Молочные напитки из люпина

В соответствии с Федеральным законом 88-ФЗ «Технический регламент на молоко и молочную продукцию» введены понятия – заменитель молочного продукта (далее заменитель), состоящий в основном из немолочных компонентов; молочный напиток, обогащенный содержащий не менее 5 % молока или продуктов его переработки и др.

Для стабилизации структуры молочных напитков используют модифицированный крахмал, пектины  и другие компоненты, что ведет к их удорожанию. Более дешевыми могут быть напитки при сочетании молока с компонентами растительного происхождения, для которых  показателем стабилизации их структуры  является степень измельчения.

При измельчении ингредиентов растительного происхождения на устройствах типа коллоидная мельница происходит разделение белков на растворимую и нерастворимую фазы. В растворимой области происходит образование  гидроколлоидов. В нерастворимой коллоидные частицы создают композиты, устойчивые  к низким значениям рН, силам сдвига, воздействию на ионы макро- и микроэлементов, тепловой обработке.

Использование ингредиентов растительного происхождения предотвращает дестабилизацию структуры, и они могут удовлетворять технологическим и органолептическим требованиям молочного напитка.  В этой связи актуально проведение  работ по  изучению функциональных особенностей продуктов питания, сочетающих вышеуказанные ингредиенты в молочных напитках.

Молочные напитки можно представить  еще в виде  многокомпонентных смесей, в состав которых входят  зерновые и зернобобовые функциональные ингредиенты. Важным показателем таких смесей, является ее дисперсность, т. е. степень измельчения, которая придает продукту однородность. От степени измельчения растительных компонентов, из которых состоит продукт, зависит усвояемость организмом человека и устойчивость  структуры к расслоению.

Поэтому одним  из основных требований к этим продуктам питания является  создание тонкодисперсной структуры  зерновых и зернобобовых ингредиентов. Внесение в молочные напитки ингредиентов с тонкой дисперсной структурой позволит создать легкоусвояемые продукты, обладающие высокой пищевой и биологической ценностью, обогащенные полиненасыщенными жирными кислотами, пищевыми волокнами, витаминами, бета-каротинами и минеральными веществами.

Молочные напитки отличаются  видом и содержанием белков, значениями рН, технологическими условиями производства. Например, в молочных напитках с растительными компонентами кислотность рН=6,6-6,8 увеличиваются   сроки  годности. 

В России из зернобобовых ингредиентов наиболее востребованными являются  соя и горох, и начаты работы по использованию люпина продовольственного (ТУ 9716-1-11951678-23 гигиеническое заключение № 57.1.1..Т.94.9.3 от 16.9.23 г.).

Все вышеуказанные зернобобовые культуры являются высокобелковыми продуктами, так, например,  в горохе содержится  2-21% белка, в сое и люпине более 3,%, в зависимости от сорта и места произрастания, поэтому они могут являться сырьем для производства заменителей молочных продуктов.  

Наиболее известные заменители молочного  продукта – соевое молоко, где компонентами  являются соя и питьевая вода, а также молочные напитки обогащенные – смеси натурального обезжиренного молока с соевыми продуктами, такими как дезодорированная мука, концентраты, изоляты. ВНИИ люпина разработал аналогичный заменитель молочного продукта на основе люпина, который содержит в 1 раз больше каротина и каротиноидов, чем соя, имеет красивый лилово-желтоватый оттенок и лучшие потребительские свойства.

Проведем анализ пищевой ценности заменителей  молочного продукта из сои и люпина и сравним их с обезжиренным молоком. Данные табл. 1  свидетельствуют о том, что соевый и люпиновый  заменители молочного  продукта незначительно уступают обезжиренному молоку по пищевой  ценности и  по содержанию кальция, фосфора. Вместе с этим они содержат необходимую для человека клетчатку.

Таблица 1. Пищевая ценность натуральных молочных продуктов и заменителей  молочного продукта  (в расчете на 1 гр. продукта).

