Введение. Впервые термин «пищевые волокна» (dietary fiber) был введен E. Hipsley в 1953 году для обозначения неперевариваемых компонентов, которые формируют клеточную стенку растений. Данное определение было расширено и истолковано H.C. Trowell et al. в 1976 году в физиологическом смысле, основанном на съедобности и устойчивости волокон к расщеплению в тонком отделе кишечника человека [1]. В настоящее временя в понятие «пищевые волокна» включают не только остатки растительных клеток, полисахариды, лигнин и связанные с ними вещества, толерантные к гидролизу алиментарными энзимами человека, но и устойчивые к перевариванию олигосахариды и крахмал. Таким образом, классифицировать пищевые волокна можно на следующие группы: целлюлоза, гемицеллюлоза, инулин, пектины, неперевариваемые декстрины, полидекстрозы, устойчивые крахмалы, лигнин, таннины, воски, сапонины и другие соединения [2].

По имеющимся данным [3], пищевые волокна оказывают благоприятное влияние на здоровье человека, доказано содействуя снижению рисков развития инсульта, диабета, ожирения и ряда других болезней при их потреблении на уровне 14 г/1000 ккал для детей и от 28 до 36 г/сутки для взрослых. Однако роль пищевых волокон не ограничивается аспектами функционального питания и может быть рассмотрена в контексте их применения для совершенствования технологических процессов производства сыров. К настоящему времени установлен оптимальный способ внесения пищевых волокон в молоко, показано повышение массовой доли влаги и выхода сыров с пищевыми волокнами [4]. Доказано, что пищевые волокна участвуют в стабилизации структуры готового продукта и в улучшении реологических параметров мягких сыров [5, 6].

Исследования сенсорных свойств сыров предусматривают обязательную оценку консистенции продукта, которая на практике проводится экспертным путем – методом дегустации, что в известной степени не исключает фактора субъективности при подведении итогов такой оценки. Среди множества факторов, снижающих объективность результатов прямой дегустации пищевых продуктов, большое влияние на итоговый результат оценки имеют сенсорная чувствительность и психологическое состояние дегустатора, темп проведения дегустации и другие причины. Повышение точности проводимых исследований с применением инструментальных методик оценки консистенции возможно в ходе изучения структурно-механических показателей (реологических параметров) сыров [7].

Цель работы – провести реологические исследования мягких сыров с пищевыми волокнами на разных стадиях производства сыра по показателям прочности сырных сгустков и мгновенно-упругой деформации поверхностного слоя сыра.

Объекты и методы исследований. Для инструментального контроля консистенции использован метод пенетрации, обеспечивающий измерение прочностных свойств сыров и сырных сгустков с высокой точностью и как наиболее тесно коррелирующий с органолептической оценкой. Объектами исследований были сыры и сырные сгустки, полученные кислотно-сычужным свертыванием молока. В первый (контрольный) вариант молока вносили регулятор кислотности глюконо-дельта-лактона «Cotion LTD» (ГДЛ) в количестве 0,6%; второй вариант наряду с внесением ГДЛ предусматривал использование бактериальной закваски (БЗ), содержащей штамм Lactococcus lactis subsp. diacetylactis СКМ-318, в количестве 0,5%; в третий вариант молока по сравнению со вторым дополнительно вносили цитрусовые пищевые волокна «Herbacel AQ Plus» (ПВ) в виде геля в дозе 0,1%. Применяемые дозировки ГДЛ, БЗ и ПВ обоснованы в [8]. Схема технологического процесса производства сыра предусматривала нормализацию и пастеризацию молока, свертывание молока кислотно-сычужным способом с использованием ферментного препарата «Clerici 96/04», разрезку и обработку сгустка, формование и самопрессование, посол, обсушку и хранение сыра.

Предел прочности молочных сгустков определяли инструментально в Сибирском НИИ сыроделия на модернизированном реоконсистометре Гепплера, который измеряет предельное усилие продавливания молочного сгустка индентором, движущимся с постоянной скоростью. Принцип работы прибора основан на разрушении сгустка под действием создаваемой нагрузки [9]. Прибор представляет собой штатив с установленной подвижной кареткой, снабженной датчиком усилия с присоединенным к нему специальным индентором, блока управления и компьютера (рисунок 1). Измерение мгновенно-упругой деформации сыров проводили с использованием пенетрометра AP/4 с цилиндрическим индентором диаметром 10 мм.

