Research and development of technology for the production of yoghurt enriched with cereal β-glucan

Qu, Xiaoqing; Цю, Сяоцзінь

Research and development of technology for the production of yoghurt enriched with cereal β-glucan

Qu, Xiaoqing; Цю, Сяоцзінь

URI: https://repo.snau.edu.ua:8080/xmlui/handle/123456789/10252

Дата: 2022

Короткий опис(реферат):

The dissertation is devoted to the development of an improved industrial technology for the production of Yogurt with functional properties due to the addition of dietary fibers. An urgent issue is the creation of fermented milk products with functional properties that contain all the nutrients vital for the body and have increased storage ability without the addition of preservatives. Yogurts contain all biologically active components necessary for the functioning of the body, except for ballast substances (dietary fibers). The introduction of dietary fibers into the composition of yogurts significantly increases their nutritional value and gives them functional properties. Dietary fibers are not absorbed by the body, but they play an important role in the digestion process, increasing intestinal peristalsis. It is known that dietary fibers affect the metabolism of cholesterol in the body, in particular, they stimulate the production and excretion of bile acids, which contain cholesterol. Products containing ballast substances should be included in the daily diet and can be used in therapeutic and preventive nutrition. The application of the oat β-glucan is offered as a source of dietary fibers. The effect of added 0.3% oat β-glucan in yogurt on protein digestion was evaluated using an in vitro gastrointestinal model. It was found that during the digestion phase in the stomach, the amount of soluble proteins and peptides increases up to 25% for the control Yogurt without additives and up to 40% for the yogurt with β-glucan. The presence of 0.3% β-glucan promotes the hydrolysis of product proteins in the gastric digestion phase. Compared with control Yogurt samples (without additives), inhibition of cholesterol solubility of β-glucan Yogurt showed no differences after transbuccal digestion, but was significantly higher after gastrointestinal digestion (21.3% for gastric and 22.7% for intestinal digestion). The research showed that oat β-glucan has water-holding capacity that allows it to maintain the product's optimal viscosity, texture and acidity during the entire storage period (21 days). It was established that the addition of β-glucan has a positive effect on the content of live probiotic bacteria in yogurt during 21 days of storage. Probiotics help stimulate gastric juices and natural enzymes necessary for proper digestion, reduce the number and severity of side effects of antibiotics, promote the breakdown of bile acid salts and normalize lipid metabolism. The presence of probiotic microorganisms in yogurt during the entire storage period gives it functional properties. Adding of oat β-glucan also improves the organoleptic and physicochemical properties of the product. The addition of oat β-glucans to Yogurt showed that the physical and textural properties of Yogurt can be significantly modified by the phase separation between β-glucan and milk proteins. Therefore, the purpose of the dissertation is the development and scientific justification of the technology of a high-quality fermented milk drink - Yogurt with the addition of oat β-glucan as a source of dietary fiber. The effect of the additive on the organoleptic, physicochemical, and rheological properties of the product was investigated in the dissertation. Also its digestibility and storage ability was studied. The therapeutic and preventive properties of the product have been confirmed by the method of medical and biological research. An improved industrial technology for the production of Yogurts with oat β-glucan has been developed by reducing the duration of fermentation by 1.5 hours. The introduction substantiates the relevance of the topic of the dissertation, reflects its connection with scientific programs and topics, defines and substantiates the purpose and tasks of the research, object, subject and main methods, indicates the novelty and practical significance of the obtained work results, determines the personal contribution of the candidate in the conducted research, approbation of the results, and publications on the topic of the dissertation, the structure and scope of the work are given. The first chapter analyzes and summarizes the data of the scientific and technical literature on the effect of oat β-glucan on the properties of fermented milk drinks, sources of dietary fiber acceptable for use in the production of food products. It is shown that oat β-glucan is a promising raw material for the production of yogurts with functional properties. In the second section, a general program of scientific research is developed, in which the main directions of the dissertation work are reflected, the materials and the subject of research are given. The section describes the methods and indicates the equipment that was used in conducting of experimental research. The experimental part of the work was carried out in laboratory conditions at the Department of Technology and Food Safety of the Sumy National Agrarian University and in the laboratories of the School of Food