Grounding and Development of Low-Lactose Biologically Active Milk Ice Cream Formula

Anastasiia Trubnikova, Oksana Chabanova, Tat'jana Sharahmatova, Sergej Bondar, Svitlana Vikul

Abstract

Lactose intolerance is widespread in the world, although its frequency varies considerably in different countries. In Ukraine, 15-35% of the adult population suffer from this illness. For these people, it is necessary to develop special dairy products – lactose-free and low-lactose. A promising direction in the development of the dairy industry is the targeted production of exclusive ice cream types, intended for people intolerant to lactose. The article substantiates the expediency of the development of a low-lactose ice cream formulation of therapeutic and prophylactic purpose with antioxidant and pre-probiotic properties using secondary milk and plant material. The selection of the main components – liquid lactose-free protein concentrate (LFPC) and yoghurt base with reduced lactose and high protein content (YB) – was carried out according to foaming ability, foam stability, viscosity, antioxidant activity and organoleptic parameters. The ratio of LFPC / YB components was 60:40 (for a non-lactose concentrate, obtained by ultrafiltration of buttermilk at FC = 4 and by diafiltration (DF = 7) UF buttermilk retentate) and LFPC / YB – 50:50 (for a lactose concentrate, obtained by ultrafiltration of buttermilk at FC = 5 and diafiltration (DF = 7) UF buttermilk retentate). Both samples had the best technological characteristics: foaming ability – 28% and 32%, respectively, foam resistance – 120 and 130 minutes, respectively. According to organoleptic parameters, the samples were similar, they had a pleasant sour-milk taste, a homogeneous consistency, a homogeneous white-yellow color, which is characteristic of sour milk ice cream. The antioxidant activity of the samples was 315 and 330 c. u., respectively. The rational mass fractions of the auxiliary components of a mixture of ice cream were determined: inulin – 4%; lactulose – 1%; ginger – 0,3%; citric acid – 0,15%; stabilizer – 0,2% (for LFPC (FC = 4) / YB) and 0,25% (for LFPC (FC = 5) / YB). The recipe composition of low-lactose biologically active ice cream was developed. The antioxidant activity of samples of a mixture of low-lactose ice cream and a mass fraction of lactose, which was 1.1-1.4% depending on the ratios of LFPC / YB, were determined.



Keywords


low-lactose ice cream; lactose-free protein concentrate; yoghurt base; foam-forming ability; antioxidant activity; viscosity



References


Corgneau, M., Scher, J., Ritie-Pertusa, L., Le, D. t. l., Petit, J., Nikolova, Y., … Gaiani, C. (2015). Recent advances on lactose intolerance: Tolerance thresholds and currently available answers. Critical Reviews in Food Science and Nutrition, 57(15), 3344–3356. doi: 10.1080/10408398.2015.1123671

Montalto, M., Curigliano, V., Santoro, L., Vastola, M., Cammarota, G., Manna, R., … Gasbarrini, G. (2006). Management and treatment of lactose malabsorption. World Journal of Gastroenterology, 12(2), 187. doi: 10.3748/wjg.v12.i2.187

Suchy, F.J., Brannon, P.M., Carpenter, T.O., Fernández, J.R., Gilsanz, V., Gould, J.B., Hall, K., Hui, S.L., Lupton, J.R., Mennella, J.A., Miller, N.J., Osganian, S.K., Sellmeyer, D.E., & Wolf, M.A. (2010). NIH consensus development conference statement: Lactose intolerance and health. NIH consensus and state-of-the-science statements, 27(2), 1-27.

Bartkovskyi, I. I., Polishchuk, H. Ye., Sharakhmatova, T. Ye., Turovska, L. L., & Hudz, I. S. (2010). Tekhnolohiia morozyva [Ice cream technology]. Kyiv: Morozyvo i zamorozheni produkty (in Ukrainian)
[Бартковський, І. І., Поліщук, Г. Є., Шарахматова, Т. Є., Туровська, Л. Л., & Гудз, І. С. (2010). Технологія морозива. Київ: Морозиво і заморожені продукти].

