Технологическое проектирование рецептур сыров с зерновым и дикорастущим сырьем Западной Сибири

УДК 664.7: 637.1

Технологическое проектирование рецептур сыров

с зерновым и дикорастущим сырьем Западной Сибири

О. Н. Мусина, канд. техн. наук

Сибирский научно-исследовательский институт сыроделия К. Л. Коновалов

Межрегиональное общественное учреждение «Биона»

С. М. Лупинская, д-р техн. наук, М. Т. Шулбаева, канд. техн. наук, Л. А. Кузнецова, аспирант Кемеровский технологический институт пищевой промышленности

Современной наукой доказана тесная связь качества жизни с качеством питания, причем эта взаимосвязь прослеживается как для западной, так и для восточной цивилизации [1]. В последние десятилетия учеными разработаны основы проектирования продуктов с высокой пищевой и биологической ценностью за счет комбинирования сырья животного и растительного происхождения [2]. Наиболее перспективным представляется направление по комбинированию молочного и растительного сырья, так как комплексное использование полезных качеств разных видов сырья позволяет получать гармоничные по составу и свойствам композиции [3-5]. Сочетание животных и растительных компонентов обеспечивает получение композиций с желаемым составом и свойствами, и позволяет создавать продукты, максимально отвечающие формуле сбалансированного питания. Введение таких продуктов в повседневный рацион широких слоев населения способствует повышению качества жизни через улучшение качества питания, положительно влияет на состояние здоровья нации и снижает риск алиментарно зависимых заболеваний [6-8].

Одним из прогрессивных направлений улучшения питания населения является использование местных сырьевых ресурсов регионов, где проживают потенциальные потребители проектируемых продуктов. Это способствует повышению рентабельности производства, снижению себестоимости продуктов и обогащению рациона населения необходимыми нутриентами, недостаток которых зарегистрирован в регионе. В экологическом отношении дикорастущие растения являются более перспективным сырьем для создания продуктов здорового питания, чем окультуренные растения, преимущественно выращиваемые с применением химических удобрений, гербицидов и пестицидов. Особую ценность дикорастущие

растения представляют в качестве источника биологически активных веществ. В этой связи представляет практический интерес использование дикорастущих растений, белковый состав которых был бы подобен составу молочных продуктов, в частности, плавленых сыров.

Цель исследований - изучение возможности включения в состав плавленых сыров зернового и дикорастущего растительного сырья Западной Сибири как компонента, не только улучшающего витаминный и минеральный состав, но и повышающего биологическую ценность продукта.

В качестве объекта технологического проектирования была выбрана рецептура сыра. Традиционно наиболее активно различные вкусовые и обогащающие добавки вносят именно в плавленые сыры, хотя возможны и другие варианты [3-5]. На текущем этапе исследований авторский коллектив остановил свой выбор на плавленых сырах. Для оптимизации рецептуры сыров использовали растительные компоненты: зерновое сырье (ячмень) и дикорастущие ягоды и травы Западной Сибири (щавель, крапива, черемша, крыжовник, брусника, красная смородина). Ягоды и травы, участвовавшие в экспериментах, произрастали на территории Кемеровской области и Алтайского края (урожай 2014-2015 гг.), ячмень выращен в Таштыпском районе Хакасии. Растительные компоненты применяли как минорно, так и в составе композиций, описанных ниже.

К внесению в состав плавленого сыра растительные компоненты предварительно подготавливались. Подготовка ячменя заключалась в его термомеханической обработке. Зерна очищали от посторонних примесей, а затем и от оболочек. Ячмень обжаривали в течение 5-10 мин при температуре 130...150 °С, затем его измельчали до размера частиц 0,25-0,90 мм. Такая высокая дисперсность ячменя позволяет ему до-

статочно равномерно распределиться по всей массе плавленого сыра. Технологические аспекты обработки ячменя и его средний химический состав после такой обработки более подробно раскрыты в работе [9].

Из дикоросов также получали гомогенные системы. Собранное растительное сырье инспектировали, проводили выбраковку, обмывали теплой водой и обрабатывали при температуре 90±2 °С на универсальном гомогенизирующем модуле (УГМ), предназначенном для эмульгирования, смешивания и термической обработки жидких, вязких и пастообразных продуктов. После обработки частицы дикорастущего сырья имеют размеры не более 5 мкм. Обоснование такой технологии подготовки дикоросов дано в работе [10].

