Voronezh, Voronezh, Russian Federation
Voronezh, Voronezh, Russian Federation
Sorghum syrup has a saturated carbohydrate composition, which includes cellobiose, maltose, mannose, rhamnose, ribose, fructose, glucose, and sucrose. The present research featured the physicochemical properties of sugar sorghum syrup, i.e. average molecular weight, density, solubility in water, and melting point, and its prospective use in the production of soft ice cream. The carbohydrate composition of sugar sorghum syrup was defined by the method of normal-phase high-performance liquid chromatography. The antioxidant activity of sorghum syrup was determined using the amperometric method. The study of its physicochemical properties proved that it can be used in soft ice cream technology. The sweetness coefficient was determined in comparison with sugar solution and by a taste panel. With an average number of panelists equal to 5, the value of equivalent sweetness was 1.5. This sweetness of sorghum syrup was equivalent to the sweetness of the sucrose solution with minimal concentration. The assessment of the antioxidant activity of sorghum syrup indicated the possibility of its use in functional products with antioxidant properties. The paper introduces a recipe for soft ice cream: cream (20% of fat), milk (3.2% of fat), skimmed milk powder, sorghum syrup, stabilizer ‘Cremodan® SE 334 VEG’, Citri-Fi dietary fiber. The overrun was studied by the method of determining the volume fraction of air; the acidity was determined by the titrimetric method. The resistance to melting was assessed using a cylindrical sample with a diameter of 35 mm and a height of 5 cm. The sample was thermostated at 25 ± 1°C, while the sample area was fixed at regular intervals. The overrun of soft ice cream was 85%, the resistance to melting equaled 20 minutes. Soft ice cream is a popular product among all groups of the population and is widespread in cafes, restaurants, and health-resorts.
Biopotential, antioxidant activity, dietary fiber, resistance to melting, overrun
Введение
Приоритетными задачами повышения конку-
рентоспособности пищевой продукции, создания
условий для обеспечения продовольственной безо-
пасности страны, а также импортозамещения в от-
ношении социально значимых продуктов питания и
наращивания экспортного потенциала является вне-
дрение инноваций на основе масштабного технологи-
ческого обновления производства с использованием
передовых научно-технических разработок. В связи
с этим проектирование продуктов диетического и
лечебно-профилактического назначения для всех воз-
растных групп населения является первостепенной и
необходимой задачей. Например, мягкое мороженое
является востребованным продуктом среди всех
групп населения и широко распространено в кафе,
ресторанах, пансионатах, домах отдыха и санаториях.
В настоящее время ассортимент предприятий
по производству сахаров и сахаристых продуктов в
Российской Федерации ограничен производством
кристаллической сахарозой и крахмальной пато-
кой. Одним из способов расширения ассортимента
выпускаемой продукции является производство и
применение в технологиях сиропов: глюкозо-фрук-
тозо-сахарозный, глюкозо-фруктозный, фруктозный,
глюкозный. Они могут применяться в качестве за-
менителей сахара. Также использование сиропов с
технологической и экономической точки зрения яв-
ляется наиболее оптимальным. Достойным примером
может служить сироп сахарного сорго.
Актуальность применения данного сиропа в пи-
щевых технологиях обусловлена его химических
составом, а также изученными функционально-техно-
логическими свойствами [1–5]. Цель работы – изучить
физико-химические свойства сиропа сахарного сорго
(средняя молекулярная масса, плотность, раствори-
мость в воде, температура плавления) и его применение
при производстве мягкого мороженного на его основе.
Объекты и методы исследования
Объектами экспериментальных исследований яв-
лялись образцы сиропа сахарного сорго и мягкого мо-
роженого с его включением на основе сливок (м.д.ж.
20 %), молока (м.д.ж. 3,2 %), сухого обезжиренного
молока, стабилизатора «Cremodan® SE 334 VEG»
и пищевых волокон «Citri-Fi». Углеводный состав
сиропа сахарного сорго проводили методом нор-
мально-фазовой высокоэффективной жидкостной
хроматографии с рефрактометрическим детектиро-
ванием элюата, который основан на различной сорб-
ционной способности углеводов. Антиоксидантную
активность сиропа сахарного сорго определяли с
применением амперометрического метода на при-
боре «Цвет Яуза-01-АА». Методика основана на
прямом количественном измерении антиоксидантной
активности исследуемых образцов. Меняя поляр-
ность и величины приложенных потенциалов, опре-
деляли суммарную антиоксидантную активность.
