Влияние предварительной обработки сырья на функционально-технологические свойства растительного молока

Разработка продуктов функциональной и специальной направленности полностью на растительной основе является быстрорастущим сегментом пищевой отрасли во всем мире. В настоящее время аллергия на коровье молоко, непереносимость лактозы, озабоченность потребителей калорийностью и распространенность гиперхолестеринемии, большее предпочтение веганской диеты повлияли на потребителей в выборе альтернатив коровьему молоку.

Актуальность научной проблемы, решаемой в рамках наших исследований, заключается в необходимости вывода на рынок новых сбалансированных по физико-химическому, органолептическому составу напитков из растительных видов молока, что, в свою очередь, обуславливает необходимость поиска и разработки новых технологических приемов и решений, которые позволят создать продукты с высокими потребительскими свойствами [5– 7, 16].

Законодательные нормативные документы и составленные программы развития биотехнологии Российской Федерации указывают на необходимость разработки и внедрения продуктов нового поколения с заданными характеристиками качества, соответствующих принципам здорового питания. Для решения данной проблемы необходимо провести оценку использования растительного молока как альтернативы коровьего, которое в дальнейшем может послужить базой для создания линейки функциональных продуктов питания [2, 4, 6, 14, 16].

Целью данного исследования являлось изучение влияния предварительной обработки сырья на функционально-технологические свойства растительного молока.

Объекты и методы исследований

В качестве объекта исследования были использованы виды растительного молока, полученные из тыквенных семечек, зеленой гречихи, чечевицы, сои.

Общая схема производства растительных дисперсий с использованием различных способов предварительной обработки представлена на рис. 1.

Для приготовления дисперсий растительное сырье замачивали на 12–13 часов, затем воду сливали. Замачивание позволяет удалить ингибиторы ферментов, улучшить усвояе- мость питательных веществ, а также размягчить клеточные стенки растительного сырья, чтобы облегчить дальнейшую обработку.

Далее добавляли воду для сохранения первоначального соотношения растительного сырья к воде и измельчали с помощью электрического блендера (Philco®, модель PH900). Перед замачиванием применяли предварительную обработку для части растительного сырья: замораживание при температуре – 17 °С и обжаривание при температуре 200 °С в течение 3 мин. Предварительную ультразвуковую обработку части растительного сырья проводили на установке GRAD (частота 35 Гц, ООО «Град-Технолоджи») после добавления порции фильтрованной воды.

Полученную измельченную смесь фильтровали через лавсановую ткань (140 г/м²). Для отжима использовали чистые резиновые перчатки. Тепловую обработку дисперсий проводили с использованием Термомикса® на скорости 2.

Для проведения экспериментальной части

Рис. 1. Структурная схема получения растительных дисперсий

работы использовались стандартные методы:

• •    физико-химические показатели экспериментальных образцов (pH, массовая доля жира, белка, углеводов, массовая доля сухих веществ);

• •    определение пенообразующей способности и стабильности пены.

рН определяли электрометрически на рН-метре Sevew Compact (Mettler Toledo, США) по рекомендациям производителя. Белок -методом Кьельдаля по ГОСТ 23327-98, жиры - методом Сокслета по ГОСТ 15113.9-77, углеводы - расчетным путем, массовую долю сухих веществ - по ГОСТ 6687.2-90.

Пенообразующую способность и стабильность пены определяли по ГОСТ 23409.26-78.

Вспениваемость выражали как коэффициент пенообразования, который представляет собой отношение объема пены (мл) и объем пробы растительного молока, используемый для вспенивания (250 мл).

Стабильность пены при комнатной температуре (25 °С) измеряли по времени (мин), затраченному на осаждение. Выражали стабильность пены в процентах уменьшения объема пены через 15 (30) мин (%), которое рассчитывали по уравнению:

% осаждения V_(F ) после 15 мин (30 мин)=

= ((V_F0- V_F15(30) ))/V_F0 *100, где VF0 и VF15 - объем пены при времени = 0 и времени = 15 или 30 мин.

