Оптимізація показників соусів емульсійного типу з додаванням білкових ізолятів рослинного походження

ехнологій та безпечності харчових продуктів

Даниленко С.Г.2, д.т.н., с.н.с., зав. відділу біотехнології

Крижська Т.А.1, к.т.н., старший викладач кафедри

технологій та безпечності харчових продуктів

Бовкун А.О.3, к.т.н., доцент, зав. кафедри переробки м'яса та молока

Гіріченко С.О.1, магістр

Статтю присвячено математичному моделюванню залежності кислотності та реологічних показників (стійкості емульсії) соусу емульсійного типу - майонезу від додавання білкового ізоляту коноплі. Мета роботи. Розробка рецептури соусу - майонезу. Спроектовано та представлено модель оптимізації показників якості соусу - майонез, як полікомпонентної системи, за оптимальними показниками у процесі 28-ми добового зберігання. Методи досліджень: У ході досліджень розроблено універсальну модель ортогонального центрального композиційного плану для оптимізації кислотного і перекисного чисел та стійкості емульсії полікомпонентних гетерогенних систем по критерію збалансованості за стандартними показниками. Результати. Проаналізовано та описано ортогональний центрально-композиційний план при трьох (n) факторах оптимізації полікомпонентних дисперсних систем та підтверджено однорідність дисперсії за допомогою G-критерія (Кохрена) при фіксованому рівні значущості x (0,05). Значимість статистичної моделі та надійність рівняння регресії визначали за допомогою F-критерія Фішера. Проведено органолептичну оцінку та визначення кислотності і стійкості емульсії кожної рецептурної композиції соусу - майонез з додаванням різних кількостей білкового ізоляту коноплі. Оцінку здійснювали в ході експерименту аналітичними методами та методом розробленого профільного аналізу по баловій шкалі. Після дослідження отриманих графічних даних, результатів безпосередніх вимірювань та інтерпретації рівняння регресії, оптимальною рецептурною композицією соусу - майонез, з додаванням білкового ізоляту коноплі, у якості емульгуючої основи, визначено зразок, який має найкращі показники активної і титрованої кислотності та в'язкості у продовж 28-ми добового зберігання при органолептичній оцінці 14,25. Сфера застосування. Соус - майонез може бути введений до складу раціонів харчування, як продукт фізіологічної дії.

Ключові слова: соуси емульсійного типу, соус - майонез, білковий ізолят коноплі, емульгатор, кислотне число, перекисне число, стабільність емульсії, оптимізація

Optimization of stability indicators of emulsion-type sauce with added protein isolates of plant origin

Abstract

The article is devoted to mathematical modeling of the dependence of acidity and rheological parameters (emulsion stability) of emulsion-type sauce - mayonnaise on the addition of hemp protein isolate. Purpose of work Development of a sauce recipe - mayonnaise. Designed and presented a model for optimizing the quality indicators of the sauce - mayonnaise, as a multicomponent system, with optimal performance in the process of 28-day storage. Materials and methods. In the course of the research, a universal model of an orthogonal central compositional plan was developed to optimize the acidity and stability of the emulsion of multicomponent heterogeneous systems according to the criterion of balance according to standard indicators. Results of research. The orthogonal central compositional plan is analyzed and described with three (n) optimization factors for multicomponent dispersed systems, and the homogeneity of dispersion is confirmed using the G-test (Cochran's) at a fixed significance level x (0.05). The significance of the statistical model and the reliability of the regression equation were determined using Fisher's F-test. Organoleptic evaluation and determination of acidity and stability of the emulsion of each recipe composition of the sauce - mayonnaise with the addition of various amounts of hemp protein isolate was carried out. The assessment was carried out in the course of the experiment by analytical methods and by the method of the developed profile analysis by points on a scale. After studying the obtained graphic data, the results of direct measurements and interpretation of the regression equation, the optimal recipe composition of the sauce-mayonnaise with the addition of hemp protein isolate as an emulsifying base, a sample was determined that has the best indicators of active and titratable acidity and viscosity during 28 days of storage at sensory evaluation 14.25. Scope. Mayonnaise sauce can be added to the diet as a product of physiological action.

Key words: emulsion-type sauces, sauce-mayonnaise, hemp protein isolate, emulsifier, acidity, emulsion stability, optimization

Вступ

Постановка проблеми. Майонези займають провідне місце серед різноманітних соусів та приправ на жировій основі. Вони легко засвоюються організмом та рекомендуються для повсякденного вживання у закладах ресторанного господарства при виготовленні різноманітних страв, бутербродів, салатів, тощо [1-3].

У даній роботі досліджується, як за допомогою методів математичного моделювання, а саме використання ортогонального центрально-композиційного плану, знаходити оптимальну кількість емульгатора - ізолята білка коноплі у соусі «Майонез» для збереження його показників якості під час зберігання [4,5].

