Тема проекта: Разработка технологии живого йогурта на основе молока мелкого рогатого скота с капсулированным плодово-ягодным концентратом.

Актуальность.  Расширение ассортимента продуктов питания, содержащих полезные вещества для здоровья, соответствующих физиологическим потребностям человека является мировым трендом на сегодняшний день. Научные подходы к улучшению здоровья организма человека, а также его активной жизнедеятельности, основанные на массовом использовании кисломолочных продуктов с пробиотическими и пребиотическими свойствами, являются новым перспективным направлением в стратегии оздоровления всего населения. По научным данным японских ученых, использование молочнокислых бактерий и бифидобактерий в составе пробиотических препаратов и в продуктах питания функционального назначения уже в начале XXI-го века наполовину вытеснил существующий рынок химико-лекарственных препаратов.

На сегодняшний день одним из самых популярных кисломолочных напитков по всему миру является йогурт. Йогурт — это представитель класса ферментированных (кисломолочных или сквашенных) продуктов, а также популярный, современный и полезный молочный продукт, производство которого ежегодно увеличивается.

Биологические свойства йогурта выражаются в ингибировании патогенных микроорганизмов, стимуляции роста полезной микрофлоры кишечника и антиканцерогенном проявлении, но насколько бы ни был разнообразен ассортимент йогуртов по своим наполнителям, будь это ягоды, фрукты, злаки, то для производства в 95 % случаев используется сырье — коровье молоко.

Создание йогурта функционального назначения, имеющего сбалансированный состав, может быть реализован за счет многокомпонентности, в частности, путем комбинирования сырьяживотного (за счет использование молока различных животных)  и растительного происхождения. Для решения данной задачи большой интерес представляет использование овечьего и козьего молока для разработки новых рецептур и технологий молочных продуктов.

Целью работы является расширение ассортимента и повышение экспортного потенциала молочной продукции функционального назначения путем разработки технологии живого йогурта на основе молока овечьего и козьего молока с капсулированным плодово-ягодным концентратом.

Результаты исследований НИР за 2020-2021 гг.

Проведен патентный поиск глубиной в 20 лет по существующим технологиям и рецептам производства живого йогурта, в результате было отобрано 141 еденица охранных документов. Охранные документы России, Китая, США, Франции, Международного бюро ВОИС и Европейского патентного ведомства и др., отмечены как наиболее ярко отражающие развитие данной отрасли.

В результате анализа отобранной патентной документации установлено, что наибольшее количество охранных документов у России — 37 ед., США — 24 ед., Китай — 19 ед.

Получены результаты физико-химического состава (органолептические показатели качества, влажность, сухие вещества, СОМО, белок, жир, лактоза, плотность, титруемая кислотность, активная кислотность pH, температура замерзания и вязкость) и технологических свойств (термоустойчивость, свертываемость) овечьего и козьего молока 4-х парод овец (Казахский тонкорунный, Меринос, Едильбай и Иль Де Франц) и 3 парод коз (Зааненская, Нубийская и Альпийская) собранного в осенний период лактации (сентябрь-октябрь).

Обоснованы и разработаны рецептуры, исследованы технологические процессы и технология получения живого йогурта функционального назначения на основе овечьего и козьего молока.

Составлены рецептуры: Рецептура №1 для йогурта из овечьего молока (на 100 кг продукта без учета потерь). 1- й вариант: молоко овечье цельное — 96,0 кг, закваска на обезжиренном молоке — 4,0кг; 2 — й вариант: молоко овечье цельное – 100 кг; закваска прямого внесения с активностью — 10U. Рецептура №2 для йогурта на основе козьего молока (на 100 кг продукта без учета потерь): 1 — й вариант: молоко козье, цельное — 95,0 кг, закваска на обезжиренном молоке — 5,0 кг; 2 — й вариант: молоко козье цельное – 100 кг; закваска прямого внесения с активностью — 10U.

Исследованы процессы: прием и подготовка сырья, обработка сырья и фильтрование, пастеризация, гомогенизация, охлаждение до процесса заквашивания, сквашивание, охлаждение, розлив, доохлаждение и хранение.

