В условиях современного пищевого производства, характеризующегося стремлением к оптимизации технологических процессов и повышению качества конечного продукта, изучение влияния отдельных компонентов на ключевые этапы производства приобретает особую значимость. Йогурты, как один из наиболее популярных и востребованных кисломолочных продуктов, занимают значительную долю рынка, а их производство постоянно совершенствуется [1].

Одним из важнейших этапов в производстве йогуртов является ферментация, определяющая органолептические, физико-химические и микробиологические свойства готового продукта. Сахар, являясь не только вкусовым компонентом, но и потенциальным субстратом для микроорганизмов, может оказывать существенное влияние на динамику и эффективность ферментации [2]. Однако, несмотря на широкое использование сахара в производстве йогуртов, его комплексное воздействие на процесс ферментации, особенно в контексте различных типов сырья (растительного и животного), остается недостаточно изученным и систематизированным.

Растущий интерес потребителей к продуктам с пониженным содержанием сахара, а также к альтернативным источникам белка (растительное сырье) диктует необходимость глубокого понимания механизмов взаимодействия сахара с ферментирующими культурами в различных матрицах. Недостаточное понимание этих процессов может приводить к неоптимальным режимам ферментации, ухудшению текстуры, вкуса, стабильности продукта, а также к экономическим потерям [3].

Таким образом, актуальность данного исследования обусловлена необходимостью восполнения пробелов в знаниях о влиянии сахара на процесс ферментации растительного и животного сырья при производстве йогуртов. Полученные результаты позволят оптимизировать рецептуры и технологические параметры, разрабатывать новые продукты с заданными свойствами, повышать их качество и конкурентоспособность на рынке, а также способствовать развитию инновационных подходов в молочной и растительной пищевой промышленности [4].

Цель опыта: проанализировать, как добавление сахара влияет на процесс ферментации как классического сырья (коровьего молока), так и различных видов альтернативного сырья (растительные напитки).

Опыт состоит из 10 вариантов, каждый из которых включает в себя уникальную комбинацию сырья и сахара. В 3 кратном повторении. Представленное разнообразие используемых компонентов позволит оценить влияние сахара на ферментацию классического и растительного сырья.

Закваска: закваска бактериальная «VEGILIFE» (ВЕГИЛАЙФ). Изготовитель: ООО «Зеленые линии». Состав: мальтодекстрин (носитель), Streptococcus salivarius ssp. thermophiles, Lactobacillus delbrueckii ssp. bulgaricus, Lactobacillus casei. Норма внесения: 0,4 г га 200 мл.

Группа углеводов: дисахариды (сахар — сахароза). Норма внесения: 5 г на 200 мл.

Условия проведения опыта: в термостате (йогуртнице): 45 ^о С 8 часов; Охлаждение до комнатной температуры 20–22 ^о С 1 час; Охлаждение и хранение в холодильнике: 7–6 ^о С 8 часов.

Схема опыта:

1. Молоко коровье + закваска;
2. Молоко коровье + закваска + сахар;
3. Напиток растительный (овёс) + закваска;
4. Напиток растительный (овёс) + закваска + сахар;
5. Напиток растительный (соя) + закваска;
6. Напиток растительный (соя) + закваска + сахар;
7. Напиток растительный (соя — банан) + закваска;
8. Напиток растительный (соя — банан) + закваска + сахар;
9. Напиток растительный (соя — кокос) + закваска;
10. Напиток растительный (соя — кокос) + закваска + сахар.

Данный опыт позволит провести анализ, роли сахара в ускорении и улучшении процессов ферментации как в коровьем молоке, так и в представленных растительных напитках. Полученные результаты в данном опыте помогут в дальнейшем разработать более эффективные технологии для производства йогуртов из разного сырья, а также определить, какие сочетания сырья и сахара наиболее благоприятно влияют на вкусовые и текстурные качества конечного продукта.

В ходе проведения опыта использовались две группы методов: теоретические и эмпирические.

Теоретические методы: анализ полученных данных в ходе опыта; синтез написание работы.

Эмпирические методы: эксперимент (разработка схемы, закладка и проведение опытов), сравнение, наблюдение (наблюдение за процессом и условиями проведения опыта, соблюдением задуманной технологии), измерение (кислотности, биуретовая реакция, определение крахмала, коагуляция белков, органолептический анализ).

