Krasnoyarsk, Krasnoyarsk, Russian Federation
The paper presents improved formulations and technologies of bioygurt using hydroxylated (water-soluble) fullerene C60(OH)20-24. Compiled formulation of prototypes of bioyoghurt 3.2 % fat content with its introduction into the milk mixture at the stage of normalization (0.04 and 0.08 % by weight of the mixture). Fullerene was produced using biological synthesis at the L.V. Kirensky Institute of Physics SB RAS in the Laboratory of analytical methods for the study of matter. To obtain water-soluble fullerenes, fullerene-containing soot was synthesized in an installation of the kilohertz frequency range at atmospheric pressure. The synthesis of hydroxylated (soluble) fullerene was carried out using nitric acid followed by hydrolysis of polynitrointermediates with water. Milk – raw material for the production of biogurt was used from the zoological farm of the Institute of Applied Biotechnology and Veterinary Medicine of the Krasnoyarsk State Agrarian University. The quality indicators of raw cow milk and finished product were determined by standardized methods operating in the territory of the Russian Federation. The use of hydroxylated fullerene in the bioyogurt formulation makes it possible to reduce the fermentation process by 0.5–1.5 hours, improve the fermentation process and increase the number of lactic acid microorganisms in the finished product. According to the most significant indicator of taste and aroma, the experimental samples did not differ from the control and were typical for a high-quality finished product. The introduction of 0.08 % (II prototype) of water-soluble fullerene into the milk mixture promoted a slight release of whey during fermentation. The appearance of insignificant grains in the test samples of the finished product can be prevented by preparation (holding the fullerene in skim milk for 2–4 hours and subsequent homogenization). This will distribute the introduced substance in the finished product more evenly. It is recommended to introduce fullerene at the pasteurization stage in order to comply with the sanitary and hygienic conditions of production.
normalized mixture, bio-yogurt, thermostatic production method, hydroxylated (soluble) fullerene C60(OH)20-24, organoleptic evaluation, number of lactic acid microorganisms.
Введение. На протяжении последних трех лет в Красноярском крае наблюдается рост производства цельномолочной продукции, в том числе йогурта (биойогурта). В 2019 г. стали производить на 5 % больше йогурта по сравнению с 2017 г., следовательно, спрос на этот продукт возрастает [1].
Биойогурт – кисломолочный продукт с повышенным содержанием сухих обезжиренных веществ молока, произведенный с использованием смеси заквасочных микроорганизмов – термофильных молочнокислых стрептококков и болгарской молочнокислой палочки, концентрация которых должна составлять не менее чем 107 КОЕ в 1 г продукта, с добавлением бифидобактерий или молочнокислой ацидофильной палочки или других пробиотических микроорганизмов, концентрация которых должна составлять не менее 106 КОЕ в 1 г продукта, или/и пребиотиков, с добавлением или без добавления различных немолочных компонентов [2].
Из специальных продуктов для здорового питания биойогурт превратился в популярную пищу [3].
Особый интерес представляет для исследований использование новых веществ фуллеренов, которые перспективны для использования в пищевой промышленности. Исследователи Сколтеха и Института проблем химической физики РАН вместе с учеными из Католического университета Левена нашли способ создавать растворимые в воде (гидроксилированные) соединения фуллеренов. Фуллерены представляют собой одну из аллотропных модификаций углерода: сферические молекулы обычно из 60 или 70 атомов. Соединения на основе фуллеренов считаются перспективной основой для создания новых лекарств, продуктов питания [4]. Так, анализ литературных источников показал, фуллерены имеют способность проявлять свойства антиоксиданта или окислителя. В качестве антиоксидантов они превосходят действие всех известных антиоксидантов в 100–1000 раз. Были проведены опыты на крысах, которых кормили фуллеренами в оливковом масле. При этом крысы жили вдвое дольше обычных и к тому же демонстрировали повышенную устойчивость к действию токсических факторов [5]. Ряд российских авторов исследовали влияние фуллерена С-60 на технологический процесс и качество ржаного хлеба [6].
Исследований использования водорастворимого фуллерена в рецептурах и технологиях пищевых продуктов проводится недостаточно, поэтому данное направление является перспективным.
Цель исследований. Изучить влияние гидроксилированного (водорастворимого) фуллерена С60(ОН)20-24 на процесс сквашивания (ферментации) молочной смеси в технологии биойогурта и оценить качество готового продукта.
Задачи исследований: совершенствовать технологию биойогурта с использованием гидроксилированного (водорастворимого) фуллерена С60(ОН)20-24, определить качественные показатели готового продукта.
