Moskva, Moscow, Russian Federation
Moskva, Russian Federation
Moskva, Moscow, Russian Federation
Moskva, Moscow, Russian Federation
According to the most progressive views on nutrition, the composition of food products should involve certain vital nutrients, hence the rapid development of functional, or fortified foods. An analysis of the diet of the Russian population showed a 33% lack of native proteins. Proteins serve as regulators of the genetic function of nucleic acids, participate as enzymes in all stages of the biosynthesis of polypeptides, store and transport oxygen, and perform an immunological function. The research objective was to develop a technology for producing jelly marmalade of high biological value by using milk protein. The studies were performed at the All-Russian Research Institute of the confectionery industry (a branch of V. M. Gorbatov Federal Research Center for Food Systems). The authors employed standard methods, e.g. physico-chemical, rheological, and organoleptic. The research featured jelly marmalade because it has a low nutritional value and a large amount of carbohydrates (70%). To fortify the product, the researchers used concentrated milk and whey proteins with a 80% protein content and a high biological value index (53%–170%). Gelatin served as the gelling agent. Its protein content was 87.2%. The experiment made it possible to establish the optimal ratio of sugar and molasses, the amount of gelling agent (8%), the amount of milk and whey protein concentrates (5%), and the influence of proteins on the viscosity of the jelly mass and its formation. The authors developed a method that makes it possible to introduce protein concentrates into the process of jelly boiling while preventing protein denaturation. The new technology produces jelly marmalade with milk protein content 11.2 g per 100 g, which means that the energy value of the product is 14.2%. According to regulatory documentation, such a product is deemed as a “source of protein”.
Gelling protein, milk protein, whey protein, biological value, functional products
Введение
Задачи в области здорового питания состоят в развитии производства функциональных пищевых продуктов, обогащенных незаменимыми компонентами.
Имеются работы, связанные с обогащением пищевых продуктов витаминами и минеральными веществами [1], есть ряд работ по снижению сахароемкости желейных изделий, где сахароза заменена на подсластители [2–6], по повышению пищевой ценности желейных изделий, в которых используют мягкий сливочный сыр и другое сырье [7–10]. Есть разработки технологии мармелада, обогащенного различными добавками; изделий профилактического назначения [11–16]. Разработан мармелад, обогащенный янтарной кислотой, которая является биологически активным веществом – парафармацевтиком, влияющая на многие жизненные функции [17].
Литературный обзор и патентный поиск показал, что при производстве желейного мармелада отсутствуют функциональные изделия с принципом обогащения животным белком.
Целью исследований является разработка технологии получения желейного мармелада повышенной биологической ценности с использованием молочного белка.
Анализ питания населения России показал, что дефицит полноценных белков составляет около 33 %. Белки служат регуляторами генетической функции нуклеиновыхкислот, вкачествеферментовучаствуют во всех стадиях биосинтеза полипептидов, служат для запаса и переноса кислорода, осуществляют иммунологическую функцию. Животные белки имеют все незаменимые аминокислоты, находящиеся в соотношении близком к соотношению в белках человека [18].
Объекты и методы исследования
В качестве объекта исследований выбран желейный мармелад. Он имеет низкую пищевую ценность и большое количество углеводов (70 %).
Научные исследования выполнены на базе Всероссийского научно-исследовательского института кондитерской промышленности
– филиала ФГБНУ «ФНЦ пищевых систем им. В. М. Горбатова» РАН с использованием методик определения характеристик готовых изделий с применением следующих приборов: фотоэлектрокалориметра КФК-2МП, вискозиметра Reotest-2, структурометра СТ-2, прибора Aqua Lab 3 TE (Decaqon Devices, USA), методики определения массовой доли белка методом Кьельдаля.
Проводили исследования по установлению биологической ценности белка в сопоставлении его аминокислотного состава с составом аминокислот в эталонном белке; по установлению оптимальных соотношений рецептурных компонентов и технологического процесса получения желейного мармелада с молочным белком. Устанавливали влияние различных факторов на процесс структурообразования.
Разработана технология введения в рецептуру молочного белка с целью предотвращения его денатурации в процессе уваривания.
