Разработка технологии производства функционального напитка на основе молочной сыворотки

Введение. Проблема питания актуальна для населения всего мира. Основная диета у большинства граждан России представлена картофелем или полуфабрикатами из него, некоторыми крупами из зерновых культур, но недостаточно используются белки бобовых видов растений, зеленные, овощные, плодово-ягодные. Поэтому молодое поколение ощущает постоянный дефицит витаминов [1]. Это приводит к заболеванию полигиповитаминозом – недостатком трех и более витаминов. Таким недугом, по разным оценкам, страдает от 30 до 70 % людей разного возраста [2, 3]. Если в пищу не заложено достаточного количества витаминов, то имеющиеся в организме быстро расходуются. Этот процесс может сопровождаться нарушениями артериального давления, развитием атеросклероза, онкологических заболеваний [4], так как снижаются адаптационные свойства организма и сопротивляемость внешним воздействиям [5].

Быструю компенсацию ослабленному организму и улучшение здоровья можно получить путем употребления молока и молочных продуктов. В цельном сыром молоке имеется ангиогенин (от 2,3 до 9,0 мг/л), который очень активен и инициирует ряд уникальных процессов, таких как формирование кровеносных сосудов, благоприятное протекание эмбриогенеза, функционирование женской репродуктивной системы, восстановление тканей при различных повреждениях [6]. Заслуживает внимания характеристика аминокислотного состава молока в связи с тем, что в свете современных воззрений на биологическую ценность продуктов питания особое значение придается наличию и соотношению в белках незаменимых аминокислот. Как известно, биологическая ценность белков молока обусловливается именно сбалансированностью незаменимых аминокислот [6].

Не менее ценным продуктом является побочный продукт от переработки молока – молочная сыворотка. Ее уникальность состоит в том, что сывороточные белки не содержат токсичных компонентов, обладают водосвязывающей, эмульгирующей, пенообразующей и гелеобразующей способностью. Некоторые белки молока относятся к биологически активным веществам. Например, естественным антибиотиком является лактоферрин. Больше всего его можно обнаружить в материнском молоке, но он есть и в молоке животных (крупного рогатого скота, овец, коз), но в меньшем количестве. Он участвует в закладке и поддержании иммунитета организма. Следовательно, сыворотка очень перспективна для получения функциональных продуктов целевого назначения.

Этот процесс может быть расширен за счет использования лекарственных растений [7–10]. К популярным лекарственным растениям, обладающим адаптогенными свойствами, относят женьшень, родиолу розовую, элеутерококк колючий, левзею сафлоровидную, лимонник китайский и др. Особое внимание привлекает родиола розовая ( Rhodiola rosea L.). Благодаря наличию большого количества биологически активных веществ (салидрозид, розавин, розин, розарин и др.), растение обладает широким спектром лекарственных свойств. Родиола розовая ( Rhodiola rosea L.) является растением-адаптогеном, повышает неспецифическую сопротивляемость организма к стрессам и усталости.

В основе нового функционального напитка лежит молочная сыворотка – отход от переработки молока на творог. Это позволит расши- рить ассортимент выпускаемой молочной продукции функционального назначения [11, 12].

Цель исследования. Разработка технологии производства нового функционального напитка на основе молочной сыворотки с добавлением экстракта лекарственного растения родиолы розовой ( Rhodiola rosea L.).

Задачи исследования: разработать процессуальную и аппаратурную схему производства сывороточного напитка, обогащенного концентратом родиолы розовой ( Rhodiola rosea L.), ингредиентный состав функционального сывороточного напитка; определить органолептические и физико-химические показатели качества готового напитка.

Материалы и методы исследования. Для приготовления функционального сывороточного напитка использовали следующее сырье:

– молочная сыворотка – ГОСТ Р 53438-2009;

– питьевая вода – ГОСТ Р 51232-98;

– сок яблочный – ГОСТ 32103-2013;

– сахар-песок – ГОСТ 33222-2015;

– пектин яблочный – ГОСТ 29186-91; –экстракт родиолы розовой;

– лимонная кислота – ГОСТ 908-2004.

