Теоретическое обоснование и практические аспекты использования пищевых волокон в технологиях молокосодержащих продуктов диетического профилактического питания тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.18.15, доктор наук Неповинных Наталия Владимировна

• Неповинных Наталия Владимировна
• доктор наук
• 2016

Оглавление диссертации доктор наук Неповинных Наталия Владимировна

СОДЕРЖАНИЕ

Стр.

Введение

Глава 1. Аналитический обзор научно-технической и

патентной литературы

1.1 Эколого-социальные аспекты создания продуктов диетического профилактического и функционального питания

1.2 Пищевые полисахариды: структурные уровни и

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Теоретическое обоснование и практические аспекты использования пищевых волокон в технологиях молокосодержащих продуктов диетического профилактического питания»

функциональность 32

1.3 Анализ существующих технологий по использованию пищевых волокон в составе молокосодержащих продуктов 60

1.4 Заключение по аналитическому обзору литературы 66 Глава 2. Организация эксперимента, объекты, материал и методы исследования 69

2.1 Организация эксперимента 69

2.2 Объекты, материал и методы исследования 73 Глава 3. Обоснование выбора объектов исследования с целью создания основ молокосодержащих продуктов диетического профилактического питания 85

3.1 Анализ потребительских предпочтений населения г. Саратова и Саратовской области в отношении продуктов на основе молочной сыворотки и продуктов, содержащих пищевые волокна 86

3.2 Выбор и оценка качества рецептурных ингредиентов для создания

основ молокосодержащих продуктов 94

3.3 Конструирование основ молокосодержащих продуктов диетического профилактического питания 109

3.4 Заключение по третьей главе 134 Глава 4. Экспериментальное обоснование выбора пищевых волокон

для создания ассортимента молокосодержащих продуктов диетического профилактического питания 138

4.1 Изучение стабилизирующих свойств некрахмальных полисахаридов

в системах с сывороточным белком 143

4.2 Исследование эффекта загущения некрахмальными полисахаридами 152

4.3 Изучение ассоциативных взаимодействий в системах

гидроколлоидов. Выявление синергизма 161

4.4 Заключение по четвертой главе 167 Глава 5. Разработка технологий кислородсодержащих и аэрированных продуктов диетического профилактического питания 171

5.1 Исследование влияния технологических факторов на формирование потребительских свойств кислородных коктейлей 171

5.2 Исследование технологических факторов производства при разработке кислородсодержащих продуктов с повышенным

содержанием сухих веществ 184

5.3 Качественные характеристики кислородсодержащих

замороженных десертов 191

5.4 Исследование реологических и пенообразующих свойств кислородных смузи с пищевыми волокнами 194

5.5 Исследование физико-химических и органолептических

свойств кислородсодержащих продуктов 197

5.6 Микробиологические показатели и безопасность

кислородсодержащих продуктов 201

5.7 Технологии кислородсодержащих и аэрированных продуктов 205

5.8 Заключение по пятой главе 234 Глава 6. Оценка эффективности применения и разработка рекомендаций функционального питания в основном варианте

диеты в условиях кардиологического стационара 236

6.1 Оценка эффективности применения функционального питания в основном варианте диеты в условиях кардиологического стационара 237

6.2 Разработка рекомендаций по питанию кардиологических

пациентов 242

6.3 Заключение по шестой главе 243

Глава 7. Разработка технологии молокосодержащих киселей диетического профилактического питания 245

7.1 Установление технологических факторов производства при

разработке киселей 245

7.2 Исследование органолептических показателей киселей 247

7.3 Безопасность и микробиологические показатели киселей 250

7.4 Пищевая и энергетическая ценности разработанных киселей 251

7.5 Разработка технологии киселей диетического профилактического питания 252

7.6 Медицинский аспект употребления молокосодержащих киселей

с пищевыми волокнами 258

7.7 Заключение по седьмой главе 259 Глава 8. Разработка технологии творожных полуфабрикатов

для сырников с комплексом пищевых волокон 261

8.1 Изучение физико-химических свойств творожных полуфабрикатов

с использованием продуктов переработки тыквы 261

8.2 Оценка органолептических показателей творожных полуфабрикатов с продуктами переработки тыквы. Химический состав и энергетическая ценность 263

8.3 Микробиологические показатели, безопасность и сроки хранения готовых продуктов 265

8.4 Разработка технологии творожных полуфабрикатов для сырников

с комплексом пищевых волокон 268

8.5 Заключение по восьмой главе 274 Основные результаты и выводы 276 Рекомендации и перспективы дальнейшей разработки темы исследований 280 Перечень сокращений и условных обозначений 281 Список литературы 282

Приложения 321

Приложение 1 - Копии государственных контрактов и итоговых отчетов

по выполнению научно-исследовательских работ 322

Приложение 2 - Акт внедрения НИР в образовательный процесс 352 Приложение 3 - Нормативно-техническая документация

(патенты РФ, заявки на патенты РФ, ТУ, ТТК) 354 Приложение 4 - Анкета (анализ потребительских предпочтений населения г. Саратова и Саратовской области в отношении продуктов на основе молочной сыворотки и продуктов, содержащих пищевые волокна) 374

Приложение 5 - Акты дегустаций 377

Приложение 6 - Протоколы испытаний 384

Приложение 7 - Клиническая апробация функционального питания 390

Приложение 8 - Акты промышленной апробации 396

Приложение 9 - Акты внедрения 403 Приложение 10 - Итоговый научный отчет по выполненной научно-технической продукции (исследование аминокислотного состава белково-

углеводной основы продуктов) 407 Приложение 11 - Расчет технико-экономических показателей

разработанных продуктов питания 413

Приложение 12 - Апробация работы 435

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы. В разработанной Правительством Российской Федерации «Стратегии развития пищевой и перерабатывающей промышленности РФ на период до 2020 года» отмечена необходимость внедрения новых технологий в пищевой промышленности, позволяющих значительно расширить выработку продуктов нового поколения с заданными качественными характеристиками, а также повысить глубину переработки и вовлечения в хозяйственный оборот вторичных сырьевых ресурсов, что позволит увеличить выход готовой продукции из единицы перерабатываемого сырья.

В решении проблемы обеспечения населения продуктами питания сбалансированного состава ведущая роль принадлежит молочной промышленности - сочетание молочного сырья и физиологически функциональных ингредиентов позволяет создавать продукты повышенной пищевой и биологической ценности, функционального и диетического профилактического питания.

Как известно, важная роль в рациональном питании принадлежит животным белкам. По данным института питания РАМН и других научно-медицинских государственных учреждений, за последние 10 лет в рационе россиян выявлен недостаток белка, содержащего незаменимые аминокислоты. В то же время потребность рынка в пищевых продуктах с низким содержанием жира, в том числе на основе побочных продуктов молокоперерабатывающей промышленности, неуклонно возрастает.

Использование молочной сыворотки для производства продуктов питания обусловлено её многокомпонентным биологически полноценным составом; относительной дешевизной и доступностью; улучшением экологической проблемы; целесообразностью использования для производства продуктов диетического профилактического питания.

Для обеспечения низкожирным молокосодержащим продуктам высоких потребительских свойств необходима фортификация их эссенциальными пищевыми компонентами и усовершенствованные технологические решения.

Полисахариды (ПС), относящиеся к классу пищевых волокон, выполняют in vivo ряд важных биологических функций: участвуют в построении клеточных стенок и межклеточного матрикса, в регулировании обмена ионами между клеткой и ее окружением, являются для клетки энергетическим резервом. С другой стороны, обладая уникальными способностями загущения, студнеобразования, эмульгирования, влагоудержания и стабилизации структурно-сложных систем, ПС находят широкое применение в медицине, фармакологии, микробиологии и пищевой промышленности. Наряду с молочными белками ПС являются основными компонентами пищи, определяющими ее структуру и органолептические характеристики (Н.М. Птичкина).

Комбинирование молочного сырья и фруктово-ягодных наполнителей, являющихся источником витаминов, макро- и микроэлементов, с использованием пищевых волокон позволяет получить новые молокосодержащие продукты диетического профилактического питания различной текстуры с привлекательными для потребителя органолептическими свойствами.

Не переоценивая ситуацию, можно с уверенностью сказать, что понимание механизма взаимодействия пищевых волокон с микро- и макроингредиентами пищевых продуктов является неотъемлемым аспектом и требует проработки алгоритма их внесения в продукты питания.

Следует отметить, что разработка технологий молокосодержащих продуктов диетического профилактического питания с пищевыми волокнами является перспективным направлением в индустрии общественного питания, основываясь на знаниях о рациональном и сбалансированном питании, что в свою очередь ведет к повышению качества жизни людей различных групп населения (дети дошкольного и школьного возраста, спортсмены и др.).

Значительная часть исследований выполнена в соответствии с планом научно-исследовательской работы ФГБОУ ВО Саратовский ГАУ, а также в рамках:

- договора № 33/07 с Саратовской областной Ассоциацией «Аграрное образование и наука» от 10.02.2007 г. по теме «Разработка и внедрение комплекта технологий производства новых мясных, молочных и растительных продуктов пита-

ния диетического и лечебно-профилактического назначения и продуктов функционального питания»;

- гранта Президента Российской Федерации для государственной поддержки молодых российских ученых кандидатов наук № 14.124.13.3731 -МК от 04.02.2013 г. по теме «Новые технологические решения для создания структурно-сложных пищевых систем на молочной основе»;

- государственной программы развития сельского хозяйства и регулирования рынков сельскохозяйственной продукции, сырья и продовольствия на 2013 -2020 годы Минсельхоза Российской Федерации по теме «Выполнение научно-исследовательских работ по разработке и внедрению адаптированных для российских условий технических решений по глубокой переработке продукции сельского хозяйства и ее отходов» от 01.01.2014 г.;

- научно-исследовательского проекта «Development of Reduced Calorie Dessert with Improved Quality Attribute Using Hydrogels» от 21.04.2015 г., реализуемого между ФГБОУ ВО Саратовский ГАУ и научно-исследовательским институтом пищевых технологий Ирана, г. Мешхед (Research Institute of Food Science and Technology, Mashhad, Iran).

