Влияние овощных наполнителей на консистенцию кисломолочных напитков

Молоко и молочные продукты являются основой рациона большинства возрастных групп населения. Наиболее востребованными на рынке являются кисломолочные напитки. За счет микробной ферментации они отличаются лучшей усвояемостью по сравнению с молоком. Молочнокислые микроорганизмы тесно ассоциированы с пищевыми продуктами, они обогащают кисломолочные напитки за счет продуктов микробного синтеза витаминами, органическими кислотами, экзополисахаридами, диацетилом, антифунгальными компонентами, а также бактериоцинами [1, 2]. Номенклатура молочных продуктов постоянно расширяется.

Одним из направлений является выпуск безлактозных и низколактозныхкисломолочныхнапитковдлялюдейснепереносимостью лактозы [3]. Сбалансированность состава этих пищевых систем зависит от используемых в рецептуре ингредиентов и нутриентов, обогащающих продукт полезными свойствами [4].

Повысить пищевую ценность кисломолочных напитков можно за счет внесения растительных наполнителей, в том числе овощных, таких как тыква и морковь. Это традиционные культуры овощеводства, и их переработка в РФ развита достаточно хорошо [5]. Морковь и тыква содержат большое количество пищевых волокон, их производных, витаминов, микро- и макроэлементов, содержание которых представлено в таблице 1 [6–9].

Таблица 1 – Содержание пищевых веществ на 100 г съедобной части

Наименование показателя	Содержание морковь        тыква
Пищевые волокна, г	2,4	2
Зола, г	1	0,6
Вода, г	88	91,8
Моно- и дисахариды, г	6,7	4,2
Крахмал, г	0,2	0,2
Органические кислоты, г	0,3	0,1
Витамин PP, мг	1	0,5
Витамин B1 (тиамин), мг	0,06	0,05
Витамин B2 (рибофлавин), мг	0,07	0,06
Витамин B5 (пантотеновая кислота), мг	0,3	0,4
Витамин B6 (пиридоксин), мг	0,1	0,1
Витамин B9 (фолиевая), мкг	9	14
Витамин C, мг	5	8
Витамин E (ТЭ), мкг	0,4	14
Витамин PP (ниациновый эквивалент), мг	0,06	0,7
Кальций, мг	27	25

Магний, мг	38	14
Натрий, мг	21	4
Калий, мг	200	204
Фосфор, мг	55	25
Хлор, мг	63	19
Сера, мг	6	18
Железо, мг	0,7	0,4
Цинк, мг	0,4	0,24
Йод, мкг	5	1
Медь, мкг	80	180
Марганец, мг	0,2	0,04
Фтор, мкг	55	86
Кобальт, мкг	2	1

Введение овощных наполнителей в состав кисломолочных напитков влияет на структурно-механические свойства, поэтому необходимо исследовать их реологические свойства для прогнозирования вязкости готовыхпродуктов.Принеобходимостивсоставнапитковсрастительными ингредиентами дополнительно вносят стабилизационные системы [10].

Цель исследования – изучить реологические характеристики модельных образцов низколактозных кисломолочных напитков с овощными наполнителями (морковью и тыквой), выбрать образец с лучшимиструктурно-механическимисвойствами,изучитьнеобходимость применения стабилизаторов в предлагаемой технологии.

Методика и методы исследования

Исследовали реологические свойства модельных образцов кисломолочных напитков, степень гидролиза лактозы в которых составляла 70%, с различными дозами наполнителей (морковное пюре, тыквенное пюре и белый сахар) [5], а также реологические характеристики лучших модельных образцов с применением стабилизаторов (желатин, СтабМилк 50CIS и палсгаард AcidMilk 374) в количестве, рекомендуемом для получения продукта вязкой консистенции [11]. Для получения кисломолочной основы использовали бактериальный концентрат БК-Углич-СТБв по ТУ 10.89.19-102-19862939-2023.

Исследования образцов проводились на вискозиметре Реотест 2.1 с использованием цилиндрического измерительного устройства типа S-S 1 [12].

