Технологическая совместимость молочного и растительного сырья при создании напитка, заменяющего кофе

В статье доказана актуальность и целесообразность производства низкожирного молочного напитка, обогащенного порошком ячменя, в качестве заменителя кофе. Благодаря высокой пищевой ценности и отсутствию кофеина полученный продукт может быть рекомендован для непосредственного употребления в пищу всеми группами населения, в том числе в системе питания детских и санаторных учреждений. Объектом исследования служили опытные образцы молочного напитка. В качестве основы применяли сухое обезжиренное молоко после восстановления. Для придания кофейного вкуса напитку использовали ячменный порошок в количестве 7 %. В качестве дополнительного источника углеводов применяли сироп топинамбура в количестве 4 %. Микроскопированием образцов напитка исследовано диспергирование злаковой составляющей в молочном сырье. Методом ротационной вискозиметрии выявлено полное восстановление структуры после механического разрушения и улучшение показателя потери вязкости в образцах после холодильного хранения по сравнению с образцами сразу после получения. Срок хранения напитка установлен методом микробиологического анализа.

Питьевые молочные продукты, как правило, имеют невысокую пищевую плотность. В сегменте молочных напитков преимущественно преобладают продукты с массовой долей белка от 3 до 5 %. Учитывая устойчивую тенденцию недостаточного содержания белка в рационах россиян, актуальным остается необходимость создания продуктов с повышенной белковой ценностью. Однако при обогащении молочного сырья, особенно низкожирного, другими ингредиентами могут возникать проблемы органолептической приемлемости и стабильности пищевой системы.

В основе данного исследования использована известная традиция приготовления напитков, заменяющих кофе. В зависимости от рецептуры их подразделяют на три типа:

• -    напитки, частично содержащие кофе;

• -    напитки, содержащие цикорий и не содержащие кофе;

• -    напитки, в составе которых нет ни кофе, ни цикория.

Такие напитки – популярный продукт в системе общепита, включая детские и санаторные учреждения. Объяснением этому служит пониженное содержание или полное отсутствие кофеина.

Из всех зерновых, которые используются для приготовления напитков, заменяющих кофе, выбран ячмень. Цвет и консистенция ячменного напитка внешне очень схожа с натуральным кофе, а добавление молока делает вкус напитка мягким и похожим на капучино. К тому же в ячмене нет такого количества эфирных масел, как в кофейных зернах, поэтому он не оставляет на посуде следов и запаха [1].

Основная масса углеводов ячменя представлена крахмалом. Содержание моно- и олигосахаридов в зерне ячменя, по данным разных авторов, варьируется в пределах 1,4‒6,8 %. В зародыше обнаружено 4,9 % раффинозы [2].

В составе клеточных стенок ячменя найдены полисахариды β-глюканы. По структуре β-глюкан представляет линейный полисахарид, образованный остатками D-глюкопиранозы, которые соединяются β-1,4-связями в организованные блоки через β-1,3-связи. Во вторичной структуре молекула β-глюкана представляет собой изогнутую цепь, модель которой описывается цилиндром, имеющим длину равную 3,5‒3,8 нм и диаметр около 0,45 нм [2, 3].

При помоле зерна β-глюканы высвобождаются из клеточных стенок. Известно, что степень извлечения β-глюканов прямо пропорциональна тонкости помола [4, 5]. Попадая в водную среду β-глюканы, увеличивают ее вязкость. Именно это свойство привлекает технологов в решении использовать данные гидроколлоиды в производстве многих продуктов. Тем более, что β-глюканы, устойчивые к перевариванию и адсорбции в тонком кишечнике человека, выполняют ряд полезных физиологических функций, улучшающих процессы усвоения, микробиоценоз и эвакуацию остатков пищи. В итоге такие эффекты опосредованно оказывают нормализующее действие на липидный и углеводный обмены [6].

Однако использование β-глюкана как функционального ингредиента экономически мало привлекательно из-за высокой стоимости его экстракции и очистки. Альтернативным вариантом улучшения консистенции продуктов, например, на молочной основе, может быть использование зерновых и продуктов их переработки, богатых β-глюканами.

Рассматривая возможность промышленной технологии готового молочного напитка – заменителя кофе, изучены его органолептические и физико-химические, в частности реологические свойства.