Определение коэффициента сладости проводили с
помощью метода, сущность которого заключается в
последовательном парном сравнении исследуемых
растворов с одним и тем же эталонным раствором
сахара. Его сладость приравнивается к 1. Для оценки
эквивалентной сладости сиропа сахарного сорго был
взят сахарный раствор, соответствующий пороговой
сладости – 0,4 г/дм3. Органолептические исследо-
вания мягкого мороженого проводились согласно
ГОСТ Р ИСО 22935-2-2011, массовую долю влаги и
сухих веществ определяли методом высушивания по
ГОСТ 3626, массовую долю жира – кислотным мето-
дом по ГОСТ 5867. Взбитость исследовали по методи-
ке определения объемной доли воздуха, кислотность
определяли титриметрическим методом. Сопротивляе-
мость таянию мягкого мороженого, характеризующей
способность сохранять геометрические размеры при
температуре 25 ± 1 °С, осуществляли в несколько по-
следовательных этапов. На первом этапе отбирали ци-
линдрическую пробу мягкого мороженого диаметром
35 мм и высотой 5 см и помещали на предварительно
охлажденную чашку Петри. Подготовленный образец
помещали в термостат с температурой воздушной
среды 25 ± 1 °С с дальнейшей фиксацией площади об-
разца через равные промежутки времени до заметной
потери образцом своих геометрических размеров.
using a cylindrical sample with a diameter of 35 mm and a height of 5 cm. The sample was thermostated at 25 ± 1°C, while the
sample area was fixed at regular intervals. The overrun of soft ice cream was 85%, the resistance to melting equaled 20 minutes. Soft
ice cream is a popular product among all groups of the population and is widespread in cafes, restaurants, and health-resorts.
Keywords. Biopotential, antioxidant activity, dietary fiber, resistance to melting, overrun
For citation: Golubeva LV, Pozhidaeva EA. Functional and Technological Properties of Sorghum Syrup and Its Use in Ice Cream Technology. Food
Processing: Techniques and Technology. 2019;49(3):431–437. (In Russ.). DOI: https://doi.org/10.21603/2074-9414-2019-3-431-437.
Таблица 1. Углеводный состав сиропа сахарного сорго
Table 1. Carbohydrate composition of sorghum syrup
Наименование сахаров % к общему содержанию сахаров Наименование сахаров % к общему содержанию сахаров
Целлобиоза 0,127 Фруктоза 22,516
Мальтоза 1,284 Арабиноза 0,348
Рамноза 0,024 Глюкоза 20,968
Рибоза 0,026 Сахароза 54,251
Манноза 0,456 – –
433
Голубева Л. В. [и др.] Техника и технология пищевых производств. 2019. Т. 49. № 3 С. 431–437
Результаты и их обсуждение
Углеводный состав сиропов имеет большое зна-
чение в формировании вкусовых и структурно-ме-
ханических характеристик мороженого, взбитых
замороженных десертов [6]. В сиропе сахарного
сорго методом ВЭЖХ были определены: целлобиоза,
мальтоза, манноза, рамноза, рибоза, фруктоза, глюко-
за и сахароза. Углеводный состав сиропа сахарного
сорго приведен в таблице 1.
Сироп сахарного сорго содержит в равных ко-
личествах глюкозу и фруктозу. Фруктоза обладает
большей растворимостью, чем сахароза, а в процессе
хранения не происходит образование кристаллов саха-
розы на поверхности продукта с образованием корки
при частичном испарении влаги. Глюкоза применяется
при производстве мороженого в качестве антикристал-
лизатора для улучшения структуры мороженого.
При применении композиции сахарозы и моносаха-
ров (например, глюкозы или фруктозы, молекулярная
масса которых ниже молекулярной массы сахарозы, яв-
ляющейся дисахаридом) криоскопическая температура
смеси для мороженого понижается. Результатом этого
становятся уменьшение массовой доли влаги, вымора-
живаемой при фризеровании смесей.
Для разработки технологических приемов исполь-
зования сиропа сахарного сорго при производстве
мороженого исследовали физико-химические свой-
ства. Температура плавления у фруктозы и глюкозы
ниже сахарозы, что играет важную роль при произ-
водстве продуктов. Значения растворимости в воде
углеводов составляет от 80 до 375 г на 100 мг. При-
родное происхождение, экологичность выращивания
и производства, отсутствие химикатов и пищевых до-
бавок, а также содержание витаминов и минеральных
веществ подчеркивают высокую пищевую ценность и
безопасность этого продукта [7–10]. Сравнительная
характеристика основных углеводов представлена в
таблице 2.