Ход проведения опыта:

1. Стерилизуем тару (стерилизация паровая);
2. Нагреваем классическое и альтернативное сырье до 60–80 ^о С;
3. Охлаждаем сырьё до 40–45 ^о С;
4. Вносим бактериальную закваску «VEGILIFE» (ВЕГИЛАЙФ). Изготовитель: ООО «Зеленые линии». Состав: мальтодекстрин (носитель), Streptococcus salivarius ssp. thermophiles, Lactobacillus delbrueckii ssp. bulgaricus, Lactobacillus casei. Норма внесения: 0,4 г га 200 мл;
5. В варианты с сахаром вносим дисахарид (сахар — сахароза). Норма внесения: 5 г на 200 мл;
6. Разливаем в тары и помещаем в термостат (йогуртницу) при температуре 45 ^о С на 8 часов;
7. Вытаскиваем из термостата и оставляем на 1 час при комнатной температуре (20–22 ^о С) для остывания;
8. Охлаждаем и храним в холодильнике: 7–6 ^о С в течении 8 часов;
9. Проводим необходимые анализы (органолептический анализ и качественные реакции, определение кислотности).

Результаты органолептического анализа полученных йогуртов в опыте представлены в таблице 1.

Таблица 1

Органолептический анализ йогуртов в опыте

На основании органолептического анализа полученной продукции в ходе опыта можно сделать следующие выводы:

1. Вариант 1: образец обладает хорошими характеристиками, особенно по консистенции. Запах и цвет также на высоком уровне, однако вкус может быть улучшен;
2. Вариант 2: данный образец показал наивысший итоговый результат. Все характеристики полученного продукта находятся на хорошем уровне, а добавление сахара существенно улучшило вкус. Это говорит о возможности использования сахара для повышения притягательности продукта;
3. Варианты 3 и 4: непригодные для употребления образцы (брак). В ёмкости взвесь из белка и расслоение растительного напитка на слои: взвесь из белка, жидкость (вода) и рапсовое масло.

Приготовление йогурта на овсяном молоке сталкивается с проблемами из-за отсутствия казеина, который является ключевым белком в животных молочных продуктах и необходим для створаживания. В овсяном молоке присутствуют другие белки, но они не формируют стабильную структуру, что приводит к образованию мелкой взвеси и расслоению при добавлении заквасок. Кроме того, кислоты, такие как уксус или сок лимона, могут вызывать коагуляцию овсяных белков, но не обеспечивают необходимую текстуру для йогурта. Коагуляция белков в различных видах сырья представлена на рисунке 1 (1 — овёс; 2 — соя — банан; 3 — соя; 4 — соя — кокос; 5 — коровье молоко). В овсяном напитке при добавлении уксусной кислоты (1:1) мы наблюдаем взвесь из белка по сравнению с остальными образцами. Для успешного приготовления растительного йогурта могут потребоваться эмульгаторы или загустители, чтобы стабилизировать структуру и предотвратить расслоение. В дальнейших исследованиях данный вид растительного сырья не рассматривается. Было принято решение оставить его для более подробного изучения отдельно.

Рис. 1. Коагуляция белков в различных видах сырья

4. Вариант 5: полученный образец продемонстрировал недостаточные результаты по всем оцениваемым характеристикам (все оценки ниже 5). Это указывает на необходимость проработки рецептуры;
5. Вариант 6: добавление сахара в данном варианте не улучило качество продукта. Данный образец остался также, как и предыдущий на низком уровне;
6. Вариант 7: все характеристики находятся на кране низком уровне. с крайне низкими оценками (1 и 2). Это говорит о неэффективности сочетания ингредиентов и необходимости кардинальной переработки рецепта;
7. Вариант 8: добавление сахара в этот вариант не улучшило качественные характеристики образца;
8. Вариант 9: образец имеет хорошие результаты по запаху (9) и вкусу (7), но по консистенции (3) наблюдаются недостатки. Этот продукт может быть интересен потребителям, но требуются улучшения в текстуре;
9. Вариант 10: добавление сахара повысило оценку образца, хотя консистенция все еще требует улучшений. Сравнение с предыдущим образцом показывает, что сахар улучшает вкусовые качества, однако основные проблемы остаются.

