THE DEVELOPMENT OF TECHNOLOGY OF FUNCTIONAL BEVERAGES BASED ON WHEY AND PLANT EXTRACTS
Abstract and keywords
Abstract (English):
Nowadays, the range diversification of functional whey-based beverages has lots of interest. The use of plant extracts or their compositions in the formulation of such beverages is relevant as it increases concentrations of biologically active substances including those having an antioxidant effect. Therefore, the purpose of this study was the development a technology of functional whey-based beverages and compositions of plant extracts from the Far East region and mangosteen ( Garcinia mangostana L.). The extraction of biologically active substances from hips, cranberries, black chokeberry berries, Amur grapes, actinidia kolomikta berries is optimized with the method of mathematical modeling; the synergetic antioxidant effect of the extracts’ compositions with an extract of mangosteen has been established. The recipes and technological process of beverages “ACTIVE” have been developed; the concentrations of stabilizers and fillers, providing a stable gel-like structure of the beverage have been determined. Using the complex of parameters the quality evaluation of whey-based beverages compared to the analogue has been done. The proposed technology allows us to obtain gelled whey-based beverages, which are natural food products. They have higher organoleptic characteristics, significant concentrations of functional antioxidant ingredients (flavonoids, xanthones, and vitamin C) and storage time compared to the analogue.

Keywords:
Beverages, whey, plant extracts, functional ingredients, mangosteen, biological value, the total antioxidant content, synergetic effect, technological process
Text
Publication text (PDF): Read Download

