Структурно-механические свойства консервированного молочного продукта с сахаром на основе концентрата сывороточных белков

УДК 637.1/.3

структурно-механические свойства консервированного молочного продукта с сахаром на основе концентрата сывороточных белков

Гнездилова А.И., д-р техн. наук, профессор; Виноградова Ю.В., канд. техн. наук; Бурмагина Т.Ю., канд. техн. наук; Музыкантова А.В.

вологодская государственная молочнохозяйственная академия имени н.в. верещагина Реферат

Поскольку в настоящее время доля молока-сырья отечественного производства составляет лишь 82% от общей потребности, то целесообразным является использование молочной сыворотки и продуктов ее переработки в технологиях производства молочных продуктов. Цель работы - оценка консистенции консервированного молочного продукта с сахаром, разработанного на основе сухого концентрата сывороточных белков, что важно для производства высококачественной продукции. Для проведения оценки был выработан консервированный молочный продукт с сахаром с 10% долей замены сухого обезжиренного молока сухим концентратом сывороточных белков. В выработанных образцах были определены реологические показатели с помощью прибора Rheotest 2.1 и гранулометрический состав кристаллов лактозы с помощью микроскопа OLYMPUS CX-3. В работе оценивались касательное напряжение (или напряжения сдвига) и эффективная вязкость. В результате установлено, что сухой концентрат сывороточных белков повышает вязкость консервированного молочного продукта с сахаром в процессе хранения. Однако величина вязкости соответствует ГОСТ 31688-2012 «Консервы молочные. Молоко и сливки, сгущенные с сахаром. Технические условия». Концентрат сывороточных белков при замене 10% СОМ на КСБ незначительно влияет на гранулометрический состав кристаллов лактозы консервированного молочного продукта с сахаром. Однородность кристаллов при этом не изменяется в сравнении с контрольным образцом. Достоверность результатов подтверждена их статистической обработкой. Таким образом, оценка структурно-механических свойств показала, что концентрат сывороточных белков сухой может быть рекомендован в производстве консервированных молочных продуктов с сахаром для повышения их биологической ценности.

Ключевые слова

касательное напряжение, консервированный молочный продукт, концентрат сывороточных белков, кристаллы, эффективная вязкость Цитирование

Гнездилова А.И., Виноградова Ю.В., Бурмагина Т.Ю., Музыкантова А.В. (2019). Структурно-механические свойства консервированного молочного продукта с сахаром на основе концентрата сывороточных белков // Пищевая промышленность. 2019. № 3. С. 58-61

Structural and mechanical properties of canned dairy product with sugar based on whey protein concentrate

Gnezdilova A.I., Doctor of Technical Sciences, Professor; Vinogradova Yu.V., Candidate of Technical Sciences; Burmagina T.Yu., Candidate of Technical Sciences; Muzykantova A.V. Vologda State Dairy Academy. N.V. Vereshchagin

Abstracts

Since at present the share of domestically produced milk is only 82% of the total demand, it is advisable to use whey and its products in dairy products production technologies. The purpose of this work is to assess the consistency of canned milk product with sugar, developed on the basis of a dry concentrate of whey proteins, which is important for the production of high-quality products. For evaluation, a canned dairy product with sugar was developed with a 10% share of the replacement of skimmed milk powder with whey protein concentrate. In the worked-out samples, rheological parameters were determined using the Rheotest 2.1 instrument and the particle size distribution of lactose crystals using an Olympus CX-3 microscope. In the work, shear stress (or shear stress) and effective viscosity were estimated. As a result, it was established that a dry whey protein concentrate increases the viscosity of a canned milk product with sugar during storage. However, the value of viscosity corresponds to GOST 316882012 «Canned milk products. Milk and cream, condensed with sugar. Technical conditions». The concentration of whey proteins in the replacement of 10% skimmed milk powder on the whey protein concentrate slightly affects the particle size distribution of lactose crystals of canned dairy product with sugar. The homogeneity of the crystals is not changed in comparison with the control sample. The reliability of the results is confirmed by their statistical processing. Thus, the assessment of structural and mechanical properties has shown that dry whey protein concentrate can be recommended in the production of canned dairy products with sugar to increase their biological value.