Степень разработанности темы исследования. Изучению механизмов взаимодействия белков и пищевых полисахаридов, реологических свойств и теории формирования структурно-сложных пищевых систем посвящены работы отечественных и зарубежных ученых П.А. Ребиндера, В.Б. Толстогузова, Е.Е. Брау-до, В.Н. Измайловой, А.А. Тагер, А.Я. Малкина, А.Е. Чалых, А.П. Нечаева, Н.М. Птичкиной, А.А. Кочетковой, Л.Г. Ипатовой, D.A. Rees, E.R. Morris, O. Smidsrod, G.O. Phillips, P.A. Williams и других.

Концепция создания технологий молочных и молокосодержащих продуктов функционального и диетического профилактического питания получила развитие в фундаментальных и прикладных трудах отечественных и зарубежных ученых Л.А. Остроумова, А.Г. Храмцова, Н.Б. Гавриловой, Н.И. Дунченко, Н.А. Тихомировой, Л.А. Забодаловой, А.А. Твороговой, А.Ю. Просекова, Р.Т. Маршалла, Г. Зоммера, W. Arbuckle, H.D. Goff, R.V. Härtel и других.

Несмотря на широкий интерес к поставленной проблеме, в настоящее время ассортимент молокосодержащих продуктов с использованием пищевых волокон, в том числе некрахмальных полисахаридов и их бинарных композиций в качестве стабилизаторов, загустителей и студнеобразователей пищевых систем не велик. При разработке молокосодержащих продуктов с пищевыми волокнами необходимы исследования по дальнейшему изучению ассоциативных взаимодействий в системах биополимеров: белок - полисахарид, белок - полисахарид 1 - полисахарид 2.

Разработка инновационных и совершенствование традиционных технологий с получением молокосодержащих продуктов с использованием пищевых волокон, в том числе диетического профилактического питания, является актуальной.

Цель и задачи исследования. Цель исследования - теоретическое обоснование и практические решения по использованию пищевых волокон в технологиях молокосодержащих продуктов диетического профилактического питания.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

- изучить потребительские предпочтения населения г. Саратова и Саратовской области в отношении продуктов на основе молочной сыворотки и продуктов, содержащих пищевые волокна, и обосновать выбор пищевых продуктов и рецептурных ингредиентов для создания новых технологий молокосодержащих продуктов с пищевыми волокнами диетического профилактического питания;

- теоретически и экспериментально обосновать выбор и провести оценку технологической эффективности пищевых волокон и их бинарных композиций для применения в технологиях молокосодержащих продуктов;

- изучить основные закономерности формирования структурно -механических, физико-химических, органолептических свойств молокосодержа-щих продуктов с использованием пищевых волокон;

- разработать технологические решения по созданию ассортимента молоко-содержащих продуктов диетического профилактического питания (кислородсодержащие и аэрированные продукты, кисели, творожные полуфабрикаты для сырников) с использованием пищевых волокон;

- исследовать пищевую, энергетическую ценность, органолептические, физико-химические, микробиологические показатели, безопасность новых видов продуктов; обосновать сроки и условия хранения;

- разработать техническую документацию на новые виды продуктов, провести опытно-промышленную апробацию и определить экономическую эффективность разработанных продуктов;

- оценить значение сконструированных кислородсодержащих продуктов в основном варианте диеты на состояние здоровья пациентов с хронической сердечной недостаточностью (ХСН) в условиях кардиологического стационара, и разработать методические рекомендации по функциональному питанию пациентов с ХСН.

Научная концепция. В основу решения проблемы создания технологий молокосодержащих продуктов диетического профилактического питания положен комплексный подход, основанный на теоретическом и экспериментальном обосновании использования пищевых волокон, в том числе некрахмальных полисахаридов, позволивший спрогнозировать получение продуктов питания различной текстуры с высокими качественными характеристиками. Сущность подхода заключается в изучении взаимодействий гидроколлоидов различной природы, химического состава и молекулярной массы, используемых в качестве стабилизаторов, загустителей и структурообразователей в многокомпонентных пищевых системах на молочной основе.

Разработанные технологии молокосодержащих продуктов, способствующие снижению дефицита эссенциальных пищевых веществ в организме и повышению качества жизни людей, могут быть рекомендованы для общественного питания различных групп населения.

Научная новизна. На основании выполненных комплексных исследований получены следующие новые научные результаты:

•Теоретически обоснована и экспериментально разработана концепция создания технологий молокосодержащих продуктов диетического профилактического питания с использованием пищевых волокон, в том числе некрахмальных по-

лисахаридов.

•Научно обоснованы результаты комплексной оценки пищевых волокон, в том числе некрахмальных полисахаридов различной природы, химического состава и молекулярной массы и их применение в составе молокосодержащих продуктов, с учетом функционально-технологических эффектов пищевых волокон и их бинарных композиций. Выявлен и научно обоснован синергизм взаимодействия пищевых волокон в сочетании с сывороточным белком для создания новых технологий молокосодержащих продуктов различной текстуры.

•Показано, что использование пищевых волокон различной природы и химического состава в комбинации с сывороточным белком позволяет прогнозировать и конструировать молокосодержащие продукты различных агрегатных состояний (пенообразные, вязкие, гелеобразные).

•Выявлены функциональные и технологические закономерности формирования качества молокосодержащих продуктов с пищевыми волокнами. Предложено и экспериментально подтверждено научное обоснование механизмов взаимодействия гидроколлоидов в реальных пищевых системах, приводящих к образованию требуемой текстуры продуктов.

•С целью повышения пищевой ценности молокосодержащих продуктов сконструированы белково-углеводные основы путем комбинирования различных композиций молокосодержащей составляющей и плодово-ягодного сырья, обеспечивающие физиологический эффект, требуемые технологические свойства и высокие сенсорные характеристики. Впервые проведен расчет биологической ценности сконструированных белково-углеводных основ для создания молокосо-держащих продуктов диетического профилактического питания и показана ее роль как фактора, обеспечивающего выбор белково-углеводных основ для получения продуктов и диетологических составляющих повышенной пищевой и биологической ценности.

•Впервые выявлены и научно обоснованы виды и концентрации пищевых волокон, в том числе некрахмальных полисахаридов (высокоэтерифицированный пектин, ксантановая камедь, камедь рожкового дерева, гуаровая камедь) в качест-

ве стабилизаторов белковой кислородной пены, позволяющие получить высокодисперсные устойчивые кислородсодержащие и аэрированные продукты.

•Впервые предложено использование для производства кислородсодержащих продуктов сконструированных белково-углеводных основ и пищевых волокон, в качестве стабилизаторов белковой кислородной пены, что обеспечивает требуемый технологический эффект при производстве кислородсодержащих продуктов, не имеющих противопоказаний для употребления кардиологическими пациентами.

•Впервые установлены виды и концентрации некрахмальных полисахаридов (альгинат натрия, ксантановая камедь, камедь конжака) и их бинарных композиций (высокоэтерифицированный пектин - альгинат натрия, ксантановая камедь -камедь конжака / камедь рожкового дерева / гуаровая камедь) в системах с сывороточным белком, позволившие создать ассортимент молокосодержащих киселей улучшенной пищевой ценности и пониженной энергетической ценности.

•Научно обоснована и экспериментально подтверждена целесообразность и эффективность использования сконструированных белково-углеводных основ в качестве сырья для производства молокосодержащих киселей. Получены новые данные о позитивном влиянии некрахмальных полисахаридов и их бинарных комбинаций на функционально-технологические свойства молокосодержащих киселей различной текстуры.

•Впервые в качестве технологического решения при разработке творожных полуфабрикатов для сырников обосновано использование комплекса пищевых волокон для повышения пищевой ценности готовых изделий. Показано улучшение реологических свойств творожного теста, а также физико-химических и орга-нолептических показателей качества творожных полуфабрикатов при обогащении их продуктами переработки тыквы и комплексом натуральных пищевых волокон.

Новизна предлагаемых технических решений подтверждена двумя патентами

РФ.

Теоретическая и практическая значимость работы. На основе проведенных исследований создана серия оригинальных технологий и рецептур молокосо-

держащих продуктов диетического профилактического питания с пищевыми волокнами. Разработаны технические условия и технологические инструкции производства молокосодержащих продуктов с пищевыми волокнами: ТУ 9195-00300493497-2014 - Кисели на основе молочной сыворотки пастеризованные, ТУ 9222-003-00493497-2014 - Коктейли на основе молочной сыворотки пастеризованные, ТУ 9165-131-00493497-2014 - Десерты плодово-ягодные кислородные замороженные, ТУ 9222-001-00493497-2014 - Полуфабрикаты творожные замороженные. Сырники творожные с витаминно-полисахаридной добавкой, ТУ 9222002-00493497-2014 - Полуфабрикаты творожные замороженные. Сырники творожные с комплексом пищевых волокон, а также технико-технологические карты на кислородсодержащие продукты: ТТК «Кислородный коктейль на основе бел-ково-углеводного сырья с пищевыми волокнами», ТТК «Смузи кислородные с пищевыми волокнами».

Разработанные технологии прошли апробацию в промышленных условиях на ООО «Комбинат детского питания» г. Саратов и внедрены на базе УНПО «Питание и технологии обеспечения учебного процесса» при ФГБОУ ВО Саратовский ГАУ и на базе ФГБУ «Саратовский НИИ кардиологии» МЗ РФ.

На базе Федерального государственного бюджетного учреждения «Саратовский научно-исследовательский институт кардиологии» Министерства здравоохранения Российской Федерации проведены клинические исследования разработанных кислородсодержащих продуктов с пищевыми волокнами с целью оценки влияния на состояние здоровья кардиологических пациентов (протокол № 7 от 05.07.2013), позволяющие рекомендовать применение данных продуктов в комплексном восстановительном лечении на всех этапах реабилитации в медицинских учреждениях (отчет о научно-исследовательской работе).

Подготовлены методические рекомендации по применению кислородсодержащих продуктов в рационе питания кардиологических пациентов при ФГБУ «Саратовский НИИ кардиологии» МЗ РФ (МР № 3 от 13.06.2013).

Материалы выполненных исследований использованы при подготовке учебных программ дисциплин и включены в изданные учебно-методические по-

собия «Пищевые и биологически активные добавки», «Пищевые добавки», «Химия пищи», «Современные методы исследований сырья и продукции питания», «Технология мясных, молочных и рыбных продуктов и холодильных производств»; обобщены в трех монографиях и используются в учебном процессе бакалавров и магистров направлений подготовки «Продукты питания животного происхождения», «Технология продукции и организация общественного питания» и аспирантов направления подготовки «Промышленная экология и биотехнология».

Практическая значимость результатов работы подтверждена соответствующими документами.