Эксперименты проводились по полностью рандомизированному плану с тремя повторениями с тремя разными партиями растительного молока и двумя измерениями для каждого образца. Экспериментальные данные были подвергнуты дисперсионному анализу (ANOVA) при уровне погрешности p = 0,05 с использованием статистической программы Minitab 16.0. Статистический анализ проводили для каждого вида молока.

Результаты и их обсуждение

Контролируемыми показателями были определены физико-химические показатели качества экспериментальных образцов: массовая доля сухих веществ, массовая доля жира, белка, углеводов, pH.

Полученные результаты исследований представлены в таблице.

Исходя из полученных данных, можно сделать выводы о значительном влиянии предварительной обработки растительного сырья на физико-химические показатели растительных дисперсий.

Предварительная обработка в виде обжарки сырья приводит к ряду биохимических реакций, изменяющих его свойства: увеличивается выход белка при снижении доли жиров, углеводов, сухих веществ. Снижение массовой доли углеводов можно объяснить разрушением сложных полисахаридов, которыми богато растительное сырье. Также, исходя из полученных данных, окислительные реакции, происходящие при обжарке, снижают уровень выхода липидов [1, 3, 15].

Ультразвуковая обработка сырья увеличила выход белка для гречихи, чечевицы, что, предположительно, связано с изменением конформации белковых молекул сырья. Изменение дисперсных свойств белка приводит к их снижению, из-за чего белковая фаза эффективнее переносится в раствор. Конформационные изменения вторичной и третичной структуры белка способствуют более активному протеканию данного процесса, что и обусловливает увеличенный выход белка [9– 11].

Увеличенное время воздействия ультразвуком приводит к снижению выхода углеводов и сухих веществ. Данные результаты можно интерпретировать разрушением полисахаридов из-за сил кавитации ультразвука [13].

Предварительное замораживание сырья с последующей разморозкой предположительно способствует облегченному разрушению клеточных стенок растительного сырья и высвобождению содержимого клеток. По полученным экспериментальным данным можно судить о том, что предварительная заморозка не оказала ожидаемого эффекта на различные виды растительного сырья. Кристаллизация воды в клетках нарушена из-за высокого содержания полисахаридов в растительном сырье, что предотвращает разрушение клеточных стенок и освобождение их содержимого [1, 8].

Процесс пенообразования

Пена - двухфазная коллоидная система, в которой пузырьки газа диспергированы в непрерывной жидкой фазе. В молочной промышленности пенообразующие свойства молока важны для многих продуктов и влияют на его органолептические свойства.