Материал и методы исследований. Молоко коровье сырое для производства биойогурта отбирали и подготовливали к анализу на зооферме Института прикладной биотехнологии и ветеринарной медицины Красноярского ГАУ по ГОСТ 13928-84. В молоке сыром определяли массовую долю жира по ГОСТ 5867-90, белка – ГОСТ 25179-2014, сухого обезжиренного молочного остатка – ГОСТ Р 54761-2011, титруемую кислотность – ГОСТ Р 54669-2011, плотность – ГОСТ Р 54758-2011 [7].
Отбор проб готового продукта проводили по ГОСТ 26809.1-2014, органолептические показатели – по 20-балльной шкале, утвержденной Американской Ассоциацией по молочным продуктам, титруемую кислотность – ГОСТ 31976-2012, количество молочнокислых микроорганизмов – ГОСТ 10444.11-2013, гидроксилированный (водорастворимый) фуллерен С60(ОН)20–24 получали методом химического синтеза.
Результаты исследований и их обсуждение. На первом этапе при производстве биойогурта с внесением в рецептуру гидроксилированного фуллерена провели оценку качества молока коровьего сырого (табл.1).
Таблица 1
Физико-химические показатели молока коровьего сырого
|
Показатель |
ТР ТС 033/2013 |
ГОСТ 31449-2013 |
ГОСТ Р 52054-2003 |
Исследуемый образец |
|
Массовая доля белка, %, не менее |
2,8 |
2,8 |
2,8 |
2,8 |
|
Массовая доля жира, %, не менее |
2,8 |
2,8 |
– |
3,6 |
|
Массовая доля сухих обезжиренных веществ молока (СОМО), %, не менее |
8,2 |
8,2 |
– |
8,2 |
|
Кислотность, °Т |
16-21 |
16-21 |
16-21 |
17 |
|
Плотность, кг/м3, не менее |
1027 |
1027 |
1027-1028 |
1027,5 |
Как видно из таблицы 1, качество молока сырого соответствовало требованиям, установленным нормативными правовыми актами, действующими на территории РФ. В биойогурте массовая доля белка должна составлять не менее 3,2 %, СОМО – не менее 9,5 % [2]. В связи с этим была составлена рецептура молочной смеси опытных образцов биойогурта (табл. 2).
Таблица 2
Рецептура при производстве йогурта 3,2%-й жирности,
кг на 100 кг продукта без учета потерь
|
Сырье |
Образец |
||
|
Контрольный |
I опытный |
II опытный |
|
|
Молоко цельное 3,6 %-й жирности |
90,5 |
90,5 |
90,5 |
|
Молоко обезжиренное сухое (93 % сухих веществ) |
4,5 |
4,5 |
4,5 |
|
Молоко обезжиренное 0,05 %-й жирности |
5,0 |
5,0 |
5,0 |
|
Порошок гидроксилированного (водорастворимого) фуллерена С60(ОН)20–24 |
– |
0,00010 |
0,00019 |
|
Итого |
100 |
100 |
100 |
В лабораторных условиях производили модельные образцы биойогурта по 250 г каждый. Закваска состояла из лиофильно высушенных штаммов — Streptococcus thermophilus, Lactobacillus delbrueckii ssp. bulgaricus, Lactobacillus acidophilus, Bifidobacterium lactis. Всего в эксперименте было три образца биойогурта: контрольный производили по рецептуре таблицы 2, в I опытный образец на этапе нормализации вносили 0,00010 кг от массы смеси сухого порошка фуллерена С60(ОН)20–24, во II – 0,00019 кг.
Технологическая схема производства модельных образцов биойогурта представлена на рисунке 1.
Как видно из рисунка 1, последовательность операций при производстве опытных образцов биойогурта до заквашивания была традиционной и включала приемку и подготовку сырья, нормализацию по массовым долям жира и СОМО (способом смешивания в соответствии с рассчитанными рецептурами таблицы 2), очистку, гомогенизацию, пастеризацию и охлаждение до температуры заквашивания. На этапе заквашивания в подготовленную нормализованную смесь вносили лиофилизированную закваску (0,5 г на 1 кг смеси). Одновременно с закваской вводили в смесь сухой порошок гидроксилированного фуллерена (0,04–0,08 % от массы смеси), тщательно перемешивали в течение 15 мин и ставили в термостат при температуре 41±2 °С для сквашивания. Окончание сквашивания (ферментации) определяли по титруемой кислотности (табл. 3).
Рис. 1. Технологическая схема производства биойогурта с гидроксилированным фуллереном
Таблица 3
Кислотность молочного сгустка и продолжительность сквашивания
опытных образцов биойогурта
|
Показатель |
Образец |
||
|
контрольный |
I опытный |
II опытный |
|
|
Кислотность молочного сгустка, °Т |
74 |
81 |
80 |
|
Продолжительность сквашивания, ч |
8,0 |
7,0 |
6,5 |
Как видно из данных таблицы 3, процесс сквашивания прекращали при титруемой кислотности 74–80 °Т и направляли продукт на охлаждение до температуры 4±2 °С. Продолжительность сквашивания у II опытного образца была на 1,5 ч меньше по сравнению с контрольным. Это позволит экономить затраты на производство биойогурта. Таким образом, можно предположить, фуллерен, входящий в состав молочной смеси стимулировал рост и размножение молочнокислой закваски, используемой в эксперименте.
