Биотехнологические принципы производства функциональных молочных продуктов с применением полисахаридов (стр. 2 )

Таким образом, важнейшим технологическими параметрами, определяющими процесс фракционирования являются: молекулярная масса пектина, полиуронидная составляющая, концентрация пектина в смеси, массовая доля сухих веществ в растворе пектина.

Анализ и обобщение полученных результатов фракционирования молочного сырья позволяет сделать заключение, что рассмотренные в качестве флокулянтов биополимеры − пектины, Nа-КМЦ, полисахариды микробного происхождения, альгинаты пригодны для фракционирования обезжиренного молока. Наиболее перспективным является использование природных полисахаридов, в частности пектинов.

Широкий диапазон свойств пектинов позволяет подобрать оптимальные параметры биотехнологии фракционирования обезжиренного молока раствором полисахарида с учетом его минимального расхода, оценить функциональные свойства КНК и СПФ и дальнейшие направления их использования в производстве продуктов.

Установлены следующие требования к организации биотехнологии фракционирования молочного сырья полисахаридами.

1. Внесение полисахаридов в обезжиренное молоко в сухом виде нецелесообразно:

а) затруднено приготовление системы и ее отстаивание

б) при перемешивании происходит частичная гомогенизация белков обезжиренного молока, что приводит к уменьшению плотности осадка и меньшей концентрации белка в белковом концентрате

в) несколько увеличивается содержание белка в сывороточно-полисахаридной фазе. Объёмная доля СПФ уменьшается, массовая доля белка в ней 0,9–1,5 %, в КНК 4–9 %.

2. Необходимо внесение пектина в обезжиренное молоко в виде 5–7 % водного раствора.

а) возможно быстрое приготовление системы с использованием специального оборудования или обычной мешалки

б) концентрирование казеинового комплекса происходит быстрее. Концентрат натурального казеина более плотный. По объёму белковый концентрат составляет до 15 % от объёма приготовленной системы

в) сывороточно-полисахаридная фаза занимает до 85 % от общего объёма системы.

3. Кислотность обезжиренного молока должна быть 16−18 °Т.

4. Свежеприготовленный КНК можно подвергать тепловой обработке при температуре 65−100 °С.

5. Сывороточно-полисахаридную фазу можно сгущать при температуре 45−60 °С и далее сушить (лучше в смеси с обезжиренным молоком).

6. Возможно использовать сгущенную СПФ (КСП) для фракционирования молока. В верхней фазе увеличивается массовая доля белка в соответствии с кратностью использования полисахарида.

На основании проведённых исследований путем оптимизации процесса была получена математическая модель процесса фракционирования молочного сырья (в условиях разделения в поле гравитационных и центробежных сил).

При использовании молочного сырья с определённым содержанием жира, возможно получение белково-жирового концентрата натурального казеина в жидком виде из цельного или нормализованного молока.

При повторном использовании пектина для фракционирования молока в виде КСП полученный КНК имеет следующий состав: массовая доля сухих веществ 23−25 %, белка 15−17 %, лактозы 5−6 %, минеральных веществ 2,0−2,3 %. В СПФ массовая доля сухих веществ составляла 10−12 %, белка 1,2−1,5 %, лактозы 7−8 %.

Проводили исследования обратимости осаждения казеинового комплекса из водного раствора. КНК, полученный переосаждением, имеет следующий состав: массовая доля сухих веществ 12−18 %, белка 9−17%, лактозы 0,5−1 %, минеральных веществ 0,7−1 %. В водной фазе массовая доля сухих веществ составляла 1,5 %, белка 0,5 %, лактозы 1 %.

Решая вопросы получения белковых концентратов специального назначения, можно получить казеин с минимальным содержанием лактозы и минеральных веществ.

Операторная модель фракционирования молочного сырья раствором полисахарида представлена на рисунке 13.

Таким образом, основные преимущества фракционирования молочного сырья полисахаридами по сравнению с традиционными методами:

1.  Высокий выход, полное использование белков на пищевые цели.

2.  Исключение денатурирующих изменений в системе.

3.  Низкие энергетические затраты.

4.  Сохранение высоких биологических и функциональных свойств, получаемых фракций.

5.  Обратимость процесса концентрирования макромолекулярных компонентов (белков и полисахаридов) и возможность регулирования получения продуктов с заданными физико-химическим составом и функциональными свойствами уже на стадии фракционирования биополимеров.

6.  Высокая чистота, получаемых фракций (нет сопутствующих неорганических компонентов и др. веществ).