Key words

canned dairy product, concentrate of whey proteins, tangential stress, effective viscosity, crystals Citation

Gnezdilova A.I., Vinogradova Yu.V., Burmagina T.Yu., Musykantova A.V. (2019). Structural and mechanical properties of a preserved dairy product with sugar based on whey protein concentrate // Food processing industry = Pishhevaya promyshlennost. 2019. № 3. P. 58-61.

58 пищевая промышленность 3/2019

Введение. Поскольку в настоящее время доля молока-сырья отечественного производства составляет лишь 82% от общей потребности, то целесообразным является использование молочной сыворотки и продуктов ее переработки в различных технологиях [1].

Сывороточные белки по содержанию практически всех аминокислот превосходят стандартный белок («идеальный» белок) и поэтому могут быть использованы для повышения биологической ценности разрабатываемых продуктов. В настоящее время доказано, что сывороточные белки являются природными антиоксидантами, повышающими защитные функции организма, снижающими риск сердечно-сосудистых и онкологических заболеваний. Как было установлено в работе [2], антиоксидантная активность ультрафильтрационных (УФ) концентратов выше, чем исходной сыворотки.

Для повышения биологической ценности нами был разработан консервированный молочный продукт (КМП) с сахаром на основе сухого концентрата сывороточных белков и проведена оценка его физико-химических показателей качества и биологической ценности [3]. В результате было установлено, что разработанный продукт обладает повышенной биологической ценностью и соответствует всем требованиям ГОСТ 31688-2012 [4].

Для выработки высококачественной продукции немаловажное значение имеет консистенция КМП с сахаром, которая обусловлена реологическими свойствами и гранулометрическим составом кристаллов лактозы.

Цель работы - оценка консистенции КМП с сахаром, разработанного на основе сухого концентрата сывороточных белков (КСБ).

Ход исследования. Объектом исследования явился консервированный молочный продукт с сахаром с 10%-ной долей замены сухого обезжиренного молока (СОМ) сухим КСБ. Рецептура продукта приведена в табл. 1.

По разработанной рецептуре был выработан продукт в соответствии с технологией, описанной в работе [3]. Затем в образцах были определены реологические показатели и гранулометрический состав кристаллов лактозы, поскольку они в значительной степени оказывают влияние на консистенцию молочных консервов с сахаром и их качество [5].

Наиболее важными реологическими характеристиками являются касательное напряжение (или напряжения сдвига) и эффективная вязкость. Исследования проводились с использованием ротационного

вискозиметра «Реотест - 2.1» по методике [6]. Обработка полученных данных велась с помощью программы Microsoft Excel.

Результаты и их обсуждение. Были построены графики зависимости напряжения сдвига (т, Па) и эффективной вязкости от скорости сдвига (у, с-1) для опытного и контрольного образцов. Были исследованы свежевыработанные продукты, а также в процессе их хранения. Результаты исследований представлены на рис. 1-2 и в табл. 2-3.

Уравнения, приведенные в табл. 2, свидетельствуют о том, что контрольный свежевыработанный образец подчиняется закону течения ньютоновской жидкости. Остальные образцы следует отнести к псевдопластическим телам с достаточно высоким коэффициентом корреляции.

Как следует из рис. 1 и 2, напряжение сдвига т, а также эффективная вязкость пэф и контрольного, и рабочего образцов в процессе хранения возрастают. Однако в опытном свежевыработанном образце

Таблица 1

Рецептура консервированного молочного продукта 8,5%-ной жирности в кг на 1000 кг готового продукта без учета потерь

Компонент Контроль Опыт

Сухое обезжиренное молоко (массовая доля жира 1%, массовая доля влаги 5%) 230,0 207,0

Масло крестьянское (массовая доля жира 72,5%) 114,1 114,1

Сахар-песок (сахароза) 435,0 435,0

КСБ-УФ (массовая доля жира 1%, массовая доля влаги 5%) - 23,0

Мелкокристаллическая лактоза 0,2 0,2

Вода 220,7 220,7

4500 40(H) га  С

LA

<и s § ^^ t

и QJ S х

CD * CE S - 11 m 1000

500

л

0 SO 100 150 200 250 Скорость сдвига, с-1 Рис. 1. Влияние скорости сдвига (у, с-1) на напряжение сдвига (т, 10-1 Па) в образцах консервированного молочного продукта с сахаром при 20°С в процессе хранения: 1А - контрольный свежевыработанный образец; 1Б - контрольный образец через 6 месяцев хранения; 2А - опытный свежевыработанный образец; 2Б - опытный образец через 6 месяцев хранения