Степень достоверности и апробация работы. Достоверность полученных результатов обеспечивается применением современных физико-химических методов анализа, математической обработкой результатов экспериментов и подтверждается промышленной апробацией и клиническими исследованиями эффективности применения разработанной продукции. Получены акты производственных испытаний.

Основные результаты диссертационной работы и результаты исследований доложены, обсуждены и получили одобрение на научно-практических конференциях различного уровня, в том числе: Всероссийская научно-практическая конференция со дня рождения академика Н.И. Вавилова (Саратов 2004, 2005, 2007); Международная научная конференция, посвященная 10-летию специальности «Технология продуктов общественного питания» в Саратовском государственном аграрном университете им. Н.И. Вавилова (Саратов 2005); Всероссийская научно-практическая конференция «Научное обеспечение реализации национальных проектов в сельском хозяйстве» (Ижевск 2006); IV Международная научно-практическая конференция «Наука i сощальш проблеми суспшьства: харчування, еколопя, демографiя» (Харьков, Украина 2006); Международная научно-практическая конференция «Технология и продукты здорового питания» (Саратов 2007, 2011, 2012, 2013, 2014, 2015); Первый Международный конгресс «Экологическая, продовольственная и медицинская безопасность человечества» (Москва 2011); Всероссийская научно-практическая конференция «Аграрная наука в XXI

веке: проблемы и перспективы» (Саратов 2012, 2013); Международная научно-практическая конференция «Пищевые технологии» (Одесса, Украина 2012, 2013); Международная научно-техническая интернет-конференция «Фундаментальные и прикладные аспекты создания биосферосовместимых систем» (Орел 2012); II Торговый форум Сибири (Омск 2013); The Food Hydrocolloids Trust 17th Gums & Stabilisers for the Food Industry Conference (Wrexham, UK 2013); III Международная научно-практическая интернет-конференция «Приоритеты и научное обеспечение реализации государственной политики здорового питания в России» (Орел

2013); Международная научная конференция «Пищевые инновации и биотехнологии» (Кемерово 2014, 2015); XV Всероссийский конгресс диетологов и нутри-циологов с международным участием «Здоровое питание: от фундаментальных исследований к инновационным технологиям» (Москва 2014); Всероссийская научно-практическая конференция «Пути интенсификации производства и переработки сельскохозяйственной продукции в современных условиях» (Волгоград

2014); 12th International Hydrocolloids Conference «Functional hydrocolloids: The key to human health» (Taipei, Taiwan 2014); 1st International Conference on Natural Food Hydrocolloids (Mashhad, Iran 2014); XI Российская научно-практическая конференция РосОКР с международным участием «Реабилитация и вторичная профилактика в кардиологии» (Москва 2015); научно-практическая конференция с международным участием «Спортивное питание и спортивная медицина» (Москва

2015); The Food Hydrocolloids Trust 18th Gums & Stabilisers for the Food Industry Conference. Hydrocolloid functionality for affordable and sustainable global food solutions (Wrexham, UK 2015); Межрегиональная конференция кардиологов и терапевтов (Саратов 2015); 13th International Hydrocolloids Conference «Theme: Natural Ingredients for a Healthier World» (Guelph, Ontario, Canada 2016).

Разработанные продукты были представлены на: III, VII, VIII Саратовском Салоне изобретений, инноваций и инвестиций (Саратов 2007, 2012, 2013); XIV, XVI Российской агропромышленной выставке «Золотая осень» (Москва 2012, 2014); XIII, IX специализированной выставке «Продэкспо. Продмаш» (Саратов 2012, 2014); XIV Всероссийской выставке научно-технического творчества моло-

Список литературы диссертационного исследования доктор наук Неповинных Наталия Владимировна, 2016 год

Г с.

Р 'а б »а и л н н а я оил а 51 Л ь

-- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - р - - - - - — - - - - - - - - - - - - - - — - - - - - - - — - - - - - - - -

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5

Концентрация НПС, %

♦ Альгинат натрия И Ксантановая камедь А Камедь конжака

Рисунок 34 - Зависимость динамической вязкости белково-углеводной основы от природы и концентрации некрахмальных полисахаридов

0

Как видно из рисунка 34, некрахмальные полисахариды, по сравнению с картофельным крахмалом, обладают высокими значениями абсолютной вязкости уже при малых концентрациях, что зависит от конформации цепей, которые они принимают в растворе. С увеличением концентрации НПС в белково-углеводной основе вязкость увеличивается при некоторой критической концентрации НПС, при которой происходит переход от называемой «разбавленной области», где молекулы НПС способны независимо передвигаться в растворе без взаимопроникновения, к «полуразбавленной области», где концентрация молекул приводит к образованию полимерных клубков за счет взаимного проникновения полимерных молекул [317, 325, 341, 349].

Установлено, что используемые НПС при малых концентрациях (0,2 - 0,5 %) обладают большим гидродинамическим размером, чем сильноразветвленные макромолекулы амилопектина в крахмале, что приводит к образованию значительно более вязких систем при указанных концентрациях НПС.

На рисунке 35 представлена диаграмма сравнения зависимости динамической вязкости белково-углеводной основы от природы используемых НПС при концентрации 0,3 %, в сравнении с картофельным крахмалом 3 %. Динамическую вязкость систем исследовали при температуре белково-углеводных основ 60 - 70 °С.

Белково-углеводные основы с различными полимерами

Рисунок 35 - Зависимость динамической вязкости белково-углеводной основы от природы и концентрации полимеров (1 - картофельный крахмал, 2 - альгинат натрия, 3 - камедь конжака, 4 - ксантановая камедь)

Как видно из рисунка 35, вязкость белково-углеводной основы с использованием некрахмальных полисахаридов уже при концентрации 0,3 % практически у всех образцов достигает значений вязкости белково-углеводной основы с использованием крахмала с концентрацией 3 %.

Изучена зависимость динамической вязкости систем с исследуемыми некрахмальными полисахаридами при концентрации 0,3 % от рН белково-углеводной основы. Данные представлены на рисунке 36.

> - у г/1 еводн!

Рисунок 36 - Зависимость динамической вязкости систем с исследуемыми некрахмальными полисахаридами при концентрации 0,3 % от рН белково-углеводной основы

Установлено, что ксантановая камедь сохраняет высокую вязкость в широком диапазоне рН белково-углеводной основы.

Фракции альгината с большим количеством «неупорядоченных» МО - блоков растворимы и сохраняют высокую вязкость при всех значениях рН, в отличие от фракций альгинатов с гомополимерными блоками (ММ и ОО). Однако, следует отметить, что в кислых средах характер поведения альгинатов может зависеть от молекулярной массы альгината, химического состава и последовательности структуры МО - блоков (Р-0 маннуроновой и а-Ь гулуроновой кислот).

Выявлено, что низкие значения рН белково-углеводной основы способствуют снижению вязкости молокосодержащих систем с использованием камеди конжака.

На основании проведенных исследований выбраны НПС и их концентрационные интервалы - альгинат натрия 0,3 - 0,5 %, камедь конжака 0,5 - 0,7 %, ксантановая камедь 0,3 - 0,5 %, способные формировать однородные вязкие сис-

темы, аналогичные системам с использованием картофельного крахмала с концентрацией 3 %.

Использование НПС в концентрациях 0,1 - 0,3 % не приводит к получению положительного результата по формированию требуемой структуры, при этом системы имеют жидкую консистенцию, не присущую традиционному сладкому блюду.

При увеличении концентрации гидроколлоидов вязкость белково-углеводной основы заметно увеличивается. Как показано, альгинат натрия 0,7 -1%, камедь конжака 0,7 - 1 % и ксантановая камедь 0,7 - 1% при указанных концентрациях образуют высоковязкие системы. Полученные системы имеют густую, плотную консистенцию. Связано это с тем, что полисахариды в водной среде за счёт достаточно устойчивых связей нефлуктуационной природы могут образовывать пространственную сетку, которая пронизывает весь объём системы и удерживает растворитель с образованием гелеобразной структуры.

Некоторые авторы определяют гель, как сложную взаимосвязанную сеть из поперечно сшитых полимерных молекул, погруженную в жидкую среду [300]. Гелеобразование на молекулярном уровне представляет собой формирование непрерывной сети полимерных молекул, обладающей признаками твердого тела, которые возникают за счет каркаса из полимерных цепей, заполняющего всю гелеобразную фазу [23, 25, 205].

Природа студнеобразователя, состав исходной жидкой системы и условия структурообразования определяют комплекс физико-химических свойств готового продукта, в том числе его механические и поверхностные свойства (консистенцию), скорость и степень набухания (например, в условиях варки при сохранении формы, целостности и макроструктуры продукта), степень анизотропии, сорбционные свойства, область температур размягчения и плавления. Исследования по второму направлению, т.е. изучение процессов студнеобразования и свойств студней, содержащих белки, имеют основной целью разработку методов регулирования состава, структуры и свойств студней.

Оба направления исследований весьма тесно связаны. Действительно, условия получения, состав, структура и свойства студней в значительной мере определяются характером взаимодействия и совместимостью белков и полисахаридов в водных средах. Фазовое состояние и структура жидких многокомпонентных систем имеют также большое значение при решении ряда практических вопросов. Так, благоприятные условия формования и структурирования пищевого продукта обычно обеспечиваются стабильным состоянием исходных жидких систем.

Известно, что альгинат натрия является полиэлектролитом, и в системе с другими заряженными полимерами образует гели. В нашем случае, альгинат натрия электростатически взаимодействует с сывороточными белками, что приводит к фазовому переходу, повышению вязкости и образованию эластичного геля. С увеличением концентрации полимера - альгината натрия 1 % и более наблюдался переход золя в гель.

Процесс образования геля с ксантановой камедью и камедью конжака протекает следующим образом. Сначала осуществляется переход клубок-спираль (ER-типа), (рис. 37 а), а затем - параллельная укладка этих плоских лент в узел связи сетки геля (рис. 37 б) [204, 235, 346].

Рисунок 37 - Схема двухстадийного процесса образования сетки слабого геля

ксантановой камеди и камеди конжака

Экспериментально установлено, что использование ксантановой камеди и камеди конжака в концентрациях 1 - 1,5 % (при соотношении 50 : 50) приводило к образованию эластичного геля.

Следует отметить, что на прочность полученных гелей влияет присутствие сывороточного белка в системе. Комбинированием гидроколлоидов, а также добавлением сахара в систему можно улучшить прочность полученных гелей.