Vyshemirskij, F. A., & Ozhgihina, N. N. (2011). Pahta: minimum kalorij-maksimum biologicheskoj cennosti [Buttermilk: minimum calories-maximum biological value]. Molochnaja promyshlennost', 9, 54–56 (in Russian)
[Вышемирский, Ф. А., & Ожгихина, Н. Н. (2011). Пахта: минимум калорий-максимум биологической ценности. Молочная промышленность, 9, 54–56].

Polishchuk, H. Ye. (2013). Formuvannia skladnykh dyspersnykh system molochnoho morozyva z naturalnymy komponentamy [The formation of complicated dispersed systems of the low-fat ice cream with natural ingredients] (Doctoral dissertation). Kyiv: NUKhT (in Ukrainian)
[Поліщук, Г. Є. (2013). Формування складних дисперсних систем молочного морозива з натуральними компонентами (Докторська дисертація). Київ: НУХТ].

Tvorogova, A. A. (2014). Primenenie ingredientov v proizvodstve morozhenogo, vzbityh zamorozhennyh desertov i pishhevyh l'dov [The use of ingredients in the production of ice cream, whipped frozen desserts and food ice]. In V. Tutel'jan, A. Nechaev, Pishhevye ingredienty v sozdanii sovremennyh produktov pitanija (pp. 412–432). Moscow: Nauchno-issledovatel'skij institut pitanija (in Russian)
[Творогова, А. А. (2014). Применение ингредиентов в производстве мороженого, взбитых замороженных десертов и пищевых льдов. В В. Тутельян, А. Нечаев, Пищевые ингредиенты в создании современных продуктов питания (с. 412–432). Москва: Научно-исследовательский институт питания].

Rudavska, H. B., Tyshchenko, Ye. V., & Prytulska, N. V. (2002). Naukovi pidkhody ta praktychni aspekty optymizatsii asortymentu produktiv spetsialnoho pryznachennia [Scientific approaches and practical aspects of optimization of the range of special purpose products]. Kyiv: KNTEU (in Ukrainian)
[Рудавська, Г. Б., Тищенко, Є. В., & Притульська, Н. В. (2002). Наукові підходи та практичні аспекти оптимізації асортименту продуктів спеціального призначення. Київ: КНТЕУ].

Korotkaja, E. V. (2018). Vlijanie zamorazhivanija na aktivnost' nekotoryh vidov molochnokislyh bakterij [Effect of freezing on the activity of some lactic acid bacteria]. In A. Prosekov, Innovacii v pishhevoj biotehnologii (pp. 188–192). Kemerovo: Kemerovskij gosudarstvennyj universitet (in Russian)
[Короткая, Е. В. (2018). Влияние замораживания на активность некоторых видов молочнокислых бактерий. В А. Просеков, Инновации в пищевой биотехнологии (с. 188–192). Кемерово: Кемеровский государственный университет].

Tymczyszyn, E. E., Santos, M. I., Costa, M. C., Illanes, A., & Gómez-Zavaglia, A. (2014). History, synthesis, properties, applications and regulatory issues of prebiotic oligosaccharides. In M. Gill, Carbohydrates Applications in Medicine (pp. 127–154). Kerala: Research Signpost.

Ahmedova, V. R., Rjabceva, S. A., Shpak, M. A., Anisimov, G. S., Marugina, E. V. (2015). Nauchnoe obosnovanie sposoba poluchenija kislomolochnogo morozhenogo s prebioticheskimi komponentami [Scientific rationale for producing fermented ice cream with prebiotic components]. Food Processing: Techniques and Technology, 4(39), 5–11 (in Russian)
[Ахмедова, В. Р., Рябцева, С. А., Шпак, М. А., Анисимов, Г. С., Маругина, Е. В. (2015). Научное обоснование способа получения кисломолочного мороженого с пребиотическими компонентами. Техника и технология пищевых производств, 4(39), 5–11].

Kaprel'janc, L. V. (2015). Prebiotiki: himija, tehnologija, primenenie [Prebiotics: chemistry, technology, application]. Kiev: JenterPrint (in Russian)
[Капрельянц, Л. В. (2015). Пребиотики: химия, технология, применение. Киев: ЭнтерПринт].