Сопоставление аминокислотного состава заменителя  молочного продукта из люпина и рекомендуемого аминокислотного состава продукта по данным ФАО ВОЗ приведено  на рис. 1.

Заменители  молочного продукта из сои и люпина изготавливаются  таким образом: люпин продовольственный или соя   перед приготовлением засыпается в емкость с   питьевой водой, выдерживается не менее  четырех часов для набухания, затем измельчается. Полученную смесь разбавляют  питьевой  водой, а затем  продукт пастеризуется при температуре 9-95С. По такой же технологии приготавливали в ТатНИИСХ заменители из  гороха, сои и люпина, а затем сушили (табл. 2).

Таблица 2. Сравнительная питательная ценность сухих заменителей и обезжиренного молока.

Рис. 1. Аминокислотный состав заменителя молочного продукта (питьевая вода –люпин).

Как видно из табл. 2, белка в  растительном заменителе из гороха содержится  на 36,4% меньше, чем в сухом обезжиренном молоке. В  заменителях  из люпина белка меньше на 16,1%, а у  сои на 7,7%.  Содержание  жира в люпиновом  и соевом заменителях соответственно в 2 и 5,5 раза выше, чем в сухом обезжиренном молоке,  По содержанию микроэлемента – железа все зернобобовые растительные заменители превосходят сухое обезжиренное молоко в 16-5 раз.  

Из исследований того же института  следует, что повышенная пищевая ценность и минимальные затраты при производстве свойственны  заменителям из люпина.Ранее основным компонентом в заменителях молочного  продукта  была питьевая вода. Вместо питьевой воды  по новой технологии обезгорчивания продовольственного люпина авторами использовалась молочная сыворотка, которая позволяет повысить пищевую ценность заменителя молочного продукта до обогащенного молочного напитка, обладающего  свойствами функционального продукта питания.

Такие продукты питания стоят дешевле в сравнении с молочными из-за меньшей стоимости продовольственного люпина и молочной сыворотки. Известны несколько видов молочной сыворотки: казеиновая; наиболее ценная – сырная; творожная..  Они имеют различные биохимические показатели и пищевую  ценность  и могут  использоваться для обезгорчивания семян люпина.

Таблица 3. Питательная ценность  различных видов молочной сыворотки, % сухого вещества.

Анализ таблицы 3 показывает, что молочная сыворотка содержит белка до ,8%  и жира до ,35%, лактозы – до 4,9%, что улучшает белковую и жировую  составляющую люпинового молочного напитка, по сравнению с заменителями  молочного продукта. Примечательно то, что лактоза – молочный сахар – составляет  27% от сладости сахарозы, но питательные свойства ее выше, чем сахарозы, и она легко усваивается организмом. Физико-химический состав молочных сывороток позволяет обогащать молочные напитки белками,  минеральными веществами и  улучшает соотношение между кальцием и фосфором. В молочной сыворотке обнаружено более 3 макро-, микро- и ультраэлементов. В молочную сыворотку переходят  практически все витамины молока. Белковый, углеводный и липидный комплексы молочной сыворотки, аминокислотный состав белков и содержание витаминов свидетельствует о ее высокой биологической ценности. Пищевая ценность молочной сыворотки включает все показатели – от доброкачественности до полной перевариваемости.

Известно, что в сырной сыворотке сохраняется значительная часть ферментного препарата (протеазы) и накапливаются чистые культуры молочнокислых бактерий, что будет положительно сказываться на процессе обезгорчивания семян люпина. Кроме этого, ее можно использовать как среду  для  обезгорчивания  люпина.

Проведенные авторами исследования по обезгорчиванию семян люпина показывают эффективность применения молочной сыворотки  как влагосодержащего обезгорчивателя и создающего  среду, необходимую для удаления алкалоидов.

Использование молочной сыворотки в качестве среды для обезгорчивания  улучшает питательные свойства люпинового молочного напитка. Авторами разработана концепция получения люпинового молочного напитка  на базе различных видов молочной сыворотки.

