УДК 637.344 ИССЛЕДОВАНИЕ ПЕНООБРАЗУЮЩИХ СВОЙСТВ МОЛОЧНОЙ СЫВОРОТКИ ДЛЯ СОЗДАНИЯ КИСЛОРОДНОГО КОКТЕЙЛЯ
advertisement
Научный журнал «Известия КГТУ», №34, 2014 г. УДК 637.344 ИССЛЕДОВАНИЕ ПЕНООБРАЗУЮЩИХ СВОЙСТВ МОЛОЧНОЙ СЫВОРОТКИ ДЛЯ СОЗДАНИЯ КИСЛОРОДНОГО КОКТЕЙЛЯ А.С. Роина, Л.С. Байдалинова ФГБОУ ВПО «Калининградский государственный технический университет», Россия, 236022, г. Калининград, Советский проспект, 1; E-mail: metal.hummer@yandex.ru В статье рассмотрена перспективность использования молочной сыворотки в производстве пищевых продуктов, описан её состав, рекомендована безотходная переработка молочной сыворотки путем создания на ее основе кислородного коктейля. Представлены результаты исследования пенообразующих свойств молочной сыворотки и стабилизирующих свойств пектина. молочная сыворотка, пектин, пищевые полисахариды, кислородный коктейль, пенообразующие свойства, безотходные технологии, функциональные напитки, гипоксия ВВЕДЕНИЕ Одними из основных факторов, определяющих состояние здоровья, являются структура и качество потребляемой пищи. Актуальной проблемой жителей крупных городов и мегаполисов становится кислородная недостаточность – гипоксия. Среди средств кислородной терапии наиболее доступными и экономически выгодными являются кислородные коктейли. Анализ научной литературы и патентной информации показал, что в настоящее время кислородные коктейли находят широкое применение как для лечения пациентов с различными заболеваниями, так и у здоровых людей для нормализации и повышения иммунитета и работоспособности [1-3]. Кислородный коктейль – это напиток, насыщенный кислородом до состояния пены. Его употребление компенсирует недостаток кислорода в организме, т. е. устраняет гипоксию. Основные проблемы при создании кислородных коктейлей связаны с заменой традиционной пенообразующей основы – яичного белка, желатина или сиропа корня солодки на аллергически безопасные пенообразователи. У яичного белка есть существенные недостатки и побочные эффекты, такие как гипераллергенность, неприятный вкус и возможность возникновения инфекционных заболеваний. Применение желатина в качестве пенообразователя достаточно проблематично и небезопасно, его нежелательно употреблять людям при нарушении водно-солевого обмена и при мочекаменной болезни [4]. Целью исследования является разработка технологии кислородного коктейля функционального назначения на основе нежирного молочного сырья (молочной сыворотки) с применением пищевых полисахаридов. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ Для экспериментальных работ использовалась молочная сыворотка производства ОАО «Молоко» кислотностью 16ºТ, плотностью 1019,8 кг/м3, с содержанием сухих веществ 5,46 и содержанием белка 0,8%. Состав подсырной сыворот149 Научный журнал «Известия КГТУ», №34, 2014 г. ки зависит от вида вырабатываемого сыра и его жирности; творожной – от способа производства творога и его жирности; казеиновой – от вида вырабатываемого казеина. Различные виды молочной сыворотки (табл. 1) отличаются содержанием лактозы, белков, пептидов, аминокислот, витаминов [5]. Таблица 1. Основные компоненты сухого вещества молочной сыворотки Table 1. The main components of dry matter of whey Содержание Компонент г на 100 мл % к сухим веществам Лактоза 4,66 71,7 Белковые вещества 0,91 14,0 Минеральные вещества 0,5 7,7 Жир 0,37 5,7 Прочие 0,06 0,9 Итого 6,5 100 Количество жира в молочной сыворотке зависит от его количества в исходном сырье и технологии выработки основного продукта. Жир в сыворотке диспергирован больше, чем в молоке, что положительно влияет на биохимические процессы, происходящие в организме человека при потреблении сыворотки. Минеральный состав молочной сыворотки разнообразен. В нее переходят практически все соли и микроэлементы молока, а также соли, вводимые при выработке основного продукта, и соединения с поверхности оборудования. Содержание основных элементов в сыворотке представлено в табл. 2. Таблица 2. Содержание основных элементов в молочной сыворотке Table 2. Contents of the main elements in the whey Элемент Содержание (в %) Калий 0,09 – 0,19 Магний 0,009 – 0,02 Кальций 0,04 – 0,11 Натрий 0,03 – 0,05 Фосфор 0,04 – 0,1 Хлор 0,08 – 0,11 В молочную сыворотку почти полностью переходят водорастворимые и некоторая часть жирорастворимых витаминов. Содержание витаминов в подсырной и творожной сыворотке показано в табл. 3. Таблица 3. Содержание витаминов в молочной сыворотке, мкг/кг Table 3. The vitamin content in whey, mkg/kg Витамин Сыворотка каротин А Е В1 В2 В6 холин Подсырная 13 22 227 315 1389 524 160000 Творожная 75 110 315 263 1107 478 140000 150 РР 140 140 С 500 500 Научный журнал «Известия КГТУ», №34, 2014 г. В молочной сыворотке в среднем содержится 134 мг/100мл