На заключительном этапе производства оценивали качество полученного продукта по органолептическим показателям (рис. 2).
Рис. 2. Органолептическая оценка качества опытных образцов биойогурта
Как видно из рисунка 2, минимальное количество баллов было установлено у II опытного образца биойгурта (18 баллов) по сравнению с контрольным (20 баллов), это связано с незначительным выделением сыворотки на поверхности сгустка (нежелательный синерезис), крупинчатостью сгустка и нетипичным сероватым цветом готового продукта. При оценке I опытного образца были получены такие же органолептические характеристики, за исключением сыворотки на поверхности сгустка. В опытных образцах биойгурта фуллерен набух, стал мягким, но его частички неравномерно распределялись в сгустке и придавали сероватый цвет продукту. В целом, если нивелировать крупинчатость и нетипичный оттенок опытных образцов биойогурта, по вкусу, аромату и консистенции они были идентичны контрольному образцу. Необходимо проводить дальнейшие исследования по определению этапа внесения данного вещества.
Для исследования количества молочнокислых микроорганизмов в готовом продукте опытные образцы были направлены в испытательный центр ФБУ «Красноярский ЦСМ». Результаты протоколов испытаний представлены в таблице 4.
Таблица 4
Количество молочнокислых микроорганизмов в биойогурте в конце срока хранения, КОЕ/г
|
Показатель |
Норма по ТР ТС 033/2013 |
ГОСТ 31981-2013 |
Образец |
||
|
Контрольный |
I опытный |
III опытный |
|||
|
Кол-во молочнокислых микроорганизмов |
Не менее 1·106 |
Не менее 1·106 |
3,0·106 |
4,0·107 |
5,0·107 |
Из таблицы 3 видно, количество молочнокислых микроорганизмов в конце срока хранения (5-е сутки) во всех опытных образцах возрастало по сравнению с контрольным: в I опытном образце – в 13,3 раза (при внесении 0,04 % фуллерена от массы смеси), во II – в 16,6 раза (при внесении 0,08 % фуллерена). Значительный рост молочнокислых микроорганизмов в опытных образцах по сравнению с котрольным можно объяснить использованием в рецептуре биойогурта гидроксилированного фуллерена (0,04–0,08 % от массы смеси).
Выводы. На основании проведенных исследований можно заключить, что при производстве биойгурта использование в рецептуре гидроксилированного фуллерена С60(ОН)20–24 (0,08 % от массы смеси) позволяет провести процесс сквашивания за 6,5 ч, что на 1,5 ч меньше по сравнению с контрольным образцом, способствует качественному повышению количества молочнокислых микроорганизмов в 16,6 раза, при незначительном ухудшении цвета на 2 балла (нетипичный для молочных продуктов) и крупинчатости сгустка.
1. Krasnoyarskiy kraevoy statisticheskiy ezhegodnik 2020. URL: https://krasstat.gks.ru/ folder/30015 (data obrascheniya: 21.09.2021).
2. GOST 31981-2013. Yogurty. Obschie tehnicheskie. URL: https://docs.cntd.ru/document/ 1200107778 (data obrascheniya: 21.09.2021).
3. Tamim A.Y., Robinson R.K. Yogurt i analogichnye kislomolochnye produkty: nauchnye osnovy i tehnologii / per. s angl. pod nauch. red. L.A. Zabodalovoy. SPb.: Professiya, 2003. 664 s.
4. Sozdan novyy metod polucheniya rastvorimyh fullerenov. URL: https://indicator.ru/ chemistry-and-materials/sozdan-novyi-metod-polucheniya-rastvorimykh-fullerenov-13-03-2020.htm (data obrascheniya: 22.09.2021).
5. Potehin V. Fulleren, ego proizvodstvo, svoystva i primenenie. URL: https://vtorayaindustrializaciya.rf/fulleren-allotropnaya-forma-ugleroda (data obrascheniya: 20.09.2021).
6. Vliyanie vodorastvorimogo fullerena S-60 na kachestvo rzhanogo hleba / A.I. Mashanov, G.N. Churilov, N.V. Prisuhina [i dr.] // Vestnik KrasGAU. 2021. № 4. S. 148–153.
7. Fedorova E.G. Metody issledovaniya moloka i molochnyh produktov: ucheb. posobie / Krasnoyar. gos. agrar. un-t. Krasnoyarsk, 2017. 83 s.
