Биотехнологические аспекты производства комбинированных напитков с использованием каррагинанов из водорослей российского тихоокеанско

 

3. Каррагинан как модификатор структуры, состава и пищевой ценности комбинированных напитков

 

3.1.  Использование каррагинанов  в производстве йогуртов

При разработке новых видов кисломолочных  продуктов значительное внимание уделяется  их пищевой ценности и реологическим  свойствам, которые зависят от состава  заквасок, использования стабилизирующих добавок и др. В связи с этим при разработке йогуртов использовали комплексную симбиотическую закваску из S. thermophilus, L. bulgaricus и L. аcidophilus, которая относится к пробиотикам, обладает  выраженными антибиотическими свойствами. Было установлено, что при изготовлении йогуртов из коровьего и соевого молока необходимо различное соотношение культур микроорганизмов: из коровьего молока - S. thermophilus, L. bulgaricus, L. аcidophilus в соотношении 4:0,5:0,5; из соевого - S. thermophilus, L. bulgaricus, L. аcidophilus в соотношении 4:0,75:0,25.

Для стабилизации структуры йогуртов и придания им необходимой консистенции были проведены исследования по применению k-каррагинана, в сравнении с традиционно используемым в молочной промышленности стабилизатором фирмы "Хан" (Германия) - хамульсионом SM. Для получения вязкой консистенции, к-каррагинан вводили в йогурт в количестве от 0,1 до 0,4%, потому что, как упоминалось выше, каррагинаны образуют гели при концентрации более 0,5 %. k-каррагинан с концентрацией 0,2% позволяет получить продукт с однородной, в меру плотной консистенцией, без отделения сыворотки в процессе хранения, в то время как необходимая концентрация хамульсиона SM должны быть в 4,5 раза выше. При оценке консистенции йогурта из соевого молока наилучшие показатели были получены в образцах с массовой долей κ-каррагинана 0,15 %.

Влияние κ-каррагинана (0,2 %) на лактобактерии  было исследовано с использованием 5 % культур молочнокислых бактерий и выбранной симбиотической закваски ( в обезжиренном стерильном коровьем молоке).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 11. Влияние k-каррагинана на рост лактобактерий

В эксперименте выявлено, что каррагинан не только не ингибирует активность роста молочнокислых бактерий, но  даже оказывает некоторое стимулирующее действие на нее (рис. 11). Как видно, в первый час после внесения κ-каррагинана в культуру S.thermophilus количество жизнеспособных клеток снижается, в L. acidophilus остается на том же уровне, но в последующем скорость их роста увеличивается и даже опережает контрольные. На L. bulgaricus полисахарид оказывает более благоприятное влияние: количество клеток увеличивается по сравнению с контролем на один порядок с 7·10⁸ до 9·10⁹. Примерно такая же динамика наблюдалась при культивировании симбиотической закваски, и к концу сквашивания количество жизнеспособных клеток составляло 7,5·10⁸ - с 0,2% k-каррагинаном против 5,5·10⁸ - в контрольном образце.

Результаты исследований послужили  основанием для разработки рецептур и технологической схемы производства йогуртов из коровьего и соевого  молока

 

3.2. Соевые напитки

 

Разработаны комбинированные  белковые напитки на основе соевого молока с использованием  в качестве загустителя и стабилизатора – каррагинана, наполнителей - сиропов из экстрактов лекарственных растений  уссурийской тайги.

Для улучшения органолептических  свойств соевых напитков и обогащения биологически активными соединениями в качестве наполнителя использовали сиропообразующий концентрат "Шиповник с травами" (в количестве 5-20%) на соевом  молоке. Установлено, что наилучшие органолептические показатели получены в образцах напитка с массовой долей сиропа 10 %. 

Для придания продукту однородной, в меру вязкой консистенции, свойственной молочным напиткам, предотвращения расслаивания продукта при термической обработке и в процессе его хранения исследована возможность применения каррагинана как модификатора структуры продукта. Для этих целей был выбран l-каррагинан, который, как было сказано выше, повышает вязкость системы и не образует геля, а также суммарный каррагинан.  Сравнительный анализ динамической вязкости суммарного, l- каррагинанов и традиционно используемого в молочной промышленности  мультека показал, что при одной и той же концентрации вязкость l-каррагинана в 2 раза выше суммарного каррагинана и в 4 раза - мультека (рис.12).