Объектом исследования служили образцы молочного напитка, обогащенные порошком ячменя и сиропом топинамбура.

Основным молочным сырьем служило сухое обезжиренное молоко (СОМ) производства АО «Учебно-опытный молочный завод» ВГМХА им. Н. В. Верещагина. Органолептические и физико-химические характеристики СОМ соответствовали требованиям действующей нормативной документации на данный продукт [7]. По микробиологическим показателям и показателям безопасности сухое обезжиренное молоко удовлетворяло показателям Технического регламента Таможенного союза [8, 9]. Помимо высокой пищевой ценности и приятного вкуса, СОМ интересно для пищевой промышленности удобством транспортировки и длительным сроком годности.

Кофейный вкус напитку придавали путем внесения в молочную основу порошка ячменя (ячменный напиток «Старая мельница», ОАО «Русский продукт», Россия). Данный ингредиент представляет собой порошкообразную форму переработанного ячменя, которая способна равномерно распределяться в молочном сырье. Это важное условие для проявления свойств ячменя как гидроколлоида, которое будет способствовать стабилизации продукта в хранении.

Вместо сахарозы для придания сладкого вкуса напитку использован сироп топинамбура (производитель ООО «Терра», Россия), имеющий высокую сладость и хорошую растворимость.

Основу молочного напитка готовили растворением 18 г сухого обезжиренногомолока(СОМ)впитьевойводепритемпературе(50,0±2,0) в мерной колбе на 100 см3. Порошок ячменя вносили в молочную основу в количестве 7 % от массы смеси. Сироп добавляли в образцы из расчета 4 % от объема смеси. Пастеризацию напитка проводили при температуре (87,0±2,0) в течение 8 секунд. Далее охлаждали до температуры (22,0±2,0) °С, поддерживаемой в течение дегустации. Дальнейшие испытания образцов проводили на 10, 15 и 19 сутки после хранения при температуре (4±2) °С.

Плотность образцов исследовали с помощью тензиометра KRUSS K-20S. Способность образцов сохранять начальные свойства при хранении исследовали методом посева на питательную среду по ГОСТ 32901-2014 и по показателю активной кислотности в соответствии с ГОСТ 32892-2014 [10, 11].

Реологические характеристики образцов продукта: потеря вязкости и восстановление структуры определяли на ротационном визкозиметре Fungilab SMART серии R [12].

Микроскопирование образцов выполняли на световом микроскопе Axio Imager Z1 Carl Zeiss при стократном увеличении объектива и окуляра. Для фотосъемки использовали цифровую камеру AxioCam HRc.

Размер частиц при электронном микроскопировании вычисляли расчетным методом [13]. Видимые частицы подразделяли на фракции по размерам: менее 50 мкм, от 50 до 100 мкм, от 100 до 200 мкм, от 200 до 300 мкм и от 300 до 400 мкм и строили кумулятивные кривые распределения частиц, по которым определяли показатели дисперсности образцов. Непосредственно на кривой определяли процентили (dx) – размер x, ниже которого находится определенное количество образца.

Выработку опытных образцов и исследования повторяли трехкратно. Математическую обработку данных выполняли с использованием программного обеспечения Windows 10.

Свежеприготовленные напитки с ячменем имели сладковатый молочный вкус с гармоничным зерновым привкусом, подобным вкусу кофе с молоком. Запах был приятным молочно-зерновым. Консистенция была однородной, без комочков. Напитки обладали светло-коричневым цветом, соответствующимячменномунапитку. Пищеваяиэнергетическая ценность напитков представлены в таблице 1.

Таблица 1 – Пищевая и энергетическая ценность образцов ячменного напитка

Показатель	Значение показателя
Массовая доля жира, %	0,20
Массовая доля белка, %	7,80
Массовая доля углеводов, %	16,03
Массовая доля сухого молочного остатка (СМО), %	24,20
Энергетическая ценность (калорийность), ккал/кДж	97 / 413

Микрофотография образцов напитков на конец предполагаемого срока годности представлена на рисунке 1. При увеличении хорошо видна различная степень дисперсности частиц ячменного порошка в напитках.