Примером могут служить напитки типа капучино. Для данной категории продукции

Физико-химические параметры образцов растительного молока

Образец растительного молока pH Сухие вещества, % Белок, % Жир, % Углеводы, г/100 г Семечки тыквы контроль 7,00 ± 0,03 14,32 ± 0,01 3,45 ± 0,06 8,31 ± 0,95 2,11 ± 0,49 Семечки тыквы УЗ 1 мин 6,99 ± 0,02 13,75 ± 0,02 2,47 ± 0,06 8,32 ± 0,86 2,46 ± 0,36 Семечки тыквы УЗ5 мин 6,99 ± 0,03 12,68 ± 0,02 2,64 ± 0,08 8,71 ± 0,68 1,03 ± 0,21 Семечки тыквы обжарка 7,07 ± 0,01 13,56 ± 0,02 2,45 ± 0,08 8,14 ± 0,57 1,95 ± 0,27 Семечки тыквы заморозка –17 °C 6,97 ± 0,03 12,98 ± 0,03 2,71 ± 0,08 8,63 ± 0,92 1,21 ± 0,26 Гречиха контроль 6,74 ± 0,03 6,79 ± 0,54 1,71 ± 0,03 0,31 ± 0,03 4,49 ± 0,34 Гречиха УЗ 1 мин 6,70 ± 0,01 6,48 ± 0,23 1,99 ± 0,03 0,33 ± 0,02 3,69 ± 0,29 Гречиха УЗ 5 мин 6,81 ± 0,02 6,11 ± 0,32 2,59 ± 0,05 0,32 ± 0,01 2,86 ± 0,32 Гречиха обжарка 6,79 ± 0,02 4,60 ± 0,21 1,65 ± 0,02 0,30 ± 0,02 2,61 ± 0,27 Гречиха заморозка –17 °C 6,79 ± 0,03 6,23 ± 0,29 2,73 ± 0,02 0,28 ± 0,02 2,96 ± 0,21 Чечевица контроль 6,61 ± 0,02 10,78 ± 0,15 1,82 ± 0,03 0,21 ± 0,01 8,29 ± 1,23 Чечевица ультразвук 1 мин 6,62 ± 0,02 10,16 ± 0,13 1,91 ± 0,01 0,22 ± 0,02 7,87 ± 0,89 Чечевица ультразвук 5 мин 6,64 ± 0,01 9,63 ± 0,13 2,52 ± 0,02 0,3 ± 0,04 6,41 ± 0,87 Чечевица обжарка 6,61 ± 0,02 4,5 ± 0,10 1,72 ± 0,03 0,2 ± 0,02 2,31 ± 0,24 Чечевица заморозка –17 °C 6,6 ± 0,03 6,36 ± 0,11 2,14 ± 0,03 0,21 ± 0,03 3,49 ± 0,45 Соя контроль 6,90 ± 0,01 6,16 ± 0,12 2,83 ± 0,02 1,63 ± 0,12 1,41 ± 0,11 Соя ультразвук 1 мин 6,87 ± 0,02 6,12 ± 0,11 2,28 ± 0,01 1,74 ± 0,11 1,81 ± 0,10 Соя ультразвук 5 мин 6,93 ± 0,01 5,42 ± 0,11 1,77 ± 0,01 1,91 ± 0,24 1,47 ± 0,10 Соя обжарка 6,94 ± 0,02 4,67 ± 0,13 0,63 ± 0,02 0,64 ± 0,13 3,21 ± 0,24 Соя заморозка –17 °C 6,86 ± 0,01 5,96 ± 0,11 1,59 ± 0,03 1,88 ± 0,21 2,21 ± 0,18 Горох контроль 6,59 ± 0,03 5,73 ± 0,18 1,58 ± 0,08 0,12 ± 0,02 3,73 ± 0,37 Горох ультразвук 1 мин 6,63 ± 0,04 5,64 ± 0,28 1,59 ± 0,08 0,19 ± 0,02 3,58 ± 0,34 Горох ультразвук 5 мин 6,67 ± 0,04 5,42 ± 0,27 1,78 ± 0,09 0,15 ± 0,01 3,21 ± 0,29 Горох обжарка 6,73 ± 0,03 5,34 ± 0,17 0,89 ± 0,03 0,12 ± 0,01 4,16 ± 0,31 Горох заморозка –17 °C 6,68 ± 0,04 5,59 ± 0,28 1,04 ± 0,05 0,17 ± 0,03 4,06 ± 0,64 Овес контроль 5,98 ± 0,02 14,83 ± 0,73 1,89 ± 0,05 1,23 ± 0,13 11,32 ± 1,21 Овес УЗ 1 мин 5,97 ± 0,02 14,96 ± 0,73 1,46 ± 0,08 1,15 ± 0,11 12,09 ± 1,11 Овес УЗ 5 мин 5,91 ± 0,03 15,33 ± 0,73 1,01 ± 0,04 0,95 ± 0,21 13,14 ± 1,03 Овес обжарка 5,95 ± 0,04 14,67 ± 0,73 1,04 ± 0,06 0,92 ± 0,12 12,446 ± 1,06 Овес заморозка –17 °C 6,07 ± 0,04 14,21 ± 0,73 0,83 ± 0,04 0,52 ± 0,12 12,59 ± 1,36 характеристики верхнего слоя пены определяют качество всего продукта, отвечая за привлечение потребителей из-за существенного вклада во внешний вид (объем, текстура), органолептические характеристики, а также скорость выделения кофейного аромата.