Технологическое проектирование рецептур проводили путем математического моделирования, при этом стремились получить продукт максимально сбалансированного аминокислотного состава. Задачу оптимизации биологической ценности решали с помощью линейного программирования [11]. Фундаментальной основой расчетов являлась известная методология проектирования продуктов питания с требуемыми показателями пищевой ценности, созданная академиком Н. Н. Липатовым-мл. Прикладное программное обеспечение для решения задач оптимизации использовали собственное авторское -базу данных «Химический состав пищевого сырья и продуктов питания» (свидетельство о государственной регистрации №. 2012620334) и специализированные компьютерные программы. Программа «Идеальный белок» (свидетельство № 2010616153) предназначена для проектировании рецептур продуктов с белком, приближающимся по аминокислотному составу к эталонному. Программа «Минимум-максимум» (свидетельство № 2010612628) в нашем случае нужна для расчета аминокислотного скора и коэффициентов, учитывающих взаимосбалансированность незаменимых аминокислот в спроектированном продукте. Программа «Проектирование рецептуры» (свидетельство № 2011611470) ориентирована на оптимизацию рецептур пищевых продуктов, где под оптимизацией понимается снижение стоимости продукта при сохранении его свойств.

На начальном этапе исследований изучали возможность внесения в рецептуру плавленого молочно-белкового продукта минорного зернового сырья - обработанного, как описано выше, ячменя. Основным компонентом продукта является молочный белок, полученный методом термокислотной коагуляции из обе-

и безопасные

\

ц

«Г^ * "Л Ш

Vi" 1 3« ' ни»"

А

NATURAL PRODUCTS

ENJOY

Кампания финансируется с помощью Европейского союза, Греции, Румынии и Республики Кипр

Рис. 1. Аминокислотные скоры дикорастущего растительного сырья Западной Сибири

зжиренного молока, которое нагревают до 93.95 °С, охлаждают до 45. 49 °С и вносят в количестве 10-15% молочную сыворотку кислотностью 130-150 °Т. Полученный молочный белок отделяют и промывают холодной водой. Соотношение молочного и зернового сырья в смеси для плавления составляет соответственно 4048% и 7,0-8,3%. Молочный белок с содержанием сухих веществ 2023% и подготовленный ячмень смешивают с водой, солью-плавителем (бикарбонатом натрия) и оставляют для созревания при температуре 20 °С на 30 мин, далее в смесь вносят сливочное масло и обрабатывают ее 10-15 мин при 80.85 °С. При желании в конце плавления в смесь вносят вкусоароматические наполнители. Расплавленную смесь гомогенизируют и расфасовывают. Полученный плавленый продукт имеет отличные органолептические характеристики, сбалансированный аминокислотный состав и отсутствие лимитирующих аминокислот. Продукт внедрен в производство, получен патент на изобретение № 2238655.

На следующем этапе отрабатывали возможность введения в рецептуру помимо зернового сырья ячмень, дополнительно двух видов дикоро-сов (черемша и крапива). Рецептуру плавленого продукта с использованием зернового сырья (подготовленного ячменя) и дикорастущего сырья (черемша, крапива) проектировали с помощью программы «Проектирование рецептуры». Установлено, что максимальную биологическую ценность продукт будет иметь при соотношении основных ингредиентов (подготовленный ячмень, молочный белок, полученный термокислотным способом из обезжиренного моло-

ка, сливочное масло, композиция дикоросов) соответственно 9: 52: 13: 15. Скор незаменимых аминокислот в продукте варьирует от 105,6% (для лизина) до 142,6% (для фенил-аланина). Особенностям технологии, рецептуры и характеристик этого продукта посвящена отдельная работа [9]. В связи с успешностью данного проекта было решено изучить возможность использования и других видов дикорастущего растительного сырья, а также композиций из дико-росов в рецептуре плавленых сыров.

На основании анализа публикаций российских и зарубежных ученых, в молочных продуктах отмечается некоторый дефицит аминокислот метионина и цистеина, а в сухом молоке - еще и валина. В то же время установлено, что для многих видов дикорастущего сырья (щавель, черемша, красная смородина, крапива) аминокислотный скор суммы метионина и цистеина значительно выше, чем в молочных продуктах, и зачастую превышает 100% (рис. 1). В избыточном количестве молочные продукты содержат триптофан и фенилаланин, а дикорастущее растительное сырье (щавель, черемша, крыжовник, брусника) характеризуется пониженным содержанием этих аминокислот. Наиболее комплементарными (взаимодополняющими) к белкам молока являются белки щавеля, черемши и красной смородины. Аминокислотный состав ягод неполноценен: у брусники только две аминокислоты, а у крыжовника лишь одна имеет скор более 100%.