Разработана технология живого йогурта функционального назначения на основе овечьего и козьего молока:

1. Молоко принимают по количеству и качеству, установленному лабораторией производства. Отобранное молоко нормализуют по содержанию жира и сухих обезжиренных веществ согласно рецептуре для данного вида йогурта, далее очищают на центробежных очистителях.
2. Нормализованное молоко пастеризуют при температурах 85-87°С с выдержкой 5-10 минут, или 90-92°С с выдержкой 2-5 с для более полного уничтожения микрофлоры, разрушения ферментов, лучшего развития закваски, улучшения консистенции продукта.
3. Затем молоко охлаждают до оптимальной температуры сквашивания 40-42°С, и в него немедленно вносят закваску, чтобы предотвратить развитие посторонней микрофлоры.
4. Заквашивают и сквашивают молоко в резервуаре с охлаждаемой рубашкой, снабженным специальными мешалками для равномерного перемешивания молоко и сгустка.
5. Заквашивают заквасками: термофильного стрептококка Streptococcus thermophillus, болгарской палочки Lactobacillus bulgaricus, ацидофильной палочки Lactobacillus acidophilus, вносят живые клетки пробиотических Bifidobacterium bifidum культур для получения биойогурта.
6. По окончании сквашивания йогурт немедленно охлаждают. При термостатном способе его направляют в холодильную камеру, где он охлаждается до температуры 6-8°С. Перемещать продукт следует осторожно, чтобы не допустить нарушения сгустка. Сгусток, полученный резервуарным способом перемешивают и охлаждают в той же емкости подачей ледяной воды в рубашку резервуара.
7. Продукт расфасовывают в потребительскую тару, укупоривают согласно с требованиями действующих технических условий, далее расфасовывают капсулированный витаминизированный концентрат, укупоривают и направляют для созревания и охлаждения до температуры не выше 6°С. После чего йогурт транспортируют, реализуют.
8. Готовый йогурт хранят при температуре 4±2°С и влажности 85-90% в условиях строгого санитарно-гигиенического режима.

Отработаны два щадящие способа изготовления концентратов из плодов и ягод в соответствии со специфичностью сырья:

1 способ, для сырья поддающемуся прямому отжиму (яблоки, виноград, вишня и др.), включает в себя: мойку, прямой отжим, фильтрацию от крупных примесей, концентрирование (при 56ºС и давлении 0,7атм), пастеризацию (при 80ºС, в течение 15 мин) и упаковку.

2 способ, для сырья не подвергающемуся прямому отжиму (малина, земляника, смородина и др.), включает в себя: мойку, гомогенизацию, экстракцию (при 50 ºС в течение 15 мин) с добавлением гидромодуля (1:1 или 1:0,5), фильтрацию от крупных примесей, концентрирование (при 56ºС и давлении 0,7атм), пастеризацию (при 80ºС, в течение 15 мин) и упаковку.

Принятые способы изготовления концентратов позволили максимально сохранить содержание, особенно, нестабильного витамина С и получить технологически пригодное для капсулирования сырье с отличным товарным видом, ярким вкусом и ароматом.

Проведен анализ физико-химических и биохимических показателей районированного сырья, в частности:

— вишни «Любская» (витамин «С» — 10,03 мг/%; общий сахар — 9,72%; общая титруемая кислотность — 1,25%; растворимые сухие вещества — 16,5 %; содержание нитратов — 35 мг/кг);

— винограда «Кибрайский ранний» (витамин «С» — 4,0 мг/%; общий сахар — 18,2%; общая титруемая кислотность — 0,60%; растворимые сухие вещества — 19,2%; содержание нитратов — 40 мг/кг);

— яблок «Голден Делишес» (витамин «С» — 12,8 мг/%; общий сахар — 12,91%; общая титруемая кислотность — 0,74%; растворимые сухие вещества — 15,2%; содержание нитратов — 37 мг/кг);

— чёрной смородины «Минай Шмырёв» (витамин «С» — 124,7мг/%; общий сахар — 7,42%; общая титруемая кислотность — 3,26%; растворимые сухие вещества — 12,4%; содержание нитратов — 29 мг/кг);