Результаты и их обсуждение
Обоснованием оптимального набора и соотношения компонентов для производства функциональных продуктов, приближенных к физиологическим потребностям организма, является информация о составе исходных ингредиентов.
Препараты животного происхождения, представляющие интерес, представлены в таблице 1. Из таблицы следует, что особый интерес представляют концентраты молочного и сывороточного белка с массовой долей белка в них примерно 80 %, а также желатин, содержащий
87,2 % белка.
Для образования в организме человека необходимых белковых элементов белки должны состоять из взаимносбалансированных количеств незаменимых аминокислот [19].
Биологическая ценность белка определяется сопоставлением его аминокислотного состава с
Таблица 1 – Физико-химические показатели сырья, содержащего животный белок
Table 1 – Physico-chemical parameters of raw materials containing animal protein
|
Вид продукта |
|
|
Массовая доля, % |
|
Титруемая кислотность °Т |
|
влаги |
белка |
углеводов |
жира |
||
|
Сыворотка подсырная |
4,0 |
12,0 |
72,0 |
1,3 |
10,0 |
|
Сыворотка творожная |
4,0 |
12,0 |
72,0 |
0,8 |
50,0 |
|
Концентрат сывороточного белка |
5,0 |
80,0 |
2,0 |
6,0 |
15,0 |
|
Концентрат молочного белка |
5,0 |
80,0 |
6,0 |
1,4 |
7,0 |
|
Желатин |
16,0 |
87,2 |
0,7 |
0,4 |
6,0 |
Таблица 2 – Показатели содержания аминокислот и индекса биологической ценности концентратов сывороточного и молочного белков, желатина
Table 2 – Amino-acid content and biological value index of whey and milk protein concentrates and gelatin
|
Незаменимые аминокислоты |
Концентрат сывороточного белка |
Концентрат молочного белка |
Желатин |
|||
|
Содержание аминокислот, г/100 г |
Аминокислотный скор к эталонному белку, % |
Содержание аминокислот, г/100 г |
Аминокислотный скор к эталонному белку, % |
Содержание аминокислот, г/100 г |
Аминокислотный скор к эталонному белку, % |
|
|
Треонин |
5,2 |
107,6 |
4,9 |
101,5 |
2,20 |
45,4 |
|
Валин |
5,1 |
69,4 |
7,2 |
97,9 |
3,30 |
44,9 |
|
Метионин |
2,2 |
53,3 |
2,8 |
67,8 |
0,90 |
21,8 |
|
Изолейцин |
5,5 |
87,5 |
6,1 |
97,1 |
1,80 |
28,6 |
|
Лейцин |
12,3 |
134,1 |
9,2 |
100,3 |
3,40 |
37,0 |
|
Фенилаланин |
3,5 |
52,0 |
5,0 |
74,3 |
2,55 |
37,9 |
|
Лизин |
9,4 |
137,6 |
8,2 |
120,0 |
4,60 |
67,3 |
|
Триптофан |
2,9 |
171,6 |
1,7 |
100,6 |
1,00 |
59,2 |
составом аминокислот в эталонном белке (белок куриного яйца) по аминокислотной шкале комитета ФАО/ВОЗ, расчетом аминокислотного скора, который рассчитывается по формуле:
𝐴𝐴𝑗𝑗
Уменьшение патоки приводит к быстрому просахариванию желейной массы в процессе хранения, а увеличение – ослаблению студнеобразной структуры массы, понижению величины пластической прочности.
|
𝑗𝑗
(1)
При установлении оптимального количества студнеобразователя (8–12 %) определяли
|
- аминокислотный скор j-й аминокислоты
изменение структурно-механических показателей
белка, %;
|
|
|
|
Полученные данные представлены в таблице 2. Из данных таблицы следует, что выбранные для обогащения изделия концентраты молочного и сывороточных белков имеют высокий индекс биологической ценности (от 53 % до 170 %) по отдельным видам аминокислот.
Биологическая ценность желатина ниже (от 22 % до 67 %).
Однако желатин необходимо использовать как студнеобразователь.