Таблица 2

Уравнения влияния скорости сдвига (у, с-1) на напряжение сдвига (т, 10-1 Па) в образцах консервированного молочного продукта с сахаром в процессе хранения

Продукт Уравнение Коэффициент корреляции

Свежевыработанный продукт

Контроль т = 13,05^ у 0,9995

Опыт т = 20,68 • у°,8948 0,9995

Через 6 месяцев хранения

Контроль т = 23,03 • у°,9138 0,9999

Опыт т = 29,95 • у0,9005 0,9999

3S00

и га С jQ и ° ......

К

ей го Б А

СО Ё CD m - — 1 --* 2А --* Т

и за 1ш 150 2ю 23а Скорость сдвига, с-1 Рис. 2. Влияние скорости сдвига (у, с-1) на эффективную вязкость (цэф, мПа*с) в образцах консервированного молочного продукта с сахаром при 20°С в процессе хранения: 1А - контрольный свежевыработанный образец; 1Б - контрольный образец через 6 месяцев хранения; 2А -опытный свежевыработанный образец; 2Б - опытный образец через 6 месяцев хранения

Размер кристаллов лактозы, мкм

Рис. 3. Интегральная кривая вероятностей для опытного образца через 6 мес хранения

Таблица 3

Уравнения влияния скорости сдвига (у, с-1) на эффективную вязкость (пэф, Па*с) в образцах консервированного молочного продукта с сахаром в процессе хранения

Продукт Уравнение Коэффициент корреляции

Свежевыработанный продукт

Контроль Пэф = 1,76 • у-0-053 0,991

Опыт Пэф = 2,08 • у-0,108 Через 6 месяцев хранения 0,961

Контроль Пэф = 2,30 • у-0,086 0,989

Опыт Пэф = 2,99 • у-0,100 0,994

Таблица 4

Основные характеристики образцов в процессе хранения

Опытный образец (с заменой СОМ на КСБ) Контрольный образец

Показатель Свежевыработанный продукт Продукт через 6 месяцев хранения Свежевыработанный продукт Продукт через 6 месяцев хранения

Минимальный размер кристалла, мкм 1,22±0,05 1,52±0,05 1,12±0,05 1,33±0,05

Максимальный размер кристалла, мкм 12,35±0,02 14,68±0,02 9,65±0,02 10,2±0,02

Средний размер кристаллов лактозы, мкм 5,32±0,05 6,89±0,05 4,76±0,05 6,01±0,05

Среднеквадратическое отклонение 2,55±0,08 3,68±0,08 2,06±0,08 2,89±0,08

Коэффициент однородности 0,65±0,06 0,67±0,06 0,70±0,06 0,69±0,06

наблюдается некоторое снижение напряжения сдвига (т, Па) и эффективной вязкости по сравнению с контролем, а в образцах после хранения в течение 6 мес. при внесении КСБ напряжение сдвига и эффективная вязкость возрастают. Это может быть объяснено упрочнением структуры при хранении консервированного молочного продукта с сахаром за счет усиления существующих и (или) образования новых структурных связей между его компонентами [7, 8].

В табл. 3 приведены уравнения для описания эффективной вязкости в контрольных и опытных образцах в процессе хранения.

Данные табл. 3 свидетельствуют о том, что коэффициент консистенции и темп разрушения структуры (показатель степени в уравнениях) в опытных образцах выше по сравнению с контролем, что обусловлено, как было сказано ранее, упрочнением структуры в присутствии КсБ.

Таблица 5

Расчет доверительного интервала

Середина интервала Экспериментальные вероятности Нормальный закон

0,25 0 0

1,25 0,05 0,02

2,75 0,11 0,06

4,25 0,18 0,13

5,75 0,24 0,17

7,25 0,20 0,15

8,75 0,14 0,08

10,25 0,08 0,03

11,75 0 0,01

Доверительный интервал при вероятности попадания в интервал 99,5% -

Гранулометрический состав кристаллов лактозы оценивался с помощью микроскопа OLYMPUS CX-3 при выборке 100 кристаллов. Для этого были определены статистические характеристики: распределение размера кристаллов лактозы по фракциям, средний линейный размер кристаллов, среднеквадратическое отклонение, а также коэффициент однородности.