Leonidov, D. S. (2011). Prebiotik laktuloza: jeffektivnaja strategija razvitija zdorovogo pitanija [Prebiotic lactulose: an effective strategy for the development of healthy nutrition]. Molochnaja promyshlennost', 2, 37–39 (in Russian)
[Леонидов, Д. С. (2011). Пребиотик лактулоза: эффективная стратегия развития здорового питания. Молочная промышленность, 2, 37–39].

Samchenko, O. N., & Chizhikova, O. G. (2008). Ispol'zovanie prjanostej semejstva Imbirnye v kachestve istochnika biologicheski aktivnyh veshhestv v izdelijah iz muki [Using spices from the family of Ginger as a source of biologically active substances in products made from flour]. Vestnik Tihookeanskogo gosudarstvennogo jekonomicheskogo universiteta, 4, 67–72 (in Russian)
[Самченко, О. Н., & Чижикова, О. Г. (2008). Использование пряностей семейства Имбирные в качестве источника биологически активных веществ в изделиях из муки. Вестник Тихоокеанского государственного экономического университета, 4, 67–72].

Mogil'nyj, M. P. (2007). Pishhevye i biologicheski aktivnye veshhestva v pitanii [Food and biologically active substances in nutrition]. Moscow: DeLi print (in Russian)
[Могильный, М. П. (2007). Пищевые и биологически активные вещества в питании. Москва: ДеЛи принт].

Smirnov, V. (1988). Pishhevye kisloty [Food acids]. Moscow: Agropromizdat (in Russian)
[Смирнов, В. (1988). Пищевые кислоты. Москва: Агропромиздат].

Sharakhmatova, T., & Lozova O. (2009). Rozrobka tekhnolohii morozyva dlia liudei z laktaznoiu nedostatnistiu [Creation of ice cream technology for people with lactase deficiency]. Naukovi pratsi [Odeskoi natsionalnoi akademii kharchovykh tekhnolohii], 36(2), 311–315 (in Ukrainian)
[Шарахматова, Т., & Лозова О. (2009). Розробка технології морозива для людей з лактазною недостатністю. Наукові праці [Одеської національної академії харчових технологій], 36(2), 311–315].

Sharakhmatova, T. Ye. (2010). Rozrobka tekhnolohii bezlaktoznoho morozyva, zbahachenoho probiotychnymy kulturamy [Development of technology of lactose ice-cream, enriched with probiotic cultures]. Kharchova nauka i tekhnolohiia, 2, 83–87 (in Ukrainian)
[Шарахматова, Т. Є. (2010). Розробка технології безлактозного морозива, збагаченого пробіотичними культурами. Харчова наука і технологія, 2, 83–87].

Єreshova, V. D. (2011). Razrabotka tehnologii nizkolaktoznogo morozhenogo (Doctoral dissertation). Retrieved from http://www.lib.ua-ru.net/diss/cont/484835.html (in Russian)
[Єрешова, В. Д. (2011). Разработка технологии низколактозного мороженого (Кандидатская дисертация). URL: http://www.lib.ua-ru.net/diss/cont/484835.html].

Evdokimov, I. A., Kulikov, I. K., Jereshova, V. D., Anisimov, S. V., Medvedeva, V. G. (2011). Ispol'zovanie fermentativnogo gidroliza v tehnologii nizkolaktoznogo morozhenogo [Application of the fermentative hydrolysis in the technology of the low lactose ice-cream]. Molochnaja promyshlennost', 10, 68–70 (in Russian)
[Евдокимов, И. А., Куликов, И. К., Эрешова, В. Д., Анисимов, С. В., Медведева, В. Г. (2011). Использование ферментативного гидролиза в технологии низколактозного мороженого. Молочная промышленность, 10, 68–70].