В рецептуре желейного мармелада большое значение имеет соотношение сахара и патоки для получения необходимого количества редуцирующих веществ, от которых зависит структура изделия, изменение качества в процессе хранения.
Исследования показали, что оптимальным является добавление патоки 25–30 % по массе выхода.
желейной массы: деформацию образца при сжатии, ее эластичность, а также определялась органолептическая оценка консистенции.
Исследования показали, что при добавлении желатина в количестве 10–12 % эластичность массы – 1 и она приобретает «жевательные» свойства, что нежелательно.
Для получения студнеобразной структуры необходимо добавить 8 % желатина. Эластичность массы при этом составляет 0,7.
Для обогащения изделия белком использовали концентраты молочного и сывороточного белков в количестве 3–7 % по массе выхода.
Сывороточные белки лактоглобулин и лактоальбумин, а также молочный белок казеин при воздействии высокой температуры денатурируют, что ведет к изменению их функционально- технологических свойств. Денатурация сопровождается потерей устойчивости белковых глобул, которая сопровождается их агрегированием, в результате которой образуются более крупные частицы (образование хлопьев) [20] .
Вода Молочный
белок
Сахар Патока
Набухание белка
Т= 1–2 часа
t 20–25 °С
Растворение белка
t 35–40 °С
Приготовление сахаро- белкового раствора
t 75–80 °С
Приготовление сахаро- белково-паточного сиропа
t 114–115 °С
Рисунок 1 – Схема приготовления сахаро-белково-паточного сиропа для предотвращения денатурации белка
Figure 1 – Diagram of the preparation of sugar-protein-molar syrup to prevent protein denaturation
Таблица 3 – Влияние массовой доли белка на вязкость желейной массы
Table 3 – Effect of protein mass fraction on the viscosity of the jelly mass
|
Массовая доля белка, % |
Концентрат сывороточного белка |
|
Концентрат молочного белка |
Примечание |
||
|
Влажность массы, % |
Эффективная вязкость, Па·с при ε=40 с-1 |
Влажность массы, % |
Эффективная вязкость, Па·с при ε=40 с-1 |
|||
|
3,0 |
20,5 |
6,2 |
22,3 |
|
6,8 |
Уваривание массы и ее формование без затруднений |
|
5,0 |
20,3 |
7,5 |
22,5 |
|
8,2 |
Уваривание массы и ее формование без затруднений |
|
7,0 |
20,5 |
9,0 |
22,4 |
|
10 |
Уваривание массы затруднено |
Таблица 4 – Показатели индекса биологической ценности мармелада в зависимости от используемого сырья
Table 4 – Indicators of the index of the biological value of marmalade according to the raw material
|
Наименование аминокислот |
Аминокислотный скор к эталонному белку, % |
|
|
Концентрат молочного белка 5%, желатин 8% |
Концентрат сывороточного белка 5%, желатин 8% |
|
|
Треонин |
65,95 |
68,3 |
|
Валин |
64,27 |
54,4 |
|
Метионин |
38,58 |
33,8 |
|
Изолейцин |
53,65 |
50,0 |
|
Лейцин |
60,16 |
72,4 |
|
Фенилаланин |
51,18 |
43,1 |
|
Лизин |
86,59 |
92,7 |
|
Триптофан |
74,29 |
100,0 |
Таблица 5 – Показатели пищевой и энергетической ценности желейного мармелада
Table 5 – Food and energy value indicators of jelly marmalade
|
Наименование |
Пищевая ценность на 100 г продукта, г |
Энергетическая ценность 100 г продукта, кДж/ккал |
Энергетическая ценность обеспеченная белком, % |
||
|
Белки |
Жиры |
Углеводы |
|||
|
«Мармелад желейный с молочным белком» |
11,2 |
0 |
62,4 |
1317/315 |
14,2 |
Для предотвращения денатурации белков разработан способ их введения в процессе уваривания желейной массы (рис. 1)
Из рисунка видно, что уваривание массы до 114–115 °С происходит только после добавления в сахаро-белковый раствор патоки.
При таком способе введения молочных белков концентрированные растворы сахаров адсорбируются на поверхности глобул белков и образуют гидрофильные комплексы, которые защищают белки от денатурации.