Введение В настоящее время большое значение приобретает получение продуктов функционального назначения, в том числе напитков. Напитки на основе молочной сыворотки являются перспективными, так как использование вторичного молочного сырья, образующегося в значительных количествах при производстве сыра, творога и казеина, позволяет повысить их пищевую ценность и снизить себестоимость [1, 2]. Большой интерес представляет возможность регулирования биологической ценности и расширения ассортимента напитков на основе молочной сыворотки посредством введения в рецептуры растительных экстрактов или их композиций, содержащих значимые концентрации биологически активных веществ антиоксидантного действия [3, 4], способствующих предотвращению возникновения ряда патологических состояний организма - стресса, атеросклероза, инфаркта миокарда, злокачественных новообразований и др. При этом без применения консервантов увеличиваются сроки хранения готовых изделий. В связи с необходимостью поиска новых сильных природных антиоксидантов в последнее время значительный интерес представляют природные соединения полифенольной структуры - ксантоны, высокие концентрации которых содержатся в перикарпии экзотического фрукта мангостин (Garcinia mangostana L.), распространенного в странах Юго-Восточной Азии: Таиланде, Индии, Шри-Ланке, Мьянме, Камбодже, Вьетнаме, Китае и др. [5, 6]. Ксантоны обладают широким спектром физиологического действия: кардиотоническим, диуретическим, желчегонным, психотропным, противоопухолевым, противогрибковыми др. [7, 8]. Многокомпонентные функциональные напитки на основе молочной сыворотки являются, как правило, пищевыми системами с агрегативнонеустойчивой структурой, которые способны при хранении к расслаиванию (образованию осадка). Поэтому в рецептуры таких напитков вводят различные стабилизаторы (пектины, камеди, продукты переработки морских водорослей и др.), которые обеспечивают однородную структуру напитков, без точек гелеобразования, с равномерным распределением частицнаполнителей [9, 10]. Целью настоящего исследования явилась разработка технологии функциональных гелеобразных напитков на основе молочной сыворотки с использованием композиций растительных экстрактов из сырья Дальневосточного регионаи мангостина. Объектыиметодыисследований В качестве основы напитков использовали сыворотку молочную творожную пастеризованную, соответствующую ГОСТ 53438-2009. Объектамиисследованияявлялись: - растительное сырье Дальневосточного региона: плоды шиповника коричного (R. Cinnamomea L.) - по ГОСТ 1994-93; ягоды клюквы четырехлепестковой (Oxycoccus Quadripetalis G.) - по ГОСТ 19215-73; ягоды рябины черноплодной (Aronia melanocarpa L.) - по РСТ РСФСР 350-88; ягоды винограда Амурского (V. Amurensis R.), ягоды актинидии коломикта (Actinidia kolomicta M.) - по нормативной документации. Растительное сырье было собрано в экологически чистых районах юга Приморского края в период лето-осень 2013 г. и высушено на модернизированной сушильной установке активного вентилирования («Конвекс»-I, 28/220, Россия) до содержания влаги не более 10 %. Растительное сырье по показателям безопасности соответствовало требованиям ТР ТС 021/2011 [11]; - экстракт мангостина (Garcinia mangostana L.), «Иву Цзянр Био-Технолоджи Ко., Лтд.», КНР - по CODEX STAN 204-1997, санитарноэпидемиологическое заключение от 23.03.2009г. № 25.ПЦ.01.916.П.000978.03.09; - водные экстракты из дальневосточных растений и их композиции с экстрактом мангостина при различных количественных соотношениях; - опытные образцы напитков на основе молочной сыворотки с использованием растительных экстрактов, расфасованные в бутылки из полимерных материалов объемом 250 мл и хранившиеся при температуре (4±2) °С и относительной влажностивоздуха (70±2) %. Определение суммарного содержания антиоксидантов проводили амперометрическим методом на приборе «ЦветЯуза 01-АА» (Россия), стандарт - галловая кислота [12]. В работе изучали органолептические свойства (внешний вид, цвет, вкус, запах) [13]; определяли массовую долю сухих веществ, фенольных соединений, витамина С [14, 15]; микробиологические показатели (количество мезофильных аэробных и факультативно-анаэробных микроорганизмов; бактерий группы кишечной