Проведенные исследования определяют возможность использования в качестве загустителей и студнеобразователей используемые НПС для создания нового ассортимента киселей улучшенной пищевой и пониженной энергетической ценности. Путем использования биополимеров в качестве загустителей и гелеобразо-вателей белково-углеводной основы можно варьировать структуру и текстуру готового продукта в широком диапазоне (в нашем случае получать как жидкие, полужидкие, так и густые кисели), а также повышать устойчивость при хранении готовых продуктов. Комбинированием гидроколлоидов, а также добавлением сахара в систему можно повысить прочность полученных гелей [204, 235].

4.3 Изучение ассоциативных взаимодействий в системах гидроколлоидов. Выявление синергизма

Ассоциативные взаимодействия в системах гидроколлоидов были изучены в работах многих исследователей с целью расширения функционально-технологических свойств гидроколлоидов и получения структурно-сложных систем с улучшенными технологическими свойствами [204, 235, 350].

Природа синергизма может быть связана или не связана с ассоциацией различных молекул гидроколлоидов [235]. Возможные результаты процессов отражены на рисунке 38.

Рисунок 38 - Схематическое изображение взаимодействий, происходящих в растворах смесей различных гидроколлоидов

Если два гидроколлоида ассоциируют, может произойти гелеобразование или выпадение осадка. Гидроколлоиды с противоположными зарядами (например, белок при рН ниже его изоэлектрической точки и анионный полисахарид) с большей долей вероятности будут ассоциировать с образованием осадка, в то время как существуют данные, свидетельствующие о том, что ассоциирование некоторых жестких молекул полисахаридов (например, в упомянутых выше примерах) приведет к гелеобразованию. Если два гидроколлоида не ассоциируют, то при низких концентрациях они будут существовать как единая гомогенная фаза, а в случае более высоких концентраций они со временем разделятся на две жидкие фазы, каждая из которых будет обогащена одним из гидроколлоидов.

Следует отметить, что тщательный выбор типа и концентрации гидроколлоида может привести к образованию большого количества структур, что является интересной технологической задачей.

Для получения высокоустойчивых белковых кислородных пен при производстве кислородсодержащих продуктов было изучено ассоциативное взаимодействие тройной системы гидроколлоидов: ВЭП - камедь рожкового дерева (КРД) -СБ (таблица 33).

Таблица 33 - Ассоциативное взаимодействие тройной системы гидроколлоидов: высокоэтерифицированный пектин - камедь рожкового дерева (КРД) - сывороточный белок (на примере белково-углеводной основы «Вишня»)

Тройная система Концентрация, % Кратность, % Стабильность, мин

ВЭП - КРД - СБ 0,1+0,1+0,4 300 - 350 10 - 20

ВЭП - КРД - СБ 0,2+0,1+0,4 350 - 370 40 - 50

ВЭП - КРД - СБ 0,3+0,1+0,4 270 - 300 20 - 30

ВЭП - КРД - СБ 0,2+0,2+0,4 250 - 270 20 - 30

ВЭП - КРД - СБ 0,3+0,2+0,4 230 - 250 15 - 20

Установлено, что полученная тройная система ВЭП (0,2 %) - КРД (0,1 %) -СБ (0,4 %) характеризуется улучшенными функциональными свойствами, которые существенно отличаются от свойств исходных комплексов биополимеров, как по отдельности, так и совместно, при этом кратность белково-углеводных пен составляла 350 %, пены были устойчивыми в течение 40 мин. По-видимому, в полученной тройной системе ассоциативные взаимодействия осуществляются через связывание третичных и вторичных структур макромолекул полисахаридов и СБ. Это связывание осуществляется посредством вторичных сил (водородная связь, Ван-дер-Ваальсово взаимодействие) и существенно отличается от комплексообра-зования, имеющего электростатическую природу [235, 246, 263, 264, 277, 279]. Полученная система ВЭП (0,2 %) - КРД (0,1 %) - СБ (0,4 %) отличается от исходных систем с отдельным использованием указанных биополимеров, что расширяет возможности их практического использования.

Другим направлением исследования ассоциативных взаимодействий в системах гидроколлоидов является изучение совместного присутствия крахмала, НПС и СБ, содержащегося в белково-углеводной основе для производства киселей. Поскольку крахмал является смесью двух полимеров, при добавлении еще одного полимера образуется система из четырех биополимеров - СБ, амилопек-тина, амилозы и НПС [204, 350, 392, 393, 402].

Комбинирование крахмала с другими гидроколлоидами, которые при растворении в воде оказывают загущающее действие, дает некоторые преимущества

с точки зрения текстуры готового продукта. Внесение небольшого количества НПС при комбинировании с крахмалом и СБ способствует увеличению вязкоуп-ругих свойств пищевой системы [204, 235].

Теоретически и экспериментально изучена возможность комбинирования крахмала и НПС в сочетании с СБ. Экспериментальные данные по динамической вязкости (п, спз) белково-углеводной основы при частичной замене крахмала на некрахмальные полисахариды представлены в таблице 34.

Таблица 34 - Динамическая вязкость белково-углеводной основы при частичной замене крахмала на некрахмальные полисахариды

Наименование Комбинация гидроколлоидов (крахмал : НПС : СБ), %

НПС 1 : 0,1 : 0,4 1 : 0,2 : 0,4 1 : 0,3 : 0,4 1,5 : 0,1 : 0,4 1,5 : 0,2 : 0,4

Альгинат 25,0 ± 0,2 30,5 ± 0,2 48,8 ± 0,2 45,5 ± 0,2 60,5 ± 0,2

натрия

Камедь конжака 26,5 ± 0,2 40,2 ± 0,2 55,6 ± 0,2 80,0 ± 0,2 88,8 ± 0,2

Ксантановая 28,5 ± 0,2 44,2 ± 0,2 60,2 ± 0,2 85,1 ± 0,2 90,5 ± 0,2

камедь

Полученные данные свидетельствуют о том, что частичная замена крахмала на НПС в сочетании с СБ увеличивает вязкоупругие свойства пищевых систем, что будет способствовать повышению устойчивости готовых изделий при хранении, а также позволяет частично снизить концентрацию крахмала в рецептуре продукта.

Другим направлением исследования явилось изучение ассоциативного взаимодействия в системе полисахарид 1 - полисахарид 2 - СБ. Синергизм в системе полисахарид 1 - полисахарид 2 изучался многими исследователями, которые предложили некоторые модели взаимодействия двух гидроколлоидов.

В случае образования геля в системе полигалактанов и галактоманнанов исследователи предполагают, что свободные от боковых цепей блоки галактоман-нана могут принимать в растворе упорядоченную конформацию. Образуются зо-

ны связывания, содержащие не только отдельные двойные спирали, но и их агрегаты [173, 219-221, 235, 237, 338, 341, 352].

Известно, что ксантановая камедь вступает в синергетическое взаимодействие с галактоманнанами, результатом такого взаимодействия является повышение вязкости или гелеобразование.

Взаимодействие ксантан-галактоманн включает упорядоченную конформа-цию ксантана (рисунок 39). В отсутствии электролита ксантан может самоассоциировать, но в присутствии галактоманнана имеет место конкуренция самоассоциации ксантана и ассоциации ксантан-галактоманнан, причём последняя предпочтительнее, так как галактоманнан не несёт электрического заряда.

При наличии электролита макромолекулы ксантана могут находиться в упорядоченной конформации при относительно высоких температурах, но самоассоциация или ассоциация с галактоманнаном с повышением температуры инги-бируется. При низких температурах, вследствие экранирования заряда, самоассоциация предпочтительнее ассоциации с галактоманнаном, в результате чего возникает более слабая структура геля [204, 235].

G

G

х

(а)

(Ъ)

Рисунок 39 - Молекулярная природа взаимодействия ксантана С галактоманнанами (х - ксантан, G - галактоманнан): (а) модель Ди,

(b) модель МкКлири

Предложенная модель (рисунок 39 а) включает переход клубок-спираль типа ER для ксантана и её кооперативную ассоциацию с 'гладкой' областью цепи галактоманнана. МкКлири несколько модифицировал эту модель, отметив, что ксантан может взаимодействовать и с 'ворсистой' областью макромолекулы га-лактоманнана при условии, что боковые цепи направлены в сторону, противоположную ксантану, рисунок 39 б [204, 235]. Синергетический эффект в смесях ВЭП и альгината натрия, как показано в работах многих исследователей, формируется с получением систем типа «egg-box model». Теоретически и экспериментально изучена возможность комбинирования НПС в системах с сывороточным белком. Экспериментальные данные представлены в таблице 35.

Таблица 35 - Ассоциативное взаимодействие тройных систем гидроколлоидов (на примере белково-углеводной основы «Вишня»)

Тройная система гидроколлоидов Концентрация, % Текстурные свойства системы

ВЭП - альгинат натрия - СБ 0,1+0,1+0,4 Система вязкая, однородная

ВЭП - альгинат натрия - СБ 0,2+0,1+0,4 Система вязкая, однородная

ВЭП - альгинат натрия - СБ 0,2+0,3+0,4 Эластичный гель

Ксантановая камедь - камедь конжака - СБ 0,1+0,1+0,4 Система вязкая, однородная

Ксантановая камедь - камедь конжака - СБ 0,2+0,2+0,4 Система вязкая, однородная

Ксантановая камедь - камедь конжака - СБ 0,5+0,2+0,4 Эластичный гель

Ксантановая камедь - КРД - СБ 0,1+0,1+0,4 Система вязкая, однородная

Ксантановая камедь - КРД - СБ 0,2+0,2+0,4 Эластичный гель

Ксантановая камедь - КРД - СБ 0,5+0,3+0,4 Эластичный гель

Ксантановая камедь - гуаровая камедь - СБ 0,1+0,1+0,4 Система вязкая, однородная

Ксантановая камедь - гуаровая камедь - СБ 0,1+0,2+0,4 Система вязкая, однородная

Ксантановая камедь - гуаровая камедь - СБ 0,5+0,3+0,4 Эластичный гель

Экспериментально установлены концентрации ВЭП - альгинат натрия - СБ (0,2+0,3+0,4 %), способствующие получению эластичного геля в условях, при ко-

торых ни один из полисахаридов не желирует, т.е. в отсутствии сахара, который необходим для застудневания растворов пектина, и в отсутствии ионов кальция, необходимых для желирования альгината. В данном случае, следует отметить, что формирование мягкого геля происходит еще и благодаря наличию в системе сывороточного белка. Связано это с тем, что альгинат натрия является полиэлектролитом и в смешанной системе электростатически взаимодействует с другими гидроколлоидами (в конкретном случае с сывороточными белками и ВЭП).

