ГЛАВА 1 ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
1.1 Общие характеристики кисломолочных напитков
Кисломолочные напитки получают сквашиванием молока и сливок чистыми культурами молочнокислых бактерий, иногда с участием дрожжей и уксуснокислых бактерий. В процессе сквашивания протекают сложные микробиологические и физико-химические процессы, в результате которых формируется вкус, запах, консистенция и внешний вид готового продукта. К кисломолочным продуктам относятся: кисломолочные напитки, сметана, творог и творожные изделия. В зависимости от применяемых при их производстве заквасочных микроорганизмов кисломолочные продукты разделяют на пять групп [1]:
? 1 группа – продукты, приготавливаемые с использованием многокомпонентных заквасок (кефир и кумыс);
? 2 группа – продукты, приготавливаемые с использованием мезофильных молочнокислых стрептококков (творог, сыр, сметана, простокваша обыкновенная);
? 3 группа – продукты, приготавливаемые с использованием термофильных молочнокислых бактерий (йогурт, простокваша «Мечниковская» и южная, ряженка, варенец);
? 4 группа – продукты, приготавливаемые с использованием мезофильных и термофильных молочнокислых бактерий (сметана пониженной жирности, творог, напитки пониженной жирности);
? 5 группа – продукты, приготавливаемые с использованием ацидофильных палочек и бифидобактерий (ацидофильное молоко, ацидофильная паста, бифилин).
Молочнокислые бактерии интенсивно сбраживают молочный сахар до молочной кислоты, что ведет к снижению рН и коагуляция казеина. Образующаяся молочная кислота оказывает консервирующее действие на молоко, снижая рН с 6,8 до 4,5, предупреждая развитие гнилостных микроорганизмов и других опасных для здоровья микроорганизмов.
Важную роль при производстве кисломолочных напитков (КМН) играет формирующая пространственная структура кисломолочного сгустка, она определяет структурно-механические свойства готового продукта, которые зависят следующих факторов [1]:
• качество исходного молока,
• состав закваски,
• параметры технологического процесса,
• содержание сухих веществ (жира, белка);
• наличие стабилизирующих добавок.
Параметры технологического процесса подразумевают режимы тепловой обработки, наличие гомогенизации, своевременного охлаждения и перемешивания кисломолочного сгустка, кислотность молочно-белкового сгустка в конце сквашивания, степень механического воздействия при его перекачивании и розливе. Различные микроорганизмы, используемые в технологии производства кисломолочных напитков, предоставлены в таблице 1 [2].
Таблица 1 – Состав промышленных заквасок для производства
Наименование
Микроорганизма Наименование кисломолочного напитка
Мечнковская просткваша, йогурт, снежок Ряженка, варенец Биойогурт Ацидофилин Кумыс Кефир
Молочнокислые кокки:
Lc. Lactis +
Lc. Cremoris +
Lc. Diacetilactis +
Sc. Salivarius thermophilus + + +
Молочнокислые палочки:
L. acidophilus + + +
L. delbruechii bulgaricus + + + +
Дрожжи сбраживающие актозу +
Кефирный грибок + +
Бифидобактерии
Роль ацидофильных напитков крайне важна, их присутствие в рационе питания человека обязательно. При производстве ацидофильных напитков используются ацидофильные бактерии (Lactobacillus acidophilus), данный род бактерий крайне устойчив и не разрушается под действием пищеварительных соков. Более того, ацидофильная палочка приживается в толстом кишечнике человека лучше других кисломолочных бактерий.
Так же важно отметить, что продукты их жизнедеятельности имеют ярко выраженные бактерицидные свойства. Выносливость и устойчивость ацидофильных бактерий к действию широкого спектра антибиотиков и химиотерапевтических препаратов крайне высока, что позволяет включать их в рацион людей, имеющих различные заболевания ЖКТ или находящихся на послеоперационной реабилитации для восстановления собственной нормальной микрофлоры [2].
Ассортимент КМН напитков, изготовляемых с применением ацидофильной палочки представлен широким спектром различных продуктов, различающихся как по вкусу, так и по консистенции.