Arsen'eva, T. P., Jakovleva, Ju. A., Maksotova, R. M., Orazbek, A. O. (2012). Nizkolaktoznoe slivochnoe morozhenoe dlja diabetikov [Low lactose level creamy ice-cream for diabetics]. Nauchnyj zhurnal NIU ITMO. Serija “Processy i apparaty pishhevyh proizvodstv”, 1, 1–7 (in Russian)
[Арсеньева, Т. П., Яковлева, Ю. А., Максотова, Р. М., Оразбек, А. О. (2012). Низколактозное сливочное мороженое для диабетиков. Научный журнал НИУ ИТМО. Серия «Процессы и аппараты пищевых производств», 1, 1–7].

Nivetha, A., & Mohanasrinivasan, V. (2017). Mini review on role of β-galactosidase in lactose intolerance. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 263, 022046. doi: 10.1088/1757-899x/263/2/022046

Makarova, E. V., Tekut'eva, L. A., Fishhenko, E. S., & Son, O. M. (2012). Razrabotka receptury mjagkogo morozhenogo s pro- i prebioticheskimi svojstvami [Development of soft ice cream with pro and prebiotic properties]. Pishhevaja promyshlennost', 10, 54–56 (in Russian)
[Макарова, Е. В., Текутьева, Л. А., Фищенко, Е. С., & Сон, О. М. (2012). Разработка рецептуры мягкого мороженого с про- и пребиотическими свойствами. Пищевая промышленность, 10, 54–56].

Lifljandskij, V. G. (2004). Novejshaja jenciklopedija zdorovogo pitanija [The newest encyclopedia of a healthy food]. Moscow: Neva (in Russian)
[Лифляндский, В. Г. (2004). Новейшая энциклопедия здорового питания. Москва: Нева].

Shalygina, A. M. (Ed.). (2000). Metody issledovanija moloka i molochnyh produktov [Methods for studying milk and dairy products]. Moscow: Kolos (in Russian)
[Шалыгина, А. М. (Ред.). (2000). Методы исследования молока и молочных продуктов. Москва: Колос].

Khomych, H. P., Vikul, S. I., Kapreliants, L. V., Osypova, L. A., & Lozovska, T. S. (2015). UA Patent No 107506 C2. Retrieved from http://www.library.onaft.edu.ua/patents_2015/vyn_107506.pdf (in Ukrainian)
[Хомич, Г. П., Вікуль, С. І., Капрельянц, Л. В., Осипова, Л. А., & Лозовська, Т. С. (2015). UA Патент № 107506 C2. URL: http://www.library.onaft.edu.ua/patents_2015/vyn_107506.pdf].

Bondar, S., Trubnikova, A., & Chabanova, O. (2018). Investigation of membrane process for the lactose extract from buttermilk con-centrates. Scientific Messenger of LNU of Veterinary Medicine and Biotechnologies, 20(85), 62–69. doi: 10.15421/nvlvet8512

Bondar, S., Chabanova Oksana, O., SSharakhmatova, T., & Trubnikova, A. (2018). Analysis of a new diafiltration method of cleaning buttermilk from lactose with mineral composition preserved. Food science and technology, 12(1). doi: 10.15673/fst.v12i1.839

Trubnikova , A., Sharakhmatova, T., Mamintova, K., & Tsupra, O. (2018). Biotekhnolohichni aspekty otrymannia yohurtnoi osnovy dlia vyrobnytstva nyzkolaktoznoho morozyva [Biotechnological aspects of a yogurt base from buttermilk for the production of low-lactose ice cream]. Bulletin of the National Technical University "KhPI". New solutions in modern technologies, 9, 243–255 (in Ukrainian)
[Трубнікова, А., Шарахматова, Т., Маминтова К., & Цурпа, О. (2018). Біотехнологічні аспекти отримання йогуртної основи для виробництва низьколактозного морозива. Вісник Національного Технічного Університету «Харківський політехнічний інститут». Нові рішення у сучасних технологіях, 9, 243–255].


Article Metrics

Metrics Loading ...

Metrics powered by PLOS ALM

Refbacks

  • There are currently no refbacks.




Copyright (c) 2018 Anastasiia Trubnikova, Oksana Chabanova, Tat'jana Sharahmatova, Sergej Bondar, Svitlana Vikul

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.