палочки; Е. coli; патогенных, в том числе сальмонелл; дрожжей и плесеней) - по МУК 4.2.2578-10 ГОСТ Р 52833-2007 ГОСТ 10444.12-88, МУК 4.2.2884-11; токсикологические показатели (токсичные элементы - по ГОСТ Р 5130199, ГОСТ 26927-86, ГОСТ 31628-2012; пестициды - по МУ 2142-80; радионуклиды - по ГОСТ 321612013, ГОСТ 32163-2013). Результаты иих обсуждение Результаты изучения химического состава растений Дальнего Востока показали, что в них содержатся значительные концентрации витамина С (34,0-435,0 мг/100г) и фенольных соединений (3,0- 6,3 %), в том числе флавоноидов (0,96-2,16 %). С целью максимального извлечения и сохранения биологически активных веществ растительного сырья необходимо было оптимизировать технологический процесс экстракции (в качестве экстрагента использовали воду). В результате серии экспериментов для каждого вида сырья была установлена зависимость динамики массовой доли растворимых сухих веществ экстрактов от основных технологических факторов: температуры экстрагента и продолжительности экстрагирования. При этом гидромодуль составил (сырье : вода): для плодов - 1:5, для ягод - 1:3; степень измельчения сырья - диаметр 1,0 мм (для ягод) и 1,5 мм (для плодов). На основании полученных эмпирических данных методом математического моделирования с использованием программы MatLab 7.0 был оптимизирован процесс экстракции биологически активных веществ из плодов и ягод растений, что позволяет выбрать рациональные режимы экстрагирования в пределах границ применимости при изменении основных технологических параметров. Интервалы варьирования параметров составили: для температуры экстрагирования - от 30 до 80 °С; времени экстракции - от 3 до 7 ч. Достоверность полученных результатов: для построения математических моделей использовали метод наименьших квадратов, отклонения в узлах сетки были незначительны (абсолютная погрешность для математических моделейсоставилаот 2,2 до 4,2 %). Математические модели экстрагирования растительного сырья выражаются в виде полиномных уравнений второй степени: -для плодов шиповника коричного: F( x,y) 1.5978 2.2676 x  0.0877 y  0.2415 x2  0.00014 xy  0.00057 y 2 , (1) -дляягодрябины черноплодной: F( x,y)  2.8017  3.8160 x  0.1693 y  0.4196 x2  0.0013xy  0.0012 y 2 , (2) -дляягодклюквы четырехлепестковой: F( x,y)  3.0495  3.0640 x  0.1576 y  0.3212 x2  0.00004 xy  0.0011y 2 , (3) -дляягодвиноградаАмурского: F( x,y)  5.0710  3.7765 x  0.2437 y  0.4321 x2  0.0038 xy  0.0017 y 2 , (4) -дляягодактинидии коломикта: F( x,y) 11.4332  2.6321x  0.4752 y  0.2876 x 2  0.0020 xy  0.0040 y 2 , (5) где F(х, у) - функция содержания растворимых сухих веществ, %; x - продолжительность экстракции, ч; у - температураэкстрагента, ºС. Схема получения растительных экстрактов включала следующие основные операции: экстрагирование измельченного сырья в течение 4-4,5 ч при температуре 60 °С; отжим и фильтрацию; пастеризацию при температуре 65 °С в течение 5 мин и охлаждениедо температуры 25 °С. Было показано, что при экстрагировании растительного сырья в экстракты переходят: от 80,0 до 86,9 % фенольных веществ; от 28,1 до 55,0 % флавоноидов; от 42,4 до 79,8 мг/100 г витамина С. При этом наибольшая концентрация биологически активных веществ антиоксидантного действия присутствовала в экстрактах из плодов шиповника коричного и ягод рябины черноплодной. В экстракте мангостина содержание витамина С составило 108,5 мг/100 ги 42,5 мг/100 г ксантоновых соединений, которые относятся к биологически активным веществам, рекомендуемым для употребления в составепищевых продуктов [16]. Антиоксидантную активность экстрактов изучали по показателю суммарного содержания антиоксидантов. Результаты представлены в табл. 1. Таблица 1 Суммарное содержание антиоксидантов в растительных экстрактах Наименование экстракта Суммарное содержание антиоксидантов, мг/дм3 Из плодов шиповника коричного 351,7±17,6 Из ягод рябины черноплодной 282,0±14,0 Из ягод актинидии коломикта 105,2±5,3 Из ягод винограда Амурского 157,5±7,9 Из ягод клюквы четырехлепестковой 213,2±10,7 Из мангостина 1373±69 Показано, что наибольшей активностью из экстрактов дальневосточных растений обладает экстракт шиповника коричного, рябины черноплодной и клюквы. Экспериментально