Средний линейный размер и среднеквадратическое отклонение относятся к характеристикам положения распределения кристаллов лактозы по числовой шкале. средний размер показывает положение центра распределения по числовой шкале [9]. Среднеквадратическое отклонение указывает на величину усредненного отклонения кристаллов различного размера от центра распределения [9-11]. Результаты представлены в табл. 4.

Величина коэффициента однородности определялась по кривым интегрального

распределения. На рис. 3 приведена кривая вероятностей для опытного образца через 6 месяцев хранения.

Численное значение коэффициента однородности соответствует отношению размера кристалла с вероятностью реализации 50% к размеру кристалла с вероятностью реализации 86%.

Соответствие фактического закона распределения конкретной физической величины теоретическому закону оценивается критерием согласия Пирсона [9, 11]. Результаты оценки соответствия эмпирического распределения нормальному закону приведены в табл. 5.

из анализа статистических результатов следует, что эмпирические вероятности реализации распределения кристаллов близки к теоретическому нормальному распределению.

Выводы. 1. Свежевыработанные контрольные образцы консервированных молочных продуктов с сахаром подчиняются закону течения «ньютоновских» жидкостей. Однако при введении в рецептуру этих продуктов КСБ они проявляют свойства псевдопластичных тел.

2. Концентрат сывороточных белков повышает вязкость консервированного молочного продукта с сахаром в процессе хранения. Однако величина вязкости соответствует ГОСТ 31688-2012 «Консервы молочные. Молоко и сливки, сгущенные с сахаром. Технические условия».

3. Концентрат сывороточных белков при замене 10% СОМ на КСБ незначительно влияет на гранулометрический состав консервированного молочного продукта с сахаром.

4. Концентрат сывороточных белков целесообразно использовать в производстве консервированных молочных продуктов с сахаром для повышения их биологической ценности.

ЛИТЕРАТУРА

1. О государственной политике в молочной отрасли // Молочная промышленность. -2018. - № 3. - С. 5-8.

2. Станиславская, Е.Б. Антиоксидантная активность продуктов модификации молочной сыворотки/Е.Б. Станиславская [и др.] // Молочная промышленность. - 2017. - № 11. -С. 50-51.

3. Гнездилова, А.И. Консервированный молочный продукт с сахаром на основе концентрата сывороточных белков УФ/А.И. Гнездилова, Ю.В. Виноградова, А.В. Музыкантова // Молочная промышленность. - 2018. - № 2. -C. 69-70.

4. ГОСТ 31688-2012. Консервы молочные. Молоко и сливки сгущенные с сахаром. Технические условия. - М.: Стандартинформ,

2013. - 16 с.

5. Бурмагина, Т.Ю. Разработка консервированного молочного продукта с сахаром, солодом и солодовым экстрактом: дис. канд. техн. наук, Вологда. - 2017. - 170 с.

6. Кузнецов, О.А. Реология пищевых масс: Учебное пособие/ О. А. Кузнецов, Е. В. Волошин, Р.Ф. Сагитов. - Оренбург: ГОУ ОГУ, 2005. - 106 с.

7. Смыков, И.Т. Влияние длительного хранения на структуру сгущенного молока/И.Т. Смыков [и др.] // Хранение и переработка сель-хозсырья. - 2014. - № 4. - С. 9-13.

8. Смыков, И.Т. Изменение микроструктуры консервированных молочных продуктов при внесении солода и солодового экстрак-та/И.Т. Смыков, А.И. Гнездилова, Т.Ю. Бурма-гина // Хранение и переработка сельхозсы-рья. - 2015. - № 9. - С. 28-33.

9. Боровков, А.А. Теория вероятностей/А.А. Боровков. - М.: Либроком, 2018. - 656 с.

10. Виноградова, Ю.В., Гнездилова А.И., Виноградова Л.А. Оценка гранулометрического состава кристаллов лактозы в сгущенном молочном продукте с сахаром и патокой крахмальной кислотной/Ю.В. Виноградова, А.И. Гнездилова, Л.А. Виноградова/Молоч-нохозяйственный вестник № 4 (16), IV кв.