Рисунок 13 – Операторная модель фракционирования молочного сырья раствором полисахарида

Глава 5. Изучение качественных характеристик продуктов фракционирования молочного сырья

Методом электрофореза был исследован фракционный состав СПФ и КНК, полученных при разделении обезжиренного молока пектинами различного происхождения, Na-КМЦ, альгинатом натрия и микробными полисахаридами (Rhodigel-200). Анализ электрофореграмм показал, что во всех случаях в состав СПФ входят следующие белки:, сывороточный альбумин крови, α-лактоальбумин, β-лактоглобулин и β-казеин. КНК, полученный в результате фракционирования, так же имеет одинаковый фракционный состав и представлен казеинами: αs, β, κ. Таким образом, использование разных полисахаридов не влияет на состав продуктов фракционирования молока. КНК содержит до 70 % белка, а 30 % составляют компоненты сывороточно – полисахаридной фракции (СПФ). При таком соотношении казеиновый комплекс сохраняет свои нативные свойства. Сравнительная характеристика продуктов фракционирования обезжиренного молока ультрацентрифугированием, ультрафильтрацией [6] и раствором пектина представлена в таблице 2.

Таблица 2 _ Характеристика продуктов фракционирования обезжиренного молока при ультрацентрифугировании, ультрафильтрации и применении пектина

Показатели	Обезжи- ренное молоко	Ультрафильтрация	Ультрацентри-фугирование	Фракциони-рование пектином
Концен-трат	Ультра-фильтрат	ККФК	Фугат	КНК	СПФ
Массовая доля сухих веществ, %	9,12	18,83	5,76	19,0	5,78	19,50	6,80
Вт. ч. белка, %	3,09	11,00	0,31	11,0	0,69	13,50	0,90
Казеина, %	2,51	9,66	–	9,82	0,1	13,20	0,05
Сывороточных белков, %	0,40	1,12	0,14	0,99	0,20	0,20	0,850
Небелкового азота, %	0,18	0,22	0,17	0,19	0,19	0,10	0,1
Лактозы, %	4,80	4,92	4,78	4,43	5,08	3,70	4,70

Как видно из таблицы, при определенных режимах различными способами можно получить растворимые концентраты белков практически идентичные по составу.

Однако эти способы принципиально отличаются самим подходом. В одном случае это выделение белкового концентрата, в другом− разделение сырья с образованием двух биологически и технологически полноценных компонентов.

Промышленное производство концентратов белка ультрафильтрацией и ультрацентрифугированием требует значительных энергетических затрат и дополнительных мероприятий по поддержанию санитарных показателей. Разделение молока с применением полисахаридов может быть организовано с минимальными затратами энергии с использованием традиционного технологического оборудования.

Возможности применения молочно-белковых концентратов в различных отраслях пищевой промышленности зависят, прежде всего, от их функционально-технологических свойств. Растворимость – функциональное свойство белковых концентратов, определяющее потенциальные возможности их использования.

Концентрат натурального казеина представляет собой раствор ККФК, находящийся в растворимом коллоидно-дисперсном состоянии. КНК представляет собой основу для производства творога, творожных изделий и сыроподобных продуктов. Он также может быть использован для корректировки белкового состава широкого класса продуктов массового и функционального питания.

Растворимость сывороточно-полисахаридной фазы представлена на рисунке 14. Растворимость сывороточно-полисахаридной фракции изменяется в широком диапазоне рН. Максимальная растворимость соответствует концентрату с величиной рН 6,5.

Рисунок 14 _ Растворимость СПФ, %

В области значений рН 6,5–8,5 растворимость СПФ аналогична УФ СБК. Наименьшая растворимость СПФ наблюдается при рН 2,5–3,5, что обусловлено присутствием пектина в фазе.

Пены образованные СПФ и ее концентриротом КСП характеризуются высокой плотностью и повышенной стойкостью к расслоению ввиду большей влагоудерживающей способности комплекса сывороточных белков и полисахаридов в концентрате по сравнению с яичным белком и сывороточным белком (табл. 3, 4).

Таблица 3 _ Пенообразующие свойства КСП и яичного белка

Показатели	КСП	Яичный белок
Плотность, кг/м3	380	280
Кол-во отстоявшейся фазы через 2 часа, %	1,7	24,0
Кол-во отстоявшейся фазы через 24 часа, %	58,6	61,1

Стойкость пены сывороточно-полисахаридной фракции почти на порядок выше аналогичного показателя других видов нежирного молочного сырья, хотя кратность пены выше незначительно (табл. 4).