Основная часть углеводного состава сиропа са-
харного сорго представлена сахарозой (54,251 %),
фруктозой (22,516 %) и глюкозой (20,968 %). В
незначительных количествах содержатся мальтоза,
манноза, арабиноза, целлобиоза, рамноза и рибоза,
оказывающие значимое воздействие при алимен-
тарной коррекции физиологического состояния
организма. Например, рибоза входит в состав рибо-
нуклеиновых кислот, которые играют огромную роль
в организме при передаче наследственных свойств
и синтезе белков, а также нуклеотидов, витаминов,
ферментов.
Для определения коэффициента сладости прово-
дили анализ растворов с сиропом сахарного сорго в
сравнении с одним и тем же эталонным раствором
сахара. Сладость сахарозы приравнена к единице.
Эталонный сахарный раствор подготавливали из
сахара-песка (ГОСТ 21-94). Сахарный раствор соот-
ветствовал пороговой сладости – 0,4 г/дм3. Исследо-
вания проводились при 20 °С.
В тесте принимали участие 10 дегустаторов, чув-
ствительность которых к сладким веществам была
предварительно подтверждена. Для определения чув-
ствительности дегустаторов к сладости исследовали
пороговую чувствительность с применением слабых
растворов сахарозы.
Результаты тестов представлены на графике
(рис. 1), где по оси Х откладывали непосредственно
эквивалентную сладость SES, а по оси Y число дегу-
статоров, оценивших исследуемый раствор как более
сладкий (при общем количестве 10).
Таблица 2. Сравнительная характеристика углеводов сиропа сахарного сорго
Table 2. Comparison of sorghum syrup carbohydrates
Наименование
углевода
% к общему
содержанию
сахара
Эквивалентная
сладость, ед.
SES
Средняя
молекулярная
масса, г/моль
Плотность,
г/см³
Растворимость в
воде при 25 °С,
г/100 мл
Температура
плавления, °С
Сахароза C12H22O11 54,251 1,00 342 1,587 211,5 185–190
Фруктоза C6H12O6 22,516 1,73 180 1,695 375,0 100–105
Глюкоза C6H12O6 20,968 0,70 180 1,540 90,9 144–148
Мальтоза C12H22O11 1,284 0,45 342 1,540 108,0 102–103
Манноза C6H12O6 0,456 0,59 180 1,540 248,0 132–140
Арабиноза С5H10O5 0,348 0,5 150 1,540 125,0 164–165
Целлобиоза C12H22O11 0,127 0,15 342 1,520 105,0 220–226
Рамноза C6H12O5 0,024 0,25 164 1,410 300,0 91–93
Рибоза C5H10O5 0,026 0,25 150 1,681 80,0 88–91
Рисунок 1. Определение эквивалентной сладости сиропа
сахарного сорго дегустаторами
Figure 1. Equivalent sweetness of the sorghum syrup as defined
by the panelists
0
2
4
6
8
10
0 0,5 1 1,5 2 2,5
Количество дегустаторов
Эквивалентная сладость, SES
434
Golubeva L.V. et al. Food Processing: Techniques and Technology, 2019, vol. 49, no. 3, pp. 431–437
На основе анализа дегустационных оценок уста-
новлено, что среднее значение эквивалентной сладо-
сти составляет Х = 1,5. Выявленное значение является
воспринимаемой сладостью сиропа сахарного сорго
эквивалентной сахарозе в минимальной концентра-
ции. Таким образом, реальное значение эквивалент-
ной сладости изменяется в пределах 1,35–1,65.
Проведенные исследования и разработка рецеп-
туры позволили разработать технологическую схему
производства мягкого мороженого с сиропом сахар-
ного сорго, которая представлена на рисунке 3.
Одним из приоритетных направлений в медицин-
ской профилактике сегодня можно назвать преду-
преждение болезней человека, которые вызваны
накоплением свободных радикалов в организме.