Тем не менее, контроль над процессом вспенивания для создания пены с заданными характеристиками чрезвычайно сложен и до сих пор является проблемой для исследователей и молочной промышленности, хотя многие исследования по вспениванию молока ведутся с начала 20 века. Это обусловлено присущей пене нестабильности, которая и приводит к трудностям в определении её свойств, а также высокой зависимостью поведения пены от множества факторов, таких как качество и состав молока, условия его обработки и хранения. Существует обширное количество исследований влияния состава молока (например, содержание липидов, свободных жирных кислот, концентрации белка) и условий обработки (например, pH, гомогенизации, термообработки перед вспениванием, температуры вспенивания) на вспенивание, а также работ по воздействию различных добавок на пенообразующие свойства коровьего молока [12, 17].

Изменениям пенообразующих свойств растительного молока при этом посвящено лишь несколько исследовательских работ. Таким образом, пенообразование и стабильность пены являются важными характеристиками конечного продукта, которые, в зависимости от требующихся свойств, можно придать тому или иному виду напитка на растительной основе. Эти свойства также могут быть приняты как нежелательные - в зависимости от целей разработки, что, в свою очередь, поднимает проблематику дальнейшего изучения и проведения экспериментов по корректировке пенообразующих свойств, позволяющих получить на выходе высококачественные продукты. Понимание динамики данных процессов расширяет область знаний о растительных напитках и их свойствах, позволяет задуматься о корректировке технологий, применимых к данному виду сырья [17].

Пенообразование и стабильность пены

Полученные экспериментальные данные представили в виде сравнительных графиков. Типичный вид диаграммы с результатами по пенообразующей способности и стабильности пены через 15 и 30 минут по всем видам ис- следуемого растительного молока приведен на рис. 2.

По экспериментальным данным можно сделать следующие выводы.

Предварительная обработка растительного сырья в виде обжарки значительно повлияла на снижение пенообразования и стойкости пены для растительных дисперсий из сои, гороха, овса, не повлияла на свойства дисперсий из тыквы, чечевицы, усилила данные свойства у дисперсии зелёной гречихи. Это можно объяснить различным содержанием липидов у разных видов сырья и влиянием окислительных реакций и образующихся при этом продуктов на пенообразование.

Воздействие ультразвуком на сырьё привело к увеличению пенообразующей способности у зелёной гречихи и овса (почти в 2 и 1,5 раза соответственно по сравнению с контролем). Это можно объяснить большей восприимчивостью клеточных стенок данных видов сырья к механическому воздействию кавитацией ультразвука, что подтверждают и результаты по увеличению в них массовой доли углеводов (данные таблицы).

Предварительная заморозка сырья оказывает влияние на пенообразование тыквенной и гороховой дисперсий, способствуя его увеличению. Это можно объяснить влиянием процессов заморозки-оттаивания на размягчение оболочек растительного сырья, что облегчает переход поверхностно-активных веществ в водную фазу дисперсий и увеличивает пено-образование.

Заключение

Таким образом, исследования показали значительное влияние процессов предварительной обработки сырья на массовые доли сухих веществ, белков, жиров, углеводов в различных видах растительного молока и пенообразующую способность и пеностойкость готового продукта. Причем изменения по исследуемым показателям зависят от вида предварительной обработки и специфичны для различных видов растительного сырья.

Предварительная обработка в виде обжарки сырья приводит к увеличению выхода белка при снижении доли жиров, углеводов, сухих веществ. Снижение массовой доли углеводов можно объяснить разрушением сложных полисахаридов, которыми богато растительное сырье. Также, исходя из полученных данных, окислительные реакции, про-

Рис. 2. Пенообразующая способность и стойкость пены дисперсии из тыквенных семечек

исходящие при обжарке, снижают уровень выхода липидов.

Ультразвуковая обработка сырья увеличила выход белка для гречихи, чечевицы. Увеличенное время воздействия ультразвуком приводит к снижению выхода углеводов и сухих веществ.

Также полученные результаты исследований позволяют сделать вывод о положительном влиянии изученных видов предвари- тельной обработки сырья на процессы пено-образования и пеностойкости.

Следовательно, подбор видов предварительной обработки сырья с учётом всех приведенных особенностей будет способствовать изменению технологических параметров растительного сырья и требуемому варьированию пищевой ценности готового продукта на растительной основе.