SOME ASPECTS OF GOAT MILK-BASED COTTAGE CHEESE PRODUCTS BIOTECHNOLOGY DEVELOPMENT
Rubrics: FOOD PRODUCTION TECHNOLOGY
Authors:
1.
Omsk State Agrarian University named after P. A. Stolypin
2.
Pavlodar State University named after S. Toraigyrov
Type:
Article
Pages:
from 27
to 32
Status:
Published
Received:
30.12.2017
Accepted:
30.12.2017
Published:
30.12.2017
Subject area:
UDK 637.146:60
UDK 66 Химическая технология. Химическая промышленность. Родственные отрасли
UDK 60 Прикладные науки. Общие вопросы
UDK 66 Химическая технология. Химическая промышленность. Родственные отрасли
UDK 60 Прикладные науки. Общие вопросы
Language:
Russian
Keywords:
Cow milk, goat milk, fermentation, cottage cheese product, functional ingredients
Abstract (English):
The article reveals the importance of the given area of research. As the volume of goat milk production is increasing both in Russia and Kazakhstan, it is necessary to develop innovative technologies which will make it possible to produce foodstuff using this milk. The objective of the research is to develop the biotechnology of goat milk-based cottage cheese foodstuff production for specialized nutrition. The authors studied cow milk, goat milk and their mixtures. They used fermentation starter DVS PB, AC for milk fermentation. The following cultures were present in the fermentation starter: L. acidophilus which accompanies Str. thermophilus and bifidobacteria B. longum , B. bifidum , B. infantis . The authors determined the qualitative indicators (chemical and organoleptic) which characterize the process during milk fermentation. The study of microbiological parameters of the fermented objects shows that the probiotic microorganisms develop more actively in goat milk (experiment no. 1). Lg of the total number of CFU/g was 9.2, including bifidobacteria - 8.3. After ultrafiltration the authors obtained milk-protein base for cottage cheese product, which was enriched with such functional ingredient as probiotic micro-organisms which amounted to < 1 · 107 CFU/g. That amountcomplies with GOST requirements for “Functional Food”. Cottage cheese product also contains antioxidant “Oxilic” which consists of vitamins C, E, β-carotene, lycopene and selenium. This components increase the biological value of the cottage cheese product. The authors suggest product range extending by means of introduction of the flavor fillers (blueberry, currant or cowberry extracts) into the milk-protein product base.
The article reveals the importance of the given area of research. As the volume of goat milk production is increasing both in Russia and Kazakhstan, it is necessary to develop innovative technologies which will make it possible to produce foodstuff using this milk. The objective of the research is to develop the biotechnology of goat milk-based cottage cheese foodstuff production for specialized nutrition. The authors studied cow milk, goat milk and their mixtures. They used fermentation starter DVS PB, AC for milk fermentation. The following cultures were present in the fermentation starter: L. acidophilus which accompanies Str. thermophilus and bifidobacteria B. longum , B. bifidum , B. infantis . The authors determined the qualitative indicators (chemical and organoleptic) which characterize the process during milk fermentation. The study of microbiological parameters of the fermented objects shows that the probiotic microorganisms develop more actively in goat milk (experiment no. 1). Lg of the total number of CFU/g was 9.2, including bifidobacteria - 8.3. After ultrafiltration the authors obtained milk-protein base for cottage cheese product, which was enriched with such functional ingredient as probiotic micro-organisms which amounted to < 1 · 107 CFU/g. That amountcomplies with GOST requirements for “Functional Food”. Cottage cheese product also contains antioxidant “Oxilic” which consists of vitamins C, E, β-carotene, lycopene and selenium. This components increase the biological value of the cottage cheese product. The authors suggest product range extending by means of introduction of the flavor fillers (blueberry, currant or cowberry extracts) into the milk-protein product base.