Результаты исследований

Исследовались модельные образцы низколактозного напитка с морковным и тыквенным наполнителями. Соотношение компонентов в образцах приведено в таблице 2.

Таблица 2 – Соотношение компонентов в модельных образцах

№ образца	Массовая доля, % Модельные образцы с       Модельные образцы с морковным пюре          тыквенным пюре пюре     белый сахар     пюре     белый сахар
1	21	14	19	14
2	20	12	18	12
3	19	10	17	10
4	18	8	16	8
5	17	6	15	6
6	16	4	14	4

Большинство кисломолочных напитков производится резервуарным способом, при котором готовый сгусток перемешивается, т. е. структура геля разрушается. После разрушения псевдопластичные системы, к которым относятся низколактозные кисломолочные напитки, способны восстанавливаться и проявлять тиксотропные свойства [11]. При этом потребитель получает восстановленную систему, характеризующуюся однородной, густой, вязкой консистенцией без признаков синерезиса. Для изучения структурно-механических свойств готового продукта модельные образцы вырабатывали резервуарным способом, внося наполнитель в разрушенный сгусток.

Одной из основных реологических характеристик, определяющих технологические свойства дисперсных систем, является эффективная вязкость. Поэтому реологические показатели исследовали по изменению этого параметра.

Характеризовать деформацию псевдопластичной системы можно изучая ее скоростные характеристики – изменение эффективной вязкости в зависимости от градиента скорости. Достоверно определять показатель неньютоновского поведения системы позволяет анализ скоростных характеристик вязкости модельных образцов продукта. Для этого было применено уравнение Оствальда-де-Вила [12, 13, 14]:

где η – эффективная вязкость, Па · с;

k – коэффициент эффективной вязкости при градиенте скорости, равном единице, т. е. при γ = 1 с-1;

• γ – скорость деформации, с ^-1;

• n – индекс течения.

На графиках (рис. 1, 2) представлены зависимости, отражающие изменение вязкости продукта с различным соотношением овощных наполнителей и белого сахара при последовательном увеличении градиента скорости.

При обработке экспериментальных данных при нарастании скорости сдвига для модельных образцов кисломолочных напитков с морковным и тыквенным пюре получены следующие зависимости эффективной вязкости (η, мПа·с) от скорости деформации (γ, с^-1; табл . 3, 4) .

Рисунок 1 – Скоростные характеристики модельных образцов кисломолочного напитка с морковным пюре

• 1 «2 *3 «4 «5 «6

Рисунок 2 – Скоростные характеристики модельных образцов кисломолочного напитка с тыквенным пюре

Таблица 3 – Зависимости эффективной вязкости (η, мПа·с) от скорости деформации (γ, с-1) для модельных образцов с морковным пюре

Номер модельного образца	Уравнение зависимости η, мПа·с от γ, с-1	Номер модельного образца	Уравнение зависимости η, мПа·с от γ, с-1
1	η = 5221,6 ⋅ γ -0,597	4	η = 4985 ⋅ γ -0,454
2	η = 14644 ⋅ γ -0,692	5	η = 6415 ⋅ γ -0,497
3	η = 10152 ⋅ γ -0,621	6	η = 10721 ⋅ γ -0,562

Таблица 4 – Зависимости эффективной вязкости (η, мПа·с) от скорости деформации (γ, с-1) для модельных образцов с тыквенным пюре

Номер модельного образца	Уравнение зависимости η, мПа·с от γ, с-1	Номер модельного образца	Уравнение зависимости η, мПа·с от γ, с-1
1	η = 5954 ⋅ γ -0,660	4	η = 8506 ⋅ γ -0,687
2	η = 10979 ⋅ γ -0,732	5	η = 7879 ⋅ γ -0,695
3	η = 5032 ⋅ γ -0,629	6	η = 6621 ⋅ γ -0,592

Из приведенных в уравнениях значений индекса течения n и коэффициента к при малых скоростях сдвига видно, что наибольшей вязкостью отличался образец кисломолочного напитка с морковным пюре № 2 и с тыквенным пюре – №2 с содержанием наполнителя 20 и 19% соответственно. При дальнейшем увеличении массовой доли овощных ингредиентов вязкость понижается.