По запатентованной авторами технологии переработки семян люпина и посредством веществ, способствующих обезгорчиванию люпина, происходит  поглощение  семенами  люпина молочной сывороткой. Технологический процесс  происходит за определенное время и в среде, имеющей свои технологические показатели. За  счет созданной среды происходят обменные диффузионные процессы.

Следует отметить, что  в существующих технологиях зерно люпина перед обезгорчиванием измельчается,  а потери зерна могут составить до 2,% при этом обезгорчивании. В отличие  от известного способа,  обезгорчивание  зерна люпина  по запатентованной российской технологии  производится с целым зерном. Это дает возможность снизить потери белка зерна люпина.

Предлагаемая технология обезгорчивания заключается в следующем: после очистки от зерновых примесей зерно люпина поступает в накопительный бункер, промывается водой,  затем молочная сыворотка в определенных пропорциях смешивается с зерном люпина, и в нее добавляются обезгорчиватели. Смесь зерна люпина  с молочной сывороткой и обезгорчивателями выдерживается некоторое время с периодическим помешиванием. При проведении этого  процесса должны поддерживаться необходимые параметры:  кислотность рН, время, температура,  затем молочная сыворотка сливается в емкость  для очистки от вредных веществ и  повторного использования.

Далее зерно обезгорченного продовольственного люпина измельчается на мельнице влажного измельчения для получения однородной массы с минимальными размерами. Для нормализации молочного напитка  соединяют  некоторое количество свежей молочной сыворотки, смесь пастеризуется и охлаждается для расфасовывания в потребительскую тару.

Для изготовления молочного напитка можно использовать  гидродинамическую установку «Гидромикс» производства завода «Молмаш». Данная установка выполняет функции варки, перемешивания, измельчения, подогрева, пастеризации, гомогенизации (диспергирования), вакуумирования, охлаждения и выгрузки продукта. Авторами проводились исследования по получению тонкодисперсных структур из зерна продовольственного люпина на вышеуказанном оборудовании.

Необходимо отметить, что для люпинового молочного напитка является важным показателем степень измельчения зерна люпина, так, его оболочка, на которую приходится около 18-22,% от всего зерна, должна измельчаться до размеров частиц не более  2 мкм или же 1-12 мкм, т. к. их усвояемость организмом человека увеличивается на 3,%.

Другие рекомендации по степени измельчения предложены в работах Хвыли С. И. и др., где ими  рекомендованы   средние размеры частиц соевого белка, которые   находятся  в диапазоне 1,-25, мкм при  максимальных значениях 49,8 мкм, минимальных – 1,9 мкм.

С учетом вышеприведенных рекомендаций изучались размеры измельченных частиц в люпиновом молочном напитке. Для этого  проводили компьютерное сканирование с помощью  электронного микроскопа Воронежской технологической академии и математическую обработку результатов сканирования. При этом  установили, что влажное  диспергирование-измельчение целых зерен люпина  приводит к существенному уменьшению размеров частиц, а стабильность эмульсии существенно возрастает. Полученные размеры частиц соответствовали ранее полученным  рекомендациям.

Кроме факторов, определяющих обезгорчивание и степень  измельчения при замачивании люпина в молочной сыворотке, возникает необходимость в исследовании питательной и биологической ценности молочного напитка, которая характеризуется  его важными показателями –  аминокислотным,  минеральным и витаминным составами.

Сравнительный анализ аминокислотных составов, рекомендуемых ФАО ВОЗ, и люпинового молочного напитка показан на рис. 2.

Витаминный состав в   люпине продовольственном  витаминов группы В (В_1,В₂,В₁₂)

1,8 мгр./1 гр., в сое – ,61 мгр./1 гр., а в молочной сыворотке – 7,3 мгр./1 гр., что значительно повысит содержание витаминов в молочном напитке, особенно витамином В₄ – холина.