Під час оптимізації враховується взаємозалежність та величина чотирьох факторів: кислотне число, перекисне число, стабільність емульсії та показників органолептичних досліджень. Дані по кислотному і перекисному числам та стабільності емульсії співставляються з показниками контрольного зразку виготовленого згідно ДСТУ 4487-2015 «Майонези». За основу береться класична технологія майонезу на основі оліє-жирової емульсії з додаванням емульгатора, стабілізатора та регулятора кислотності. Функція відгуку інтерпретується та досліджується, після чого робляться висновки щодо оптимальної кількості внесення в якості наповнювача ізолята білкового конопляного до рецептури соусу - майонез [6-7].

Важливістю досліджень у цій сфері є створення моделі, методичних рекомендації для створення асортименту соусів емульсійного типу із застосування емульгатору - білкового ізоляту коноплі, а також більш широкого впровадження їх у промисловість. Проаналізовані існуючі дані досліджень підтверджують, що білковий ізолят коноплі є біологічно багатою сировиною на вітаміни та макро -і мікроелементи, серед їх числа К та Fe, що оптимально підходить для приготування соусів з їх додаванням [8].

Проблемним місцем є визначення оптимальних показників кислотності та стабільності емульсії, щоб забезпечити якість соусу-майонез впродовж всього терміну зберігання при цьому задовольнити органолептичні вподобання споживача та отримати оптимально збалансований продукт за хімічним складом. Досягти цього досить складно оскільки обсяги дослідження занадто великі [9,10].

Ідея внесення білкового ізоляту коноплі до технології соусу-майонез пов'язана з декількома факторами. Одним з них є прагнення зменшити вміст жиру, шляхом часткової заміни у рецептурі яєчного жовтку, що дозволить отримати продукт ідеально збалансований для щоденного харчування. З іншого боку білковий ізолят, що отримують із відходів олієжирової промисловості (жмихів) є цінним джерелом білка, використання якого в свою чергу вирішує задачу продовольчого ресурсозбереження та безвідходного виробництва [11-12].

Позитивним моментом використання білкового ізоляту є, те що він поряд із значною біологічною цінністю володіє високими функціональними властивостями - емульгуючими, структуроутворюючими, вологоутримуючими. Він добре поєднується з яєчним жовтком та гірчицею, підсилює структуроутворюючі властивості, що проявляє кожний компонент окремо, що дозволяє поліпшити технологічні характеристики майонезних емульсій [13].

У вітчизняній концепції здорового харчування важливе місце займає використання рослинних білків у виробництві харчових продуктів. Загалом, продукти з використанням рослинних білків відносяться до здорових продуктів харчування з поліпшеним балансом поживних речовин у порівнянні з традиційними продуктами [14].

Продукти, отримані із насіння коноплі, розділяються на три групи, що відрізняються вмістом білка: білково-жирове борошно (45-50% вміст білка), білковий концентрат 65-70 % білка, білковий ізолят (більше 90% вміст білка). Найбільш високобілкові продукти - ізоляти - представляють собою найбільш очищений від небілкових компонентів продукт. Вони мають нейтральний смак, запах та колір, що коливається від світло кремового до білого. Ізоляти добре розчиняються у воді. При нагріванні розчинів та концентрованих суспензій ізоляти коноплі утворюють несинергуючі стійкі до зберігання драглі, що в свою чергу володіють високими вологоутримуючими властивостями. Ізоляти добре стабілізують емульсії жиру у воді, що є технологічно необхідно при виготовлені соусів-майонез [15].

Використання білкових ізолятів у якості емульгаторів при промисловому виробництві майонезу не передбачає зміни технології. Білковий ізолят утворює суспензію у воді, стерилізується та після охолодження потрапляє разом із іншими рецептурними інгредієнтами у емульгатор. Використання білкових ізолятів під час виробництва майонезу замість яєчного порошку забезпечує необхідну консистенцію продукту з пониженою жирністю за допомогою здатності білкових ізолятів коноплі утворювати розчини високої в'язкості [16-18].

Метою статті є: вивчення можливості використання білкового ізоляту коноплі, отриманого із насіння коноплі, у рецептурі соусу-майонез. Оптимізація залежності кислотності та реологічних показників (стійкості емульсії) соусу - майонез від додавання білкового ізоляту коноплі при одному з максимальних значень органолептики та створення універсальної моделі для інших рецептур соусів емульсійного типу, в яких використовується подібний емульгатор.

Для досягнення поставленої мети виконувались наступні завдання:

1. Розробка ортогонального центрально-композиційного плану при трьох (n) факторах оптимізації реологічних показників з фіксацією кожного з факторів на п'яти рівнях з урахуванням мінімальної і максимальної кількості ізоляту білку коноплі при незмінних основних характеристиках соусу-майонез.

2. Оцінка органолептичних властивостей кожної рецептурної композиції визначеної в ході експерименту.

3. Визначення близького до оптимального співвідношення кислотного та перекисного чисел і стабільності емульсії до аналогічних показників соусу-майонез виготовлених по ДСТУ 4487-2015 «Майонези», шляхом інтерпретація отриманих математичних даних щодо експерименту з урахуванням органолептичних показників.