Экстракт родиолы розовой получали методом сверхкритической СО 2 экстракции в компании ООО «Кит» (г. Бийск). Суть метода заключается в том, что в схеме реализации метода используется двуокись углерода (СО 2 ). Это позволяет отказаться от органических растворителей. В процессе СО 2 -экстракции получают экстракт лекарственных растений и любого другого растительного сырья с практически идентичным природному соотношением биологически активных веществ растения. Процесс осуществляется под большим статическим давлением. В условиях нормальной температуры экстрагент быстро улетучивается. Остается чистый экстракт. На предприятии отработан режим экстракции для многих видов растений. Для получения экстракта БАВ из измельченных корневищ и корней родиолы розовой температура поддерживалась на уровне 31 °С при экспозиции 40 минут. Содержание БАВ в экстракте, а затем в напитке определяли методами тонкослойной (ТСХ) и высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ) в соответствии с ФС.2.5.0036.15 «Родиолы розовой корневища и корни».

Определение показателей качества готового функционального напитка осуществляли в соответствии с ГОСТ 33957-2016 «Сыворотка молочная и напитки на ее основе. Правила приемки, отбор проб и методы контроля».

Безопасность функционального напитка определяли согласно требованиям ТР ТС 033/2013 – Технического регламента Таможен- ного союза «О безопасности молока и молочной продукции».

Результаты исследования и их обсуждение. Процессуальная схема производства сывороточного функционального напитка, обогащенного концентратом лекарственного растения родиолы розовой ( Rhodiola rosea L.), отражена на рисунке 1. Аппаратурная схема линии производства напитка представлена на рисунке 2.

Рис. 1. Процессуальная схема производства сывороточного напитка, обогащенного концентратом родиолы розовой (Rhodiola rosea L.)

При поступлении сырья на склад завода осуществляется его проверка по показателям качества в соответствии с установленной нормативно-технической документацией. Сырье, прошедшее проверку качества, поступает на последующие технологические стадии. Для получения однородной консистенции готового напитка процесс создания рецептурной смеси осуществляется в 3 этапа. 1-й этап – приготовление смеси жидких компонентов. В резервуар по трубопроводу поступают творожная сыворотка, питьевая вода, сок яблочный, в ручном режиме вносится жидкий концентрат родиолы ро- зовой (Rhodiola rosea L.). 2-й этап заключается в приготовлении смеси сухих ингредиентов. Сахар, пектин яблочный, лимонная кислота поступают в шнековый смеситель, где происходит тщательное перемешивание компонентов.

На 3-м этапе в следующий резервуар перекачивается смесь жидких компонентов при помощи центробежного насоса, после чего при работающем перемешивающем устройстве засыпается смесь сухих ингредиентов. Полученная смесь тщательно перемешивается в течение 20 мин.

Готовая рецептурная смесь центробежным насосом подается в пастеризационноохладительную установку, где нагревается до температуры 80–85 °C и выдерживается при этом значении в течение 15–18 секунд. Данный процесс необходим для подавления развития вегетативных форм микроорганизмов, а также для увеличения срока хранения напитка. После выдержки смесь охлаждается в секции регенерации до температуры 59–62 °C.

Сывороточный напиток сразу после пастеризации поступает в гомогенизатор для получения однородной, равномерной консистенции готового напитка. Гомогенизированный продукт охлаждается в охладительной установке до температуры 9–11 °C. После поступает на линию розлива. Готовый продукт упаковывается и отправляется на склад для дальнейшей реализации при температуре 4 °C.

Основу рецептуры нового функционального напитка составила молочная сыворотка. С целью придания напитку функциональных, лечебнопрофилактических свойств использовали жидкий экстракт лекарственного растения родиолы розовой ( Rhodiola rosea L.). Для придания напитку оптимальных органолептических и физикохимических характеристик дополнительно включили в состав следующие компоненты: сок яблочный, сахар, пектин яблочный (используется для стабилизации белковых компонентов). лимонная кислота (используется в качестве регулятора кислотности), вода питьевая.