установлено, что антиоксидантная активность экстракта Garcinia mangostana L. значительно превосходит активность всех исследуемых экстрактов из растений Дальнего Востока (в 3,9-13 раз), что связано, по-видимому, с высоким содержанием в мангостине ксантонов, относящихся к классу природных фенольных соединений и являющихся активными участниками окислительно-восстановительных реакций [5, 6]. Поэтому для усиления антиоксидантного действия биологически активных веществ растительного сырья Дальневосточного региона разрабатывали рецептуры их композиций с экстрактом мангостина. Полученные данные свидетельствовали о том, что установленные экспериментальным методом значения антиоксидантной активности для всех композиций превышали значения, предварительно полученные расчетным путем. Это связано, вероятно, с проявлением синергетического эффекта антиоксидантов исследуемых растений [17]. При этом наибольший эффект был отмечен для композиций при соотношении (экстракт мангостина : экстракт ДВ растений - 0,25:0,75): с актинидией (в 2,7 раза); с рябиной черноплодной (в 2,6 раза); с шиповником (в 1,6 раза), а наименьший - для композиции свиноградом Амурским. Таким образом, значимые концентрации антиоксидантов в разработанных нами композициях из экстрактов мангостина (G. mangostana L.) и сырья Дальневосточного региона в соотношении 0,25:0,75 позволили использовать их в производстве функциональных напитков. Для разработки многокомпонентных напитков на основе молочной сыворотки с использованием растительных экстрактов и наполнителей (плодовоягодных и овощных пюре) необходимо было подобрать стабилизаторы и установить их количество, необходимое для получения гелеобразной устойчивой структуры в течение всего срока хранения. Исследовали возможность использования каррагинана, ксантановой и геллановой камеди при массовой доле 0,05 %, 0,1 %, 0,2 % для каждого стабилизатора. На основании органолептической оценки и определения кинематической вязкости модельных систем напитков было установлено, что только введение геллановой камеди (в концентрации 0,05 %) способствовало стабилизации системы с равномерным распределением наполнителя по всемуобъему напитка. На основании полученных результатов исследований были разработаны рецептуры и принципиальная технологическая схема гелеобразных напитков на основе молочной сыворотки с добавлением растительных экстрактов (табл. 2). Новые напитки получили общее название «АКТИВ» (СТО 6855116001-2014 «Напитки на основе молочной сыворотки с растительнымиэкстрактами «АКТИВ»). Таблица 2 Рецептуры напитков «АКТИВ» на основе молочнойсывороткис добавлением растительных экстрактов, на 100 дал (1000 дм3) Наименование ингредиента Наименование напитка «АКТИВРябина» «АКТИВАктинидия» «АКТИВШиповник» «АКТИВКлюква» «АКТИВВиноград» Сыворотка молочная творожная, л 659,0 663,0 651,0 679,0 671,0 Экстракт растения, л 120,0 117,0 126,0 105,0 111,0 Экстракт мангостина, л 40,0 39,0 42,0 35,0 37,0 Банан (пюре), кг - - - - 15,0 Клубника (пюре), кг - - - - 15,0 Грейпфрут (пюре), кг - 15,0 - - - Тыква (пюре), кг - 15,0 15,0 15,0 - Морковь (пюре), кг - - 15,0 - - Яблоко (пюре), кг - - - 15,0 - Апельсин (пюре), кг 30,0 - - - - Камедь геллановая, кг 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 Сироп фруктозный, л 150,0 150,0 150,0 150,0 150,0 Кислота лимонная, кг 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 Принципиальная технологическая схема получения напитков на основе молочной сыворотки предусматриваетналичие следующихосновных этапов: - подготовка молочной творожной сыворотки (осветление при температуре 90 °С в течение 20 мин, фильтрованиеиохлаждениедо температуры 25 °С); 101 - приготовление композиций растительных экстрактов из сырья Дальневосточного региона и мангостина; - растворение геллановой камеди в небольшом количестве сыворотки при температуре 80 °С при тщательном перемешивании; - приготовление наполнителей: для плодовых и овощных пюре - первичная обработка, нарезка, варка при температуре 85-90 °С в течение 20 мин и протирание через сито с размером отверстий 0,5 мм; для ягодных пюре - протирание. Предусмотрена пастеризация наполнителей при температуре 70-75 °С в течение 5 мин с последующим охлаждением дотемпературы 25 °С; - соединение