Keywords:
Cow milk, goat milk, fermentation, cottage cheese product, functional ingredients
Cow milk, goat milk, fermentation, cottage cheese product, functional ingredients
Введение Первостепенная задача каждого государства, как подчеркивает министр сельского хозяйства Российской Федерации А. Н. Ткачев, - обеспечить население доступным и качественным продовольствием [1]. Агропромышленный комплекс страны - это крупнейший межотраслевой комплекс, базовой отраслью которого является сельское хозяйство, чья деятельность направлена на решение вышеуказан- ной задачи - обеспечение продовольственной безопасности населения страны [2]. Значимость и важность данной проблемы также получили отражение в документе «Стратегия повышения качества пищевой продукции в Российской Федерации до 2030 года» [3]. В данном документе особо отмечается, что «качество и безопасность пищевых продуктов - приоритет инновационного развития АПК и формирования у населения здорового типа питания». Пищевая ценность продукции является одним из важнейших показателей качества. Она характеризу- ется химическим составом, т. е. содержанием основных пищевых веществ (белка, жира и углеводов), витаминов, минеральных и минорных биологически активных веществ, которые отражают пищевую ценность продуктов. Каждый пищевой продукт имеет определенный индивидуальный химический состав, который может колебаться в некотором диапазоне. В зависимости от преимущественного содержания того или иного компонента продукты делятся на группы [4]. В последние годы получило динамичное развитие производство специализированной пищевой продукции, обогащенных и функциональных пищевых продуктов [17, 18]. Для стабильного повышения эффективности АПК страны, а также сельского хозяйства и перерабатывающей промышленности разработана и утверждена «Федеральная научно-техническая программа развития сельского хозяйства на 2017-2025 гг.» [5]. Важным фактором деятельности АПК как России, так и Казахстана является устойчивая тенденция роста межгосударственного и реги- онального партнерства, усиления политики импортно-экспортного сотрудничества [6]. Практической реализации этой тенденции способствуют государственные соглашения и нормативные документы, действующие на межгосударственном уровне [7, 8, 9, 10, 17]. В число важнейших продуктов здорового питания входят молоко и молочные продукты. Среди них творог - кисломолочный продукт, который относится к наиболее востребованным в рамках растущего интереса населения страны к здоровому питанию. В связи с этим в настоящее время одним из главных трендов пищевой промышленности считается разработка биотехнологий инновационных продуктов, и прежде всего на молочной основе: функциональных и обогащенных для специа- лизированного питания. Специалисты института статистических исследований и экономики знаний Высшей школы экономики в числе современных глобальных технологических трендов описали три перспекти- вных направления, сочетающих как традицион- ные, так и новые методы для создания базы производства пробиотических микроорганизмов, функциональных продуктов питания и пищевых продуктов на базе вторичного пищевого сырья. Такие биотехнологии позволяют улучшить питание людей и защитить их от болезней [11]. Цель исследований - разработка биотехнологии творожного продукта на основе козьего молока для специализированного питания. Объекты и методы исследований В настоящее время происходит активная реализация целевой программы «Развитие овцеводства и козоводства в России на 2012-2014 гг. и на плановый период до 2020 г.». В качестве целевых индикаторов в этой программе обозначено постепенное увеличение поголовья молочных коз и, соответственно, козьего молока в 1,6-1,8 раза. В рамках реализации данной программы планируется получение в перспективе дополнительного объема молока в количестве до 420-500 тыс. т в год к имеющимся в стране ресурсам коровьего молока. В Республике Казахстан также в стадии развития находится сегмент агропромышленного комплекса по числу поголовья коз и увеличения объема производства козьего молока. Основным недостатком данного сегмента является рас- средоточенность поголовья коз на фермах и в личных хозяйствах, что затрудняет сбор молока для промышленной переработки на продукты питания для лиц, нуждающихся в специализи- рованной пище: детей дошкольного и школьного возраста; взрослого населения старшего возраста для продления их творческого долголетия; лиц, страдающих непереносимостью лактозы коровьего молока [12, 13, 18]. Вышеизложенное позволяет считать актуальным проведение совместных исследований по разработке биотехнологий творожных продуктов на основе козьего молока и