Окислительно-восстановительные реакции ши-
роко распространены в биологических и пищевых
системах, которые могут привести к расщеплению
Рисунок 2. Хроматоргамма антиоксидантной активности
сиропа сахарного сорго
Figure 2. Chromatorgam of antioxidant activity of the sorghum syrup
Рисунок 3. Технологическая схема производства мягкого мороженого с сиропом сахарного сорго
Figure 3. Technological scheme of the production of soft ice cream with sorghum syrup
Таблица 3. Рецептура мягкого мороженого с сиропом
сахарного сорго
Table 3. Soft ice cream recipe with sorghum syrup
Наименование компонента Массовая
доля, %
Сливки (м.д.ж. 20 %) 5,6
Молоко (м.д.ж. 3,2 %) 67,5
Сухое обезжиренное молоко 4,4
Сироп сахарного сорго 22,1
Стабилизатор «Cremodan® SE 334 VEG» 0,1
Пищевые волокна «Citri-Fi» 0,3
Приемка сырья и оценка качества
Нагрев сиропа сахарного сорго t = 45 °С Подготовка компонентов
Приготовление смеси
Фильтрование t = 40–45 °С
Пастеризация t = 85 °С, τвыд = 60 с
Гомогенизация t = 70 °С, P = 12,5–15 МПа
Охлаждение и созревание смеси
t = 0–6 °С, τвыд = 5 часов
Фасование, закаливание t = –25–35 °С
τвыд = 35–45 мин, хранение
Фризерование смеси
t = –6 °С, τвыд = 20 мин
435
Голубева Л. В. [и др.] Техника и технология пищевых производств. 2019. Т. 49. № 3 С. 431–437
липидов, витаминов с соответствующей потерей ну-
тритивной ценности и развитием постороннего вкуса
и запаха. Соединения, которые прерывают участвую-
щую в окислении липидов свободнорадикальную цеп-
ную реакцию, называют пищевыми антиоксидантами.
Измерения антиоксидантной активности прово-
дились относительно стандартного сильного окис-
лителя – раствора кверцитина. Расчет содержания
антиоксидантов исследуемого образца проводили по
калибровочному графику кверцетина, который пред-
ставлен на рисунке 2.
Содержание антиоксидантов в пересчете на квер-
цетин в сиропе сахарного сорго составило 675 мг/дм3.
Высокому значению антиоксидантной активности
способствуют, содержащиеся в сиропе, минералы
(мг/100 г): Mn – 2,459; Cu – 0,39; Zn – 2,170; Se – 1,8.
Минералы-антиоксиданты являются самостоя-
тельными антиоксидантами, а также способствуют
усилению действий витаминов-антиоксидантов [11].
В процессе хранения мороженого происходит
окисление липидов, что существенно лимитирует
его срок годности, а также приводит к ухудшению
органолептических свойств продукта. В связи с этим
полученные данные свидетельствует о возможности
использования сиропа при проектировании продук-
тов с антиоксидантными свойствами.
На основании проведенных исследования была
разработана рецептура мягкого мороженого с сиро-
пом сахарного сорго, в состав которой вошли: сироп
сахарного сорго, стабилизатор и пищевые волокна и
другие составляющие компоненты (табл. 3) [12].
Были определены качественные и органолепти-
ческие показатели готового продукта. В таблице 4
приведены органолептические показатели разрабо-
танного мягкого мороженого.
Физико-химических показатели мягкого моро-
женого с сиропом сахарного сорго представлены в
таблице 5.
Также стоит отметить то, что в состав рецепту-
ры мягкого мороженого с сиропом сахарного сорго
входят пищевые волокна «Цитри-Фай» [13–17],
которые, благодаря образованной структуре ячейки,
связывают определенное количество влаги, облада-
ют структурообразующими свойствами, тем самым
способствуя повышению сопротивляемости таянию
[18–20].
Выводы
В результате проведенных научно-технологиче-
ских исследований обоснован ингредиентный состав
и целесообразность применения в составе мягкого
мороженого сиропа сахарного сорго дефицитных
пищевых волокон расширяющих ассортиментную
линейку десертов функционального действия. Полу-
ченные результаты экспериментальных исследований
свидетельствуют о повышенных потребительских
характеристиках мягкого мороженого, его антиокси-
дантных и функциональных свойствах.
Конфликт интересов
Авторы заявляют об отсутствии конфликта инте-
ресов.
1. Regassa , Wortmann S. Sweet sorghum as a bioenergy crop: Literature review. Biomass and Bioenergy. 2014;64:348-355. DOI: https://doi.org/10.1016/j.biombioe.2014.03.052.
2. Alves FV, Polesi LF, Aguiar CL, Sarmento SBS. Structural and physicochemical characteristics of starch from sugar cane and sweet sorghum stalks. Carbohydrate Polymers. 2014;111:592-597. DOI: https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2014.05.034.
3. Visarada KBRS, Aruna C. Sorghum: A Bundle of Opportunities in the 21st Century. In: Aruna C, Visarada KBRS, Venkatesh Bhat B, Tonapi VA, editors. Breeding Sorghum for Diverse End Uses. Woodhead Publishing; 2019. pp. 1-14. DOI: https://doi.org/10.1016/B978-0-08-101879-8.00001-2.