Общее содержание каротиноидов в люпине  1,-21, мгр. в 1 гр. продукта, в сырной сыворотке – ,13 мгр./1 гр., творожной – ,75 мгр./1 гр. В люпиновом молочном напитке каротиноиды составляют 1,-2,1 мгр./1 гр. при   средних нормах потребления – каротина для человека составляет ,8-,85, мгр./1 мл.

Одним из важных факторов продуктов функционально питания является его микроэлементный состав. Остановимся на таких основных микроэлементах, необходимых человеку, как кальций, фосфор, железо, медь и цинк. Люпиновый молочный напиток будет обогащаться  еще и   микроэлементами, содержащимися в  молочной сыворотке.

Фактическое потребление кальция человеком должно составлять 5,-75, мгр./сутки. При составлении  рационов питания необходимо стремиться к тому, чтобы соотношение кальций/фосфор не превышало 1:1,5. В люпине содержится кальция 155-195 мгр./1 гр., фосфора 39-473 мгр./1 гр., т. е. фосфора больше, в молочной сыворотке – кальция 65 мгр./1 гр., фосфора – 6 мгр./1 гр., т. е. практически одинаково.    Железа в люпине до 4,2 мгр./1 гр., а сое – до 8, мгр./1 гр.

Потребность человеческого  организма в микроэлементе железа невелика: 1 мгр. в сутки для мужчин и 18 мгр. для женщин. Повышенное содержание железа в рационе может гарантировать от нежелательных нарушений функции кроветворных органов. Избыток железа легко выводится из организма. В случае недостатка железа в организме страдает система тканевого дыхания, что влияет на  максимальную работоспособность человеческого организма.

С функцией железа в синтезе гемоглобина крови  тесно связана медь как  кроветворный микроэлемент, активно участвующий в синтезе гемоглобина.

Медь необходима для превращения, поступающего с пищей железа в органически связанную форму. Кроме того, она способствует переносу железа в костный мозг и  участвует в построении ряда ферментов и белков. Меди в люпине 5,2-7,2 мгр./1 гр.

Биологическая роль цинка определяется его необходимостью для нормального роста, развития и полового созревания человека, вкусовосприятия и обоняния, нормального течения процессов заживления ран. Им  поддерживаются функции  организма гипофиза, семенных и предстательных желез, поджелудочной железы.

Установлено участие цинка в реализации биологического действия инсулина. Гипогликемическое действие инсулина зависит от цинка, который постоянно присутствует в инсулине. С пищей взрослый человек должен получать 1-22 мгр. цинка в сутки. Молоко и молочные продукты бедны цинком, в зерне люпина его достаточное количество – 21-28,1 мгр./1 гр.

Для производства люпинового молочного напитка разработан бизнес-план, технический проект, подобрано и спроектировано производственное оборудование. Линия состоит из оборудования для подготовки и переработки семян люпина или других зернобобовых культур с удалением в них  антипищевых веществ. Линия  встраивается в оборудование любого молочного или сыродельного  производства.

Полученный люпиновый молочный напиток  использовался при изготовлении опытной партии сыра «Сулугуни». Внесенные в технологический процесс изменения не требовали дополнительных затрат на приобретение оборудования, себестоимость продукта снизилась,  полученный сырный продукт имел  хорошие органолептические показатели.

Можно заключить, во-первых, что молочная сыворотка, в отличие от питьевой воды, являясь  дешевым ингредиентом в сравнении с молоком и продуктами его переработки,  обогащает люпиновый молочный напиток питательными и биологически  ценными веществами. Во-вторых, молочная сыворотка является оптимальной средой для обезгорчивания семян люпина, т. к. в ней присутствует молочная кислота, за счет которой можно создавать условия для изменения кислотности среды, т. е. величины рН. И, в-третьих, люпиновый молочный напиток, состоящий из молочной сыворотки и обезгорченного люпина,  имеет лучший биохимический состав и питательную ценность в сравнении с люпиновым заменителем молочного продукта – за счет повышенного содержания в них белка, каротина и некоторых микроэлементов.

Авторы: Король В. Ф., к.т.н., доц., Лахмоткина Г. Н. г. Брянск, РГТЭУ