Матеріали і методи дослідження

Для отримання ізоляту білку коноплі - тонкоподрібнений знежирений шрот насіння коноплі заливали 10-ти кратним 10%-м розчином хлориду натрію, збовтували за допомогою магнітної мішалки протягом 1 год. та залишали при температурі 0^оС на 16 год. Потім розчин білка відділяли від щільного залишку шляхом центрифугування. Отриманий залишок заливали 5-ти кратною кількістю 10%-ого розчину хлориду натрію, перемішували, збовтували на магнітній мішалці і знову центрифугували протягом 10 хвилин 4000-5000 тис. об. Таку операцію проводили 4-5 разів до зникнення реакції на білок. Екстракти з'єднували, білки осаджували 2%-м розчином оцтової кислоти. Осаджені білки піддавали очищенню шляхом діалізу через поліетиленову мембрану дистильованою водою до відсутності реакції на іони хлору. Далі осад центрифугували та піддавали ліофільній сушці. Після сушки знову подрібнювали на лабораторній мельниці. На виході отримували 92% білковий концентра насіння коноплі. Для введення у рецептуру ізолят піддавали гідратації у пропорції 1:4 (білковий ізолят: вода).

Кислотне число соусу - майонезу розраховують за формулою:

де 5,611 - коефіцієнт, що дорівнює значенню розрахункової маси KOH, а при використанні NaOH цей коефіцієнт отримують шляхом множення розрахункової маси NaOH в 1 см³ розчину концентрації 0,1 моль/дм³ (дорівнює 4,0) на 1,4 - відношення молекулярних мас KOH і NaOH;

K - поправка до титру розчину гідроксиду калію або натрію, концентрації 0,1 моль/дм³;

V - об'єм розчину гідроксиду калію чи натрію концентрації 0,1 моль/дм³, який витратили на титрування;

m - маса майонезу, г.

Перекисне число визначали за формулою:

де, V, Vi - відповідно об'єми розчину тіосульфату натрію концентрації 0,01 моль/дм³, який пішов на титрування розчину з наважкою майонезу та контрольне титрування без наважки майонезу, см³;

0.00127.- маса йоду, еквівалентна 1 см³ тіосульфату натрію концентрації 0,01 моль/дм³;

К - коефіцієнт поправки до розчину тіосульфату натрію концентрації 0,01 моль/дм³.

Органолептичну оцінку якості соусу-майонез здійснювали аналітичними методами - якісним та методом профільного аналізу. Сутність профільного методу полягає в тому, що складне поняття одного з органолептичних показників (консистенція, смак та запах, колір) було представлено у вигляді сукупності складових (дескрипторів), які оцінювалися експертами за показниками якості, інтенсивності та порядку проявлення.

Для проведення оптимізації функція відгуку формується у вигляді повного квадратного поліному другого порядку для n=3, що наведений в формулі 1. Для визначення коефіцієнтів поліному використовується ортогональний центрально-композиційний план другого порядку (ОЦКП).

майонез білковий ізолят конопля

Ортогональний центрально-композиційний план - це такий план, у якого матриця планування Х будується так, щоб матриця С = XtX виявилася діагональною. Використовуємо цей підхід і при побудові планів другого порядку. План називається центральним, якщо всі крапки розташовані симетрично щодо центру плану. ОЦКП - центральний симетричний прямокутний композиційний план.

Для визначення ОЦКП таким що може бути використаний в дослідженнях застосовуються 3 критерії, дані про які є загальновідомими:

1. t-критерій Стьюдента/Ст'юдента - загальна назва для класу методів статистичної перевірки гіпотез (статистичних критеріїв), заснованих на порівнянні з розподілом Стьюдента. Найчастіші випадки застосування t-критерію пов'язані з перевіркою рівності середніх значень у двох вибірках.

2. Критерій Кохрена -- використовують для порівняння трьох і більше виборок однакового обсягу.

3. F-тестом або критерієм Фішера (F-критерієм, ф*-критерієм) - називають будь-який статистичний критерій, тестова статистика якого при виконанні нульової гіпотези має розподіл Фішера (F-розподіл).

Результати та обговорення

Рецептуру майонезу підібрано відповідно до вимог: ДСТУ 4487-20l5 «Майонези». В якості контрольного зразку обрано рецептуру соусу майонез «Провансаль» з масовою часткою жиру 67%.

Параметром оптимізації є оптимальне співвідношення показників кислотного та перекисного чисел та стабільності емульсії при одному з максимальних значень органолептики. За основу бралися показники, що прописані у ТУ У 3004804l.00l-99 «Майонези. Технічні умови». В ОЦКП кожний фактор фіксується на п'яти рівнях, з огляду на максимальне та мінімальне значення кислотного та перекисного чисел і стабільності емульсії при залишенні незмінним основних властивостей соусу - майонез у продовж зберігання, що наведено в табл. 1. План експерименту, результати безпосередніх вимірювань та їх початковий аналіз представлені в табл. 2 та табл. 3 відповідно.

Таблиця 1

Фактори та параметри оптимізації, що впливають на якість соусу - майонез у процесі зберігання