Рисунок 1. Прибор для измерения предела прочности молочного сгустка: 1 – проба сгустка, 2 – основание прибора, 3 – подвижный суппорт с датчиком измерения усилия, 4 – рычаг, 5 – индентор, 6 – блок управления, 7 – ЭВМ

Результаты и их обсуждение. Прочность сырного сгустка является его важным технологическим свойством. Известно [10], что слабые сгустки при получении сырного зерна дают много «сырной пыли», которая теряется при формовании и снижает выход продукта. Инструментальная оценка реологических характеристик сгустка дает возможность обосновано подбирать интенсивность и продолжительность его последующей механической обработки, а также прогнозировать синеретические свойства сырной массы и определять выход и качество продукта [11].

Проведена серия экспериментов для оценки влияния цитрусовых пищевых волокон, внесенных в молоко на фоне ГДЛ и БЗ, на прочности полученных сгустков. Результаты проведенных исследований показали, что бактериальная закваска и пищевые волокна оказывают неодинаковое влияние на формирование прочности сгустков (рисунок 2).

Рисунок 2. Предел прочности сгустков, полученных с использованием бактериальной закваски и пищевых волокон

Наибольшей прочностью обладали образцы сгустков с ПВ: значение предела прочности достигало величины 0,88 г/мм², что в 1,7-1,9 раза превышало показатели образцов, полученных без применения пищевых волокон. Полученные данные указывают на различную продолжительность нагрузки индентора на сгустки до момента превышения предела их прочности: резкое снижение нагрузки фиксируется на седьмой и на десятой секундах соответственно по вариантам. Особенности формирования реологических характеристик сгустков с пищевыми волокнами находят свое объяснение в связывании свободной влаги волокнами и закономерном росте вязкости молочной смеси перед свертыванием, что результируется в росте прочностных характеристик сгустков. Прочность сгустков демонстрирует корреляционную связь с выходом готового продукта (r = +0,97) и, таким образом, указывает на более эффективное использование компонентов молочной смеси с ПВ при переработке на сыр.

На следующем этапе работы изучена динамика мгновенно-упругой деформации поверхностного слоя сыров по вариантам производства на вторые, пятые и десятые сутки после изготовления. Согласно полученным данным (рисунок 3), прочность поверхностного слоя сыров нарастала на протяжении всего периода измерений. Уровень деформации коркового слоя зависит от особенностей производства сыра и более наглядно прослеживается в начале срока хранения продукта. Наименее устойчивым к пенетрации являлся мягкий сыр, выработанный с применением пищевых волокон: по показателю мгновенно-упругой деформации он уступал остальным образцам сыра на величину от 7% до 11%. Вероятным объяснением низкой устойчивости сыров с ПВ к проникновению индентора является снижение массовой доли сухих веществ в них.

Рисунок 3. Динамика деформации поверхностного слоя сыров в процессе хранения

По данным рисунка 3, деформация сырной корки по всех вариантам снижалась на величину от 28% до 31% в первой половине срока хранения продукта. Контрольный замер деформации на 10-е сутки показал, что в количественном выражении различия между вариантами по глубине проникновения индентора были не значительными и составили от 1,6% до 4,9%. Последнее позволяет утверждать о влиянии пищевых волокон на снижение прочности сырыной корки только в начальный период хранения сыра.

Выводы. Полученные данные, таким образом, показывают, что внесение цитрусовых пищевых волокон в молоко перед свертыванием приводит к росту предела прочности сырных сгустков в 1,7-1,9 раза. Прочность сгустков тесно коррелирует с выходом готового продукта: коэффициент корреляции между этими показателями составляет 0,9. Установлено, что применение пищевых волокон содействует снижению прочности поверхности мягких сыров только в начальный период их хранения. Твердость сырной корки возрастает на 38-42% в процессе хранения вне зависимости от особенностей производства мягкого сыра. Установленные в работе закономерности формирования реологических свойств мягких сыров с пищевыми волокнами позволяют прогнозировать качество продукции, исключая недостатки органолептической оценки показателя консистенции.