Sciences of the Henan Institute of Science and Technology (China). The industrial approval of the developed product was carried out on the basis of the BRANCH "Sumy Dairy Plant". The standard and generally accepted research methods were used in the study of physico-chemical, microbiological, structural-mechanical and organoleptic indicators, microstructure and nutritional and biological value. The results of the experiments were processed using the methods of mathematical statistics. In the third section, the effect of adding oat β-glucan on the quality of Yogurt, its viscosity, sensory indicators and physicochemical properties is investigated. Oat β-glucan was added to Yogurt of the set-type as a functional ingredient. It was found that the optimal amount to add is 0.3% of oat β-glucan. The introduction of the additive contributes to the improvement of the technology by reducing the fermentation time of yogurt by 1.5 hours. The acidity of set-type Yogurt with oat β-glucan was slightly higher. The addition of OG has a slight effect on chromaticity. The result of microstructure showed that the addition of oat β-glucan destroyed the three-dimensional network structure of Yogurt, and some spherical aggregate particles could be clearly observed at 0.3% OG. The addition of oat β-glucan increased the total number of lactic acid bacteria in the coagulated yogurt, and had a little effect on the fatty acid and amino acid composition of set-type yogurt. SPME-GC/MS analysis confirmed that the addition of oat β-glucan was helpful to increase the types of volatile flavor compounds in the set-type Yogurt. The storage experiment results showed that 0.3% oat β-glucan Yogurt has better water-holding capacity. The acidity value and pH reached their maximum values at 7 d of storage, and no significant (p<0.05) changes were observed after 7 d. Interestingly, the viscosity values increased throughout storage. The addition of 0.3% oat β-glucan has a protective effect on probiotic microflora in Yogurt, which confirms functional properties of the developed product. The textural characteristics of Yogurt were affected by the addition of 0.3% oat β-glucan, leading to decreased adhesiveness, but enhanced hardness and gumminess, throughout storage. The sensory results indicated that 0.3% oat β-glucan yogurt had the highest acceptability value of 86.49 at 14 d of storage. The fourth section studied the effect of OG on in vitro digestion characteristics of set-type yogurt ,the antioxidant activity of set-type yogurt during digestion , and the effects of OG set-type Yogurt on blood lipid metabolism in mice with a high fat diet . In the simulated in vitro digestion experiment, the effects of added 0.3% oat β- glucan in Yogurts on Yogurt protein digestion were evaluated using an in vitro gastrointestinal model. The amount of soluble proteins and peptides increased throughout digestion. Large spherical vesicles were formed for both control Yogurt and 0.3% oat β-glucan Yogurt after gastric digestion. 0.3% oat β-glucan Yogurt after digestion had higher antioxidant activity and higher inhibition of cholesterol solubility. 0.3% oat β- glucan Yogurt after digestion had higher antioxidant activity and higher inhibition of cholesterol solubility. Through DPPH -1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl radical and ABTS 2,2'-azino-bis(3-ethylbenzothiazoline-6-sulfonic acid assays, the antioxidant activity of yogurt was mainly produced during the gastric digestion phase, and 0.3% oat β- glucan could further improve the antioxidant activity of yogurt by promoting the beneficial enzymatic hydrolysis. And, compared with DPPH assay, ABTS assay is more suitable for evaluating the antioxidant activity of set-type Yogurt during digestion. In biomedical experiments, the effect of oat β- glucan set-type Yogurt on blood lipid metabolism in mice with high-fat diet was mainly determined Lee's index, blood lipids TG, TC, HDL, LDL, AST, ALT, liver weight and liver sections were studied. The experiment of effects of oat β-glucan set-type yogurt on blood lipid metabolism in mice with high fat diet provided evidence that 0.3% oat β- glucan set-type Yogurt can be an alternative and a complementary treatment to therapy of obesity-related complications. The fifth section organized the recipe, nutritional value of the product and the technological scheme for the production of Yogurt with addition of oat β- glucan. The production process of OG set-type yogurt is described, the energy loss is calculated, and the energy balance in the production process is carried out. The loss rate of materials is calculated by taking the production of 20 t oat β- glucan set-type Yogurt per day as an example. According to statistics and evaluation of the pilot production, the social and economic benefits of scientific and technological development and the implementation achievements in actual production are listed. The addition of oat β-glucan can effectively enhance the functional characteristics of fermented yoguyrt. Yogurt fortified 0.3% oat β-glucan could be an innovative healthy dairy for enhancing oat β- glucan consumption. OG set-type Yogurt products will bring more health benefits to consumers. Long-term and appropriate consumption will help consumers' health, reduce medical and health expenditure, and thus bring profound social and economic benefits.