Для уваривания и формования желейной массы большое значение имеет ее вязкость.
Исследования показали, что при добавлении в рецептуру концентратов молочного и сывороточного белков вязкость увеличивается (табл. 3).
Из таблицы видно, что концентрат молочного белка в большей степени повышает вязкость массы, что объясняется его большой молекулярной масссой около 250000, и не позволяет уваривать желейную массу до влажности менее 22 %.
Оптимальным является добавление 5 % концентратов белка по массе выхода.
Для получения желейной массы в сахаро- белково-паточный сироп, охлажденный до 85 °С, добавляется расплавленный желатин, лимонная кислота, ароматизатор.
Масса тщательно перемешивается и формуется отливкой в крахмал или тефлоновые формы.
Структурообразование желейных изделий происходит при температуре 8–10 °С в течение 20–30 минут.
Представляло интерес определение биологической ценности полученного изделия при содержании в рецептуре 5 % концентратов молочного или сывороточного белков и 8 % желатина.
Для этого был рассчитан аминокислотный скор (индекс биологической ценности) (табл. 4).
Из таблицы видно, что используемое белоксодержащее сырье для обогащения мармелада является оптимальным, так как индекс биологической ценности изделия высокий и по отдельным аминокислотам молочного белка составляет от 38 % до 86 %, сывороточного белка от 34 % до 100 % по отношению к аминокислотному составу эталонного белка (белок куриного яйца).
Показатели пищевой и энергетической ценности изделия представлены в таблице 5.
Из таблицы следует, что 14,2 % энергетической ценности изделия обеспечивается белком с высоким индексом биологической ценности.
В результате исследований разработана технология получения желейного мармелада повышенной биологической ценности с использованием молочного и сывороточного белков. Общее количество белка в изделии составляет 11,2 г на 100 г изделия.
Выводы
Таким образом, определено белоксодержащее сырье для обогащения желейного мармелада: концентрат молочного белка с содержанием белка 80 %, концентрат сывороточного белка с содержанием белка 80 %. Они имеют высокий индекс биологической ценности (от 53 % до 170 %) по отдельным видам аминокислот.
В качестве студнеобразователя выбран желатин, содержащий 87,2 % белка.
Определено их оптимальное значение: молочного и сывороточного белков 5 %, желатина 8 % по массе выхода.
Разработан способ введения белков в процессе приготовления желейной массы для предотвращения их денатурации при температуре 114–115 °С.
Установлено их влияние на структурно- механические и физико-химические показатели изделия.
Разработан способ структурообразования изделий: выстаивание корпусов при температуре 8–10 °С в течение 20–30 минут.
Полученный по разработанной технологии желейный мармелад имеет повышенную биологи- ческую ценность за счет содержания белка (11,2 г на 100 г изделия). При этом 14,2 % энергетической ценности обеспечивается также белком с высоким индексом биологической ценности. В соответствии с нормативной документацией ГОСТ Р 55577- 2013 «Продукты пищевые специализированные и функциональные. Информация об отличительных признаках и эффективности», такое изделие является «источником белка» функциональной направленности.
Конфликт интересов
Конфликт интересов отсутствует.
1. Spirichev V.B., Shatnyuk L.N., and Pozdnyakovskiy V.M. Obogashchenie pishchevykh produktov vitaminami i mineralʹnymi veshchestvami. Nauka i tekhnologiya [Food fortification with vitamins and minerals. Science and technology]. Novosibirsk: Siberian University Publ., 2004. 547 p. (In Russ.).
2. Krylova E.N., Mavrina E.N., and Savenkova T.V. Sweeteners in Fruit Jelly on Gelatin. Confectionary manufacture, 2016, no. 5, pp. 16–17. (In Russ.).
3. Magomedov G.O., Lobosova L.A., Arsanukaev I.H., and Kharlamova E.V. Fruit-Jelly marmalade with the sweetener.Confectionary manufacture, 2013, no. 5, pp. 18–19. (In Russ.).
4. Krylova E.N., Savenkova T.V., and Mavrina E.N. The Use of Sweeteners in the Productio of Fruit Jelly Candies. Confectionary manufacture, 2015, no. 6, pp. 17–18. (In Russ.).