Для решения задач технологического проектирования рассчитывали в белке: аминокислотный скор, коэффициент утилитарности каждой аминокислоты, коэффициент утили-

тарности аминокислотного состава продукта, избыточность содержания незаменимых аминокислот, показатель сопоставимой избыточности, а также усвояемость. Формулы для расчетов применяли широко известные [12], методология математического моделирования рецептур детально описана в работе [11].

Коэффициенты, характеризующие усвояемость белка минорных растительных компонентов проектируемой рецептуры плавленого сыра, рассчитаны с помощью программы «Минимум-Максимум». Установлено, что наиболее сбалансированы белки щавеля, крапивы, черемши. Белки исследованных видов ягод отличаются средней биологической ценностью. Поэтому, если ягодное сырье и включали в состав проектируемых композиций, то лишь с целью улучшения органолептических характеристик (вкус, цвет, запах) плавленого сыра, и при проектировании с помощью авторских программ накладывали ограничение на содержание ягодного сырья в композиции - не более 40%. Состав спроектированных композиций дикорастущего сырья представлен на рис. 2.

Технологическое проектирование рецептур плавленых сыров с дикорастущим растительным сырьем Западной Сибири также произведено с помощью специализированной программы «Проектирование рецептуры», полученные варианты рецептур в настоящее время проходят процедуру патентования и до получения охранного документа не раскрываются.

Композиции дикорастущего сырья вносили в рецептуру плавленого сыра в количестве 30% от массы исходной смеси для плавления. На стадии поисковых экспериментов количество вносимого дикорастущего сырья варьировали от 20 до 40%, но многократные дегустации показали, что внесение растительных компонентов в количестве 30% наиболее приемлемо по ор-ганолептическим характеристикам полученного сыра (рис. 3).

В состав смеси для плавления входило молочное сырье (сыр костромской, молоко сухое обезжиренное, масло крестьянское), имеющее состав и свойства в соответствии с требованиями технической документации. Наиболее равномерное распределение композиций дикорастущего сырья в смеси отмечено при его внесении в начале заполнения котла или в середине процесса плавления. Предложено несколько вариантов режимов плавления, которые обеспечивают микробиологическую чистоту продукта, наилучшее диспергирование белка и жира и щадящее воздействие на нутриенты:

а) плавление при температуре 80 °С в течение 20 мин, затем внесение в смесь композиции дикоросов и плавление еще 10 мин;

б) плавление при температуре 85 °С в течение 18 мин, затем внесение в смесь композиции дикоросов и плавление еще 5-10 мин;

в) плавление при температуре 90 °С в течение 15 мин, затем внесение в смесь композиции дикоросов и плавление еще 5-10 мин.

На рис. 4 представлены результаты расчета с помощью программы «Идеальный белок» коэффициентов, характеризующих усвояемость белка спроектированных рецептур плавленого сыра с композициями дикорастущего сырья Западной Сибири.

Комплексный анализ полученных данных показал, что наиболее высокие показатели биологической ценности могут быть достигнуты при использовании в рецептуре плавленых сыров следующих композиций дикорастущего растительного сырья:

• композиция № 1 - смесь в равных долях щавеля и черемши,

• композиция № 10 - смесь в равных долях крапивы, черемши, щавеля и красной смородины,

• композиция № 9 - красная смородина, крапива и черемша в соотношении 1:1:2,

• композиция № 2 - брусника, крапива и черемша в соотношении 1:1:2.

Включение этих композиций в рецептуру плавленых сыров позволит улучшить сбалансированность

№7 №« №«

Рис. 2. Композиции дикорастущего растительного сырья Западной Сибири

аминокислотного состава продукта и повысить усвояемость его белков. В частности, аминокислотный скор такого плавленого сыра по лимитирующим для молочных продуктов аминокислотам - сумме метионина и цистеина - может достигать 96,4108 %, а усвояемость - 93-95 %. Технологии спроектированных разновидностей сыров апробированы на ОАО «Кемеровский молочный комбинат» и ООО «АМК «Угриничъ». Использование зернового и дикорастущего растительного сырья Западной Сибири при производстве

Вкус и запах, балл

Консистенция, балл

15 13

11 9

20 30 40

Доза дикоросов, %

20 30 40

Доза дикоросов, %

Рис. 3. Зависимость органолептических показателей плавленого сыра от дозы дикорастущего растительного сырья Западной Сибири

Рис. 4. Коэффициенты, характеризующие сбалансированность белка плавленого сыра с композициями дикорастущего растительного сырья Западной Сибири

плавленых сыров позволит повысить их пищевую и биологическую ценность.