его смеси с коровьим. Объектами исследований являлись: молоко козье сырое по ГОСТ 32940-2014; молоко коровье сырое по ГОСТ 31449-2013; закваска DVS PB AC по действующей нормативной документации. При выполнении экспериментальных и анали- тических исследований использовался комплекс общепринятых и стандартных методов исследо- ваний: физико-химических, микробиологических и органолептических. Определяли: массовую долю жира по ГОСТ 5867-90; массовую долю белка по ГОСТ 25179-90; содержание минеральных веществ (методом атомной абсорбции на спектрофотометре шведской фирмы «Perkin Elmer-360») по ГОСТ 27996-88; массовую долю общего фосфора по ГОСТ Р 51458-99; общее количество молочнокислых микро- организмов и бифидобактерий, смешанных с молочнокислыми микроорганизмами, определяли методом предельных разведений на агаризованной питательной среде с гидролизованным молоком (АГМ) и среде для определения общего количества мезофильных аэробных и факультативно анаэробных микроорганизмов (ТУ 9229-026-04610209-94) глубинным посевом. Повторность экспериментов 3-5-кратная. Результаты обработаны методами математической статистики. Результаты и их обсуждение В соответствии с ТР ТС 033/2013 творог - кисломолочный продукт, произведенный с использованием заквасочных микроорганизмов (лактококков или смеси лактококков и термофильных стрептококков) и методов кислотной или кислотно- сычужной коагуляции молочного белка с последующим удалением сыворотки путем самопрессования, и (или) ультрафильтрации с добавлением или без добавления составных частей молока (до или после сквашивания) в целях нормализации молочных продуктов. Основным недостатком традиционных способов производства творога является переход от 45 до 55 % сухих веществ в сыворотку. Более прогрессивным является способ получения молочно-белковой основы творожных продуктов методом ультрафильтрации ферментированной нормализованной смеси или его концентрирования в вакуум-выпарной установке с последующим обогащением творожной основы функциональными и корригирующими ингредиентами [14, 15]. В данных экспериментальных исследованиях пробы коровьего и козьего молока отбирали в хозяйствах, подвергали двойной фильтрации для очистки, помещали в стерильные емкости, термостатировали при температуре (55 ± 5) С в течение 15-20 мин в соответствии с рекомендациями С. В. Симоненко [16], затем пробы транспортировали в лабораторию для определения химического состава и свойств объектов исследований. Кроме проб коровьего и козьего молока были составлены их смеси: 50:50 и 70:30. Результаты определения среднестатистических данных представлены в табл. 1 Из молока коровьего получали творог традиционным кислотным способом, температура свертывания (32 ± 1) С. Закваска для творога CHN-22, которая содержит смесь множественных штаммов Lactococcus lactis subsp. cremoris, Lactococcus lactis subsp. lactis, Leuconostoc mesenteroides subsp. cremoris и Lactococcus lactis subsp. diacetylactis. Все объекты исследования пастеризовали при температуре 72-74 С, охлаждали до температуры (33 ± 1) С и вносили CaCl2 в виде 40%-ного водного раствора и закваску DVS PB AC в активизированной форме. Активизацию закваски проводили на стерильном обезжиренном молоке при температуре (37 ± 1) С в течение 1,5-2,0 с. В составе закваски пробиотическая культура acidophilus, сопровождающая Str. thermophilus и бифидобактерии B. longum, B. bifidum, B. infantis. Процесс ферментации объектов исследования длился (6,0 ± 0,5) ч. Качественные показатели, характеризующие процесс ферментации, предста- влены в табл. 2. Таблица 1 - Химический состав и свойства объектов исследования Table 1 - Chemical composition and properties of research subjects Показатель Молоко коровье - контроль Молоко козье - опыт 1 Смесь коровье : козье молоко 50:50 - опыт 2 70:30 - опыт 3 Сухие вещества, мас.% 12,14 ± 0,12 15,25 ± 0,10 13,75 ± 0,15 13,07 ± 0,11 В том числе жир 3,81 ± 0,14 5,30 ± 0,12 4,52 ± 0,05 4,26 ± 0,04 белки 3,22 ± 0,04 4,18 ± 0,02 3,70 ± 0,02 3,51 ± 0,02 лактоза 4,45 ± 0,15 4,57 ± 0,13 4,51 ± 0,11 4,49 ± 0,11 Кислотность: титруемая, Т 17,30 ± 0,50 17,00 ± 0,10 17,10 ± 0,10 17,20 ± 0,10 активная, ед. рН 6,50 ± 0,02 6,60 ± 0,01 6,55 ± 0,05 6,56 ± 0,05 Таблица 2 - Качественные показатели ферментированных объектов исследования Table 2 - Quality parameters of the fermented research subjects Объекты исследования Кислотность Органолептические показатели титруемая, Т активная, ед. рН Контроль 95 ± 2 4,60 ± 0,01 сгусток кисломолочный, плотный Опыт 1 75 ± 2 4,85 ± 0,01 сгусток кисломолочный, вязкий Опыт 2 86 ± 2 4,68 ± 0,01 сгусток кисломолочный, вязкий Опыт 3 90 ± 2 4,60 ± 0,01 сгусток