Рис. 12. Зависимость динамической вязкости стабилизаторов от концентрации раствора

 

Полученные данные показывают преимущество λ-каррагинана, перед другими используемыми нами стабилизаторами, для получения растворов высокой вязкости.

Проведена сравнительная  характеристика структурно-механических свойств белковых напитков с использованием λ-каррагинана и мультека. Концентрацию полисахаридов изменяли в пределах 0,03-0,2%.

На рис. 13 показана зависимость  динамической вязкости белковых напитков от концентрации стабилизатора. Как  видно из графика, наилучшей загущающей способностью для напитков обладает λ -каррагинан. Вязкость напитка с  λ-каррагинаном значительно увеличивается с повышением концентрации полимера (от 72 мПа·с до 251,5 мПа·с), в то время вязкость напитков с мультеком изменяется незначительно ( от 21 мПа·с до 84,7 мПа·с). Хорошие качественные показатели напитков были получены при концентрации λ -каррагинана в количестве 0,05%, а мультека - 0,2%.

В результате проведенных  исследований были разработаны рецептуры  и технологическая схема производства напитков соевых «Дальневосточных». λ -каррагинан вводили в продукт  в виде 10%-ного водного раствора после  смешивания всех компонентов напитка, перед его пастеризацией.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 13. Зависимость динамической вязкости белковых напитков от концентрации используемых стабилизаторов

Была определена пищевая и энергетическая ценность «Напитка соевого с шиповником», изучен аминокислотный и минеральный состав соевых напитков. Как показали данные исследования, по содержанию незаменимых аминокислот белки соевых напитков «Дальневосточных» относятся к биологически полноценным с лимитирующем содержанием метионина и цистина. В соевых напитках содержится значительное количество калия, кальция, магния.

С целью установления сроков годности  напитков определяли влияние l-каррагинана и сиропов на основе растительных экстрактов на основные показатели качества напитков в процессе хранения (30 суток). На протяжении всего срока хранения органолептические, физико-химические и микробиологические показатели напитков изменялись незначительно и соответствовали установленным требованиям. Результаты изменения вязкости напитков в течение 30 суток хранения показывают, что l-каррагинан с массовой долей 0,05 % придает продукту необходимую вязкость в процессе всего срока хранения, незначительно увеличивая ее в конце срока хранения, стабилизирует частицы наполнителя (сиропа) в напитке, предохраняет его от осаждения при тепловой обработке и последующем хранении, а готовый напиток - от расслоения.

Таким образом, использование  соевых белков, лекарственных растений и каррагинана с его полезными  медико-биологическими свойствами, в  сочетании с основными характеристиками как загустителя и стабилизатора, представляет уникальную возможность создания комбинированных напитков лечебно-профилактического назначения.

По результатам проведенных  исследований разработана и утверждена нормативная документация (ТУ 9184-120-02067936-2002) на производство соевых напитков "Дальневосточных".

 

3.3. Напитки безалкогольные

Натуральное растительное сырье позволяет создавать напитки  целевого и профилактического назначения: тонизирующие, антистрессовые, диетические, улучшающие работу сердечно-сосудистой системы, желудочно-кишечного тракта и других органов. Результаты исследований, изложенные в п. 2, послужили основанием для разработки рецептур и технологической схемы производства безалкогольных напитков на основе растительных экстрактов из дикорастущих трав и ягод уссурийской тайги ("Лимонник", "Элеутерококк с травами" и др.).

Разработку рецептур напитков проводили в соответствии с требованиями действующей нормативной  документации, при этом учитывались  фармакологические свойства лекарственных  растений, входящих в состав концентрированных основ "Уссурийская тайга". Учитывали и такие важные показатели, как вкус, аромат, внешний вид напитка.

Для определения процентного  соотношения растительных экстрактов в напитках, оптимального по вкусо-ароматическим  свойствам, определялось значение вкусового  порога восприятия концентрированных  основ в 8-10% сахарном сиропе. Изменяя массовую долю сухих веществ экстракта в напитке,  органолептически находили оптимальный результат. Так, наилучшие органолептические свойства при производстве напитка "Лимонник" имел вариант, в состав которого входило 5,7 кг концентрированной основы "Лимонник", а напитка "Аромат элеутерококка" - 3,0 кг концентрированной основы "Элеутерококк с травами" на 1000 л готового напитка.