ЛИТЕРАТУРА

1. Aresa, G. Consumers' associations with we llbein g in a food-related context: A cross-cultural study/G. Aresa, L. Saldamandoa, A. Gimeneza, A. Claretb, L. M. Cunhac, L. Guerrerob, A. P. Mourad, D. Oliveirae, R. Symoneauxf, R. Delizag // Food Quality and Preference, 2014, no. 6. doi: 10.1016/j. foodqual. 2014.06.001

2. Коновалов, К.Л. Пищевые вещества животного и растительного происхождения для здорового питания/К. Л. Коновалов, М. Т. Шулбаева, О. Н. Мусина // Пищевая промышленность. - 2008. -№ 8. - С. 10-12.

3. Мусина, О. Н. Современное состояние биотехнологии комбинированных молочных продуктов (обзор). 1. Предпосылки и принципы создания комбинированных молочных продуктов/ О. Н. Мусина // Хранение и переработка сельхозсырья. - 2008. - № 3. -С. 59-63.

4. Мусина, О. Н. Комбинированные продукты в отечественном сыроделии/О. Н. Мусина. - Барнаул: 2007. -170 с.

5. Мусина, О. Н. Поликомпонентные продукты на основе комбинирования молочного и зернового сырья/О. Н. Мусина, М. П. Щетинин. - Барнаул: Изд-во АлтГТУ, 2010. - 258 с.

6. Мусина, О. Н. Творожные продукты с зерновыми или зернобобовыми компонентами/О. Н. Мусина // Молочная промышленность. - 2007. - № 10. - С. 33.

7. Yannakoulia, M. A dietary pattern characterized by high consumption of whole-grain cereals and low-fat dairy products and low consumption of refined cereals is positively associated with plasma adiponectin levels in healthy women/M. Yannakoulia, N. Yiannakouris, L. Melistas, M. Kontogianni, I. Malagaris, S. Christos // Metabolism, 2008, vol. 57, no. 6, pp. 824-830. doi: 10.1016/j. metabol. 2008.01.027.

8. Charalampopoulos, D. Application of cereals and cereal components in functional foods: a review/ D. Charalampopoulos, R. Wang,

S. S. Pandiella, C. Webb // International Journal of Food Microbiology. - 2002. -Vol. 79. - № 1-2. - Р. 131-141. doi: 10.1016 / S0168-1605 (02) 00187-3.

9. Коновалов, К.Л. Молочно-белковый продукт с растительным сырьем, адаптированный к национальным традициям питания Западной Сибири/К.Л. Коновалов, [и др.]// Молочная промышленность. - 2015. - № 10. - С. 50-52.

10. Лупинская, С. М. Подготовка дикорастущего сырья при получении функциональных молочных продуктов/С. М. Лупинская // Техника и технология пищевых производств. - 2010. -№ 3. - С. 13-17.

11. Musina O. N. An approach to the choice of alternatives of the optimized formulations/O. N. Musina, P. A. Lisin // Foods and Raw Materials. - 2015. - Vol. 3. -№ 2. - Р. 65-73. doi: 10.12737/13120.

12. Лупинская, С. М. Разработка композиции дикорастущего сырья для повышения биологической ценности плавленых сыров/С. М. Лупинская, Л. А. Кузнецова // Техника и технология пищевых производств. - 2015. - № 2. -С. 22-28.

Технологическое проектирование рецептур сыров с зерновым и дикорастущим сырьем Западной Сибири