4. Rtnavathi CV, Chavan UD. Sorghum Syrup and Other by Products. In: Ratnavathi CV, Patil JV, Chavan UD, editors. Sorghum Biochemistry: An Industrial Perspective. Elsevier; 2016. pp. 253-310. DOI: https://doi.org/10.1016/B978-0-12-803157-5.00005-8.
5. Sapronova LA, Ermolaeva GA, Shaburova LN. Caramel Mass Based on Sweet Sorghum Syrup. Food Industry. 2012;(4):58-59. (In Russ.).
6. Kazakova NV. Funktsionalʹnaya rolʹ sakharov v protsesse formirovaniya potrebitelʹskikh svoystv morozhenogo i vzbitykh zamorozhennykh desertov [The functional role of sugars in the process of consumer properties formation of ice cream and whipped frozen desserts]. Mir morozhenogo i bystrozamorozhennykh produktov [The World of Ice Cream and Quick Frozen Products]. 2016;(3):18 - 19. (In Russ.).
7. Efremova EN, Petrov NYu. Sugar sorghum processing technology. Proceedings of Nizhnevolzhskiy agrouniversity complex: science and higher vocational education. 2012;28(4):66-69. (In Russ.).
8. Chilton FH, Rudel LL, Parks JS, Arm JP, Seeds MC. Mechanisms by which botanical lipids affect inflammatory disorders. American Journal of Clinical Nutrition. 2011;87(2):498S-503S.
9. Trevino TD, Avila H, Machado TJ. Influence of sorghum syrup as a sweetener in fresh pork sausage patties on oxidation during retail display compared to corn syrup. Meat Science. 2016;112:126. DOI: https://doi.org/10.1016/j.meatsci.2015.08.060.
10. Alavi S, Mazumdar SD, Taylor JRN. Modern Convenient Sorghum and Millet Food, Beverage and Animal Feed Products, and Their Technologies. In: Taylor JRN, Duodu KG, editors. Sorghum and Millets (Second Edition). Chemistry, Technology and Nutritional Attributes. Woodhead Publishing, 2019. pp. 293-329. DOI: https://doi.org/10.1016/B978-0-12-811527-5.00010-1.
11. Dasgupta A, Klein . Antioxidant Vitamins and Minerals. In: Dasgupta A, Klein , editors. Antioxidants in Food, Vitamins and Supplements. Elsevier, 2014. pp. 277-294. DOI: https://doi.org/10.1016/B978-0-12-405872-9.00015-X.
12. Golubeva LV, Pozhidaeva EA, Zhuravleva OV. Myagkoe molochnoe morozhenoe s siropom sakharnogo sorgo [Soft milk ice cream with sugar sorghum syrup]. Russia patent RU 2546220C1. 2015.
13. Demidova VA. The experimental rationale of using dietary fibers Citri-Fi in the technology of soft curd for specialized food. Bulletin of Omsk State Agricultural University. 2017;28(4):210-216. (In Russ.).
14. Tretyakova EN, Necheporuk AG. Functional prefabricated cottage cheese with fiber and berries of black currant and cranberry. Technologies of food and processing industry of AIC - healthy food. 2016;11(3):62-67. (In Russ.).
15. Demidova VA, Gavrilova NB, Moliboga EA. Innovative Aspects of Biotechnology of Soft Curd Enriched with Functional Ingredients. Food Industry. 2018;(3):28-31. (In Russ.).
16. Ivchenko VV, Bessonova OV. Additional raw materials in ice cream. Proceedings of Universities. Applied Chemistry and Biotechnology. 2014;9(4):84-86. (In Russ.).
17. Nikitina TA, Kliukina ON, Ptichkina NM. The study on consumer characteristics of dietary food analogous to italian dessert of tiramisu. Food Processing: Techniques and Technology. 2016;41(2):62-72. (In Russ.).
18. Mongeau R, Brooks SPJ. Dietary Fiber: Properties and Sources. In: Caballero B, Finglas PM, Toldrá F, editors. Encyclopedia of Food and Health. Academic Press, 2016. pp. 404-412. DOI: https://doi.org/10.1016/B978-0-12-384947-2.00784-4
19. Rodionova NS, Popov ES, Maltseva MV, Korotkikh IV, Radchenko AYu, Kolesnikova TN. Research of sorption properties of products of vegetable raw materials processing in various technological mediums. News institutes of higher Education. Food technology. 2016;349(1):18-21. (In Russ.).
20. Ciudad-Mulero M, Fernández-Ruiz V, Matallana-González MC, Morales P. Dietary fiber sources and human benefits: The case study of cereal and pseudocereals. Advances in Food and Nutrition Research. 2019;208-221. DOI: https://doi.org/10.1016/bs.afnr.2019.02.002.
