Разработка концентрированого сладкого молочного продукта с комбинированным белковым и углеводным составом

Актуальность. В указе Президента [1] предусмотрено создание и развитие современных технологий, в том числе на предприятиях пищевой промышленности. Создание наилучших доступных технологий позволит применить систему экологического регулирования с целью минимизации негативного воздействия на окружающую среду [2, 3].

Для молочной промышленности весьма актуальным является утилизация молочной сыворотки, которая в настоящее время лишь на 20‒30% перерабатывается на промышленные цели [4]. Кроме того, продукты на основе компонентов молочной сыворотки являются полезными. Например, концентрат сывороточных белков (КСБ) содержит практически весь набор важнейших аминокислот, а, следовательно, обладает высокой биологической ценностью [5].

Топинамбур и сироп топинамбура являются источником минеральных веществ: калия, натрия, кальция, магния, железа, а также фосфора, кремния и др. Топинамбур – источник витаминов В, А, С и Е. В сиропе топинамбура содержатся органические кислоты: яблочная, янтарная и лимонная.

Благодаря концентрации в клубнях редких полимеров – фруктанов, приготовленный сироп является лидером среди аналогичных средств из сахарного тростника, кукурузы, клена, агавы, меда. Сироп топинамбура ‒ это биологически активный сахарозаменитель, показаниями для употребления которого являются такие проблемы со здоровьем, как: сердечно-сосудистые заболевания (гипертония, атеросклероз, ишемия и др.); нарушение функционирования ЖКТ (снижение кислотности, язва, гастрит, колит, запоры и т. п.); сахарный диабет разных типов; онкологические болезни; заболевания мочеполовой системы и др.

Особенность сиропа заключается в том, что его готовят при температуре 50– 60°С. А это означает, что в его составе сохраняются все питательные вещества.

Целью работы является разработка рецептуры и технологии концентрированного молочного продукта с частичной долей замены сухого обезжиренного молока на концентрат сывороточных белков и сахарозы на сироп топинамбура.

Для разработки рецептуры был спланирован двухфакторный двухуровневый эксперимент. Были выбраны факторы: доля замены СОМ на КСБ ‒ (Х1) и доля замены сахара сиропом топинамбура (Х2) и отклик – вязкость (У). Вязкость была выбрана на том основании, что при формировании консистенции консервированных молочных продуктов она является наиболее значимым параметром. Вязкость нормируется, например, для традиционного сгущенного молока с сахаром она должна составлять 3–15 Па·с [6-7].

Значения верхнего и нижнего уровней факторов в натуральном и кодированном выражении приведены в таблице 1 .

Таблица 1 ‒ Значения уровней и интервалов варьирования

Наименование фактора	+1	0	-1	Интервал варьирования
Доля замены СОМ на КСБ,%	20	15	10	5
Доля замены сахара на сироп топинамбура, %	5,00	3,75	2,50	1,25

Затем был составлен план полного факторного эксперимента (ПФЭ) ( таблица 2) .

Таблица 2 – План ПФЭ в кодированном и натуральном выражении факторов

№ опыта	х0	х1	х2	х1·х2	Доля замены СОМ на КСБ,%	Доля замены сахара на сироп топинамбура, %
1	+	+	+	+	20	5,0
2	+	–	+	–	10	5,0
3	+	+	–	–	20	2,5
4	+	–	–	+	10	2,5

Далее на основании плана ПФЭ были составлены варианты рецептуры вырабатываемого продукта (таблица 3) .

Таблица 3 – Рецептура молочного концентрированного продукта 8,5 %-ной жирности в кг на 1000 кг готового продукта без учета потерь

Наименование компонентов	Контроль	Опыт 1	Опыт 2	Опыт 3	Опыт 4
Сухое обезжиренное молоко(1 % жира, 5% влаги)	230	184	207	184	207
Масло крестьянское, 72,5 % жира	114,1	114,1	114,1	114,1	114,1
Сахар-песок (сахароза)	435	413,2	413,2	424,1	424,1
КСБ (1 % жира, 95% влаги)	-	46	23	46	23
Топинамбура сироп, СВ=70%.	-	21,8	21,8	10,9	10,9
Мелкокристаллическая лактоза	0,2	0,2	0,2	0,2	0,2
Вода	220,7	220,7	220,7	220,7	220,7

Технология выработки молочного концентрированного продукта приведена на рисунке 1 .

Рисунок 1. Схема производства концентрированного молочного продукта с сахаром

Методы исследования

Выработанные образцы продуктов хранят в течении 14 месяцев и анализируют. Поскольку вязкость в значительной мере влияет на консистенцию готового продукта и в конечном итоге на его качество, был проведен эксперимент по измерению вязкости полученных образцов. Как показали результаты опроса потребителей, продукты с излишне жидкой или густой консистенцией не пользуются спросом. Вязкость измерялась вискозиметром Гепплера.