На основании органолептического анализа полученных продуктов в опыте можно дать ряд общих рекомендаций:

1. Рекомендуется использовать коровье молоко с добавлением сахара (вариант 2) для улучшения вкусовых качеств и в целом получения качественного продукта;
2. Для получения йогуртов из растительного сырья рекомендуются варианты 10 и 9 — соя — кокос с сахаром и без, но следует доработать качество текстуры;
3. Варианты с соевым напитком в дальнейшем также можно использовать, но с добавлением добавок в виде джема или фруктов для улучшения вкуса.

Для проведения исследования уровня кислотности использовали «лакмусовую бумага» и шкалу оценки кислотности, прилагаемую к ней. В образцы опускали индикатор «лакмусовая бумага», которая при взаимодействии с йогуртом меняла цвет. Затем проводилось сравнение результата с цветовой шкалой.

Результаты анализа уровня кислотности представлены в таблице 2.

Таблица 2

Кислотность йогуртов в опыте

Результаты нашего эксперимента продемонстрировали значительное влияние типа сырья на процесс ферментации и уровень кислотности получаемых продуктов. В частности, было отмечено, что молоко коровье, даже с добавлением сахара, имеет более низкий уровень pH, что указывает на активное закисление и, следовательно, более эффективную ферментацию. Такой процесс позволяет получить высококачественные кисломолочные продукты, обладающие характерным кислым вкусом и необходимыми пробиотическими свойствами. Это подтверждает традиционное использование молочного сырья в производстве ферментированных продуктов.

Сравнение с растительными напитками, такими как овсяный и соевый, показало, что они обладают гораздо более стабильными уровнями pH, независимо от добавления сахара. Например, напиток на основе овса сохраняет нейтральный pH даже после добавления сахарозы, что может свидетельствовать о недостаточности некоторых компонентов для активизации процесса ферментации. Это также указывает на то, что растительные источники, хотя и являются полезными, требуют дополнительных исследований для оптимизации их ферментативных процессов и повышения их функциональных свойств в области здоровья.

Феномен стабильности pH в растительных напитках также может быть связан с их составом, который может не обеспечивать подходящие условия для стабильной работы микробиоты закваски. Напитки на основе сои продемонстрировали относительно низкий уровень pH, что говорит о возможности их успешной ферментации. Однако даже в этих случаях добавление сахара не оказало дополнительного влияния на уровень сонных, что может быть, как преимуществом (для удержания стабильной кислоты), так и недостатком (ограничение по вкусовым качествам и ароматике).

Биуретовая реакция. В пробирку налейте 2–3 мл раствора гидроксида натрия, затем 1–2 мл раствора медного купороса и 2–3 мл раствора белка. Нагреваем, не доводя до кипения. Ждем осаждения плохо растворимых в воде веществ. Появляется раствор с фиолетовым, синим окрашиванием.

1. NaOH + CuSO ₄ → Na ₂ SO ₄ + Cu(OH) ₂
2. Na ₂ SO ₄ + Cu(OH) ₂ + белок (t)→ изменение цвета раствора

Результаты биуретовой реакции на белок йогуртов в опыте представлены в таблице 3.

Таблица 3

Результаты качественной реакции на белок йогуртов в опыте

На основании таблицы можно выделить следующие аспекты, объясняющие положительную реакцию во всех вариантах опыта:

1. Вариант 1: молоко коровье содержит много белка, в том числе казеин и сывороточные белки. Закваска дает ферменты, которые могут извлекать или изменять структуру белков, но результат реакции остается положительным. Цвет пробы синий;
2. Вариант 2: сахар не влияет на биуретовую реакцию, поскольку он не мешает определению белков. Присутствие молока и закваски дает положительный результат. Цвет пробы синий;
3. Вариант 3 и 4: анализ в данных вариантах не проводился в связи с расслоением йогурта на отдельные составляющие;
4. Вариант 5: соевый напиток является богатым источником белка. Закваска тут также не мешает, а наличие белка дает положительный ответ. Цвет пробы синий;
5. Вариант 6: сахар не мешает процессу тестирования. Белок из сои определятся с высокой вероятностью. Цвет пробы синий;
6. Вариант 7: банановый сок в растительном напитке соя — банан добавляет незначительное количество углеводов, но основная часть белка все равно доходит до реакции, обеспечивая положительный результат. Цвет пробы синий;
7. Вариант 8: как и в предыдущем случае, сахар не мешает анализу. Цвет пробы синий;
8. Вариант 9: кокосовый компонент в растительном напитке соя — кокос также добавляет углеводы, но не препятствует вступлению белков сои в реакцию. Цвет пробы синий;
9. Вариант 10: добавление сахара аналогично — белки остаются, и реакция показывает положительный результат. Цвет пробы синий.