Ацидофильные молочные продукты – их получают сквашиванием молока чистыми культурами ацидофильной палочки (рис. 1). Ацидофильная палочка, используемая для изготовления ацидофилина, ацидофильно-дрожжевого молока и других ацидофильных напитков.
Ацидофильное молоко – вырабатывают из цельного или обезжиренного молока с добавлением или без добавления сахара, которое сквашивают чистыми культурами ацидофильной палочки. Выпускают ацидофильное молоко жирным, нежирным, а также с добавлением витаминов или вкусо-ароматических веществ.
Рис. 1 – Фиксированный препарат ацидофильной палочки
Ацидофилин может быть с добавлением или без добавления сахара. Ацидофильно-дрожжевое молоко – готовят из цельного или обезжиренного молока с добавлением или без добавления сахара, сквашиваемого чистыми культурами ацидофильной палочки и дрожжей
Для приготовления ацидофилина используют закваску из одной культуры или комбинированную. Комбинированная культура состоит из равных количеств ацидофильной палочки, молочнокислого стрептококка и дрожжей. Ацидофильные лактобактерии часто используются как основа многочисленных лечебно-диетических кисломолочных напитков и фармакопейных биопрепаратов. Они продуцируют D, L-молочную кислоту, которая легко ассимилируется организмом и, снижая рН кишечника, угнетает рост патогенных и оппортунистических микроорганизмов. Кроме того, они синтезируют специфические антимикробные вещества – бактериоцины, которые, в свою очередь, повышают лечебно-профилактическую направленность ферментированных молочных напитков [3].
Потребление ацидофилина улучшает здоровье человека, повышает его резистентность к инфекции и образованию опухолей. Диетические ацидофильные свойства продукта, используют в процессе лечения кишечно-желудочных заболеваний, туберкулёза, фурункулёза, детской грудной астмы и др. Микроорганизмы диетических кисломолочных продуктов синтезируют витамины С, В6, В12. Диетические кисломолочные продукты не только оздоравливают желудочно-кишечный тракт, но и благотворно действуют на нервную систему и обмен веществ.
Ацидофильный напиток рекомендуется применять при малокровии, истощении, потере аппетита, в качестве профилактики многих заболеваний, в том числе сердечно-сосудистых и злокачественных опухолей. Это обусловлено частичной пептонизацией белков молока с получением легкоусвояемых простых веществ. Образующиеся молочная кислота, углекислый газ, спирт вызывают более интенсивное выделение соков и ферментов, ускоряющих усвоение с наименьшей затратой энергии [4].
1.2 Лечебно-профилактические свойства кисломолочных напитков
Потребление КМН улучшает здоровье человека, повышает его резистентность к инфекции и образованию опухолей. Диетические кисломолочные продукты, особенно ацидофильные, используют в процессе лечения кишечно-желудочных заболеваний, туберкулёза, фурункулёза, детской грудной астмы и др. Микроорганизмы диетических кисломолочных продуктов синтезируют витамины С, В6, В12. Диетические кисломолочные продукты не только оздоравливают желудочно-кишечный тракт, но и благотворно действуют на нервную систему и обмен веществ.
Кисломолочные напитки рекомендуется применять при малокровии, истощении, потере аппетита, в качестве профилактики многих заболеваний, в том числе сердечно-сосудистых и злокачественных опухолей. Это обусловлено частичной пептонизацией белков молока с получением легкоусвояемых простых веществ. Образующиеся молочная кислота, углекислый газ, спирт вызывают более интенсивное выделение соков и ферментов, ускоряющих усвоение с наименьшей затратой энергии [5].
Поскольку в состав заквасок для КМН входят молочнокислые кокки, молочнокислые палочки и дрожжи, то различные комбинации этих микроорганизмов позволяют получить разнообразные кисломолочные продукты и создают микробиологическую основу технологии молочных продуктов.
Под действием ферментов, выделенных микроорганизмами, происходит процесс глубокого распада молочного сахара (брожение) с образованием более простых соединений (молочной кислоты, спирта, углекислого газа и пр.). В зависимости от природы образующихся при брожении продуктов различают молочнокислое, спиртовое и другие виды брожения.