Самые высокие значения вязкости характерны для образцов, содержащих 20% морковного пюре и 12% белого сахара – образец № 2; 19% тыквенного пюре и 12% белого сахара – образец № 2. При таком сочетании компонентов, сгусток обладает наиболее прочной пространственной сеткой и более выраженными влагоудерживающими свойствами.

Овощное пюре как морковное, так и тыквенное имеет анизометрический характер частиц (волокон), облегчающих образование прочных коагуляционных структур из беспорядочно расположенных коллоидных частиц [11, 15, 16]. Кроме того, растительное сырье содержит пектины, которые относятся к группе молочно-активных полимеров. Например, известно [11, 17], что молекулы низкометоксилированного пектина взаимодействуют между собой за счет свободных карбоксильных групп, связываемых Са2+-ионами в прочный каркас, образуя ионносвязанные студни.

Высокометоксилированный пектин образует студень за счет побочной валентности, т. е. водородных связей при участии недиссоции-рованных свободных карбоксильных групп [11, 18].

С учетом органолептической оценки и реологических показателей за основу рецептуры продукта были приняты образцы: образец № 2 – с использованием в качестве овощного наполнителя моркови, образец № 2 – с использованием тыквы.

В технологии производства питьевых кисломолочных напитков необходимо добиться текучей консистенции, в то время как при выработке продукта непитьевого назначения для преодоления проблемы, появляющейся в результате нестабильности структуры сгустка (геля), используют гидроколлоиды, которые связывают свободную воду и предотвращают отделение сыворотки [11, 19]. Также данная группа веществ способствует повышению вязкости, изменяет реологические свойства кисломолочных продуктов, их консистенцию, делая ее более плотной и устойчивой к механическим воздействиям [18, 19].

Поэтому для улучшения консистенции кисломолочных напитков были проведены исследования с применением различных стабилизаторов, в качестве которых выступали желатин, СтабМилк 50CIS и пал-сгаард AcidMilk 374.

На графиках (рис. 3, 4) представлены зависимости, отражающие изменение вязкости продукта с внесением различных стабилизационных систем при последовательном увеличении градиента скорости для напитков с морковным и тыквенным пюре.

Для модельных образцов кисломолочных напитков с морковным и тыквенным пюре при использовании различных стабилизаторов получены следующие зависимости эффективной вязкости (п, мПа^с) от скорости деформации (γ, с-1), приведенные в таблице 5.

Рисунок 3 – Скоростные характеристики модельных образцов кисломолочного напитка с морковным пюре с различными стабилизаторами

• СтабМилк •Желатин •Палсгаард

Рисунок 4 – Скоростные характеристики модельных образцов кисломолочного напитка с тыквенным пюре с различными стабилизаторами

Таблица 5 – Зависимости эффективной вязкости (η, мПа·с) от скорости деформации (γ, с-1) для модельных образцов с применением стабилизаторов

Наименование стабилизатора	Уравнения зависимости η, мПа·с от γ, с-1 для модельных образцов с морковным пюре	Уравнения зависимости η, мПа·с от γ, с-1 для модельных образцов с тыквенным пюре
СтабМилк 50CIS	η = 24081 ⋅ γ -0,827	η = 12852 ⋅ γ -0,734
Желатин	η = 13784 ⋅ γ -0,740	η = 8867,9 ⋅ γ -0,675
Палсгаард AcidMilk 374	η = 17585 ⋅ γ -0,780	η = 10844 ⋅ γ -0,709

Желатин можно классифицировать как гидроколлоид благодаря сродству воде и уникальным загущающим и желирующим свойствам. Существует два основных типа желатинов. Это желатин А с изоэлектрической точкой на уровне pH от 6,0-9,5 и желатин В с изоэлектрической точкой на уровне рН от 4,7–5,6.