Камедь конжака (0,2 %) проявляет синергетическое взаимодействие с ксан-тановой камедью (0,5 %) и СБ (0,4 %) с образованием эластичного геля. Хотя природа этого взаимодействия, по-прежнему вызывает много споров. Общепринято считать, что ксантановая камедь взаимодействует с незамещенными («гладкими») участками молекул камеди конжака. Данный процесс усиливается за счет сшивания полимерных цепей молекулами сывороточного белка.

Синергизм гелеобразования с получением эластичных и термообратимых гелей наблюдается также в системах СБ (0,4 %) с ксантановой камедью (0,2 - 0,5 %) и камедью рожкового дерева (0,2 - 0,3 %) и/или гуаровой камедью (0,3 %) (таблица 35). Этот синергизм можно объяснить межмолекулярным взаимодействием упорядоченных спиралей ксантановой камеди и открытых областей маннана вдоль молекул полимеров галактоманнанов и сывороточных белков.

Таким образом, используя смеси различных полисахаридов в комбинации с сывороточными белками, можно регулировать текстуру пищевых систем с получением новых улучшенных реологических и структурно-механических свойств готового продукта.

4.4 Заключение по четвертой главе

Показано, что проблема изучения взаимодействия пищевых волокон, в том числе некрахмальных полисахаридов с молочными белками имеет научный и социально значимый подход и не может быть достигнута без экспериментального подхода к применению ПВ, которые могут взаимодействовать с молочными бел-

ками с образованием различных типов связей и, как следствие, различных текстур пищевых продуктов.

При этом на первый план выдвигается задача изучения совместимости, фазового состояния и специфики взаимодействия белков и полисахаридов в реальных пищевых системах, с целью изыскания путей регулирования состава, структуры и свойств этих систем.

Выбор изучаемых систем, условий и методов их получения должен проводиться с учетом функций белков и полисахаридов в пищевых продуктах. В плане рассматриваемой проблемы основной функцией являются два рода функций белков и полисахаридов: пищевая и структурная. Пищевая функция будет рассмотрена в последующих главах диссертационной работы по формированию качества новых продуктов питания. Однако, сразу следует обратить внимание на то, что новые молокосодержащие продукты питания с пищевыми волокнами, по сравнению с традиционными, будут обладать сбалансированным составом, улучшенной пищевой и пониженной энергетической ценностью.

Вторая, структурообразующая функция макромолекулярных компонентов пищи, играет ведущую роль, определяя возможность получения и обеспечения требуемого комплекса свойств новых продуктов питания. При этом для взаимодействия белков и полисахаридов большое значение имеет сложный набор физико-химических характеристик, включающий растворимость в водных средах при различных значения рН среды и ионной силе, способность совмещаться с другими компонентами пищи, стабилизировать пены, образовывать эластичные гели.

Этот комплекс характеристик, объединяемых понятием о так называемых функциональных свойствах белков и полисахаридов, определяет возможность и условия сочетания белкового и полисахаридного сырья в продуктах питания. При этом функциональные свойства в целом связаны со структурообразующей функцией белков и полисахаридов.

Установлено, что белки и полисахариды в определенных условиях образуют комплексы, растворимые в водных средах. На образование растворимых комплексов, так и на фазовое расслоение системы оказывает существенное влияние кон-

формация белка и полисахарида. В свою очередь, взаимодействие белков и полисахаридов не только зависит от конформации макроионов, но, в свою очередь, способно вызывать их конформационные изменения.

Таким образом, несмотря на большое число работ, посвященных взаимодействию белков и полисахаридов в пищевых системах, ряд аспектов, имеющих важное практическое значение в плане проблемы получения новых молокосодер-жащих продуктов питания, требовал дополнительного экспериментального изучения.

Впервые в качестве пенообразующего рецептурного компонента для производства кислородсодержащих продуктов выбрана молочная сыворотка и пищевые волокна (некрахмальные полисахариды и комплексная пищевая добавка «Сйп^Ь») в качестве стабилизаторов белковой кислородной пены, обеспечивающие возможность получения высокодисперсных пенообразных систем.

Выбраны некрахмальные полисахариды (ВЭП, ксантановая камедь, камедь рожкового дерева, гуаровая камедь), их бинарная композиция (ВЭП 0,2 % - камедь рожкового дерева 0,1 %) и их оптимальные концентрации в качестве стабилизаторов белковой кислородной пены - ксантановая камедь 0,1 - 0,2 %; камедь рожкового дерева 0,1 - 0,2 %; ВЭП 0,1 - 0,2 %; гуаровая камедь с ММ 30 кДа 0,1 -0,3 %; гуаровая камедь с ММ 400 кДа 0,1 - 0,2 % в сочетании с сывороточным белком 0,8 - 3 %, позволяющие увеличить стабильность кислородных пен в 10 -20 раз, по сравнению с контрольным образцом.

Использование комплексной пищевой добавки «Сйл^Ь> в качестве стабилизаторов структуры кислородсодержащих продуктов целесообразно в концентрациях 0,3 - 0,7 %.

При создании нового ассортимента киселей улучшенной пищевой ценности и пониженной энергетической ценности предложено использовать некрахмальные полисахариды и их концентрационные интервалы (альгинат натрия 0,3 - 0,5 %, ксантановая камедь 0,3 - 0,5 %, камедь конжака 0,5 - 0,7 %) в сочетании с сывороточным белком 0,4 - 0,8 %, обладающие функцией загущения при полной и частичной замене крахмала в рецептуре киселей.

Изучены ассоциативные взаимодействия в смесях гидроколлоидов с целью расширения функционально-технологических свойств гидроколлоидов и получения молокосодержащих киселей с улучшенными технологическими свойствами.

Экспериментально установлены концентрации ВЭП и альгината натрия (0,2- 0,3 %) в системах с сывороточным белком 0,4 - 0,8 %, способствующие получению геля в условиях, при которых ни один из полисахаридов не желирует, т.е. в отсутствии сахара, который необходим для застудневания растворов пектина, и в отсутствии ионов кальция, необходимых для желирования альгината.

Установлено, что камедь конжака (0,2 - 0,3 %) проявляет синергетическое взаимодействие с ксантановой камедью (0,5 %) и СБ (0,4 - 0,8 %) с образованием эластичного геля.

Синергизм гелеобразования с получением эластичных и термообратимых гелей наблюдается также в системах сывороточного белка (0,4 - 0,8 %) с ксанта-новой камедью (0,2 - 0,5 %), камедью рожкового дерева (0,2 - 0,3 %) и гуаровой камедью (0,2 - 0,3 %).

На основании теоретических знаний и изучения химической структуры, физико-химических, структурно-механических и реологических свойств пищевых волокон, в том числе некрахмальных полисахаридов в реальных пищевых системах на молочной основе в дальнейшей работе были проведены серии экспериментов по изучению технологических факторов производства с целью разработки инновационных технологий молокосодержащих продуктов диетического профилактического питания.

Глава 5. Разработка технологий кислородсодержащих и аэрированных продуктов диетического профилактического питания

5.1 Исследование влияния технологических факторов на формирование потребительских свойств кислородных коктейлей

При разработке кислородных коктейлей исследовано влияние технологических факторов производства: условий взбивания (температуры взбивания, скорости подачи кислорода) и температуры пастеризации и режимов хранения белково-углеводной основы на процесс формирования устойчивых белковых кислородных пен. Устойчивость пенообразных систем является актуальным вопросом пищевой промышленности. Современные представления коллоидной и физической химии, сформулированные в теориях устойчивости, не до конца объясняют поведение пены во времени [11, 15, 25, 26, 54, 61, 106, 107, 168, 212].

Терминология, описывающая проблему устойчивости пенообразных систем, довольно неоднозначна. В традиционной коллоидной химии исходят из сравнения энергии Гиббса, полученной диспергированием одной фазы в другой, и системы, состоящей из этих контактирующих фаз, но не в диспергированном виде. При таком сравнении у лиофобных дисперсных систем меньшей оказывается энергия Гиббса недиспергированных фаз, и такие дисперсные системы считают неустойчивыми, а под кинетической устойчивостью понимают приближенное постоянство различных свойств дисперсной системы во времени [11, 72, 168, 178180, 212, 227].

Различают два вида устойчивости пены:

- кинетическую устойчивость (седиментационную), т.е. способность системы сохранять распределение частиц дисперсной фазы в объеме системы неизменным во времени. Другими словами, способность системы противостоять силе тяжести;

- агрегативную устойчивость, т.е. способность сохранять неизменными размеры частиц дисперсной фазы и их индивидуальность во времени. Приближен-

ным показателем дисперсности пенообразных систем является средний диаметр газовых пузырьков в пене. Считается, что чем больше дисперсность пены, т.е., чем меньше размер пузырьков, тем выше ее устойчивость. Напротив, чем больше диаметр пузырька, тем сильнее его форма отличается от сферической, тем выше амплитуда колебаний и, как следствие, скорость всплывания. Все эти факторы снижают устойчивость единичного пузырька, и, как следствие, ухудшают условия пенообразования.

Лиофильные дисперсные системы, частицы которых имеют радиус менее 1 мкм, в соотвествии с критерием самопроизвольного диспергирования, термодинамически устойчивы, т.к. из-за участия частиц в броуновском движении, они не могут способствовать образованию устойчивой структуры. Критерий самопроизвольного диспергирования определяет нижнюю границу области значений радиусов частиц, способных к процессу структурообразования.

Верхней границей области значений радиусов частиц, способных к структу-рообразованию, является размер более 100 мкм. При этом возникающая структура под воздействием силы тяжести будет разрушаться. Однако, если концентрация дисперсной фазы большая, то вследствие агрегативной неустойчивости в системе образуется непрерывная структура, фиксирующая частицы и обеспечивающая се-диментационную устойчивость дисперсной системы в статических условиях [179, 212, 227].

Главный фактор устойчивости пены во времени - стабилизирующие свойства поверхностно-активных веществ, в нашем случае пищевых волокон, в том числе некрахмальных полисахаридов. Критериями оценки эффективности поверхностно-активных веществ являются величина адсорбции на границе раздела раствор-газ (в нашем случае белково-углеводная - кислород), понижение поверхностного натяжения и предельная адсорбция. Условия формирования устойчивых белковых кислородных пен с НПС были рассмотрены в предыдущей главе.