Молочнокислое брожение является основным процессом при производстве кисломолочных продуктов. При молочнокислом брожении молока происходит накопление молочной кислоты, изменяется кислотность молока. При достижении рН 4,6-4,7 казеин теряет растворимость и коагулирует с образованием сгустка [5].
При спиртовом брожении лактозы образуется этиловый спирт и углекислота. В кисломолочных продуктах, таких как кефир, кумыс и др., спиртовое брожение сопутствует молочному брожению, при котором создаются благоприятные условия для развития дрожжей. В наибольшей степени спиртовое брожение проявляется в кумысе.
В результате биохимических процессов, протекающих при сквашивании молока, кисломолочные продукты приобретают диетические и лечебные свойства. Молочная кислота, образующаяся в процессе молочнокислого брожения, подавляет гнилостную микрофлору и тем самым предохраняет организм от медленного отравления.
КМН широко применяют для профилактики и лечения многих заболеваний, особенно желудочно-кишечного тракта. Так, ацидофильные напитки применяют при лечении гнилостных и воспалительных процессов в кишечнике, колитов, гнойных ран. Кефир полезен при малокровии, истощении организма, хронических колитах. Кумыс используют для профилактики и лечения туберкулеза, так как микроорганизмы, содержащиеся в кумысе, вырабатывают антибиотик низин, подавляющий развитие туберкулезной палочки.
В процессе производства кисломолочные напитки обогащаются витаминами, особенно С и В12, что объясняется способностью некоторых молочнокислых бактерий синтезировать последние.
Образующиеся в диетических кисломолочных напитках молочная кислота и углекислый газ влияют на секреторную деятельность желудочно-кишечного тракта, вызывая более интенсивное выделение желудочного сока и ферментов. При этом улучшается аппетит и ускоряется переваривание пищи. Пища усваивается с наименьшей затратой энергии, что очень важно при восстановлении ослабленных болезнью организмов. Поэтому диетические КМН используются для питания больных. Вырабатываются витаминизированные кисломолочные продукты, обогащенные как отдельными витаминами, так и поливитаминными премиксами. К ним относятся кисломолочные напитки с различной массовой долей жира: простокваша, йогурт, варенец, ряженка, кефир [6].
1.3 Особенности закваски используемой при производстве ферментированного молочно-злакового продукта
На реологические показатели кисломолочных продуктов оказывают определённое влияние состав и свойства заквасок. Молочнокислые микроорганизмы в зависимости от вида образуют при сквашивании молока сгустки с различными типами консистенции: колющиеся, более вязкие, с различной степенью тягучести. Кисломолочные продукты, вырабатываемые резервуарным способом с перемешиванием готового сгустка, нуждаются в особых заквасках. Для их производства требуются: достаточно высокая вязкость сгустка после сквашивания, умеренная степень разрушения при перемешивании, способность в максимальной степени восстанавливать структуру после перемешивания, способность при хранении удерживать сыворотку.
Предлагаемый молочно-злаковый продукт, вырабатывается с использованием бактериального концентрата, выпускаемого Барнаульской биофабрикой. Бактериальный концентрат лечебно-профилактического БК-Алтай-ЛСБифи направления представляет собой лиофилизированные молочнокислые бактерии и бифидобактерии (табл. 2).