2014. - С. 56-62.

11. Царев, В.И. Системный анализ фазоди-сперсных материалов/В.И. Царев, П.А. Пархоменко. // LAP Lambert Academic Publishing, 2013. - 288 с.

REFERENCES

1. O gosudarstvennoj politike v molochnoj otrasli. // Molochnaja

promyshlennost'. - 2018. - № 3. -S. 5-8.

2. Stanislavskaja, E. B. Antioksidantnaja aktivnost' produktov modifikacii molochnoj syvorotki/ E. B. Stanislavskaja [i dr.] // Molochnaja promyshlennost'. - 2017. - № 11. -S. 50-51.

3. Gnezdilova, A.I. Konservirovannyj molochnyj produkt s saharom na osnove koncentrata syvorotochnyh belkov UF / A. I. Gnezdilova, Ju. V. Vinogradova, A. V. Muzykantova // Molochnaja promyshlennost'. - 2018. - № 2. - C. 69-70.

4. GOST 31688-2012. Konservy molochnye. Moloko i slivki sgushhennye s saharom. Tehnicheskie uslovija. - M.: Standartinform, 2013. - 16 s.

5. Burmagina, T.Ju. Razrabotka konservirovannogo molochnogo produkta s saharom, solodom i solodovym jekstraktom: dis. kand. tehn. nauk, Vologda. - 2017. -170 s.

6. Kuznecov, O. A. Reologija pishhevyh mass: Uchebnoe posobie/ 0. A. Kuznecov, E.V. Voloshin, R.F. Sagitov. - Orenburg: GOU OGU, 2005. - 106 s.

7. Smykov, I. T. Vlijanie dlitel'nogo hranenija na strukturu sgushhennogo moloka/I.T. Smykov, A. I. [i dr.] // Hranenie i pererabotka sel'hozsyr'ja. - 2014. - № 4. -S. 9-13.

8. Smykov, I.T. Izmenenie mikrostruktury konservirovannyh molochnyh produktov pri vnesenii soloda i solodovogo jekstrakta/ I.T. Smykov, A. I. Gnezdilova, T.Ju. Burmagina // Hranenie i pererabotka sel'hozsyr'ja. - 2015. - № 9. - S. 28-33.

9. Borovkov, A. A. Teorija verojatnostej/A.A. Borovkov. - M.: Librokom, 2018. - 656 s.

10. Vinogradova, Ju. V., Gnezdilova A.I., Vinogradova L.A. Ocenka granulometricheskogo sostava kristallov laktozy v sgushhennom molochnom produkte s saharom i patokoj krahmal'noj kislotnoj/ Ju. V. Vinogradova, A.I. Gnezdilova, L.A. Vinogradova/Molochnoh ozjajstvennyj vestnik № 4 (16), IV kv. 2014. -S. 56-62.

11. Carev, V.I. Sistemnyj analiz fazodispersnyh materialov/ V.I. Carev, P. A. Parhomenko. // LAP Lambert Academic Publishing, 2013. -288 s.

Авторы

Гнездилова Анна Ивановна, д-р техн. наук, профессор Виноградова Юлия Владимировна, канд. техн. наук Бурмагина Татьяна Юрьевна, канд. техн. наук, Музыкантова Анна Владимировна

Вологодская государственная молочнохозяйственная академия им. Н.В. Верещагина, 160555, г. Вологда, с. Молочное, ул. Шмидта, д. 2 gnezdi1ova.anna@mai1.ru, vinogradova vgmha@mai1.ru, tatyana sharova1990@mai1.ru, g1ushkova1987@mai1.ru

Authors

Gnezdilova Anna Ivanovna, Doctor of Technical Sciences, Professor Vinogradova Yuliya Vladimirovna, Candidate of Technical Sciences Burmagina Tatyana Yurievna, Candidate of Technical Sciences Musykantova Anna Vladimirovna

Vologda State Dairy Farming Academy named after N.V. Vereshchagin, 2 st. Schmidt, p. Dairy, Vologda, 160555. gnezdilova.anna@mail.ru, vinogradova_vgmha@mail.ru, tatyana_sharova1990@mai1.ru, g1ushkova1987@mai1.ru