В данной главе будут рассмотрены принципы регулирования технологических параметров получения устойчивых белковых кислородных пен. В этой связи

необходимо опираться на научные принципы формирования качества пенообразных масс с заданным составом и свойствами.

Изучено влияние температуры взбивания основы на пенообразующую способность белковых кислородных пен с пищевыми волокнами, в сравнении с контрольным образцом. В качестве примера на рисунке 40 представлены результаты исследования, характеризующие влияние ВЭП на пенообразующую способность белково-углеводной основы в зависимости от температуры взбивания. Для остальных НПС (ксантановая камедь, камедь рожкового дерева, гуаровая камедь) были получены аналогичные зависимости.

400

100

0 5 10 15 20 25

Температура взбивания основы, 0С

Рисунок 40 - Влияние температуры взбивания основы на пенообразующую способность (1 - белковая кислородная пена без стабилизатора (контрольный образец), 2 - белковая кислородная пена с НПС (ВЭП))

Согласно экспериментальным данным, оптимальная температура взбивания белково-углеводной основы с пищевыми волокнами для процесса пенообразова-ния и получения пены мелкоячеистой структуры, высокой кратности и длительной стабильности, должна составлять 18 - 20 °С. Можно сделать вывод о том, что при данной температуре НПС, благодаря адсорбции на межфазных пенных плен-

ках, способствуют улучшению газоудерживающей способности и усиливают процесс образования устойчивых кислородных пен, при этом снижается скорость истечения жидкости и давление внутри кислородных пузырьков, приводящие к уменьшению капиллярных явлений (уменьшается диффузия и всасывание межпленочной жидкости).

С повышением температуры основы выше 20 °С отмечено снижение пенообразующей способности, что объясняется тепловым движением гидроколлоидов, неспособных в таких условиях к прочной адсорбции на межфазных пленках. Взбивание основы в диапазоне температур от 1 - 10 °С приводило к образованию пен с низкой кратностью, пены быстро разрушались вследствие оттока жидкости с пленок и диффузного переноса газа от более мелких кислородных пузырьков к более крупным. Исследовано влияние подачи кислорода в белково-углеводную основу на время формирования устойчивых белковых кислородных пен с пищевыми волокнами. Результаты представлены на рисунке 41.

10 20 30 40 50 60 65 70 Подача кислорода, см3 кислорода/с

80

Рисунок 41 - Влияние подачи кислорода в белково-углеводную основу на время формирования устойчивых белковых кислородных пен

с пищевыми волокнами

Экспериментально установлено, что для получения устойчивой кислородной пены композицию следует насыщать кислородом в течение 20 ± 10 с

-5

при подаче кислорода 52,5 - 60,5 см кислорода / с.

При меньших значениях подачи кислорода время достижения требуемого уровня насыщения белково-углеводной основы кислородом, и получения устойчивой мелкоячеистой кислородной пены значительно возрастает. С увеличением подачи кислорода происходит интенсивное разрушение образуемых кислородных пузырьков вследствие излишней скорости потока, при этом часть потока кислорода барботирует сквозь белково-углеводную основу и не участвует в процессе пенообразования [184].

На следующем этапе исследовано влияние различных режимов пастеризации белково-углеводной основы на пенообразующую способность и устойчивость белковых кислородных пен (температура взбивания 18 - 20 °С). Результаты исследования представлены в таблице 36.

Таблица 36 - Влияние различных режимов пастеризации белково-углеводной основы «Вишня» на пенообразующую способность и устойчивость белковых кислородных пен

Режим пастеризации Пенообразующая способность, % Устойчивость белковых кислородных пен, мин

60 - 63 °С 15 - 20 мин 300 - 320 15 - 20

72 - 74 °С 15 - 20 сек 350 - 400 30 - 40

85 - 87 °С без выдержки 250 - 280 10 - 15

Установлено, что наиболее оптимальным режимом тепловой обработки белково-углеводной основы, приводящим к образованию белковых кислородных пен высокой кратности и длительной стабильности, является режим кратковременной пастеризации основы при температуре 72 - 74 °С с выдержкой 15 - 20 с.

Пастеризация белково-углеводной основы при температуре 60 - 63 °С с выдержкой 15 - 20 мин приводит к образованию белковых кислородных пен достаточно высокой кратности, но пониженной устойчивости, что можно объяснить не

полным распределением фаз биополимеров в растворе и созданием слабой пространственной сетки биополимеров при указанном режиме тепловой обработки.

При пастеризации белково-углеводной основы при температуре 85 - 87 °С без выдержки происходит снижение, как пенообразующей способности, так и устойчивости белковых кислородных пен, что можно объяснить частичной денатурацией сывороточных белков.

Исследовано влияние режимов хранения белково-углеводной основы в течение 72 часов при температурных режимах: 4 ± 2 °С и 18 ± 2 °С. На рисунке 42 представлена зависимость пенообразующей способности белково-углеводной основы от различных температурных режимов хранения.

450

ЧР

400

л

Б

О 350

X

ю

300

о

" 250

к

го

? 200 2

т 150 го

100

о

щ 50

24 48

Время хранения, ч

72

96

■ температура хранения 4 ± 2 °С ♦ температура хранения 18 ± 2 °С

Рисунок 42 - Зависимость пенообразующей способности белково-углеводной основы от различных температурных режимов хранения

0

0

Как видно из рисунка 42, при хранении белково-углеводной основы при температуре 18 ± 2 °С пенообразующая способность ухудшается уже через 24 часа, что связано с повышением титруемой кислотности основы. Температура хранения белково-углеводной основы 4 ± 2 °С не оказывает существенного влияния

на изменение пенообразующих свойств основы в течение 72 часов хранения. Установлено, что оптимальная температура хранения белково-углеводной основы для сохранения требуемых пенообразующих свойств должна составлять не выше 6 °С. При указанных температурных режимах основа может храниться в течение 72 часов без ухудшения свойств.

Исследовано влияние продолжительности хранения при температуре 4 ± 2 °С белково-углеводной основы, в сравнении с контрольным образцом (осветленный сок с сиропом корня солодки), на пенообразующие свойства основы. Данные исследования представлены в таблице 37.

Таблица 37 - Кратность и стабильность кислородных пен при температуре хранения 4 ± 2 °С

Наименование основы Продолжи- Кратность Стабильность,

тельность хра- пены, % мин

нения, час

Контрольный образец 24 250 - 280 1,0 - 2,0

(сок с сиропом корня солод- 48 180 - 200 0,5 - 1,0

ки) 72 - -

Белково-углеводная основа 24 350 - 420 40,0 - 30,0

с НПС 48 350 - 420 40,0 - 30,0

72 350 - 420 40,0 - 30,0

Как видно из таблицы 37, пенообразующие свойства белково-углеводных основ при температуре хранения 4 ± 2 °С остаются неизменными в течение 72 часов, по сравнению с контрольным образцом (осветленный сок с сиропом корня солодки). Пенообразующие свойства контрольного образца ухудшались по истечении 24 часов с момента хранения при указанной температуре.

Микрофотографированием пен установлено, что использование НПС позволило получить более высокодисперсные кислородные пены (рисунок 43).

в) г)

Рисунок 43 - Микроструктура образцов кислородных пен, полученных на основе

белково-углеводного сырья (а - контрольный образец, без НПС, б - образец с ВЭП 0,1 %, в - образец с камедью рожкового дерева 0,2 %, г - образец с бинарной системой ВЭП 0,2 % - каробан 0,1 %, д - образец с гуаровой камедью ММ 400 кДа 0,1 %, е - образец с гуаровой камедью ММ 30 кДа 0,3%).

Как видно из рисунка 43, плотность пузырьков в кислородной пене, полученной с использованием полисахаридных добавок выше, чем в контрольном образце (рисунок 43 а).

При этом содержание пузырьков кислорода меньшего диаметра составило более 90 %, по сравнению с контрольным образцом (рисунок 44). Диаграмма дисперсности воздушной фазы отражает количественное и качественное распределение кислорода в белковой кислородной пене.

Полученные результаты свидетельствуют о правильном подборе пищевых волокон и технологических параметров производства для формирования устойчивых белковых кислородных пен.

40

35

30

<и

Ч 25

0 с

<и

1 20

<и

£ 15

и го

10

5

у = -0,0021х6 + 0,0657х5 - 0,7784х4 + 4,3863х3 - 12,843х2 + 16,591х + 32,733 -R2 = 0,9945

■ контрольный образец, без полисахаридной добавки

I образец с полисахаридной добавкой ВВП 0,1 %

I образец с полисахаридной добавкой каробан 0,2 %

■ образец с бинарной системой ВВП 0,2 %-каробан 0,1 %

образец с полисахаридной добавкой гуаран ММ 400 кДа 0,1 %

образец с полисахаридной добавкой гуаран ММ 30 кДа 0,3 %

30 50 70 90 100 110 150 170 190 210 Диаметр воздушного пузырька, мкм

Рисунок 44 - Диаграмма дисперсности воздушной фазы в белковой

кислородной пене

На основании экспериментальных данных можно предположить, что выбранные полисахариды обладают способностью необратимой адсорбции на межфазной поверхности кислородных пен и, как следствие, большей длительностью установления равновесия при формировании структуры слоя в пограничной поверхности «жидкость-газ».

Однако, общепризнанной точки зрения, указывающей на формирование устойчивости пен, до сих пор не существует. Считается, что устойчивость пены формируется за счет трех факторов - термодинамического, структурно-механического и кинетического. Исследователи считают, что кинетический фактор устойчивости пены связан с образованием стабилизирующих слоев ПАВ, которые уменьшают скорость течения по каналам и пленкам, что, в свою очередь, будет способствовать увеличению времени жизни пенных пленок при внешних воздействиях.

0

В условиях, когда между поверхностью и объемом пленки не успевает установиться равновесие (динамическая пена), исследователи отмечают появление особых упругих свойств пленки - эффект Марангони [168, 179, 212, 227]. В данном случае упругость пленки будет зависить от толщины и концентрации ПАВ.

Таким образом, пены, получаемые из индивидуальных жидкостей (в нашем случае белковая кислородная пена без НПС), обладают постоянным поверхностным натяжением, не изменяющимся при их осушении, лишены упругости. Поэтому получить из таких жидкостей устойчивые пены невозможно. На основании изложенного можно сделать вывод, что получить устойчивые белковые кислородные пены возможно с применением НПС и соблюдением оптимальных технологических условий производства.