— земляники «Зенга-Зенгана» (витамин «С» — 20,65 мг/%; общий сахар — 5,87%; общая титруемая кислотность — 1,07%; растворимые сухие вещества — 8,0%; содержание нитратов — 32 мг/кг);

— малины «Новость Кузьмина» (витамин «С» — 26,45 мг/%; общий сахар — 6,41%; общая титруемая кислотность — 1,02 %; растворимые сухие вещества — 9,50%; содержание нитратов — 38 мг/кг). Результаты исследования указывают на пригодность их использования в качестве основного сырья для изготовления соковых концентратов. Произрастающие на территории РК выше перечисленные плоды и ягоды по органолептическим показателям не уступают импортной продукции, обладают насыщенным вкусом, ярким цветом и ароматом.

Проведен анализ физико-химических и биохимических показателей капсулированных концентратов:

— из вишни «Любская» (витамин «С» — 13,8 мг/%; общий сахар — 12,96%; общая титруемая кислотность — 1,70%; растворимые сухие вещества — 22,0%), по органолептическим свойствам имеет ярко-выраженный вишневый кисловатый вкус и аромат, цвет — насыщенно-красный;

— из винограда «Кибрайский ранний» (витамин «С» — 4,06 мг/%; общий сахар — 26,4%; общая титруемая кислотность — 0,82%; растворимые сухие вещества — 25,0%), по органолептическим свойствам имеет ярко-выраженный сладкий виноградный вкус и аромат, цвет — насыщенно-бордовый, без посторонних примесей;

— из яблок «Голден Делишес» (витамин «С» — 14,2 мг/%; общий сахар — 20,8 %; общая титруемая кислотность — 1,17%; растворимые сухие вещества — 24,0%), по органолептическим свойствам имеет кисло-сладкий вкус яблочного сока, цвет — темно-желтый, без посторонних примесей;

— из чёрной смородины «Минай Шмырёв» (витамин «С» — 140,4 мг/%; общий сахар — 14,4%; общая титруемая кислотность — 1,40%; растворимые сухие вещества — 24,0%), по органолептическим свойствам имеет яркий кислый вкус смородины, цвет — красно-черный;

— из земляники «Зенга-Зенгана» (витамин «С» — 24,5 мг/%; общий сахар — 14,8%; общая титруемая кислотность — 2,54%; растворимые сухие вещества — 20,0%), по органолептическим свойствам имеет яркий кисло-сладкий вкус земляники, цвет — красный, без посторонних примесей;

— из малины «Новость Кузьмина» (витамин «С» — 48,0 мг/%; общий сахар — 14,0%; общая титруемая кислотность — 2,12%; растворимые сухие вещества — 20,0%), по органолептическим свойствам имеет яркий кисло-сладкий вкус малины, цвет — красный, без посторонних примесей.

Кроме того, разработаны 11 рецептов концентратов на основе смешивания вышеперечисленных ингредиентов при различных концентрациях. Рецепты разделены на 2 группы — 1 группа «до 7 лет», вторая группа «7+» в зависимости от используемых ингредиентов.

Обоснован выбор оболочки из альгината натрия для изготовления капсул — поскольку наполнителем является водосодержащая субстанция, для формирования капсул необходимо использование нерастворимой оболочки. Желатин, широко применяемый в производстве капсул для сухих порошков и бальзамов (масла) не подходит, ввиду его растворимости в воде. Что касается агара и альгината натрия, пектина и др., также широко применяемых для производства мягких съедобных капсул, то они могут быть применимы, но однако между ними есть существенное различие — агаровые и пектиновые сферы отличаются от альгинатных сфер, отсутствием жидкого центра, что не является подходящим к концепции проекта, которая заключатся в создании лопающихся капсул плодово-ягодных концентратов, которые в последующем в сочетании с йогуртом из овечьего и козьего молока (ОКМ) создадут яркий вкус.

