Мечниковская», обогащенной семенами чиа, льна и пажитника, которые были обработаны различными способами.

Установлено, что семена пажитника отличаются высоким содержанием белка и предложены в качестве обогащающего ингредиента при производстве простокваши «Мечников-ская», являющейся продуктом с высоким содержанием белка, так как обеспечивается более 20 % его энергетической ценности.

Работа выполнена в рамках гранта Президента Российской Федерации по государственной поддержке молодых российских ученых – кандидатов наук (МК-4035.2022.4).