Проведенное комплексное исследование явилось предпосылкой для создания инновационных технологий биологически полноценных молокосодержащих основ для производства кислородных коктейлей с повышенным содержанием белка животного происхождения и различных технологий кислородсодержащих и аэрированных продуктов.

Исследования по созданию новых биологически полноценных основ кислородных коктейлей с пониженной аллергенностью и с повышенной массовой долей белка животного происхождения за счет внесения гидролизата сывороточных белков с глубокой степенью гидролиза (около 60 %) проводятся нами совместно с учеными ФГБОУ ВПО «Вологодская государственная молочнохозяйственная академия им. Н.В. Верещагина».

Поскольку ГСБ представляет собой концентрат поверхностно-активных веществ - высокомолекулярных и низкомолекулярных пептидов и свободных аминокислот, а также имеет богатый минеральный состав, что может существенно влиять на механизмы пенообразования, нами изучены особенности формирования пены белково-углеводной основы, обогащенной ГСБ. Экспериментальным путем были подобраны температурные и временные режимы способа получения кислородного коктейля, а также соотношения между белково-углеводной основой коктейля и НПС в присутствии ГСБ.

В таблице 38 представлены органолептические показатели пен кислородного коктейля на основе молочной сыворотки и вишневого сока в соотношении 1:1.

Таблица 38 - Органолептические показатели пен кислородного коктейля

Пенообразующая Количественное Цвет Запах Вкус Структура

основа соотношение ПС и молочной сыворотки, обогащенной ГСБ соответственно пены

ВЭП + (белково- 1:500 Светло- Сока Кисло- Однородная,

углеводная осно- розовый сладкий, с пена мелко-

ва + ГСБ) привкусом сока дисперсная, наблюдается небольшое расслоение

ВЭП+ (белково- 1:167 Светло- Сока, на- Кисло- Однородная,

углеводная осно- розовый сыщен- сладкий, с пена мелко-

ва + ГСБ) ный привкусом сока дисперсная

ВЭП+ (белково- 1:100 Светло- Сока, на- Кислый, с Однородная,

углеводная осно- розовый сыщен- привку- пена мелко-

ва + ГСБ) ный сом сока дисперсная

КРД + (белково- 1:500 Светло- Сока, вы- Кисло- Однородная,

углеводная осно- розовый раженный сладкий, с пена крупно-

ва + ГСБ) привкусом сока дисперсная

КРД + (белково- 1:167 Светло- Сока, на- Сладкий, Однородная,

углеводная осно- розовый сыщен- с привку- мелкодис-

ва + ГСБ) ный сом сока персная система

(КРД + ВЭП в 1:250 Светло- Сока, Слабовы- Однородная,

соотношении розовый кислый ражен- пена мелко-

1:1) + (белково- ный, с дисперсная

углеводная осно- привку-

ва + ГСБ) сом сока

(КРД + ВЭП в 1:167 Светло- Сока, Сока Однородная,

соотношении розовый кисло- пена мелко-

1:2) + (белково- сладкий дисперсная

углеводная основа + ГСБ)

Данные таблицы 38 показывают, что кислородный коктейль, приготовленный предложенным способом, обладает высокими органолептическими характеристиками.

В таблице 39 представлены результаты исследований по влиянию способа приготовления кислородного коктейля на стабильность и кратность белковой кислородной пены.

Таблица 39 - Стабильность и кратность белковой кислородной пены

Пенообразующая основа Количественное соот- Стабильность Кратность

ношение НПС и основы пены, мин пены, %

соответственно

ВЭП + (белково-углеводная 1:167 30 - 40 350 - 400

основа + ГСБ)

КРД+ (белково-углеводная 1:167 30 - 40 320 - 350

основа + ГСБ)

(КРД + ВЭП в соотношении 1:167 30 - 40 380 - 400

1:2) + (белково-углеводная основа + ГСБ)

Как видно из таблицы 39, кратность пен кислородных коктейлей, образованных молочной сывороткой, обогащенной ГСБ с глубокой степенью гидролиза (около 60 %) и НПС, высокая. Кроме того, стабильность пен кислородных коктейлей также высокая, пены остаются неизменными по структуре в течение длительного времени (30 - 40 мин).

Этот процесс объясняется тем, что предложенный способ приготовления кислородного коктейля позволяет формировать пены на основе молочной сыворотки с соком, обогащенной гидролизатом сывороточных белков с глубокой степенью гидролиза (около 60 %) и НПС, активирует процессы образования устойчивой кислородной пены за счет образования прочных интербиополимерных комплексов сывороточных белков и НПС.

В таблице 40 представлены данные пищевой и энергетической ценности кислородных коктейлей с повышенной массовой долей белка животного происхождения, в сравнении с кислородным коктейлем без гидролизата сывороточных белков.

Таблица 40 - Пищевая и энергетическая ценность кислородных коктейлей с повышенной массовой долей белка животного происхождения

Доза внесения Пищевая ценность, % Энергетическая ценность,

гидролизата белка жира углеводов ккал/кДж

сывороточных белков, %

0 0,25 0,25 6,0 - 8,0 27,25 - 35,25 / 115,5 - 149,5

1 0,50 0,25 6,0 - 8,0 28,25 - 36,25 / 118,75 - 153,75

2 0,75 0,25 6,0 - 8,0 29,25 - 37,25 / 124,0 - 158,0

3 1,00 0,25 6,0 - 8,0 30,25 - 38,25 / 128,25 - 162,25

Как видно из таблицы 40, энергетическая ценность кислородных коктейлей, обогащенных ГСБ, меняется незначительно, а содержание белка увеличивается от двух до четырех раз, по сравнению с кислородным коктейлем без ГСБ. Это объясняется, во-первых, невысокой калорийностью белков. Во-вторых, тем, что содержание наиболее емкой энергетической составляющей пищевой ценности -жира не меняется в аналоге (прототипе) и новом продукте.

По данному материалу подана заявка на патент РФ «Способ получения кислородного коктейля с пониженной аллергенностью и с повышенной массовой долей белка животного происхождения».

5.2 Исследование технологических факторов производства при разработке кислородсодержащих продуктов с повышенным содержанием сухих веществ

Интерес к новым технологиям кислородсодержащих продуктов с повышенным содержанием сухих веществ (замороженные десерты и смузи) и аэрированных десертов (муссы) с пищевыми волокнами вызван необходимостью создания биологически полноценной основы продукта. Нами разработана технология низкокалорийных кислородсодержащих замороженных фруктовых десертов с частичной заменой в традиционной рецептуре продукта сахара на фруктозу и метил-целлюлозы на комплексную пищевую добавку «Сйп^».

Замороженные кислородсодержащие фруктовые десерты (ранее мороженое «Бодрость» с кислородом) относятся к продуктам специального назначения. В процессе фризерования смесь вместо воздуха насыщают кислородом. Необходимая при этом взбитость мороженого «Бодрость» в традиционной технологии достигается использованием в качестве стабилизатора метилцеллюлозы (Е461) количестве 0,25 % (2,5 г на 1 кг смеси) [203].

В настоящее время, метилцеллюлоза в пищевой промышленности должна использоваться ограниченно в связи с возможностью расстройств желудочно-кишечного тракта. Людям, имеющим заболевания желудка и кишечного тракта употребление продуктов с содержанием добавки Е461 противопоказано. Добавка Е461 не имеет разрешения на применение при производстве продуктов детского питания.

Использование в рецептуре продукта фруктозы с целью частичной замены сахара позволит снизить калорийность готового продукта.

При разработке новых видов смузи за основу был выбран контрольный образец смузи на основе молока и фруктово-ягодного сока с желатином 0,3 %.

Смузи (от англ. Smooth - гладкий, мягкий, однородный) - холодный десерт в виде смешанных в блендере или миксере ягод или фруктов с добавлением кусочков льда, сока или молока.

Концепция смузи построена на содержании ягод и фруктов, без добавления сахара, подсластителей, консервантов, искусственных ароматизаторов и красителей. В качестве второго компонента может быть добавлено небольшое количество молока или йогурта.

Имея в своем составе высокое содержание фруктов или ягод, а, следовательно, макро- и микроэлементов, витаминов, комплекса нерастворимых пищевых волокон смузи способствуют очищению организма от шлаков и токсинов, улучшают обмен веществ, нормализуют кислотно-щелочной баланс в организме, укрепляют иммунитет, повышают умственную и физическую работоспособность, придают тонус [102].

В настоящем исследовании представлены результаты по созданию кислородных смузи и замороженных десертов на основе молочной сыворотки, натуральных фруктово-ягодных соков и пюре с включением в состав готовых продуктов натуральных цитрусовых пищевых волокон «Сйл-БЬ), содержащих в своем составе некрахмальные полисахариды (ВЭП, ксантановую и гуаровую камеди).

Следует отметить, что отдельное использование НПС в концентрациях 0,2 -0,5 % в качестве стабилизаторов целесообразно при разработке взбитых кислородсодержащих и аэрированных дисперсных систем с повышенным содержанием сухих веществ, а также напитков «с телом». Но в то же время использование комплексной пищевой добавки «Сйп-БЬ) значительно расширяет технологические и функциональные свойства продуктов.

При создании новых видов кислородсодержащих продуктов исследования проводили в следующих направлениях: конструирование вкусо-ароматического профиля основы; определение рациональных параметров подготовки и внесения пищевых волокон; подбор оптимальной концентрации пищевых волокон для формирования необходимой консистенции (текстуры) и структуры продукта; разработка технологии и рецептуры продукта; исследование показателей качества и безопасности новых видов продуктов и обоснование сроков годности.

При изготовлении белково-углеводной основы разрабатывали вкусо-ароматический профиль продуктов, соответствующий высоким органолептиче-ским показателям, для этого изучали в рецептурах основы различное сочетание творожной сыворотки, ягодных пюре (клубники, смородины и малины) и натуральных соков (яблочно-вишневый и клубничный). По результатам органолепти-ческой оценки было установлено, что соотношение творожная сыворотка : ягодное пюре : натуральный фруктово-ягодный сок для смузи должно составлять 3:1:1; при производстве замороженных десертов соотношение творожная сыворотка : ягодное пюре составляло 1:1.

Перед внесением в основу продуктов проводили гидратацию цитрусовых пищевых волокон «Сйп-БЬ) в белково-углеводной основе. Режимы гидратации: температура 20 - 25 °С, время набухания 20 - 30 мин.

