Создание полидисперсных систем с мукой из растительного сырья на молочной основе с управляемыми неаддитивными технологическими свойствами
Authors: Агаркова Е.Ю. , Кондратенко В.В. , Соколова О.В. , Яшин А.Н. 
Published: January 2025

Актуальной тенденцией молочной отрасли является создание поликомпонентных продуктов с использованием растительных ингредиентов. Одним из основных ограничений применения таких перспективных растительных ресурсов, как различные виды муки, в частности, из плодов орехоплодных (например, из грецкого ореха), является проблема создания условий для формирования устойчивой дисперсной системы в составе молочной матрицы. Однако при практическом получении таких систем велика вероятность неуправляемого изменения отдельных технологических свойств в силу их неаддитивности, а также существует риск самопроизвольного расслоения. Решить эту проблему можно дополнительным введением в матрицу модификаторов структуры, основными требованиями к которым являются безопасность и малая усвояемость. В качестве таковых могут быть использованы растительные полигликаны, такие, например, как псиллиум, отличающиеся высокой молекулярной массой и наличием активных зарядообразующих функциональных групп. Целью работы являлось создание стабильных полидисперсных систем с мукой из растительного сырья на молочной основе. В качестве объектов исследований использовались молоко коровье сырое, восстановленное молоко из сухого молока, псиллиум (шелуха семени подорожника), обезжиренная мука грецкого ореха (массовая доля белка 15,0 %, жира 18,0 %, углеводов 3,0 %), пектин цитрусовый высокоэтерифицированный. При выполнении работы применялись стандартизованные методы. Динамическую вязкость образцов определяли с применением ротационного вискозиметра Брукфильда DV-ІІ+Pro. Математическую обработку проводили с использованием программного обеспечения TableCurve 2D v.5.01 (SYSTAT Ltd.). В результате исследований в процессе стабилизации дисперсной молочной системы с мукой грецкого ореха введением псиллиума установлено неаддитивное реологическое поведение в присутствии ионов кальция – нативного компонента молочной матрицы. Данное поведение определило необходимость введения в систему высокоэтерифицированного пектина в качестве дополнительного агента, частично инактивирующего влияние поливалентных катионов. Экспериментально установлено, что увеличение массовой доли муки грецкого ореха способствует увеличению интенсивности проявления неаддитивного отклика реологических свойств на изменение массовой доли основного полигликана – псиллиума. При этом для системы «молочная основа – пектин – псиллиум – мука грецкого ореха» установлена константа, связывающая оптимальные массовые доли муки грецкого ореха и псиллиума в области формирования стабильного состояния, равная 1.1. Пектин как ингредиент и данная константа является основным элементом управления неаддитивными свойствами полидисперсных систем с мукой грецкого ореха на молочной основе. Предположительно подобные факторы также имеют место и в отношении полидисперсных систем на молочной основе с мукой из других видов растительного сырья. Установлен оптимальный состав полидисперсной молочной системы, обеспечивающий стабильность равномерного распределения частиц дисперсной фазы: массовая доля воды – 50,0 %; молока обезжиренного восстановленного – 45,95 %; муки грецкого ореха – 3,54 %; псиллиума – 0,31 %; пектина – 0,2 %. Гипотетически управление неаддитивными свойствами при формировании полидисперсных систем на молочной основе возможно путем последовательного поэтапного моделирования влияния базовых факторов-источников с нахождением значений локальных оптимумов.

The current trend in the dairy industry is the creation of multi-component products using plant ingredients. One of the main limitations to use such promising plant resources as various types as flour, in particular, flour from nut fruits (for example, walnuts), is the problem of creating conditions to form a stable disperse system based on milk matrices. However, in the practical production of such systems, there is a high probability of uncontrolled changes in individual technological properties due to their non-additivity, and there is also a risk of spontaneous delamination. This problem could be solved by addition the structure modifiers into the matrix. The main requirements for them are safety and low digestibility. As such, plant polyglycans such as psyllium characterized by high molecular weight and the presence of active charge-forming functional groups can be used. The goal of the work was to create stable polydisperse systems with plant's flour on a dairy basis. The following research objects were used: raw cow's milk, reconstituted milk powder, plantain psyllium, low-fat walnut flour (mass fraction of protein 15.0 %, fat 18.0 %, carbohydrates 3.0 %) and highly esterified citrus pectin. Standardized methods were used to carry out the work. The dynamic viscosity of the samples was determined using a Brookfield DV-II+Pro rotational viscometer. Mathematical processing was carried out using the Microsoft Excel 2010 (Microsoft Corporation Inc.). As a result of studies in the process of stabilizing a dispersed milk system with walnut flour by introducing psyllium, non-additive rheological behavior in the presence of calcium ions, a native component of the milk matrix, was established. This behavior determined the need to introduce highly esterified pectin into the system as an additive that partially inactivates the negative effect of polyvalent cations. It has been experimentally established that an increase of the walnut flour mass fraction contributes to an increase in the manifestation intensity of the non-additive response for rheological properties to a change in the mass fraction of psyllium as the main added polyglycan. At the same time, for the system «milk base – pectin – psyllium – walnut flour» a constant equal to 1.1 was established that connects the optimal mass fractions of walnut flour and psyllium in the region of formation the stable state. Pectin as an ingredient and this constant were look like the main elements for controlling the non-additive properties of milk-based polydisperse systems with walnut flour. Presumably, similar factors also may occur in relation to milk-based polydisperse systems with other types of plant's flour. The optimal composition of obtained polydisperse milk system has been established, ensuring the stability of the uniform distribution of dispersed phase particles: mass fraction of water – 50 %, reconstituted skim milk – 45.95 %; walnut flour – 3.54 %; psyllium – 0.31 %; pectin – 0.2 %. Hypothetically, managing of non-additive properties during the formation of milk-based polydisperse systems is possible by sequential step-by-step modeling of the influence of the main factors-sources of non-additive properties with finding local optimum values at each stage.