Результаты исследований

Результаты эксперимента, выполненные в трехкратной повторности, и их среднее значение ŷ представлены в таблице 4 .

Таблица 4 ‒ Результаты эксперимента по вязкости, Па*с

Nопыта	1 y1 ________________________1	y2 ________________1	y3	среднее	ŷ
1	5,75	5,59	5,61	5,65
2	4,25	4,70	4,26	4,40
3	5,49	5,47	5,41	5,46
4	4,80	5,37	4,74	4,97

Оценка воспроизводимости полученных результатов осуществлялась с помощью критерия Стьюдента при коэффициенте надежности α =0,95 [8, 9]. Поскольку неравенство tpасч. < tтабл. выполняется, следовательно, результаты статистически воспроизводимы.

В качестве модели объекта исследования была принята линейная модель, в результате было получено уравнение:

y = 5,120 + 0,435 x1 -0,095·x2 +0,19 x1·x2

Проверка на адекватность полученного уравнения была проведена с помощью критерия Фишера. Полученная модель адекватно описывает объект исследования.

Анализ модели показывает, что концентрат сывороточных белков несколько повышает вязкость, а сироп топинамбура в незначительной степени ее снижает. Совместное влияние КСБ и сиропа топинамбура оказывается несущественным.

Вязкость во всех опытах находится в пределах нормативных значений для традиционного сгущенного молока с сахаром, т.е. находится в пределах 3‒15 Па*с.

Для разработки нового вида продукта необходимо, чтобы этот продукт соответствовал нормативным требованиям по всем физико-химическим и органолептическим показателям качества в течение всего срока хранения. Поэтому были исследованы кроме вязкости линейный размер кристаллов лактозы, который измеряли с помощью микроскопа BIOLAR, показатель активной кислотности ‒ рН-метром марки МИ-150, массовую долю сухих веществ рефрактометрически, активность воды с помощью гигрометра Rotronic HygroPalm. Все опыты проводились в трехкратной повторности. При определении среднего линейного размера кристаллов проводилось измерение 100 кристаллов в направлении наибольшей оси согласно методу исследований, приведенному в ГОСТ 29245-91 [10].

В результате проведенных исследований было установлено, что все образцы продукта в основном соответствуют требованиям, установленным технической документацией [6‒7]. рН в контрольном и рабочем образцах изменялась в пределах погрешности измерений.

Средний линейный размер кристаллов возрастает в процессе хранения, как в контрольном, так и в рабочем образцах. Однако в рабочем образце он ниже на 20-25%, что позволяет улучшить качество продукта (рисунок 2) .

Рисунок 2. Средний линейный размер кристаллов концентрированного молочного продукта с сахаром све-жевыработанного и в процессе 14 месяцев хранения, мкм

Активность воды в рабочих образцах ниже на 3‒7%, что свидетельствует о достаточно высокой хранимоустойчивости разработанного продукта. Данное обстоятельство может положительно влиять на снижение микробиологической обсе-мененности в продукте в процессе хранения.

По органолептическим показателям продукты оценивались в соответствии с ГОСТ 31688-2012 [6]. Продукт имел вкус и запах: чистый, сладкий, с выраженным привкусом пастеризованного молока. Консистенция была однородная, вязкая по всей массе без наличия ощутимых органолептически кристаллов лактозы. Цвет ‒ белый с кремовым оттенком, равномерный.

Использование в составе продукта молочной сыворотки приводит к увеличению биологической ценности продукта. Кроме того, как было установлено авторами [11], белки молочной сыворотки обладают антиоксидантной активностью.

Аминокислотный скор концентрированного молочного продукта с сахаром 8,5%-ной жирности, выработанного на основе сухого концентрата сывороточных белков и сиропа топинамбура (опыт 4) в сравнении с контрольным образцом, представлен на рисунке 3 .

Рисунок 3. Аминокислотный скор концентрированного молочного продукта с сахаром, % [12]

Как следует из рисунка, лимитирующей аминокислотой и в контрольном образце, и в рабочем опыте (разработанном продукте) является лейцин.

На основании полученных данных были рассчитаны показатели биологической ценности по методике [13, 14]. Установлено, что коэффициент сбалансированности аминокислотного состава (КСАС) в рабочем образце на 18% выше, чем в контрольном. Это свидетельствует о повышенной биологической ценности разработанного продукта.

Разработка нового продукта позволяет придать продукту профилактические свойства за счет снижения содержания сахара.

Выводы:

• 1.    Концентрат сывороточных белков повышает вязкость, а сироп топинамбура в незначительной степени ее снижает.

• 2.    Вязкость во всех опытах находится в пределах нормативных значений для традиционного сгущенного молока с сахаром.

• 3.    Концентрат сывороточных белков и сироп топинамбура могут быть рекомендованы в производстве консервированных молочных продуктов с сахаром.

• 4.    Разработка нового продукта позволяет расширить ассортимент молочных консервов, повысить их биологическую ценность и придать продукту профилактические свойства.