кисломолочный, в меру плотный Анализ данных, характеризующих процесс кислотообразования исследуемых объектов, позволяет заключить, что по мере снижения в смеси количества коровьего молока качество сгустка становится менее прочным, вязким или слабовязким, что позволяет считать его пригодным для процесса ультрафильтрации. Микробиологические показатели ферменти- рованных объектов представлены на рис. 1. Экспериментальные данные, представленные на рис. 1, свидетельствуют о том, что козье молоко является благоприятной питательной средой для эффективного развития пробиотических микроорганизмов, вследствие чего, по мере снижения его количества в ферментированной смеси, общее количество молочнокислых бактерий (так же, как и бифидобактерий) несколько снижается, но при этом находится в количестве, соответствующем предъявляемым требованиям к пищевым функциональным продуктам. Опытные ферментированные продукты подогревали до температуры (52 ± 2) С с выдержкой 3-5 мин, охлаждали до (48 ± 1) С и подвергали ультрафильтрации на лабораторном стенде: рабочее давление при подаче ферментированного продукта на мембраны рулонного типа с размером пор от 1 до 100 мкм создавали специально отрегу- лированным насосом в пределах 1,5-2,0 бар. В процессе эксперимента обеспечивали коэф- фициент концентрации 2,5. Химический состав молочно-белковых концентратов и контрольного образца представлен в табл. 3. Химический состав молочно-белковой основы творожного продукта (ретентат) отличается высоким содержанием белков и молочного жира, при этом лактоза распределяется примерно равномерно между ретентатом и пермеатом, который может быть использован как самостоятельный кисломолочный напиток. Эффект концентрирования обеспечен в соответствии с заданным режимом. Анализ ретентата по микробиологическим показателям свидетельствует о том, что в процессе ультрафильтрации не только сохранилось общее количество микроорганизмов, но и достигнуто некоторое увеличение значений (lg КОЕ/г): в опыте 1 - 9,6; в опыте 2 - 9,0; в опыте 3 - 8,7. Так как творожный продукт предназначен для специализированного (геродиетического) питания, то кроме пробиотической микрофлоры подобран антиоксидант «Оксилик», в состав которого входят витамины С, Е, β-каротин, ликопин и селен, который повышает биологическую ценность творожного продукта. Ассортиментный ряд нового продукта предложено расширить путем внесения в молочно-белковую основу различных вкусовых наполнителей в виде ягодных экстрактов черники, или смородины, или брусники, в количестве 10 % от массы молочно-белковой основы. Логарифм количества жизнеспособных клеток, lg КОЕ/г Молочно-кислые бактерии Бифидобактерии Рисунок 1 - Микробиологические показатели ферментированных объектов Figure 1 - Microbiological parameters of the fermented research subjects Таблица 3 - Химический состав объектов исследования после ультрафильтрации (в сравнении с контролем) Table 3 - Chemical composition of the research subjects after ultrafiltration (compared with the reference sample) Объекты исследования Химический состав, % сухие вещества в т. ч. белки Контроль 31,0 ± 0,5 16,0 ± 0,5 (цельное молоко) - творог с м. д. ж. 11 % - сыворотка 5,5 ± 0,1 0,8 ± 0,1 Опыт 1 (козье молоко) 28,6 ± 0,5 10,45 ± 0,05 - ретентат - пермеат 9,5 ± 0,5 0,08 ± 0,02 Опыт 2 (смесь коровье : 25,78 ± 0,12 9,25 ± 0,05 козье молоко - 50:50) - ретентат - пермеат 8,6 ± 0,5 0,06 ± 0,02 Опыт 3 (смесь коровье : 24,51 ± 0,11 8,77 ± 0,05 козье молоко - 70:30) - ретентат - пермеат 8,17 ± 0,09 0,05 ± 0,02 Новизна технологии нового продукта отражена в заявке на изобретение «Творожный продукт на основе козьего молока» (получен приоритет). Для производства творожного продукта разработана нормативная документация. Выводы В результате экспериментально-аналитических исследований изучены технологические качества козьего молока и его смеси с коровьим для производства ферментированных продуктов. Определены закономерности биотехнологии производства молочно-белковой основы, обогащен- ной пробиотическими микроорганизмами в количестве не < 1 · 107 КОЕ/г. Разработана технология творожного продукта для специализированного (геродиетического) питания. Для расширения ассортимента в его рецептуру включены антиоксидант «Оксилик» и разнообразные ягодные экстракты, регулирующие биологическую ценность и органолептические показатели нового продукта.
1. Prodovol'stvennaya nezavisimost' Rossii : v 2 t. / Pod red. A. V. Gordeeva. - M.: Tehnologiya CD, 2016. - T. 1 - 560 s.
2. Ob utverzhdenii Doktriny prodovol'stvennoy bezopasnosti Rossiyskoy Federacii : Ukaz Prezidenta RF ot 30 yanv. 2010 g. № 120 // Rossiyskaya gazeta. - 2010. - 3 fevr.