подготовленных ингредиентов при перемешивании; - пастеризация напитков при температуре 60- 65 °С в течение 5 мин; горячий розлив, укупорка, маркировка и охлаждение до температуры 23-27 °Сс последующим хранением при температуре (4±2) °Си относительнойвлажностивоздуха (70±2) %. Товароведную оценку качества новых функциональных напитков на основе молочной сыворотки проводили по комплексу показателей (физикохимических, органолептических, структурномеханических и показателей безопасности) в сравнении с выбранным аналогом - напитком сывороточным пастеризованным с соком яблока (АО «ДАНОН РОССИЯ», ТМ «Актуаль», г. Москва, ТУ 9226-061-13605199). Физико-химические показатели аналога и напитков на основе молочной сыворотки с растительными экстрактамипредставленывтабл. 3. Таблица 3 Физико-химическиепоказателии энергетическаяценностьаналогаиновыхнапитков«АКТИВ» Показатель Значение Аналог «АКТИВРябина» «АКТИВАктинидия» «АКТИВШиповник» «АКТИВКлюква» «АКТИВВиноград» Массоваядолясухихвеществ, % 4,8±0,47 5,2±0,51 5,8±0,57 5,5±0,54 4,2±0,43 5,4±0,52 Титруемая кислотность, °Т 38±0,5 35±0,5 41±0,5 38±0,5 33±0,5 43±0,5 Энергетическаяценность, ккал 46,0 51,6 62,9 59,2 40,0 54,4 По физико-химическим показателям и энергетической ценности разработанные напитки отличаются от аналога незначительно. Данные по содержанию функциональных ингредиентов в напитках представлены в табл. 4. Показано, что по концентрации веществ антиоксидантного действия разработанные напитки значительно превосходят аналог и соответствуют требованиям ГОСТ Р 52349-2005. Отмечено, что наибольшая концентрация флавоноидов находится в напитке с экстрактом шиповника; суточная потребность в них при приеме одной порции данного напитка удовлетворяется на 200 %. Значительное содержание флавоноидов характерно также для напитков с рябиной черноплодной, клюквой и виноградом (16,5-89,6 % от суточной нормы). Уровень ксантонов во всех разработанных напитках удовлетворяет суточную норму на 18,6-22,5 %. Кроме того, в разработанных нами напитках «АКТИВ-Рябина», «АКТИВ-Актинидия» и «АКТИВШиповник» содержатся значительные концентрации витаминаС. Таблица 4 Содержание биологическиактивных веществ антиоксидантного действия в аналоге и новых напитках «АКТИВ», в 250 мл Наименование ингредиента Содержание / % от суточной нормы Аналог «АКТИВРябина» «АКТИВАктинидия» «АКТИВШиповник» «АКТИВКлюква» «АКТИВВиноград» Флавоноиды, мг Суточная потребность 250 мг [18] 24/9,6 224,0/89,6 34,9/14,0 502,8/200,0 94,5/37,8 41,3/16,5 Ксантоны Суточная потребность 20 мг [16] (мангиферин), мг - 4,3/21,3 4,1/20,6 4,5/22,5 3,7/18,6 4,0/19,9 Витамин С, мг/100 г Суточная потребность 90 мг/100г[18] 3,5/3,9 24,5/27,2 17,1/19,0 69,8/77,6 10,5/11,6 11,6/12,9 Напитки «АКТИВ» имели однородную гелеобразную структуру и представляли собой стабильные системы с равномерно распределенными, «зафиксированными» по всему объему частицами наполнителя, без признаков расслоения или точек гелеобразования. Цвет - свойственный входящим в рецептуру наполнителям и растительным экстрактам; вкус и запах - выраженные, сывороточные, приятные, с остаточным кисло-сладким послевкусием, безпосторонних привкуса и запаха. При исследовании микробиологических показателей напитков в течение 40 суток хранения было установлено, что они соответствовали требованиям ТР ТС 033/2013 для данной группы товаров [19]. Срок хранения напитков «АКТИВ» составил 40 суток, в товремя каксрок хранения аналога со-ставляет 30 суток (при наличии в рецептуре кон-молочной сыворотки, которые являются натуральсерванта - сорбата калия). Содержание токсичных ными продуктами питания, имеют более высокие элементов, пестицидов, микотоксинов, радио-органолептические показатели и сроки хранения по нуклидов также не превышало нормативных значе-сравнению с аналогом, а также значимые конценний; антибиотики отсутствовали. В течение всего трации функциональных ингредиентов антиоксисрока хранения напитки сохраняли высокие орга-дантной направленности. Напитки предназначены нолептические показатели. для систематического употребления с целью улуч Таким образом, разработанная технология поз-шения здоровья и снижения риска некоторых забоволяет получить гелеобразные напитки на основе леваний.
References