Как видно из вышеизложенного, все варианты, содержащие белки (как животные, так и растительные), реагируют положительно, что подтверждает наличие белка в образцах йогурта. Сахар и другие добавки (банан или кокос) не влияют на результат анализа, поскольку они не взаимодействуют с реактивом, используемым для определения белка.

Исследуемые образцы йогуртов поместили на фильтровальную бумагу и добавили по несколько капель спиртового раствора йода. При наличии крахмала и иных сторонних примесей образец окрашивается синий, черный, фиолетовый цвет.

Результаты качественной реакции на углеводы (крахмал) в йогуртах представлены в таблице 4.

Таблица 4

Результаты качественной реакции на крахмал йогуртов в опыте

Исходя из полученных результатов можно выделить и проанализировать следующие аспекты:

1. Вариант 1 и 2: проба на крахмал отрицательная. Данный показатель в йогурте ожидаем так как в сырье — коровьем молоке отсутствует крахмал (молоко не фальсификат — натуральное без добавок крахмала). Наличие сахара в пробе № 2 никак не влияет на реакцию — отрицательная;
2. Вариант 3 и 4: анализ в данных вариантах не проводился в связи с расслоением йогурта на отдельные составляющие;
3. Вариант 5: положительная проба на крахмал. Соя, а точнее растительный соевый напиток, как и йогурт (в ходе ферментации крахмал как сложный углевод бактерии не успевают полностью использовать) полученный из этого сырья содержит крахмал;
4. Вариант 6: положительная проба. Сахар в данном варианте используется бактериями в первую очередь, как более доступная и простая форма углеводов. Крахмал же используется в последнюю очередь и то кисломолочная микробиота не успевает разложить его на более простые составляющие и использовать в процессе ферментации (см.вариант 5);
5. Вариант 7: положительная проба. Сок банана в растительном напитке соя — банан, является богатым источником углеводов, в том числе крахмала и сахарозы. В процессе ферментации, происходящем под воздействием закваски, возможно, крахмал из банана и сои расщепляется на более простые сахара, однако некоторые полисахариды могут сохраняться, что и приводит к положительной реакции на крахмал.
6. Вариант 8: положительная проба. В данном варианте, несмотря на добавление сахара результат остается положительным. Важно отметить, что присутствие сахара может изменять метаболические пути, однако он не препятствует действию закваски на крахмал, что сохраняет его содержание в продукте;
7. Вариант 9: положительная проба. Кокос также содержит определенное количество углеводов, среди которых есть крахмал. При взаимодействии с соей в процессе ферментации, закваска может активировать превращение сложных углеводов в простые с образованием и сохранением ряда полисахаридов. Наличие крахмала в этой смеси подтверждает, что кокос, как и банан, может выступать в роли источника углеводов, взаимодействующих с бактериями в процессе ферментации;
8. Вариант 10: положительная проба. В этом варианте, несмотря на добавление сахара, положительная реакция на крахмал также сохраняется. Это подчеркивает, что сахар не снижает уровень крахмала в йогурте. Закваска продолжает выполнять свою функцию, ферментируя углеводы (в основном более простые в первую очередь), полученные как из сои, так и из кокоса, в конечном итоге за счет этого создается богатая углеводами среда.

Смешанные растительные напитки на основе сои с добавлением бананов или кокоса демонстрируют наличие крахмала благодаря присутствию углеводов в исходных ингредиентах.

Закваска активно способствует ферментации, но не влияет на уровень крахмала, что подтверждается положительными реакциями всех сочетаний.