Ключевые слова

дикоросы; зерно; оптимизация; проектирование; рецептура; сыр Реферат

Описаны результаты исследований по повышению биологической ценности плавленых сыров путем введения в рецептуру зернового и дикорастущего растительного сырья Западной Сибири. Сырье вносилось как минорно, так и в композициях. Теоретической основой расчетов являлась методология проектирования продуктов питания с требуемыми показателями пищевой ценности, созданная академиком Н. Н. Липатовым-мл. Прикладные задачи оптимизации рецептур решали с помощью линейного программирования. Инструментом для решения таких задач были авторские и программы ЭВМ и база данных. В качестве зернового сырья использован ячмень, в качестве дикорастущего сырья - ягодное сырье (крыжовник, брусника, красная смородина) и травянистое сырье (щавель, крапива, черемша). Ячмень перед внесением подвергался термомеханической обработке, из дико-росов получали гомогенные системы. Для решения задач технологического проектирования рассчитывали в белке: аминокислотный скор, коэффициент утилитарности каждой аминокислоты, коэффициент утилитарности аминокислотного состава продукта, избыточность содержания незаменимых аминокислот, показатель сопоставимой избыточности, а также усвояемость. Спроектировано и исследовано 10 композиций из дикорастущего сырья. Из них отобраны 4 композиции по принципу комплементарности белков дикоросов к белкам молочного сырья и максимальной биологической ценности. Композиция № 1 - смесь в равных долях щавеля и черемши, композиция № 2 - смесь в равных долях крапивы, черемши, щавеля и красной смородины, композиция № 3 - красная смородина, крапива и черемша в соотношении 1:1:2, композиция № 4 - брусника, крапива и черемша в соотношении 1:1:2. Предложен плавленый молочно-белковый продукт с ячменем; с ячменем, черемшой и крапивой; плавленые сыры с композициями дикорастущего сырья. Спроектированные продукты имеют более высокую биологическую ценность и сбалансированность аминокислотного состава, чем традиционные плавленые сыры.

Авторы

Мусина Ольга Николаевна, канд. техн. наук,

Сибирский научно-исследовательский институт сыроделия,

656016, г. Барнаул, ул. Советской Армии, д. 66,

musinaolga@gmail.com

Коновалов Константин Леонидович,

Межрегиональное общественное учреждение «Биона», 650033, г. Кемерово, ул. Леонова, д. 2, biona@inbox.ru Лупинская Светлана Михайловна, д-р техн. наук, Шулбаева Маргарита Терентьевна, канд. техн. наук, Кузнецова Лилия Александровна, аспирант,

Кемеровский технологический институт пищевой промышленности (университет), 650056, г. Кемерово, б-р Строителей, д. 47, iupinskaia@mail.ru

Technological Design of Formulations of Cheeses with Grain and Western Siberia Wild Plant Raw Materials

Key words

cheese; recipe; design; optimization; grains; wild plants

Abstracts

The article describes the results of improving the biological value of processed cheese by adding grain and Western Siberia wild plant raw materials into the cheese recipe. Raw materials were introduced as minor and in the compositions. Theoretical basis of research was N. N. Lipatov's methodology of designing food with the required nutritional value. Applied problems of formulation optimization were solved by linear programming. Copyrighted author computer programs and database have been tools for solving these problems. As grain raw materials was used barley, as wild plant materials - the berry (gooseberries, cranberries, red currant), sorrel, nettles, wild garlic. The barley was subjected to preliminary thermo-mechanical treatment, from wild plants were made homogeneous system. For solving problems of technological design were counted in the protein: amino acid near, the coefficient of utility of each amino acid, the ratio of the utility of amino acid composition of the product, the redundancy in the content of essential amino acids, the rate of comparable redundancy and absorption. 10 compositions from wild plant raw materials were designed and researched. We selected the 4 compositions of them by maximum biological value and complementarity of wild plants proteins to milk proteins. Composition № 1 is a mixture in equal parts of sorrel and wild garlic, № 2 - the mixture in equal parts of nettle, wild garlic, sorrel and red currant, № 3 - red currant, nettle and wild garlic in the ratio of 1:1:2 respectively, № 4 - cranberries, nettle and wild garlic in the ratio of 1:1:2 respectively. As a result a processed milk-protein product with barley; with barley, wild garlic and nettle; processed cheese with the compositions of wild plant raw materials were designed. The products have higher biological value and amino acid balance than traditional processed cheeses.

Authors

Musina Olga Nikolaevna, Candidate of Technical Science, Siberian Research Institute of Cheesemaking, 66, Sovetskoy Armii St., Barnaul, 656016, musinaolga@gmail.com Konovalov Konstantin Leonidovich,

Inter-Regional Public Institution «Bion», 2, Leonova St., Kemerovo, 650033, biona@inbox.ru

Lupinskaya Svetlana Mikhaylovna, Doctor of Technical Science, Shulbaeva Margarita Terentyevna, Candidate of Technical Science, Kuznetsova Liliya Alexandrovna, Graduate Student, Kemerovo Technological Institute of Food Industry (University), 47, Bulvar Stroiteley, Kemerovo, 650056, lupinskaia@mail.ru