5. Petrukhina I. Sakharozameniteli naturalʹnogo proiskhozhdeniya dlya proizvodstva konditerskikh izdeliy [Natural sweeteners in confectionery]. Confectionery and Baking Industry, 2017, vol. 169, no. 3–4, pp. 12–13. (In Russ.).
6. Magomedov G.O., Arsunukaev I.Kh., Oleynikova A.Ya., and Lobosova L.A. Novoe v tekhnike i tekhnologii marmelada funktsionalʹnogo naznacheniya [Modern methods and technology of functional marmalade]. Voronezh: Voronezh State University of Engineering Technologies Publ., 2009. 206 p. (In Russ.).
7. Magomedov G.O., Lobosova L.A., Magomedov M.G., et al. Jelly Marmalade with Soft Cream Cheese. Confectionary manufacture, 2017, no. 4, pp. 6–9. (In Russ.).
8. Lobosova L.A., Zhurakhova S.N., and Magomedova A.Z. Zheleyno-fruktovyy marmelad povyshennoy pishchevoy tsennosti [Jelly fruit marmalade with increased nutritional value]. Confectionery and Baking Industry, 2017, vol. 169, no. 3–4, pp. 40–41. (In Russ.).
9. Magomedov G.O., Lobosova L.A., Magomedov M.G., Zhurakhova S.N., and Magomedova A.Z. Technology of Enriched Fruit and Fruit Jelly Production. Confectionary manufacture, 2016, no. 2, pp. 10–12. (In Russ.).
10. Shestopalova N.E. Apelʹsinovye volokna CITRI-FI dlya dieticheskikh konditerskikh izdeliy [Orange fibers Citri-Fi for diet confectionery]. Confectionery and Baking Industry, 2013, vol. 146, no. 11–12, pp. 20–21. (In Russ.).
11. Stepanova Ye.N. and Tabatorovich A.N. Production technology and quality estimation of the enriched fruit candy. Storage and processing of farm products, 2010, no. 5, pp. 48–51. (In Russ.).
12. Artemova E.N. and Myasishcheva N.V. Ispolʹzovanie tekhnologicheskikh svoystv yagod krasnoy smorodiny novykh sortov v proizvodstve zheleynykh produktov [The use of technological properties of new varieties of red currants in jelly products]. Technology and the study of merchandise of innovative foodstuffs, 2010, no. 5, pp. 3–7. (In Russ.).
13. Skobelʹskaya Z.G. Marmelad profilakticheskogo naznacheniya [Preventive marmalade]. Confectionery and Baking Industry, 2015, vol. 155, no. 1–2, pp. 61–62. (In Russ.).
14. Tabatorovich A.N., Stepanova E.N., and Bakaytis V.I. Fruit jelly made of black chokeberry puree. Food processing industry, 2017, no. 7, pp. 54–57. (In Russ.).
15. Korostileva L.A., Parfenova T.V., Boyarova M.D., and Zaytseva P.V. Curd whey application in the marmalade production.Confectionary manufacture, 2012, no. 6, pp. 19–21. (In Russ.).
16. Tabatorovich A.N. and Khudyakova O.D. Making and quality assessment of enriched marmalade with hibiscus infusion.Goods Manager of Food Products, 2013, no. 6, pp. 4–10. (In Russ.).
17. Department of Agriculture, Agricultural Research Service, Nutrient Data Laboratory. USDA National Nutrient Database for Standard Reference, Release 28. Version Current: September 2015.
18. Lisitsyn A. B., Nikitina M.A., and Sus E.B. Evaluation of Protein Quality with Using of Computer Technologies. Food processing industry, 2016, no. 1, pp. 26–29. (In Russ.).
19. Minifay, B. Shokolad, konfety, karamel' i drugie konditerskie izdeliya / B. Minifay. – SPb: Professiya, 2005.– S. 276–277.
20. Minifay B. Shokolad, konfety, karamelʹ i drugie konditerskie izdeliya [Chocolate, sweets, caramel, and other pastries]. St. Petersburg: Professiya Publ., 2005. 276–277 pp. (In Russ.).