Для определения оптимального процентного соотношения компонентов была проведена органолептическая оценка 6 рецептур (табл. 2) по балльно-рейтинговой шкале. Результаты оценки представлены на рисунке 3.

Содержание биологически активных веществ

Таблица 1

Компонент	Содержание в экстракте, мг/г	Содержание, в готовом напитке, мг/г
Салидрозид	67,04	49,04
4-О-β-D-глюкопиранозид- п -кумаровой кислоты	28,01	12,01
п -Кумаровый спирт	13,23	7,23
Розавин	62,71	30,71
Розарин	1,59	0,995

Таблица 2

Ингредиент	Номер рецепта
	1	2	3	4	5	6
Молочная сыворотка	700,0	600,0	500,0	700,0	600,0	500,0
Яблочный сок	300,0	400,0	500,0	200,0	200,0	200,0
Питьевая вода	–	–	–	100,0	200,0	300,0
Сахар	30,0	30,0	30,0	30,0	30,0	30,0
Пектин яблочный	5,0	5,0	5,0	5,0	5,0	5,0
Экстракт родиолы розовой	1,0	1,0	1,0	1,0	1,0	1,0
Лимонная кислота	0,4	0,4	0,4	0,4	0,4	0,4

Таблица 3

Соответствие безопасности функционального напитка требованиям ТР ТС 033/2013 «О безопасности молока и молочной продукции», Технические условия на сывороточные напитки

Показатель	Ед. изм.	Результат испытания	Погрешность	Норматив	НД на метод испытания
БГК (колиморфы)	см3	В 0,01 не обнаружены	–	0,01 не допускается	ГОТ 32901-2014
КМА ФА иМ	КОЕ/см3	Менее 1,0х101	–	Не более 1х105	ГОТ 32901-2014
Патогенные, в т.ч. сальмонеллы	см3	В 25 не допускается	–	В 25 не допускается	ГОСТ 316592012 (ИСО 6579:2002)

Рис. 2. Аппаратурная схема линии производства сывороточного напитка функционального назначения: 1, 3 – резервуары разного объема (с перемешивающим устройством);

2 – центробежный насос; 4 – смеситель; 5 – пастеризационно-охладительная установка;

6 – гомогенизатор; 7 – охладительная установка; 8 – автомат-розлив

Рецептуры сывороточного функционального напитка, кг

Рис. 3. Профилограмма органолептических показателей шести вариантов сывороточного напитка

По результатам оценки органолептических показателей сывороточного напитка наивысший итоговый балл получила рецептура под номером 6, содержащая на 1 т готовой продукции: 500,0 кг творожной сыворотки, 200,0 кг яблочного сока, 300,0 кг питьевой воды, 30,0 кг сахара, 5,0 кг яб- лочного пектина, 1 кг жидкого концентрата родиолы розовой, 0,4 кг лимонной кислоты.

Физико-химические показатели готового функционального напитка представлены в таблице 4.

Таблица 4

Физико-химические показатели функционального напитка, произведенного по рецепту № 6

Показатель	Ед. изм.	Характеристика показателя
Кислотность	°Т	47,5 ± 0,8
Массовая доля жира	%	0,02 ± 0,001
Массовая доля сухих веществ	%	9,7 ± 0,03
Плотность	кг/м3	1038,0 ± 1,0
Температура при выпуске	°C	4

Выводы. В ходе работы разработана оптимальная рецептура нового функционального напитка, основанного на молочной сыворотке, обогащенного экстрактом лекарственного растения родиолы розовой ( Rhodiola rosea L.), с добавлением яблочного сока, питьевой воды, сахара, яблочного пектина и лимонной кислоты. Предложена процессуальная и аппаратная схема линии производства обогащенного сывороточного напитка. Проведена оценка органолептических показателей всех предложенных рецептур, физикохимических показателей, безопасности напитка, произведенного по оптимальной рецептуре (рецепт № 6). Произведенный напиток на основе молочной сыворотки, обогащенный экстрактом родиолы розовой ( Rhodiola rosea L.), позволяет расширить ассортимент функциональной молочной продукции на рынке.