Суть розробки, основні результати:

Дисертаційна робота присвячена розробленню удосконаленої промислової технології виробництва йогурту із функціональними властивостями за рахунок додавання харчових волокон. Актуальним питанням є створення кисломолочних продуктів із функціональними властивостями, які містять всі життєво необхідні для організму нутрієнти та мають підвищену здатність до зберігання без додавання консервантів. Йогурти містять всі необхідні для функціонування організму речовини біологічно-активні компоненти, крім баластних речовин (харчових волокон). Введення до складу йогуртів харчових волокон значно підвищує їх харчову цінність та надає їм функціональних властивостей. Харчові волокна не засвоюються організмом, але вони відіграють важливу роль у процесі травлення, підсилюючи перистальтику кишківника. Відомо, що харчові волокна впливають на обмін холестерину в організмі, зокрема, стимулюють вироблення і виведення з організму жовчних кислот, до складу яких входить холестерин. Продукти, що містять баластні речовини, повинні включатися до щоденного харчового раціону та можуть використовуватися у лікувально-профілактичному харчуванні. В якості джерела харчових волокон запропоновано використання вівсяного β-глюкану. Було оцінено вплив доданого 0,3% вівсяного β-глюкану у йогурт на перетравлення протеїну за допомогою шлунково-кишкової моделі in vitro. Встановлено, що під час фази травлення в шлунку кількість розчинних білків і пептидів зростає до 25% для контрольного йогурту без добавок і до 40% для йогурту із β-глюканом. Наявність 0,3% β-глюкану сприяє гідролізу протеїнів продукту у фазі шлункового травлення. Порівняно з контрольними зразками йогуртів (без добавок), пригнічення розчинності холестерину йогурту із β-глюканом не показало відмінностей після трансбуккального травлення, але було значно вищім після шлунково-кишкового травлення (21,3% для шлункового та 22,7% для кишкового травлення). Дослідження показали, що вівсяний β-глюкан має здатність утримувати вологу, що дозволяє підтримувати оптимальну в’язкість продукту, текстуру та його кислотність протягом всього терміну зберігання (21 добу). Встановлено, що додавання β-глюкану позитивно впливає на вміст живих пробіотичних бактерій у йогурті протягом 21 доби зберігання. Пробіотики допомагають стимулювати шлункові соки і натуральні ферменти, необхідні для правильного травлення, зменшують кількість і виразність побічних ефектів антибіотиків, сприяють розщепленню солей жовчних кислот і нормалізації ліпідного обміну. Присутність про біотичних мікроорганізмів у йогурті протягом всього терміну зберігання надає йому функціональних властивостей. При додаванні вівсяного β-глюкану покращуються також органолептичні та фізико-хімічні властивості продукту. Додавання β-глюканів вівса в йогурт показало, що фізичні та текстурні властивості йогурту можуть бути значною мірою змінені завдяки поділу фаз між β-глюканом і протеїнами молока. Тому метою дисертаційної роботи є розроблення та наукове обгрунтування технології якісного ферментованого кисломолочного напою - йогурту з додаванням вівсяного β-глюкану в якості джерела харчових волокон. У дисертаційній роботі досліджено вплив добавки на органолептичні, фізико-хімічні, реологічні властивості продукту. Його здатність до перетравлення та здатність до зберігання. Методом медико-біологічними дослідженнями підтверджено лікувально-профілактичні властивості продукту. Розроблено удосконалену промислову технологію виробництва йогуртів із вівсяним β-глюканом за рахунок скорочення тривалості ферментування на 1,5 години. У вступі обґрунтовано актуальність теми дисертації, відображено її зв'язок з науковими програмами і темами, визначено та обґрунтовано мету та задачі дослідження, об’єкт, предмет та основні методи, вказано новизну і практичне значення одержаних результатів роботи, визначено особистий внесок здобувача у проведених дослідженнях, апробацію результатів та наведено публікації за темою дисертаційної роботи, структуру та обсяг роботи. У першому розділі проаналізовано та узагальнено дані науково-технічної літератури щодо впливу вівсяного β-глюкану на властивості кисломолочних напоїв, джерела харчових волокон, прийнятні для використання у виробництві харчових продуктів. Показано, що вівсяний β-глюкан є перспективною сировиною для виробництва йогуртів з функціональними властивостями. У другому розділі розроблено загальну програму наукових досліджень, у якій відображено основні напрямки дисертаційної роботи, наведено матеріали та предмет досліджень. У розділі описані методи та вказано обладнання, яке було використано при проведенні екмсперементальних досліджень. Експериментальна частина роботи проведена в лабораторних умовах на кафедрі технологій та безпечності харчових продуктів Сумського національного аграрного університету та в лабораторіях Школи харчових наук Хєнанського Інституту Науки та Технології (Китай). Промислова апробація розробленого продукту здійснена на базі ФІЛІЯ "Сумський молочний завод". При дослідженні фізико-хімічних, мікробіологічних, структурно-механічних та органолептичних