Известно, что при производстве напитков на натуральной растительной основе в процессе хранения возникают  пороки: появление опалесценции, расслоение напитка с выпадением осадка в виде фруктовой мякоти, белковых частиц, волокон. Для исключения нежелательных изменений исследована возможность применения l-каррагинана в качестве стабилизатора безалкогольных напитков. l-каррагинан вводили в состав напитка в количестве 0,01-0,03%, в строго определенной последовательности, что обеспечило равномерное распределение частиц мякоти по всему объему напитка, которые, находясь в "оболочках" коллоида (каррагинана), не сталкиваются друг с другом и сохраняют равновесие в системе.

Эффективность использования l-каррагинана оценивали по стойкости напитка в процессе хранения (20 суток) в соответствии с ГОСТ 6687.6-88. В качестве контрольного образца использовали напиток без стабилизатора. Было показано, что l-каррагинан уже с концентрацией 0,01% стабилизирует мякоть и образует однородную гомогенную структуру в напитках. Разработанные напитки имели приятный вкус, гармоничный аромат используемого растительного сырья, устойчивую цветовую гамму; были прозрачными, без осадка.

На напитки разработаны  рецептуры, технологическая схема  производства напитков серии "Уссурийская  тайга" на основе растительных экстрактов из дикорастущих трав и ягод уссурийской тайги и l-каррагинана в качестве стабилизатора; утверждена нормативно-техническая документация (ТУ 9185-011-48848231-99)

 

ВЫВОДЫ

 

1. Из дальневосточной  красной водоросли Chondrus armatus (Gigarinaceae) выделены, фракционированы и охарактеризованы сульфатированные полисахариды - каррагинаны. Изучена структура различных типов каррагинанов дальневосточных водорослей Chondrus armatus.

2. Исследованы вязкостные  и реологические свойства различных  типов каррагинанов. Определены  оптимальные условия гелеобразования суммарного (нефракционированного) и k- каррагинанов. Установлено, что прочность геля зависит от концентрации полисахарида, природы и концентрации добавляемой соли.

3. Изучены температурные  зависимости реологических параметров k-каррагинанов. Показано, что температура перехода золя в гель для данных каррагинанов соответствует 31⁰ С.

4. Изучены зависимости вязкости  растворов каррагинанов и их  смесей с соевыми и молочными  белками, выявлено различие этих  систем.

5. Проведен подбор  ферментов и установлен оптимальный  режим экстракции концентрированных основ из дальневосточного растительного сырья.

6. Показаны преимущества использования  дальневосточного каррагинана в  производстве кисломолочных, соевых  и безалкогольных напитков в  сравнении с традиционно используемыми  стабилизаторами.

7. Осуществлен подбор сочетаний термофильного стрептококка, болгарской и ацидофильной палочек для составления симбиотической закваски биойогурта.

8. Исследовано влияние k-каррагинана на молочнокислые бактерии. Установлено, что каррагинан не оказывает угнетающего действия на рост лактобактерий, несколько стимулирует их рост.

9. Изучен характер изменений  органолептических, физико-химических, в т.ч. реологических, свойств  и микробиологических показателей  комбинированных напитков с использованием  каррагинанов и растительных  экстрактов.

10. Разработаны рецептуры, технологические схемы производства комбинированных напитков и утверждена нормативная документация на  разработанные напитки: ТУ 9185-011-48848231-99 "Напитки "Уссурийская тайга"; ТУ 9222-088-402067936-2000  "Йогурты "Дальневосточные"; ТУ 9185-106-402067936-2001 "Сухие напитки "Адапт"; ТУ 9185-107-402067936-2001 "Сиропы "Адапт"; ТУ 9184-118-02067936-2002 "Напитки соевые "Дальневосточные".