1. Hramcov, A.G. Fenomen molochnoy syvorotki / A.G. Hramcov. - SPb.: Professiya, 2011. - 804 s.

2. Gabrielyan, D.I. Ekonomicheskaya effektivnost' proizvodstva napitkov s ispol'zovaniem molochnoy syvorotki / D.I. Gabrielyan, N.V. Fateeva, V.A. Grunskaya // Molochnohozyaystvennyy vestnik. - 2013. - № 2 (10). - S. 25-29.

3. Hramcov, A.G. Napitki iz syvorotki s rastitel'nymi komponentami / A.G. Hramcov, A.V. Brykalov, N.Yu. Pilipenko // Molochnaya promyshlennost'. - 2012. - № 7. - S. 64-66.

4. Brykalov, A.V. Razrabotka tehnologii napitkov na osnove molochnoy syvorotki, obogaschennyh fitokomponentami / A.V. Brykalov, N.Yu. Pilipenko // KubGAU. - 2014. - № 98. - S. 1-12.

5. Kongo, M. Bioavailability and Antioxidant Effects of a Xanthone-Rich Mangosteen ( Garcinia mangostana) Product in Humans / M. Kongo, L. Zhany, H. Ji, Y. Kou, B. Ou // Journal of agricultural and food chemistry. - 2009. - № 57. - R. 37-40.

6. Udani K Jay. Evaluation of Mangosteen juice blend on biomarkers of inflammation in obese subjects: a pilot, dose finding study / Jay K Udani, Betsy B Singh, Marilyn L Barrett and Vijay J Singh / Nutrition Journal. - 2009. - № 6. - R. 5-6.

7. Akao, Yukihiro. Anti-cancer effects of xanthones from pericarps of mangosteen / Yukihiro Akao, Yoshinori Nakagawa, Munekazu Iinuma, Yushinori Nozawa // Molecular sciences. - 2008. - № 9. - R. 29.

8. Shibata, MA. Panaxanthone isolated from pericarp of Garcinia mangostana L. suppresses tumor growth and metastasis of a mouse model of mammary cancer / Shibata MA, Shibata E, Morimoto J, Akao Y, Iinuma M, Tanigawa N, Otsuki Y // Anticancer Res. - 2009. - № 7. - R. 15.

9. Sarafanova, L.A. Primenenie pischevyh dobavok v industrii napitkov / L.A. Sarafanova. - SPb.: Professiya, 2007. - 240 s.

10. Paken, P. Funkcional'nye napitki i napitki special'nogo naznacheniya / P. Paken; per. s angl. - SPb.: Professiya, 2010. - 496 s.

11. Tehnicheskiy reglament Tamozhennogo soyuza «O bezopasnosti pischevoy produkcii» (TR TS 021/2011): utv. resheniem Komissii Tamozhennogo soyuza ot 9 dekabrya 2011 g. № 880. - 242 s.

12. Prirodnye antioksidanty. Soderzhanie v pischevyh produktah i ih vliyanie na zdorov'e i starenie cheloveka / Ya.I. Yashin, V.Yu. Ryzhnev, A.Ya. Yashin, N.I. Chernousova. - M.: TransLit, 2009. - 234 s.

13. Vytovtova, A.A. Teoreticheskie i prakticheskie osnovy organolepticheskogo analiza produktov pitaniya: ucheb. posobie / A.A. Vytovtova. - SPb.: GIORD, 2010. - 232 s.

14. GOST 28561-90. Produkty pererabotki plodov i ovoschey. Metody opredeleniya suhih veschestv i vlagi. - Vved. 1991-07-01. - M.: Izd-vo standartov, 1990. - 9 s.

15. Gerzhikova, V.G. Metody tehnohimicheskogo kontrolya v vinodelii / V.G. Gerzhikova. - Simferopol': Tavrida, 2002. - 18 s.

16. Edinye sanitarno-epidemiologicheskie i gigienicheskie trebovaniya k tovaram, podlezhaschim sanitarnoepidemiologicheskomu nadzoru (kontrolyu): utv. resheniem Komissii Tamozhennogo soyuza ot 28.05.2010 № 299. - M., 2010. - Gl. II. - Razd. 1. - 352 s.

17. Decent H.M. Bioactive Polyphenolics from Fruit and Plants// Fruit Processing. - 2000. - № 8. - PP. 312-316.

18. Metodicheskie rekomendacii MR 2.3.1.2432-08. Normy fiziologicheskih potrebnostey v energii i pischevyh veschestvah dlya razlichnyh grupp naseleniya Rossiyskoy Federacii: utv. Glavnym gosudarstvennym sanitarnym vrachom RF 18.12.2008. - M., 2008. - 46 s.

19. Tehnicheskiy reglament Tamozhennogo soyuza «O bezopasnosti moloka i molochnyh produktov» (TR TS 033/2013): prinyat resheniem Soveta Evraziyskoy ekonomicheskoy komissii ot 9 oktyabrya 2013 g. - 100 s.


Login or Create
* Forgot password?