3. Strategiya povysheniya kachestva pischevoy produkcii v Rossiyskoy Federacii do 2030 goda : Rasporyazhenie Pravitel'stva RF ot 29.06.2016. № 1364-r. - Sobranie zakonodatel'stva RF. - 2016. - № 28. - St. 4758.
4. Tutel'yan, V. A. Kachestvo i bezopasnost' pischevyh produktov - prioritet innovacionnogo razvitiya APK i formirovaniya u naseleniya zdorovogo tipa pitaniya / V. A. Tutel'yan, A. K. Baturin // Prodovol'stvennaya nezavisimost' Rossii : v 2 t. / Pod red. A. V. Gordeeva. - M. : Tehnologiya CD, 2016. - T. 1. - S. 113-144.
5. Ob utverzhdenii Federal'noy nauchno-tehnicheskoy programmy razvitiya sel'skogo hozyaystva na 2017-2025 gody : Postanovlenie Pravitel'stva Rossiyskoy Federacii ot 25 avg. 2017 g. № 996 // Sobranie zakonodatel'stva RF. - 2017. - № 36. - St. 5421.
6. Ushachev, I. G. Otechestvennaya prodovol'stvennaya bezopasnost' v usloviyah mezhgosudarstvennoy i regional'noy integracii // Prodovol'stvennaya nezavisimost' Rossii : v 2 t. / Pod red. A. V. Gordeeva. - OOO «Tehnologiya CD», - M., 2016. - T. 1. - S. 49-79.
7. TR TS 033/2013. O bezopasnosti moloka i molochnoy produkcii : prin. Resheniem Soveta Evraziyskoy ekonomicheskoy komissii ot 9 okt. 2013 g. № 67. - 148 s.
8. TR TS 027/2012. O bezopasnosti otdel'nyh vidov specializirovannoy pischevoy produkcii, v tom chisle dieticheskogo lechebnogo i dieticheskogo profilakticheskogo pitaniya : prin. Resheniem Soveta Evraziyskoy ekonomicheskoy komissii ot 15 iyunya 2012 g. № 34. - 26 s.
9. GOST 31449-2013. Moloko korov'e syroe. Tehnicheskie usloviya. - M.: Standartinform, 2013. - 8 s.
10. GOST 32940-2014. Moloko koz'e syroe. Tehnicheskie usloviya. - M.: Standartinform, 2015. - 8 s.
11. Eda kak istochnik zdorov'ya // Global'nye tehnologicheskie trendy. Trendletter. - 2015. - № 15 [Elektronnyy resurs]. - Rezhim dostupa : http://issek.hse.ru/trendletter.
12. Nurpeisova, M. M. Analiz rynka molochnoy produkcii v Respublike Kazahstan / M. M. Nurpeisova // Іzdenіster, nətizheler - Issledovaniya, rezul'taty. - 2016. - № 3 (71). - S. 325-329.
13. Ishekenova, B. Kazahstanu nuzhna strategiya razvitiya molochnogo fermerstva / B. Ishekenova // Sayt LS - Finansovyy zhurnal [Elektronnyy resurs]. - Rezhim dostupa : https://lsm.kz/moloko.
14. Val'ter, G. F. Tehnologiya tvorozhnyh produktov na osnove koncentrirovannogo moloka / G. F. Val'ter, N. B. Gavrilova. - Omsk : Yuton, 2011. - 123 s.
15. Gavrilova, N. B. Proizvodstvo molochnyh produktov po membrannym tehnologiyam / N. B. Gavrilova, M. A. Ignat'ev, D. V. Mironchikov // Molochnaya promyshlennost'. - 2008. - № 11. - S. 66-67.
16. Simonenko, S. V. Nauchnye aspekty pererabotki koz'ego moloka i polucheniya produktov obschego i special'nogo naznacheniya: dis. ... d-ra tehn. nauk : 05.18.04 / Simonenko Sergey Vladimirovich. - M., 2010. - 297 s.
17. Kozlov, S. G. Osobennosti stareniya syvorotochnyh geley v prisutstvii organicheskih kolloidov / S. G. Kozlov, A. Yu. Prosekov, A. S. Sorochkina // Zhurnal prikladnoy himii. - 2004. - T. 77, № 7. - S. 1107-1111.
18. Studying of Lactulose Hygroscopicity and Microstructure after Spray Dehydration / A. Lisitsyn [et al.] // Oriental Journal of Chemistry. - 2016. - T. 32, № 2. - S. 867-874.