В лабораторных условиях был отработан технологический режим изготовления альгинатных капсул капельным методом. Для нормального формирования капсул Ph наполнителя не должен быть ниже 4 единиц, для понижения кислотности концентратов используется цитрат натрия. Концентрация альгината не выше 1% и концентрация кальциевой соли — 1%. Для предотвращения процесса желефикации необходимо нагреть сферы в ванне с водой до 85°С в течение 10 минут. При такой манипуляции процесс желефикации останавливается, и центр сферы остается жидким. Выработаны опытные образцы – они оказались стабильными при хранении их в нейтральной среде наполнителя.

Определены основные структурно-механические свойства йогурта после смешивания его с капсулами при температуре хранения (+3°С…+5°С), а также при комнатной температуре (+18°С…+22°С) и по результатам сенсорной оценки качества и текстуры йогурта из ОКМ смешанного с капсулами по М.Боурну: вкус — сочетание вкуса наполнителя капсул с нейтральным вкусом йогуртом из ОКМ, раскрывает при потреблении, в частности при раскусывании капсул и выхода наполнителя; запах — при смешивании йогурт обретает запах ингредиентов наполнителя; цвет — при смешивании йогурт окрашивается в нейтральный цвет наполнителя; текстура по осязательной оценке — йогурт не меняет своей консистенции, однако при потреблении появляется ощущение зернистости от капсул, и волокнистости и сочности вкуса наполнителя после раскусывания капсулы; текстура по кинетической оценке — в отдельности чувствуются консистенция йогурта и консистенция желеобразных капсул с наполнителем; текстура по слуховой оценке — при потреблении появляется лёгкий хруст капсул; текстура по визуальной оценке — меняется структура, йогурт приобретает форму наполненной капсулами йогурта.

Установлено, что йогурт не подвергается порче в связи с нейтральной средой капсул, смешивание однородной структуры йогурта с капсулами положительно влияет на вкусовую гамму, продукт приобретает новый вид и вкус, при этом, не теряя свое качество, как при температуре хранения, так и при комнатной температуре.

Исследован процесс кислотообразования в молочных смесях с капсулированным плодового-ягодным и фруктовым концентратом. Установлено, что молочная смесь, добавленная закваски Lactobacillus bulgaricus, обладает низкой кислотообразующей активностью; предложено применение комбинированной закваски Lactobacillus acidophilus. Добавление в молочную смесь плодово-ягодного и фруктового концентрата положительно влияет на активность кислотообразования. В процессе сквашивания продукта значение рН варьировало в пределах от 4.6 до 4.83.

Исследованы реологические свойства живых йогуртов из ОКМ (вязкость и напряжение сдвига, зависимость вязкости от градиента скорости и содержания растительных добавок). Были изучены реологические показатели йогуртов, приготовленных из молока отобранных пород овец. Измерения проводили на ротационном вискозиметре. При температуре 25 °С, скорости вращения шпинделя от 0 до 200 об/мин. Контролем служил образец йогурта, приготовленный из коровьего молока. Диапазон измерения вязкости опытных вариантов йогуртов зависит от скорости вращения шпинделя, его размеров и формы, а также от размеров и формы контейнера с образцами, в котором вращался шпиндель, и линейного диапазона момента кручения калиброванной пружины. Момент кручения для калиброванной пружины в модели — RVDV-II+ Pro составляет 0,7187 мН×м (или 7187,0 Дин×см).

Исследованы качественные показатели новых разработанных живых йогуртов с капсулированным концентратом на основе ОКМ. По результатам исследований можно сделать вывод, что при выработке йогуртов из овечьего молока не требуется дополнительное внесение молочного белка для повышения сухих веществ в продукте, например: количество сухих веществ в овечьем молоке Казахской тонкорунной породы составляет 17,51, а в йогурте 18,42; в молоке породы Южноказахском мериносе количество сухих веществ 14,44, в йогурте 18,0; в молоке породы Мясного мериноса количество сухих веществ 16,8, в йогурте 19,14; в молоке породы Ордабасы количество сухих веществ 15,8, в йогурте 18,86. Кислотность в йогурте у всех пород овец колеблется от 75°Т до 95°Т. Массовая доля жира составляет от 5,6% — 7,84%. СОМО в пределах 9,5.