Таблица 2 – Состав закваски
Вид микрофлоры Количество жизнеспоосбных бактерий, КОЕ/порция Температура культивирования, оС Титруемая кислотность, оТ
бифидобактрии молочно-кислые бактерии
L. acidophilus, L. Сremoris, L.diacetilactis, S. Thermophiles, B. longum 3,0?1010 3,5?1010 95-100
Lactobacillus acidophilus (ацидофильная палочка). Форма клеток в молоке – длинные и короткие палочки размером 3–40 мкм и толщиной 1,0–1,5 мкм. У некоторых штаммов так же, как и у болгарской палочки, в клетках наблюдается «зернистость» (зерна полифосфатов). Некоторые штаммы образуют слизистый сгусток. Ацидофильная палочка является нормальным представителем кишечной микрофлоры человека и теплокровных животных. Поэтому она устойчива к щелочной реакции среды (рН 8,3); наличию в среде фенола (0,3–0,4 %) и желчи (20 %). 10 Ацидофильная палочка обладает высокой антагонистической активностью по отношению к гнилостной, условно-патогенной и патогенной микрофлоре. Она продуцирует два бактериоцина – ацидофилин и лактоцидин. В связи с этим L. acidophilus относят к ценным пробиотическим культурам. Молочнокислые палочки данного вида применяют для приготовления ацидофилина, ацидофильного молока, детских кисломолочных продуктов [7].
Lactococcus lactis subsp. сremoris (сливочный стрептококк – Lac. cremoris). Клетки шаровидные, располагаются в виде коротких и длинных цепочек. Оптимальная температура роста 25-30 °С, при температуре 39-40 °С рост прекращается. Молоко свертывается за 6-8 ч, образуя плотный сгусток слегка вязкой или сметанообразной консистенции, что обусловлено способностью сливочного стрептококка синтезировать полисахариды. Предельная кислотность в молоке составляет не более 110-115 °Т. Сливочный стрептококк используется в заквасках для сметаны, кисло-сливочного масла и других кисломолочных продуктов. Некоторые штаммы этого подвида синтезируют бактериоцин лактококцин [7].
Streptococcus salivarius ssp. thermophilus (термофильный стрептококк – S. thermophilus). Клетки имеют овальную или шаровидную форму, диаметр 0,7–1,0 мкм, часто соединены в длинные цепочки. Активные штаммы свертывают молоко за 3,5–4 ч при оптимальной температуре 40–42 С. Предельная кислотность в молоке не превышает 100–115 Т. Термофильный стрептококк вводят в состав заквасок для производства ряженки, варенца, йогурта, сыров с высокой температурой второго нагревания.
Bifidobacterium longum (бифидобактерии лонгум) – это грамположительная палочка-бактерия. Он принадлежит к семейству Bifidobactiaceae. B. longum может преобразовывать молочного сахара, в молочную кислоту или другие органические кислоты. Этот тип молочнокислого брожения типичен для бифидобактерий и поэтому также называется бифидобактериальным брожением. Молочная кислота, выделяемая этим метаболическим путем, является причиной подкисления среды обитания бифидобактерий. Bifidobacterium longum является естественным компонентом обычной бактериальной флоры человека и также используется в пищевой промышленности [8].
1.4 Злаковые культуры как функциональная добавка
Продукты на основе злаковых культур, способные поддерживать наше здоровье и не отнимающие время для приготовления, на Российском рынке представлены весьма скудно. Поэтому разработка технологий новых продуктов на базе злаковых является актуальной темой.
В первую очередь они будут рекомендованы для людей, которые уже страдают упомянутыми недугами или для профилактики заболеваний ЖКТ, а также детям для нормального роста и развития.
Регулярное употребление в пищу продуктов, содержащих злаки, поможет снизить уровень холестерина, поддержать здоровье сосудов и сердца.
Основополагающим фактором для получения функционального продукта является качественное сырьё. Главным компонентом будущего функционального продукта были выбраны овсяные, ячменные и ржаные хлопья [9].
Овсяная хлопья – продукт, получаемый путем переработки овса. Полезные свойства овсяных хлопьев обусловлены наличием в ее составе многочисленных натуральных антиоксидантов, которые помогают организму противостоять негативному воздействию различных раздражителей. Учитывая наличие метионина, продукт положительно влияет на работу нервной системы. В состав этого продукта входит много фосфора и кальция – минералы, укрепляющие и восстанавливающие костную ткань.
Благодаря наличию обволакивающих и противовоспалительных свойств овсяные хлопья полезны при вздутии живота, а также при наличии болевых ощущений в этой области.