Добавление сахара не оказывает негативного влияния на содержание крахмала и улучшает общий вкус, что делает полученные йогурты более вкусными.

Основные выводы:

1. Коровье молоко: добавление сахара (вариант 2) к коровьему молоку значительно улучшило вкусовые качества продукта, повысив его органолептическую оценку до 27 баллов. Консистенция и другие характеристики остались на высоком уровне. Уровень кислотности (pH) в образцах с коровьим молоком был низким (5 и 5,5), что свидетельствует об активной ферментации. Проба на белок в образцах с коровьим молоком показала положительный результат, а проба на крахмал — отрицательный, что соответствует составу сырья;

2. Растительные напитки:

2.1. Овсяный напиток (варианты 3 и 4): ферментация оказалась невозможной. Наблюдалось расслоение напитка и образование взвеси белка, что сделало образцы непригодными для употребления. Отсутствие казеина в овсяном молоке является ключевой причиной данной проблемы. В дальнейшем этот вид сырья был исключен из рассмотрения;

2.2. Соевый напиток (варианты 5 и 6): образцы имели низкие органолептические показатели (12 баллов), которые не улучшились при добавлении сахара. Уровень кислотности был умеренным (5,5), проба на белок — положительная, а на крахмал — положительная. Это указывает на наличие крахмала в соевом напитке, который не полностью ферментируется;

2.3. Соевый напиток с бананом (варианты 7 и 8): органолептические характеристики были на крайне низком уровне (5 баллов), даже при добавлении сахара. Уровень кислотности высокий (7), проба на белок — положительная, на крахмал — положительная. Высокое содержание углеводов (включая крахмал) в банане, по-видимому, не способствует оптимальной ферментации с использованием данной закваски;

2.4. Соевый напиток с кокосом (варианты 9 и 10): эти варианты показали наилучшие результаты среди растительных альтернатив. Вариант 10 (с сахаром) получил оценку 26 баллов, продемонстрировав улучшение вкусовых качеств по сравнению с вариантом 9 (25 баллов). Основная проблема — недостаточная консистенция, требующая доработки. Уровень кислотности был 6, проба на белок — положительная, на крахмал — положительная. Присутствие крахмала подтверждает наличие углеводов в кокосе.

Общие рекомендации:

1. Для классического йогурта: рекомендуется использовать коровье молоко с добавлением сахара (вариант 2) для улучшения вкусовых качеств и получения высококачественного продукта;
2. Для растительного йогурта: наиболее перспективными являются напитки на основе сои с кокосом (варианты 9 и 10). Необходимо доработать текстуру этих продуктов;
3. Для соевых напитков: для улучшения вкуса растительных йогуртов на основе сои (варианты 5–8) можно рекомендовать использование добавок, таких как джем или фрукты.

Ключевые наблюдения:

1. Добавление сахара оказывает положительное влияние на вкусовые качества йогуртов, особенно на основе коровьего молока;
2. Растительные напитки, особенно овсяный, сталкиваются с трудностями в процессе ферментации из-за особенностей белкового состава и отсутствия необходимых компонентов для формирования стабильной текстуры;
3. Соевые напитки, в отличие от овсяных, продемонстрировали возможность ферментации, но требовали улучшения органолептических свойств;
4. Наличие крахмала в растительных напитках (соя, банан, кокос) было установлено, при этом сахар не влиял на его содержание, а закваска лишь частично его ферментировала.

В целом исследование демонстрирует, что, хотя растительные альтернативы имеют потенциал, их использование в производстве йогуртов требует более глубокой проработки рецептур и технологических процессов для достижения качества, сравнимого с традиционными молочными продуктами.

Литература:

1. Творогова, А. А. Технология производства йогурта и других кисломолочных продуктов / А. А. Творогова. — М.: ДеЛи плюс, 2012. — 288 с.
2. Батурина, Н. В. Биотехнология пищевых производств / Н. В. Батурина. — СПб.: Лань, 2018. — 320 с.
3. Гернет, М. В. Технология производства йогуртов и кисломолочных продуктов / М. В. Гернет. — М.: Агропромиздат, 1989. — 240 с.
4. Ковальская, Л. П. Технология производства продуктов детского питания / Л. П. Ковальская. — М.: Агропромиздат, 1988. — 272 с.