азотистых соединений, из которых около 65% являются белковыми азотистыми соединениями, а 35 – небелковыми. Содержание белковых азотистых соединений в различных видах молочной сыворотки приведено в табл. 4. Таблица 4. Содержание белковых азотистых соединений в сыворотке, мг/100 мл Table 4. The content of protein nitrogen compounds in the serum, mg/100 ml Продукт Содержание Обезжиренное молоко 447 Подсырная сыворотка 64 Творожная сыворотка 44 Казеиновая сыворотка 23 Сывороточные белки состоят из альбуминов и глобулинов, а также протеоз и пептонов. Сывороточный белок считается наиболее ценным белком молока, так как для покрытия суточной потребности человека в незаменимых аминокислотах требуется 28,4 г общего белка коровьего молока, 17,4 г яичного и всего лишь 14,5 г сывороточного белка. В молочной сыворотке содержатся все незаменимые аминокислоты. Содержание белковых и небелковых азотистых соединений приведено в табл. 5 и 6 соответственно. Таблица 5. Общее содержание аминокислот в сыворотке, мг/л Table 5. Total amino acid content in whey, mg/l Аминокислоты свободные в белках Сыворотка в том числе в том числе всего всего незаменимые незаменимые Подсырная 132,7 51,0 6490 3326 Творожная 450,0 356,0 5590 2849 Таблица 6. Содержание небелковых азотистых соединений, мг/100 мл Table 6. The content of non-protein nitrogenous compounds, mg/100 ml Соединение Содержание Азот общий небелковый 25,5 Аминокислоты 3,9 Мочевина 13,4 Креатин 2,5 Креатинин 1,8 Мочевая кислота 1,8 Пуриновые основания 2,6 Аммиак 1,2 Из органических кислот обнаружены молочная, лимонная, нуклеиновая и летучие жирные кислоты – уксусная, муравьиная, пропионовая, масляная. Жир молочной сыворотки тонкодиспергирован, что обуславливает его полное усвоение стенками желудка. Молочная сыворотка – низкокалорийный продукт (табл. 7). 151 Научный журнал «Известия КГТУ», №34, 2014 г. Таблица 7. Энергетическая ценность молочных продуктов Table 7. Energy value of dairy products Продукт Калорийность кДЖ/кг Молоко цельное 2805 Молоко обезжиренное 1440 Пахта 1599 Молочная сыворотка 1013 Молочная сыворотка оказывает положительное влияние на пищеварительную, нервную, сердечно-сосудистую системы человека и на сопротивляемость организма заболеваниям [5]. Также для экспериментальных работ использовался низкоэтерифицированный пектин производства «CP Kelco». Пектины — полисахариды, присутствующие практически во всех растениях (особенно в плодах). Будучи структурным элементом всех растительных тканей, пектины обеспечивают их целостность и стабильность, а также регулируют водный обмен в силу своей способности к набуханию и коллоидальной природы. Молекулы растительных пектинов имеют сложное строение. В их основе лежат молекулы D-галактуроновой кислоты, гликозидносвязанные α-1,4-связями между собой в полигалактуроновую кислоту. Часть карбоксильных групп этерифицирована метанолом, часть вторичных спиртовых гидроксильных групп ацетилирована. Поскольку макромолекулы пектина имеют боковые цепочки нейтральных моносахаридов (ксилоза, галактоза, арабиноза) или в главную цепь пектинов включена рамноза, пектины с точки зрения химической структуры следует рассматривать как гетерополисахариды. В тех случаях, когда доля молекул галактуроновой кислоты, этерифицированных метиловым спиртом, превышает 50%, говорят о высокоэтерифицированных пектинах, а если доля их ниже 50% – о низкоэтерифицированных. Важным свойством пектина, обусловливающим его применение в пищевых продуктах, является гелеобразование. Образование гелей пектином связано с ассоциацией пектиновых цепей с образованием трехмерной пространственной структуры, где два или более участка цепи сближаются друг с другом с регулярной частотой. Имеются различные виды ассоциаций, которые определяются степенью этерификации. Высокоэтерифицированные пектины (степень этерификации выше 50%) лучше всего образуют гели при концентрации 1%, хотя концентрация может варьировать в зависимости от вида пектина [6]. РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ Молочная сыворотка по современной классификации относится к нежирному молочному сырью и может быть выбрана в качестве основы для приготовления кислородного коктейля. Как известно, в состав молочной сыворотки входят сывороточные белки (альбумины, глобулины, протеозы, пептоны), β-лактоглобулин наиболее важен в количественном (около 50% сывороточных белков) и качественном отношении, так как способствует увеличению объема при взбивании [7]. Сывороточные белки являются стабилизаторами межфазных пенных пленок. Это связано с наличием на поверхности пленок сывороточных белков заряженных функциональных групп с определенным гидрофильно-липофильным балансом. Известно, что сывороточные белки при насыщении сыворотки газом 