показників, мікроструктури і харчової та біологічної цінності були використані стандартні та загальноприйняті методи досліджень. Результати експериментів обробляли методами математичної статистики. У третьому розділі досліджено вплив вівсяного β-глюкану на якість йогурту, його в'язкість, сенсорні показники та фізико-хімічні властивості. До йогурту встановленого типу додали вівсяний β-глюкан в якості функціонального інгредієнту. Встановлено, що оптимальною кількістю для додавання є 0.3% вівсяного β-глюкану. Внесення добавки сприяє удосконаленню технології за рахунок зменшення часу ферментації йогурту на 1,5 години. Кислотність йогурту встановленого вівсяного β-глюкану типу з додаванням вівсяного β-глюкану була трохи вищою. Додавання вівсяного β-глюкану незначно вплинуло на кольоровість. Результат мікроструктури показав, що додавання вівсяного β-глюкану зруйнувало тривимірну сітчасту структуру йогурту, і деякі сферичні агрегатні частинки можна було чітко спостерігати при додаванні 0,3% вівсяного β-глюкану. Додавання вівсяного β-глюкану збільшило загальну кількість молочнокислих бактерій в коагульованому йогурті та дещо вплинуло на склад жирних кислот та амінокислот. Аналіз проведений методом твердофазної мікроекстракції підтвердив, що додавання вівсяного β-глюкану було корисним для збільшення типів летких ароматизаторів в йогурті встановленого типу. Результати експериментів зі зберігання показали, що йогурт з додаванням 0,3% вівсяного β-глюкану має кращу волого утримуючу здатність. Значення кислотності та рН досягали своїх максимальних значень на 7 добу зберігання, а суттєвих (p<0,05) змін після 7 днів не спостерігалося. Цікаво, що значення в'язкості збільшувалися протягом всього періоду зберігання. Додавання 0,3% вівсяного β-глюкану показало також захисну дію на про біотичну мікрофлору, що підтверджує функціональні властивості розробленого продукту. Змінювалися також текстурні характеристики йогурту, що призвело до зниження адгезивності, але посилення твердості і клейкості протягом всього періоду зберігання. Сенсорний аналіз показав, що йогурт з додаванням 0,3% вівсяного β-глюкану мав найвище значення прийнятності 86,49 на 14 добу зберігання. У четвертому розділі вивчався вплив вівсяного β-глюкану на характеристики перетравлення йогурту in vitro, антиоксидантну активність йогурту під час травлення та вплив йогурту з додаванням вівсяного β-глюкану на метаболізм ліпідів у крові у мишей з дієтою з високим вмістом жиру. У змодельованому експерименті досліджено вплив доданого 0,3% вівсяного β-глюкану на перетравлення білка йогурту за допомогою шлунково-кишкової моделі in vitro. Кількість розчинних білків і пептидів збільшувалася під час травлення. Великі сферичні везикули утворювалися як для контрольного йогурту, так і для йогурту з додаванням 0,3% вівсяного β-глюкану після перетравлення в шлунку. Йогурт з додаванням 0,3% вівсяного β-глюкану після перетравлення мав вищу антиоксидантну активність і більше пригнічення розчинності холестерину. За допомогою аналізів на DPPH -1,1-дифеніл-2-пікрилгідразильний радикал та ABTS 2,2'-азино-біс(3-етилбензотіазолін-6-сульфонову кислоту антиоксидантна активність йогурту в основному вироблялася під час фази шлункового травлення, і 0,3% вівсяний β-глюкан міг ще покращити антиоксидантна активність йогурту шляхом сприяння корисному ферментативному гідролізу. Порівняно з аналізом DPPH, аналіз ABTS більш підходить для оцінки антиоксидантної активності йогурту під час травлення. У біомедичних експериментах вплив йогурту з додаванням вівсяного β-глюкану на метаболізм ліпідів крові у мишей з дієтою з високим вмістом жиру в основному визначався індексом Лі, ліпідами крові ТГ, ТС, ЛПВЩ, ЛПНЩ, АСТ, АЛТ, масою печінки та печінкою. вивчено розділи. Експеримент впливу вівсяного йогурту з β-глюканом на метаболізм ліпідів крові у мишей з дієтою з високим вмістом жиру надав докази того, що йогурт з додаванням 0,3% вівсяного з β-глюкану може бути альтернативою та доповненням до терапії ускладнень, пов’язаних із ожирінням. У п’ятому розділі представлено рецептуру, харчову цінність продукту та технологічну схему виробництва йогурту з додаванням вівсяного β-глюкану. Описано процес виробництва йогурту з вівсяним β-глюканом, розраховано втрати енергії та проведено енергетичний баланс в процесі виробництва. Норму витрат матеріалів розраховано на основі виробництва 20 т йогурту з вівсяним β-глюканом на день. Згідно зі статистичними даними та оцінкою дослідно-промислового виробництва, перераховані соціально-економічні переваги науково-технічного розвитку та впровадження досягнень у реальне виробництво. Додавання вівсяного β-глюкану може ефективно підвищити функціональні характеристики ферментованого йогурту. Йогурт, збагачений 0,3% вівсяним β-глюканом, може бути інноваційним здоровим молочним продуктом для збільшення споживання харчових волокон. Довгострокове та відповідне споживання йогуртів із вівсяним β-глюканом сприятиме покращенню здоров’я споживачів, зменшить витрати на медицину та охорону здоров’я, а отже, принесе значні соціальні та економічні вигоди.

Показати повний опис матеріалу