Рисунок 1 - Микрофотография образцов напитка на конец предполагаемого срока годности

Расчетные размеры частиц ячменного порошка в напитках представлены в таблице 2 .

Таблица 2 – Расчетные размеры частиц ячменного порошка в напитке

Расчетные диаметры, мкм	Значения
d10, мкм	3,0±0,1
d50, мкм	25,0±0,2
d90, мкм	55,0±0,2

Медианный диаметр частиц ячменного порошка в напитках, как видно в таблице 2, составил 25 мкм. Количество частиц ячменного порошка в напитках размером менее 3 мкм составляло 10 % и такое же количество частиц ячменного порошка в напитках имели диаметр более 55 мкм. Достигнутое диспергирование растительного ингредиента вполне достаточно, чтобы не давать нежелательных органолептических ощущений.

Показатели консистенции оценивали методами ротационной визкозиметрии. Кривые напряжения сдвига образцов сразу после изготовления и на 19-е сутки хранения при (4,0±2,0) ℃ показывают высокую стабильность структуры в момент приложения и снятия нагрузки ( рис. 2 ).

160 -К 140 - о 120 -s ICC -§ 30 ■ О 60 -н 40 -= g 20 ' 1—1 1—1

1                                1                                1                                 1                                1                                1                                1                                 1                                1                                1                                 1                               1 3   5,4   9  16,2 27 48,6 31 145,3 243 437,4 729 1312 Скорость сдвига, с'-Прямой ход    Обратный ход

б

Рисунок 2 - Реологические кривые напряжения сдвига в опытных образцах напитка свежеприготовленного (а) и после 19 дней хранения (б)

Испытание консистенции образцов на способность противостоять механическому разрушению после двухминутного воздействия показало, что к концу допустимого срока годности показатель потери вязкости снизился на 5 % по сравнению со свежевыработанными образцами ( рис. 3 ).

100        100

Рисунок 3 - Показатели устойчивости образцов к механическому воздействию

На рисунке 3 видно, что образцам было характерно полное восстановление структуры и сразу после изготовления, и после хранения при (4,0±2,0) ℃ в течение 19 суток. Несомненно, это следствие сочетания нескольких факторов, таких как высокое содержание сухих веществ и присутствие гидроколлоидов разной природы. По-видимому, в условиях эксперимента происходило усиление гидрофильных свойств и молочных белков, и полисахаридов ячменя. Подобные проявления синергизма всегда положительно сказываются на консистенции питьевых молочных продуктов [14]. Также немаловажное значение имело далекое от изоэлектрической точки казеина значение рН напитка. В свежевыработанных образцах показатель рН был в пределах от 6,5 до 6,6, а в конце срока хранения – от 5,7 до 6,1.

Микробиологические исследования проводили с целью установления сроков хранения пастеризованного напитка. Посев на питательные среды Кесслер и КМАФАнМ проводили сразу после изготовления напитка, на 10 сутки, а также на 15 и 19 сутки хранения. Изменений по содержанию БГКП в образцах в процессе хранения не происходило. Количество МАФАнМ в свежеприготовленных напитках составляло 1,1×101 КОЕ/см3. При хранении показатель КМАФАнМ увеличивался с 3,7×101 КОЕ/см3 на 10 сутки до 6,5×102 КОЕ/см3 на 19 сутки. С учетом коэффициента резерва, рекомендуемого для скоропортящихся продуктов со сроком годности до 30 суток, который составляет 1,3 [15], предполагаемый срок хранения составил 15 суток.

По результатам микробиологических испытаний образцов продукта свежеприготовленных и на протяжении срока хранения общее количество микроорганизмов увеличилось на порядок, но оставалось в пределах норматива (не более 1×105 КОЕ/см3), допускаемого Техническим регламентом Таможенного союза «О безопасности молока и молочной продукции» [9].

Итогом проведенной работы является рецептура низкожирного молочного напитка, обогащенного порошком ячменя в качестве заменителя кофе. Хорошие потребительские характеристики продукта позволяют использовать результаты проведенных исследований для дальнейшей разработки технологии и нормативной документации на низкожирный молочный напиток – заменитель кофе.

Материал подготовлен в рамках государственного задания FGMF-2022-0002.