152 Научный журнал «Известия КГТУ», №34, 2014 г. более интенсивно флотируют в межфазную поверхность и удерживаются пленками, что связано с их поверхностно-активными свойствами. Поверхностноактивные вещества характеризуются ассиметрично-полярной структурой молекул, способных концентрироваться на межфазных пограничных слоях, уменьшая поверхностное натяжение жидкости. Образуемые при этом прочные пленки обеспечивают кратность и прочность пены [4]. В ходе экспериментов проводились исследования пенообразующих свойств молочной сыворотки. Были приготовлены восстановленные растворы сухой подсырной сыворотки с различным содержанием сухого вещества – 3, 6, 9, 12 г на 100 мл воды. При интенсивном перемешивании образовывалась пена. Результаты измерения высоты полученной пены представлены на рис. 1. Рис. 1. Зависимость объема пены от содержания сухой сыворотки Fig. 1. Dependence of the volume of foam on the content of whey powder Наибольшая стойкость пены (3 мин 30 с) наблюдалась при содержании 6 г сухой сыворотки в растворе. Однако данные значения стойкости пены являются недостаточными. Для увеличения стойкости в качестве стабилизатора пены был применен пектин. Потребное количество пектина определялось экспериментально при колебаниях его в системе от 0.5 до 3,0 г на 100 г сыворотки. Результаты представлены на рис. 2. 153 Научный журнал «Известия КГТУ», №34, 2014 г. Рис. 2. Зависимость объема пены от содержания пектина Fig. 2. Dependence of the volume of foam on the content of pectin Установлено, что после добавления в раствор восстановленной сыворотки 1г пектина стойкость пены увеличилась до 3 ч, при этом увеличилась и высота пены по сравнению с контрольным образцом. Увеличение количества пектина сопровождалось снижением стойкости пены. ВЫВОДЫ Проведенные эксперименты установили возможность получения кислородного коктейля на основе молочной сыворотки, что позволит не только решить проблему создания безотходной технологии переработки молока, но и получить биологически ценный продукт с хорошими органолептическими характеристиками и функциональными свойствами. Применение пищевых полисахаридов в производстве кислородных коктейлей является перспективным. Введение полисахаридов (пектин) положительно повлияет на структурно-механические свойства напитка. Биополимеры оказывают антиокислительное и бактерицидное действие, что увеличит сроки хранения напитка. СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ЛИТЕРАТУРНЫХ ИСТОЧНИКОВ 1. Пат. 2442442, МПК A23L2/00. Способ приготовления кислородного коктейля / В.В. Мочалова, Н.К. Артемьева, Б.В. Бурцев; Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кубанский государственный университет физической культуры, спорта и туризма" (ФГОУ ВПО "КГУФКСТ"); Заявка: 2010124368/13, 15.06.2010; Опубликовано 20.02.2012. 2. Пат. 2422051, МПК A23L2/00. Способ производства кислородных коктейлей / Н.С. Родионова, Л.П. Пащенко, Е.А. Климова; Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежская 154 Научный журнал «Известия КГТУ», №34, 2014 г. государственная технологическая академия"; Заявка: 2009144652/13, 01.12.2009; Опубликовано: 27.06.2011. 3. Разработка технологии коктейля лечебно-профилактического назначения / В.Н. Грошева [и др.] // Фундаментальные и прикладные аспекты создания биосферосовместимых систем: 1-я междунар. науч.-техн. интернет-конф. – Орел: Госуниверситет – УНПК, 2013. – 356 c. 4. Пат. 2429728, МПК A23L2/00. Сухая белково-растительная смесь для производства кислородного коктейля / Н.С. Родионова [и др.]; Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Воронежская государственная технологическая академия (ГОУ ВПО ВГТА); Заявка: 2010108487/13, 09.03.2010; Опубликовано: 27.09.2011. 5. Храмцов, А.Г. Технология продуктов из молочной сыворотки: учеб. пособие / А.Г. Храмцов, П.Г. Нестеренко. – Москва: ДеЛи принт, 2004. – 587 с. 6. Нечаев, А.П. Пищевая химия / А.П. Нечаев. – Санкт-Петербург: ГИОРД, 2007. – 640 с. 7. Рогов, И.А. Химия пищи / И.А. Рогов, Л.В. Антипова, Н.И. Дунченко. – Москва: КолосС, 2007. – 853 с. RESEARCH OF FOAM-FORMING PROPERTIES OF WHEY FOR CREATION OF OXYGEN COCKTAIL A.S. Roina, L.S. Baydalinova Kaliningrad State Technical University, Russia, 236022, Kaliningrad, Sovietsky prospect, 1; E-mail: metal.hummer@yandex.ru; E-mail: baydalinova@newmail.ru In article prospects of use of whey in production of foodstuff, the composition of whey is described, waste-free processing of whey by creation on its basis of oxygen cocktail is recommended. Results of research of foam-forming properties of whey and stabilizing properties of pectin are presented. whey, pectin, food polysaccharides, oxygen cocktail, foam-forming properties, waste-free technologies, functional drinks, hypoxia 155