Содержащиеся в овсе пищевые волокна (ПВ), в частности клетчатка, обладают следующими важными для организма свойствами [10]:
? ПВ начинают действовать еще во рту: пока мы пережевываем пищу, богатую клетчаткой, стимулируется слюноотделение, что способствует перевариванию пищи;
? Растительные волокна играют первостепенную роль в формировании каловых масс. Это обстоятельство определяет их ведущую роль в стимуляции перистальтики кишечника и регуляции его моторной функции;
? ПВ сокращают то время, которое пища проводит в желудочно-кишечном тракте. Длительная задержка каловых масс в толстой кишке вызывает накопление и всасывание канцерогенных соединений, что повышает вероятность развития опухолей не только в кишечном тракте, но и в других органах;
? Отсутствие ПВ в диете может провоцировать рак толстой кишки;
? ПВ оказывают нормализующее влияние на моторную функцию желчевыводящих путей, стимулируя процессы выведения желчи. В связи с этим больные с заболеваниями печени и желчных путей должны получать с пищей повышенные количества клеточных оболочек;
? клетчатка способствует снижению уровня холестерина, а вместе с ним риска атеросклероза;
? балластные вещества замедляют доступ пищеварительных ферментов к углеводам. Углеводы начинают усваиваться только после того, как микроорганизмы кишечника частично разрушат клеточные оболочки, за счет чего снижается скорость всасывания в кишечнике моно- и дисахаридов, и это предохраняет организм от резкого повышения содержания глюкозы в крови и усиленного синтеза инсулина, стимулирующего образование жиров;
? растительные волокна способствуют ускоренному выведению из организма различных чужеродных веществ, содержащихся в пищевых продуктах, включая канцерогены и различные экзо- и эндотоксины, а также продуктов неполного переваривания пищевых веществ;
? ПВ являются субстратом, на котором развиваются бактерии кишечной микрофлоры. В состав нормальной микрофлоры кишечника входит несколько сотен видов бактерий. Пищевые волокна используются полезными бактериями кишечника для своей жизнедеятельности, в результате чего увеличивается количество необходимых организму бактерий. При этом полезными бактериями образуются необходимые для организма человека вещества (витамины, аминокислоты, особые жирные кислоты, которые используются клетками кишечника). Суточная потребность организма в клетчатке составляет не менее 25 г.
Овсяные хлопья относится к легко усваиваемым продуктам, что позволяет употреблять ее людям, которые следят за своим весом или хотят похудеть. Высокая энергетическая ценность обусловливает использование крупы для приготовления завтраков, что дает возможность на длительное время избавиться от чувства голода [11].
Ячменные хлопья – имеют высокую питательную ценность, в своем составе содержат уникальный набор важных для организма макро- и микроэлементов (калий, кальций, магний, натрий, фосфор, сера, железо, цинк, медь, марганец, фтор, бор, молибден, кобальт, кремний, хром, никель, стронций, йод, хром, бром) и витаминов (А, Е, D, РР, группы В), богаты незаменимой аминокислотой - лизином. Также ячменные хлопья имеют следующие функционально-технологические свойства: водоудерживающая, жироудерживающая и жироэмульгирующая способности (табл.3).
Таблица 3 – Функционально-технологические свойства ячменя
Свойство Показатель
Жироудерживающая способность, г/г 3,8±0,1
Водоудерживающая способность, г/г 6,0±0,1
Жироэмульгирующая способность, % 48,2±0,1
Способность образовывать и стабилизировать эмульсии относится к числу важных функционально-технологических свойств. Чем большее количество масла может перейти в эмульгированное состояние в присутствии белков, находящихся в коллоидном состоянии, тем более высокими функционально-технологическими свойствами обладают белки. Установлено, что жироэмульгирующая способность ячменных хлопьев (48,3 %) существенно превосходит способность копреципитата (43,8 %) образовывать эмульсию [12].
Ржаные хлопья – содержат богатейший спектр питательных веществ: белки, углеводы, минеральные элементы (фосфор, калий, натрий, магний, железо, кальций, микроэлементы), витамины, ненасыщенные жирные кислоты, биологически активные вещества и пищевые волокна. Содержание белка в зерне ржи несколько меньше, чем в пшенице, однако он богаче по аминокислотному составу и, следовательно, более полноценен с биологической точки зрения. Белок зерна ржи содержит больше таких жизненно важных незаменимых аминокислот, как лизин, аргинин, треонин, метионин, валин и цистин.