При разработке кислородных смузи, содержащих в своем составе фруктово -ягодный сок, необходимым условием для получения требуемой взбитой консистенции напитка является охлаждение основы продукта до температуры 18 - 20 °С. При взбивании основы при температуре ниже 18 °С взбитость готового продукта была недостаточно высокая, что подтверждается соотвествующими экспериментальными данными по разработке кислородных коктейлей.

Напротив, для получения взбитых кислородсодержащих десертов, несодер-жащих в своем составе плодово-ягодный сок, неотъемлимой операцией является охлаждение основы продукта до температуры 4 ± 2 °С и выдержка при указанной температуре в течение 60 ± 30 мин (созревание смеси).

Экспериментальные данные по взбитости кислородсодержащих дисперсных систем в зависимости от концентрации пищевых волокон «Сйп-БЬ» представлены в таблице 41.

Таблица 41 - Взбитость кислородсодержащих дисперсных систем в зависимости от природы и концентрации пищевых волокон «Сйл-БЬ»

Исследуемая дисперсная система Концентрация, % Взбитость, %

Смузи на основе молока и фруктово-ягодного сока с желатином 0,3 % (контрольный образец) 70 - 75

Смузи с комплексной пищевой добавкой «Скп-Н» 0,3 55 - 60

0,5 120 - 130

0,7 80 - 85

1,0 30 - 40

Мороженое «Бодрость» с метилцеллюлозой 0,25 % (контрольный образец) - 55 - 60

Замороженный десерт с комплексной пищевой добавкой «Скп-И» 0,30 55 - 60

0,50 95 - 100

0,70 75 - 80

1,0 45 - 50

На основании проведенных исследований для повышения взбитости при разработке кислородсодержащих дисперсных систем с повышенным содержанием сухих веществ обосновано использование комплексной пищевой добавки «Citri-

Б1» в концентрациях 0,5 - 0,7 %. С повышением концентрации ПВ в основах взби-тость кислородсодержащих продуктов снижается вследствие повышения вязкости основ.

На следующем этапе были проведены исследования по определению оптимальной взбистости кислородсодержащих продуктов. Для мороженого и замороженных десертов взбитость - важнейший показатель, характеризующий его структуру и консистенцию.

Взбитость смеси обусловлена степенью насыщения ее воздухом во время фризерования (в нашем случае кислородом во время взбивания). Так, для различных видов мороженого взбитость должна быть не ниже 40 - 60 %. При низкой взбитости (15 - 20 %) в замороженном десерте появляются крупные кристаллы льда.

Увеличение взбитости способствует образованию более нежной и однородной структуры продукта [147, 148, 236, 249]. Однако чрезмерно высокая взбитость способствует появлению порока - снежистой структуры. Поэтому были проведены исследования по определению условий взбивания на взбитость кислородсодержащих продуктов.

На рисунке 45 показано влияние температуры взбивания на взбитость кислородсодержащих продуктов.

120

^ 100 .о

и О

Ю т ей

80 60 40 20 0

у = -5,8036х2 + 53,054х + 6,5 R2 = 0,9384

у = -2,5х2 + 3,2143х + 100 R2 = 0,9318

5 10 15 20

Температура взбивания, 0С

25

Замороженный десерт с комплексной пищевой добавкой «С№п^Ь> Смузи с комплексной пищевой добавкой «СКп^Ь>

Рисунок 45 - Влияние температуры взбивания на взбитость кислородсодержащих продуктов

Как видно из рисунка 45, для получения высокой взбитости кислородсодержащих замороженных десертов необходимо взбивать основу при температуре 4 ± 2 °С, с повышением температуры взбивания взбитость десертов снижается. Из представленных данных следует, что для обеспечения высокой взбитости кислородсодержащих замороженных десертов приготовленную основу необходимо охлаждать до температуры 4 ± 2 °С и оставлять для созревания при указанной температуре в течение 60 ± 30 мин, для набухания стабилизатора (созревание смеси). В этом случае, прочность и стабильность перегородок между воздушными пузырьками зависят от сил сцепления в частично замершей смеси, которые обеспечивают используемые пищевые волокна - комплексная пищевая добавка «Сйп-Б1» и НПС.

Напротив, взбивание кислородных смузи необходимо проводить при температуре 18 - 20 °С, при данном температурном режиме взбитость смузи высокая (120 - 135 %). Для производства кислородных смузи необходимо руководствоваться технологическими параметрами производства основ кислородных коктей-

0

лей. В данном случае удержание воздуха в смеси зависит от прочности перегородок между воздушными пузырьками, что оказывает влияние на скорость взбивания и максимальную взбитость кислородных смузи.

На рисунке 46 представлена зависимость взбитости кислородсодержащих дисперсных систем от времени взбивания при подаче кислорода 52,5 - 60,5 см кислорода / с.

Рисунок 46 - Зависимость взбитости кислородсодержащих дисперсных систем от времени взбивания при подаче кислорода 52,5 - 60,5 см3 кислорода / с

Данные рисунка 46 свидетельствуют о том, что оптимальное время взбивания кислородсодержащих дисперсных систем с ПВ для достижения требуемой взбитости при подаче кислорода 52,5 - 60,5 см кислорода / с составляет 90 ± 10 с.

Таким образом, на основании проведенных исследований подтверждена целесообразность использования комплексной пищевой добавки «Сйл-БЬ» в рецептуре кислородсодержащих продуктов (смузи и замороженных десертов).

5.3 Качественные характеристики кислородсодержащих замороженных десертов

Важными показателями потребительских свойств и качества кислородсодержащих замороженных десертов являются взбитость и устойчивость образцов к таянию [7, 207, 208, 265, 266, 280, 281, 299, 302, 305-308, 330-333, 357, 401].

Устойчивость к таянию 100 г кислородсодержащего замороженного десерта с добавкой «Сйп-БЬ» 0,7 %, в сравнении с контрольным образцом (мороженое «Бодрость) при температуре 18 - 20 °С, представлена на рисунке 47.

Продолжительность выдерживания, мин

■ Мороженое "Бодрость" с кислородом * Десерт с ПВ "С1*г1-Р1"

Рисунок 47 - Устойчивость к таянию кислородсодержащего замороженного десерта с добавкой «Сйп-БЬ» 0,7 %, в сравнении с контрольным образцом

(мороженое «Бодрость)

Как видно из рисунка 47, устойчивость к таянию кислородсодержащего замороженного десерта с добавкой «Сйп-БЬ» 0,7 %, определяемая по массовой доле плава за один и тот же промежуток времени, на 15 - 20 % выше, чем у контрольного образца мороженого «Бодрость».

Содержание сухих веществ в разработанном десерте 36 - 38 % положительно сказалось на состоянии воздушной фазы и структуры готового продукта.

Результаты исследования структуры свежевыработанных кислородсодержащих замороженных образцов и кислородсодержащих замороженных образцов в процессе хранения при температуре минус 18 °С представлены на рисунке 48.

а) б)

Рисунок 48 - Микроструктура кислородсодержащих замороженных образцов а) свежевыработанный замороженный образец с добавкой Сйп-Р1 0,7 % б) замороженный образец с добавкой Сйл^ 0,7 % после хранения

при температуре минус 18 °С

Использование в качестве стабилизаторов кислородсодержащих замороженных образцов пищевых волокон «Сйл-БЬ) в концентрациях 0,5 - 0,7 % способствует образованию равномерной и однородной структуры продукта. В данных системах стабилизирующая функция используемых пищевых волокон определяется взаимодействием с белком, при этом наблюдается термодинамическая совместимость используемых пищевых волокон и сывороточных белков [5, 6, 206, 219].

Полученные данные по скорости таяния согласуется с результатами оценки взбитости и микроструктуры замороженных десертов.

Проведены исследования по установлению способности смесей к насыщению кислородом с различной титруемой кислотностью, создаваемой за счёт введения лимонной кислоты. Результаты представлены на рисунке 49.

80 70 60 ja 50

I-

u

О 40

VO со ей

30 20 10 0

y = 0,7812x4 - 10,924x3 + 50,073x2 - 78,508x + 83,25 R2 = 0,9538

50

60 70 80 90

Титруемая кислотность, 0Т

100

Рисунок 49 - Зависимость взбитости кислородсодержащего десерта от титруемой кислотности основы

Установлено, что по мере нарастания кислотности от 50 °Т до 70 °Т, способность смеси к насыщению кислородом повышается: при кислотности 70 °Т взбитость становится равной 70 %, а в интервале титруемой кислотности 70 °Т -100 °Т - практически не изменяется.

5.4 Исследование реологических и пенообразующих свойств кислородных смузи с пищевыми волокнами

Измерение реологических свойств пищевых продуктов очень важно для проектирования и оптимизации технологических процессов, а также для контроля качества пищевых продуктов. При формировании качества кислородных смузи на основе молочной сыворотки с пищевыми волокнами реологические характеристики будут являться определяющими их консистенцию.

Изучены реологические свойства разработанных смузи с комплексной пищевой добавкой «Сйп^Ь> при дозах внесения 0,3 - 1 %. Исследования проводились с использованием ротационного вискозиметра «Реотест - 2.1». На рисунке 50 представлена зависимость напряжения сдвига от скорости сдвига разработанных напитков в зависимости от дозы внесения комплексной пищевой добавки «Сйп-РЬ>.

400

Р2 = 0,9848

Р2 = 0,9993

0

50

100

150

Скорость сдвига, у, с-1

0.7 %

А 0.5 %

0.3 %

Рисунок 50 - Влияние скорости сдвига на напряжение сдвига в исследуемых напитках при 20 °С в зависимости от дозы внесения комплексной пищевой

добавки

Из анализа рисунка 50 следует, что все образцы напитков практически подчиняются линейной зависимости и ведут себя как «ньютоновские» системы [226].

Использование в качестве стабилизаторов структуры кислородных смузи пищевых волокон «Сйп-БЬ» в концентрациях 0,5 - 0,7 % способствует получению вязких, однородных основ напитка и обеспечению равномерного распределения частиц ягодного пюре в структуре продукта.

Увеличение дозы внесения пищевых волокон в смузи до 1 % приводило к значительному повышению вязкости и утяжелению системы, происходило расслоение продукта на фазы, система становилась термодинамически неустойчивой.

Зависимость вязкости от скорости сдвига для исследуемых образцов напитков представлена на рисунке 51.

10

и

* 9 га

С , 8 .о

Б 7

О