Таблица 4 _ Пенообразующие свойства нежирного молочного сырья

Функциональные свойства	Сывороточно-полисахаридная фаза	Молочная сыворотка	Обезжиренное молоко
Кратность пены, %	218	176	185
Плотность пены, кг/м3	380	310	460
Стойкость пены через 24 часа, %	46,5	6,4	7,8

Высокие функциональные свойства СПФ и КСП (табл. 5), которые заключаются в хорошей растворимости в широком диапазоне массовой доли сухих веществ, температурной устойчивости при низких значениях рН, стабильности эмульгирующих и желирующих свойств, предоставили широкие возможности для создания на их основе различных структурированных продуктов.

Таблица 5 _ Функциональные характеристики КСП

Пенообразующие	Студнеобразующие	Эмульгирующие
Плот- ность пены, кг/м3	Стойкость пены, %	Прочность по Валента, кг	Прочность по Тарр-Бейкеру, °ТБ	Стабильность эмульсии, %	Эмульгирующая емкость, см3/г
360 _ 400	112,5_11,7	0,3 _ 0,45	220 _ 250	40 _ 75	65 _ 70

Сывороточно-полисахаридная фаза является принципиально новым видом молочного сырья. В первом приближении (без учёта пектина) её можно представить как аналог молочной сыворотки. Однако наличие в сывороточно-полисахаридной фазе пектина придаёт ей целый комплекс новых свойств, либо полностью отсутствующих, либо слабо выраженных в традиционных молочных продуктах. Особенно сильно выражены в сывороточно-полисахаридной фазе структурирующие свойства – пенообразующая, желирующая и стабилизирующая способности.

Глава 6. Пищевая, медико-биологическая ценность продуктов фракционирования и направления их использования

6.1. Состав, свойства, пищевая и медико-биологическая ценность КНК

КНК _ концентрат казеин-кальций-фосфатного комплекса молока в биологически активной форме содержит необходимые человеку незаменимые аминокислоты в оптимальном соотношении. В нем сконцентрирован в 5-7 раз казеиновый комплекс молока, не изменяя своего растворимого коллоидно-дисперсионного состояния. Степень перехода казеина из обезжиренного молока достигается 96-98%. Массовая доля сухих веществ в концентрате составляет 17-23 % , причем увеличение массовой доли сухих веществ в концентрате происходит в основном за счет концентрации белков. КНК содержит до 70 % высококачественного молочного белка с сохраненной нативной структурой, до 20 % углеводов, 7–8 % минеральных веществ, 1–2 % жиров и ряд биологически активных веществ молока.

При необходимости хранения КНК в жидком виде режимы тепловой обработки должны с одной стороны, обеспечить бактериальную стабильность концентрата, а с другой - и максимально сохранить пищевую и биологическую его ценность.

Высокие значения титруемой кислотности в концентрате натурального казеина 50 °Т обусловлено присутствием сконцентрированного белка и минеральных солей. Увеличение относительной доли белков, углеводов и минеральных веществ в концентрате соответственно повышает его плотность по сравнению с обезжиренным молоком до 1060 кг/м3 .

По технологическим характеристикам концентрат натурального казеина подобен казеинату натрия и может его заменять в производстве традиционных пищевых продуктов. Однако биологическая ценность КНК как натурального продукта значительно выше.

Известно, что биологическая ценность пищевых продуктов определяется уровнем содержания и сбалансированностью аминокислотного состава. Более точное и объективное представление о биологической ценности белка можно составить на основе расчета аминокислотного скора, данные которого приведены в таблице 6.

Таблица 6 − Аминокислотный скор (относительно шкалы ФАО/ВОЗ) КНК и некоторых белков, %

Аминокислоты	Шкала ФАО/ ВОЗ	КНК	Казеин	Казеинат натрия	Молоко коровье
Валин	1,00	1,16	1,32	1,18	1,28
Изолейцин	1,00	1,20	1,30	1,10	1,18
Лейцин	1,00	1,41	1,47	1,11	1,36
Лизин	1,00	1,63	1,45	1,09	1,42
Метионин+ Цистин	1,00	0,94	0,78	0,80	0,94
Фенилаланин+Тирозин	1,00	1,48	1,78	1,63
Треонин	1,00	1,08	1,15	1,05	1,10
Триптофан	1,00	1,20	1,70	1,20	1,40
Сумма незаменимых аминокислот	47,20	42,10	47,40	49,90	360

Анализируя данные таблицы, следует отметить, что для КНК скор серусодежащих аминокислот составляет 94 %, что выше контрольных казеина и казеината натрия на 17 и 14,9 % соответственно. Кроме того КНК содержит изолейцина, лейцина и лизина больше, чем контрольный казеинат натрия. Таким образом, КНК имеет более высокие показатели по содержанию незаменимых аминокислот.