 

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ:

 

1. Ситун Н.В., Дедюхина В.П., Ермак И.М. Комбинированные соевые напитки с использованием каррагинана из водорослей российского тихоокеанского шельфа // Ваше питание.- 2000.- № 1.- С. 18-19
2. Cитун Н.В., Дедюхина В.П., Ермак И.М. Использование каррагинана в пищевой промышленности // Вестник ДВГАЭУ.- 2000.- № 3.- С. 84-91.
3. Ермак И.М., Дедюхина В.П., Ситун Н.В., Соловьева Т.Ф. Физико-химические характеристики каррагинанов из дальневосточной красной водоросли Chondrus armatus и их смесей с молочными белками // Растительные ресурсы.- 2002.- № 3.- С. 98 - 106.
4. Лобуцкая (Ситун) Н.В., Волков Ю.Г., Ермак И.М., Дедюхина В.П. Получение биологически активных веществ с помощью грибных ферментов // Биотехнология.- 2002.- № 6- С. 68 - 69.
5. Лобуцкая (Ситун) Н.В., Ермак И.М., Дедюхина В.П., Волков Ю.Г. Биотехнологические подходы к созданию функциональных комбинированных напитков  с использованием дальневосточного растительного сырья // Пищевая промышленность, в печати.
6. Ермак И.М., Соловьева Т.Ф., Дедюхина В.П., Ситун Н.В. Применение дальневосточного каррагинана в производстве продуктов лечебно-профилактического назначения // Тезисы международного симпозиума "Питание XXI века: медико-биологические аспекты, пути оптимизации". - Владивосток, 1999. - С. 115-116.
7. Ситун Н.В., Дедюхина В.П., Ермак И.М. Возможность использования каррагинана в лечебно-профилактических напитках // Материалы международной конференции молодых ученых "Проблемы экологии и рационального природопользования стран АТР". - Владивосток, 1999. - С. 176-177.
8. Ситун Н.В., Дедюхина В.П., Ермак И.М. Возможность использования каррагинана в напитках лечебно-профилактического назначения // Тезисы докладов I Международного симпозиума "Пищевые биотехнологии: проблемы и перспективы в XXI веке". - Владивосток, 2000. - С. 182-183.
9. Ситун Н.В., Дедюхина В.П., Павлова Ж.П., Ермак И.М. Белковые многокомпонентные продукты лечебно-профилактического назначения // Тезисы докладов I Международного симпозиума "Пищевые биотехнологии: проблемы и перспективы в XXI веке". - Владивосток, 2000. - С. 269-271.
10. Дедюхина В.П., Павлова Ж.П., Ситун Н.В., Демчук М.В. К вопросу о разработке йогуртов нового поколения // Тезисы докладов I Международного симпозиума "Пищевые биотехнологии: проблемы и перспективы в XXI веке". - Владивосток, 2000. - С. 56-57.
11. Ситун Н.В., Дедюхина В.П., Ермак И.М. Применение дальневосточного каррагинана в молочной промышленности // Тезисы докладов международной конференции "Биотехнология на рубеже двух тысячелетий". - Саранск, 2001. - С. 140-141.
12. Ситун Н.В., Дедюхина В.П., Ермак И.М. Комбинированные напитки с использованием каррагинана из водорослей Российского Тихоокеанского шельфа // Тезисы докладов международной научно-практической конференции "Низкотемпературные технологии и продовольственная безопасность в XXI веке". - Санкт-Петербург, 2001. С. 107-108.
13. Ситун Н.В., Дедюхина В.П., Ермак И.М. Приоритетные направления производства напитков функционального назначения // Тезисы докладов международной научно-практической конференции "Потребительский рынок: качество и безопасность товаров и услуг". - Орел, 2001.- С. 76-77.
14. Конечный А.А., Ситун Н.В. Напитки "Уссурийская тайга". ТУ 9185-011-48848231-99.
15. Дедюхина В.П., Ситун Н.В., Ермак И.М., Селезнев Э.Р. Технические условия. Йогурты "Дальневосточные". ТУ 9222-088-402067936-2000.
16. Селезнев Э.Р., Волков Ю.Г., Гаффоров Д.С., Дедюхина В.П., Ситун Н.В., Ермак И.М. Технические условия. Сухие напитки "Адапт". ТУ 9185-106-402067936-2001.
17. Селезнев Э.Р., Волков Ю.Г., Гаффоров Д.С., Дедюхина В.П., Ситун Н.В., Ермак И.М. Технические условия. Сиропы "Адапт". ТУ 9185-107-402067936-2001.
18. Дедюхина В.П., Ситун Н.В., Ермак И.М., Селезнев Э.Р. Технические условия. Напитки соевые "Дальневосточные". ТУ 9222-124-402067936-2002.