При изготовлении кисломолочных напитков используют оба типа желатина с прочностью по Блуму на уровне 150 и средней вязкостью. Их применяют для получения продукта заданной консистенции – от плотной до нежной, а также для контроля над синерезисом [11, 19].

Наиболее эффективными по сравнению с желатином являются стабилизационные системы, в состав которых входят гидроколлоиды различной химической природы. В составе стабилизатора Палсгаард AcidMilk 374 имеются пектины и карбоксиметилцеллюлоза натриевая соль.

Свойства стабилизаторов на основе пектина зависят от источника получения, химической структуры и уровня модификации основного компонента - полимера галактуроновой кислоты, которая в полимерной цепочке может находиться как в виде свободной кислоты, так и в метилированной форме [18].

Степень метилирования (DE) или степень этерификации (метоксилирования) и определяет свойства пектина, которые значительно отличаются по механизму гелеобразования. Так, высокометоксилированные пектины образуют гель при низких уровнях рН (1,0–3,5) и наличии растворимых сухих веществ в диапазоне от 55 до 85%, низкометоксилированные пектины менее чувствительны к уровню рН (1,0…7,0 или выше) и растворимых сухих веществ (0…85%), но для гелеобразования необходимо наличие кальция.

Пектины в сочетании с обезжиренными сухими веществами молока обеспечивает кумулятивный эффект и более плотную структуру, также присутствие пектина создает тенденцию к уменьшению заряда на молекулах казеина, а не к желированию водной фазы, как у желатина. Это усиливает естественное притяжение частиц казеина и, следовательно, повышает вязкость кисломолочного напитка [19].

В группу пищевых добавок целлюлозной природы входят продукты механической и химической модификации и деполимеризации натуральной целлюлозы. Целлюлоза представляет собой линейный полимер, построенный из цепочек D-глюкозы, соединенных 1,4-Ь-гликозидными связями.

Для кисломолочных напитков в качестве стабилизатора консистенции применяется карбоксиметилцеллюлоза (КМЦ), основным свойством которой является то, что она может образовывать очень вяжущий коллоидный раствор, который не теряет вязкости на протяжении длинного промежутка времени. С точки зрения химического происхождения (КМЦ) представляет собой высокополимерный ионный электролит в нейтральном или слабом щелочном эфире целлюлозы, целлюлозную камедь часто используют в сочетании с другими гидроколлоидами.

В состав стабилизационной системы «СтабМилк 50CIS» входят модифицированный крахмал, желатин, гуаровая камедь [11, 19].

Основное свойство галактоманнанов – это способность изменять реологические свойства водных систем. Постепенное формирование гелевой структуры достигается при разрушении гранул крахмала за счет высвобождения амилозы и амилопектина. Дикрахмаладипатом ацетилированным называют модифицированный крахмал.

Крахмалы эффективно взаимодействуют с другими гидроколлоидами, причем преимущественно посредством водородных связей. Показательным примером может служить взаимодействие крахмала с ксантановой камедью. Вязкость их смеси больше, чем сумма вязкостей индивидуальных компонентов, то есть в данной системе проявляется синергизм. Взаимодействие крахмала с пектинами овощных наполнителей также происходит за счет водородных связей. В результате чего стабилизационная система «СтабМилк 50CIS» дополнительно усиливает реологические свойства кисломолочных напитков по сравнению с другими стабилизаторами [19].

Заключение

Оценивая влияние наполнителей на реологические показатели сгустков, можно сделать вывод, что в исследуемом диапазоне повышение массовой доли морковного пюре до 20%, тыквенного пюре – до 18% повышает эффективную вязкость. При дальнейшем увеличении количества наполнителя вязкость понижается.

Самые высокие значения вязкости сгустков, содержащих как морковное, так и тыквенное пюре характерны для модельных образцов с применением стабилизатора СтабМилк 50CIS.