По органолептическим показателям йогурты соответствуют требованиям стандарта: цвет — белый со слегка желтоватым оттенком, запах — чистый кисломолочный, внешний вид и консистенция — густая, однородная без хлопьев, вкус — приятный, сладковатый.

Приобретены и проведены запуски и отработка режимов работы мини модулей технологической цепочки по производству йогурта и инкапсулирования витаминизированного концентрата; производится выработка опытных партий и установление сроков, режимов хранения живых йогуртов на основе овечьего и козьего молока с капсулированными концентратами различных плодов, ягод и фруктов. Работа будет продолжена.

По результатам НИР, опубликовано:

1. Проектирование и моделирование новых продуктов питания. Вестник ЮУрГУ. Серия «Пищевые и биотехнологии». 2021. 9, № 3. С. 23-31. Авторы: А.Б. Оспанов,              Ш.М. Велямов, Б.О. Кулжанова, Р.К. Макеева, М.Ж. Бектурсунова, Н.З. Оспанов, М.М. Патсаев Т. Журнал входит в РИНЦ. doi: 10.14529/food210303.
2. Исследование физико-химического состава и технологических свойств овечьего и козьего молока в летний период лактации. Теоретический и научно-практический журнал «Хранение и переработка сельскохозяйственной продукции (ХИПС)» №2 — 2021, ФГБОУ ВО МГУПП, ISSN 2072-9669 eISSN 2658-767X, стр. 64-74.Авторы: Оспанов А.Б., Құлжанова Б.О., Щетинина Е.М., Велямов Ш.М., Макеева Р.К., Бектурсунова М.Д.Журнал входит в перечень RSCI. https://doi.org/10.36107/spfp.2021.237.
3. Study of physical and chemical composition and Technological properties of milk of Kazakhstan sheep and goat breeds during the summer lactation period. The ІІІ International Science Conference «Modern Science and Practice», 04 — 06 оctober, 2021. Varna, Bulgaria. ISBN — 978-9-40362-457-0, р. 9-15. Авторы: Оспанов А.Б., Құлжанова Б.О., Макеева Р.К. URL: https://eu-conf.com.
4. Перспективное направление развития молочной промышленности Казахстана: получение и переработка молока мелкого рогатого скота. Принято на 4-е издание журнала «Ползуновский вестник», индексируемом в научной базе ВАК РФ. Авторы: Оспанов А.Б., Щетинина Е.М., Құлжанова Б.О., Макеева Р.К.https://polzvestnik.altstu.ru/polz_vestnik/2021_3/85/.
5. Development of yogurt production in Kazakhstan made from sheep’s and goat’s milk with capsulated fruit and berry concentrates. International Conference on «Embracing and Transformation – Breakthrough Innovation and Creativity», 26 september, 2021. Авторы: Оспанов А.Б., Велямов Ш.М., Құлжанова Б.О., Бектурсунова М.Д., Макеева Р.К.(Получены сертификаты об участии, опубликование материалов конференции ожидается в декабре т.г.,).
6. Development of yogurt production in Kazakhstan made from sheep’s and goat’s milk with capsulated fruit and berry concentrates. Статьяподанав Journal of Management Information and Decision Science (Special Issue) having ISSN: 1524-7252. (Scopus. Percentile 52). Авторы: Оспанов А.Б., Велямов Ш.М., Құлжанова Б.О., Бектурсунова М.Д., Макеева Р.К.

Исполнители проекта:

Оспанов А.Б., руководитель проекта, д.т.н., член-корр. НАН РК – ORCID: 0000-0003-2396-3419

Кулжанова Б.О., ответственный исполнитель, снс – ORCID:  0000-0002-7266-8566

Велямов Ш.М., снс, PhD – ORCID: 0000-0002-5997-5182

Жаксыбаева Э.Ж., снс, PhD-докторант

Бектурсынова М.Ж., снс, PhD-докторант

Макеева Р.К., инженер-технолог

Патсаев М.М., мнс, магистрант

Оспанов Н.З., мнс, магистрант

Мамытбаев М.Т., мнс.