Содержание жиров в зерне ржи составляет 1,5...3,5 %, в зародыше их количество достигает 15 %, они представлены ненасыщенными кислотами - олеиновой, лино-леновой, миристиновой, которые способны растворять холестерин в организме человека [14].
1.5 Технологические и функциональные добавки
Для улучшения вкуса ферментированного молочно-злакового продукта вносится фруктово-ягодная добавка. Благодаря современным усовершенствованным технологиям производства начинок существуют разные виды наполнителей, отличающихся по своим характеристикам, при этом обладая достаточно высокими значениями термостабильности: от -20°С до +220°С.
В зависимости от предъявляемых требований и вида молочной продукции фрукты подготавливают в
• фрагментированном виде, цельные элементы или крупно порезанные;
• желированном виде. Отличаются однородностью массы.
• миксированном виде. То есть с элементами фруктов и желе.
Чаще всего производители отдают предпочтение сгущенному, не сильно желированному продукту с вязкостью порядка 70±20 мм/30 сек, которая является наиболее оптимальным вариантом для преимущественного большинства молочной продукции. При изготовлении начинок применяются специальные пектины, которые обеспечивают продукту характерную специфическую вязкость, при этом сохраняя структурные особенности кисломолочной продукции, не разжижая изделия из творога [15].
К примеру, фруктовые наполнители для мороженого могут быть как с кусочками, в миксированном варианте, так и в желированном. Для получения начинок применяются специальные пектины или смеси из нескольких видов стабилизаторов, благодаря чему достигается необходимая для данного вида молочной продукции консистенция, которая не подвергается кристаллизации при температуре -20°С. Также, для сохранения вкусовых характеристик основного продукта и наполнителя, у второго более низкое значение рН [16].
В изготовлении молочно-злакового продукта важно, чтобы содержание сухих веществ в наполнителе не превышала 35-55%, так как чем ниже этот показатель, тем лучше проявляется физическая совместимость начинки с молочно-злаковым продуктом. Так же, в предлагаемом продукте рассматривается внесение структурообразователя, в качестве такой добавки выступает AcidMilk 349 выпускаемый компанией «Palsgaard» [17].
Palsgaard - одна из ведущих фирм в мире, крупнейший производитель и поставщик эмульгаторов и стабилизаторов для производства мороженого и молочных продуктов, майонезов, соусов, кетчупов, маргарина, жиров, шортенингов, кондитерских изделий; улучшителей, ингредиентов и смесей для хлебопекарной промышленности. Продукция «Палсгаард» изготовлена из натурального сырья, отвечает высоким стандартам качества современной пищевой промышленности [12].
Использование данного структурообразователя придаст продукту следующие характеристики:
? создаст гладкую кремообразную консистенцию, плотную текстуру, как в резервуарном, так и в термостатном КМН,
? препятствует отделению сыворотки,
? препятствует излишнему пенообразованию в производстве, обеспечивая гладкую поверхность продукта.
Глицин – естественный метаболит, служит предшественником многих биологически важных соединений: пуринов, глутатиона, креатина, креа-тинфосфата, порфиринов, гиппуро-вой и желчной кислот и многих других. Являясь простейшей алифатической аминокислотой – глицин (гликокол) содержится во всех тканях организма, особенно велико его содержание в тканях головного и спинного мозга и коллагена.
Глицин назначают для повышения умственной работоспособности, при стрессовых ситуациях, психоэмоциональных напряжениях (в период экзаменов, в конфликтных и при подобных ситуациях) в качестве ноот-ропного и антистрессорного средства при различных функциональных и органических заболеваниях нервной системы [15].
Ноотропные средства улучшают память, интеллектуальные функции, повышают устойчивость мозга к гипоксии, уменьшают проявления неврологических расстройств. Они стимулируют обмен веществ в нервных клетках, защищают их от кислородного голодания.
